Диффузионно-дрейфовые детекторы

Диффузионно-дрейфовые детекторы (р–i–n)-типа с р –проводимостью изготовляют из кремния или германия; используется сначала диффузия, а затем дрейф ионов лития в глубь кристалла при температуре 400° С, при обратном смещении в несколько сот вольт. Атомы располагаются в кристалле в междоузлиях и поэтому имеют очень большой коэффициент диффузии. Под действием электрического поля ионы лития проникают глубоко в кремний или германий и компенсируют акцепторы. Образуется кристалл с компенсированной плотностью примесей, имеющий только собственную проводимость (область с i -проводимостью) и высокое удельное сопротивление (ρ=25´10⁴ Ом см при комнатной температуре).

Литиево–дрейфовые детекторы изготовляют планарные и коаксиальные.

Диффузионно–дрейфовые детекторы отличаются от детекторов поверхностно–барьерных и диффузионных. Они обладают хорошей стабильностью в работе, имеют высокую чувствительность. Планарные литиево–дрейфовые можно изготовить с большой счетной площадью и получить толщину чувствительного слоя до десятков миллиметров. Они имеют однородное электрическое поле U/d в обедненной области, ширина этой области d и, следовательно, емкость С не зависят от приложенного напряжения. Для (р – п) – переходов , а для (p–i–n) – переходов C¹f(U)» const. В (р – n)– детекторах обратный ток растет с увеличением напряжения, а в (р–i–n)– детекторах изменяется незначительно, но по абсолютной величине выше, чем в (р–п) – детекторах. Для (p–n) –детекторов обратный ток в основном определяется токами утечки, а для (р–i–п) –детекторов – током от неосновных носителей, генерируемых в обедненной области.

Полупроводниковыми детекторами в сочетании с усилителями с низким уровнем шумов можно измерять плотности потоков тяжелых частиц, электронов и γ –излучения

Для регистрации β – и γ –излучений обычно используют кремниевые детекторы диффузионного и диффузионно-дрейфового типа. По сравнению с поверхностно–барьерными они имеют следующие преимущества: более широкий чувствительный слой, меньшее напряжение питания и более слабую зависимость амплитуды импульсов от последнего, отсутствие контактных шумов. При соответствующей градуировке их можно использовать в качестве дозиметров.

Полупроводниковые детекторы обладают такими ценными качествами, как высокое энергетическое разрешение, достаточно хорошая эффективность регистрации излучения, линейность характеристик в широкой области энергий для различных видов ионизирующего излучения, компактность, простота в изготовлении и обращении. Кроме того, они не требуют высоковольтных источников питания. Кремниевые детекторы нечувствительны к магнитным полям.

Литиево–дрейфовые германиевые детекторы изготовляют с большим чувствительным объемом, достигающим 100 см³. Детекторы этого типа используют в спектрометрии γ -излучения, где они успешно конкурируют со сцинтилляционными спектрометрами, так как отличаются высоким разрешением и чувствительностью. Литиево-дрейфовые германиевые детекторы хранят и эксплуатируют при температуре жидкого азота. Детекторы помещают в специальные криогенные вакуумные камеры–криостаты, в которых поддерживают давление порядка 10^-2 Па. Криостаты сочленяют с сосудами Дьюара, содержащими жидкий азот. Измерения проводят при температуре Т~77°К.

Гамма–спектрометры с германиево–литиевыми детекторами находят все более широкое применение в ядерной энергетике, так как с их помощью по изменению интенсивности γ -линий можно, например, следить за выгоранием твэлов и содержанием радиоактивных веществ в теплоносителе. Непрерывное наблюдение и автоматический контроль за работой ядерного реактора обеспечивают его бесперебойную работу и радиационную безопасность обслуживающего персонала.