Спосіб обробки детекторів іонізуючого випромінювання на основі монокристалів cdznte

Реферат: Спосіб обробки напівпровідникових детекторів іонізуючого випромінювання на основі твердих розчинів кадмій-цинк-телур включає механічну та хімічну обробку пластин детектора, нанесення контактів та закріплення в корпусі. Напівпровідниковий детектор (кристал) після визначеного часу експлуатації ізотермічно відпалюють в атмосфері аргону у діапазоні температур 60-200 °C протягом 3-0,5 години. UA 87974 U (12) UA 87974 U UA 87974 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі радіаційної техніки і може бути використана при виготовленні напівпровідникових детекторів іонізуючого випромінювання на основі монокристалів потрійного твердого розчину кадмій-цинк-телур (СdZnТе). Відомий детектор [1] конструкційно складається з робочої та компенсаційної частин. Вказані частини розділені непрозорою для світла і прозорою для сцинтилюючого газу перегородкою. Розділений таким чином матеріал розташований у корпусі, стінки якого зсередини покриті спектрозміщуючим матеріалом, а перед фотоприймачем установлено світлофільтр, який пропускає оптичне випромінювання в діапазоні довжин хвиль випромінювання спектрозміщуючого матеріалу. Реалізація такої схеми дозволила зменшити обмеження на матеріали камери, узгодити спектр оптичного випромінювання детектора із спектральною чутливістю фотоприймачів та зменшити вплив фонових випромінювань. Проте, такий детектор є технологічно складним і має великі розміри. Найбільш близьким технічним рішенням прийнятим за найближчий аналог є напівпровідниковий детектор для реєстрації іонізуючих випромінювань на основі монокристалів твердих розчинів СdZnТе [2]. Такий сенсор працює за принципом зміни електропровідності під дією різного роду іонізуючих випромінювань. Напівпровідникові сенсори такого типу вигідно відрізняються від, наприклад, сцинтиляційних датчиків відсутністю багатоступеневого механізму перетворення енергії частинки в електричний сигнал. У порівнянні з газовими іонізаційними камерами [1] вони також мають ряд переваг. Завдяки великій густині речовини напівпровідникові детектори дозволяють різко зменшити об'єм, в якому під дією поглинутого випромінювання виникають носії заряду [3]. Процес виготовлення детекторів на основі напівпровідникових кристалів CdZnTe включає: 1. Вирощування злитків потрійного твердого розчину CdZnTe. 2. Механічна та хімічна обробка. 2.1. Вирізання пластинок (детекторів) потрібного розміру та кристалічної орієнтації. 2.2. Шліфування та полірування вирізаних пластинок алмазними пастами з поступовим зменшенням розмірів абразивних зерен. 2.3. Травлення полірованих пластин у 5 % розчині бром-метанолу (для зняття порушеного поверхневого шару). 2.4. Пасивація поверхні детектора для зв'язування вільного Те в оксид ТеО 2 (для запобігання утворення металічної фази телуру). 3. Нанесення золотих контактів - хімічне осадження золота за допомогою золотохлористоводневої кислоти. 4. Газостатична ізобарна обробка. 5. Монтаж в корпус. Недоліком зазначеного найближчого аналога є погіршення кристалічної (структурної) якості функціонального матеріалу внаслідок ефекту накопичення радіаційно-індукованих дефектів при його експлуатації в умовах підвищеного радіаційного фону. Таке погіршення якості напівпровідникового матеріалу може приводити до порушень у роботі детектора та спотворенні дійсних показів при моніторингу навколишнього середовища. Задачею запропонованої корисної моделі є максимальне зменшення негативного впливу іонізуючого випромінювання на кристалічні властивості детекторних кристалів CdZnTe шляхом відновлення початкових властивостей детектора. Поставлена задача вирішується тим, що пропонується спосіб обробки напівпровідникових детекторів іонізуючого випромінювання на основі твердих розчинів CdZnTe, який включає механічну та хімічну обробку пластин детектора, нанесення контактів та закріплення в корпусі, згідно з корисною моделлю, що напівпровідниковий детектор (кристал) після визначеного часу експлуатації ізотермічно відпалюють в атмосфері аргону у діапазоні температур 60-200 °C протягом 3-0,5 години. Нове у способу є те, що вперше пропонується додаткова пост-експлуатаційна обробка за вказаними вище режимами. При відпалі радіаційно-індуковані дефекти анігілюють, що приводить до відновлення початкових властивостей детектора, тобто запропонований спосіб є корисним. Приклад реалізації. Для реалізації запропонованого способу обробки напівпровідникових детекторів іонізуючого випромінювання на основі твердих розчинів CdZnTe монокристали вказаного розчину було опромінено різними дозами γ-квантів (діапазон - 10-100 кГр) 60 використовуючи джерело Со з енергією квантів 1.2 МеВ. Після чого опромінені кристали тестували і проводили відпал при температурах 60-200 °C у атмосфері аргону протягом 3-0.5 години. Для контролю якості вихідних, опромінених та термооброблених кристалів використано метод низькотемпературної (всі вимірювання проводились при температурі 5 К) 1 UA 87974 U 5 10 15 20 25 30 35 фотолюмінесценції [4]. Для збудження фотолюмінесценції використано He-Ne лазер з довжиною хвилі 632.8 нм. На фіг. 1 зображено спектри фотолюмінесценції вихідного 1, та опроміненого γ-квантами (доза - 100 кГр) - 2 кристалів CdZnTe. Як видно, радіаційне опромінення приводить до суттєвих змін люмінесценції вихідного кристалу: зменшується інтенсивність смуги глибоких дефектів D, зростає інтенсивність домішкової смуги І, пов'язаної з вакансіями кадмію (радіаційно-стимульованими), зростає інтенсивність смуги зв'язаних 0 екситонів А Х, у яких роль акцепторів відіграють радіаційно-стимульовані вакансії кадмію. Крім 0 того, майже повністю гаситься смуга зв'язаних на донорах екситонів D X, яка відповідає за детекторні властивості матеріалу. Таким чином, радіаційне опромінення приводить до формування у структурі кристалів CdZnTe вакансій кадмію з подальшим формуванням інших комплексних дефектів, до складу яких входять радіаційно-індуковані вакансії кадмію. На фіг. 2 наведено спектри люмінесценції кристалів CdZnTe, опромінених γ-квантами (доза 100 кГр) - 2, відпалених при температурі 60 °C (тривалість - 3 год.) - 3, відпалених при температурі 200 °C (тривалість – 0,5 год.) - 4. Як видно, термообробка у запропонованому режимі приводить до відновлення вихідних 0 люмінесцентних смуг: зростають інтенсивності смуги D та D X, а інтенсивності радіаційностимульованих смуг, пов'язаних з радіаційно-індукованими вакансійними дефектами, суттєво зменшуються. Останнє вказує на ефективність та корисність запропонованого способу обробки кристалічних детекторів іонізуючого випромінювання. Відпал при температурах нижчих, ніж 60 °C при тривалості 3 або більше годин - не ефективний, а відпал при температурах більших за 200 °C приводить до негативних наслідків, зокрема до ефекту сильної дифузії золота з контакту у приконтактну область кристалу та збільшення концентрації так званих А-центрів, які відіграють роль активних пасток для надлишкових носіїв заряду. Джерела інформації: 1. Микеров В.И. Газовый детектор. Патент на изобретение RU 2421756 С1, МПК G01T1/20 (2006.01). 2. Шульгин Б.В., Косее А.И., Райков Д.В., Черепанов А.Н., Ищенко А.В., Малиновский Г.П. Детектор для регистрации ионизирующих излучений. Патент на изобретение RU 2347241 С1, МПК G01Т3/06 (2006.01) II IV 3. Монокристаллы группы A B . Выращивание, свойства, применение. / В. К. Комарь, В. М. Пузиков. - Харьков: Институт монокристаллов, 2002. - 244с. - ISBN 966-02-2555-5 (серия); ISBN 966-02-2646-6. 4. Nasieka Iu. Gamma-stimulated change of the photoluminescence properties of CdZnTe thin films / Iu. Nasieka, L. Rashkovetskyi, O. Strilchuk, B. Danilchenko // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2011. - V. 648. - P. 290-292. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Спосіб обробки напівпровідникових детекторів іонізуючого випромінювання на основі твердих розчинів кадмій-цинк-телур, що включає механічну та хімічну обробку пластин детектора, нанесення контактів та закріплення в корпусі, який відрізняється тим, що напівпровідниковий детектор (кристал) після визначеного часу експлуатації ізотермічно відпалюють в атмосфері аргону у діапазоні температур 60-200 °C протягом 3-0,5 години. 2 UA 87974 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3