Referat

  • 23 дек. 2011 г.
  • 3632 Слова
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОПИКСЕЛЬНЫХ ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ.

I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ВВЕДЕНИЕ

Лавинные полупроводниковые приборы появились почти одновременно с первыми диодами и транзисторами. Сам по себе лавинный процесс - довольно типичное явление для всех полупроводниковых приборов. Именно лавинный пробой является частой причиной выхода из строя транзисторов и диодов и пр.полупроводниковых устройств. С самого начала предпринимались многочисленные попытки не только защититься от лавинных процессов в полупроводнике, но и использовать лавинное умножение в детекторах для регистрации очень слабых сигналов от внешних воздействий. Эта задача оказалась очень сложной, и разработанные приборы были дорогими и недолговечными. Однако, в связи с новыми технологическимидостижениями, в последнее время лавинные детекторы начали использоваться в ядерной физике и физике элементарных частиц. Благодаря ряду особых качеств, лавинные детекторы конкурируют с обычными детекторами во многих новых физических экспериментах (D0 во FNAL, CMS в CERN), а также получают применение в медицинских рентгеновских томографах и позитронных эмиссионных томографах. Использование кремниевых приборов славинным усилением наиболее эффективно для регистрации слабых потоков света, именно в этой области особенно четко выявляются преимущества лавинных детекторов :
1. За счет внутреннего усиления лавинные детекторы обладают высоким отношением сигнала к шуму и поэтому могут быть использованы для регистрации малых интенсивностей света. Обычный кремниевый фотодиод способен регистрировать потоки света, начиная снескольких тысяч фотонов, в то время как даже обычные лавинные детекторы регистрируют поток света на уровне нескольких сотен фотонов. В последнее время разрабатываются лавинные фотодиоды со структурой микроячеек (пикселов), каждая из которых представляет счетчик единичных фотонов. Такие микропиксельные лавинные фотодиоды - MAPD (Mircopixels Avalanche PhotoDiode), способные регистрировать малые интенсивностисвета (на уровне нескольких десятков и даже единичных фотонов), при этом обладая высоким коэффициентом внутреннего усиления M≈106 подобно некоторым ФЭУ.
2. Имеют высокую квантовую эффективность регистрации света. Если у лучших образцов ФЭУ Q.E. порядка 25% (обычно - 10-15%), то у APD (Avalanche PhotoDiode) эффективность, как правило, более 50%, и достигает 90%. У MAPD эффективность регистрации фотонаможет составлять порядка 30%.
3. Вследствие малой глубины зоны обеднения, обладают высоким временным разрешением (лучше 1 наносекунды).

Как APD, так и MAPD сохраняют все полезные свойства обычных кремниевых детекторов: возможность работы в магнитных полях и в вакууме, имеют высокую радиационную стойкость, компактны, не требуют высокого напряжения питания. Однако работа детектора влавинном режиме предъявляет особые требования к стабильности рабочей точки, так как коэффициент лавинного умножения имеет сильную зависимость от напряжения и от температуры. Например, для APD EG&G C30626E (этот детектор применяется в электромагнитном калориметре детектора CMS в CERN’e при М=100 коэффициент усиления уменьшается на 6.7% при увеличении температуры на 10С. Таким образом, при увеличении температурына 15 0С коэффициент усиления M изменяется от 100 до 1. Для APD Hamamatsu S5345 с М=100 температурный коэффициент составляет -3.3%/0С.
Эти требования ограничивают применение лавинных детекторов, но в последнее время целый ряд технологических решений существенно уменьшил данные проблемы.
Целью предлагаемой работы является исследование основных характеристик кремниевых микропиксельных лавинныхфотодиодов и методов их измерений, а также обретение навыков работы с лавинными приборами.

СТРУКТУРА И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДЕТЕКТОРА.

Лавинное размножение носителей заряда в полупроводнике связано с тем, что когда к p-n переходу приложено напряжение, то в кристалле возникает градиент электрического поля. Напряженность этого электрического поля зависит от...
tracking img