Study of radiation damage in silicon detectors for high ... - F9

More documents

Recommendations

Info

116 9. Povzetek doktorskega delane povzroce dolgotrajnejsih sprememb mreze. V nasprotju z njimi pa neionizirajoci deloddane energije (NIEL - non-ionizing energy loss) povzroci trajne poskodbe kristalnemreze in sicer premik atomov iz kristalne mreze in jedrske reakcije. Vpliv spremembzaradi jedrskih reakcij je pri obsevanjih, ki so del predstavljenega dela, zanemarljiv. Takoje edini za nas pomemben proces premik Si atomovznjihovega mesta v kristalni mrezi, pricemer nastanejo vrzeli (V ) in medmrezni silicijevi atomi (I). Vecina le-teh se rekombinira,del jih medsebojno reagira (npr. tvorba para vrzel-vrzel V 2 ), del pa jih potuje po mreziin reagira z ostalimi primesmi (npr. tvorba kompleksa vrzel-fosfor VP).Ce k sevalnim poskodbam prispeva le neionizirajoci del oddane energije (tako imenovanaNIEL hipoteza), lahko odvisnost od vrste delca popisemo s poskodbeno funkcijo(damage function) D(E). Le-ta za izbrano vrsto vpadnega delca in kristala popise NIELv odvisnosti od energije vpadnega delca. Za lazjo primerjavo poskodb z razlicnimi delcise poskodbe obicajno primerjajo s poskodbami, ki bi jih povzrocili nevtroni z energijo 1MeV. Tako lahko dolocimo ekvivalentno uenco eq , to je uenco nevtronov z energijo 1MeV, ki bi povzrocila enake sevalne poskodbe kot uenca A delcev vrste A z energijskoporazdelitvijo d AdETu je A faktor poskodb (hardness factor) deniran z A = eq = A A : (9.5)R EmaxhD A iD(1MeVn) = 1D n (1MeV) E minD A (E) d A(E) dER EmaxE mindEd AdE (E) dE : (9.6)Napake kristalne mreze, ki nastanejo pri obsevanju, lahko vplivajo na njene makroskopskelastnosti na vec nacinov.Zaporni tok Zaradi sevanja nastale poskodbe lahko v energijsko rezo vnesejo noveenergijske nivoje. S tem se poveca verjetnost za zajetje elektrona iz valencnega pasu innjegovo emisijo v prevodni pas, to je verjetnost za tvorbo para elektron-vrzel. Pri tem ktvorbi parov najvec prispevajo energijski nivoji v blizini sredine energijske reze.Glavni prispevek k zapornemu toku v obsevani diodi je dolocen z generacijo parovv osiromasenem podrocjuj SCR = e 0 r pair w (9.7)kjer je j SCR gostota generacijskega toka, e 0 osnovni naboj, w debelina osiromasenegapodrocja in r pair hitrost tvorbe parov. Ker je r pair sorazmerna z gostoto nivojev v blizini
9. Povzetek doktorskega dela 117sredine energijske reze, ta pa s uenco, lahko povezavo med zapornim tokom in uencoopisemo z enacboj SCRw = I V = eq (9.8)kjer je koecient narascanja zapornega toka inV prostornina osiromasenega podrocja.Efektivna koncentracija primesi Primesi lahko leze v blizini (reda velikosti k B T )prevodnega oz. valencnega pasu (plitve primesi) ali pa so od njiju bolj oddaljene (globokeprimesi). Vpliv globokih primesi na efektivno koncentracijo dopantov je pomemben le vosiromasenem podrocju, kjer k prostorskemu naboju prispevajo donorji iz zgornje polovicein akceptorji iz spodnje polovice energijske reze. Ti torej povecajo efektivno gostotoprimesi N eff in s tem zvecajo napetost polnega osiromasenja.V neobsevanih polprevodnikih je koncentracija globokih primesi obicajno zanemarljiva,pomembne so le plitve primesi kot sta P in B. Pri obsevanju nastajajo tudi globokeprimesi, predvsem akceptorji, njihovakoncentracija je sorazmerna s uenco. Pri obsevanjusilicija tipa n torej efektivna koncentracija primesi zaradi nastajanja akceptorskih stanjv pricetku upada, v tocki inverzije se spremeni v tip p, nato pa N eff zopet narasca.Pri visokih uencah lahko N eff in s tem napetost polnega osiromasenja tako narasteta,da onemogocita normalno delovanje detektorja. To narascanje je ena najhujsih ovir zadelovanje silicijevih detektorjev v visoko sevalnem okolju.Medtem ko je narascanje koncentracije globokih akceptorjev s uenco eksperimentalnodobro potrjeno [14, 20,29, 30, 46], pa vpliv obsevanja na zacetne plitve donorje se nidokoncno razjasnjen. Po nekaterih modelih njihova koncentracija s uenco eksponentnoupada [29, 30], medtem ko se po drugih le kompenzirajo z nastalimi akceptorji [31].Zbiranje naboja Globoki nivoji, nastali pri obsevanju, zmanjsajo zivljenjski cas prostihnosilcev naboja in s tem izmerjen signal. Ker je zivljenjski cas obratno sorazmeren skoncentracijo globokih nivojev, le-ta pa je sorazmerna s uenco, je torej zivljenjski casobratno sorazmeren s uenco. Vendar na zbiranje naboja vplivajo le nivoji z emisijskimcasom, dolgim v primerjavi s casom zbiranja naboja.Meritve kazejo, da je padec signala zaradi slabsega zbiranja naboja pri uencahokoli 10 14 n/cm 2 priblizno 10% za zbiralne case reda 10 ns [13, 34].
Page 1:
UNIVERSITY OF LJUBLJANAFACULTY OF M
Page 5:
Najprej gre moja zahvala delovnima
Page 8 and 9:
PovzetekSevalne poskodbe v siliciju
Page 10 and 11:
3.5 Measurement Setup, Methods and
Page 13 and 14:
1IntroductionSilicon detectors play
Page 15 and 16:
1. Introduction 7Figure 1.2: Schema
Page 17 and 18:
1. Introduction 9R(cm)Z(cm)Figure 1
Page 19 and 20:
2Operation and Radiation Damage of
Page 21 and 22:
2. Operation and Radiation Damage o
Page 23 and 24:
Page 25 and 26:
Page 27 and 28:
Page 29 and 30:
Page 31 and 32:
Page 33 and 34:
Page 35 and 36:
Page 37 and 38:
Page 39 and 40:
Page 41 and 42:
Page 43 and 44:
3Irradiation Facility3.1 The Reacto
Page 45 and 46:
3. Irradiation Facility 373.3 Irrad
Page 47 and 48:
3. Irradiation Facility 39Fission p
Page 49 and 50:
3. Irradiation Facility 413.4 Irrad
Page 51 and 52:
3. Irradiation Facility 43Figure 3.
Page 53 and 54:
3. Irradiation Facility 45Figure 3.
Page 55 and 56:
3. Irradiation Facility 47the inuen
Page 57 and 58:
3. Irradiation Facility 49width of
Page 59 and 60:
3. Irradiation Facility 51The full
Page 61 and 62:
3. Irradiation Facility 53percent.
Page 63 and 64:
4Time Development of DefectsIn this
Page 65 and 66:
4. Time Development ofDefects 57* F
Page 67 and 68:
4. Time Development ofDefects 59val
Page 69 and 70:
4. Time Development ofDefects 61for
Page 71 and 72:
4. Time Development ofDefects 63Fig
Page 73 and 74: 4. Time Development ofDefects 65Fig
Page 87 and 88: 4. Time Development ofDefects 79An
Page 89 and 90: 5Dose Rate Dependence5.1 Motivation
Page 91 and 92: 5. Dose Rate Dependence 83Figure 5.
Page 93 and 94: 5. Dose Rate Dependence 85Figure 5.
Page 95 and 96: 5. Dose Rate Dependence 87could be
Page 97 and 98: 6Inuence of Bias VoltageIt was a ge
Page 99 and 100: 6. Inuence of Bias Voltage 91energy
Page 101 and 102: 6. Inuence of Bias Voltage 93Figure
Page 107 and 108: 6. Inuence of Bias Voltage 99that t
Page 109 and 110: 6. Inuence of Bias Voltage 101(abou
Page 111 and 112: 6. Inuence of Bias Voltage 103Figur
Page 113 and 114: 7Comparison with Other GroupsWhile
Page 115 and 116: 7. Comparison with Other Groups 107
Page 117 and 118: 8ConclusionsA systematic study of r
Page 119 and 120: 8. Conclusions 111Implications for
Page 121 and 122: 9Povzetek doktorskega dela9.1 UvodS
Page 123: 9. Povzetek doktorskega dela 115Ski
Page 127 and 128: 9. Povzetek doktorskega dela 1199.2
Page 129 and 130: 9. Povzetek doktorskega dela 121Sli
Page 131 and 132: 9. Povzetek doktorskega dela 123Ce
Page 135 and 136: 9. Povzetek doktorskega dela 127Cep
Page 137 and 138: 9. Povzetek doktorskega dela 129Mer
Page 139 and 140: 9. Povzetek doktorskega dela 131Sam
Page 145 and 146: 9. Povzetek doktorskega dela 1379.6
Page 147 and 148: 10Appendix: List of Symbols and Abb
Page 149 and 150: 10. Appendix: List of Symbols and A
Page 151 and 152: References[1] J. Straver et al., Nu
Page 153 and 154: [27] A.M. Ougang et al.: Dierential
Page 155 and 156: [57] M. Huhtinen et al, HU-SEFT-R-1
Page 158: Izjavljam, da je disertacija rezult
show all

Study of radiation damage in silicon detectors for high ... - F9

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?