طراحي و ساخت آشكارساز سيليكوني تابش آلفا با ساختار P-I-N

Design and Fabrication of a Silicon PIN Alpha Radiation Detector

دكتري

فيزيك هسته اي

مركز تحصيلات تكميلي پيام نور تهران

98/5/15

خوب

115ص.

محمد اسماعيل عظيم عراقي

سيد علي هاشمي زاده

ندارد

ندارد

Radiation detector, Silicon PIN photodiode, I-V, C-V characteristics, Spectral response

مهدي صادقي استاد راهنما

در اين رساله به فرآيند طراحي و ساخت فوتوديود سيليكوني با ساختار PIN براي آشكارسازي تابش آلفا پرداخته شده است. قدرت تفكيك انرژي يكي از پارامترهاي مهم در اينگونه آشكارسازها مي‌باشد، افزايش قدرت تفكيك انرژي آشكارساز منوط به كاهش جريان نشتي فوتوديود ساخته شده مي‌باشد. لذا يكي از اهداف بسيار مهم در اين تحقيق، طراحي و انجام فرآيند ساخت فوتوديودي مي‌باشد كه داراي جريان نشتي پايين و قدرت تفكيك انرژي بالا باشد. پس از اتمام فرآيندهاي ساخت، آشكارسازهاي ساخته شده، مورد اندازه‌گيري مشخصات الكترونيكي نظير جريان – ولتاژ و خازن – ولتاژ و همچنين تست تابش ذرات آلفا از چشمه ي آلفاي 241Am قرار گرفتند كه در بهترين حالت، طيف پاسخ به تابش آلفا با قدرت تفكيك انرژي KeV 16 از آن استخراج گرديد كه كاملا قابل مقايسه با نمونه¬هاي صنعتي مي¬باشد. طيف نگاري آلفا با Shaping time برابرµs 1 و تقويت 90 برابر و ولتاژكاري 80- ولت و تحت خلا Torr 4-10 انجام شده است. لازم به ذكر است كه در انجام اين تست از چشمه¬ي آلفاي 241Am به روش الكترونشاني و فوق العاده نازك استفاده شده است كه اثر خودجـذبي در آن ناچيز ¬باشد به گونه¬اي كه در طيف آلفـاي اندازه¬گيري شده شاهد اثر تضعيف دنباله¬ي كم انرژي نبوديم. در ادامه تاثير انجام فرآيند عمليات حرارتي و نقش نسبت گازهاي مورد استفاده در اين فرآيند برروي مشخصات الكتريكي آشكارساز و طيف آلفاي اندازه¬گيري شده، بررسي شده است. آشكارسازهاي تابش سيليكوني PIN با چهار فرآيند ساخت مشابه و با عملياتهاي حرارتي نهايي متفاوت ساخته شدند. اين عمليات حرارتي در دماي ثابت و با نسبت گازهاي هيدروژن متفاوت (از sccm 10 تا sccm 60) انجام شده است. نتيجه¬ي آزمايش¬ها نشان مي¬دهد كه عمليات حرارتي منجر به بهبود عملكرد آشكارسازها مي¬شود و بهترين نسبت گازها براي اين منظور sccm 15 مي¬باشد، در اين حالت به سبب باقي ماندن تله¬هاي سطحي كمتر در مرز بين سيليكون و اكسيد سيليكون، جريان نشتي كمتر از خود نشان مي¬دهند. در پايان نتايج شبيه¬سازي و عملي استفاده از حلقه¬هاي محافظ (Guard Ring) در اطراف ناحيه¬ي حساس آشكارساز ارائه شده است. همانگونه كه نتايج شبيه¬سازي نشان مي-داد، حلقه¬ي محافظ منجر به افزايش قدرت تفكيك آشكارساز مي¬گردد، به نحوي كه ما را قادر به مشاهده¬ي پيك بارز (KeV 5485) و نيمه بارز (KeV 5442) طيف آلفاي 241Am مي¬نمايد.

98/7/2

امامي

56541