Polovodičové detektory

Transkript

1 Polovodičové detektory vodivostní pás záchytové nebo rekombinační centrum valenční pás

2 Polovodičové detektory pn přechod díry p typ n typ elektrony depleted layer ~ 100 m

3 Polovodičové detektory pn přechod díry p typ n typ elektrony depleted layer ~ 100 m HV HV p kontakt n kontakt

4 Ge(Li) Polovodičové detektory Z Si = 14 Si Z Ge = 32 fotoefekt ~ Z 5 60 větší pro Ge Li donor HV HV p kontakt n kontakt

5 Ge(Li) Polovodičové detektory HV HV p kontakt n kontakt

6 Ge(Li) Polovodičové detektory 137 Cs 137 Cs

7 Polovodičové detektory pn přechod díry elektrony p typ n typ depleted layer ~ 100 m depleted layer = Fcm 1 HV p kontakt HV n kontakt d 2U ec imp Ge: r = 16 e = C U = V c imp = cm 3 d = 0.4 cm

8 HPGe polovodičové detektory krystal vysoce čistého Ge (p typ) c imp < cm 3 = ppm zonální čištění nečistoty zůstávají v tavenině indukční cívky

9 HPGe polovodičové detektory planární konfigurace depleted region

10 HPGe polovodičové detektory koaxiální konfigurace np přechod na vnějším povrchu (vhodnější stačí menší HV) pn přechod na vnitřním povrchu ptyp ntyp

11 HPGe polovodičové detektory koaxiální konfigurace (ptyp) np přechod na vnějším povrchu detekuje s E > 50 kev (kvůli n + elektrodě na povrchu)

12 HPGe polovodičové detektory koaxiální HPGe detektor

13 HPGe polovodičové detektory koaxiální HPGe detektor (ptyp) n + kontakt p + kontakt

14 HPGe polovodičové detektory

15 HPGe polovodičové detektory 137 Cs 1.2x x counts 6.0x10 4 counts x x E (kev) E (kev)

16 HPGe polovodičové detektory přirozené pozadí srovnání energetického rozlišení: scintilační detektory (plastický scintilátor, NaI(Tl)) x polovodičové (HPGe x CdZnTe) 40 K (1460 kev) 208 Tl (2615 kev)

17 HPGe polovodičové detektory energetické rozlišení (FWHM) E = 122 kev ( 55 Fe EC) R = % 1.0 E = 1333 kev ( 60 Co ) R = % relativníúčinnost (% NaI) absolutní vnitřní íúčinnost

18 Nábojově citlivý předzesilovač vstupní impedance: výstupní napětí V O dvo RiC det tcoll zisk A Q dq Ś QS C f 1 C f FWHM 0.96 kev

19 Nábojově citlivý předzesilovač vstupní impedance: výstupní napětí 40 V O dvo RiC det tcoll zisk A Q dq Ś QS C f 1 C f 30 U (mv V) t (s)

20 Šum: scintilační detektory 511 kev záření E E E N N N 1 N N ~ 5000 fotonů emitovaných NaI(Tl) scintilátorem (100 ev/foton) Poissonovo rozdělení ~ 100 fotonů na fotokatodě (rychlá komponenta) (integrální světelný výstup BaF 2 20 / 2 % NaI(Tl)) ~310 8 elektronů na anodě (zisk PMT G = 10 7, kvantová účinnost katody = 25%), 4 ma max. proud (délka pulsu 30 ns) 0.2 V (pro 50 vstupní impedanci) E 10 % FWHM (120 kev) 24 % fluktuace signálu: dosažitelný elektronický šum: sig G e el e elektronický šum lze zanedbat

21 Šum: polovodičové detektory 511 kev záření ~ párů elektrondíra (Ge = 2.96 ev/edíra pár) vnitřní rozlišení na energii E = 511 kev (fano faktor F = 01) 0.1) E F E 0.08 % FWHM 0.96 kev fluktuace signálu: dosažitelný elektronický šum: sig F 132 el e e elektronický šum je dominantní

22 Měření doby úhlových korelací (ACAR) long slit geometrie detektor scintilační detektor Pb stínění Pb stínění ě í zdroj e + + vzorek

23 Měření doby úhlových korelací (ACAR) vodivostní e core e

24 Měření Dopplerovského rozšíření zdroj e + + vzorek HPGe detektor p L p pt E E 1 E cpl 2 SCA spektroskopický p zesilovač ADC A/D převodník

25 Měření Dopplerovského rozšíření (DB) zdroj e + + vzorek p L pt E E 1 E cpl counts annihilation peak spektroskopický p zesilovač 207 Bi counts A/D převodník 10 FWHM = 2.580(3) kev E (kev) FWHM = 1.103(1) kev E (kev)

26 Srovnání rozlišení DB ACAR ACAR pt m c e neurčitost úhlu 1mrad p T m e c c kev c DB 1 E 2 p L c neurčitost úhlu E 1keV p L 2 c E 2 kev c

27 Měření Dopplerovského rozšíření tvarové parametry S parametr S A centr / A tot counts 100 S S B B i D i S D i volné e + e + zachycené v defektech E (kev) S míra podílu anihilací e + s valenčními e (malé E) nárůst koncentrace defektů nárůst S parametru referenční vzorek: S normalizace: S / S 0

28 y Měření Dopplerovského rozšíření tvarové parametry 1 HPT revolution 3 HPT revolutions S/S S/S y (mm) 4 2 y (mm) x (mm) x (mm) 15 HPT revolutions 25 HPT revolutions S/S S/S t y (mm) 2 0 y (mm) 2 0 r x (mm) x (mm)

29 y Srovnání s mikrotvrdostí 1 HPT revolution 3 HPT revolutions HV y (mm) HV y (mm) x (mm) x (mm) 15 HPT revolutions 25 HPT revolutions HV y (mm) HV y (mm) r t x (mm) x (mm)

30 Měření Dopplerovského rozšíření tvarové parametry W parametr W A wings / A tot counts 100 W W B B i D i W D i volné e + e + zachycené 10 v defektech E (kev) W míra podílu anihilací e + s core e (velké E) nárůst koncentrace defektů pokles W parametru referenční vzorek: W normalizace: W / W 0

31 Měření Dopplerovského rozšíření SW plot dislokace W/ /W HPT Cu 1.0 r N = 1 N = N = 15 N = W saturovaný záchyt dva typy defektů: dislokace shluky vakancí 1 S S 0.7 cl disl cl cl 0.5 S cl Wdisl cl Wcl R S W S d W d konst S/S 0 shluky vakancí

32 Měření Dopplerovského rozšíření SW plot Mg film (600 nm) na Si (100) substrátu povrch M počet č vrstev N l počet typů defektů v lté vrstvě W/W surf Si substrát 1.2 Mg vrstva l Mg film 600 nm on Si (100) substrate well annealed bulk Mg M E F E1 N l B B, l D, i, l i1 l S S/S 0 E surf E Ssurf Fl E M N l S B, lsb, l D, i, lsd, i, l l1 i1 Mg Si (100)