Микростриповый детектор ионизирующего излучения
Полезная модель относится к полупроводниковым детекторам ионизирующего излучения и может быть использована для регистрации излучений в ядерной физике, физике высоких энергий, а также в цифровых аппаратах, регистрирующих заряженные частицы, гамма кванты и рентгеновское излучение.
Целью изобретения является создание детекторов на арсениде галлия с резисторами, изготовленными из материала рабочего объема, сопротивление которых не зависит от удельного сопротивления рабочего объема и мало меняется с температурой.
Технический результат в микростриповом детекторе из арсенида галлия, на одну поверхность, которого нанесена пленка металла, а на второй сформированы металлические контакты в виде параллельных полосок (стрипов) и шина питания, расположенная перпендикулярно направлению стрипов, причем поверх стрипов нанесена пленка диэлектрика, на которой сформированы другие металлические полоски, расположенные над первыми, достигается тем, что участки поверхностности арсенида галлия между первыми полосками и шиной питания и под их краями модифицированы пучком ионов.
Полезная модель относится к полупроводниковым детекторам ионизирующего излучения и может быть использована для регистрации излучений в ядерной физике, физике высоких энергий, а также в цифровых аппаратах, регистрирующих заряженные частицы, гамма кванты и рентгеновское излучение.
Известны микростриповые координатные детекторы ионизирующих излучений, выполненные на кремнии или на арсениде галлия. Известные детекторы на кремнии содержат рабочий объем из высокоомного материала (обычно n-типа проводимости с удельным сопротивлением 1-5 кОм·см) [1]. На одной поверхности рабочего объема сформированы проводящие слои р+-типа проводимости, выполненные в виде параллельных полосок (стрипов) с заданным шагом. Указанные полоски соединены с шиной питания посредством резисторов из поликристаллического кремния, сформированных на этой же поверхности. Для получения выходных конденсаторов в каждом канале детектора поверх полосок р+-типа проводимости нанесен слой диэлектрика, на котором нанесены металлические проводники, лежащие над полосками р+-типа.
Недостатком кремниевых детекторов является их малая эффективность при воздействии рентгеновских квантов. Этот недостаток устраняется в детекторах из арсенида галлия, имеющих на порядок больший коэффициент поглощения рентгеновского излучения, чем в кремниевых приборах. В детекторах из кремния резисторы изготавливаются из поликристаллического кремния, получаемого пиролизом при температурах примерно 650 градусов Цельсия. В детекторах на арсениде галлия такие резисторы не используют, поскольку при указанных температурах происходит деградация поверхности арсенида галлия.
Известны микростриповые детекторы, выполненные из полуизолирующего арсенида галлия [2]. В известных детекторах на одной поверхности рабочего объема созданы параллельные полоски металлических контактов, дающие контакт типа барьера Шоттки к полуизолирующему материалу. Эти полоски соединены резисторами с шиной питания, причем резисторы сформированы в рабочем объеме в виде промежутков поверхности, разделяющих омические контакты, расположенные у каждого полоска, и общий омический контакт шины питания, лежащий перпендикулярно полоскам.
Недостатком таких детекторов является то, что резисторы выполнены из материала рабочего объема, поэтому номинал резисторов сильно зависит от удельного сопротивления полуизолятора и его разброса по пластине. Кроме того, резисторы, выполненные из объемного материала сильно зависят от температуры, и, наконец, на полуизоляторе с удельным сопротивлением 108 Ом·см трудно реализовать резисторы необходимого номинала - порядка 1 Мом.
Известен детектор, выполненный из арсенида галлия, являющийся наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели [3]. Прототип содержит рабочий объем из полуизолирующего арсенида галлия, на одной поверхности которого создан металлический контакт, а на второй созданы металлические контакты, выполненные в виде параллельных полосок (стрипов) и дающие контакт типа барьера Шоттки к полуизолирующему материалу; полоски соединены резисторами с шиной питания, причем резисторы сформированы в рабочем объеме в виде промежутков поверхности, разделяющих омические контакты, расположенные у каждой полоски, и общий омический контакт шины питания, лежащий перпендикулярно полоскам. Поверх стрипов нанесена пленка диэлектрика, на которой сформированы новые металлические проводники, расположенные над первыми.
Недостатком данного детектора является то, что резисторы выполнены из материала рабочего объема, поэтому номинал резисторов сильно зависит от удельного сопротивления полуизолятора и его разброса по пластине. Кроме того, резисторы, выполненные из объемного материала сильно зависят от температуры, и, наконец, на полуизоляторе с удельным сопротивлением 10 8 Ом·см трудно реализовать резисторы из объемного материала необходимого номинала - порядка 1 Мом.
Технический результат, на который направлено заявляемое решение, состоит в устранении указанных недостатков.
Этот результат достигается тем, что в микростриповом детекторе из арсенида галлия, на одну поверхность, которого нанесена пленка металла, а на второй сформированы металлические контакты в виде параллельных полосок (стрипов) и шина питания, расположенная перпендикулярно направлению стрипов, причем поверх стрипов нанесена пленка диэлектрика, на которой сформированы другие металлические полоски, расположенные над первыми, отличающийся тем, что участки поверхности арсенида галлия между первыми полосками и шиной питания, а также под краями названных полосков и шины питания, модифицированы пучком ионов.
Модифицированные области полупроводника являться резисторами, сопротивление их почти не зависит от удельного сопротивления полупроводника, и в широком диапазоне температур практически постоянно.
На фиг.1 представлена одна из возможных конструкций предлагаемого детектора. Детектор содержит рабочий объем 1, на одной поверхности создан металлический контакт 2, а на второй сформированы металлические контакты в виде параллельных полосок (стрипов) 3, перпендикулярно, которым на поверхности рабочего объема создана шина питания из пленки металла 4. Поверх стрипов нанесена пленка диэлектрика 5, на которой сформированы другие металлические полоски 6, расположенные над первыми. Резисторы 7, соединяющие полоски 3 с шиной питания 4 выполнены в виде полосок поверхности рабочего объема, модифицированной ионами.
Пример практического исполнения. Микростриповый координатный детектор ионизирующего излучения был изготовлен из полуизолирующего арсенида галлия, компенсированного хромом, с удельным сопротивлением 1 ГОм·см и толщиной 300 мкм. Первоначально пластину накрывали специально созданной маской из кремния, толщиной 100 мкм, в которой были созданы окна для формирования резисторов. Через эту маску проводили имплантацию ионов мышьяка дозой превышающей значение 1015см-2. При этом области поверхности арсенида галлия, подвергнутые бомбардировке ионов превращались в модифицированные слои с удельным сопротивлением 0,5 МОм/. Затем стандартными методами формировали металлические полоски 3 и шину питания 4. На всю поверхность пластины наносили пленку диэлктрика Si3N4 5 вскрывали окна в диэлектрике под шиной питания и с использованием процессов фотолитографии, термического напыления металла в вакууме и электрохимического осаждения формировали полоски 6. Напыляли металл 2 на обратную сторону рабочего объема 1 и вырезали прибор из пластины.
В результате был получен микростриповый детектор с резисторами номиналом в несколько мегаом, роль которых выполняли участки модифицированного арсенида галлия. В статическом режиме на шину питания подавался нулевой потенциал, на контакт 2 подавали напряжение +60В, а металлические полоски 6 подключали ко входам мультиплексора. При этом на контактах 3 устанавливался потенциал близкий к нулевому значению. В виду того, что резисторы, выполнялись в виде модифицированных областей арсенида галлия удалось обеспечить одинаковые параметры детекторов, изготовленных их разных слитков материала. Кроме того резисторы, полученные с применением иной имплантации будут имели малый разброс значений в приборе, и, наконец, они существенно слабее зависели от изменения температуры, чем удельное сопротивление рабочего объема. Таким образом поставленная цель была достигнута.
Источники информации:
1. М.Caccia et al. NIM, A260, 1987, p.124
2. D.Albertz et al. NIM, А410, 998, p.1-5
3. R.I.Bates et al. NIM, A410.1998, p.19-25
Микростриповый детектор из арсенида галлия, включающий рабочий объем из полуизолирующего арсенида галлия, на одну поверхность которого нанесена пленка металла, а на второй сформированы металлические контакты в виде параллельных полосок (стрипов) и шина питания, расположенная перпендикулярно направлению стрипов, причем поверх стрипов нанесена пленка диэлектрика, на которой сформированы другие металлические полоски, расположенные над первыми, отличающийся тем, что участки поверхностности арсенида галлия между первыми полосками и шиной питания модифицированы пучком ионов, причем края полосок и край шины, прилегающих к этим участкам, лежат на модифицированной поверхности.
