Étape 2: Technique Primer
(Légende de la figure : rayonnements ionisants forme des paires électron-trou dans la région intrinsèque, résultant en une impulsion de charge.)
- Détecteurs de SolidState
Dans de nombreuses applications de détection de rayonnement, l’utilisation d’un moyen de détection solide est un avantage (encore appelé détecteurs à semi-conducteurs diode ou détecteurs à semi-conducteurs). Diodes de silicium sont les détecteurs de choix pour un grand nombre d’applications, surtout lorsque des particules chargées lourdes sont impliqués. Si la mesure de l’énergie n’est pas nécessaire, les caractéristiques d’excellent moment de détecteurs diode silicium permettent un comptage précis et le suivi des particules chargées. Pour la mesure des électrons de haute énergie ou rayons gamma, dimensions détecteur peuvent être gardées beaucoup plus petites que des solutions de rechange. L’utilisation de matériaux semi-conducteurs comme détecteurs de rayonnement se traduit également par un plus grand nombre de porteuses pour un événement donné le rayonnement incident et à cet effet un seuil statistique sur la résolution en énergie est possible avec d’autres types de détecteur. Par conséquent, la meilleure résolution d’énergie réalisable aujourd'hui est réalisée grâce à l’utilisation de ces détecteurs. Ici, les supports d’information fondamentaux sont des paires électron-trou créés le long le chemin emprunté par les particules chargées par le détecteur (voir figure ci-dessus). En recueillant ces paires électron-trou, mesurée en charges les électrodes du capteur, le signal de détection est formé et elle procède aux étapes d’amplification et de la discrimination. Autres caractéristiques désirables des détecteurs à semi-conducteurs sont d’une taille compacte, les caractéristiques de calendrier relativement rapide et une épaisseur efficace (*). Comme avec n’importe quel détecteur, il y a des inconvénients, y compris la limitation de petite taille et relativement forte sensibilité de ces dispositifs à subir une dégradation des performances de lésion induite par le rayonnement.
(*: Minces capteurs minimiser la dispersion multiple, alors que les capteurs plus épaisses génèrent plus de charges lorsqu’une particule traverse le substrat.)
- Diodes P−i−N
Chaque type de détecteur de rayonnement produit une caractéristique de sortie après interaction avec le rayonnement. Interactions des particules avec la matière sont distinguent par trois effets : effet photoélectrique (* 1), Compton diffusion (* 2) et la paire-production (* 3). Le principe de base d’un détecteur de silicon planar est l’utilisation d’une jonction PN dans lequel les particules interagissent par l’intermédiaire de ces trois phénomènes. Le capteur de silicon planar plus simple se compose d’un substrat P dopé et un N-implant à un côté. Les paires électron-trou sont créés le long d’une trajectoire de particules. Dans le domaine de la PN junction il est une région indemne de porteurs de charge, appelées zone de déplétion. Les paires électron-trou créés dans cette région sont séparées par un champ électrique environnant. Par conséquent, les porteurs de charge peuvent être mesurés à la N ou P-côté du matériau silicium. En appliquant une tension de polarisation inverse de la diode de jonction PN, la zone appauvrie se développe et peut couvrir le substrat capteur complet. Vous pouvez en savoir plus sur ce ici : jonction PN de Wikipedia article.
Une diode PiN possède une région intrinsèque je , entre les jonctions P et N, inondées de porteurs de charge du P et N-régions. Cette région large intrinsèque signifie aussi que la diode a une faible capacité lorsque inverse biaisé. Dans une diode PiN, la région de déplétion existe presque entièrement dans la région intrinsèque. Cette région de déplétion est beaucoup plus grande que d’une diode PN ordinaire. Ceci augmente le volume où les paires électron-trou peuvent être générées par un photon incident. Si un champ électrique est appliqué au matériau semi-conducteur, les électrons et les trous subissent une migration. La diode PiN est inversée biaisé afin que l’ensemble de la i-couche est épuisée de porteurs libres. Cette polarisation inverse crée un champ électrique à travers la couche i afin que les électrons sont balayés à la P-couche et les trous, jusqu'à la couche N (* 4). Ce flux de transporteurs en réponse à une impulsion de rayonnement, constitue l’impulsion de courant mesurée. Afin de maximiser ce courant, la i-région doit être aussi grande que possible. Les propriétés de la jonction sont telles qu’elle effectue très peu de courant lorsque biaisée dans le sens inverse. Le P-côté de la jonction devienne négatif en ce qui concerne le N-côté, et la différence de potentiel naturelle d’un côté de la jonction à l’autre est renforcée. Dans ces circonstances, c’est les porteurs minoritaires qui sont attirés à travers la jonction et, parce que leur concentration est relativement faible, le courant inverse à la diode est assez petit. Lorsqu’une polarisation inverse est appliquée à la jonction, la quasi-totalité de la tension appliquée s’affiche dans l’ensemble de la région de déplétion, parce que sa résistivité est beaucoup plus élevée que celle de la matière N ou P-type normale. En effet, la polarisation inverse accentue la différence de potentiel à travers la jonction. L’épaisseur de la région de déplétion est également augmentée, étendre le volume sur lequel les porteurs de charge produits au rayonnement sont collectées. Une fois que le champ électrique est suffisamment élevé, la collection de charge devient complete et la hauteur d’impulsion change n’est plus avec de nouvelles augmentations de la tension de polarisation de détecteur.
(* 1: électrons dans l’État lié d’un atome sont assommées par photons quand l’énergie des particules incidents est supérieure à l’énergie de liaison.; * 2: Interaction mettant en cause la dispersion d’une particule libre ou électrons faiblement liée et le transfert d’une partie de l’énergie de l’électron.; * 3: Production d’une particule et son antiparticule.; * 4. : Électrons sont dessinés dans le sens opposé au vecteur de champ électrique, tandis que les trous se déplacent dans la même direction que le champ électrique.)
