Bulk silicon detectors of ionizing radiation : the role of the depletion layer

• Autorzy: Marczewski J.

Warianty tytułu

PL

Objętościowe detektory krzemowe promieniowania jonizującego : rola warstwy zubożonej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper concerns fully depleted silicon detectors of ionizing radiation. Such detectors play an important role in high-energy physics and recently in medical or even space applications. They are very sensitive to low energy photons and charged particles. The detectors are fast and offer good energy resolution and, if designed as positive-sensitive devices, they may reach space resolution of a few micrometers. Moreover, silicon is a suitable material to integrate detectors with silicon read-out circuitry. The detectors profit from the fact that the reverse current of a silicon p-n junction is proportional to incident radiation. The paper deals mostly with modern detectors like active pixel sensors with interleaved pixels, monolithic SOI pixel detectors and untypical strip sensors. Some information concerning other designs are provided as well as remarks on electrical characterization techniques and the destructive role of radiation on sensors.

PL

Praca dotyczy całkowicie zubożonych krzemowych detektorów promieniowania jonizującego. Detektory takie odgrywają istotną rolę w fizyce wysokich energii oraz ostatnio w wielu zastosowaniach medycznych a nawet kosmicznych. Są one bardzo czułe na oddziaływanie z niskoenergetycznymi fotonami oraz cząstkami jonizującymi. Charakteryzują się wysoką rozdzielczością energetyczną i dużą szybkością. Jako detektory pozycyjne krzemowe detektory w pełni zubożone osiągają dokładność sięgającą kilku mikrometrów zaś użycie jako materiału krzemu ułatwia ich integrację z zazwyczaj krzemową elektroniką odczytową. W pracy bardziej obszernie potraktowano nowe konstrukcje detektorów pozycyjnych a zwłaszcza detektory pikselowe o pikselach pomijanych przy odczycie, monolityczne detektory realizowane w technologii SOI oraz nietypowe detektory paskowe. Artykuł zawiera krótką analizę zjawisk zachodzących w warstwie zubożonej a także kompendium wiedzy o różnorodnych konstrukcjach detektorów.

Słowa kluczowe

EN

detectors; ionizing radiation; position detectors; depletion layer

PL

detektory; promieniowanie jonizujące; detektory pozycyjne; warstwa zubożona

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 49, nr 3
• Strony: 115--123
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Marczewski J.

• Instytut Technologii Elektronowej, Warszawa

Bibliografia

• [1] Sadrozinski H. F. W.: Applications of Silicon Detectors. IEEE Trans. Nuclear Science, NS-48, no 4, pp. 933-940 (2001)
• [2] Knoll Glenn F.: Radiation Detection and Measurement. Third edition, John Wiley & Sons (2004)
• [3] Drude R.: Electron Theory. Annalen der Physik, 1, pp. 566-613 and 3, pp. 369-402 (1900) (in german)
• [4] Sze S. M.: Semiconductor Devices and Technology. New York, Wiley, 1985
• [5] Ashcroft N. W., Mermin N. D.: Solid State Physics. Sounders College Philadelphia, CBS Publishing Asia LTD (1976)
• [6] Hali R. N.: Electron-hole Recombination in Germanium. Physical Review, 87, p.387(1952)
• [7] Shockley W., Read W. T.: Statistics of the Recombination of Holes and Electrons. Physical Review, 88, p.835 (1952)
• [8] Schroeder D. K.: Semiconductor Material and Device Characterization. New York, Wiley, 1990
• [9] Shockley W.: The Theory of p-n Junctions in Semiconductors and p-n Junction Transistors. Bell. Sys. Tech. J., 28, pp. 435-489 (1949)
• [10] Adams C., Bertram W. J., Fichtner W., Fraser D. B., Katz L. E., Marcus R. B., McGillis D. A., Mogab C. J., Parrilo L. C, Pearce C. W., Seidel T. E., Steidel C. A., Tsai J. C. C.: VLSI Technology. McGraw-Hill Int. Book Company, edited by S.M. Sze (1996)
• [11] Deptuch G., Dulinski W., Gornushin Y., Hu-Guo C., Valin I.: Monolthic Active Pixel Sensors with on Pixel Amplification and Double Sampling Operation. Nuci. Instr. and Meth., A512, pp. 299-309 (2003)
• [12] Marczewski J., Jaroszewicz B., Kucewicz W., Grabski J.: Silicon Microstrip Detectors of lonizing Radiation. Electron Technology, 32, p. 191 (1999)
• [13] Caccia M., Borghi S., Campagnolo R., Battaglia M., Kucewicz W., Pałka H., Zalewska A., Domański K., Marczewski J., Tomaszewski D.: Characterization of Hybrid Pixel Detectors with Capacitive Charge Division. Proc. of Linear Collider Work-shop 2000, Fermi National Accelerator Laboratory, October 24-28, 2000 - published in AIP Conference Proceedings, 578, pp. 773-777 Melville, New York 2001
• [14] Kucewicz W., Deptuch G., Zalewska A., Battaglia M., Osterberg K., Orava R., Caccia M., Meroni C., Vegni G., Grabieć P., Jaroszewicz B., Marczewski J.: Capacitively Coupled Active Pixel Sensors with Analog Readout for Future ee- Colliders. Acta Physica Polonica B, 30, pp. 2075-2083 (1999)
• [15] Battaglia M., Orava R., Osterberg K., Deptuch G., Kucewicz W., Zalewska A., Caccia M., Campagnolo R., Meroni C., Grabiec P., Jaroszewicz B., Marczewski J.: A High Resolution Pixel Sensor Option for the TESLA Linear Collider Vertex Detector. Vertex 99 Conference, The Netherlands, June 1999, Nucl. Instr. and Meth., A447, pp. 202-209 (2000)
• [16] Produced by IDEAS ASA, Veritasveien 9, Box 315, Hvik, Norway
• [17] Marczewski J., Tomaszewski D., Domański K., Grabiec P., Caccia M., Borghi S., Campagnolo R., Kucewicz W.: Charge Shar-ing Modeling in Pixel Detectors with Capacitive Charge Division. IEEE Trans. Electron Devices, ED-50, pp. 26-31 (2003)
• [18] Marczewski J., Domański K., Grabiec P., Grodner M., Jaroszewicz B., Kociubinski A., Kucharski K., Tomaszewski D., Kucewicz W., Kuta S., Machowski W., Niemiec H., Sapor M., Caccia M.: SOI Active Pixel Detectors of lonizing Radiation - Technology and Design Development. 2003 IEEE NSS Symposium, 19-25 October 2003, Portland, USA, published in IEEE Trans. Nuclear Science, NS-51, pp. 1025-1028 (2004)
• [19] Klatka T., Koziel M., Kucewicz W., Niemiec H., Sapor M.: Development of Readout Circuit for Monolithic Active Pixel Sensors in SOI Technology. Proceedings of the 16th European Conference on Circuit Theory and Design - ECCTD '03, pp. II-9 - 11-12, Cracow (2003)
• [20] Kucewicz W., Bulgheroni A., Caccia M., Grabiec P., Marczewski J., Niemiec H.: Development of Monolithic Active Pixel Detector in SOI Technology. 5th International Symposium on Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors, 14-17 June 2004, Hiroshima, Japan - the conference records available at http://jsdhp1.kek.jp/cgibin/std5/agenda/showfile.cgi
• [21] Kemmer J., Lutz G.: New Semiconductor Detector Concepts. Nuci. Instr. and Meth., A253, p. 356 (1987)
• [22] Wermes N., Andricek L, Fischer P., Haerter M., Heinzinger K., Herrmann S., Karagounis M., Kohrs R., Krueger H., Lutz G., Lechner P., Peric I., Porro M., Richter R. H., Schaller G., Schnecke-Radau M., Schopper F., Soltau H., Strueder L., Trimpl M., Ulrici J., Treis J.: New Results on DEPFET Pixel Detectors for Radiation Imaging and High Energy Particle Detection. 2003 IEEE NSS Symposium, Portland, USA, 19-25 October 2003, published in IEEE Trans. Nuclear Science, NS-51, pp. 1121-1128(2004)
• [23] Lutz G.: Semiconductor Radiation Detectors. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York (1999)
• [24] Struder L., Medinger N., Stotter D., Kemmer J., Lechner P., Leutenegger P., Soltau H., Eggert F., Rohde M., Schulein T.: High Resolution X-ray Spectroscopy Close to Room Temperature. Microscopy and Microanalysis, 4, pp. 622-631 (1999)
• [25] Zerbst M.: Relaxation Effects in Semiconductor - Insulator Interfaces. Z. Angew. Phys., 22, p. 30 (1966) (in german)
• [26] Nuegroschel A., Lindholm F. A., Sah C. T.: A Method for Determininig the Emitter and Base Lifetimes in p-n Junction Diodes. IEEE Trans. Electron Devices, ED-24, p. 662 (1977)