NL8900343A - Plaatsgevoelige stralingsdetector. - Google Patents
Plaatsgevoelige stralingsdetector. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8900343A NL8900343A NL8900343A NL8900343A NL8900343A NL 8900343 A NL8900343 A NL 8900343A NL 8900343 A NL8900343 A NL 8900343A NL 8900343 A NL8900343 A NL 8900343A NL 8900343 A NL8900343 A NL 8900343A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- electrode
- conductivity type
- strip
- electrode structure
- electrodes
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 54
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 51
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000779 depleting effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/115—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2921—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras
- G01T1/2928—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras using solid state detectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/03529—Shape of the potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/115—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation
- H01L31/118—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation of the surface barrier or shallow PN junction detector type, e.g. surface barrier alpha-particle detectors
- H01L31/1185—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation of the surface barrier or shallow PN junction detector type, e.g. surface barrier alpha-particle detectors of the shallow PN junction detector type
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
Plaatsgevoelige stralingsdetector.
De uitvinding heeft betrekking op een plaatsgevoelige stralingsdetector voorzien van een halfgeleiderstructuur omvattende: - een plak halfgeleidermateriaal van een eerste geleidbaarheidstype met twee op relatief korte afstanden van elkaar gelegen hoofdoppervlakken, waarvan de afmetingen voldoende zijn om het gewenste stralingsdetec tie-oppervlak te omvatten, - een electrodestructuur bestaande uit een of meer stripvormige elec-trodegebieden van een tweede geleidbaarheidstype in het eerste hoofdoppervlak en ten minste een electrodegebied van het tweede geleidbaarheidstype in het tegenoverliggende deel van het tweede hoofdoppervlak, waarbij tijdens bedrijf aan de electroden van de electrodestructuur zodanige spanningen worden aangeboden dat enerzijds het deel van de halfgeleiderplak tussen de electroden van de electrodestructuur geheel gedepleteerd wordt en anderzijds een driftveld wordt opgewekt in dit gedepleteerde deel van de structuur, - een in één der hoofdoppervlakken aangebracht detectie-electrodegebied van het eerste geleidbaarheidstype, waaraan tijdens bedrijf een zodanige spanning wordt aangeboden, dat door het driftveld bewegende ladingdragers aangetrokken kunnen worden, waarbij tijdens bedrijf een met het ten minste ene electrodegebied in het tegenoverliggende deel van het hoofdoppervlak verbonden detector-/versterkerschakeling bestemd is om een startsignaal af te geven om het moment waarop als gevolg van invallende straling of elementaire deeltjes ladingdragers worden gegenereerd in het gedepleteerde deel van de structuur, en waarbij een met het detectie-electrodegebied verbonden detector/versterkerschakeling bestemd is om tijdens bedrijf een stopsignaal af te geven op het moment dat ladingdragers via het driftveld het detectie-electrodegebied bereiken
Een plaatsgevoelige stralingsdetector van het bovenbeschreven type is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift US 4.688.067. In deze bekende plaatsgevoelige stralingsdetector zijn zowel de eerste als de tweede electrodestructuren uitgevoerd met behulp van stripvormige electroden, die onderling op korte afstand evenwijdig aan elkaar in het betreffende hoofdoppervlak van de plak halfgeleidermateriaal zijn aangebracht. Deze bekende structuur is slechts in één richting plaats-gevoelig, namelijk in de richting loodrecht op de stripvormige electroden, of met andere woorden, in de richting waarin ladingdragers, die gegenereerd worden bij detectie van straling, zullen gaan bewegen in het driftveld dat in de plak halfgeleiders»teriaal wordt opgewekt.
Het genoemde ten minste ene electrodegebied in het tweede hoofdoppervlak kan gevormd worden door een aantal stripvormige electroden zoals beschreven is in het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift US 4.688.067 maar kan ook uitgevoerd worden als een enkel electrodegebied zoals bijvoorbeeld beschreven is in het Duitse Offenlegungsschrift 3.415.439. Hordt gebruik gemaakt van een aantal stripvormige electroden in het tweede hoofdoppervlak dan worden deze bij voorkeur capacitief onderling gekoppeld om het aantal noodzakelijke aansluitleidingen naar elk van deze electroden voor toevoeren van de voor het depleteren van de halfgeleiderplak en voor het opwekken van het driftveld benodigde spanningen te verminderen. Hordt gebruik gemaakt van een enkel electrodegebied dan behoeft geen capacitieve koppelingsstructuur te worden gerealiseerd en kan bovendien met een enkele versterker worden volstaan om tijdens bedrijf het startsignaal te genereren.
Hordt met deze bekende structuur straling ingevangen of een elementair deeltje gedetecteerd dan zullen op de plaats waar de straling wordt ingevangen respectievelijk waar het deeltje de structuur passeert in de plak halfgeleidermateriaal ladingdragers worden gegenereerd. Afhankelijk van de toegepaste geleidbaarheidstypen in de halfgeleider-structuur zullen de ladingdragers van de ene soort direct in dikterichting gaan bewegen naar een van de electrodegebieden van het tweede geleidbaarheidstype. Deze ladingdragerbeweging resulteert in het opwekken van een startsignaal in een detector/versterker die met deze electrodestructuur is verbonden. De ladingdragers van de andere soort zullen in het driftveld gaan bewegen bij benadering evenwijdig aan de beide hoofdoppervlakken tot ze de detectie-electrode bereiken en door deze detectie-electrode worden aangetrokken. Het behulp van een detector/versterker, die verbonden is met dedetectie-electrode wordt daarbij een stopsignaal gegenereerd. Het tijdsverschil tussen het startsignaal en het stopsignaal is bepalend voor de lengte van de weg, die de betreffende ladingdragers in het driftveld hebben afgelegd en daarmee voor de plaats waar het elementaire deeltje werd ingevangen in de plak halfgeleidermateriaal.
Verdere gegevens omtrent de werking van een dergelijke bekende plaatsgevoelige stralingsdetector zijn, behalve in het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift US 4.688.067 en het genoemde Duitse Offenlegungsschrift 3.415.439 ook te vinden in de volgende artikelen: - "Silicon Detectors" door R. Klanner in Nuclear Instruments and
Methods in Physics Research A235 (1985), biz. 209-215, - "Semiconductor Drift Chambers for Position and Energy Measurements" door P. Rehak en anderen in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A235 (1985), biz. 224-234, - "Progress in Semiconductor Drift Detectors" door P. Rehak en anderen in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A248 (1986), biz. 367-378, en - "Evaluation of Prototype Silicon Drift Detectors" door J. Ellison en anderen in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A260 (1987), biz. 353-360.
Er zijn reeds pogingen ondernomen om een plaatsgevoelige stralingsdetector te ontwerpen met tweedimensionale plaatsgevoeligheid. Een summier beschreven voorbeeld daarvan is te vinden in het bovengenoemde artikel "Silicon Detectors" door R. Klanner, in het bijzonder figuur 7 en bijbehorende beschrijving op blz. 212. De in deze figuur getoonde detectorstructuur bevat een detectie-electrode, aangeduidt als de anode, die niet uitgevoerd is als een enkele stripvormige electrode, maar uitgevoerd is als een reeks van afzonderlijke anodegebieden, elk verbonden met een eigen elektronische versterkerschakeling. Wordt er op een bepaalde plaats een elementair deeltje ingevangen in deze detectorstructuur of wordt er straling ingevengen dan zullen daardoor ladingdragers worden vrijgemaakt. Afhankelijk van de polariteit zal weer een deel van deze ladingdragers in het driftveld gaan bewegen naar de gesegmenteerde anode of detectie-electrode. De drifttijd tot aan de anode is weer bepalend voor de afgelegde afstand tot aan de anode en daarmee bepalend voor de ene plaatscoördinaat. De positie van dat anodegebiedje, dat aan het eind van de driftperiode het stopsignaal afgeeft, is bepalend voor de andere plaatscoördinaat.
Een nadeel van een dergelijke structuur is dat elk anodesegment een eigen uitleesversterker nodig heeft. Bij een relatief kleine resolutie en een relatief grote lengte-afmeting van de anode als geheel kan het nodig zijn om enkele tientallen tot zelfs vele honderden versterkers toe te passen om een dergelijke structuur met de gewenste nauwkeurigheid te laten functioneren.
De uitvinding heeft nu ten doel aan te geven op welke wijze een plaatsgevoelige detector moet worden uitgevoerd om een tweedimensionale plaatsgevoeligheid te verkrijgen zonder de noodzaak om grote aantallen elektronische schakelingen te moeten toepassen in verband met het uitlezen van de detectiesignalen.
Aan deze doelstelling wordt bij een plaatsgevoelige stralings- detector van in de aanhef genoemde soort voldaan, doordat de halfgeleiderstructruur verder omvat: - ten minste een verdere electrodestructuur bestaande uit één of meer electrodegebieden van het tweede geleidbaarheidstype in het eerste hoofdoppervlak en ten minste een electrodegebied van het tweede geleidbaarheidstype in het tegenoverliggende deel van het tweede hoofdoppervlak, waarbij tijdens bedrijf aan de electroden van de verdere electrodestructuur zodanige spanningen worden aangeboden dat enerzijds het deel van de halfgeleidermateriaalplak tussen de electroden van de verdere electrodestructuur geheel gedepleteerd wordt en anderzijds een verder driftveld wordt opgewekt in dit gedepleteerde deel van de structuur, en waarbij de verdere electrodestructuur zodanig is gepositioneerd ten opzichte van de eerstgenoemde electrodestructuur en ten opzichte van het detectie-electrodegebied dat ladingdragers, afkomstig uit het driftveld binnen de eerstgenoemde electrodestructuur, ingevangen zullen worden in het driftveld binnen de verdere electrodestructuur en via dit verdere driftveld het detectie-electrodegebied kunnen bereiken.
Wordt in een dergelijke structuur op een bepaalde plaats straling ingevangen of vindt er interactie met een elementair deeltje plaats dan zullen er, op dezelfde wijze als in het bovenstaande is beschreven, ter plaatse ladingdragers gegenereerd worden. De ladingdragers van de ene soort zullen weer direct gaan bewegen naar één van de electrodegebieden van het tweede geleidbaarheidstype, en de ladingdragers van de andere soort zullen in het eerste driftveld gaan bewegen in de richting van de verdere electrodestructuur. Zodra deze ladingdragers de verdere electrodestructuur bereiken, komen ze terecht in het verdere driftveld, dat met hulp van de diverse spanningen die aan deze electrodestructuur worden aangeboden, wordt opgewekt. In dit verdere driftveld worden de ladingdragers dan voortbewogen tot ze aan het eind van dit verdere driftveld de detectie-electrode bereiken. De tijd die de ladingdragers nodig hebben om het eerste driftveld te doorlopen is bepalend voor een eerste plaatscoördinaat, terwijl de tijd die de ladingdragers nodig hebben om vervolgens het tweede driftveld te doorlopen bepalend is voor een tweede plaatscoördinaat.
Staan de beide driftvelden loodrecht op elkaar en wordt een coördinatenstelsel gekozen waarvan de X-as evenwijdig aan het ene veld en de Y-as evenwijdig aan het andere veld loopt, dan kunnen de bovengenoemde coördinaten worden beschouwd als X-coördinaat en Y-coördinaat. De beide velden kunnen echter ook een willekeurige andere hoek met elkaar maken, in welk geval deze hoek tezamen met de genoemde twee coördinaten voldoende informatie verschaft voor het bepalen van de plaats waar de straling was ingevallen.
Een relatief eenvoudige uitvoeringsvorm heeft het kenmerk dat de genoemde electrodegebieden van het tweede geleidbaarheidstype in het eerste hoofdoppervlak, behorend tot de verdere electrodestructuur, zijn uitgevoerd als eilandjes of pixelgebieden en dat het electrodegebied van het tweede geleidbaarheidstype in het tegenoverliggende deel van het tweede hoofdoppervlak is uitgevoerd als een stripvormig gebied.
Om de drifttijden door de beide driftvelden afzonderlijk te kunnen vaststellen moet niet alleen een start- en een stopsignaal worden opgewekt, op de wijze als in het bovenstaande reeds wordt beschreven, maar moet ook een tussentijdsignaal worden opgewekt dat aangeeft op welk tijdstip de ladingdragers het eerste driftveld verlaten en in het tweede driftveld gaan bewegen, alhoewel er diverse mogelijkheden openstaan om een dergelijk tussentijdsignaal te genereren verdient het in de bovengenoemde eenvoudige uitvoeringsvorm de voorkeur dat het electrodegebied van het tweede geleidbaarheidstype in het tegenoverliggende deel van het tweede hoofdoppervlak, behorend tot de verdere electrodestructuur, tijdens bedrijf is verbonden met een detector/versterkerschakeling bestemd om een tussentijdsignaal af te geven op het moment waarop door het driftveld bewegende ladingdragers dit electrodegebied passeren.
Een verdere uitvoeringsvorm van de stralingsdetector heeft het kenmerk dat het electrodegebied van het tweede geleidbaarheidstype in het tweede hoofdoppervlak, behorend tot de eerstgenoemde electrodestructuur, en het electrodegebied van het tweede geleidbaarheidstype in het tweede hoofdoppervlak, behorend tot de verdere electrodestructuur, een integraal geheel vormen.
Deze laatstgenoemde uitvoeringsvorm heeft in het bijzonder het voordeel dat in het tweede hoofdoppervlak slechts een enkele grootschalige dotering aangebracht behoeft te worden die verder geen bewerking nodig heeft. Alleen in het eerste hoofdoppervlak bevinden zich een aantal afzonderlijke electrodegebieden, waarvoor meerdere fabricagestappen nodig zijn.
Wordt deze laatste uitvoeringsvorm toegepast dan verdient het de voorkeur dat tijdens bedrijf het, gezien in de bewegingsrichting van de ladingdragers laatste stripvormige electrodegebied in het eerste hoofdoppervlak, behorend tot de eerstgenoemde electrodestructuur, verbonden is met een detector/versterkerschakeling bestemd om een tussen- tijdsignaal af te geven op het moment waarop door het driftveld bewegende ladingdragers dit electrodegebied passeren.
In de bovenbeschreven uitvoeringsvormen worden de beide driftvelden afzonderlijk opgewekt met in het bijzonder daarvoor bestemde electrodestructuren. Het is echter ook mogelijk om een driftveld in een vooraf bepaalde richting te creëren als resultante van twee andere driftvelden. Een uitvoeringsvorm van een plaatsgevoelige stromingsdetector volgens de uitvinding, waarin op deze wijze driftvelden worden gecreëerd, draagt het kenmerk dat de verdere electrodestructuur evenals de eerstgenoemde electrodestructuur bestaat uit stripvormige electrodegébieden, dat de stripvormige electrodegebieden van de eerstgenoemde electrodestructuur een hoek maken Biet de stripvormige electrodegebieden van de verdere electrodestructuur, dat de stripvormige electroden van beide structuren een op een met elkaar zijn verbonden tot gehoekte electroden, waarbij de hoekpunten op een hoeklijn liggen, dat de electroden van het tweede geleidbaarheidstype in het tweede hoofdoppervlak bestaan uit een stripvormige electrode onder de genoemde hoeklijn alsmede integrale electrodegebieden onder de resterende delen van de stripvormige electrodegebieden, en dat een detectie-electrode wordt gebruikt gepositioneerd nabij het hoekpunt van de, gezien in de driftrichting, laatste gehoekte electrode.
Deze uitvoeringsvorm heeft in het bijzonder het voordeel dat er geen potentiaalsprong optreedt bij de overgang van de ladingdragers vanaf het ene driftveld naar het andere driftveld. Een dergelijke potentiaalsprong zal in het algemeen wel optreden bij de eerderbeschreven uitvoeringsvormen.
De breedte van de diverse stripvormige electroden (de afmeting in de driftrichting van de ladingdragers) moet zodanig worden gekozen dat een voldoende homogeniteit van het driftveld wordt gewaarborgd.
In de uitvoeringsvoorbeelden, die gegeven zijn in de bovengenoemde literatuur wordt zonder uitzondering gebruik gemaakt van een plak halfgeleidermateriaal van het n-type, waarbij de eerste en tweede electrodestructuren als p-gedoteerde gebieden in de plak n-materiaal zijn aangebracht, terwijl de anode of detectie-electrode is gerealiseerd met behulp van een n* gedoteerd gebied.
In n-type materiaal zullen de positieve ladingdragers ofwel gaten, die gegenereerd worden bij het invangen van straling respectievelijk interactie met een elementair deeltje, gaan bewegen naar het dichtstbijzijnde p*-gebied behorend tot de eerste electrodestructuur. De negatieve ladingdragers of elektronen zullen gaan bewegen in de driftvelden en uiteindelijk de anode of detectie-electrode bereiken.
Gaten hebben een snelheid die ruwweg drie keer lager is dan die van elektronen. Bij dezelfde absolute nauwkeurigheid van de drifttijd-meting zal de plaatsresolutie bij gebruik van p-silicium voor de plak halfgeleidermateriaal derhalve drie keer groter zijn dan bij gebruik van n-silicium. Bij absorptie van röntgenstraling in hoogohmig p-silicium is de definitie van de starttijd even nauwkeurig of gemiddeld zelfs nauwkeuriger, afhankelijk van de stralingsenergie, dan bij detectie in hoogohmig n-silicium. De bijdrage van het absorptieproces tot de plaats onnauwkeurigheid is bij gebruik van p-silicium dus ruwweg drie keer kleiner dan bij gebruik van n-silicium. Tengevolge van de diffusie tijdens het driftproces is de nauwkeurigheid in de definitie van de stoptijd van gaten drie keer slechter dan die van elektronen. Omdat de driftijd van gaten in p-silicium drie keer groter is dan die van de elektronen in n-silicium resulteert dit in een bijdrage van het stopsignaal tot de plaatsresolutie die in beide gevallen ongeveer gelijk is. Combinerend blijkt derhalve dat de plaatsresolutie bij gebruik van p-silicium beter is.
Het verdient derhalve de voorkeur dat het eerste geleidbaar-heidstype in de plaatsgevoelige stralingsdetector volgens de uitvinding van het p-type is.
De uitvinding zal in het volgende nader worden verklaard aan de hand van de bijgaande figuren:
Figuur 1 toont schematisch een perspectief aanzicht van een plaatsgevoelige stralingsdetector volgens de uitvinding, waarbij de halfgeleiderplak bestaat uit n-type materiaal.
Figuur 2 toont een schematische doorsnede volgens de pijlen II-II in figuur 1, welke doorsnede wordt gebruikt bij het verklaren van de werking van de detector.
Figuur 3 toont een doorsnede volgens de pijlen III-III in figuur 1, welke doorsnede eveneens wordt gebruikt bij het verklaren van de werking van de detector.
Figuur 4 toont een bovenaanzicht op een voorkeursuitvoeringsvorm van de detector, waarbij de halfgeleiderplak bestaat uit p-type materiaal, de diverse driftelectrodegebieden zijn vervaardigd uit n*-materiaal en de anode of detectie-electrode vervaardigd is uit p*-materiaal.
Figuur 5 toont een uitvoeringsvorm van een plaatsgevoelige stralingsdetector volgens de uitvinding waarin beide electrodestructuren elk een afzonderlijke electrode bezitten in het tweede, in dit geval onderste hoofdoppervlak van de structuur.
De figuren 6A en 6b tonen aanzichten op respectievelijk de electrodestructuur in het eerste hoofdoppervlak en de electrodestructuur in het tweede hoofdoppervlak van een plaatsgevoelige stralingsdetector waarin twee structuren als geïllustreerd in figuur 4 zijn gecombineerd op zodanige wijze dat een symmetrische structuur is verkregen waarbij de pixelgebieden op de symmetrie-as liggen.
riguur 7A en 7B tonen een verdere uitvoeringsvorm van een plaatsgevoelige stralingsdetector waarin twee structuren als geïllustreerd in de figuren 6λ en 6B zijn gecombineerd tot een symmetrische structuur met een symmetrie-as die, loodrecht op de eerdergenoemde symmetrie-as verloopt voor het centrale detectie-electrodegebied.
De figuren 8A en 8B tonen een uitvoeringsvorm van een plaatsgevoelige stralingsdetector volgens de uitvinding waarin beide electrodestructuren paargewijze met elkaar zijn verbonden zodanig dat gehoekte electroden zijn verkregen.
De figuren 9A en 9B tonen tenslotte een verdere ontwikkeling van de uitvoeringsvorm van figuur 8 waarin een aantal van de in figuur 8 getoonde structuren is gecombineerd tot een grootschalige plaatsgevoelige stralingsdetector met concentrisch gepositioneerde veelhoekige gesloten driftelectroden en een centrale detectie-electrode.
Figuur 1 toont schematisch een perspectief aanzicht van een plaatsgevoelige stralingsdetector volgens de uitvinding. De detector is vervaardigd in een plak halfgeleidermateriaal 1, waarvoor in figuur 1 halfgeleidermateriaal van het n-type is gekozen. In het bovenoppervlak van de plak 1 zijn stripvormige gebieden 2a, 2b, 2c, 2d, 2e van p~-type materiaal gerealiseerd. Verder is een reeks van relatief kleine gebiedjes 4a, 4b, 4c, 4d eveneens van p*-type materiaal gerealiseerd parallel aan de laatste stripvormige electrode 2e en in het verlengde van deze reeks is tenslotte een enkel n*-gebiedje 5 aangebracht, dat dienst doet als anode of detectie-electrode. In het onderoppervlak van de plak 1 is tenslotte een grootschalig electrodegebied 3 van het p*-type gerealiseerd. De diverse gebieden zijn met behulp van een op zichzelf bekende werkwijze in het halfgeleidermateriaal vervaardigd. Dergelijke werkwijzen zijn voor de vakman bekend en een gedetailleerde bespreking daarvan wordt overbodig geacht.
De werking van de detector uit figuur 1 zal in het volgende aan de hand van de schematische doorsneden in de figuren 2 en 3 worden besproken. Figuur 2 toont een doorsnede volgens de pijlen II-II in figuur 1. Corresponderende delen zijn met overeenkomstige referentie-cijfers aangeduid. In figuur 2 is verder een elektronische versterker/-detector-schakeling 10 aangesloten tussen de p--electrodestrip 2e en een tussentijdsignaaluitgang 11. De electrodestrip 2e is die electrodestrip die grenst aan de reeks van gebiedjes 4a....4d. Verder is in figuur 2 de versterker/detectorschakeling 12 getoond, die aangesloten is tussen de onderste electrode 3 en een startsignaaluitgang 13.
Tijdens bedrijf worden verder spanningen aangeboden aan de electroden 2a----2e, 3, 4a....4d die allereerst resulteren in de vorming van depletiegebieden onder de detectoren 2a____2e en 4a____4d, respectievelijk boven de electrode 3 (zoals gezien in figuur 2). De spanningen moeten voldoende hoog zijn om er voor te zorgen dat de depletiegebieden in elkaar overgaan en de plak halfgeleidermateriaal 1 volledig gedepleteerd wordt. Worden de spanningen verder zodanig gekozen dat de electrode 3 een relatief hoge spanning voert, terwijl de electroden 2a t/m 2e in deze volgorde een telkens lagere spanningen voeren (maar nog steeds hoog genoeg om de plak 1 te depleteren) dan zal daardoor een veld in de plak 1 worden opgewekt met een potentiaal-dal bij de electrode 2e. Het resultaat van dit driftveld in het centrale gedeelte van de plak 1 is dat negatieve ladingdragers, die in dit veld terecht komen, in figuur 2 van links naar rechts zullen gaan bewegen.
Voor een meer gedetailleerde beschrijving van de wijze waarop een dergelijk driftbeld opgewekt kan worden, wordt verwezen naar de eerdergenoemde literatuur.
Wordt nu bijvoorbeeld een röntgenquantum 6 geabsorbeerd dan zullen daardoor op de plaats van de absorptie een aantal elektron-gat paren worden gegenereerd, zoals schematisch in figuur 2 is aangegeven. De gaten zullen in dit geval worden aangetrokken door de electrode 3, zoals aangegeven is met de pijl 7. Vanwege de aanwezigheid van het bovengenoemde driftveld zullen de elektronen echter volgens de pijl 8 van links naar rechts gaan bewegen naar de electrode 2e, die van alle electroden 2a.—2e de hoogste potentiaal heeft.
De gaten die volgens de pijl 7 worden aangetrokken door de onderste electrode 3 zorgen voor het opwekken van een startsignaal dat via de detector/versterkerschakeling 12 wordt toegevoerd aan de startsignaaluitgang 13. Dit startsignaal markeert het moment waarop het quantum 6 werd geabsorbeerd. Zodra de elektronen in het driftveld zijn bewogen tot onder de laatste stripvormige electrode 2e zal in de detector/versterker 10 een tussentijdsignaal worden opgewekt, dat afgegeven wordt aan de uitgang 11.
Figuur 3 illustreert een doorsnede door de detector uit figuur 1 volgens de pijlen III-III. Deze doorsnede toont de pixelelectroden 4a____4d en de anode of detectie-electrode 5 tezamen met de aan de onderzijde van de plak 1 aanwezige doorlopende electrode 3. De anode of detectie-electrode 5 is via een detector/versterker 14 aangesloten op een stopsignaaluitgang 15.
Aan de relatief kleine electrodegebieden of pixelgebieden 4a____4d worden eveneens spanningen aangeboden voor het depleteren van het centrale deel van de plak 1 en voor het genereren van een driftveld onder deze reeks van electrodegebieden 4a....4d en wel zodanig dat de laagste spanning wordt aangeboden aan het gebied 4a, terwijl de hoogste spanning wordt aangeboden aan het gebied 4d waardoor een driftveld wordt gecreeerd waarmee elektronen in de richting van het gebied 4a naar het gebied 4d zullen worden bewogen. Verder is de spanning die op het gebied 4a wordt opgedrukt hoger dan de spanning die aangeboden wordt aan de stripelectrode 2e.
De elektronen, die volgens de pijl 8 zijn bewogen tot voorbij de laatste stripvormige electrode 2e komen in dit voorbeeld terecht bij het pixelgebied 4c en worden daar ingevangen in het driftveld dat is gecreeerd onder de pixelelectroden 4a....4d. Dat betekent dat de richting waarin de elektronen bewegen 90° zal draaien. In figuur 3 komen de elektronen in het vlak van tekening tevoorschijn onder de pixelelectrode 4c en gaan van daaraf naar links bewegen in de richting van de anode of detectie-electrode 5. Aangezien de anode of detectie-electrode 5 op de hoogste potentiaal wordt gehouden, zullen de elektronen die het driftveld onder de pixelelectroden 4a____4d hebben doorlopen door de anode worden ingevangen. Op het moment waarop dat gebeurd zal de versterker/detector 14 een stopsignaal afgeven aan de stopsignaaluitgang 15.
Het zal duidelijk zijn, dat uitgaande van een bekende drift-snelheid van zowel gaten als elektronen de tijdsruimte die verloopt tussen het optreden van het startsignaal op de uitgang 13 en het tussentijdsignaal op de uitgang 11 bepalend is voor de afstand die afgelegd is tussen de plaats, waar de elektrona-gat-paren zijn gegenereerd en de laatste stripvormige electrode 2e terwijl de tijdsruimte die verloopt tussen het optreden van het tussentijdssignaal op de uitgang 11 en het stopsignaal op de uitgang 15 bepalend is voor de plaats waar de electronen terecht komen in het veld onder de pixelelectroden 4a....4d, en de anode 5 die de driftende ladingdragers uiteindelijk opneemt. Uit deze gegevens kan de plaats, waar de ladingdragers werden gegenereerd, met andere woorden de plaats waar het röntgenquantum 6 werd geabsorbeerd, nauwkeurig worden vastgesteld.
Alhoewel in het bovenstaande is uitgegaan van een plak half-geleidermateriaal 1 van het n-type verdient het de voorkeur om een plak halfgeleidermateriaal van het p-type te gebruiken. In dat geval zullen de electroden 2a.—2e, 3 en 4a....4d vervaardigd moeten worden uit n~-type materiaal, terwijl de anode of detectie-electrode 5 vervaardigd moet worden uit P*-materiaal. Figuur 4 toont een bovenaanzicht van een uitvoeringsvorm waarin deze materiaalkeuze is toegepast. De stripvormige electroden zijn in deze uitvoeringsvorm niet afzonderlijk van referentiecijfers voorzien. Alleen de eerste en laatste electrode 2a en 2n zijn als zodanig aangegeven. Ook de pixelelectroden 4 zijn niet van afzonderlijke referentiecijfers voorzien, alleen de eerste en laatste pixelelectroden zijn met 4a en 4n aangeduidt. De anode of detectie-electrode is aangeduid met 5 en de halfgeleidermateriaal zelf is met 1 aangeduid. In figuur 4 is de grootschalige electrode 3 aan de onderzijde van de plak natuurlijk niet zichtbaar.
Het zal duidelijk zijn dat bij het gebruik van p-type materiaal voor de halfgeleiderplak de spanningen, die aan de diverse electroden moeten worden toegevoerd voor het opwekken van de driftvelden, eveneens een omgekeerde polariteit moeten hebben. In figuur 4 zijn als voorbeeld een aantal spanningswaarden aangegeven naast de desbetreffende electroden. Wordt aan de onderste, in deze figuur niet zichtbare electrode 3 een spanning aangeboden van bijvoorbeeld 125 V en worden aan de overige electroden 2a....2n en 4a....4n en 5 de spanningen aangeboden waarvan de waarden zijn aangegeven in de figuur dan wordt enerzijds de halfgeleiderplak volledig gedepleteerd en onstaan anderzijds op dezelfde wijze als in het bovenstaande is besproken twee, in dit geval loodrecht op elkaar staande driftvelden. Deze driftvelden zullen bij detectie van straling de daardoor gegenereerde gaten transporteren vanaf de plaats waar de straling de detector heeft getroffen tot naar de anode 5 op de in het bovenstaande besproken wijze.
Het gebruik van p-silicium verdient, zoals reeds werd opgemerkt, de voorkeur omdat het transport van gaten ruwweg drie keer langzamer plaatvindt dan het transport van elektronen. Dit snelheidsverschil is van cruciaal belang voor de plaatsresolutie van de driftdetector.
Uit diverse simulaties is gebleken dat het gebruik van p-silicium waarin gaten de ladingdragers zijn, die in de driftvelden worden voortbewogen, leidt tot een hogere resolutie.
Figuur 5 toont een verdere uitvoeringsvorm waarin gebruik is gemaakt van een halfgeleiderplak van p-materiaal, electrodegebieden die uitgevoerd zijn in n* materiaal en een detectie-electrode die uitgevoerd is in p- materiaal. Het structurele verschil tussen de uitvoeringsvorm van figuur 5 en die van figuur 1 is te vinden in de configuratie van de electroden die zich in het ondervlak van de plak 1 bevinden. In figuur 5 werkt het electrodegebied 3a samen met de stripvormige electroden 2a : 2e terwijl een afzonderlijke, in dit geval stripvormig uitgevoerde electrode 3b samenwerkt met de pixelgebieden 4a : 4d. In een dergelijke configuratie kan de versterker, die wordt gebruikt voor het opwekken van het tussentijdsignaal, aangesloten worden op de stripvormige electrode 3b.
Uitgaande van de uitvoeringsvorm die geïllustreerd is in figuur 5 is het mogelijk om een aantal combinatie-uitvoeringsvormen te ontwikkelen. Een eerste combinatie-uitvoeringsvorm is getoond in figuur 6. Figuur 6A toont bovenaanzicht op de electrodestructuur in het bovenvlak van het halfgeleidermateriaal terwijl figuur 6B de bijbehorende electrodestructuur in het ondervlak van de halfgeleiderstructuur toont. In het bovenvlak van de halfgeleiderplak 11 is aan de linkerzijde in figuur 6A een reeks stripvormige electroden 12a : 12 n aangebracht terwijl in de rechterhelft van de structuur de electroden 13a : 13 n zijn aangebracht, in het midden op de symmetrielijn van de structuur bevinden zich de pixelgebieden 14a : 14n. Hordt uitgegaan van p-type materiaal voor de halfgeleiderplak 11 dan zijn al de electrodegebieden 12a : 12n, 13a : 13n en 14a : 14n uitgevoerd in n* materiaal. Aan het einde van de reeks van pixelgebieden 14a : 14n is de detectie-electrode 15 gepositioneerd.
In het ondervlak 6b bevinden zich slechts drie electrodegebieden aangeduid met 16, 17 en 18. Het electrodegebied 16 werkt samen met de stripvormige electroden 12a : 12n. Het electrodegebied 17 werkt samen met de stripvormige electroden 13a : 13n en de centrale stripvormige electrode 18 werkt samen met de pixelgebieden 14a : 14n.
Horden aan de electroden van zowel de linker als de rechterhelft van de structuur spanningen toegevoerd als bijvoorbeeld geïllustreerd in figuur 4 dan wordt in de eerste plaats de halfgeleiderplak volledig gedepleteerd terwijl in de tweede plaats een aantal driftvelden ontstaan waarvan de richtingen met de pijlen 19, 20 en 21 in figuur 6B zijn aangegeven.
Horden er in de structuur van figuur 6A ladingdragers vrijgemaakt als gevolg van invallende straling of interactie met een elementair deeltje, bijvoorbeeld in het linker gedeelte van de structuur, dan zal op soortgelijke wijze als in het bovenstaande is besproken aan de hand van de figuren 1 e.v., een deel van deze ladingdragers direct naar het n*-gebied bewegen en via de daarop aangesloten startsignaalversterker leiden tot het opwekken van een startsignaal. In de structuur van figuur 6B kan deze, in de figuren terwille van de duidelijkheid niet getoonde versterker aangesloten zijn op het electrodegebied 16. De andere ladingdragers gaan in het driftveld bewegen volgens de pijl 19 totdat ze terechtkomen in het driftveld tussen de electroden 14a t/m 14n en de daarmee samenwerkende electrode 18, welk driftveld aangegeven is met de pijl 21. Via dit driftveld zullen de ladingdragers dan worden getransporteerd in de richting van de detectie-electrode 15. De aankomst van de ladingdragers vanuit het driftveld 19 bij het driftveld 21 kan worden gedetecteerd met een tussentijdversterker die verbonden kan worden met het electrodegebied 18. De uiteindelijke aankomst van de ladingdragers bij de detectie-electrode 15 wordt weer gedetecteerd met behulp van een versterker die aangesloten is op deze detectie-electrode 15.
Worden in de rechterhelft van de structuur als gevolg van invallende straling ladingdragers vrijgemaakt dein zullen deze aanvankelijk gaan bewegen in het driftveld waarvan de richting met de pijl 20 is aangegeven en vervolgens in het tussenliggende driftveld volgens de pijl 21 worden getransporteerd naar de detectie-electrode 15. Het startsignaal wordt in dit geval gegenereerd met behulp van een versterker die verbonden is met het electrodegebied 18, het tussentijdsignaal is afkomstig van de al genoemde versterker, verbonden met de electrode 18 terwijl het stopsignaal wordt geleverd door de versterker die verbonden is met het detectiegebied 15.
In plaats van drie afzonderlijke electrodegebieden 16,17,18 kan in het ondervlak ook een enkele integrale electrode worden gebruikt op soortgelijke wijze als geïllustreerd is in fig. 1. Deze uitvoeringsvorm is in de figuren niet afzonderlijk weergegeven. In dat geval moet de startsignaalversterker met deze enkele electrode in het ondervlak worden verbonden, terwijl elk van de electroden 12n en 13n verbonden moet worden met een tussentijdsignaalversterker. De stopsignaalversterker is weer verbonden met de anode 15.
Opgemerkt wordt verder dat in fig. 6 het aantal electroden 12a : 12n gelijk is aan het aantal 13a : 13n. Dit aantal behoeft echter niet noodzakelijkerwijze aan elkaar gelijk te zijn. Indien gewenst kan het aantal electroden in de linkerhelft van de structuur (n) verschillend worden gekozen voor het aantal electroden in de rechterhelft van de structuur (in dat geval gelijk aan m).
Door de structuur uit figuur 6 te spiegelen rond een verdere symmetrie-as wordt de structuur uit figuur 7 gerealiseerd. In het bijzonder toont figuur 7A een bovenaanzicht op de electrodestructuur in het bovenvlak van de halfgeleidermateriaalplak terwijl figuur 7B de electrodestructuur in het ondervlak van de plak halfgeleidermateriaal toont. De diverse electroden in het bovenvlak zijn aangeduid met de referentiecijfers 22a : 28. De halfgeleiderplak zelf heeft het referentiecijfer 21.
De electroden in het ondervlak hebben de vorm als geïllustreerd in figuur 7B en zijn aangeduid met de referentiecijfers 30 : 35.
De velden die in de gedepleteerde halfgeleiderplak worden gegenereerd bij aanbieding van de juiste spanningen aan de diverse electroden zijn schematisch weergegeven met behulp van de pijlen 36 : 41 in figuur 7B. Na de gedetailleerde bespreking van de uitvoeringsvormen uit de vorige figuren wordt een nadere bespreking van de werking van deze uitvoeringvorm overbodig geacht.
Ook in deze uitvoeringsvorm kunnen de afzonderlijke electrodegebieden 30 : 35 in het ondervlak worden vervangen door een integrale grootschalige electrode. In dit geval moeten vier tussentijdsignaalversterkers worden gebruikt die verbonden moeten worden met de electroden 22n, 23n, 24n en 25n in het bovenvlak van de structuur. De enkele grootschalige electrode in het ondervlak wordt aangesloten op de startsignaalversterker terwijl de anode 28 met de stopsignaalversterker wordt verbonden.
Zoals al eerder werd opgemerkt heeft het gebruik van een enkele grootschalige electrode in het ondervlak het voordeel dat het ondervlak niet gedetailleerd behoeft te worden bewerkt zodat een eenvoudige doteringsstap voldoende is om de betreffende electrode in het ondervlak te vervaardigen.
Een andere uitvoeringsvorm van een stralingsdetector volgens de uitvinding is getoond in de figuren 8λ en 8B. In deze uitvoeringsvorm is in het bovenoppervlak van de plak halfgeleidermateriaal 52 een structuur van gehoekte electroden aangebracht, welke electroden zijn aangeduid met 50a : 50n. Verder bevindt zich in de rechterbenedenhoek van het bovenoppervlak de detectie-electrode 51.
In het ondervlak zijn twee driehoekige electroden 53 en 55 aangebracht met daartussen een stripvormige electrode 54.
Worden aan de stripvormige electroden 50a : 50n spanningen toegevoerd waarvan de waarden bijvoorbeeld aan de onderzijde van figuur 8A zijn aangeduid en worden de electrodegebieden 53, 54 en 55 bijvoorbeeld aangesloten op een spanning van 100 V dan wordt de gehele plak halfgeleidermateriaal gedepleteerd terwijl tevens als gevolg van de verschillende spanningen, aangeboden aan de gehoekte electroden 50a : 50n twee loodrecht op elkaar staande driftvelden in de plak 52 worden gecreëerd. Deze driftvelden creëren een resultante die diagonaal verloopt onder de hoekpunten van de gehoekte electroden 50a t/m 5On en eindigt bij het detectiegebied 51. Deze diagonale resultante is schematisch aangeduid met de pijl 58.
Worden in de structuur van figuur 8 ladingdragers vrijgemaakt bijvoorbeeld als gevolg van straling 59 op de wijze als geïllustreerd in figuur 8B dan zullen daardoor ladingdragers worden vrijgemaakt.
Uitgaande van p-type materiaal voor het halfgeleiderlichaam 52 zullen de electronen direct na het genereren opgevangen worden door de electrode 55 en via de daarop aangesloten versterker een startsignaal doen genereren. De gaten zullen volgens de met een stippellijn aangegeven pijl 60 gaan bewegen, aanvankelijk evenwijdig aan de pijl 57 en, zodra de diagonale electrode 58 is bereikt, evenwijdig aan de pijl 58. Bij het bereiken van de electrode 58 wordt door de daarop aangesloten tussentijdversterker een tussentijdsignaal gegenereerd en zodra de gaten uiteindelijk het p-gebied 51 bereiken zal als gevolg daarvan een stopsignaal worden gegenereerd. Ook in dit geval zullen de tijdsverschillen tussen startsignaal, tussentijdsignaal en stopsignaal voldoende informatie bevatten voor het nauwkeurig berekenen van de plaats waar de straling 59 in de structuur werd ingevangen.
In de uitvoeringsvorm van fig. 8 kan geen gebruik worden gemaakt van een grootschalige electrode in het ondervlak in plaats van de geïllustreerde electrodegebieden 53, 54 en 55 in figuur 8B. De diagonale stripvormige electrode 54 is in deze uitvoeringsvorm nodig voor het aansluiten van de (in de figuren niet weergegeven) tussentijdsignaalversterker. De driehoekige electrodegebieden 53 en 55 zijn elk verbonden met een startsignaalversterker terwijl de anode 51 met een stopsignaalversterker is verbonden.
Daar tegenover staat dat in deze uitvoeringsvorm geen potentiaalsprong optreedt op het moment waarop de ladingdragers van het ene veld overgaan in het andere veld. De potentiaalverdeling in het veld 58 is aangepast aan de potentiaalverdeling in de velden 56 en 57. Daarentegen zal in de eerderbeschreven uitvoeringsvormen wel een potentiaalsprong optreden. Door verwijzing naar fig. 4 zullen ladingdragers die bijvoorbeeld ter hoogte van het pixelgebied 4n door het eerste driftveld bewegen achtereenvolgens electroden passeren waarop de spanningen 90, 85, 80 : 50 V staat. Daarna komen de ladingdragers echter via een potentiaalsprong terecht onder de pixelelectrode 4n die een potentiaal van slechts 5 V voert. Een dergelijke potentiaalsprong treedt in de uitvoeringsvorm van fig.8 niet op.
Alhoewel in fig. 8 de electroden in het bovenvlak onder 90° zijn gehoekt kunnen ook willekeurige andere hoekwaarden worden gekozen.
De structuur van figuur 8 kan ook door spiegeling worden itgebreid tot een combinatiestructuur op de wijze als weergegeven is in figuur 9A en 9B. De driftelectroden 62a : 62n die aangebracht zijn in het bovenvlak van de plak halfgeleidermateriaal 61 hebben de vorm van concentrische vierkanten gepositioneerd rond het centraal gelegen detectiegebied 63. De electroden op het ondervlak van de plak 61 bestaan uit de driéhoekvormige electrodegebieden 64a : 64d en het X-vormige gebied 65. Zoals na bespreking van de uitvoeringsvorm in figuur 8 duidelijk zal zijn worden bij het aanbieden van geschikt gekozen spanningen aan de diverse electroden driftvelden opgewekt in de gedepleteerde halfgeleiderplak waarvan de richtingen aangegeven zijn met de pijlen 66a : 66d en 67a : 67d.
Valt er op deze structuur straling 68 in zoals getoond in fig. 9B dan zullen op de reeds besproken wijze de daarbij vrijgemaakte electronen worden opgevangen door de electrode 64c terwijl de gaten via de met een stippellijn 69 aangegeven weg gaan bewegen en uiteindelijk worden opgevangen door het centraal gelegen detectiegebied 63.
Detectoren van het bovenbeschreven type kunnen worden gebruikt voor detectie van diverse soorten straling, zoals lichtstraling, uv-straling, röntgenstraling, gammastraling, elementaire deeltjes enz.
Claims (12)
1. Plaatsgevoelige stralingsdetector voorzien van een halfgelei-derstructuur omvattende: - een plak halfgeleidermateriaal van een eerste geleidbaarheidstype met twee op relatief korte afstanden van elkaar gelegen hoofdoppervlakken, waarvan de afmetingen voldoende zijn om het gewenste stralingsdetec-tie-oppervlak te omvatten, - een electrodestructuur bestaande uit een of meer stripvormige elec-trodegebieden van een tweede geleidbaarheidstype in het eerste hoofdoppervlak en ten minste een electrodegebied van het tweede geleidbaarheidstype in het tegenoverliggende deel van het tweede hoofdoppervlak, waarbij tijdens bedrijf aan de electroden van de electrodestructuur zodanige spanningen worden aangeboden dat enerzijds het deel van de halfgeleiderplak tussen de electroden van de electrodestructuur geheel gedepleteerd wordt en anderzijds een driftveld wordt opgewekt in dit gedepleteerde deel van de structuur, - een in één der hoofdoppervlakken aangebracht detectie-electrodegebied van het eerste geleidbaarheidstype, waaraan tijdens bedrijf een zodanige spanning wordt aangeboden, dat door het driftveld bewegende ladingdragers aangetrokken kunnen worden, waarbij tijdens bedrijf een met het ten minste ene electrodegebied in het tegenoverliggende deel van het hoofdoppervlak verbonden detector-/versterkerschakeling bestemd is om een startsignaal af te geven op het moment waarop als gevolg van invallende straling of elementaire deeltjes ladingdragers worden gegenereerd in het gedepleteerde deel van de structuur, en waarbij een met het detectie-electrodegebied verbonden detector /versterkerschakeling bestemd is om tijdens bedrijf een stopsignaal af te geven op het moment dat ladingdragers via het driftveld het detectie-electrodegebied bereiken, met het kenmerk, dat de half-geleiderstructruur verder omvat: - ten minste een verdere electrodestructuur bestaande uit één of meer electrodegebieden van het tweede geleidbaarheidstype in het eerste hoofdoppervlak en ten minste een electrodegebied van het tweede geleidbaarheidstype in het tegenoverliggende deel van het tweede hoofdoppervlak, waarbij tijdens bedrijf aan de electroden van de verdere electrodestructuur zodanige spanningen worden aangeboden dat enerzijds het deel van de halfgeleidermateriaalplak tussen de electroden van de verdere electrodestructuur geheel gedepleteerd wordt en anderzijds een verder driftveld wordt opgewekt in dit gedepleteerde deel van de structuur, waarbij de twee driftvelden een voorafbepaalde hoek met elkaar maken en waarbij de verdere electrodestructuur zodanig is gepositioneerd ten opzichte van de eerstgenoemde electrodestructuur en ten opzichte van het detectie-electrodegebied dat ladingdragers, afkomstig uit het driftveld binnen de eerstgenoemde electrodestructuur, ingevangen zullen worden in het driftveld binnen de verdere electrodestructuur en via dit verdere driftveld het detectie-electrodegebied kannen bereiken.
2. Plaatsgevoelige stralingsdetector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoemde electrodegebieden van het tweede geleidbaarheidstype in het eerste hoofdoppervlak, behorend tot de verdere electrodestructuur, zijn uitgevoerd als eilandjes of pixelgebie-den en dat het electrodegebied van het tweede geleidbaarheidstype in het tegenoverliggende deel van het tweede hoofdoppervlak, behorend tot de verdere electrodestructuur, is uitgevoerd als een stripvormig gebied.
3. Plaatsgevoelige stralingsdetector volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het electrodegebied van het tweede geleidbaarheidstype in het tegenoverliggende deel van het tweede hoofdoppervlak, behorend tot de verdere electrodestructuur, tijdens bedrijf is verbonden met een detector/versterkerschakeling bestemd om een tus-sentijdsignaal af te geven op het moment waarop door het driftveld bewegende ladingdragers dit electrodegebied bereiken.
4. Plaatsgevoelige stralingsdetector volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het electrodegebied van het tweede geleidbaarheidstype in het tweede hoofdoppervlak, behorend tot de eerstgenoemde electrodestructuur, en het electrodegebied van het tweede geleidbaarheidstype in het tweede hoofdoppervlak, behorend tot de verdere electrodestructuur, een integraal geheel vormen.
5. Plaatsgevoelige stralingsdetector volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat tijdens bedrijf het, gezien in de bewegingsrichting van de ladingdragers laatste stripvormige electrodegebied in het eerste hoofdoppervlak, behorend tot de eerstgenoemde electrodestructuur, verbonden is met een detector/versterkerschakeling bestemd om een tussentijdsignaal af te geven op het moment waarop door het driftveld bewegende ladingdragers dit electrodegebied bereiken.
6. Plaatsgevoelige stralingsdetector voorzien van twee structuren als omschreven in conclusie 2, met het kenmerk, dat beide structuren spiegelbeeldig zijn uitgevoerd en zodanig dat de verdere electrodestructuur alsmede de detectie-electrode gepositioneerd zijn op de symmetrie-as en gemeenschappelijk worden benut door beide structuren.
7. Plaatsgevoelige stralingsdetector voorzien van twee structuren als omschreven in conclusie 6, met het kenmerk, dat beide structuren spiegelbeeldig zijn uitgevoerd zodanig dat de stripvormige electrodegebieden van alle eerstgenoemde electrodestructuren evenwijdig aan elkaar lopen en de tweede symmetrie-as loodrecht op de eerste symmetrie-as loopt door het centraal gepositioneerde detectie-electrodege-bied.
8. Plaatsgevoelige stralingsdetector volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de electrodegebieden van het tweede geleidbaarheidstype in het tweede hoofdoppervlak, behorend tot de diverse structuren, een integraal geheel vormen.
9. Plaatsgevoelige stralingsdetector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verdere electrodestructuur evenals de eerstgenoemde electrodestructuur bestaat uit stripvormige electrodegebieden, dat de stripvormige electrodegebieden van de eerstgenoemde electrodestructuur een hoek maken met de stripvormige electrodegebieden van de verdere electrodestructuur, dat de stripvormige electroden van beide structuren een op een met elkaar zijn verbonden tot gehoekte electroden, waarbij de hoekpunten op een hoeklijn liggen, dat de electroden van het tweede geleidbaarheidstype in het tweede hoofdoppervlak bestaan uit een stripvormige electrode onder de genoemde hoeklijn alsmede integrale electrodegebieden onder de resterende delen van de stripvormige electrodegebieden, en dat een detectie-electrode wordt gebruikt gepositioneerd nabij het hoekpunt van de, gezien in de driftrichting, laatste gehoekte electrode.
10. Plaatsgevoelige stralingsdetector voorzien van een aantal structuren als omschreven in conclusie 9 welke structuren onderling telkens een vooraf bepaalde hoek met elkaar maken op de beschreven wijze aan elkaar aansluiten zodanig dat de som van de hoeken 360° is, waarbij een enkele detectie-electrode in het centrum van de structuur wordt toegepast.
11. Plaatsgevoelige stralingsdetector volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat de genoemde voorafbepaalde hoek gelijk is aan 90°.
12. Plaatsgevoelige stralingsdetector volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het halfgeleidermateriaal van het eerste geleidbaarheidstype materiaal van het p-type is. *****
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8900343A NL8900343A (nl) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | Plaatsgevoelige stralingsdetector. |
| EP90200303A EP0383389B1 (en) | 1989-02-13 | 1990-02-08 | Position-sensitive radiation detector |
| DE69008744T DE69008744T2 (de) | 1989-02-13 | 1990-02-08 | Lageempfindlicher Strahlungsdetektor. |
| AT9090200303T ATE105652T1 (de) | 1989-02-13 | 1990-02-08 | Lageempfindlicher strahlungsdetektor. |
| US07/478,265 US5051801A (en) | 1989-02-13 | 1990-02-12 | Position-sensitive radiation detector |
| JP2032299A JPH02297977A (ja) | 1989-02-13 | 1990-02-13 | 位置感知放射検出器 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8900343A NL8900343A (nl) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | Plaatsgevoelige stralingsdetector. |
| NL8900343 | 1989-02-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8900343A true NL8900343A (nl) | 1990-09-03 |
Family
ID=19854119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8900343A NL8900343A (nl) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | Plaatsgevoelige stralingsdetector. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5051801A (nl) |
| EP (1) | EP0383389B1 (nl) |
| JP (1) | JPH02297977A (nl) |
| AT (1) | ATE105652T1 (nl) |
| DE (1) | DE69008744T2 (nl) |
| NL (1) | NL8900343A (nl) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2671880A1 (fr) * | 1991-01-22 | 1992-07-24 | Ismra | Detecteur de rayonnement. |
| US5536964A (en) * | 1994-09-30 | 1996-07-16 | Green; Evan D. H. | Combined thin film pinhole and semiconductor photodetectors |
| DE69523285D1 (de) * | 1995-02-27 | 2001-11-22 | Cons Ric Microelettronica | Halbleiterteilchendetektor und Verfahren zu seiner Herstellung |
| US5994720A (en) * | 1996-03-04 | 1999-11-30 | University Of Pretoria | Indirect bandgap semiconductor optoelectronic device |
| US6111271A (en) * | 1996-03-28 | 2000-08-29 | University Of Pretoria | Optoelectronic device with separately controllable carrier injection means |
| AU1474200A (en) * | 1998-11-09 | 2000-05-29 | Jan S Iwanczyk | Gamma-ray detector employing scintillators coupled to semiconductor drift photodetectors |
| US7521039B2 (en) * | 2002-11-08 | 2009-04-21 | Millennium Inorganic Chemicals, Inc. | Photocatalytic rutile titanium dioxide |
| TWI257181B (en) * | 2003-07-28 | 2006-06-21 | Rohm Co Ltd | Semiconductor module |
| FI20041479A (fi) * | 2004-11-17 | 2006-05-05 | Artto Aurola | Muunnettu puolijohdeajautumisilmaisin |
| KR101143346B1 (ko) | 2004-08-20 | 2012-05-11 | 아르토 오로라 | 변형 내부 게이트 구조를 갖는 반도체 방사선 검출기 |
| WO2008054860A2 (en) * | 2006-04-20 | 2008-05-08 | Multi-Dimensional Imaging, Inc. | Radiation detector and detection method having reduced polarization |
| GB2446429A (en) | 2006-12-08 | 2008-08-13 | E2V Tech | Photosensor with variable sensing area |
| JP2008153256A (ja) * | 2006-12-14 | 2008-07-03 | Institute X-Ray Technologies Co Ltd | 放射線検出器 |
| CN101281148B (zh) * | 2007-07-27 | 2011-01-05 | 江苏天瑞仪器股份有限公司 | 一种高分辨率的半导体核辐射探测器 |
| US8698091B2 (en) | 2009-06-10 | 2014-04-15 | Moxtek, Inc. | Semiconductor MOS entrance window for radiation detectors |
| US8314468B2 (en) * | 2009-06-10 | 2012-11-20 | Moxtek, Inc. | Variable ring width SDD |
| US8421172B2 (en) * | 2009-07-16 | 2013-04-16 | Canberra Industries, Inc. | Simplified silicon drift detector and wraparound neutron detector |
| DE102010005673A1 (de) | 2010-01-26 | 2011-07-28 | INA - Drives & Mechatronics GmbH & Co. OHG, 98527 | Greifer für eine Handhabungseinrichtung |
| JP5731344B2 (ja) | 2011-09-28 | 2015-06-10 | 浜松ホトニクス株式会社 | 放射線検出器 |
| US9530902B2 (en) * | 2012-06-20 | 2016-12-27 | Oxford Instruments Analytical Oy | Two-dimensional guard structure and a radiation detector with the same |
| EP3032281B1 (en) * | 2014-12-11 | 2019-09-25 | PNSensor GmbH | Semiconductor drift detector for detecting radiation |
| CN106547015B (zh) * | 2016-10-28 | 2018-10-19 | 中国计量科学研究院 | 探测器 |
| US12015036B2 (en) * | 2020-04-28 | 2024-06-18 | Lawrence Livermore National Security, Llc | High temporal resolution solid-state X-ray detection system |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3415439A (en) * | 1967-06-07 | 1968-12-10 | Jack J. Skillman | Container with an improved pour spout |
| US4231052A (en) * | 1977-11-04 | 1980-10-28 | The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland | Apparatus for parallel-in to serial-out conversion |
| US4688067A (en) * | 1984-02-24 | 1987-08-18 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Carrier transport and collection in fully depleted semiconductors by a combined action of the space charge field and the field due to electrode voltages |
| DE3586279D1 (de) * | 1984-04-25 | 1992-08-06 | Josef Dr Kemmer | Verarmtes halbleiterelement mit einem potential-minimum fuer majoritaetstraeger. |
| DE3571726D1 (en) * | 1984-04-25 | 1989-08-24 | Josef Kemmer | Large-surface low-capacity semi-conductor radiation detector |
| GB8626576D0 (en) * | 1986-11-06 | 1986-12-10 | Amersham Int Plc | Imaging method |
-
1989
- 1989-02-13 NL NL8900343A patent/NL8900343A/nl not_active Application Discontinuation
-
1990
- 1990-02-08 AT AT9090200303T patent/ATE105652T1/de not_active IP Right Cessation
- 1990-02-08 EP EP90200303A patent/EP0383389B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-02-08 DE DE69008744T patent/DE69008744T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-02-12 US US07/478,265 patent/US5051801A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-02-13 JP JP2032299A patent/JPH02297977A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69008744T2 (de) | 1994-11-10 |
| DE69008744D1 (de) | 1994-06-16 |
| EP0383389A1 (en) | 1990-08-22 |
| JPH02297977A (ja) | 1990-12-10 |
| EP0383389B1 (en) | 1994-05-11 |
| ATE105652T1 (de) | 1994-05-15 |
| US5051801A (en) | 1991-09-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NL8900343A (nl) | Plaatsgevoelige stralingsdetector. | |
| US6987268B2 (en) | Detector for electromagnetic radiation assisted by majority current | |
| JPH1056196A (ja) | 高速型放射線検出器 | |
| JPH06105303B2 (ja) | 電離放射線検出装置 | |
| EP2649423B1 (en) | Method and system for demodulating signals | |
| Snoeys et al. | PIN detector arrays and integrated readout circuitry on high-resistivity float-zone silicon | |
| Dinu | Silicon photomultipliers (SiPM) | |
| US3415992A (en) | Extended area semiconductor radiation detectors and a novel readout arrangement | |
| Heijne et al. | Development of silicon micropattern pixel detectors | |
| Beker et al. | A hybrid silicon pixel telescope tested in a heavy-ion experiment | |
| US3483421A (en) | Electronic area correlator tube | |
| RU2197036C2 (ru) | Координатный детектор релятивистских частиц | |
| Morikawa et al. | A small-distortion two-dimensional position-sensitive detector (PSD) with on-chip MOSFET switches | |
| US6479825B1 (en) | Low-energy particle sensor | |
| Gatti et al. | New Developements in Solid-State Detectors | |
| Bertilsson et al. | Simulation of a low atmospheric-noise modified four-quadrant position sensitive detector | |
| Luke | Low noise germanium radial drift detector | |
| Hijzen et al. | New ideas for two dimensional position sensitive silicon drift detectors | |
| Ellison et al. | Evaluation of prototype silicon drift detectors | |
| Heijne | The use of semiconductor imagers in high energy particle physics | |
| JPS63120272A (ja) | 放射線二次元分布検出器 | |
| Dalla Betta | Why and how pixels are becoming more and more “intelligent”(sensors—part 2) | |
| JPH06302851A (ja) | ビーム位置検出器 | |
| CN113078227A (zh) | 一种雪崩光电二极管探测装置 | |
| JPS62264678A (ja) | アレイ型ホトダイオ−ド |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A1B | A search report has been drawn up | ||
| BV | The patent application has lapsed |