Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Разработка и исследование сенсоров рентгеновского излучения на основе арсенида галлия, компенсированного хромом (GaAs:Cr)
НТТМ-2017-1293 | Категория II

Автор:

Шаймерденова Лейла Калитаевна

Щербаков Иван Дмитриевич

Колесникова Ирина Игоревна

Научный руководитель:
Толбанов Олег Петрович
Организация:
Национальный исследовательский Томский государственный университет,
Томск
Цель работы
В настоящее время наблюдается рост мощности источников рентгеновского излучения. В связи с этим ужесточаются требования к эффективности регистрации излучения и радиационной стойкости детекторов, а также к их способности работать при высокой интенсивности ионизирующего излучения. Поэтому важнейшей и актуальной задачей является разработка сенсоров рентгеновского излучения, соответствующие поставленным требованиям. В рамках данного проекта проведена оптимизация технологического процесса создания детекторов, полученные образцы обладают высокой однородностью и эффективностью. Для этого проводились эксперименты по определению основных параметров: эффективности сбора заряда, удельного электрического сопротивления, темновых токи, рельефа поверхности, распределения напряженности поля.
Обзор предметной области
Существуют несколько вариаций создания детекторов ионизирующего излучения. Самыми популярными являются детекторы на основе кремния (Si) и теллурида кадмия (CdTe). Однако кремний не способен работать при больших интенсивностях излучения, в связи с малой шириной запрещенной зоны. Сенсоры на основе теллурида кадмия менее эффективны в области энергий от 10-60 кэВ, по сравнения с сенсорами на основе GaAs:Cr.
Хром (Cr) является глубокой акцепторной примесью, в процессе диффузии происходит компенсация слоев GaAs электронного типа. При введении атомов хрома с концентрацией: N(Cr)>Nd>Nf, где Nf – суммарная концентрация собственных дефектов, GaAs перекомпенсируется в p-тип проводимости. Это позволяет приблизиться к максимальному значению удельного сопротивления. В мире подобных методик компенсации GaAs хромом не существует. Данная технология разработана и запатентована лабораторией функциональной электроники НИ ТГУ.
Описание результатов проекта
Проект включал в себя исследование обработки поверхности и однородности пластин GaAs:Cr.
До компенсации хромом, детекторная структура на основе GaAs имела существенно более низкие значения дифференциального удельного сопротивления и времени жизни электронов (~〖10〗^7 Ом∙см; ~0,1 нс). Легирование хромом при высоких температурах полупроводникового материала (GaAs) n-типа проводимости позволяет получить структуру, обладающую наиболее высокими значениями дифференциального удельного сопротивления и времени жизни электронов (~10^9 Ом*см; ~20-80 нс).
Высокие значения основных электрофизических характеристик (p;, tn) позволяют получить детекторы ионизирующего излучения, обладающие высоким значением эффективности сбора заряда (~95%). При этом даже когда значения удельного сопротивления являются относительно малыми (до 1,2*10^8 Ом*см) время жизни достигает 20-25 нс.
Анализ поверхности и однородности пластин, определил оптимальную технологию
обработки поверхности и компенсации хромом, и как следствие, на выходе всего технологического процесса создания детекторов имеем качественную, высокоэффективную продукцию, которая способна конкурировать на мировом рынке.
Описание применимости
Сенсор на основе GaAs:Cr является чувствительным элементов для считывающей системы. После полной сборки чипа данные сенсоры могут быть использованы для получения изображения объекта. Поэтому сенсоры находят свое применение в медицине, в системах досмотра грузов в аэропортах, вокзалах и на транспортных магистралях. Еще одним применением сенсоров являются эксперименты в области физики высоких энергий. На данный момент проводятся эксперимент по воссоздания большого взрыва (проект Атлас), способствующего образованию Вселенной, регистрация данного явления осуществляется, в частности, с помощью детекторов на основе GaAs:Cr.
Независимые испытания лабораторных образцов были проведены в следующих научных центров: DESY (Deutche Electronen Synchrotron, Hamburg, Germany); RAL (Rutherford Appleton Laboratory, Oxford, UK); ESRF (European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble, France); ОИЯИ (Объединённый институт ядерных исследований, Дубна, РФ); PSI (Paul Sherrer Institute, Villingen, Switzerland); Stanford University (USA). Определено существенное преимущество использования данных сенсоров.
Дальнейшее развитие проекта
В современном конкурентном мире необходимо постоянное совершенствование продукта, выводимого на рынок. Поэтому исследования по улучшению характеристик сенсоров будут проводиться регулярно. С точки зрения технологического процесса, необходимо уменьшить количество технологических операций, но при этом сохранить свойства материала на должном уровне. С уменьшением количества операций в технологическом цикле уменьшиться и стоимость готового продукта.

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

Партнеры НТТМ-2017

Организаторы НТТМ-2017

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ-2017

Тел.: +7 495 223-05-23, доб. 1154     E-mail: info@nttm-2017.ru