Фотоприймачі для сцинтиляторів рентгенівського та γ-випромінювання
Анотація
У статті проаналізовано детектори рентгенівського та γ-випромінювання на основі іонізаційного та сцинтиляційного принципів дії. Досліджено ефективність використання кремнієвих p-i-n і p-n фотодіодів у сцинтиляційних сенсорах для детектування видимого фотолюмінесцентного випромінювання. Детектоp на основі р-i-n-структури виготовлено на основі монокристалічного кремнію p-типу з орієнтацією [111] та питомим опором 8-10 кОм∙см. Фотодіод на основі p-n-структури виготовлявся на основі монокристалічного кремнію n-типу з орієнтацією [111] та питомим опором 200-300 Ом∙см. Встановлено, що p-n фотодіоди мають значно менший темновий струм, ніж p-i-n фотодіоди (хоча дещо поступаються за чутливістю), що забезпечує їх перевагу в детективності. Однак, якщо необхідно реєструвати короткі імпульси люмінесцентного випромінювання, слід використовувати p-i-n фотодіоди, оскільки вони мають вищу швидкодію. Збільшення швидкості відгуку пов'язано з тим, що процес дифузії носіїв заряду в p-n структурі фотодіода замінюється в p-i-n структурі дрейфом носіїв заряду через i-область в сильному електричному полі.
Завантаження
Посилання
T.B. Feldman, M.A. Yakovleva, and M.A. Ostrovsky, Experimental Eye Research, 252, 110270 (2025). https://doi.org/10.1016/j.exer.2025.110270
B. Huang, Y. Liu, X. Sun, L. Huang, S. Dong, and L. Mao, National Science Open, 4(1), 20240021 (2025). https://doi.org/10.1360/nso/20240021
D.P. Frush, et al., Journal of Applied Clinical Medical Physics, e70022, 1-11 (2025). https://doi.org/10.1002/acm2.70022
N. Tsoulfanidis, and S. Landsberger, Measurement and Detection of Radiation (CRC Press, 2021). https://doi.org/10.1201/9781003009849
Y. He, I. Hadar, and M.G. Kanatzidis, Nature Photonics, 16(1), 14-26 (2022). https://doi.org/10.1038/s41566-021-00909-5
R.V. Berestov, and N.Ye. Hots, Visnyk Cherkaskoho derzhavnoho tekhnolohichnoho universytetu. Tekhnichni nauky, 3, 14-23 (2021). https://doi.org/10.24025/2306-4412.3.2021.243580 (in Ukrainian)
Y. He, et al., Nature Photonics, 15, 36–42 (2021). https://doi.org/10.1038/s41566-020-00727-1
A. Datta, et al., Applied Physics Letters Materials, 5, 106109 (2017). https://doi.org/10.1063/1.5001181
N. Vyhnan, and Y. Khalavka, Luminescence, 29(7), 952-954 (2014). https://doi.org/10.1002/bio.2600
I. Fodchuk, et al., Proceedings of SPIE, 11369, 113691H (2020). https://doi.org/10.1117/12.2553970
D. Vorontsov, et al., CrystEngComm, 19(45), 6804–6810 (2017). https://doi.org/10.1039/C7CE01688C
I. Fodchuk, et al., Physics and Chemistry of Solid State, 23(1), 144-149 (2022). https://doi.org/10.15330/pcss.23.1.144-149
E.V. Maistruk, et al., Engineering Research Express, 2(3), 035037 (2020). https://doi.org/10.1088/2631-8695/abb7e5
E.V. Maistruk, et al., Journal of Nano- and Electronic Physics, 11(2), 02007 (2019). https://doi.org/10.21272/jnep.11(2).02007
I.G. Orletskyi, et al., Materials Research Express, 8(1), 015905 (2021). https://doi.org/10.1088/2053-1591/abdbf8
K. Takagi, et al., in: IEEE Transactions on Nuclear Science, 68(9), 2435–2439 (2021). https://doi.org/10.1109/TNS.2021.3078448
B.B. Zhang, et al., Applied Physics Letters, 116, 063505 (2020). https://doi.org/10.1063/1.5134108
A.E. Bolotnikov, et al., in: 2007 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, 1788-1797, (2007). https://doi.org/10.1109/NSSMIC.2007.4436507
A.E. Bolotnikov, et al., Journal of Crystal Growth, 379, 46-56 (2013). https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2013.01.048
O. Kopach, et al., Journal of Phase Equilibria and Diffusion, 45, 612-620 (2024). https://doi.org/10.1007/s11669-024-01116-9
V. Kopach, et al., in: Proc. SPIE. Hard X-Ray, Gamma-Ray, and Neutron Detector Physics XXIII, 11838, 1183819, 155–161 (2021). https://doi.org/10.1117/12.2594545
U.N. Roy, et al., Sci. Rep. 9, 7303 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-43778-3
S.U. Egarievwe et al. “Advances in CdMnTe Nuclear Radiation Detectors Development”, IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference Proceedings (NSS/MIC), Sydney, NSW, Australia, pp. 1-3 (2018).
A. Masłowska, et al., Sensors, 24(2), 345 (2024). https://doi.org/10.3390/s24020345
W.W. Moses, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 487(1-2), 123-128 (2002). https://doi.org/10.1016/S0168-9002(02)00955-5
M.A. Jafarov, and S. A. Jahangirova, Phys. Solid State, 67, 207–213 (2025). https://doi.org/10.1134/S106378342460211X
O.H. Trubayeva, et al., Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 3, 43-49 (2018). http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2018.3.43 (in Ukrainian)
S. Bhatnagar, arXiv preprint arXiv:2401.14706 (2024). https://doi.org/10.48550/arXiv.2401.14706
Y.L. Yan, et al., J. Polym. Res., 32, 19 (2025). https://doi.org/10.1007/s10965-024-04206-x
I.L. Matos, et al.,Int. J. Appl. Ceram. Technol., 22(1), e14911 (2025). https://doi.org/10.1111/ijac.14911
P. Roos, in: Handbook of Nuclear Medicine and Molecular Imaging for Physicists (ed. by M. Ljungberg) (CRC Press, 107-128, 2022). https://doi.org/10.1201/9780429489556.
N. Cichocka, et al., Nanotechnology, 33(3),035702 (2021). https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac2e74
J. Jegal, H.W. Park, and H.J. Kim, IEEE Transactions on Nuclear Science, 68(6), 1304-1308 (2021) https://doi.org/10.1109/TNS.2021.3070040
S.J. van der Sar, S.E. Brunner, and D.R. Schaart, Medical Physics, 48(10), 6324-6338 (2021). https://doi.org/10.1002/mp.14886
M.S. Kukurudziak, and E.V. Maistruk, in: Fifteenth International Conference on Correlation Optics, 121261V (SPIE, Chernivtsi, 2021). https://doi.org/10.1117/12.2616170
S.A. Canazza, et al., in: 2021 International Nuclear Atlantic Conference – INAC 2021 Virtual meeting, (2021). http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/32524
Z.W. Bell, Scintillators and Scintillation Detectors. in: Handbook of Particle Detection and Imaging, (Springer, Cham. 413-449, 2021). https://doi.org/10.1007/978-3-319-93785-4_15
Passport data Si PIN photodiodes S2744/S3588-08, -09, Electronic resource https://www.hamamatsu.com/content/dam/hamamatsu-photonics/sites/documents/99_SALES_LIBRARY/ssd/s2744-08_etc_kpin1049e.pdf)
Passport data Si PIN photodiodes S2744-09, https://www.hamamatsu.com/jp/en/product/optical-sensors/photodiodes/si-photodiodes/S2744-09.html
Passport data Si PIN photodiode S3204-08, https://www.hamamatsu.com/jp/en/product/optical-sensors/photodiodes/si-photodiodes/S3204-08.html
Passport data Si PIN photodiodeS3584-08, https://www.hamamatsu.com/jp/en/product/optical-sensors/photodiodes/si-photodiodes/S3584-08.html
Passport data Si PIN photodiode S3590-18, https://www.hamamatsu.com/jp/en/product/optical-sensors/photodiodes/si-photodiodes/S3590-18.html
Passport data Si photodiode S12497, https://www.hamamatsu.com/jp/en/product/optical-sensors/photodiodes/si-photodiodes/S12497.html
Passport data Si photodiode S12498, https://www.hamamatsu.com/jp/en/product/optical-sensors/photodiodes/si-photodiodes/S12498.html
M.S. Kukurudziak, Journal of nano- and electronic physics, 14(1), 01023 (2022). https://doi.org/10.21272/jnep.14(1).01023
S.B. Khan, S. Irfan, Z. Zhuanghao and S.L. Lee, Materials, 12(9), 1483 (2019). https://doi.org/10.3390/ma12091483
К.V. Ravi, Imperfections and impurities in semiconductor silicon, (Wiley, New York, 1981).
N.M. Tugov, B.A. Glebov, and N. Charykov, Semiconductor devices: Textbook for universities, edited by V.A. Labuntsov, (Energoatomizdat, Moscow, 1990). (in Russian)
M.S. Kukurudziak, Journal of Instrumentation, 19(09), P09006 (2024). https://doi.org/10.1088/1748-0221/19/09/P09006
S.N. Moger, and M. Mahesha, Sensors and Actuators A: Physical, 315, 112294 (2020). https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112294
S.M. Sze, and K.K. Ng, Physics of semiconductor devices, (Wiley, 2006).
A.V. Igo, Opt. Spectrosc. 128, 1125 (2020). https://doi.org/10.1134/S0030400X20080135
M.S. Kukurudziak, and E.V. Maistruk, East Eur. J. Phys. 1, 386 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-1-39
J.J. van Blaaderen, et. al., Chemistry of Materials, 37(5), 1716-1740 (2025) https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.4c03437
A. Rawat, and M.S. Islam, in: Physics and Simulation of Optoelectronic Devices XXXII. SPIE, 12880, 128800Q (2024). https://doi.org/10.1117/12.3003413
Авторське право (c) 2025 Микола С. Кукурудзяк, Іван П. Козярський, Микола С. Солодкий, Едуард В. Майструк, Василина В. Копач, Юрій О. Семенюк, Микола М. Павлюк
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
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).
