Механізми деградації детекторних властивостей CdTe ТА CdZnTe під впливом гамма-опромінення
Анотація
Представлена робота присвячена вивченню методом комп'ютерного моделювання механізмів впливу радіаційних дефектів, що виникають під дією гамма-випромінювання, на зміну питомого опору ρ, часу життя нерівноважних електронів τn і дірок τp в CdTe:Cl і Cd0.9Zn0.1Te, а також ефективності збору зарядів η неохолоджуваних детекторів випромінювання на основі цих матеріалів. Радіаційні дефекти, яким відповідають глибокі енергетичні рівні в забороненій зоні, діють як центри захоплення нерівноважних носіїв заряду, помітно впливають на ступінь компенсації, змінюючи ρ матеріалу детектора, процеси рекомбінації, зменшуючи τn і τp, що в кінцевому підсумку може викликати зниження ефективності збору зарядів η. Виявлені конкретні причини погіршення детекторних властивостей CdTe:Cl і Cd0.9Zn0.1Te під дією гамма-випромінювання від 60Co, а також основні чинники, що призводять до повної деградації реєструвальної здатності детекторів на основі цих напівпровідників в процесі їх експлуатації. Поступове погіршення спектроскопічних характеристик детекторів на основі CdTe:Cl при гамма-опроміненні відбувається через безперервне утворення вакансій кадмію VCd і акцепторних комплексів VCd - Cl, які безперервно зміщують рівень Фермі в бік валентної зони і зменшують ρ. Повна деградація характеристик детекторів з CdTe відбувається в основному через захоплення нерівноважних електронів на рівні енергії міжвузельного телуру Te(I). Незмінні спектроскопічні властивості сенсорів на основі CdZnTe при гамма-опроміненні до 25 кГр обумовлені механізмом радіаційної самокомпенсации за рахунок утворення дефектів заміщення TeZn. На завершальній стадії опромінення відбувається різке погіршення детекторних властивостей CdZnTe через захоплення і рекомбінації нерівноважних носіїв заряду на енергетичному рівні дефекту Te(I). Різну радіаційну стійкість CdZnTe і CdTe:Cl можна пояснити різним поведінкою рівня Фермі EF в цих напівпровідниках при гамма-опроміненні. EF у CdZnTe при радіаційному впливі знаходиться поблизу середини забороненої зони, а в телуриді кадмію дрейфує в бік валентної зони. Швидкість захоплення і рекомбінації через донорний рівень Te(I) в CdTe:Cl менша, ніж в CdZnTe через більшу різницю між рівнем Фермі і рівнем радіаційного дефекту Te(I) в телуриді кадмію. Таким чином, повна деградація детектора CdTe:Cl відбувається при більш високій концентрації радіаційного дефекту Te(I) і, отже, після більш високої дози опромінення 50 кГр у порівнянні з дозою 30 кГр, необхідною для деградації детекторних властивостей CdZnTe.
Завантаження
Посилання
Samira Abbaspour, Babak Mahmoudian, and Jalil Pirayesh Islamian, World Journal of Nuclear Medicine 16(2), 101 (2017). https://doi.org/10.4103/1450-1147.203079
Hajir Al Hamrashdi, Stephen D. Monk, and David Cheneler, Sensors, 19(11), 2638-1 (2019). https://doi.org/10.3390/s19112638
Tamotsu Okamoto, Tomoya Igari, Takahiro Fukui, Ryuto Tozawa, Yasuhito Gotoh, Nobuhiro Sato, Yasuki Okuno, Tomohiro Kobayashi, Mitsuru Imaizumi, and Masafumi Akiyoshi, Japanese Journal of Applied Physics, 60, SBBF02-1 (2021). https://doi.org/10.35848/1347-4065/abd6d8
S. Dubos, H. Lemaire, S. Schanne, O. Limousin, F. Carrel, V. Schoepff, and C. Blondel, Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. Sec. A, 787, 302 (2015). https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.12.111
J. F. Butler, C. L. Lingren, and F. P. Doty, IEEE Trans. Nucl. Sci. (1992), 39(4), 605. https://doi.org/10.1109/23.159673
Paul M. Johns, and Juan C. Nino, J. Appl. Phys., 126, 040902-1 (2019). https://doi.org/10.1063/1.5091805
S. Del Sordo, L. Abbene, E. Caroli, A. Maria Mancini, A. Zappettini, and P. Ubertini, Sensors, 9(5), 3491 (2009). https://doi.org/10.3390/s90503491
A.E. Bolotnikov, G.S. Camardaa, Y. Cuia, G. De Geronimo, J. Eger, A. Emerick, J. Fried, A. Hossain, U. Roy, C. Salwen, S. Soldner, E. Vernon, G. Yang, and R.B. James, Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A, 805, 41 (2016). https://doi.org/10.1016/j.nima.2015.08.051
Qiushi Zhang, Congzhe Zhang, Yanye Lu, Kun Yang, and Qiushi, Sensors, 13(2), 2447 (2013). https://doi.org/10.3390/s130202447
C. Szeles, Phys. Status Solidi B, 241(3), 783 (2004). https://doi.org/10.1002/pssb.200304296
P.J. Sellin, A.W. Davies, A. Lohstroh, M.E. Ozsan, and J. Parkin, IEEE Trans. Nucl. Sci. 52(6), 3074 (2005). https://doi.org/10.1109/TNS.2005.855641
Ruihua Nan, Tao Wang, Gang Xu, Man Zhu, and Wanqi Jie, Journal of Crystal Growth, 451, 150 (2016). https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.07.032
Santosh Kumar, M. Vinay Kumar, Manjunatha Pattabi, K. Asokan, Xavier, Nini, Martin, B.N. Chandrashekar, Cheng Chune, and S. Krishnaveni, Materials Today: Proceedings, 5(10), Part 3, 22570 (2018). https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.630
A. Cavallini, B. Fraboni, N. Auricchio, E. Caroli, W. Dusi, P. Chirco, M.P. Morigi, M. Zanarini, M. Hage-Ali, P. Siffert, and P. Fougeres, Nuclear Instrum. Meth. Phys. Res. A, 458(1-2), 392 (2001). https://doi.org/10.1016/S0168-9002(00)00931-1
A. Cavallini, B. Fraboni, W. Dusi, N. Auricchio, P. Chirco, M. Zanarini, P. Siffert, and P. Fougeres, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 476(3), 770 (2002). https://doi.org/10.1016/S0168-9002(01)01674-6
A. Cavallini, B. Fraboni, W. Duzi et al. Appl. Phys. Lett. 77, 3212 (2000). https://doi.org/10.1063/1.1324980
Ruihua Nan, Wanqi Jie, Gangqiang Zha, Bei Wang, Yadong Xu, and Hui Yu Journal of Electronic Materials, 41(11), 2044 (2012), https://doi.org/10.1007/s11664-012-2204-5
Rongrong Guo, Yadong Xu, Tao Wang, Gangqiang Zha, and Wanqi Jie, Journal of Applied Physics, 127(2), 024501 (2020). https://doi.org/10.1063/1.5126792
A.I. Kondrik, and G.P. Kovtun, Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 5-6, 43 (2019), https://dx.doi.org/10.15222/TKEA2019.5-6.43. (in Russian)
B. Fraboni, L. Pasquini, A. Castaldini, A. Cavallini, and P. Siffert, Journal of Applied Physics, 106(9), 093713-1 (2009), https://doi.org/10.1063/1.3253748
Lingyan Xu, Wanqi Jie, Gangqiang Zha, Yadong Xu, Xiaochuan Zhao, Tao Feng, Lin Luo, Wenlong Zhang, Ruihua Nana, and Tao Wanga, CrystEngComm. 15(47), 10304 (2013). https://doi.org/10.1039/c3ce41734d
Rui-hua Nan, Wan-qi Jie, Gang-qiang Zha, Xu-xu BAI, Bei Wang, and Hui Yu, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 22, s148 (2012). https://doi.org/10.1016/S1003-6326(12)61700-2
G.F. Novikov, and N.A. Radychev, Russian Chemical Bulletin, 56(5), 890 (2007). https://doi.org/10.1007/s11172-007-0134-9
G.F. Knoll, Radiation detection and measurement, 4th ed. (John Wiley & Sons, Inc., 2010), pp. 864.
A. Cavallini, and B. Fraboni, J. Appl. Phys. 94(5), 3135 (2003). https://dx.doi.org/10.1063/1.1600529
B. Fraboni, L. Pasquini, A. Castaldini, A. Cavallini, and P. Siffert, Journal of Applied Physics, 106, 093713 (2009). https://dx.doi.org/10.1063/1.3253748
M.A. Berding, Phys. Rev. B, 60(12), 8943 (1999). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.60.8943
R. Gul, A. Bolotnikov, H.K. Kim, R. Rodriguez, K. Keeter, Z. LI, G. GU, and R.B. James, Journal of Electronic Materials, 40(3), 274 (2011). https://doi.org/10.1007/s11664-010-1504-x
M. Chu, S. Terterian, D. Ting, C.C. Wang, H.K. Gurgenian, and S. Mesropian, Appl. Phys. Lett. 79(17), 2728 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1412588
M. Fiederle, C. Eiche, M. Salk, R. Schwarz, K. Bens, W. Stadler, D.M. Hofmann, and J. Meyer, J. Appl. Phys. 84(12), 6689 (1998). https://doi.org/10.1063/1.368874
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
