Моделирование характеристик гамма-детекторов на основе кремниевых p-i-n-структур

Разработана программа для моделирования токов детектора, изготовленного на базе p—i—n-структуры, при воздействии гамма-излучения в диапазоне низких энергий от 1 до 30 кэВ. Программа позволяет учесть вклад в ток детектора различных областей структуры (p⁺, n⁺ и области пространственного заряда), что дает возможность анализировать изменение спектральных зависимостей тока детектора. Базовый размер пикселя составил 10×10 мкм². В качестве структуры для моделирования использованы конструкции двух видов: с n⁺-областью между двумя p⁺-областями на поверхности структуры и без этой разделительной области. С целью оптимизации конструкции и улучшения эффективности сбора рентгеновских квантов рассмотрены зависимости спектральных характеристик тока структуры от геометрических, технологических параметров и приложенного напряжения. Показано, что наибольшее влияние на вид спектральных характеристик тока оказывает толщина слаболегированной области и обратное напряжение, приложенное к структуре. Проведены сравнения характеристик детектора для структур двух различных конструкций.

1. Голодных Е.В. Обзор детекторов гамма-излучения для контроля положения ствола горизонтальной скважины. Вестник науки Сибири. Серия: Инженерные науки. 2013; (1(7)): 129—138. URL: https://jwt.su/journal/article/view/419?ysclid=m90ew506xh892151363

2. Сидоренко В.В., Кузнецов Ю.А., Оводенко А.А. Детекторы ионизирующих излучений. Ленинград: Судостроение; 1984. 240 с.

3. Volkov D.L., Murashev V.N., Legotin S.A., Karmanov D.E., Mukhamedshin R.A., Chubenko A.P. A new position-sensitive silicon pixel detector based on bipolar transistor. Instruments and Experimental Techniques. 2009; 52(5): 655—664. https://doi.org/10.1134/S0020441209050042

4. Murashev V.N., Legotin S.A., Orlov O.M., Korol'Chenko A.S., Ivshin P.A. A silicon position-sensitive detector of changed particles and radiation on the basis of functionally integrated structures with nano-micron active regions. Instruments and Experimental Techniques. 2010; 53(5): 657—662. https://doi.org/10.1134/S0020441210050076

5. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х кн. Пер. с англ. М.: Мир; 1984. Кн. 2. 456 с.

6. МОП СБИС. Моделирование элементов и технологических процессов. Под ред.: П. Апонетти, Р.В. Даттон, В.Г. Ольдхам. Пер. с англ. М.: Радио и связь; 1988. 496 с.

7. De Mari A. An accurate numerical steady-state one-dimensional solution of the p-n junction. Solid-State Electronics. 1968; 11(1): 33—58. https://doi.org/10.1016/0038-1101(68)90137-8

8. Бубенников А.Н. Моделирование интегральных микротехнологий приборов и схем. М.: Высш. шк.; 1989. 320 с.

9. Юрчук С.Ю., Мурашов В.Н. Моделирование полупроводниковых приборов. М.: Издательский Дом НИТУ «МИСиС»; 2001. 99 с.

10. Варлашов И.Б. Физико-топологическое моделирование полупроводниковых структур. URL: http://www.old.mpei.ru/Exp/getparm_AU.asp?parmvalueid=4000070001971

11. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: Наука; 1989. 608 с.

12. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы математической физики. М.: Научный мир; 2000. 316 с.

13. Dainty J.C., Shaw R. Image science: Principles, analysis and evaluation of photographic-type imaging processes. London: NY, San-Francisco: Academic Press; 1974. 402 p.

14. Вологдин Э.Н., ЛысенкоА.П. Интегральное радиационное изменение параметров полупроводниковых материалов. М.: Моск. гос. ин-т электроники и математики; 1999. 94 с.

15. X-Ray mass attenuation coefficients. NIST Standard Reference Database 126. URL: https://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/ElemTab/z14.html

16. New semiconductor materials. Biology systems. Characteristics and properties. URL: http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/