Логин:
Пароль:

Работа №1602
Название работы
Радиационно-стойкие координатные детекторы на основе GaAs полуизолирующих наноструктур для современных ядерно-физических экспериментов
Автор работы
Будницкий Давыд Львович
Дата начала работы Дата окончания работы
2010-05-26 2012-11-30
Аннотация
Проект направлен на разработку технологии изготовления детекторов большой площади на основе арсенида галлия, компенсированного хромом, и установление физических процессов, обуславливающих формирование электрического сигнала в детекторах при воздействии высокоэнергетичных квантов и заряженных частиц, создание физической модели работы подобных детекторов и исследование их радиационной стойкости к воздействию различных видов ионизирующих излучений. Полученные результаты необходимы для разработки технологии изготовления быстродействующих твердотельных детекторов ионизирующего излучения с высокой радиационной стойкостью и чувствительностью, превосходящей современные аналоги. Результаты проекта будут использованы для формирования научно-технического задела по созданию современной инструментальной базы ядерно-физических экспериментов, проводимых на современных высокоинтенсивных коллайдерах (LHC - Large Hardron Collider at CERN, Швейцария) и уникального инструментария по исследованию биомедицинских процессов с атомно-молекулярным пространственным разрешением. Результаты проекта актуальны при разработке современных медицинских комплексов для протонной терапии онкологических заболеваний, систем протонной и электронной радиографии, позволяющих получать качественные изображения различных малоконтрастных объектов, где радиационная стойкость арсенид галлиевых детекторов является одним из главных достоинств.
Тип НИР Источник финансирования Объем финансирования Вид работы
ФЦП 1006600 Федеральное агентство по образованию Фундаментальная
Промежуточный реферат №1
Объектом исследования являются полупроводниковые детекторы прямого счёта единичных квантов рентгеновского и гамма излучений. Цель работы на первом этапе – моделирование транспорта и сбора заряда в многоэлементных квантово-чувствительных детекторных (сенсорных) чипах. Получена универсальная формула для тока, наведённого движущейся точечной заряженной частицей, для любой точки прохождения частицы в элементе пиксельного либо микрополоскового детектора (сенсора) различной формы. Разработана модель для теоретического описания закономерности кинетики тока, наведённого во внешних цепях элементов координатного детектора, установлены границы применимости модели. Предложена модель расчета эффективности сбора заряда элементов многоканального детектора в зависимости от глубины поглощения гамма-кванта. Результаты работы по 1-му этапу НИР будут использованы при разработке конструкции и технологии многоэлементных квантово-чувствительных детекторов на основе арсенид галлиевых (GaAs) радиационно-стойких полуизолирующих наноструктур для современных ядерно-физических экспериментов.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201159210 Дата регистрации ИК: 2011-07-18
Промежуточный реферат №2
Цель работы - Отработка методов получения металлических контактов к полуизолирующим GaAs:Cr структурам, обеспечивающих высокую эффективность сбора заряда. Исследование закономерностей формирования амплитудных спектров при регистрации единичных квантов и частиц ионизирующего излучения: альфа, бета, гамма. Экспериментальные исследования свойств контактных слоёв к детекторным структурам: электрических, фотоэлектрических, морфологических. 1. Установка водоподготовки и подготовки деионизованной воды-УДВ-100. 2. Автоматизированная установка магнетронного распыления Auto-500. 3. Автоматизированная установка вакуумного напыления УВН-71. 4. Диффузионная печь для высокотемпературных отжигов. 5. Эллипсометр ЛЭФ-72. 6. Измеритель распределения удельного сопротивления полуизолирующих подложек из GaAs-GaAs ?-meter-50. 7. Атомно-силовой микроскоп “Solver HV”. 8. Металлографический микроскоп отраженного света RMA 5. 9. Источник-измеритель Keisley-2410. 10. Спектрометрический комплекс. 11. Осциллограф цифровой запоминающий LeCroy WS 104Xs-A. Основные результаты 2 этапа. 1.Лабораторная технология формирования металлических контактных слоёв заданной топологии к полуизолирующим GaAs:Cr структурам. 2.Экспериментальная база данных по исследованию и оптимизации свойств контактных слоёв к детекторным структурам. 3.Закономерности формирования амплитудных спектров при регистрации единичных квантов и частиц ионизирующего излучения: альфа, бета, гамма.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201159211 Дата регистрации ИК: 2011-07-18
Промежуточный реферат №3
Цели работы на отчётном этапе: изготовление тестовых образцов детекторов малой площади, экспериментальные исследования электрических характеристик детекторов из высокоомного GaAs:Cr с различными типами контактов и условиями формирования, экспериментальные исследования чувствительности тестовых образцов детекторов из GaAs:Cr с различными типами контактов к воздействию ионизирующих излучений: заряженные частицы и кванты. Использовались аналитические и экспериментальные методы исследований: анализ закономерностей формирования контактных слоёв к полуизолирующему GaAs:Cr, экспериментальные исследования электрических характеристик и чувствительности детекторов из полуизолирующего GaAs:Cr к воздействию ионизирующих излучений. Основные научные результаты, полученные на этапе: - закономерности формирования контактных слоёв к полуизолирующим GaAs:Cr наноструктурам с заданной топологией и электрофизическими свойствами; - экспериментальные данные исследования закономерностей транспорта и сбора заряда в детекторных структурах с различными типами контактов, сопоставление с результатами моделирования, корректировка технологии формирования контактов; - экспериментальная партия лабораторных детекторных структур в количестве более 20 шт.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201160632 Дата регистрации ИК: 2011-09-08
Промежуточный реферат №4
В отчете представлены результаты исследований, выполненных по 4 этапу Государственного контракта № П886 "Радиационно-стойкие координатные детекторы на основе GaAs полуизолирующих наноструктур для современных ядерно-физических экспериментов" (шифр "НК-593П") от 26 мая 2010 года по направлению "Ядерная физика. Физика элементарных частиц и полей. Космология. Физика ускорителей и детекторов" в рамках мероприятия 1.2.2 "Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук", мероприятия 1.2 "Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук и кандидатов наук", направления 1 "Стимулирование закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий" федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы. Цель работы на отчётном этапе: 1. Отработка технологии и создание лабораторного образца арсенид галлиевого детектора большой площади. 2. Исследование электрических характеристик лабораторных образцов арсенид галлиевого детектора большой площади. 3. Экспериментальное исследование эффективности сбора заряда лабораторных образцов арсенид галлиевого детектора большой площади. Используемое оборудование: 1. Автоматизированный программируемый дозатор фоторезиста (ФР). 2. Программируемая центрифуга. 3. Термошкафы для сушки и задубливания ФР. 4. Установка лазерного экспонирования Heidelberg Instruments mPG 101. 5. Установка плазменной обработки Plasmalab 80. 6. Установка ультразвуковой и термозвуковой микросварки ЭМ-4320-1(2008г.) 7. Источник-измеритель Keithley 2410 (2008 г.). 8. Осциллограф цифровой запоминающий Tektronix TDS3052В. 9. Спектрометрический комплекс производства ЗАО «АСПЕКТ», г. Дубна (2007г.) 10. Источник – измеритель Keithley – 2410 (2008 г.). 11. Осциллограф цифровой LeCroy WS 104Xs-A. Основные научные результаты, полученные на этапе: 1. Технология создания детекторов с большой площадью на основе арсенида галлия, компенсированного хромом. Лабораторные образцы детекторных структур диаметром 76мм и лабораторный образец арсенид галлиевого детектора с рабочей площадью не менее 20 кв.см. 2. Вольтамперные и вольтфарадные характеристики лабораторных образцов детекторов большой площади. 3. Закономерности полевой зависимости эффективности сбора заряда лабораторных образцов детекторов большой площади.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201259411 Дата регистрации ИК: 2012-06-26
Промежуточный реферат №5
В отчете представлены результаты исследований, выполненных по 5 этапу Государственного контракта № П886 "Радиационно-стойкие координатные детекторы на основе GaAs полуизолирующих наноструктур для современных ядерно-физических экспериментов" Цель работы: 1. Разработка методик испытания радиационной стойкости тестовых образцов детекторов к пучкам высокоэнергетичных протонов и электронов. 2. Лабораторные испытания радиационной стойкости тестовых образцов детекторов к пучкам высокоэнергетичных протонов и электронов, в том числе в научных центрах ряда европейских стран. Использовались аналитические и экспериментальные методы выполнения работ: анализ научно-информационных источников и оригинальных теоретических и экспериментальных исследований; исследование лабораторных образцов детекторов на воздействие высокоэнергетических частиц. Основные результаты работы. -Изучены электрофизические свойства полуизолирующих GaAs структур, облученных интегральными потоками электронов и протонов и выявлено явление стабилизации уровня Ферми в "предельном" положении Ev+0.6 эВ. Показано, что предельное положение уровня Ферми является характеристической величиной полупроводника. -Обнаружена высокая радиационная стойкость структур на основе n-GaAs, легированного Cr, по сравнению со структурами на основе полуизолирующего GaAs с ''глубокими" ростовыми EL2-ловушками. -Выявлена возможность и определены условия оптимизации характеристик полупроводниковых детекторов за счет более точной степени компенсации высокоомной области структуры "глубокими" радиационными ловушками. -Проведены испытания на высокоэнергетическом пучке протонов микрополосковых детекторов на основе диффузионных GaAs структур, и показана перспективность их использования для регистрации высокоэнергетических частиц в физике высоких энергий с эффективностью регистрации частиц до 80 % и разрешением не хуже 14.3 мкм.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201261996 Дата регистрации ИК: 2012-10-16
Заключительный реферат
В отчете представлены результаты исследований, выполненных по 6 этапу Государственного контракта № П886 "Радиационно-стойкие координатные детекторы на основе GaAs полуизолирующих наноструктур для современных ядерно-физических экспериментов" Цель работы: обобщение и оценка результатов исследований, сопоставление полученных результатов с имеющимися лучшими зарубежными аналогами, описываемыми в литературе. Выработка рекомендаций по возможности использования результатов проведенной поисковой научно-исследовательской работы в реальном секторе экономики. При выполнении 6-го этапа НИР получены следующие основные научные результаты: выполнено моделирование токов, наведенных во внешних цепях элементов координатного детектора на основе GaAs:Cr структур, при поглощении заряженной частицы или гамма-кванта. Определены границы применимости классической теоремы Рамо для описания транспорта и сбора неравновесных носителей заряда элементом координатного детектора; -разработаны конструкция и лабораторная технология создания чипов многоэлементных (микрополосковых и пиксельных) координатных детекторов большой площади Изготовлены лабораторные образцы детекторных структур диаметром 76мм и лабораторные образцы арсенид галлиевых координатных (микрополосковых и пиксельных) детекторов с рабочей площадью не менее 20 см2. Установлены закономерности полевой зависимости эффективности сбора заряда лабораторных образцов координатных детекторов большой площади с различным типом контактов.Результаты работы использованы в совместных с ИФВЭ (Протвино, Моск.обл.) разработках коммерческих многоэлементных координатных детекторов (МКД) для проектов ATLAS и CMS at LHC (ЦЕРН, Швейцария); -в совместных с ОИЯИ (Дубна, Моск.обл.). Результаты НИР внедрены в образовательный процесс.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201360468 Дата регистрации ИК: 2013-08-01
Заказчик
Федеральное агентство по образованию, ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы», Мероприятие 1.2.2. Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук, НК -593П «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Ядерная физика. Физика элементарных частиц и полей. Космология. Физика ускорителей и детекторов» в рамках мероприятия 1.2.2 Программы», заявка № НК -593П, ГК № П886 от 26.05.2010 г.
ГРНТИ УДК Инвентарный номер Госшифр Госконтракт Договор
29.15 ( ФИЗИКА. Ядерная физика. )
29.19.25 ( ФИЗИКА. Физика твердых тел. Взаимодействие проникающего излучения с твердыми телами. )
29.19.31 ( ФИЗИКА. Физика твердых тел. Полупроводники. )
539.12/.17; 538.97-405; 537.311.322; 533466 НК -593П П886
Ключевые слова
арсенид галлия, глубокие уровни, наноструктуры, микрополосковые детекторы, заряженные частицы высоких энергий, радиационная стойкость
Предполагаемый результат работы
Отчет
Организации соисполнители
Государственный учет результатов НИОКР в БД РНТД Минобрнауки РФ
Получить полный доступ
Основание к регистрации темы (электронный вариант)
Только для служебного пользования
   
2007 © ОНТИ НУ ТГУ
E-mail: onti@sun.lib.tsu.ru
Тел: 52-76-99