ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА И P-I-N
СТРУКТУРЫ НА СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ CdTe p-i-n
ДЕТЕКТОРОВ

А.Х. Хусаинов, Т.А. Антонова, А.Г. Ильвес, В.В. Лысенко, В.Ф. Морозов

Наши исследования [1] показали, что современная технология выращивания CdTe кристаллов и технология производства p-i-n CdTe детекторов, развитая в ПИЯФ, позволяют создавать высокоразрешающие детекторы с объемом чувствительной области свыше 300 мм³. Эффективность регистрации гамма излучения в диапазоне 200 - 1500 кэВ такими детекторами эквивалентна детекторам из Ge с объемом чувствительной области около 2 см³.

Основным ограничением спектрометрических характеристик CdTe детекторов большого объема является неполный сбор заряда. Повышение толщины детекторов пропорционально увеличивает время сбора заряда, а следовательно, и соответствующие потери заряда. Неполный сбор заряда проявляется на амплитудных спектрах искажением формы линии полного поглощения излучения и образованием хвоста в области более низких энергий. Компенсации неполного сбора заряда производится в предположении, что потери заряда пропорциональны экспоненте времени дрейфа носителей, т.е. индуцированный электронами и дырками ток экспоненциально спадает по мере их сбора из-за захвата носителей. При этом транспортная характеристика носителей mE (произведение подвижности на напряженность электрического поля) считается постоянной по объему детектора.

Наблюдаемые амплитудные спектры показывают, что последнее предположение не выполняется. Это может быть следствием двух причин: неравномерностью распределения характеристик кристалла (подвижности m и времени жизни t электронов и дырок) по площади кристалла и неоднородностью распределения напряженности электрического поля. Для проверки первого предположения мы сканировали детектор по площади коллимированным пучком гамма квантов с энергией 662 кэВ (источник ¹³⁷Cs, диаметр пучка на поверхности 2 мм). Результаты измерений в различных точках детектора не показали значительного смещения линии спектра и изменения разрешения на полувысоте и 1/10 высоты пика. Следовательно, наблюдаемые искажения спектра связаны с неоднородным распределением электрического поля.

Исследование распределения напряженности электрического поля в CdTe p-i-n детекторах проводилось с помощью электрооптического метода. Суть метода состоит во вращении плоскости поляризации луча света, пропускаемого через боковую поверхность детектора перпендикулярно направлению электрического поля. Исследования показали, что после подачи напряжения на детектор с p-i-n структурой происходит перераспределение электрического поля из-за захвата электронов на глубокие ловушечные уровни. Напряженность поля по всей толщине i-области детектора из постоянного в начальный момент времени после включения напряжения перераспределяется в линейно распределенную с максимумом у i-n перехода. При этом разница в скорости дрейфа индуцированных носителей достигает 2 и более раз при поглощении излучения на различной толщине детектора. Такая неоднородность сбора ведет к формированию различной формы импульсов и искажению спектра. По нашему мнению это и есть основная причина невозможности полной компенсации потерь заряда в p-i-n детекторах из CdTe большого объема.

Основные результаты исследования изложены в работе [2].

[1] A. Kh. Khusainov, A. L. Dudin, A. G. Ilves, V. F. Morozov, A. K. Pustovojt, R. D. Arlt. Nucl. Instr. And Meth. A 428 (1999) 58-65.
[2] A.Kh. Khusainov, T.A. Antonova, V.V. Lysenko, R.K. Makhkamov, V.F. Morozov, A.G. Ilves, R.D.Arlt. Nucl. Instr. And Meth. A 458 (2001) 242-247.