Оценка чувствительности однокристального ХОГ алмазного детектора с помощью техники синхротронного микропучка

Аннотации

Аннотация

Вданном исследовании мэппинг рентгеновской чувствительности проводился с использованием синхротронного микропучка в Национальном источнике синхротронного излучения (НИСИ, США) на образце монокристаллического ХОГ-алмаза низкой чистоты, маркированном VS-Pt. Этот образец, выращенный методом химического осаждения из газовой фазы, был выбран из-за его уникальных характеристик, включая тонкие линии азота и области подложки, которые можно идентифицировать и наблюдать с помощью мэппинга синхротронным микропучком.

Целью исследования было изучение влияния изменения импульсного напряжения смещения, размера пучка, смещения шага пучка и отжига устройства на однородность отклика тока на картах. Кроме того, было изучено влияние напряжения смещения постоянного тока, полярности смещения и ширины импульса смещения для определения оптимальных условий для синхротронных измерений. Также были исследованы теоретические соотношения между усредненным нормализованным откликом и приложенным напряжением смещения при синхротронном облучении.

Результаты показали, что по сравнению с отожженным образцом средний нормализованный отклик детектора достиг насыщения при более короткой длительности импульса напряжения смещения. Полярность смещения не оказала существенного влияния на чувствительность устройства, в отличие от отожженного образца, который продемонстрировал заметные изменения в образцах. Насыщение чувствительности в неотожженном образце наступало при напряжении 200 Ви менее. После отжига нормализованный отклик при −20 В линейно увеличивался с шириной импульса, в то время как отклик при +20 В демонстрировал небольшую тенденцию к насыщению, что указывает на то, что полярность смещения влияет на чувствительность. После отжига чувствительность увеличилась, возможно, из-за усиления фотопроводимости в результате сенсибилизирующего эффекта. Более того, на чувствительность влиял знак смещения постоянного тока, который отличался от отклика до отжига, где наблюдались минимальные различия между визуализациями при положительном и отрицательном смещениях. В точках вблизи линии азота наблюдалось более медленное нарастание и затухание тока, вероятно, из-за неглубоких уровней ловушек, в то время как в области подложки наблюдался более низкий фототок. Полярность смещения повлияла на амплитуду тока, возможно, из-за эффектов поляризации.

При сравнении теоретических и экспериментальных результатов для образца VS-Pt теоретические значения неизменно оказывались ниже экспериментальных данных. Сенсибилизирующий эффект может способствовать более сильной, чем ожидалось, реакции. Наконец, по мере уменьшения размера пучка и/или размера шага чувствительность устройства возрастала. Это явление, вероятно, связано с эффектом предоблучения (предварительным облучением), при котором образец накапливает большую дозу предварительного облучения по мере уменьшения размера пучка или шага.

Эти идеи могут послужить руководством для разработки детекторов с улучшенным пространственным разрешением, быстрым временем отклика и зависимостью от мощности дозы, которые имеют решающее значение для применения в дозиметрии для рентгеновской радиотерапии и радиобиологии, а также при мониторировании пучка для ускорителей и для измерений синхротронного излучения.