SELECTAȚI CEL MAI BUN DETECTOR DE PARTICULE ÎNCĂRCINATE PENTRU APLICAȚIA DUMNEAVOASTRĂ

Detectoarele PIPS® (Passivated Implanted Planar Silicon)

Mirion oferă două tipuri de detectoare de particule încărcate din siliciu pentru a acoperi o gamă largă de aplicații. Primul tip este detectorul PIPS (Passivated Implanted Planar Silicon), care utilizează un contact cu barieră implantată care formează o joncțiune precisă, subțire și abruptă pentru o bună rezoluție a particulelor încărcate. Al doilea tip este detectorul de siliciu derivat cu litiu pentru a răspunde nevoii de eficiență mai bună a detectării particulelor încărcate de mare energie. În ambele cazuri, detectoarele au o structură P-I-N în care se formează o regiune de epuizare prin aplicarea unei polarizări inverse, iar câmpul electric rezultat colectează perechile electron-găur produse de o particulă încărcată incidentă. Rezistivitatea siliciului trebuie să fie suficient de mare pentru a permite o regiune de sărăcire suficient de mare la tensiuni de polarizare moderate.

La joncțiunea de contact cu barieră implantată există o respingere a purtătorilor majoritari (electroni în tipul n și găuri în tipul p), astfel încât există o regiune de sărăcire. O polarizare inversă aplicată lărgește această regiune sărăcită, care reprezintă volumul sensibil al detectorului, și poate fi extinsă până la limita tensiunii de rupere. Detectoarele PIPS sunt în general disponibile cu adâncimi de epuizare de 100 până la 1000 µm.

Aceste detectoare pot fi utilizate cu preamplificatorul model 2003BT. Aceștia sunt, de asemenea, compatibili cu spectrometrele Alpha Analyst™ sau Model 7401 Alpha pentru dimensiuni de până la 1200 mm2.

Detectoarele sunt specificate în ceea ce privește suprafața și rezoluția particulelor alfa sau beta, precum și adâncimea de epuizare. Rezoluția depinde în mare măsură de dimensiunea detectorului, fiind cea mai bună pentru detectoarele de suprafață mică. Rezoluțiile alfa de 12 până la 35 keV și rezoluțiile beta de 6 până la 30 keV sunt tipice. Suprafețe de 25 până la 5000 mm2 sunt disponibile în mod standard, cu detectoare mai mari disponibile în diverse geometrii pentru aplicații personalizate. În plus, detectoarele PIPS sunt disponibile complet golite, astfel încât se poate face o măsurare a pierderilor de energie dE/dx prin stivuirea detectoarelor pe axă. Detectoarele pentru această aplicație sunt furnizate într-un montaj de transmisie, (adică cu conectorul de polarizare pe partea laterală a detectorului).

Cu grosimi standard cuprinse între 2 și 5 mm și, la cerere, până la 10 mm, acești așa-numiți detectoare Si(Li) au o putere de oprire mai bună decât detectoarele PIPS, răspunzând astfel necesității unei eficiențe mai bune de detectare a particulelor încărcate de mare energie. Detectoarele Si(Li) sunt disponibile în geometrie circulară între 200 și 500 mm2 și în formă dreptunghiulară, cu o rezoluție începând de la 30 keV, în funcție de dimensiune. Aceste detectoare sunt, de asemenea, disponibile în montaj cu transmisie.

În cazul în care este necesară localizarea particulelor încărcate, Mirion poate oferi Si(Li) segmentate (a se vedea informațiile pentru detectoarele de tip LTS Si(Li)). Detectoarele Si(Li) la temperatura camerei au un curent de scurgere mare. Pentru a polariza detectoarele Si(Li), căderea de tensiune în circuitele de polarizare trebuie să fie redusă la minimum. În acest cadru, rezistențele din cadrul filtrului de înaltă tensiune sau din rețeaua de cuplare în curent alternativ trebuie menținute la o valoare de 10 Mohms. Mirion recomandă preamplificatoare de tip 2003BT sau 2004, dar pentru detectoarele Si(Li) rezistențele din filtrul HV și din rețeaua de cuplare AC ar trebui să fie reduse de la 100 Mohms la 10 Mohms pentru a evita căderea excesivă de tensiune.

Detectoare cu siliciu în derivă cu litiu

Comparare între PIPS și detectoarele cu siliciu în derivă cu litiu

DETECTORI DE PARTICULE ÎNCĂRCINATE CU SILICIU

În tabelul 1 este prezentat un grafic al energiilor diferitelor particule măsurate la mai multe adâncimi de epuizare. Rețineți că până și cel mai subțire detector este adecvat pentru particulele alfa provenite din surse radioactive, dar că numai electronii de foarte joasă energie sunt complet absorbiți. Cu toate acestea, pentru un detector care vizualizează o sursă de linii de electroni, cum ar fi liniile de electroni de conversie, se vor observa vârfuri ascuțite, deoarece unele lungimi de parcurs ale electronilor se vor afla complet în regiunea sărăcită. Figura 1 prezintă intervale de particule care apar în mod obișnuit în reacțiile nucleare.

Figura 1 – Curbe interval-energie în siliciu

Din moment ce sarcina colectată din ionizarea particulelor este atât de mică încât nu este practic să se utilizeze impulsurile rezultate fără amplificare intermediară, se utilizează un preamplificator sensibil la sarcină pentru a pregăti inițial semnalul.

Figura 2 ilustrează componentele electronice utilizate într-o aplicație de spectroscopie alfa cu o singură intrare. Rețineți că proba și detectorul sunt amplasate în interiorul unei camere de vid, astfel încât pierderea de energie în aer nu este implicată.

Figura 2 – Lanțul electronic utilizat în spectrometria alfa

În Figura 3, Figura 4 și Figura 5 este prezentată gama de energie a diferitelor detectoare de particule încărcate cu siliciu pentru măsurători de energie. Gama de energie se va extinde cu ajutorul suporturilor de transmisie (seria FD pentru PIPS și seria LTC/LTR pentru Si(Li)), deoarece detectoarele pot fi suprapuse și utilizate în identificarea particulelor, în telescoape de detecție și în alte măsurători dE/dx.

Figura 3 – Intervalul de energie al diferitelor modele de detectoare pentru o colecție completă de sarcină de electroni

Figura 4. Gama de energie a diferitelor modele de detectoare pentru o colecție completă de sarcină a protonilor

Figura 5 – Gama de energie a diferitelor modele de detectoare pentru o colecție completă de sarcină a alfa

Efecte de canalizare, în cazul în care ionii energetici intră în detector la anumite unghiuri vor provoca canalizarea ionilor între planurile cristalului. Acest efect poate cauza o variație semnificativă a intervalelor prezentate.

Anexa 1 – Domenii de energie pentru electroni, protoni și alfa

Figura 6 – Gama de energie pentru electroni în siliciu

Figura 7 – Gama de energie pentru protoni în siliciu

Figura 8 – Intervalul de energie pentru alfa în siliciu

Apendice 2 – Pierderea de energie a diferitelor particule încărcate în siliciu

Figura 9 – – Pierderea de energie a electronului în siliciu

Figura 10 – Pierderea de energie a protonilor în siliciu

Figura 11 – Pierderea de energie a alfa în siliciu

Figura 12 – Pierderea de energie a diferitelor particule încărcate în siliciu

.