Utilisation de détecteurs au germanium pour des particules chargées

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Submitted on 1 Jan 1969

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Utilisation de détecteurs au germanium pour des particules chargées

L. Marcus, G. Duhamel, H. Langevin-Joliot

To cite this version:

L. Marcus, G. Duhamel, H. Langevin-Joliot. Utilisation de détecteurs au germanium pour des par-

ticules chargées. Revue de Physique Appliquée, Société française de physique / EDP, 1969, 4 (2),

pp.279-280. �10.1051/rphysap:0196900402027900�. �jpa-00243260�

279.

UTILISATION DE DÉTECTEURS AU GERMANIUM POUR DES PARTICULES CHARGÉES

L. MARCUS, G. DUHAMEL et H. LANGEVIN-JOLIOT,

Institut de Physique Nucléaire, ^{B.P. n°} I, Orsay.

Résumé. - Des jonctions ^au germanium (lithium) ^{ont été} utilisées pour ^la détection de deutons de 80 MeV, ^{avec une} résolution voisine de celle du faisceau incident. Avec les parti-

cules entrant par ^le côté de la diode, ^des phénomènes ^de piégeage ^{ont été mis en} évidence,

similaires à ceux observés avec des gamma collimatés, conduisant à un déplacement ^du pic

avec le point d’impact.

Abstract.

Lithium-drift germanium ^{detectors have} been used for 80 MeV deuterons, with energy resolution close ^to that of the beam. Using side-entry technique, trapping pheno-

mena have been seen, similar to those observed with collimated gamma rays, which result in a peak ^shift.

RP~~’L1~ DE PHYSIQUE APPLIQUÉE: ^{TOME 4, juIN 1969,}

Nous avons utilisé des jonctions ^au germanium (li- thium) fabriquées ^au laboratoire _pour la détection de deutons de 80 MeV produits ^au synchrocyclotron d’Orsay. ^Nous nous sommes proposés d’étudier leurs

possibilités dans le domaine ^des particules chargées ^de

moyenne énergie, ^ainsi que de sélectionner des détec-

teurs utilisables _{pour des} expériences ^{portant sur la}

diffusion élastique ^et inélastique de deutons _par un

certain nombre de noyaux.

L’intérêt des jonctions ^au germanium pour la détec- tion des particules chargées ^a déjà ^été souligné par de nombreux auteurs [1], [2], [3], ^{mais il} importe ^de

remarquer cependant qu’il ^{ne suffit} pas d’obtenir un

détecteur de résolution en énergie ^correcte (quelques millièmes). ^{Celui-ci doit} aussi, pour la plupart ^des expériences, satisfaire à d’autres conditions : 1) ^fenêtre

d’entrée minimale; 2) réponse homogène ^{sur tout le}

volume permettant ^de travailler avec des angles ^solides importants; 3) rapport ^élevé pic ^à fond; 4) ^{temps de}

montée des impulsions permettant ^des prises ^d’infor-

mation temps; 5) durée de vie consécutive aux dom- mages d’irradiation suffisamment longue.

Les deutons de 80 MeV ayant ^un parcours d’envi-

ron 1 ^cm dans le germanium, ^{il est} possible, ^{avec une}

diode plane classique ^{de 10 mm de zone} migrée, ^d’obte-

nir l’absorption ^{totale en} attaquant le détecteur soit par la face lithium, soit par le côté, ^ce qui permet ^de comparer les réponses ^{dans les deux cas. L’entrée} parallèlement ^au champ électrique présente ^{des avan-} tages ^{sur le} plan ^{de la} collection des charges ^{et l’inconvé-}

nient d’une fenêtre d’entrée épaisse, ^du moins si l’on

ne s’attache pas ^à la réalisation d’une structure spéciale

type dépôt ^{d’or ou} implantation d’ions. L’entrée _par le côté supprime ^cet inconvénient de la fenêtre, ^et permet ^surtout l’analyse ^de particules ayant des par-

cours plus longs (par exemple ^de protons ^{de 80 MeV} de 2 cm de parcours).

Les premières ^{mesures, utilisant un faisceau de}

80 MeV deutons, ^{diffusés sur une cible} d’or, puis analysés ^{par un aimant,} ayant ^une largeur, « straggling » compris, ^{de 260} keV, ^ont permis ^{de montrer} que :

1) ^Certains détecteurs présentent ^{des zones totale-}

ment « mortes », ^non détectrices, réparties ^de façon

aléatoire dans le cristal. Si de telles _{zones, même peu}

développées, existent, elles contribuent à diminuer fortement le rapport pic ^{à fond.}

2) ^{Dans les zones} actives de la diode, ^{la résolution}

obtenue est limitée _par celle du faisceau incident. Dans les conditions ci-dessus, nous avons obtenu des résolu- tions moyennes de 275 keV par le côté ^et de 360 keV par la face lithium (y compris ^{le «} straggling » ^des 300 ~ ^{de la zone} lithium, ^{soit 220} keV). ^{Avec des}

conditions expérimentales sensiblement améliorées,

donnant un faisceau incident de largeur ¹²⁰ keV, ^nous

avons obtenu une résolution effective de 130 keV.

3) ^La position ^du pic ^{varie avec le} point d’impact

des particules ^sur le cristal. Lorsqu’on attaque ^le cristal par la face, ^ces déplacements ^{sont faibles, de}

l’ordre de 1 0/oo ^en énergie ^et s’expliquent par des

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/rphysap:0196900402027900

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irrégularités ^en épaisseur ^{de la zone lithium et} par des hétérogénéités ^{de la zone} compensée. Par contre,

en cas d’entrée par le côté, ^de l’électrode N à l’élec- trode P, ^ces déplacements ^de pic peuvent ^être impor-

tants sur certains cristaux et atteindre 1 % ^en énergie.

Ces derniers, déjà ^{mis en évidence} par de nombreux auteurs en gamma [4], [5], [6], peuvent ^{sans doute} être attribués à une mauvaise collection des charges

liée aux phénomènes ^de piégeage. ^{Dans les cas} observés,

le sens de déplacement ^du pic ^{tend à montrer} que le piégeage d’électrons est prédominant. ^Ceci peut constituer une limitation à l’emploi de certains détec- teurs avec des collimateurs de grande ^surface.

Utilisés dans des expériences ^{de diffusion} élastique,

avec un faisceau direct de largeur ³⁸⁰ keV, ^{des détec-}

teurs au germanium placés ^{derrière un} diaphragme ^de

75 mm2 ont fourni des spectres ( fc~. 1) présentant ^un

rapport : (pic/vallée) ^{de l’ordre de} 1 OOOjl ^{et une} efficacité, ^mesurée par le rapport (nombre de coups du pic/nombre de coups total) ^{de 85} %, ^{en accord avec}

la valeur calculée des pertes. ^{Celles-ci sont dues} prin- cipalement ^aux réactions induites _par les deutons dans la région ^de déplétion (8 %) ^{et à} la diffusion multiple

de deutons ^en dehors de ^la zone de déplétion (5 % ^dans

la géométrie utilisée).

Ces détecteurs ont été aussi utilisés, ^avec succès, ^dans

un montage ^« télescope ^{», associé à une} jonction

silicium DE~OX, pour réaliser un système d’identifi- cation de particules.

A condition d’être préalablement sélectionnées, ^les jonctions Ge(Li) ^{sont d’ores et} déjà utilisables de façon

intéressante pour la détection de particules de moyenne

énergie, ^le problème ^de leur durée de vie restant à étudier. Les améliorations substantielles qui pourraient

être réalisées sont liées à celles des qualités ^{des mono-}

cristaux de germanium.

FiG. 1.

Spectre ^{de diffusion de} deutons de 82 MeV

sur 12C à 0

390. Détecteur attaqué par ^{la face} lithium, collimateur de 75 mm2 ; largeur du faisceau incident, 380 keV ; ^« straggling ^{» de la zone} lithium,

220 keV.

BIBLIOGRAPHIE

[1] ^BERTRAND (F. E.) et al., I.E.E.E., Trans. Nucl. Sci., 1966, NS 13, ^279.

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