Електрофізична характеризація фотодетекторів на основі напівпровідникових структур Si(Li) та Si(Au)
Анотація
У цій статті досліджено технологічні та фізичні принципи створення ядерних детекторів випромінювання на основі кремній-літієвих (Si(Li)) структур із товщиною понад 1,5 мм та площею поверхні не менше 50 см².Аналізується формування великогабаритних p–i–n структур шляхом дрейфу та дифузії іонів літію. Для оцінки електрофізичних параметрів детекторів були проведені вимірювання вольт-амперних (I–V) та ємнісно-напругових (C–V) характеристик. Результати I–V при зворотному зміщенні в діапазоні U = 0–200 В показали надзвичайно низькі струми витоку (I ≤ 0,5 нА), що свідчить про формування високоякісних p–i–n переходів. При напрузі понад 100 В струм залишався практично сталим, утворюючи плато. Отримані результати пропонують ефективні технологічні рішення для розробки високочутливих, стабільних детекторів випромінювання з низьким рівнем шуму.
Завантаження
Посилання
E. Fortunato, M. Vieira, L. Ferreira, et al. “Large Area Position Sensitive Detector Based on Amorphous Silicon Technology,” MRS Online Proceedings Library, 297, 981–986 (1993). https://doi.org/10.1557/PROC-297-981
D. Protić, T. Krings, and R. Schleichert, “Development of double-sided microstructured Si(Li) detectors,” IEEE Transactions on Nuclear Science, 49(4), 1829–1832 (2002). https://doi.org/10.1109/TNS.2002.801541
J. Wang, P. Mulligan, L. Brillson, and L.R. Cao, “Review of using gallium nitride for ionizing radiation detection,” Applied Physics Reviews, 2(3) 031102 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4929913
Z. Xie, K. Jiang, S. Zhang, Z. Wang, X. Shan, B. Wang, and J. Ben, et al. “Ultraviolet Optoelectronic Synapse Based on AlScN/p i n GaN Heterojunction for Advanced Artificial Vision Systems,” Advanced Materials, 37(19), e2419316 (2025). https://doi.org/10.1002/adma.202419316
A. Keffousa, M. Siad, A. Cheriet, N. Benrekaa, Y. Belkacem, H. Menari, W. Chergui, and A. Dahmani, “Comparison of electrical and optical parameters of Au/n Si and Ag/n Si Schottky barrier photodiodes,”. Applied Surface Science, 236(1–4), 42 49 (2004). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2004.03.233
M. Kozai, H. Fuke, M. Yamada, K. Perez, T. Erjavec, C. J. Hailey, N. Madden, et al. “Developing a mass-production model of large-area Si(Li) detectors with high operating temperatures,” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 947, 162695 (2019). https://doi.org/10.1016/j.nima.2019.162695
R.A. Muminov, A.K. Saymbetov, N.M. Japashov, Y. Toshmurodov, S.A. Radzhapov, N.B. Kuttybay, and M.K. Nurgaliyev, “Physical Features of Double Sided Diffusion of Lithium into Silicon for Large Size Detectors,” Journal of Nano- and Electronic Physics, 11(2), 02031 1–4 (2019). https://doi.org/10.21272/jnep.11(2).02031
J. Grant, C. Buttar, M. Brozel, A. Keffous, A. Cheriet, K. Bourenane, A. Bourenane, et al. “Lithium drifted, silicon radiation detectors for harsh radiation environments,” Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 19(S1), S14–S18 (2008). https://doi.org/10.1007/s10854-008-9707-0
D. Alexiev, M.I. Reinhard, L. Mo, A. R. Rosenfeld, and M. L. Smith, “Review of Ge detectors for gamma spectroscopy,” Australasian Physics & Engineering Sciences in Medicine, 25(3), 102–109 (2002). https://doi.org/10.1007/BF03178770
A. Keffous, M. Siad, A. Cheriet, Y. Belkacem, H. Menari, W. Chergui, and A. Dahmani, “Effect of the lithium diffusion into n type silicon on the spectral response of the Schottky photodiodes,” Optics Communications, 222(4–6), 299–304 (2003). https://doi.org/10.1016/S0030-4018(03)01604-3
M. Xiao, A. Stoessl, B. Roach, C. Gerrity, I. Bouche, G. Bridges, P. von Doetinchem, et al. “Large Scale Detector Testing for the GAPS Si(Li) Tracker,” IEEE Transactions on Nuclear Science, 70(8), 2125-2133 (2023). https://doi.org/10.1109/tns.2023.3291235
D.B. Istamov, O.A. Abdulkhayev, and Sh.M. Kuliyev, “Limiting characteristics of silicon diode temperature sensors for determining the maximum temperature with specified measurement accuracy,” UNEC J. Eng. Appl. Sci. 5(1), 63-69 (2025). https://doi.org/10.61640/ujeas.2025.0507
D.B. Istamov, O.A. Abdulkhayev, Sh.M. Kuliyev, N. Abdullayev, A.Sh. Ashirov, and D.M. Yodgorova, “Temperature response curve of silicon diode temperature sensors,” East Eur. J. Phys. (2), 287-291 (2025), https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-2-35
R.R. Bebitov, O.A. Abdulkhaev, D.M. Yodgorova, D.B. Istamov, G.M. Hamdamov, Sh.M. Kuliyev, A.A. Khakimov and A.Z. Rakhmatov, “Dependence of the accuracy of the silicon diode temperature sensors for cryogenic thermometry on the spread of their parameters,” Low Temperature Physics, 49(2), 277–282 (2023). https://doi:10.1063/10.0016843
R.R. Bebitov, O.A. Abdulkhaev, D.M. Yodgorova, D.B. Istamov, Sh.M. Kuliyev, A.A. Khakimov, A.B. Bobonazarov, et al. “Distribution of impurities in base-depleted region of diode temperature sensor,” Low Temperature Physics, 50(5), 418–424 (2024). https://doi.org/10.1063/10.0025635.
I.M. Isakovich, O. S. Komilovich, and M. F. Gallievna, “Electrophysical Properties of Al pGe(p i n) Au and Au nSi Al Structural Detectors Prepared on the Basis of Si and Ge,” Physical and mathematical sciences, (2), 23-29 (2024). https://doi.org/10.24412/2709-1201-2025-28-23-29
J. Grant, C. Buttar, M. Brozel, A. Keffous, A. Cheriet, K. Bourenane, A. Bourenane, et al. “Lithium-drifted, silicon radiation detectors for harsh radiation environments,” J. Mater. Sci: Mater. Electron. 19, S14–S18 (2008). https://doi.org/10.1007/s10854-008-9707
W.R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, (Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH, 1994). https://doi.org/10.1007/978-3-642-57920-2
Авторське право (c) 2025 Ілхом І. Маріпов, Салі А. Раджапов, Сардор Ф. Хасанов, Дамір Б. Істамов, Юсуф Т. Юлдашев, Ахназарова Діора, Шамшіддін А. Ашіров
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).
