Stap 2: Technische Primer
(Figuur legende: ioniserende straling vormt elektron holes paren in de intrinsieke regio wat resulteert in een heffing puls.)
- SolidState detectoren
In veel straling detectie toepassingen is het gebruik van een medium stevige detectie van groot voordeel (alternatief halfgeleider diode detectoren of solid-state detectoren genoemd). Silicon diodes zijn de detectors van keuze voor een groot aantal toepassingen, vooral wanneer zwaar geladen deeltjes zijn betrokken. Als de meting van energie niet vereist is, toestaan dat de kenmerken van de uitstekende timing van silicium diode detectoren een nauwkeurige tellen en het bijhouden van geladen deeltjes. Voor de meting van hoog-energetische elektronen of gamma-stralen, kunnen detector afmetingen veel kleiner dan de alternatieven worden gehouden. Het gebruik van halfgeleidermaterialen als Stralingsdetectoren leidt ook tot een groter aantal dragers voor een bepaald incident straling gebeurtenis, en daarvoor een statistische ondergrens op energie resolutie dan mogelijk is met andere typen detector. Dus wordt de beste energie resolutie haalbaar vandaag gerealiseerd door het gebruik van zulke detectoren. Hier, zijn de fundamentele informatiedragers elektron holes paren gemaakt langs het pad van de geladen deeltjes via de detector (zie afbeelding hierboven). Door het verzamelen van deze paren elektron-gat, gemeten als lasten op de elektroden van de sensor, het signaal detectie wordt gevormd en het overgaat tot versterking en discriminatie stadia. Extra wenselijke functies van solid-state detectoren zijn compact van formaat, relatief snel timing kenmerken en een effectieve dikte (*). Zoals bij elke detector zijn er nadelen, met inbegrip van de beperking tot kleine maten en relatief hoge gevoeligheid van deze apparaten te ondergaan van de afname van de prestaties van straling veroorzaakte schade.
(*: Dunne sensoren minimaliseren meerdere scatterings, overwegende dat dikkere sensoren meer kosten genereren wanneer een deeltje de ondergrond doorkruist.)
- P−i−N diodes
Elk type straling detector produceert een karakteristiek output na interactie met straling. Interacties tussen deeltjes met materie onderscheiden zich door drie effecten: het foto-elektrisch effect (* 1), Compton verstrooiing (* 2), en paar-productie (* 3). Het basisprincipe van een planaire silicon detector is het gebruik van een PN-knooppunt waarin deeltjes via deze drie verschijnselen op elkaar inwerken. De eenvoudigste vlakke silicium-sensor bestaat uit een P doped substraat en een N-implantaat aan één zijde. Elektron-gat paren worden gemaakt langs het traject van een deeltje. Op het gebied van de PN is junction er een gratis gratis vervoerders, genaamd de uitputting zone regio. De paren van de elektron-gat gemaakt in deze regio worden gescheiden door een omringende elektrische veld. Dus de dragers van de lading kunnen worden gemeten op de N of P-kant van het materiaal silicium. Door toepassing van een omgekeerde-bias spanning op de PN junction diode, de verarmd zone groeit en kan betrekking hebben op het substraat volledig sensor. U kunt meer lezen over dit hier: Wikipedia artikel PN junction.
Een PiN-diode heeft een intrinsieke ik regio, tussen de P en N knooppunten, overspoeld met gratis vervoerders uit de P en N-regio's. Deze brede intrinsieke regio betekent ook dat de diode heeft een lage capaciteit wanneer omgekeerde bevooroordeeld. In een diode PiN bestaat de uitputting regio bijna volledig binnen de intrinsieke regio. Deze regio van uitputting is veel groter dan met een reguliere PN-diode. Dit verhoogt het volume waar elektron holes paren kunnen worden gegenereerd door een incident foton. Als een elektrisch veld wordt toegepast op de halfgeleidermateriaal, ondergaan zowel de elektronen en gaten een migratie. De PiN-diode wordt via reverse-bevooroordeeld zodat de volledige i-laag is uitgeput van gratis vervoerders. Dit omgekeerde bias creëert een elektrisch veld in de i-laag, zodat de elektronen zijn geveegd de P-laag en de gaatjes, de N-laag (* 4). Deze stroom van draagstoffen in reactie op een puls van straling, vormt de gemeten huidige pols. Als u wilt maximaliseren dit huidige, de i-regio moet zo groot mogelijk. De eigenschappen van het knooppunt zijn zodanig dat het voert heel weinig huidige wanneer bevooroordeeld in omgekeerde richting. De P-zijde van het kruispunt wordt negatief ten aanzien van de N-kant, en de natuurlijke potentiaalverschil van de ene kant van het knooppunt naar het andere wordt versterkt. Onder deze omstandigheden is de minderheid vervoerders die aangetrokken over de kruising voelen zich, en, omdat hun concentratie relatief laag is, de omgekeerde huidige over de diode is vrij klein. Wanneer een omgekeerde vooroordeel wordt toegepast op de kruising, vrijwel alle de toegepaste spanning wordt weergegeven in de hele regio uitputting, omdat de soortelijke weerstand veel hoger dan die van het normale N of P-type materiaal is. Inderdaad, de omgekeerde bias accentueert het potentiaalverschil over de kruising. De dikte van de uitputting regio is ook verhoogd, uitbreiding van het volume waarlangs straling-geproduceerde gratis vervoerders verzameld worden. Zodra de veldsterkte hoog genoeg is, de gratis collectie voltooid wordt en de pols hoogte niet langer met verandert verdere stijgingen van de detector bias spanning.
(* 1: elektronen van een atoom in de gebonden worden gevloerd door fotonen als de energie van de invallende deeltjes is hoger dan de bindingsenergie.; * 2: interactie voor de verstrooiing van een deeltje uit een gratis of losjes gebonden elektronen, en de overdracht van een deel van de energie aan het elektron.; * 3: productie van een elementaire deeltjes en de anti-deeltje.; * 4. : Elektronen worden getekend in de tegenovergestelde richting naar de vector van het elektrisch veld, terwijl de gaten verplaatsen in dezelfde richting als het elektrische veld.)
