Детекторы ядерных излучений на базе SiC занимали видное место уже впервых попытках 60-х годов по замене газа вионизационных камерах более конденсированной полупроводниковой средой. Однако динамика совершенствования SiC тех лет заметно уступала прогрессу \glqq конкурентных\grqq материалов. Вработе продолжено исследование триодных структур детекторов на базе \glqq чистых\grqq пленок SiC. Установлено, что для слабоионизирующего излучения (как и вслучае сильноионизирующих alpha-частиц) происходит усиление сигнала не менее чем вдесятки раз. Последнее позволяет использовать пленки SiC протяженностью порядка десяти мкм для регистрации проникающей радиации, например, рентгеновского излучения, поскольку эффективная толщина пленок оказывается вдиапазоне сотен микрометров.

Исследовалось влияние сильного электрического поля, (5-7)· 107 B/см, на эмиссию электронов из полупроводника ввакуум вполевых фотодетекторах и вструктурах металл--диэлектрик--полупроводник стуннельно-прозрачным слоем диэлектрика воже-транзисторе Al--SiO2--n-Si. Впервые показано, что существование глубоких самосогласованных квантовых колодцев на поверхности полупроводника всильном электрическом поле позволяет управлять энергией быстрых электронов, участвующих вударной ионизации вблизи базы оже-транзистора и изменяет фоточувствительность узкозонных полевых фотокатодов винфракрасной области спектра за счет образования транзисторной структуры на границе полупроводник--вакуум. Показано также, что и вполевых фотодетекторах, и втуннельных транзисторных структурах Al--SiO2--n-Si нужно учитывать только туннельный ток электронов и не учитывать ток дырок, поскольку ввакууме существует только ток электронов, а вструктуре Al--SiO2--n-Si туннелирование дырок из полупроводника вметалл маловероятно из-за большой эффективной массы дырок ввалентной зонеSiO2.

Исследовано поведение кремниевых детекторов частиц, облученных электронами с энергией 2.5 МэВ, при отжиге. Обнаружено, что отжиг при 100-250oC приводит к образованию двух ловушек с уровнями Ec-0.32 эВ и Ev+0.29 эВ. При повышении температуры отжига до 300oC обе ловушки исчезают. Наосновании полученных данных сделан вывод о том, что обнаруженные ловушки связаны с водородосодержащими комплексами. Результатом наличия водорода в кристалле явилось понижение температуры отжига комплексов вакансия--кислород (VO) и <межузельный углерод>--<межузельный кислород>(CiOi). Причина этого эффекта связана с пассивацией этих комплексов водородом, с образованием электрически активного центра VOH (уровень Ec-0.32 эВ) на одной из промежуточных стадий этого процесса. Предполагается, что водород попал в исследованные структуры во время одной из технологических операций их изготовления.

Анализируются полученные к настоящему времени результаты по исследованию радиационной стойкости SiC и разработке детекторов ядерных излучений на его основе. Приведены данные по энергиям ионизации, сечениям захвата и возможной структуре центров, образующихся в SiC под воздействием облучения различными типами частиц. Рассмотрено влияние облучения на концентрацию носителей заряда и рекомбинационные процессы в карбиде кремния. Описание результатов разработки и исследования параметров детекторов проведено в двух аспектах. Во-первых, отражены специфические возможности SiC-детекторов в задачах ядерной физики и техники; приведены типичные примеры использования детекторов. Во-вторых, пояснена связь характеристик детекторов со свойствами исходного материала; описан ряд методов определения конкретных параметров SiC исходя из характеристик детекторов. Сделано заключение, что прогресс последних лет в получении совершенных пленок SiC (разностная концентрация примесей (3·1014-3·1015) см-3, плотность полых каналов--- micropipe-дефектов до1 см-2) позволил SiC войти в категорию материалов, пригодных для создания современных детекторов. Технологические возможности SiC отнюдь не исчерпаны и, несомненно, уже в ближайшее время будут реализованы различные (втом числе, многоэлементные) конфигурации детекторов.

На примере регистрации и спектрометрии alpha-частиц исследованы характеристики детекторов на основе объемного полуизолирующего GaAs (SI-GaAs). Их отличительной особенностью является зависимость ширины области электрического поля (W) от величины обратного напряжения (U). Темп роста W(U) составляет~ 1 мкм/В, что в принципе позволяет развивать рабочую зону порядкамиллиметров. Препятствием приложенияU порядка киловольт являются возникающие шумы обратного тока. Вработе сопоставлены характеристики диодных структур, в которых выпрямляющий барьер к SI-GaAs создавался напылением металлов (диоды Шоттки) и выращиванием гетеропереходов с сильно легированными эпитаксиальными слоями (использовались соединения AlGaAs и GaAsSb). Вэпитаксиальных гетероструктурах, для которых оказалось возможным прикладывать напряжения более1 кВ, установлены особенности переноса неравновесных носителей как в слабых (менее кВ/см), так и сильных (10-30 кВ/см) электрических полях. Вобоих случаях для времени жизни носителей получены значения порядка наносекунд, определяемые высокой концентрацией центров захвата (структурных дефектов типаEL2), что ограничивает перенос носителей. Из анализа формы спектральной линии выявлена высокая однородность значений времени жизни по объему детектора. Вполях ~ 30 кВ/см обнаружено усиление внесенного частицей заряда. Эффект качественно объясняется фокусировкой силовых линий электрического поля на вершине трека alpha-частицы, возрастанием локальной напряженности поля до ~ 105 В/см иударной ионизацией неравновесных электронов.

Исследовались детекторы ядерного излучения на базе SiC со структурой: легированная подложка n+-типа / эпитаксиальный слой p-типа / барьер Шоттки. Структуры со слоем политипа 6H-SiC толщиной~10 мкм проявляли транзисторные свойства, а со слоем 4H-SiC толщиной~30 мкм--- диодные. Установлено, что у структур транзисторного типа наблюдается более чем десятикратное усиление сигнала. Усиление сохраняется при облучении протонами с энергией 8 МэВ как минимум до дозы 5·1013 см-2 при значении разрешающей способности=<10%. Вструктурах \glqq диодного\grqq типа усиления сигнала не наблюдалось. Но даже при максимальной дозе 2·1014 см-2 имелась группа образцов с разрешением~3%, приемлемым для ряда задач.

Рассмотрена схема возбуждения фотопроводимости, когда внешнее электрическое поле действует параллельно направлению распространения излучения. Проанализированы пространственное распределение неравновесных электронов и условия разделения электронно-дырочных пар (собирания носителей) в зависимости от величины приложенного к кристаллу напряжения. Предложена методика определения времени жизни электронов из измерений фотопроводимости.

Исследовано влияние облучения alpha-частицами на величину токового и оптического отклика варизонных детекторов alpha-частиц и рентгеновского излучения в системе AlxGa1-xAs/GaAs. Установлено, что снижение величины как токового, так и оптического отклика обусловлено ростом скорости безызлучательной рекомбинации при увеличении дозы облучения alpha-частицами.

Гетероструктура--- варизонный слой p-AlxGa1-xAs на n-GaAs-подложке--- исследована в качестве детектора рентгеновского излучения и alpha-частиц с фотоэлектрическим откликом. Получено, что ампер-ваттная чувствительность детектора достигает0.13 А/Вт. Вольт-ваттная чувствительность превышает106 В/Вт. Исследовано влияние облучения alpha-частицами с энергией5.48 эВ(241Am) на чувствительность детектора. Установлено, что при дозе облучения до5·109 частиц/см2 чувствительность детектора падает в1.5-2раза. Дальнейшее увеличение дозы облучения до4·1010 частиц/см2 не меняет чувствительности детектора.

На эпитаксиальных слоях 4H-SiC толщиной 50 мкм, выращенных методом газотранспортной эпитаксии, термовакуумным напылением Cr были изготовлены барьеры Шоттки площадью 10-2 см2. Концентрация нескомпенсированных доноров в пленках составляла (4-6)· 1014 см-3, что позволяло при обратном смещении 400 В развить рабочую зону детектора до ~ 30 мкм. Спектрометрические характеристики детекторов определялись с использованием alpha-частиц в диапазоне энергий 4.8-7.7 МэВ. Для линий 5.0-5.5 МэВ достигнуто значение разрешения по энергии менее 20 кэВ (0.34%), что лишь в 2раза уступает прецизионным кремниевым детекторам, изготовленным по спецализированной технологии. Величина максимальной амплитуды сигнала соответствует значению средней энергии образования пары электрон--дырка вSiC, равной7.70 эВ.