Detektory naładowanych cząstek opracowane w ITE dla nowego systemu detekcyjnego ALBEGA, opracowywanego w GSI Darmstadt do badań nad transaktynowcami

摘要

The paper presents the design, technology and parameters of two new types of silicon detectors for the new detection system ALBEGA (ALfa - BEta - GAmma). The ALBEGA system will be used for research on transactinide elements at the GSI Helmholtzzentrum fur Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt (GSI) The alpha detector is a 64-element silicon monolithic flow array. The array consisting of two v-type silicon wafers with a channel etched into them, through which the studied substances flow (in carrier gas), is used in the detector. An n+ region (common cathode) is formed by the phosphorous diffusion over the entire surface of the wafers from the side of the channel. 32 p+ regions (anode regions) are formed by selective boron diffusion on the side opposite to the channel. After the wafers are bonded, an gas-tight channel (gas pipe) is formed. Carrier gas (noble gas or a mixture of noble gas and reactive gas) containing atoms of radioactive elements under study is introduced into one end of this pipe. The gas flows through the channel and exits at the other end of the pipe. The transported active atoms/molecules are adsorbed inside the pipe and undergo the radioactive decay. The ionising radiation emitted by the atoms transported by the carrier gas penetrates into silicon. The charge carriers generated in silicon by absorbed radiation (mainly alpha particles) are separated by the nearest p*-v junction, creating an electric signal. Beta and gamma radiation passes through silicon and can be detected by the detectors appropriately placed outside the flow alpha detector.The beta detector consists of a monolithic 32-element array with an active area diameter of 90 mm and a thickness of 0.9 mm. The starting material is a high-resistivity n silicon wafer. 32 planar p+-v junctions are formed by boron diffusion on the top side of the wafer. On the bottom side, an n+ region, which forms a common cathode, is formed on the entire surface by phosphorus diffusion.%Omówiono konstrukcję, technologię i parametry dwóch nowych typów detektorów do systemu detekcyjnego ALBEGA (ALfa - BEta - GAm-ma) budowanego w GSI Helmholtzzentrum fiir Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt (GSI), przeznaczonego do badań nad transaktynowcami. Detektor alfa stanowi 64-elementowa przepływowa matryca monolityczna zbudowana z dwóch płytek krzemowych o typie przewodnictwa v, w których wytrawiony jest kanał, przez który przepływają (w gazie nośnym) badane substancje. Od strony kanału na całej powierzchni płytek wytworzony jest techniką dyfuzji fosforu obszar n+ (wspólna katoda). Na stronie przeciwległej do kanału wytworzone są techniką selektywnej dyfuzji boru 32 złącza p+-v. Po połączeniu płytek powstaje szczelny kanał (przewód gazowy). Do jednego z końców tego przewodu doprowadzany jest gaz nośny (hel) zawierający atomy badanych pierwiastków promieniotwórczych. Gaz ten przepływa przez kanał. Promieniowanie jonizujące, emitowane przez atomy transportowane w gazie nośnym wnika do krzemu. Nośniki ładunku generowane w krzemie przez absorbowane promieniowanie (głównie cząstki alfa) są rozdzielane przez najbliższe złącze p+-v, powodując powstanie sygnału elektrycznego. Promieniowanie beta i gamma przechodzi przez krzem i może być detekowane przez detektory odpowiednio umieszczone na zewnątrz przepływowego detektora cząstek alfa. Detektor beta stanowi monolityczna, 32-elementowa matryca o średnicy obszaru czynnego 90 mm, o grubości 0,9 mm. Materiałem wyjściowym jest wysokorezystywna płytka krzemowa typu v. Na górnej stronie tej płytki wykonane są poprzez dyfuzję boru 32 planarne złącza p*-v. Na dolnej stronie wykonany jest na całej powierzchni, poprzez dyfuzje fosforu, obszar n+, stanowiący wspólną katodę.