Struktura dwustronnego detektora paskowego

STRONA GŁÓWNA

 

WSTĘP I ZASADA DZIAŁANIA
 

ZŁĄCZE P-N
 

BUDOWA DETEKTORÓW

  detektor jednostronny

  detektor dwustronny

 

ZASTOSOWANIE

 

LITERATURA


Detektory jednostronne lokalizują tor cząstki tylko w jednym wymiarze, wykorzystując do tego celu wygenerowany ładunek dziur. Aby wyznaczyć pozycję cząstki w płaszczyźnie XY, należałoby złożyć dwa detektory w ten sposób, że paski p+ na jednym z nich byłyby prostopadłe do pasków p+ na drugim. Innymi słowy, jeden detektor wyznaczałby pozycję przechodzącej cząstki w osi X, a drugi w osi Y. Wadą takiego rozwiązania (aczkolwiek stosowanego w praktyce) jest to, że cząstka musi przejść przez dwukrotnie grubszą warstwę krzemu, a więc traci przeciętnie dwa razy większą energię niż w przypadku pojedynczego detektora, co ma oczywisty wpływ na dalszy jej tor (szczególnie na tory cząstek niskoenergetycznych w polu magnetycznym). W eksperymentach fizyki wysokich energii wymaga się, aby detektory pozycyjne wyznaczały możliwie jak najdokładniej tor cząstki, kosztem jak najmniejszej straty energii przechodzącej cząstki. Narodził się, więc pomysł, aby elektrodę omową detektora również wykonać w postaci pasków prostopadłych do paskowych złączy p+-n.

Dwustronny detektor paskowy: l) pierścień ochronny; 2) linia zasilająca; 3) rezystor polaryzujący; 4) pasek metalowy; 5) pojemność sprzęgająca; 6) wzmacniacz ładunkowy; 7) pasek p+; 8) pasek n+; 9) SiO2 [2]

Płynące do tej elektrody elektrony wyznaczałyby pozycję cząstki w drugim wymiarze. W ten sposób, przy niezmienionej grubości detektora można by uzyskać informację o pozycji cząstki w płaszczyźnie detektora. Realizacja tej idei nie jest jednak tak prosta. W warstwie tlenku SiO2 istnieje wbudowany ładunek dodatni, który powoduje wytworzenie warstwy akumulacyjnej (elektronów) przy powierzchni detektora. Rezystywność tej warstwy jest rzędu kilku kiloomów na kwadrat, co oczywiście jest niewystarczające do separacji sąsiadujących pasków n+. Pomiar toru cząstki jest praktycznie niemożliwy, gdyż wygenerowany ładunek elektronów będzie rozpływał się na wiele pasków.

W celu zlokalizowania generowanego ładunku na pojedynczych paskach n+ należy je odizolować od siebie. Można to zrobić dwoma sposobami.

 

Sposoby separacji pasków n+: a) dodatni ładunek wbudowany w warstwie tlenku indukuje warstwę przewodzącą na granicy Si-Si02, która zwiera sąsiednie paski n+; b) izolacja pasków n+ przez wbudowanie pasków p+; c) izolacja pasków n+ przez wytworzenie między paskami pola elektrycznego przerywającego warstwę akumulacyjną pomiędzy paskami; d) rozwiązanie podobne jak w punkcie c), ale wykorzystujące do wytworzenia pola elektrycznego poszerzone paski metalowe nad paskami n+ [2]

Pierwszy z nich polega na wytworzeniu między paskami n+ dodatkowego paska p+ [2]. Paski p+ wbudowane pomiędzy paskami n+ tworzą złącza p+-n wokół, których wytwarza się warstwa zubożona (nawet bez przyłożonego do złącza napięcia zewnętrznego). Obszar zubożony skutecznie przerywa akumulacyjną warstwę elektronów. Rezystancja między sąsiednimi paskami n+ będzie jednak ciągle stosunkowo niska ze względu na rezystywność całej objętości detektora, który jest typu n. Dopiero przyłożenie napięcia pełnego zubożenia detektora usuwa nośniki z całej objętości krzemu i powoduje dobrą izolację pasków n+.  Rezystancja międzypaskowa w detektorze bez pasków p+ praktycznie nie zależy od napięcia polaryzacji, podczas gdy w detektorze z paskami p+ zwiększa się o trzy rzędy przy napięciu pełnego zubożenia. Paski p+ powinny przerywać warstwę akumulacyjną elektronów między paskami n+ oraz pierścieniem ochronnym otaczającym cały obszar aktywny detektora. Najczęściej robi się to w ten sposób, że pasek p+ otacza dookoła pasek n+.

W drugiej metodzie warstwę akumulacyjną elektronów przerywa się przez wytworzenie odpowiednio wysokiego pola elektrycznego w obszarze między paskami n+. Można to zrobić wykorzystując strukturę MOS. Między paskami n+ nanosi się na warstwie tlenku dodatkową elektrodę aluminiową (bramkę). Jeżeli bramkę zasili się ujemnym napięciem, to wytworzone przy powierzchni Si-Si02 pole elektryczne usuwa znajdujące się tam elektrony i przerywa warstwę akumulacyjną. Powoduje to odizolowanie pasków od siebie. Zamiast bramki aluminiowej można też robić bramki polikrzemowe. Takie rozwiązanie ogranicza jednak minimalną odległość między paskami n+, co oczywiście ma wpływ na rozdzielczość pozycyjną detektora.