مجلۀ پژوهش فیزیک ایران

تحلیل تجربی بازدهی جمع‌آوری بار در آشکارسازهای نیمه‌هادی با روش بار القایی یون‌های‌ با انرژی MeV

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

زینب سادات ایمانی 1
امید رضا کاکویی 2
امیر عباس صبوری دودران 1

1 گروه فیزیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 پژوهشکدۀ فیزیک و شتابگرها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران، ایران

https://doi.org/10.47176/ijpr.25.2.22020
چکیده
روش تحلیل بار القایی باریکۀ یونی (IBIC) یکی از راهکار‌های مؤثر برای بررسی بازدهی جمع‌آوری بار CCE در مواد نیمه‌هادی است. این روش همچنین کاربرد گسترده‌ای در تحلیل اثرات تابش یونیزان بر عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی و ارزیابی پاسخ آشکارسازهای ذرات باردار در شرایط پرتودهی دارد. در این کار پژوهشی، از چشمۀ آلفای  و آشکارساز ذرات باردار سیلیسیومی کاشت شده با یون در محفظۀ خلاء استفاده شده است. با تغییر ولتاژ تغذیۀ آشکارساز و در واقع عمق لایۀ تهی آن و اندازه‌گیری طیف آلفا، بازدهی جمع‌آوری بار تعیین شد. همچنین شبیه‌سازی‌هایی برای تخمین CCE انجام شد. نتایج شبیه‌سازی‌ها تطابق خوبی با داده‌های تجربی نشان دادند و روند تغییرات CCE نسبت به ولتاژ تغذیه با دقت قابل قبولی بازسازی شد. این پژوهش با ارائۀ تحلیل تجربی و شبیه‌سازی‌شده عملکرد آشکارسازهای ذرات باردار از طریق روش IBIC، می‌تواند به درک بهتر رفتار این آشکارسازها در شرایط پرتودهی و کاربردهای مختلف علمی و فناوری کمک کند.

کلیدواژه‌ها

بار القایی باریکۀ یونی (IBIC)
بازدهی جمع آوری بار (CCE)
آشکارسازهای نیمه‌هادی
باریکۀ یونی MeV
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental analysis of charge collection efficiency in semiconductor detectors using the MeV ions induced charge method

نویسندگان English

Zeinab Sadat Imani 1
Omidreza Kakuee 2
Amirabbas Sabouri Dodaran 1
1 Department of Physics, Payam Noor University, PO Box 19395-3697, Tehran, Iran
2 Nuclear Science and Technology Research Institute,, Tehran, Iran
چکیده English

The Ion Beam Induced Charge (IBIC) analysis method is a powerful technique for investigating the charge collection efficiency (CCE) in semiconductor materials. It is also widely employed to study the effects of ionizing radiation on the performance of electronic devices and to evaluate the response of charged-particle detectors under irradiation conditions. In this work, an 241Am alpha source and an ion-implanted silicon charged-particle detector were used in a vacuum chamber. By varying the detector bias voltage—thereby altering the depletion layer depth—and measuring the alpha spectra, the CCE was determined. In addition, numerical simulations were performed to estimate the CCE. The simulation results showed good agreement with the experimental data and accurately reproduced the dependence of CCE on bias voltage. By providing both experimental and simulation-based analyses of charged-particle detector performance using the IBIC method, this study contributes to a deeper understanding of detector behavior under irradiation and supports various scientific, and technological applications.

کلیدواژه‌ها English

Ion Beam Induced Charge (IBIC)
Charge Collection Efficiency (CCE)
Semiconductor detectors
MeV ion beams
  1. E Vittone et al., Instr. Meth. Phys. Res.B 449 (2019) 6.
  2. M B H Breese et al., Instr. Meth. Phys. Res.B 264 (2007) 345.
  3. A G Osuna, “Study and characterisation of semiconductor radiation detectors using the IBIC technique”, University of Seville (2022).
  4. “https://indico.cern.ch/event/1214410/contributions/5325462/attachments/2616212/ 4522141/ IBIC for DRD3 Jaksic.pdf.” (accessed Aug. 04, 2025).
  5. https://aida2020.web.cern.ch/aida2020/node/275.html (accessed Aug. 04, 2025).
  6. M R Ramos et al., Materials (Basel) 15 (2022) 388.
  7. M Jakšić et al., Phys. 10 (2022) 877577.
  8. J Forneris et al., Instr. Meth. Phys. Res.B 306 (2013) 169.
  9. E Vittone, Instr. Meth. Phys. Res.B 219 (2004) 1043.
  10. E Vittone, Sch. Res. Not., vol. 2013, 1, (2013) 637608.
  11. E Vittone et al., Instr. Meth. Phys. Res.B 266 (2008) 1312.
  12. E Vittone et al., Instr. Meth. Phys. Res.B 161 (2000) 446.
  13. M Ciappa, et al., Reliab. 88 (2018) 476.
  14. P Rossi et al., Instr. Meth. Phys. Res.B 249 (2006) 242.
  15. J Gómez-Camacho et al., Phys. J. Plus 136 (2021) 273.
  16. T L Tang, Instr. Meth. Phys. Res.A 1034 (2022) 166623.
  17. CAEN, DT5730 – 8 Channel 14-bit 500 MS/s Digitizer, https://www.caen.it/products/dt5730/ (accessed Aug. 04, 2025).
  18. CAEN, MC2 Analyzer – Pulse Processing Software, https://www.caen.it/products/mc2analyzer/ (accessed Aug. 04, 2025).
  19. S Inc., Silvaco – TCAD Software Tools, https://silvaco.com (accessed Aug. 04, 2025).
  20. آموزش شبیه‌سازی ادوات نیمه‌هادی با سیلواکو, https://faradars.org/courses/fvee95111-silvaco-for-simulate-semiconductor-device (accessed Aug. 04, 2025).
  21. J F Ziegler, SRIM – The Stopping and Range of Ions in Matter, www.srim.org (accessed Aug. 04, 2025).
  22. G Vizkelethy, Instr. Meth. Phys. Res.B 269 (2011) 2330.
  23. https://indico.ictp.it/event/a11182/session/12/contribution/7/material/0/0.pdf (accessed Aug. 04, 2025).
  24. J Forneris, “Theory and applications of the Ion Beam Induced Charge (IBIC) technique”, University of Turin Schooll (2013).
  25. J Garcia Lopez et al., IAEA Tech. Rep. Ser. 490 (2023) 1.
  26. E Vittone et al., Instr. Meth. Phys. Res.B 158 (1999) 476.
  27. N Barbero et al., Instr. Meth. Phys. Res.B 348 (2015) 260.
  28. M McPherson et al., Sci. Technol. 12 (1997) 1187.
  29. http://www.solid.unito.it/RICERCA/IBA/IST.html (accessed Aug. 04, 2025).
  30. S M SZE, “Semiconductor Devices Physics and Technology” (1985).
  31. ORTEC, Introduction to Charged-Particle Detectors, https://www.ortec-online.com/-/media/ametekortec/other/introduction-charged-particle-detectors.pdf (accessed Aug. 04, 2025).
  32. A V Shchagin et al., Instr. Meth. Phys. Res.B 387 (2016) 29.
  33. J Kemmer, Instr. Meth. Phys. Res.A 226 (1984) 89.
  34. H S Kim et al., Korean Phys. Soc. 52 (2008) 1754.

XML
اصل مقاله 1.01 M
فایل‌های تکمیلی/اضافی
17-Kakoyi- ABS EA.pdf

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما

تحت نظارت وف بومی