Detektory półprzewodnikowe: ich typy i własności oraz zastosowania do celów naukowych i aplikacyjnych
W S T Ę P 
W Ł A S N O Ś C I 
T Y P Y 
D E T E K T O R  K R Z E M O W Y 
Z A L E T Y 
Z A S T O S O W A N I E 
   

 

 

 

 
wstecz dalej

ZALETY DETEKTORÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Podstawowym materiałem stosowanym do budowy detektorów półprzewodnikowych jest krzem. Spowodowane to jest wieloma jago zaletami:

  • Niska cena detektorów powszechność występowania surowca;
  • Możliwość łatwego wytwarzania płytek monokrystalicznych detektorów stosunkowo dużych średnicach (rzędu kilku nast. Centymetrów);
  • Łatwość otrzymywania tlenku, który może być wykorzystywany w procesach fotolitograficznych oraz jako dobry izolator elektryczny;
  • Łatwa adaptacja znanych procesów technologicznych dla potrzeb budowy detektorów krzemowych;
  • Korzystna szerokość przerwy zabronionej - jest ona wystarczająco duża, aby szum spowodowany termiczną generacją nośników ładunku pozwalał na pracę detektora temperaturach pokojowych.

  • (Źródło: Wojciech Kucewicz, Krzemowe detektory paskowe detektorów ich zastosowania w fizyce wysokich energii na przykładzie eksperymentu Delhi, Uczelniane Wydawnictwo Naukowo- Dydaktyczne Kraków 2000.)

    Zalety licznika półprzewodnikowego:
  • Duża energetyczna zdolność rozdzielcza - energia na wytworzenie jednej pary elektron-dziura dla germanu jest równa 2.9eV (około 10 razy mniej niż dla pary jonów w gazie wypełniającym komorę jonizacyjną);
  • Liniowa i niezależna od wartości energii i rodzaju cząstki zależność amplitudy impulsu od energii
  • Dobra czasowa zdolność rozdzielcza

  • Detektory półprzewodnikowe to bardzo interesująca i użyteczna grupa detektorów. Niezastąpione, gdy potrzeba najwyższej precyzji pomiaru (energia, położenie, czasu). Technika detekcyjna intensywnie korzystająca z rozwoju elektroniki. Wymaga wysoko rozwiniętej technologii. Wysoka cena i mała powierzchnia detektora utrudnia użycie na wielką skalę. Możemy oczekiwać dalszego rozwoju tej dziedziny fizyki i nowych konstrukcji.


    Podsumowanie
    Detektory mikropaskowe są niezwykle użytecznym narzędziem fizyki eksperymentalnej wysokich energii. Wynika to przede wszystkim z dwustronnej budowy i niewielkiej odległości między paskami w detektorze. Dwustronność powoduje, że każdy pojedynczy moduł wyposażony jest w dwie niezależne jednostki detekcyjne, dzięki czemu możliwy staje się jednoczesny pomiar dwóch współrzędnych przejścia cząstki przez materiał detektora. Natomiast dzięki odległości 95 mm między sąsiadującymi paskami można uzyskać rozdzielczość rzędu 20 mm (w połączeniu z algorytmami rekonstrukcji punktu) w kierunku x. Jest to wielkość wystarczająca przy krotności 20 cząstek (eksperyment ALICE) na pojedynczy moduł. Informacje uzyskane z warstw SSD mogą zwiększyć wydajności rekonstrukcji torów nawet o około 20%, tak więc zastosowanie tych układów jest celowe nawet mimo zwiększonej produkcji punktów duchów. Ponadto warstwa SSD ma znaczący wpływ na kilkakrotne zwiększenie identyfikacji cząstek dziwnych ( ), przede wszystkim dlatego, iż pokrywa ona puste obszary wcześniejszych warstw detektorów STAR i ALICE.
    Jednak, aby zapewnić poprawne działanie pojedynczych modułów SSD, co jest konieczne, aby wykonywane pomiary miały sens fizyczny należy w czasie produkcji przeprowadzać szereg pomiarów elektrycznych, do których zalicza się testy: układów A128C, Costar oraz płytki krzemowej stanowiącej materiał detektora. Dzięki nim możliwe jest sprawdzenie prawidłowość działania całego modułu SSD. Wykonuje się więc następujące pomiary testowe:
    Układ Costar:
  • pomiar temperatury w zależności od temperatury referencyjnej,
    Układ A128C:

  • pomiar charakterystyki przenoszenia sygnału, w zależności od wartość siedmiu parametrów: Vpreamp, Ipreamp, Vshaper, Ishaper, Iinbuff, Ioutbuff i Ilvds,

  • pomiar natężenia sygnału na wszystkich paskach.
  • Testy elektryczne nie są jedynymi, które wykonuje się w czasie prac z prototypami; dużą rolę odgrywają testy z wykorzystaniem wiązki. Dzięki nim można zbadać zachowanie detektora w warunkach podobnych do tych które, będą panowały w czasie rzeczywistych eksperymentów, a także oszacować takie wielkości jak rozdzielczość, stosunek sygnału go szumu oraz odchylenie standardowe fluktuacji sygnału na paskach. Ostatnie dwa parametry są w dużej mierze wyznacznikiem poprawnej pracy detektora. Z przeprowadzonych analiz wiadomo że parametry te są inne dla strony N i P.