Détecteurs de rayonnements nucléaires à semiconducteurs à amplification interne

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Submitted on 1 Jan 1969

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Détecteurs de rayonnements nucléaires à

semiconducteurs à amplification interne

F. Roubert, P. Siffert, A. Coche

To cite this version:

284

V. Conclusion. - Les

spectres

enregistrés

et les résultats obtenus montrent _{que le}

_{spectromètre}

décrit

est bien

_adapté

à l’étude des transitions _y

_complexes.

Les

_{caractéristiques}

de cet

_appareil

sont au moins aussi

bonnes que celles

d’appareils

du même

_type,

_publiées

dans la littérature

_{[2], [3] ;}

son fonctionnement en

modes simultanés

_permet

un traitement sûr des infor-mations recueillies. En

_{spectrométrie}

_{anti-Compton,}

la

_présence

du «

_{traînage »}

dans la

_réponse

de la diode à un

_{photon monocinétique}

lié à la zone P non active

de cette dernière ne

_permet

_{pas de chiffrer} exactement le

_rapport

d’atténuation du continuum

_Compton.

BIBLIOGRAPHIE

[1]

Constructeurs :

_Ge(Li)

+

Électronique :

SAIP

-INa(Tl) :

Quartz

et Silice.

[2]

ALLEN et al., Nucl. Instr. Methods, 1967, 53, 61.

[3]

WILLIAMS et _MORGAN, Nucl. Instr. Methods, 1966,

45, 313.

DÉTECTEURS

DE

RAYONNEMENTS

NUCLÉAIRES

A

SEMICONDUCTEURS

A AMPLIFICATION INTERNE

F.

_ROUBERT,

P. SIFFERT et A.

_COCHE,

Centre de Recherches _{Nucléaires, Strasbourg-Cronenbourg.}

Résumé. - On décrit les

_{caractéristiques}

de

_jonctions

P-N à

_{amplification}

interne obtenues par diffusion de

_gallium

dans du silicium N de résistivité 40 à 50 03A9.cm. Des coefficients

d’ampli-fication

_dépassant

1000 ont pu être obtenus à l’aide de ces

_dispositifs.

Abstract. -

By

geometrical

control of the surface field, internal

_{amplification}

P-N

junc-tions have been constructed. Their characteristics are

_analyzed.

_{Multiplication}

factors

exceeding

1000 have been observed.

REVUE DE _{PHYSIQUE APPLIQUÉE}

~

TOME 4, JUIN 1969,

Les

_phénomènes

d’avalanche dans les

_{jonctions P-N,}

mis en évidence dès 1953 _par

_McKay

_[1],

n’ont été

appliqués

que récemment

(par

Huth

[2])

à la détec-tion de

_particules

et de

_rayonnements

nucléaires.

Rap-pelons

d’abord brièvement le

_principe

de la

multi-plication

par avalanche. Dans les détecteurs à

ampli-fication,

le

_champ

_électrique

interne

_(supérieur

à 200 000

_V~cm)

_permet

aux électrons et aux trous libérés par le rayonnement incident

d’acquérir

suffit-samment

_d’énergie

_pour

_ioniser,

_par

_collisions,

les atomes du réseau

_cristallin,

créant ainsi des

_porteurs

secondaires.

_Ceux-ci,

accélérés à leur _tour, ionisent d’autres atomes. _{Ce processus cumulatif,}

_analogue

à la

_décharge

de Townsend utilisée dans les

_compteurs

proportionnels

à gaz, conduit finalement à une

impul-sion

_électrique

de

_grande

_amplitude.

Les détecteurs

_préparés

au laboratoire sont réalisés à

_partir

de silicium de

_type

N dans

_lequel

on diffuse

une

_{impureté acceptrice (gallium) jusqu’à}

une

pro-fondeur d’environ 80 li. Les

jonctions

ainsi formées

sont taillées en forme de biseau de manière à réduire

les courants de fuite en surface

_{lorsqu’elles}

sont

pola-risées à haute tension. Les courants inverses de ces

détecteurs sont, à

_température

ambiante et _{pour des}

polarisations supérieures

à 1 000

V,

de l’ordre de

quelques

dixièmes de

_{microampère.}

Les tensions d’ava-lanche de ces diodes sont voisines de 1 500 à 1 800 V selon la résistivité du matériau de base

_(de

40 à 50

_Q.cm).

La tension d’avalanche croît linéairement

avec la

_température

du matériau et le

_gradient

corres-pondant

est

_égal

à 2

_V/0.

En raison de la

_grande

concentration

_{d’accepteurs}

existant dans la

_région

_P,

la zone de

charge

_d’espace

s’étend

_{principalement}

du côté N. Dans le cas d’un détecteur de 40 Q.cm _par

_exemple,

_{l’épaisseur}

de la

zone de

_{charge d’espace}

_{atteint 140 pm à la tension} d’avalanche. Le

_champ

_électrique

maximal est alors

égal

à 215 000

_V/cm.

La variation de

_{l’amplitude}

des

_impulsions

issues d’un détecteur à avalanche de 49 CL cm, irradié par

285

des

_{photons infrarouges}

_(émis

_par une diode

électro-luminescente à arséniure de

_gallium),

en fonction de la tension

_appliquée,

est

_{représentée}

sur la

figure

1.

Dans la

_région

de

_{préavalanche (de}

1 600 à 1 800

_V),

FIG. 1.

le facteur de

_{multiplication}

atteint des valeurs très

élevées,

pouvant

dépasser

1 000. Sur le même

gra-phique

est

_figuré

le niveau de bruit efficace de l’en-semble

_{diode-préamplificateur.}

On constate

_qu’il

reste

pratiquement

constant

_lorsque

la tension de

polari-sation

_croît,

contrairement aux

impulsions

délivrées

par le détecteur. Cette variation du

rapport

signal-bruit est

_exploitée

_pour la détection de

_signaux

lumi-neux de faible intensité ou de _{rayons X mous,} tels

que ceux de 55Fe

_{(5,9 keV).}

Dans ce _cas,

l’impulsion

électrique

est, à faible

_tension,

_masquée

_{par le} bruit

propre du

détecteur;

elle

peut

en être

_distinguée,

au

contraire,

pour des

polarisations

voisines de celle d’avalanche. ,

Les facteurs de

_{multiplication}

obtenus avec _les

par-ticules oc sont du même ordre de

_grandeur

_que ceux observés avec les

_photons.

La résolution en

_énergie

pour des

particules

oc de

5,5

MeV _est, à faible

tension,

égale

à 5

_{% ;}

celle-ci se

_dégrade

et atteint 40

_%

au

voisinage

de la tension d’avalanche. Le

_temps

de montée des

_impulsions

de courant résultant de l’in-teraction des

_particules

oc du thorium C

(8,78 MeV)

est de 1 ns et leur

_{amplitude égale}

à 28 _{V pour} une

polarisation

de 1 790 V. BIBLIOGRAPHIE

[1]

MCKAY

_{(K. G.)}

et McAFEE

_{(K. B.), Phys.}

Rev., 1953,

91, 1079.

[2]

HUTH

_{(G. C.),}

BERGESON

_{(H. E.)}

et TRICE

(J. B.),

Rev. Sci. _{Instr., 1963,} 34, 1283.

RÉALISATION

DE

DÉTECTEURS

EN

GERMANIUM

COMPENSÉS

AU LITHIUM

A. GALLMANN et M. A.

_MOLINARI,

Institut de Recherches _{Nucléaires, Strasbourg-Gronenbourg.}

Résumé. 2014 Nous avons étudié _par

_gammagraphie

un certain nombre de détecteurs

_Ge(Li),

en

_particulier

un détecteur

_{pseudo-coaxial,}

dont les

_performances

se sont nettement améliorées

après

ablation de la zone mauvaise. Pour améliorer le

_rapport

_{photopic/Compton}

des détecteurs coaxiaux, nous avons enlevé le coeur de

_type

P _{par étincelage.} Deux diodes de ce

_type

sont

présentées.

Abstract. - We have studied several

Ge(Li)

detectors

_{by using}

_{the gamma-ray}

_scanning

technique.

A

_{particular example}

is that of a

_single-open

end detector, the

_performances

of which have been

_{substantially}

increased after

_cutting

the bad

_region.

In order to

_improve

the

photopeaks-to-Compton

ratio of coaxial _detectors, we have used a

spark

machine for

_removing

the central

_P-type

core. Two such cases are

_presented.

REV1:E D~ _{PHYSIQUE APPLIQUÉE} TOMH 4, JUIN 1969,

La limitation de la résolution en

_énergie

des

détec-teurs

_Ge(Li)

tient essentiellement aux défauts des

monocristaux de

_germanium,

en

particulier

aux centres de

_capture

des

_porteurs

de

_charge,

à leur

_répartition

et à leur densité au sein du matériau. Le seul moyen

d’in-vestigation

à l’heure actuelle est de faire _la