Разработка базовых функциональных структур для детекторного модуля ионизирующих излучений тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

Кацоев Леонид Витальевич ^

РАЗРАБОТКА БАЗОВЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СТРУКТУР ДЛЯ ДЕТЕКТОРНОГО МОДУЛЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Специальность: 01.04.10 - физика полупроводников

Автореферат

диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 200Г

□□3455683

003455683

Работа выполнена на кафедре квантовой физики и наноэлектроники Московского государственного института электронной техники (технического университета)

Научный руководитель:

д. ф.-м. н., профессор Ильичев Эдуард Анатольевич

Официальные оппоненты:

д. ф.-м. н. Воробьев Александр Павлович к. ф.-м. н. Негодаев Михаил Александрович

Ведущая организация Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

Защита состоится » ДОах^м 2008 г. в часов на заседании диссертационного совета Д212.134.01 при Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) по адресу: 124498, г. Москва, Зеленоград, проезд 4806, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института электронной техники (ТУ).

Автореферат разослан « Л » /Ш^Х 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук 'чТЗ^й^ ^Срупкина Т.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В настоящее время на отечественных и зарубежных рынках доминирующим исходным материалом для производства твердотельных детекторов является высокоомный кремний. Из ряда зарубежных фирм, занимающихся изготовлением и продажей кремниевых датчиков подобного типа, следует упомянуть: японскую фирму «Hamamatzu» с объемом продаж порядка 20 млн. долларов в год, а также европейские фирмы «Artec» и «СетЬег» с объемом продаж ~ 4 млн. долларов в год.

Однако, бурное развитие ядерных технологий и физики частиц высоких энергий, а также возрастающая актуальность задач, связанных с загрязнением радиоактивными нуклидами - природных газов и жидких сред диктуют необходимость поиска альтернативных кремнию материалов с повышенной радиационной и термостойкостью.

Различными исследовательскими группами и коммерческими фирмами проводятся интенсивные разработки детекторов ионизирующих излучений на альтернативных кремнию материалах. Ниже, в таблице приведены сравнительные характеристики, достигнутые для ряда наиболее перспективных материалов.

Таблица. Сравнительные характеристики альтернативных детекторов.

Параметры Диапазон работы по мощности дозы гамма излучения, Р/час Энергетическое разрешение, (в диапазоне 0,53,0 МэВ), кэВ. Средний уровень цен спектрометров на основе указанных детекторов, тыс. долл.

Si Li (*) 0,01-1 25-30 5

Ge Li (") 0,01-10 3-5 25

CdTe 0,01-10 10-20 15

GaAs 0,01-10 Ожидаемые <10 5-периферия на в!; 10 -периферия на СаАв.

Примечание: (*) - фирма Hamamatzu (Япония), (**) - фирма Канберра-Паккард (США), (***) - фирма Cember, (****) -данные публикаций в научной периодике.

При этом, эксплуатация детекторов на основе первых двух из представленных в таблице альтернативных кремнию материалов требует охлаждения, а временная стабильность их работы неудовлетворительна.

Датчики на основе арсенида галлия интенсивно разрабатываются и исследуются европейскими и российскими исследователями. Эти работы пока находятся в стадии лабораторных разработок и испытаний, а предполагаемыми областями их использования считают физику высоких энергий, технологии производства и утилизацию ядерных материалов, а также задачи, связанные со спецвоздействиями.

На пути разработок детекторов на основе арсенида галлия встретился ряд принципиальных трудностей, резко ограничивающих их порог чувствительности и энергетическое разрешение ( > 10%). Связаны они, как показали комплексные исследования, с необходимостью использования полуизолирующего материала, который в арсенидгаллиевой технологии изготавливается только посредством компенсации значительной концентрации фоновой примеси (~1015 см'3) в процессе роста полуизолирующих GaAs слитков глубокими энергетическими центрами. Следствием этого являются высокий уровень генерационно-рекомбинационных шумов и значительность токов утечки барьерных контактов (до 1 ООнА/ячейку). Это ухудшает порог чувствительности и создает значительные трудности при попытках использования данных детекторов для решения спектрометрических задач.

В попытках улучшить характеристики исходного полуизолирующего GaAs, часть исследователей (группы под руководством А.П. Воробьева - ИФВЭ, Протвино и Г.И. Айзенштата -НИИПП, Томск) использует технологически трудоемкий подход получения полуизолирующего GaAs материала, связанный с точной компенсацией хромом и его оксидами глубоких энергетических центров донорного типа (например, EL2).

Другой подход основан на процедурах геттерирования атомами иттербия примеси в полуизолирующем GaAs материале (группы под руководством А.Т. Гореленкова - ФТИ, С.Петербург и Э.А. Ильичева -НИИФП, Зеленоград), а также (в случае детектирования тяжелых частиц) на использовании эпитаксиального «чистого» GaAs материала (гр. Э.А.

Ильичева - НИИФП, Зеленоград и Ю.Н. Свешникова - ОАО Элма-Малахит, Зеленоград). В частности, в детекторных ячейках выполненных на основе эпитаксиальных чистых слоев ОаАя (толщина слоя 30 мкм, концентрация фоновой примеси 1013 см"3) при детектировании а-частиц с энергией ~ 5 МэВ удается реализовать энергетическое разрешение ~ 15 кэВ и эквивалентные энергетические шумы < 9 кэВ, что практически соответствует предельным результатам, достигнутым на высокоомных специализированных кремниевых материалах (10 кэВ и 5 кэВ, соответственно). При этом по температурным характеристикам (область устойчивой работы 4...400К) ваАэ детекторы на структурах, содержащих «чистые» арсенидгаллиевые слои, существенно превышают характеристики, достигнутые на компенсированных ваЛв материалах и кремниевых аналогах (80...330К). Однако для регистрации частиц и квантов больших энергий требуются достаточно толстые (более 150...200 мкм) и «чистые» ОаАэ слои, что, даже при сегодняшнем уровне развития ростовых технологий в индустриально развитых странах мира технологически трудно выполнимо.

При детектировании частиц (квантов) более высоких энергий (более 10 ГэВ) в силу малых значений сечений их взаимодействия даже с полупроводниковыми материалами высокой плотности, возникают проблемы регистрации потоков малой плотности.

Целью настоящей работы является разработка на основе радиационно- и термостойких материалов (ОаАэ и алмаз) базовых функциональных структур для детектора ионизирующих излучений в составе умножителя потока электронов и собственно детектора.

Научная новизна работы

1. Результаты исследований и анализа процессов детектирования высокоэнергетических электронов и у-квантов детектором на основе полуизолирующего арсенида галлия, позволившие установить связь параметров детекторов с характеристиками материала.

2. Полевые и температурные зависимости проводимости в полуизолирующих слоях СаАв детекторного материала, объясняющие причины недопустимо высоких токов утечки и неоднородности рабочих характеристик детекторных ячеек в плоскости пластины.

3. Получены ранее неизвестные данные о влиянии иттербия на транспортные и спектрометрические характеристики полуизолирующего ваАБ материала, геттерированного иттербием по технологии, разработанной в ФТИ им. Ф.А.Иоффе группой А.Т. Гореленка.

4. Физико-математическая модель процессов взаимодействия тяжелых заряженных частиц с материалом приемной области полупроводникового детектора ионизирующего излучения, учитывающая генерационно-рекомбинационные процессы в материале.

5. Конструкция детекторного модуля на основе базовых функциональных структур в составе умножителя потока электронов и собственно детектора.

Практическая ценность

1. Разработанная физико-математическая модель процессов взаимодействия тяжелых заряженных частиц с материалом приемной области полупроводникового детектора ионизирующих излучений в условиях наличия процессов рекомбинации, позволяет оптимизировать материал под задачи детектирования а-частиц.

2. Результаты исследований процессов детектирования электронов позволяют оптимизировать полуизолирующий материал и геометрию приемной области СаАэ детектора для выполнения конкретных задач, связанных с детектированием высокоэнергетических электронов.

3. Исследование процессов геттерирования иттербием примеси в полуизолирующем ваАэ материале позволяет на два порядка уменьшить токи утечки в детекторах резистивных и барьерных конструкций.

4. Исследования умножителей потока электронов на основе алмазных пленок позволили оптимизировать технологию их получения, структуру и геометрию.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы были доложены на следующих конференциях:

XII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2005», Москва, МИЭТ

XIII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2006», Москва, МИЭТ

Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии» - НМТ-2006, МАТИ им. К.Э. Циолковского

XIV Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2007», Москва, МИЭТ

Научная сессия МИФИ-2008

XV Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2008», Москва, МИЭТ

51-я научная конференция МФТИ, 2008

а также в выступлениях на семинарах в Гос. НИИФП им. Ф.В. Лукина

Публикации

По теме диссертационных исследований опубликовано 12 печатных работ, получено 1 авторское свидетельство, и 2 патента РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из 5 глав и Заключения, изложенных на 124 страницах машинописного текста, и иллюстрируется 37 рисунками и 6

таблицами. Список литературы по теме диссертации содержит 77 наименований.

Положения, выносимые на защиту

1. Физико-математическая модель, описывает взаимодействие альфа частиц с активной областью детектора и устанавливает связь выходного тока с определяющими параметрами материала и геометрией детектора; отличительной особенностью модели является учет генерационно-рекомбинационных процессов в активной области детектора.

2. Геттерирование примеси иттербием в полуизолирующем арсениде галлия позволяет на 1,5-2 порядка уменьшить его темновые токи и токи утечки обратно смещенных барьерных контактов металл/81 ваЛв.

3. Оптимальная конструкция умножителя потока электронов на основе алмазных пленок, разработанная на- основе модельных представлений с учетом кинетики вылета вторичных электронов.

4. Пакет программ, входными параметрами которых являются плотность, зарядовое число и атомный вес рассматриваемого материала, позволяет рассчитать и оптимизировать структуры собственно детектора и детекторного модуля.

5. Результаты моделирования конструкции твердотельного детекторного модуля для регистрации частиц и квантов высоких энергий (до 1 ГэВ), в составе «замедлителя» на основе тяжелых металлов, умножителя потока электронов на основе микроструктурированных алмазных пленок, и, собственно, детектора на основе полуизолирующего ваАБ, примесь в котором геттерирована иттербием.

Содержание работы

В первой главе обосновывается актуальность темы диссертационной работы, определены цели и задачи исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая ценность результатов.

Актуальность обосновывается через анализ состояния и тенденций в развитии детекторов и детекторных систем на арсениде галлия. Обосновывается необходимость модификации исходного полуизолирующего материала с целью увеличения времени жизни неравновесных носителей в объеме полуизолирующего арсенидгаллиевого материала и уменьшения токов утечки барьерных детекторных структур на его основе.

По результатам анализа сформулированы цели и задачи по ее достижению.

В первой главе, для удобства восприятия, представлены также основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая ценность результатов работы.

Во второй главе диссертационной работы выполнены электрофизические исследования объемных свойств исходных подложек БЮаАБ и подложек обработанных иттербием, а также барьерных контактов к ним. Выполнены спектрометрические исследования глубоких энергетических центров в указанных материалах, а также изучены спектрометрические характеристики взаимодействий ос-частиц с твердотельными детекторами на , основе полуизолирующего арсенида галлия и эпитаксиальных структур, содержащих слой с фоновой концентрацией < 5-1012см'3. Исследование глубоких энергетических уровней (ГЭЦ) в исходном и геттерированном материале проводилось методом релаксационной оптоэлектронной спектроскопией, описание которого представлено в настоящей работе. Помимо этого, исследовались транспортные характеристики электронов в полуизолирующем ваАз и в барьерных структур на его основе. В частности, экспериментально установлено, что функциональные зависимости ВАХ имеют вид

/ = д ■ щ • ¡1 • Е • ехр[- 4'^ АФ ^ = Л ' ,

кТ кТ

где qдíФэ ^д/З^лЛЁ и величина полевого фактора чРэ равна ~ 3,7-Ю"4

эВ-см1/2-В~1/2, что соответствует полевому фактору для зависимости Френкеля-Пула.

Полученные результаты, с учетом величин энергий активации полученных из температурных зависимостей тока, позволяют определить энергии ГЭЦ, оказывающих доминирующее влияние на процессы

транспорта электронов:

Е, =Еакт +(ЗэрР^-4е. Таким образом, в

резистивных и барьерных структурах в области рабочих напряжений проводимость ограничивается объемом полуизолирующего слоя. Типичная энергетика (0,63...0,82 эВ) и концентрация (~1015см"3) ловушек, при выявленном механизме транспорта, объясняет недопустимо высокие токи утечки в детекторных ячейках на основе полуизолирующего СаАэ. Значительная неоднородность в плоскости пластины объясняется неоднородность распределения ловушек по слитку (на протяжении слитка разница в легировании достигает одного порядка).

Полученные результаты находятся в полном соответствии с данными, полученными в исследованиях подложек из полуизолирующего ОаАя посредством методов релаксационной оптоэлектронной спектроскопии и нелинейной оптической диагностики.

Экспериментально показано, что различного типа детекторные ОаАв структуры представляют интерес, в том числе и для решения спектрометрических задач. В частности, в детекторных ячейках, выполненных на основе эпитаксиальных чистых слоев ОаАв (толщина слоя 30 мкм концентрация фоновой примеси 1013 см"3), при детектировании а-частиц с энергией ~ 5 МэВ удается реализовать энергетическое разрешение ~ 15 кэВ и эквивалентные энергетические шумы < 9 кэВ, что практически соответствует результатам, достигнутым на высокоомных специализированных кремниевых материалах (10 кэВ и 5 кэВ, соответственно). При этом по температурным характеристикам (область устойчивой работы 4...400К) ОаАв детекторы на структурах, содержащих «чистые» арсенидгаллиевые слои, существенно превышают характеристики, достигнутые на компенсированных ОаАв материалах и кремниевых аналогах (80...340К). Достичь этого удалось за счет разработки технологии получения «чистых» (с малым уровнем фоновой примеси) слоев ваЛв для приемных областей детектора.

Результаты исследований исходных ваЛв пластин, обработанных лантаноидами, указывают на реальную возможность эффективного уменьшения концентрации ГЭЦ в 81-ОаА8 без существенного увеличения

проводимости материала. Геттерирование иттербием исходных полуизолирующих пластин ваЛБ позволило понизить концентрацию неконтролируемой фоновой примеси до уровня 1012 см"3 и подавись токи утечки на 1.5-2 порядка (0,3... 1,0 нА/ячейку). Это дает возможность получения высокоомного детекторного материала, эффективного для использования в качестве регистрирующего (приемного) слоя в структурах детекторов ионизирующих излучений.

Здесь же представлена разработанная физико-математическая модель процессов взаимодействия тяжелых заряженных частиц с материалом приемной области полупроводникового детектора, учитывающая генерационно-рекомбинационные процессы в ЗЮаАз. Установлена связь выходного тока детектора с определяющими параметрами материала и геометрией детектора.

Решение дифференциального уравнения Бете для ионизационных потерь позволяет определить полные потери энергии тяжелой заряженной частицы, и решить задачу 100% сбора носителей заряда только при условии полного обеднения приемной области детектора. Подход Бете преследует фундаментальную цель - подробное выяснение поведения регистрируемой частицы, в частности, вычисление ее энергетических потерь. В предложенной нами модели описывается кинетика неравновесных носителей, порождаемых первичным ионизирующим излучением в приемной области детектора. Таким образом, мы сосредотачиваем внимание на условиях выноса неравновесных носителей из слоя, регистрирующего излучение.

Отличительной особенностью предложенной модели является то, что процесс образования вторичных электронов можно рассматривать как рассеяние тяжелой заряженной частицы на свободном электроне. Эффективное сечение для ионизации атома с испусканием электрона с энергией в заданном энергетическом интервале обратно пропорционально квадрату энергии, что означает, что большая часть электронов выбивается с малой энергией под углом, близким к л/2.

Область выноса электронов определяется дрейфовой длиной носителя во внешнем электрическом поле (длина дрейфа 1йг — УЛгт, У^ = \хЕ -дрейфовая скорость носителя, т - время жизни носителя).

Учитывая тот факт, что большая часть вторичных частиц испускается под большими углами к траектории тяжелой частицы, определено количество вынесенных во внешнюю электрическую цепь электронно-

дырочных пар: ддг =с Г ^ (1), где с- определенная константа,

зависящая от параметров среды приемной области детектора и характеристик регистрируемой альфа частицы. При этом, функциональная зависимость Е(х), входящая в подынтегральное выражение (1), устанавливалась для конкретного случая, например, с использованием вычислительных средств программного модуля БгаиЬ'лк пакета Ма11аЬ. Знание концентрационной зависимости количества образованных пар электрон-дырка от пройденного регистрируемой частицей пути позволяет учитывать рекомбинационные потери в случае неполного обеднения активной области.

Электроны, находящиеся вне области выноса, за время жизни не успевают достигнуть электродов внешней цепи и рекомбинируют в чувствительной области детектора. Это иО есть неизбежные потери на. рекомбинацию. Таким образом, рассматриваемая модель позволяет учесть рекомбинационный канал потерь. Учитывая ограничение вероятности выноса электронов во внешнюю цепь рекомбинационными процессами, оптимизация толщины активной области детектора может быть найдено из условия: d{ANe_h)/dx = О. Точка перехода зависимости N —

на плато означает конец ее ионизирующей способности, несмотря на то, что она обладает еще сравнительно высокой энергией, в нашем случае ~1МэВ. Растрата остаточной энергии частицы имеет диссипативный характер. Поэтому оптимальная толщина приемного слоя определяется участком, на котором внешний агент вызывает ионизирующее действие. Без учета логарифмической зависимости от энергии для удельных энергетических потерь получено аналитическое выражение для оптимальной геометрии детекторной ячейки, определяемое длиной пробега частицы.

В работе представлены результаты численного расчета (с использованием пакета МаИаЬ) оптимальных толщин активной области арсенидгаллиевого детектора при регистрации а-частиц с начальной энергией, изменяющейся в диапазоне 5...50 МэВ. Данная модель позволяет также определить оптимальные величины рабочих напряжений (при которых происходит -100% сбор носителей заряда), прикладываемых к детектору. Для фоновых концентраций примесей в активных областях барьерных ОаАБ детекторах на уровне 5-1012...5Т013см'3, в соответствии с развитыми представлениями,

получена зависимость оптимальных напряжений обеднения от значения энергии детектируемых а-частиц.

В частности, при начальной энергии а-частицы равной 5 МэВ оптимальная толщина детектирующего слоя составит ~23 мкм; при фоновой концентрации 5-1013см"3 величина напряжения обеднения составит -23 В, а при концентрации ~5-1012см"3 - напряжение полного обеднения не превысит 3 В.

Таким образом, предложенная модель позволяет вычислить количество вынесенных во внешнюю цепь электронов путем интегрирования в рамках геометрии области выноса, а именно

временами жизни носителей в зонах непрерывных состояний, зависящих в свою очередь от стационарных концентраций носителей в зонах в условиях сильного обеднения. При таком подходе модель позволяет решить не только задачу ~ 100% сбора носителей заряда во внешнюю электрическую цепь, но и решить более общую задачу - установить количественную связь величины выходного тока от напряжения обеднения и от толщины активной области детектора.

Третья глава диссертации посвящена теоретическому исследованию процессов детектирования высокоэнергетических электронов твердотельными детекторами на основе арсенида галлия.

Для измерения энергии может использоваться множество различных детекторов. Например, энергию рентгеновских фотонов можно определить с помощью пропорциональных счетчиков. Любое устройство, полностью поглощающее налетающую частицу, одновременно измеряет ее энергию, если она выделяется в чувствительном объеме детектора. При высоких энергиях (>1ГэВ) используются калориметрические методы; в зависимости от типа частицы это происходит в электромагнитных калориметрах для фотонов и электронов и в адронных калориметрах для сильно взаимодействующих частиц.

Решение задач, связанных с позиционированием и спектрометрией пучка высокоэнергетических микрочастиц осуществляют, изучая потери энергии при прохождении первичными частицами (квантами) объема приемных пикселов твердотельных матричных детекторов. В связи с этим, в начале главы рассмотрены теоретические представления об основных электромагнитных взаимодействиях высокоэнергетических электронов с веществом: потери энергии электронами при их соударениях

где пределы интегрирования связаны с

с атомными электронами (ионизационные потери), образование квантов при их прохождении через электрическое поле ядра (радиационные потери, или тормозное излучение), фотоэффект, эффект Комптона и рождение электронно-позитронных пар.

Критериями эффективности материала и детектора на его основе, работающего по схеме регистрации фототока, служат коэффициент фотоусиления и его стабильность во времени. Величина коэффициента усиления определяется эффективностью преобразования частицы (квант) в неравновесные электронно-дырочные пары и эффективностью последующего их считывания во внешнюю регистрирующую цепь. В связи с этим проведен анализ основных механизмов потерь энергии микрочастицей (у-квантами) и выполнены оценки преобразующих характеристик арсенида галлия в качестве материала для активных областей детекторов. В этой связи выполнены расчеты удельных энергетических потерь и сечений основных процессов взаимодействия частиц и у-квантов с твердотельными матрицами с учетом вторичных процессов преобразования у-квантов в неравновесные электронно-дырочные пары. Представленные количественные результаты получены на базе теории ионизационных потерь и квантовой теории излучения, разработанных, в основном, Г. Бете и В. Гайтлером.

Результаты исследований показали, что по критерию эффективности преобразования арсенид галлия является наиболее предпочтительным из альтернативного ряда материалов.

Здесь же представлена физико-математическая модель регистрации СаАБ-детекторами электронов с энергиями, лежащими в диапазоне 1кэВ...10МэВ, при которых эффектами первого порядка являются ионизационные процессы, приводящие к образованию в веществе электронно-дырочных пар. На основе изложенных в ней представлений удается воссоздать общую картину прохождения быстрых электронов через вещество и сделать ряд существенных выводов. В частности, модель позволяет определить средние величины кинетических характеристик вторичных электронов, например, их энергию. Полученные полуколичественные оценки позволяют придать физическую (интуитивную) наглядность явлениям, связанным с прохождением частиц больших энергий через вещество.

Показано, что для регистрации частиц и квантов с энергиями, превышающими десятки гигаэлектронвольт необходимо конструировать многокаскадные конструкции, в составе «замедлителя» на основе пластин

из тяжелых металлов, умножителя потока вторичных электронов и собственно детектора.

В четвертой главе диссертационной работы приведены экспериментальные исследования вторичной эмиссии электронов умножителями на основе микроструктурированных алмазных пленок.

Описана технология изготовления мембран на основе алмазных пленок, в том числе и пористых. Представлено описание измерительного стенда для изучения особенностей вторичной и холодной эмиссий электронов из эмитирующих сред.

Представлены результаты экспериментальных исследований вторичной электронной эмиссии (ВЭЭ) из сплошных алмазных пленок в режиме «на отражения» и «на просвет». Показано, что в режиме «на отражение» коэффициент ВЭЭ в сплошных пленках достигает максимума при энергиях первичных электронов 800-900 эВ. При этом величина коэффициента ВЭЭ находится в диапазоне 5-20. В схеме «на просвет» максимум коэффициента ВЭЭ сдвигается в область 25-35 кэВ, а его величина не превышает 4...5. Многочисленные измерения для пленок с различными режимами обработки поверхности показали, что в диапазоне энергий первичного пучка электронов 0,5...30,0 кэВ, энергия вторичных электронов, не превышает 3...5 эВ.

Для улучшения эмиссионных свойств алмазных мембран при работе в режиме «на просвет» предложена конструкция с использованием микроструктурированных пленок. Показано, что при этом в режиме «на отражение» коэффициент ВЭЭ превышает 100. Выполнены исследования влияния состояния поверхности (ее отжиг в атмосфере водорода, либо цезирование) на эффективность выхода вторичных электронов с поверхности алмазных пленок. В частности, осаждение на поверхность пленки наноразмерных слоев цезия увеличивало выход вторичных электронов микроструктурированных образцов еще в 2-3 раза.

На основе анализа процессов взаимодействия высокоэнергетических электронов с микроструктурированной пленкой умножителя, протекающих в умножителе потока электронов, оптимизирована его геометрия. В частности, обоснована эффективность геометрии умножителя в виде сетчатых мембран и показано, что оптимальный период сетки не должен превышать значений 2-х диффузионных длин. Так же проверена справедливость полученной зависимости для энергии вторичных электронов от энергии первичного пучка.

Пятая глава диссертации посвящена анализу конструкции многосекционного детекторного модуля, каждая из секций которого, по необходимости, может включать замедлитель на основе пластины из вольфрама, умножитель потока электронов на основе микроструктурированных алмазных пленок, и собственно детектор на основе БГ-СаАБ, фоновая примесь в котором геттерирована иттербием.

Таким образом, детектирующий модуль представляет собой набор определенным образом ориентированных функциональных структур. Сегменты из вольфрама являются средой, преобразующей первичные высокоэнергетические частицы в у-кванты и вторичные частицы, а в качестве активной среды модуля выступают детектирующие излучение арсенидгаллиевые структуры и, умножающие поток электронов, структуры на основе алмазных сеток. При этом, сигналы снимаются независимо (параллельно) с детектирующей структуры каждой секции. Сбор и обработка сигналов позволит решить задачу регистрации и спектрометрии высокоэнергетических частиц. Одним из основных требований к детектирующему модулю является необходимость его нормального непрерывного функционирования в технологической зоне с высоким радиационным фоном (до 10 МГр/год) в течение нескольких лет.

Рассмотрены функции каждого из перечисленных узлов модуля и на примере частного случая рассчитана конструкция устройства в целом. Моделирование конструкции детекторного модуля выполнено на основе изложенной здесь же модели параметризации электромагнитного ливня, развивающегося в процессе прохождения электронов высокой энергии через вещество. Здесь же рассмотрены и количественно оценены процессы регистрации продуктов каскадного ливня с учетом вторичных и третичных процессов рассеяния (образования комптоновских электронов и электронно-позитронных пар и их последующим рассеянием и поглощением соответственно). Показано, что суммарная толщина слоя «замедлителя» составит ~ 31 мм, а детектирующего ваАэ слоя - 17 мм. Следовательно, для полного поглощения электрона с первоначальной энергией 100 ГэВ, необходимо ~ 50 базовых ячеек указанного модуля (при толщине вольфрамого и детектирующего слоя ~ 1 мм). Для конкретного случая и показано что, каскады умножителя целесообразно включать в низкоэнергетические секции модуля - там, где энергия пучка снижена до десятков кэВ.

Описана возможность практической модификации представленного выше гибридного устройства в составе замедлителя, умножителя и

собственно детектора, посредством интеграции на одном кристалле умножителя потока электронов и детектора.

В Заключении кратко представлены результаты работы, сформулированы ее основные положения.

Основные результаты и выводы

1. Разработана физико-математическая модель, описывающая взаимодействие альфа частиц с активной областью детектора и учитывающая генерационно-рекомбинационные процессы в приемном слое. По результатам расчетов оптимизирована конструкция детектора а-частиц.

2. Выполненные расчеты процессов взаимодействия высокоэнергетических электронов с ЗТ-ваАз. В результате получены соотношения связывающие рабочие характеристики детекторов с параметрами материалов и детектируемого пучка электронов.

3. Исследованы процессы геттерирования примеси иттербием в полуизолирующем арсениде галлия и изучено их влияние на характеристики детекторов; выработаны рекомендации по режимам геттерирования.

4. Исследованы характеристики умножителя потока электронов на основе алмазных пленок и, с учетом особенностей параметров рождения вторичных электронов, оптимизирована их конструкция.

5. Предложена конструкция твердотельного детекторного модуля для детектирования частиц и квантов высоких энергий, в составе умножителя потока электронов на основе микроструктурированных пленок поликристаллического алмаза, а также собственно детектора на основе полуизолирующего ОаАэ геттерированного иттербием; для случая высоких энергий первичных потоков (малых сечений взаимодействий) рассмотрена возможность использования в секциях модуля слоев «замедлителей».

6. Разработан пакет программ для расчета и оптимизации структуры детектора и детекторного модуля.

Основные результаты опубликованы в следующих работах

1. Кадоев В. В., Кацоев Л. В., Болотов И. Н. «Особенности разработки арсенидгаллиевых детекторов ионизирующих излучений», XII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2005», Тезисы докладов, стр. 21, Москва, 2005,

2. Кацоев Л. В. «Разработка конструкции твердотельных детекторов на основе арсенида галлия», XIII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2006», Тезисы докладов, стр. 11, Москва, 2006.

3. Гореленок А.Т., Томасов A.A.,' ШмидтН.М., Ильичев Э.А., Лантратов В.М., Задиранов Ю.М., БрунковП.Н., ТитковаО.В., Калюжный H.A., Минтаров С.А., Мдивани В.Н., Кацоев В.В., Кацоев Л.В., Шмелев С.С. P-i-n-структуры на основе высокоомного геттерированного арсенида галлия для детекторов alpha -частиц. // Письма в ЖТФ. Т. 32. В. 22, С. 64-69.

4. Кацоев Л.В. «Исследование влияния электрофизических характеристик арсенидгаллиевых структур на выходные параметры детекторов ионизирующих излучений», Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии»-НМТ-2006, Тезисы докладов, стр. 33, Москва, 2006

5. Кацоев Л.В. «Оптимизация геометрических параметров арсенидгаллиевых детекторов ионизирующих излучений», XIV Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2007», Тезисы докладов, стр. 9, Москва, 2007.

6. Кацоев Л.В., Ильичев Э.А. «Детекторные модули ионизирующих излучений», Сб. научных трудов «Нанотехнологии в электронике», стр.105-112, Москва, 2007.

7. Горбацевич A.A., Егоркин В.И., Ильичев Э.А., Кацоев В,В., Кацоев Л.В., Полторацкий Э.А., Ревенко В.Г., Шмелев С.С. Твердотельный детектор ионизирующих излучений. Патент №2307425, 27.09.07.

8. Горбацевич A.A., Егоркин В.И., Ильичев Э.А., Кацоев В,В., Кацоев Л.В., Полторацкий Э.А., Ревенко В.Г., Шмелев С.С. Арсенидгаллиевый детектор ионизирующих излучений. Патент №2307426, 27.09.07.

9. Ильичев Э.А., Кацоев В.В., Кацоев JI.B. Авт. свид. №2007630011, приоритет от 26.12.2006., выдано 21.02.2007.

10. Кацоев JI.B., Кацоев В.В., Ильичев Э.А., Гореленок А.Т., Томасов A.A., Шмидт Н.М., Иванников А.Е., Федоров П.А. «Разработка детекторных модулей, включающих собственно детекторы на основе GaAs и умножители потока электронов на основе микро(нано)структурировнных алмазных пленок», Научная сессия МИФИ-2008, Тезисы докладов, T.S, стр. 104-105.

И. Кацоев JI.B. «Разработка детекторных модулей ионизирующих излучений», XV Всероссийская межвузояская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2008», Тезисы докладов, стр. 9, Москва, 2.008.

12. Кацоев В.В., Кацоев JI.B. "Детекторные модули ионизирующих излучений для высокоэнергетических систем", Труды 51-й научной конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук», Ч. V, стр. 232-234, Москва, 2008.

Подписано в печать

Заказ №/£5" Тираж 70 экз. Уч.-изд. Л. 1,2. Формат 60x84 1/16

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, Москва, Зеленоград, МИЭТ (ТУ), проезд 4806, д.5

ГЛАВА 1. Введение.

1.1. Состояние проблемы. Актуальность проблемы.

1.2. Предлагаемые подходы к решению проблемы. Цели и задачи.

1.3. Краткая характеристика работы.

ГЛАВА II. Разработка материала для собственно детекторов па основе GaAs: спектрометрические исследования ГЭЦ в исходном и обработанном иттербием полуизолирующем арсениде галлия; изучение характеристик взаимодействия а-частиц с твердотельными детекторами на основе полуизолирующего арсепида галлия.

2.1. Спектрометрические исследования глубоких энергетических центров в исходном и обработанном иттербием полуизолирующем арсениде галлия.

2.2. Спектрометрические характеристики взаимодействия а-частиц с твердотельными детекторами на основе полуизолирующего арсенида галлия.

2.3. Физико-математическая модель процессов взаимодействия тяжелых заряженных частиц с материалом приемной области полупроводникового детектора, учитывающая генерационпо-рекомбинационные процессы в SI-GaAs.

ГЛАВА III. Теоретический анализ процессов потерь энергии, сопровождающих детектирование высокоэнергетических электронов твердотельными детекторами на основе арсенида галлия.

3.1. Частицы больших энергий и характер их взаимодействия.

3.2. Прохождение р-лучей через вещество.

3.3. Прохождение у-излучения через вещество.

3.4. Исследование механизма транспорта неравновесных носителей при прохождении высокоэнергетических электронов через твердую среду.

Глава IV. Экспериментальные исследования вторичной эмиссии электронов умножителями на основе микроструктурнрованных алмазных пленок.

4.1. Базовые процессы технологического маршрута изготовления мембран на основе микроструктуурированных алмазных пленок.

4.2. Исследование вторичной электронной эмиссии в алмазных пленках.

Глава V. Анализ конструкции детекторного модуля,в составе замедлителя на основе вольфрама, умножителя потока электронов на основе микроструктурированных алмазных пленок и собственно детегстор на основе SI-GaAs.

4.1. Архитектура и назначение базовых функциональных структур детекторного модуля.

4.2. Интеграция умножителя потока электронов и собственно детектора в одном кристалле.

4.3. Пример реализации детекторного модуля для конкретного случая.

1.1. Состояние проблемы. Актуальность проблемы.

Любопытство является основным мотивом, движущим ученого к новым открытиям и приближающим его к пониманию природы. Прогресс достигается путем тщательной формулировки вопросов к природе. Ответы на эти вопросы ищутся с помощью экспериментов, в которых используются самые разнообразные регистрирующие приборы. Наиболее доступными из них являются органы человеческих чувств, однако для ответа на современные вопросы эти естественные «средства» регистрации либо не обладают достаточной чувствительностью, либо их диапазон слишком ограничен. Это становится очевидным, если, например, проанализировать возможности человеческого глаза. Для зрительного восприятия света глазу требуется около 20 фотонов. В то же время фотоумножитель способен «видеть» один-единственный фотон. Динамический диапазон человеческого глаза составляет половину частотного разряда (длина волн от 400 до 800 нм), в то время как спектр электромагнитных волн от бытового тока радиоволн, микроволн, инфракрасного излучения, видимого света, ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения покрывает 23 разряда!

Таким образом, для получения ответов на множество вопросов возникла необходимость в разработке точных измерительных приборов, позволяющих получать объективные результаты в широком динамическом диапазоне амплитуд и частот. С их помощью человеку удалось не только обострить свои «чувства», но и «разработать» новые.

Ускоренное развитие различных технологий, замечаемое нами по их внедрению в производство и быт, основано, прежде всего, на достижениях в области фундаментальных исследований, углубляющих наши представления о свойствах материи. Ведущая роль здесь принадлежит исследованиям в области физики элементарных частиц и ядерной физики. Впечатляющими открытиями последних лет в этих областях мы обязаны в основном исследованиям на крупнейших ускорителях элементарных частиц [1-5]. Чем больше энергия ускоренных частиц, тем на более глубоком энергетическом уровне и нанометровом масштабе мы можем проводить исследования, поскольку длина волны частицы уменьшается с ростом энергии. Это особенно может быть востребовано при диагностировании наноструктур, где по причине атомных размеров изучаемых объектов неприменимы традиоцианные методы исследования. Но вместе с тем, чем больше энергия, тем более сложными и масштабными должны быть не только сами ускорители, но и экспериментальные установки — детекторы элементарных частиц.

Успехи в области экспериментальной физики всегда непосредственно тесно связаны с совершенствованием методов измерений. Для исследования микромира и структуры вселенной необходимо уметь регистрировать энергии в диапазоне от долей МэВ (фоновое излучение космических микроволн) до ~Ю20 эВ (космическое излучение высоких энергий). При упомянутых исследованиях физики используют ускорители частиц и приборы для регистрации продуктов столкновения элементарных частиц. Этими продуктами могут быть как массивные частицы, так и кванты электромагнитного излучения.

Физика высоких энергий встречает XXI век реализацией гигантского проекта Большого Адронного Коллайдера (LHC). Этот уникальный, не имеющий равных по масштабам и сложности, научный проект направлен на решение краеугольных проблем современной субъядерной физики. В настоящее время LHC уже оборудован детекторами для начального периода работы. Эти детекторы представляют собой гигантские комплексные установки. Каждый из них представляет собой комплекс различных типов детекторов [6]. В целом можно сказать, что большие детекторы крупнейших ускорителей мира включают все наиболее прогрессивное, что существует в методах регистрации элементарных частиц, их идентификации, измерении массы, энергии, импульса и других параметров.

Важно отметить, что детекторы элементарных частиц широко используется не только при исследовании свойств самих элементарных частиц, по и в различных областях промышленности, науки и социальной сферы [7]. Например, сцинтилляторы - для нейтронного каротажа в нефтяной промышленности, пропорциональные счетчики — для рептгенофлуоресцентного анализа в горнодобывающей промышленности, где также используется сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы при проведении нейтронно-активационного анализа. Техника изготовления зеркал, разработанная для сбора черенковского света, используется в энергетических установках для концентрации солнечного света. Изобретение многопроволочных пропорциональных камер и дрейфовых камер позволило значительно уменьшить радиационную дозу, получаемую пациентами при медицинской диагностике. В медицине, и в особенности в ядерной медицине, визуализирующие устройства обычно используются в том случае, если нужно определить геометрические размеры и функциональные характеристики внутренних органов, например, путем регистрации у-излучения от контрастных веществ (радионуклидов), введенных в организм человека. В геофизике возможен поиск минералов с помощью естественной и наведенной урадиоактивности. При проведении космических экспериментов очень часто становится задача измерения солнечных и галактических частиц. В этой связи особая роль принадлежит сканированию радиационных поясов Земли (пояса Ван Аллена) при проведении пилотируемых космических экспедиций. Многие астрономические проблемы могут быть решены только с помощью экспериментов в космосе. В археологии измерение поглощения мюонов дает возможность исследовать структуры, доступ к которым другим способом невозможен. Например, при поиске полостей внутри египетских пирамид. В гражданском и подземном строительстве можно определить массу зданий, измеряя поглощение мюонов.

Сцинтилляционные счетчики произвели революцию в детектировании ядерных излучений и безраздельно господствовали до 60-х годов прошлого столетия [8]. Они и сейчас находят широкое применение во многих экспериментах и при решении многих производственных задач. В сущности, они представляют собой систему, состоящую из чувствительной среды (ZnS, CdS, Nal(Tl), и т.д. - чувствительная среда), соединенной с помощью световодов с фотоумножителем [9]. Фотоны, испускаемые возбужденными при взаимодействии частиц и квантов атомами среды, регистрируются фотоумножителем, пропорционально преобразуясь им в электрический сигнал. Пространственное разрешение сцинтилляционных счетчиков удовлетворительное. Чувствительность также высока (как правило, выбираются среды с высокой плотностью вещества). Однако, спектральное разрешение указанного типа детекторов, так же как и газонаполненных детекторов, неудовлетворительно.

Главное достоинство полупроводниковых детекторов (ППД) состоит в том, что средняя энергия, необходимая для образования электронно-дырочной пары, мала по сравнению с аналогичной в газах [10, И]. Для кремния (германия, арсенида галлия) для образования электронно-дырочной пары необходимо 3.6 (2.8, 4.2 эВ), в то время как в газе эта составит приблизительно 30 эВ. Из-за малого значения W твердотельные счетчики дают прекрасное энергетическое разрешение, при замечательном пространственном разрешении. ППД можно сравнить со сцинтилляционными счетчиками, в которых для рождения одного фотоэлектрона требуется энергия от 400 до 1000 эВ. Можно получить грубое представление об отношении энергетических разрешений для этих типов детекторов из следующей формулы стш(Е)1Е у!Е/700эВ 6 [02 ТлГ; ^Е/ЪэВ где Nsemi(Ns) - число образовавшихся носителей заряда в твердотельном детекторе (системе сцинтиллятор-фотоумножитель). Энергетическое разрешение ППД обычно в 10-^50 раз выше, чем у сцинтилляторов. Для того чтобы прекрасное разрешение ППД не было ухудшено, обработка сигналов от счетчиков требует использования малошумящих зарядочувствительных усилителей.

Германиевые, кремниевые и арсенидгаллиевые детекторы предпочтительнее используются для спектроскопии а-, [}- и у-лучей. Такие полупроводниковые счетчики характеризуются квантовыми переходами в диапазоне нескольких эВ. Разрешение по энергии может быть далее улучшено, если поглощение энергии происходит более мелкими порциями, как, например, при разрушении куперовских пар в сверхпроводниках [12]. Однако в этом случае требуется криогеника с чрезвычайно низкими температурами.

Было бы чрезвычайно смело предполагать, что мы подошли к полному пониманию физического мира: всегда будут появляться все новые эффекты и явления. Специалисты в области регистрации частиц будут стараться использовать их в качестве основы для развития новых детекторов частиц. По этой причине описание методов регистрации может иметь лишь характер моментальной фотографии. «Старые» детекторы «отомрут», а на передний план выйдут новые измерительные устройства. Время от времени может возникнуть ситуация, когда старый детектор, который, как считалось, вышел из употребления, может пережить своеобразную эпоху возрождения. Ярким примером этого может служить голографическое считывание в вершинно-пузырьковых камерах при реконструкции трехмерного события. Именно новый метод голографического считывания и стимулировал исследования в этом направлении.

1.1.2. Проблемы детектирования ионизирующих излучений.

Все полупроводниковые счетчики проявляют эффекты старения при больших радиационных нагрузках, что приводит к повышенному току утечки [13, 14]. Например, в типичном кремниевом микростриповом детекторе ток утечки возрастает в десять раз при дозе поглощения 1кГр (=100крад). Поэтому, кремниевые ППД с их чувствительными высокоинтегрированными предусилителями удается использовать при больших радиационных нагрузках лишь ограниченное время. Радиационностойкие детекторы требуются, например, для экспериментов на LHC (большой адронный коллайдер) или HERA (электрон-протонное накопительное кольцо в DESY, Гамбург), а также для использования в технологических блоках с повышенной дозовой нагрузкой АЭС либо предприятий утилизирующих ядерные отходы [15].

В настоящее время на отечественных и зарубежных рынках доминирующим исходным материалом для производства твердотельных детекторов является высокоомный кремний. Из ряда зарубежных фирм занимающихся изготовлением и продажей кремниевых датчиков подобного типа, следует упомянуть: японскую фирму «Hamamatzu» с объемом продаж порядка 20 млн. долларов в год, а также европейские фирмы «Artec» и «СешЬег» с объемом продаж ~ 4 млн. долларов в год.

Однако, бурное развитие ядерных технологий и физики частиц высоких энергий, а также возрастающая актуальность задач связанных с загрязнением радиоактивными нуклидами природных газов и жидких сред диктуют необходимость поиска альтернативных кремнию материалов с повышенной радиационной и термостойкостью. Так, новые ускорители с более высокой светимостью и скоростями счета требуют еще более быстрых детекторов, которые могут работать в жестких условиях высокой радиационной загрузки. Из спектра альтернативных материалов, уровнем наиболее высокой технологической освоенности выделяется арсенид галлия.

Анализ сравнительных предельных возможностей по отношению к радиационной стойкости интегральных схем на кремнии и арсениде галлия, позволяет сделать следующие заключения:

- при воздействии потоками нейтронов, преимущество арсенид галлиевых схем по отношению к схемам на кремнии незначительны (для приборов обоих материалов предельные дозы ~ 1015шт/см2) ;

- по стойкости к дозовым нагрузкам при облучении рентгеновскими и у-квантами, а также заряженными высокоэнергетическими частицами, схемы на арсениде галлия (105-10б Гр) превосходят кремниевые схемы (104Гр) ;

- при воздействии импульсных излучений, значения критической мощности дозы для арсенидгаллиевых схем (109Гр/с) имеет более высокую верхнюю границу, чем кремниевые ИС (5х107Гр/с);

- по стойкости к воздействию заряженных части, ИС на основе полевые GaAs транзисторов (~1013протонов/см2) превосходят кремниевые ИС на полевых транзисторах (~5х1012протонов/см2).

1.1.3. Альтернативные материалы.

Из представленного выше следует, что арсенид галлий имеет преимущества по сравнению с наиболее используемым материалом — кремнием:

1. высокая радиационная стойкость

2. высокое быстродействие

3. возможность оптического считывания информации с GaAs-детекторов.

Различными исследовательскими группами и коммерческими фирмами проводятся интенсивные разработки детекторов ионизирующих излучений на альтернативных кремнию материалах. Ниже, в табл.1 приведены сравнительные характеристики, достигнутые для ряда наиболее перспективных материалов [16-19].

Таблица 1. Сравнительные характеристики альтернативных детекторов.

Параметры Диапазон работы по мощности дозы гамма излучения, Р/час Энергетическое разрешение, (в диапазоне 0,5-3,0 МэВ), кэВ Средний уровень цен спектрометров на основе указанных детекторов, тыс. долл.

Si Li (*) 0,01-1 25-30 5

GeLi 0,01-10 3-5 25

CdTe 0,01-10 10-20 15

GaAs 0,01-10 Ожидаемые <10 5 -периферия на Si; 10 -периферия на GaAs. С

Примечание: (*) - фирма Hamamatzu (Япония), (**) - фирма Канберра-Паккард (США), ) — фирма Cember, (****)- данные публикаций в научной периодике.

При этом эксплуатация детекторов на основе первых двух из представленных в таблице альтернативных кремнию материалов требует охлаждения, а временная стабильность их работы неудовлетворительна.

Заключение. Основные результаты и выводы.

1. Разработана физико-математическая модель, описывающая взаимодействие альфа частиц с активной областью детектора и учитывающая генерационно-рекомбинационные процессы в приемном слое. По результатам расчетов оптимизирована конструкция детектора а-частиц.

2. Выполненные расчеты процессов взаимодействия высокоэнергетических электронов с SI GaAs. В результате получены соотношения связывающие рабочие характеристики детекторов с параметрами материалов и детектируемого пучка электронов.

3. Предложена конструкция твердотельного детекторного модуля для детектирования частиц и квантов высоких энергий, включающего «замедлитель» на основе вольфрама, умножитель потока электронов на основе микроструктурированных пленок поликристаллического алмаза, а также собственно детектора на основе полуизолирующего GaAs.

4. Предложена конструкция твердотельного детекторного модуля для детектирования частиц и квантов высоких энергий, в составе умножителя потока электронов на основе микроструктурированных пленок поликристаллического алмаза, а также собственно детектора на основе полуизолирующего GaAs геттерированного иттербием; для случая высоких энергий первичных потоков (малых сечений взаимодействий) рассмотрена возможность использования в секциях модуля слоев «замедлителей».

5. Исследованы процессы гетгерирования примеси иттербием в полу изолирующем арсениде галлия и изучено их влияние на характеристики детекторов; выработаны рекомендации по режимам гетгерирования.

6. Оптимизирована конструкция умножителя потока электронов с учетом особенностей параметров рождения вторичных электронов.

7. Разработан пакет программ для расчета и оптимизации структуры детектора и детекторного модуля.

1. The LEP Collaborations: ALEPH, DELPHI, L3, OPAL, the LEP Electroweak Working Group, CERN-PH-EP /2007-039, arXiv:0712.0929 hep-ex., 2007

2. CDF Collab., Phys. Rev. Lett. 97, 081802 (2006)

3. Tahir N.A. The CERN Large Hardon Collider as a tool to study high-energy density matter. I I Phys. Rev. Lett., 94, 135004 (2005).4. по материалам сайта www.desy.de,www.cern.ch,www.fnal.gov. 2008.

4. Фортов B.E., Хоффманн Д., Шарков Б.Ю. И УФН вып. 2, 2008.6. по материалам сайта http://alice.cern.ch, http://atlas.ch, 2008.

5. Kleinknex К. Detectors for particle radiation. Cambridge University Press, 1998.

6. Калашников В.И, Козодаев M.C. Детекторы элементарных частиц. М., Наука, 1966.

7. Фрауэнфельдер Г., Хенли Э. Субатомная физика. М., Мир, 1979.

8. Акимов Ю.К. Полупроводниковые детекторы в экспериментальной физике. М., Энергоатомиздат, 1989.

9. Delaney С., Finch Е. Radiation detectors: Physical principales and applications. Oxford, UC,1992.

10. Matsumura A et al. High resolution X-Rays with a large area Nb/Al-A10x/Al/Nb superconducting tunnel injection. //NIM A 309, 1991.

11. Fretwurst E. et al Radiation hardness of silicon detectors for future colliders. // NIM A 326,1993.

12. Ohsugi T. et al. Radiation damage in silicon microstrip detectors. KEK Preprint 87-22 (1987), and NIM A 265, 1988.

13. Chao A.W., Tigner M. Handbook of accelerator physics and engineering, World Science Publishing Co., 2002.

14. Walenta A.H. Strahlungsdetektoren — Neuere Entwicklungen und Anwendungen. // Phys. Blatter 45(1992) 352.

15. Grupen C. Beta-spectroscopy with Si(Li)-detectors. // Experiment description for the advanced physics Lab., Siegen University, 1989.

16. Лебедев A.A., Иванов A.M., Строкан Н.Б. IIФТП, Т. 42, вып. 9, 2004.

17. Заверюхин Б.Н. и др. Пленочные детекторы ядерных излучений из теллурида кадмия. // Письма в ЖТФ, Т. 29, вып. 22, С. 80-87, 2003.

18. Beaumont S.P. et. al. GaAs solid state detectors for physics at the LHC. // IEEE Trans/ Nucl. Sci. 40, No.4(1993) 1225.

19. Beaumont S.P. et. al. Gallium arsenide microstrip detectors for charged particles. // NIM A (1992) 172.

20. Дворянкин В.Ф. и dp. /IЖТФ, Т. 77, вып. 10, 2007.

21. The RD8 Collaboration Gallium arsenide microstrip detectors for charged particles., 1992

22. Bates R.L, Campbell M. Resent results on GaAs detectors 137. University of Glasgow, 1997.

23. Воробьев А.П. Детекторы на арсениде галлия для рентгеновской радиографии. // Новости и проблемы фундаментальной физики, №2, стр. 15-21, 2008.

24. Ayzenshtat G.I. et al. И Nucl.Instr. and Meth. in Phys. Res., V.A494, p. 120-127, 2002

25. Chmill V.B., Chuntonov A. V., Khludkov S.S., Koretsky A. K, Potapov A.I., Tolbanov O.P., Vorobiev A.P. Radiation resistance of GaAs structures. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res., v. A395, p. 65-70, 1997.

26. Айзенштат Г.И., Лелеков M.A., Толбанов О.П. Динамика формирования фотоответа в детекторной структуре из арсенида галлия. // ФТП, Т. 42, вып. 4, 2008.

27. Айзенштат Г.И., и др. Токоперенос в детекторах на основе арсенида галлия, компенсированного хромом. // ФТП, Т. 41, вып. 5, 2007.

28. Ayzenshtat et al. II Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res., v. A509 (2003), p. 268-273.

29. Гореленок А.Т., Каманин А.В., Шмидт Н.М. Редкоземельные элементы в технологии соединений AmBv и приборов на их основе. // ФТП Т. 37, вып. 8, С. 922-940, 2003.

30. Беспалов В.А., Горбацевич А.А., Егоркин В.И., Ильичев Э.А., и др. Электрофизические свойства GaAs слоев и особенности характеристик детекторов частиц высоких энергий на их основе. // ЖТФ, Т. 74, вып. 3, С. 28-73, 2004.

31. Гергелъ В.А., Ильичев Э.А., Лукьянченко А.И., Полторацкий Э.А. и др. Паразитное управление по подложке в полевых транзисторах на арсениде галлия.// ФТП, 1992, т.26, в.5, с.794-800.

32. Власенко JI.C., Горелеиок А.Т., Емцев В.В., Каманин А.В., Полоскин Д.С., Шмидт Н.М. И ФТП, Т. 35, вып. 2, С. 184-187, 2001.

33. Ильичев Э.А. Неразрушающий метод диагностики глубоких уровней в полуизолирующих материалах. //ЖТФ. 1998 Т.68 № 5 . С. 141-143.

34. Mandelkorn J., Schwartz L., BroderJ., Kautz H. //Appl. Phys., 35, 2258 (1964).

35. Пышкин С.И., Радуцан С.И., Слободчиков С.В. // ФТП, 1, 1013 (1967).

36. Гацоев К.А., Гореленок А.Т., Карпенко С.И, Мамутин В.В., Сейсян Р.П. //ФТП, 17, 2148 (1983).

37. Гореленок А.Т., Каманин А.В., Шмидт Н.М. //ФТП, 37, 922, 2003.

38. Ильичев Э.А., Полторацкий Э.А., Рычков Г.С., Хайновский В.И II Микроэлектроника, Т.25, №5, С. 251-257, 1997.

39. Ильичев Э.А. И Электронная пром-сть, №2, С. 3-11, 1996.

40. Вайполин А.А., Гореленок А.Т., Мдивани В.П., Ильичев Э.А. II ФТТ, Т.49, вып.2, 2007.

41. Bethe Н. II Ann. d. Phys. 5, 325, 1930.

42. Bloh F. И Zs. f. Phys. 81, 363, 1933.

43. Moller С. II Ann. d. Phys. 14, 531, 1932.

44. Bethe H. // Zs. f. Phys. 76, 293, 1932.

45. Bohr N. //Phil. Mag. 25, 10, 1913; 30, 581, 1915.

46. Кацоев B.B., Кацоев JI.B., Ильичев Э.А. Оптимизация геометрии структуры арсенидгалиевых детекторов с учетом рекомбинационных потерь. // Электроника. Известия ВУЗов, №4, С. 52-57, 2008.

47. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Атомная и ядерная физика. ч. 2, М.: Наука, 1989.

48. Бор Н. Прохождение атомных частиц через вещество М.: изд-во ИЛ, 1950.

49. Рывкин С. М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. М.: ГИФМЛ, 496 стр., 1963.

50. Арсенид галлия. Получение и свойства. Под. ред. Кесаманлы Ф.П. и Наследова Д.Н. — М.: Наука, 472 стр., 1973.

51. Hunt В., Lipsman R., Rosenberg J. Matlab: официальный учебный курс Кембриджского университета — М.: Триумф, 352 стр., 2008.

52. Вавилов B.C. Действие излучений на полупроводники. М.: ГИФМЛ, 264 стр., 1963

53. MottN.F. И Proc. Roy. Soc. A124, 425, 1929.

54. Росси Б. Частицы больших энергий. M.: Гостехиздат, 636 стр., 1955.

55. Heitler W. The quantum theory of radiation. Oxford, 1954.

56. Берестецкий В.Б., Лившиц Е.М., Питаевский Л.П. Релятивистская квантовая теория, ч. 1 М.: Наука, 1968.

57. Ферми Э. Ядерная физика. -М.: ИЛ, 344 стр., 1951.

58. Шпольский Э.В. Атомная физика. М.: ГИФМЛ, 1974.

59. Мухин КН. Введение в ядерную физику. М.: Атомиздат, 1965.

60. Klein О., Nishina Y. // Zs. f. Phys. 52, 853, 1929.

61. Tamm I.E. И Zs. f. Phys. 62, 545, 1930.

62. Bethe H.A., Heitler W. //Proc. Roy. Soc. A146, 83, 1934.

63. Сегре Э. Экспериментальная ядерная физика. Т. 1, ч. ii. М.: ИЛ, 1956.

64. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. М.: ГИФМЛ,

65. Гаврилов С.А. и др. Усиление потока электронов с помощью алмазной мембраны. // ЖТФ, Т.74, вып. 1,2004.

66. Кацоев В.В., Кацоев Л.В., Ильичев Э.А. К вопросу о роли глубоких энергетических центров в компесации примесей в полуизолирующем арсениде галлия. // Микроэлектроника, №5, 2008.

67. Gorelenok А.Т. et. al. Peculiarities of defect and impurity behaviour in gallium arsenide during surface gettering.//Phys.Condens. Matter. 14, 13 105 (2002).

68. Кацоев Л.В., Ильичев Э.А. Детекторные модули ионизирующих излучений. // Сб. научных трудов «Нанотехнологии в электронике», стр. 105-112, Москва, 2007.

69. Заявка на патент. См. приложение.

70. Particle Data Group. Review of particle properties // Phys. Lett., 239, 1990.

71. Групен К. Детекторы элементарных частиц. М.: Сибирский хронограф, 1997.1963.