Эквивалентная схема кремния

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12525 (2023) Цитировать эту статью

223 доступа

Подробности о метриках

Детекторы ядерного излучения незаменимы при исследованиях в области ядерного излучения, рентгеновской спектроскопии и других областях. Интерес к кремниевым p–i–n-детекторам ядерного излучения сегодня возрастает в связи с возможностью их работы в нормальных условиях. В данной работе предложена эквивалентная схема кремниево-литиевого p–i–n-детектора ядерного излучения. Предложенная схема получена с использованием классического уравнения Шокли для кремниевых полупроводников и телеграфных уравнений. Параметры эквивалентной схемы определялись методом множественной регрессии. В результате моделирования модели в графической среде разработки MATLAB Simulink были получены амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики предлагаемой модели. Методом Монте-Карло альфа-распад изотопа урана \({}_{92}{}^{233}\mathrm{U}\), изотопа тория \({}_{90}{}^{ 227}\mathrm{Th}\) и изотопа америция \({}_{95}{}^{241}\mathrm{Am}\) получен спектр альфа-распада. Полученные спектры альфа-распада совпадают с экспериментальными данными, представленными в предыдущих работах других авторов.

Полупроводниковые детекторы p–i–n-структуры используются во многих областях исследований в качестве прецизионных приборов1, особенно в экспериментах по физике высоких энергий2. Появление детекторов с большей площадью регистрации вызвало к ним большой интерес, поскольку они существенно повысили эффективность детекторов и позволили регистрировать слабоинтенсивные заряженные частицы3. Однако сегодня, несмотря на то, что физические процессы в p–i–n-диодах и их характеристики хорошо изучены, ученые продолжают работать над созданием полупроводниковых детекторов больших размеров на основе p–i–n-структур4,5,6. Si(Li)-детекторы больших размеров используются в медицинской визуализации, астрофизике высоких энергий, комптоновской поляриметрии, мониторинге ядерных отходов7. Основные проблемы совершенствования p-i-n-детекторов больших размеров связаны с технологией их создания8,9 и развитием оптимальной считывающей электроники для этих детекторов10,11. Авторы12,13 показали применение кремниевых p–i–n-диодов для спектроскопии. Была представлена ​​эквивалентная схема ap–i–n-диода и исследованы шумы предварительного усиления.

Дементьев и др.14 в своей работе широко исследовали считывающую электронику p–i–n-детекторов. В своей работе авторы привели ценные данные о плюсах и минусах p–i–n-диодов в качестве детекторов рентгеновского излучения. В качестве преимущества p–i–n-детекторов выделяют следующие характеристики: устойчивость к магнитному полю; Компактный размер; низкое рабочее напряжение; присущая стабильность и длительное время простоя. В качестве недостатков p-i-n-детекторов авторы отметили следующие характеристики: доменное энергетическое разрешение p-i-n-детекторов находится на низких энергиях, поэтому им требуется система предварительного усилителя с высоким коэффициентом усиления, относительно плохое временное разрешение и проблемы, связанные с принятием высоких значений. скорость счета. Ряд этих задач был решен некоторыми группами авторов, например, Муминов и др.15,16 предложили уникальную технологию изготовления крупногабаритных Si(Li) p–i–n-детекторов с помощью двусторонних диффузия и дрейф ионов лития в монокристаллический кремний. Применяя эту технологию, авторы смогли получить Si(Li) p–i–n-детекторы больших размеров, в которых удалось увеличить скорость счета детектора за счет его размера и повысить его эффективность за счет равномерного распределения ионов Li в i-й зоне. - область, край. Наиболее распространенной технологией увеличения скорости счета и разрешения детекторов является использование различных технологий охлаждения17,18 во время работы детектора. Чтобы достичь высокой скорости счета, Гонтард и др.19 разработали схему с высокой пропускной способностью за счет электронного шума и использовали прототип электронной схемы, подключенной к детектору, стремясь обнаружить 200 одиночных электронных событий. кэВ.