Paso 2: Cartilla técnica
(Figura la leyenda: radiación ionizante forma pares electrón-hueco en la región intrínseca dando por resultado un pulso de carga.)
- SolidState detectores
En muchas aplicaciones de detección de radiación, el uso de un medio sólido de detección es de gran ventaja (también llamados detectores de diodo semiconductor o detectores de estado sólidos). Diodos de silicio son los detectores de elección para un gran número de aplicaciones, especialmente cuando se trata de partículas cargadas pesadas. Si no se requiere la medición de la energía, las características de la excelente sincronización de los detectores de diodo de silicio permiten una cuenta exacta y el seguimiento de partículas cargadas. Para la medición de electrones de alta energía o rayos gama, dimensiones del detector pueden conservarse mucho más pequeños que las alternativas. El uso de materiales del semiconductor como detectores de radiación también resulta en un mayor número de portadores para un evento determinado de radiación incidente y por consiguiente un límite estadístico inferior en resolución de energía que es posible con otros tipos de detector. Por lo tanto, la mejor resolución de energía alcanzable hoy en día se realiza mediante el uso de estos detectores. Aquí, los portadores de información fundamental son pares electrón-hueco creados a lo largo de la ruta seguida por las partículas cargadas a través del detector (ver figura anterior). Recogiendo estos pares electrón-hueco, medido como gastos en los electrodos del sensor, la señal de detección se forma y procede a las etapas de amplificación y la discriminación. Características deseables adicionales de detectores de estado sólidos son un tamaño compacto, características de tiempo relativamente rápido y un espesor efectivo (*). Como con cualquier detector hay inconvenientes, incluyendo la limitación de tamaños pequeños y relativamente alta susceptibilidad de estos dispositivos a degradación del rendimiento del daño inducido por radiación.
(*: Sensores finos minimizan varios trozos, mientras que sensores más generan más cargos cuando una partícula atraviesa el sustrato.)
- Diodos P−i−N
Cada tipo de detector de radiación produce una característica de salida tras la interacción con la radiación. Interacciones de partículas con la materia se distinguen por tres efectos: el efecto fotoeléctrico (* 1), Compton dispersión (* 2) y par-producción (* 3). El principio básico de un detector de silicio planar es el uso de una ensambladura del PN en el que las partículas interactúan a través de estos tres fenómenos. El sensor de silicio planar más simple consiste en un sustrato P dopado y un implante de N en un lado. Se crean pares electrón-hueco a lo largo de una trayectoria de la partícula. En la zona de la PN junction allí es una región libre de portadores de carga, llamados la zona de agotamiento. Los pares electrón-hueco creados en esta región están separados por un campo eléctrico circundante. Por lo tanto, los portadores de la carga pueden medirse en el P o N-lado el material de silicio. Aplicando una tensión inversa-sesgo para el diodo de Unión PN, la zona de agotamiento crece y puede cubrir el sustrato de sensor completo. Puedes leer más sobre esto aqui: cruce de Wikipedia artículo PN.
Un diodo PiN tiene una región intrínseca , entre las ensambladuras P y N, con portadores de la carga de la P y regiones N. Esta región ancho intrínseca también significa que el diodo tiene una capacitancia baja cuando revés sesgada. En un diodo PiN, la región de agotamiento existe casi totalmente dentro de la región intrínseca. Esta región de agotamiento es mucho mayor que con un diodo PN regular. Esto aumenta el volumen donde pares electrón-hueco pueden ser generadas por un fotón incidente. Si se aplica un campo eléctrico al material semiconductor, los electrones y los agujeros se someten a una migración. El diodo PiN está inverso sesgada para que toda la capa i se agota de portadores libres. Este sesgo inversa crea un campo eléctrico a través de la capa i para que los electrones son arrastrados a la capa P y los agujeros a la capa N (* 4). Este flujo de portadores en respuesta a un pulso de radiación, constituye el pulso actual medido. Para maximizar esta corriente, la región i debe ser tan grande como sea posible. Las propiedades de la Unión están tal que lleva a cabo muy poca corriente cuando sesgada en la dirección contraria. El lado P de la Unión se convierte en negativo con respecto al lado N, y es mayor la diferencia de potencial natural de un lado de la ensambladura a la otra. En estas circunstancias, es los portadores de la minoría que son atraídos a través de la Unión y, debido a que su concentración es relativamente baja, la corriente inversa en el diodo es muy pequeña. Cuando una tendencia inversa se aplica a la Unión, prácticamente toda la tensión aparece en toda la región de agotamiento, porque su resistencia es mucho mayor que el del material tipo P o N normal. De hecho, la tendencia inversa acentúa la diferencia de potencial a través de la Unión. También se aumenta el espesor de la región de agotamiento, ampliando el volumen sobre el cual se recogen portadores de la carga producida por la radiación. Una vez que el campo eléctrico es suficientemente alto, la colección de carga llega a ser completa y la altura de pulso no cambia con nuevos aumentan de la tensión diagonal del detector.
(* 1: electrones en el estado consolidado de un átomo se golpean hacia fuera por los fotones cuando la energía de las partículas incidentes es superior a la energía de enlace.; * 2: interacción que implica la dispersión de una partícula libre o electrón flojamente enlazado y la transferencia de parte de la energía al electrón; * 3: producción de una partícula elemental y su anti-partículas; * 4. : Electrones se dibujan en la dirección opuesta al vector de campo eléctrico, mientras que los agujeros se mueven en la misma dirección que el campo eléctrico.)
