Detektor nabitých částic

VYBERTE NEJLEPŠÍ DETEKTOR NABITÝCH ČÁSTIC PRO VAŠI APLIKACI

Detektory PIPS® (Passivated Implanted Planar Silicon)

Mirion nabízí dva typy křemíkových detektorů nabitých částic pro širokou škálu aplikací. Prvním typem je detektor PIPS (Passivated Implanted Planar Silicon), který využívá implantovaný bariérový kontakt, jenž tvoří přesný, tenký a náhlý přechod pro dobré rozlišení nabitých částic. Druhým typem je křemíkový detektor s lithiovým driftem, který řeší potřebu lepší účinnosti detekce nabitých částic s vysokou energií. V obou případech mají detektory strukturu P-I-N, v níž je vyčerpávající oblast vytvořena použitím zpětného předpětí, přičemž výsledné elektrické pole shromažďuje páry elektron-díra vytvořené dopadající nabitou částicí. Odpor křemíku musí být dostatečně vysoký, aby umožnil vytvoření dostatečně velké depleční oblasti při mírném předpětí.

Na přechodu implantovaného bariérového kontaktu dochází k odpuzování majoritních nosičů (elektronů v typu n a děr v typu p), takže existuje depleční oblast. Přiložené reverzní předpětí rozšiřuje tuto ochuzenou oblast, která je citlivým objemem detektoru, a může být rozšířena až na hranici průrazného napětí. Detektory PIPS jsou obecně k dispozici s hloubkou vyčerpání 100 až 1000 µm.

Tyto detektory lze použít s předzesilovačem model 2003BT. Jsou také kompatibilní se spektrometry Alpha Analyst™ nebo Model 7401 Alpha pro velikosti do 1200 mm2.

Detektory jsou specifikovány z hlediska plochy povrchu a rozlišení částic alfa nebo beta a také hloubky vyčerpání. Rozlišení do značné míry závisí na velikosti detektoru, přičemž nejlepší je u detektorů s malou plochou. Typické je rozlišení alfa 12 až 35 keV a rozlišení beta 6 až 30 keV. Standardně jsou k dispozici detektory s plochou 25 až 5 000 mm2 , pro zákaznické aplikace jsou k dispozici větší detektory s různou geometrií. Detektory PIPS jsou navíc k dispozici plně vyčerpané, takže měření energetických ztrát dE/dx lze provádět skládáním detektorů na osu. Detektory pro tuto aplikaci se dodávají v přenosové montáži (tj. s předsazeným konektorem na straně detektoru).

Se standardní tloušťkou 2 až 5 mm a na vyžádání až 10 mm mají tyto tzv. detektory Si(Li) lepší zastavovací schopnost než detektory PIPS, čímž řeší potřebu lepší účinnosti detekce nabitých částic s vysokou energií. Detektory Si(Li) jsou k dispozici v kruhové geometrii mezi 200 a 500 mm2 a v obdélníkových tvarech s rozlišením od 30 keV v závislosti na velikosti. Tyto detektory jsou k dispozici také v transmisní montáži.

V případě potřeby lokalizace nabitých částic může společnost Mirion nabídnout segmentované detektory Si(Li) (viz informace o detektorech typu LTS Si(Li)). Detektory Si(Li) mají při pokojové teplotě velký svodový proud. Pro polarizaci Si(Li) detektorů je třeba minimalizovat úbytek napětí v předpínacích obvodech. V tomto rámci by měly být rezistory ve VN filtru nebo ve střídavé vazební síti udržovány na hodnotě 10 Mohmů. Společnost Mirion doporučuje předzesilovače typu 2003BT nebo 2004, ale pro Si(Li) detektory by měly být odpory ve VN filtru a ve střídavé vazební síti sníženy ze 100 Mohmů na 10 Mohmů, aby se zabránilo nadměrnému úbytku napětí.

Křemíkové detektory s unášeným lithiem

Srovnání PIPS s křemíkovými detektory s unášeným lithiem

DETEKTORY SILIKONEM NABITÝCH ČÁSTIC

V tabulce 1 je uveden graf energií různých částic měřených při několika hloubkách vyčerpání. Všimněte si, že i nejtenčí detektor je dostatečný pro částice alfa z radioaktivních zdrojů, ale že plně pohlceny jsou pouze elektrony s velmi nízkou energií. Avšak u detektoru sledujícího zdroj elektronových čar, jako jsou konverzní elektronové čáry, budou pozorovány ostré píky, protože některé délky drah elektronů budou plně ležet v ochuzené oblasti. Na obrázku 1 jsou znázorněny rozsahy částic, které se běžně vyskytují v jaderných reakcích.

Obrázek 1 – Energetické křivky rozsahu v křemíku

Protože náboj získaný ionizací částic je tak malý, že je nepraktické použít výsledné impulsy bez mezilehlého zesílení, používá se k počáteční přípravě signálu předzesilovač citlivý na náboj.

Obrázek 2 znázorňuje elektroniku použitou v aplikaci spektroskopie alfa s jedním vstupem. Všimněte si, že vzorek a detektor jsou umístěny ve vakuové komoře, takže nedochází ke ztrátám energie ve vzduchu.

Obrázek 2 – Elektronický řetězec používaný ve spektrometrii alfa

Energetický rozsah různých křemíkových detektorů nabitých částic je znázorněn na obrázcích 3, 4 a 5 pro měření energie. Energetický rozsah se rozšíří s přenosovými držáky (řada FD pro PIPS a řada LTC/LTR pro Si(Li)), protože detektory lze stohovat a používat při identifikaci částic, v teleskopech detektorů a při dalších měřeních dE/dx.

Obrázek 3 – Energetický rozsah různých modelů detektorů pro kompletní soubor nábojů elektronů

Obrázek 4 – Energetický rozsah různých modelů detektorů pro kompletní soubor nábojů elektronů

Energetický rozsah různých modelů detektorů pro kompletní soubor nábojů protonů

Obrázek 5 – Energetický rozsah různých modelů detektorů pro kompletní soubor nábojů alfa

Kanálové efekty, kde energetické ionty vstupují do detektoru pod určitými úhly, způsobí kanalizaci iontů mezi krystalovými rovinami. Tento efekt může způsobit značné odchylky prezentovaných rozsahů.