Способ измерения толщины чувствительной области полупроводникового кремниевого детектора

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для регистрации ионизирующих излучений при определении параметров чувствительной области кремниевых полупроводниковых детекторов. Целью изобретения является повышение точности измерения путем использования заряженных частиц, образующихся в самой чувствительной области детектора. Образованный в детекторе 1 заряд от прохождения нейтронного из учения после усиления в усилителях 2 и 3 подается на амплитудный анализатор 5, в котором анализируется суммарное число отсчетов в пике α_o реакции ²⁸Si(n,²⁸Si(n, α_o)²⁵Mg,)²⁵Mg, по числу которых оцениваются параметры чувствительной области детектора 1.3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для регистрации ионизирующих излучений при определении параметров чувствительной области кремниевых полупроводниковых детекторов. Целью изобретения является повышение точности измерений путем использования заряженных частиц, образующихся в самой чувствительной области детектора. На фиг.1 приведена блок-схема реализации способа; на фиг. 2 - энергетический спектр образовавшихся частиц при энергии нейтронов Е_n 14, МэВ; на фиг. 3 градуировочный график. Способ осуществляется следующим образом. Кремниевые детекторы (ППД) 1 облучаются нейтронами, полученными по реакции Т (D, n)⁴He. Под действием нейтронов в кремнии идут реакции с образованием заряженных частиц (протонов и альфа-частиц): ; Образовавшиеся заряженные частицы имеют различную энергию, определяемую энергетическим порогом реакции и уровнем возбуждения ядра продукта реакции. Энергия заряженных частиц расходуется на образование электронно-дырочных пар. Суммарный заряд, созданный каждой отдельной частицей, пропорционален энергии, потерянной в чувствительной области детектора. Образованный в ППД 1 заряд усиливается с помощью зарядочувствительного предусилителя 2, основного усилителя 3 и после экспандера 4 подается на вход амплитудного анализатора 5. Таким образом, снимается зависимость распределения импульсов по величине заряда или, иными словами, распределение по энергиям заряженных частиц (см. фиг. 2) число отсчетов в канале в зависимости от номера канала анализатора. Каждой реакции на кремнии с образованием заряженных частиц отвечает свой пик в энергетическом распределении. ППД 1 получает питание от источника 6. Измерение параметров чувствительной области и калибровка ведется по суммарному числу отсчетов в пике α_o, отвечающем реакции ²⁸Si(n,α )²⁵Mg, где ядро ²⁵Mg образуется в основном состоянии. Калибровка осуществлялась с помощью кремниевых детекторов с известными размерами чувствительной области: диаметр и толщина. Например, набор кремниевых детекторов с толщиной 1OO, 200, 300, 400, 500, 600, 800 мкм облучаются флюенсом нейтронов с энергией Е > Е_пор, для каждого детектора регистрируется спектр заряженных частиц (фиг. 2), определяется значение Σα_o ^o, свойственное реакции Si(n,α_o)²⁵Mg, для каждого детектора определяется величина где Ф флюесн (D, t) нейтронов за время облучения, пропорциональный числу отсчетов монитора, нейтр/см²; S площадь чувствительной области, [мм²] Если при калибровке и измерениях используется один и тот же источник нейтронов, то более удобным является определение суммарного числа отсчетов в пике α_oΣα_o за один отсчет монитора источника, что дополнительно упрощает измерения и не требует проведения специальной-градуировки нейтронного источника по флюенсу. По полученным значениям X и известным для каждого детектора значению W строится градуировочный график X f(W)(фиг. 3), который используется в дальнейшем для всех измеряемых детекторов. Измеряемый кремниевый детектор облучается флюенсом нейтрон в с той же энергией. Регистрируется число отсчетов импульсов α_o. Определяют значение Σα_o, характерное реакции ²⁸Si(n,α_o)²⁵Mg,, и по формуле определяют величину X. Значение S берут из паспортных данных на ППД 1. По известному X и градуировочному графику определяют толщину W чувствительной области детектора. Таким образом, под воздействием флюенса нейтронов определенной энергии возникают заряженные частицы, в энергетическом спектре которых наиболее представительным и легко интерпретируемым является пик α_o, отвечающий α-частицам реакции ²⁸Si(n,α )²⁵Mg, где ядро ²⁵Mg образуется в основном состоянии. Энергетический порог реакции Е_пор=2,652 МэВ, а максимальная энергия α-частиц равна Е ≈ 12 МэВ. Используя способ, можно определить и объем чувствительной области. Например, для ППД 1 с W ≥ 250 мкм определяется объем чувствительной области V по формуле где Σα_o-суммарное число отсчетов в пике α_o; Ф флюенс нейтронов за время облучения, [нейтр/см²] ζ-"утечка" a-частиц из пика a_o для данной толщины чувствительной области W, определенная либо расчетом, либо калибровкой с детекторами известного объема; К= const постоянный коэффициент, равный полному числу реакций ²⁸Si(n, α_o)²⁵Mg на 1 нейтр/см² в 1 мм³ объема чувствительной области кремниевого ППД 1. Экспериментально измеренное значение равно для Е_n 14,6 МэВ, К 6,4·10^-7 в пике α_o нейтр/см²·мм³. Способ обеспечивает более высокую точность измерения вследствие того, что измерения ведутся по счету α- частиц, образовавшихся в чувствительной области детектора это снижает требования к регистрирующей аппаратуре, повышает точность измерений и позволяет пользоваться одной и той же градуировочной кривой для детекторов разных модификаций. Использование нейтронного излучения, обладающего большой проникающей способностью, позволяет проводить измерения детекторов в корпусе.

Формула изобретения

Способ измерения толщины чувствительной области полупроводникового кремниевого детектора, заключающийся в том, что поток ионизирующего излучения направляют на калибровочные и измеряемый детекторы, регистрируют это излучение и определяют толщину чувствительной области измеряемого детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, облучение производят моноэнергетическими нейтронами с энергией Е>Е_пор, где Е_пор энергетический порог реакции ²⁸Si(n, α)²⁵Mg, регистрируют линейчатый энергетический спектр импульсов от заряженных частиц, образовавшихся в чувствительной области детектора, выделяют пик энергетического спектра этих частиц, отвечающий реакции ²⁸Si(n, a₀)²⁵Mg, возникающей в чувствительной области детектора, строят для калибровочных детекторов градуировочную кривую зависимости удельного счета Σ α₀ от толщины чувствительной области детектора

где Φ - флюенс нейтронов;
S паспортное значение площади чувствительной области детектора,
и по этой кривой определяют толщину чувствительной области измеряемого детектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---