П. Ж. Бужан, Б. А. Долгошеин, А. Л. Ильин



Дата15.07.2016
өлшемі45.5 Kb.


П.Ж. БУЖАН, Б.А. ДОЛГОШЕИН, А.Л. ИЛЬИН,

Е.В. ПОПОВА, Ф.Н. ПРОШИН



Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ГЕЙГЕРОВСКОГО

РАЗРЯДА В ОБРАТНО СМЕЩЁННОМ P-N ПЕРЕХОДЕ

И РАСЧЁТ ГЕЙГЕРОВСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

КРЕМНИЕВЫХ ФОТОУМНОЖИТЕЛЕЙ
В различных экспериментах возникает необходимость регистрации оптических фотонов. Кремниевые фотоумножители (SiФЭУ) имеют ряд преимуществ по отношению к другим типам детекторов оптических фотонов (меньшие геометрические размеры, высокий коэффициент внутреннего усиления, низкое напряжение питания, возможность работы в магнитном поле и т. д.).
Кремниевые фотоумножители состоят из массива одинаковых ячеек, работающих в режиме самогасящегося гейгеровского разряда при напряжении, выше пробойного на общую нагрузку. При этом каждая ячейка выдаёт дискретный сигнал, а их суммарный сигнал – аналоговый, соответствующий по амплитуде числу сработавших ячеек.

Эффективность регистрации оптических фотонов с помощью SiФЭУ есть вероятность того, что попавший на детектор фотон будет зарегистрирован. Эффективность (Eff) зависит от трёх составляющих – геометрической (G), квантовой (QE) и гейгеровской (P(ΔU)).


Eff = G  QE  P(ΔU). (1)
Геометрическая эффективность – это отношение активной площади ячеек детектора к его полной площади, квантовая – вероятность того, что оптический фотон образует электрон – дырочную пару в объёме детектора, а гейгеровская – вероятность образования гейгеровского разряда электрон – дырочной парой. Гейгеровская эффективность зависит от перенапряжения (напряжения выше пробойного), и необходимо выбирать структуры с наиболее быстрым ростом гейгеровской эффективности от перенапряжения. Это связано с тем, что другие параметры SiФЭУ (например шумы) резко растут при увеличении перенапряжения.

Расчёт значений гейгеровской эффективности от перенапряжения производился двумя методами:

1. Моделирование Монте – Карло развития гейгеровского разряда в одномерном p-n переходе;

2. Решением системы соответствующих дифференциальных уравнений.

Было произведено сравнение результатов, полученных обоими методами для нескольких структур. Различия между результатами, полученными двумя способами не превысили 2%, и и дальнейшее моделирование проводилось методом решения системы дифференциальных уравнений, так как он позволяет сократить необходимое процессорное время для моделирования более чем в 100 раз.

Было произведено моделирование для 12 новых структур, сравнение их эффективности с уже существующей структурой и выбрана наиболее эффективная из них для производства.


Список литературы


  1. Грехов И.В., Серёжкин Ю.Н. Лавинный пробой p-n перехода в полупроводниках. Ленинград: Энергия, Ленинградское отделение, 1980 г.

  2. Твердотельный электронный умножитель многоцелевого назначения на основе гейгеровских микроячеек / П.Ж. Бужан, Е.А. Георгиевская, Б.А. Долгошеин // Прикладная физика. 2003. Т.2. С.123-127.





Достарыңызбен бөлісу:




©dereksiz.org 2020
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет