Способ отбора алмазов для детекторов ионизирующих излучений

 

1, СПОСОБ ОТБОРА АЛМАЗОВ ДЛЯ ДЕТЕКТОРОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ , включающий облучение алмаза с электродами в электрическом поле ионизирующим излучением, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годньпс приборов, .после облучения в электрическом поле образец алмаза нагревают и измеряют ток термостимулированной деполяризации , годными признают образ-цы-алмаза , в которых величина пиков тока термостимулированной деполяризации с температурами максимумов в интервалах 400-440 К и 460-500 К меньше пороговой величины. 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что скорость нагревания выбирают равной 0,1-1,0 К/с, напряженность электрического поля равной 0,2-2,0 кВ/см, а дозу - более 300 Р, при этом пороговое значение выбирают равным

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„9918M (5р 4 6 01 Т 1/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3300193/18-25 (22) 11.06.81 (46) 15. 11.86. Бюл. Ф 42 (72) Ю.С. Мухачев, В.С. Татаринов, С.Ю. Борзенко, В.С. Хрунов и С.С. Мартынов (53) 621.387.424(088.8) (54) (57) 1. СПОСОБ ОТБОРА АЛМАЗОВ

ДЛЯ ДЕТЕКТОРОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕЦИЙ, включающий облучение алмаза с электродами в электрическом поле ионизирующим излучением, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения выхода годных приборов, .после облучения в электрическом поле образец алмаза нагревают и измеряют ток термостимулированной депо-. ляризации, годными признают образ-цы-алмаза, в которых величина пиков тока термостимулированной деполяризации с температурами максимумов в интервалах 400-440 К и 460-500 К меньше пороговой величины.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что скорость нагре- вания выбирают равной О, 1- l,0 К/с, напряженность электрического поля равной 0,2-2,0 кВ/см, а дозу — более 300 Р, при этом пороговое значение выбирают равным (0,5-5, О) 1О 3A/ñì .

3. Способ по пп.t и 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что скорость нагревания выбирают равной 0,3+ а

+0,03 К/с, напряженность поля выбира- В ют равной 500%50 В/см, дозу выбирают равной 1000+300 Р, пороговое значение для плотности тока ТСД принимают равным (1, 0-2, 0) .10 A/см2 .

991836

Предлагаемое изобретение относится к области регистрации ионизирующего излучения полупроводниковыми детекторами,. а точнее к способам изготовления алмазных детекторов ио- 5 ниэирующих излучений.

Известен способ отбора алмазов для простейших датчиков излучений, являющихся необработанным алмазом с контактаМи, в котором для изготовления датчиков отбирают алмазы с пониженным содержанием азота, далее изготавливается датчик, который испытывается в рабочем режиме. Недостатком способа является неоднозначность критериев и сильная поляризация датчиков.

Известен алмазный детектор, представляющий собой тонкую пластинку алмаза с нанесенными на ее плоские грани блокирующим и инжектирующим контактами. В способе для изготовления детекторов отбирают алмазы с пониженным содержанием азота. Отобранные алмазы дополнительно отби— рают на основании измерения фотопроводимости в примесной области, т.е. в диапазоне цлин волн 230-280 нм, затем после резки дополнительно отбирают алмазные пластинки на основании измерения фотопроводимости в собственной области, т.е. 220225 нм. Недостатком способа является сложность и неоднозначность критериев, отбор камней еще не гарантирует пригодность камня для изготовления детекторов, что приводит к сравнительно низкому выходу годных детекторов.

Известен способ отбора алмазов 40 для детекторов, при котором вначале отбираются алмазы с пониженным содержанием азота, затем отбраковываются все алмазы, в которых имеется фотолюминесценция, далее на образцы 45 алмазов наносятся электроды и измеряется стационарная рентгенопроводимость. Годными признают алмазы, в которых рентгенопроводимость превышает некоторое пороговое значение. 50

Недостатком этого способа является то, что он также не обеспечивает высокого процента выхода годных алмазных детекторов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ отбора алмазов для детекторов ионизирующих излучений, включающий облучение алмаза с электродами в электрическом поле ионизирующим излучением, в котором наряду с операцией измерения рентгенопроводимости включается оценка способности данного алмаза к поляризации при регистрации ионизирующего излучения. А именно, образец алмаза с электродами облучают последовательностью импульсов рентгеновского излучения и оценивают не только превышение амплитудой импульса порогового значения, но и спад высоты импульса при регистрации последовательности импульсов.

Недостатком способа является то, что он предназначен для изготовления детекторов, регистрирующих относительно мощные потоки излучений в аналоговом режиме, поэтому не может обеспечить отбор алмазов для детекторов частиц, т.е. приборов, регистрирующих отдельные частицы.

Целью предлагаемого изобретения является повышение выхода годных приборов за счет отбраковки непригодных алмазов до резки на пластины.

Для достижения поставленной цели в способе отбора алмазов для детек торов ионизирующих излучений, включающем облучение алмаза с электрода— ми в электрическом поле ионизирующим излучением, после облучения в электрическом поле образец алмаза нагревают и измеряют ток термостимулированной деполяризации, годными признают образцы алмаза, в которых величина пиков тока термостимулированной деполяризации с температурами максимумов в интервалах 400-400К и 460-500К меньше пороговой величины, а также скорость нагревания выбирают равной О, 1-1,0 K/с, напряженность электрического поля равной 0,22,0 кВ/см, а дозу — более 300р, при этом пороговое .значение выбирают равным (0,5-5,0) 10 зА/см а скорость нагревания выбирают равной

0,3+0,03 К/с, напряженность поля выбирают равной 500+508/см, дозу выби— рают равной 10002300Р, пороговое значение для плотности тока ТСД принимают равным (1,0-2,0) .10 " А/см .

В предлагаемом способе проводится выяснение наличия и оценка концентрации центров захвата по методу измерения токов термостимулированной деполяризации (ТСД). Для этого на исходный камень алмаза наносят элек991836 троды, такие же как в известных способах, например из аквадага. Затем алмаз облучают ионизирующим излучением в электрическом поле, а после прекращения облучения и отключения 5 электрического поля образец нагревают и измеряют ток деполяризации, регистрируя зависимость тока от температуры, например, на самописце.

Затем выделяют области, связанные с 10 центрами захвата, ответственными за. поляризацию, и оценивают их интенсивность. В связи с тем, что точное определение концентрации требует знания целого ряда параметров алма- <5 за, задавать пороговое значение в единицах концентрации затруднительно. Для работы более корректно указать высоту пиков ТСД, определенную при заданных условиях. Годными при- 20 знают алмазы, у которых высота характерных пиков ТСД меньше порогового значения, т.е. концентрация достаточна низка.

Конкретное значение пороговой 25 величины пиков ТСД определена на основании изучения корреляции электрофизических свойств алмазов со счетными характеристиками алмазных детекторов, изготовленных из изу- З0 ченных камней алмазов. Поэтому для использования способа необходимо охарактеризовать условия проведения операций.

Численное значение пороговой ве— личины и температуры пиков ТСД зависит от условий проведения экспе— римента, от размеров образца и от концентрации центров захвата в изучаемом алмазе. Для исключения влия- 40 ния размеров задается напряженность электрического поля в алмазе и плотность тока ТСД. Условия проведения измерения следует выбрать один раз из указанных диапазонов и в дальней в g5 шем оставлять неизменными, тогда разделение алмазов будет зависеть от свойств алмаза.

Нагревание следует проводить по линейному закону со скоростью, взятой из интервала О, 1 — 1 К/с, причем в процессе измерения скорость должна сохраняться постоянной с погрешностью не более 10Х. При уменьшении скорости нагревания повышается разрешающая способность, но возрастает время измерения. Так, при скорости менее О, 1 К/с, время на измерение одной кривой ТСД превысит 45 мин.

При нагревании со скоростью более

1,0 К/с время измерения составит менее 5 мин, но разрешение ухудшится настолько, что два характерных пика ТСД трудно будет различить между собой. Для практической реализации способа удобно испольэовать скорость нагревания 0,3+0,03 К/с, так как разрешение вполне удовлетворительно, а время, затрачиваемое на снятие одной кривой, составляет примерно 15 мин, что сравнимо со временем подготовки образца к измерению.

Поляризацию образца следует проводить в электрическом поле, напряженность 0,2-2,0 кВ/см. При напряженности более низкой, чем 0,2 кВ/см, высота пика становится сравнимой с шумами серийных электрометров, а при напряженности выше 2,0 кВ/см начинаются поверхностная утечка и поверхностный пробой изоляторов измерительной ячейки. Удобно использовать напряженность 0,5+0,05 кВ/см (200 В на алмазе толщиной 4 мм).

Доза облучения выбирается таким образом, чтобы высота пиков ТСД не зависела от дозы, т.е. она выбирается из области насыщения зависимости пиков ТСД от дозы. Экспериментально установлено, что при дозах выше

30ОР участок насыщения заведомо достигается для большей части образцов.

Существенное увеличение дозы сверх этого .значения не окажет заметного влияния на процесс измерения, но нецелесообразно с точки зрения техники безопасности. В большей части экспериментальных исследований быпо использовано значение дозы 1000 .1

ФЗООР.

При указанных условиях измерения корреляция счетных свойств детекторов обнаруживается с пиками ТСЦ, имеющими температуру максимумов при 400-440 К и 460-500 К, причем хорошие счетные характеристики наблюдаются у детекторов, изготовленных из алмазов, в которых плотности тока СД при указанных температурах не превышали (0,5-5,0) ° 10 /см .

Если измерения проводить при более жестко ограниченных условиях, то диапазон изменения пороговой величины ТСД также сужается. Так, при напряженности электрического

1836 ти операций по измерению тока термостимулированной деполяризации и отбор алмазов, у которых величина ТСД меньше порогового значения.

Дополнительными отличительными признаками являются условия проведения операций, перечисленные вьш е.

Редактор П. Горькова Техред В.Кадар

Корректор А. Обручар

Заказ 6259/2 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

S 99 поля 500 В/см, скорости нагревания

0,3 K/с, дозе 1000 P (погрешность указана выше), температуры максимумов лежат в интервалах 410 †4 и

470-490К (разброс параметров определяется в основном разбросом ха— рактеристик образцов, а не погрешностью измерения). При этом пороговое значение следует выбирать из интервала (1,0-2,0) ° 10 А/см . Крайние точки интервала определены на основании обработки экспериментальных результатов. Для детекторов пригодны алмазы с плотностью тока ТСД менее 10 A/см, не пригодны с плотностью тока более 210 " А/см .

Пригодность алмазов со значением

ТСД, попадающим внутрь интервала, зависит от требований к детекторам.

Таким образом, основным существенным отличием предлагаемого способа является введение совокупносПо сравнению с базовым способом

10 изготовления алмазных детекторов предлагаемый способ позволяет получить более высокий выход годных де— текторов за счет того, что непригодные алмазы выявляются до их рез1 ки на пластины и могут быть исполь зованы для других целей. При этом также значительно сокращаются затраты времени на изготовление детекторов путем устранения резки за20 ведомо непригодных алмазов, эта экономия времени значительно превышает затраты времени на аттестацию алмазного сырья.