シリコンの等価回路

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12525 (2023) この記事を引用

223 アクセス

メトリクスの詳細

核放射線検出器は、核放射線やX線分光などの分野の研究に欠かせないものです。 通常の条件下でも動作する可能性があるため、核放射線のシリコン p-i-n 検出器への関心が今日高まっています。 この論文では、シリコン-リチウム p-i-n 核放射線検出器の等価回路を提案します。 提案された回路は、シリコン半導体の古典的なショックレー方程式と電信方程式を使用して得られます。 等価回路のパラメータは重回帰法を用いて求めた。 MATLAB Simulink グラフィカル開発環境でのモデルのシミュレーションの結果、提案されたモデルの振幅-周波数特性と位相-周波数特性が得られました。 モンテカルロ法を使用して、ウラン同位体 \({}_{92}{}^{233}\mathrm{U}\)、トリウム同位体 \({}_{90}{}^{ 227}\mathrm{Th}\) とアメリシウム同位体 \({}_{95}{}^{241}\mathrm{Am}\) からアルファ崩壊スペクトルが得られました。 得られたアルファ崩壊スペクトルは、他の著者の以前の研究で提示された実験データと一致します。

半導体 p-i-n 構造の検出器は、精密機器 1 として多くの研究分野、特に高エネルギー物理実験 2 で使用されています。 より大きな検出面積を備えた検出器の出現は、検出器の効率を大幅に向上させ、弱い強度の荷電粒子の記録を可能にしたため、検出器に大きな関心を呼び起こしました3。 しかし、今日では、p-i-n ダイオードの物理プロセスとその特性が十分に研究されているにもかかわらず、科学者たちは依然として p-i-n 構造に基づく大型半導体検出器の開発に取り組んでいます4、5、6。 大型の Si(Li) 検出器は、医療画像処理、高エネルギー天体物理学、コンプトン旋光法、核廃棄物のモニタリングに使用されています 7。大型の p-i-n 検出器を改良する際の主な問題は、その開発技術 8,9 と開発に関連しています。これらの検出器に最適な読み出し電子機器の開発10、11。 12、13 年に、著者らは分光法へのシリコン p-i-n ダイオードの応用を示しました。 ap-i-n ダイオードの等価回路を示し、前置増幅ノイズを調査しました。

Dementyev ら 14 は、その研究の中で、p-i-n 検出器の読み出しエレクトロニクスを幅広く研究しました。 著者らはその研究の中で、X 線検出器としての p–i–n ダイオードの長所と短所について貴重な証拠をもたらしました。 p-i-n 検出器の利点として、次の特性が強調されます。 コンパクトサイズ; 動作電圧が低い。 固有の安定性と長いライタイム。 p-i-n 検出器の欠点として、著者らは次の特徴を挙げています。p-i-n 検出器のドメインエネルギー分解能は低エネルギーであるため、高ゲインのプリアンプシステムが必要です。タイミング分解能が比較的低く、高信号の受け入れに関連する問題があります。計数率。 これらの問題の多くは、一部の著者グループによって解決されました。たとえば、Muminov et al.15,16 は、両面を利用して大型の Si(Li) p-i-n 検出器を製造するための独自の技術を提案しました。単結晶シリコン中への Li イオンの拡散とドリフト。 この技術を適用することで、著者らは大型の Si(Li) p-i-n 検出器を入手することができ、そのサイズにより検出器の計数率を高めることができ、i 領域内の Li イオンの均一な分布により効率も向上しました。 - 地域。 検出器の計数率と分解能を向上させるために主に使用される技術は、検出器の動作中にさまざまな冷却技術を使用することです17、18。 高速計数率を達成するために、Gontard et al.19 は、200 個の単一電子イベントを検出することを目的として、電子ノイズを犠牲にして高帯域幅回路を設計し、検出器に接続された電子回路のプロトタイプを使用しました。 keV。