Circuit équivalent d'un silicium

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12525 (2023) Citer cet article

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Les détecteurs de rayonnement nucléaire sont indispensables pour la recherche dans le domaine des rayonnements nucléaires, de la spectroscopie des rayons X et dans d'autres domaines. L'intérêt pour les détecteurs de rayonnement nucléaire p-i-n au silicium augmente aujourd'hui en raison de la possibilité de leur fonctionnement dans des conditions normales. Dans cet article, un circuit équivalent d'un détecteur de rayonnement nucléaire silicium-lithium p-i-n est proposé. Le circuit proposé est obtenu en utilisant l'équation classique de Shockley pour les semi-conducteurs en silicium et les équations télégraphiques. Les paramètres du circuit équivalent ont été déterminés à l'aide de la méthode de régression multiple. À la suite de la simulation du modèle dans l'environnement de développement graphique MATLAB Simulink, les caractéristiques amplitude-fréquence et phase-fréquence du modèle proposé ont été obtenues. En utilisant la méthode de Monte Carlo, la désintégration alpha de l'isotope de l'uranium \({}_{92}{}^{233}\mathrm{U}\), isotope du thorium \({}_{90}{}^{ 227}\mathrm{Th}\) et l'isotope d'américium \({}_{95}{}^{241}\mathrm{Am}\) le spectre de désintégration alpha a été obtenu. Les spectres de désintégration alpha obtenus coïncident avec les données expérimentales présentées dans les travaux antérieurs d'autres auteurs.

Les détecteurs structurés p-i-n à semi-conducteurs sont utilisés dans de nombreux domaines de recherche comme instruments de précision1, en particulier dans les expériences de physique des hautes énergies2. L'apparition de détecteurs avec une zone de détection plus grande a suscité un grand intérêt car ils amélioraient considérablement l'efficacité des détecteurs et permettaient d'enregistrer des particules chargées de faible intensité3. Cependant, aujourd’hui, malgré le fait que les processus physiques dans les diodes p-i-n et leurs caractéristiques aient été bien étudiés, les scientifiques travaillent toujours au développement de détecteurs à semi-conducteurs de grande taille basés sur des structures p-i-n4,5,6. Les détecteurs Si(Li) de grande taille sont utilisés en imagerie médicale, en astrophysique des hautes énergies, en polarimétrie Compton et dans la surveillance des déchets nucléaires7. Les principaux problèmes liés à l'amélioration des détecteurs p-i-n de grande taille sont liés à sa technologie de développement8,9 et au développement d'une électronique de lecture optimale pour ces détecteurs10,11. Dans12,13 auteurs ont montré l'application des diodes silicium p-i-n pour la spectroscopie. Un circuit équivalent de diode ap – i – n a été présenté et le bruit de préamplification a été étudié.

Dementyev et al.14, dans leurs travaux, ont largement étudié l'électronique de lecture des détecteurs p-i-n. Dans leurs travaux, les auteurs ont apporté des preuves précieuses sur les avantages et les inconvénients des diodes p-i-n en tant que détecteurs de rayons X. Comme avantage des détecteurs p-i-n, ils mettent l'accent sur les caractéristiques suivantes : résistance au champ magnétique ; format compact; faible tension de fonctionnement ; stabilité inhérente et longue durée de vie. Comme inconvénients des détecteurs p-i-n, les auteurs ont mentionné les caractéristiques suivantes : les résolutions d'énergie de domaine des détecteurs p-i-n sont à faibles énergies, ils nécessitent donc un système de préamplificateur à gain élevé, une résolution temporelle relativement faible et des problèmes liés à l'acceptation de valeurs élevées. taux de comptage. Un certain nombre de ces problèmes ont été résolus par certains groupes d'auteurs, par exemple Muminov et al.15,16 ont proposé une technologie unique pour la fabrication de détecteurs Si(Li) p-i-n de grande taille à l'aide de capteurs double face. diffusion et dérive des ions Li dans le silicium monocristallin. En appliquant cette technologie, les auteurs ont pu obtenir des détecteurs Si(Li) p-i-n de grande taille, où ils ont pu augmenter le taux de comptage du détecteur en raison de sa taille et ont augmenté son efficacité en raison de la distribution uniforme des ions Li dans le i. - région. La technologie la plus utilisée pour augmenter le taux de comptage et la résolution des détecteurs consiste à utiliser diverses technologies de refroidissement17,18 pendant le fonctionnement du détecteur. Afin d'obtenir un taux de comptage à grande vitesse, Gontard et al.19 ont conçu un circuit à large bande passante au détriment du bruit électronique et ont utilisé un prototype de circuit électronique connecté à un détecteur, visant à détecter des événements électroniques uniques de 200 keV.