Analisi sperimentale delle proprietà spettroscopiche di dispositivi a semiconduttore composto.

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

Negli ultimi anni il tellururo di cadmio (CdTe) ed il tellururo di cadmio zincato (CZT) si sono imposti tra i migliori prodotti per la realizzazione di rivelatori con una buona predisposizione nella rivelazione della radiazione X e gamma anche a temperatura ambiente. Questo è essenzialmente legato alle loro particolari proprietà fisiche: il numero atomico piuttosto elevato per entrambi i materiali (Zmax=52) garantisce una buona efficienza di rivelazione, mentre l’elevata band gap (1.50 eV per il CdTe e 1.57 eV per il CZT) assieme all’elevato valore di resistività che oscilla tra 10^9-10^11 Ohmxcm assicurano una eccellente risoluzione energetica anche a temperatura ambiente.
La mancanza di uniformità e le mediocri proprietà di trasporto dei portatori di carica di questi materiali rappresentano i principali inconvenienti; in particolare, l’intrappolamento più pronunciato per le buche (hole-trapping) si traduce in una raccolta non completa della carica con conseguenti distorsioni negli spettri (hole-tailing).
Recentemente, i notevoli miglioramenti nei processi di crescita e la realizzazione di particolari configurazioni geometriche degli elettrodi, hanno permesso ai rivelatori a CdTe e CZT di raggiungere notevoli prestazioni spettroscopiche nella rivelazione di raggi X.
E’ stato anche evidenziato che particolari configurazioni geometriche (pixel), nate per migliorare le performance spaziali, migliorano altresì le performance spettroscopiche grazie allo small pixel effect. La configurazione a pixel infatti rende il rivelatore praticamente unipolare, cioè sensibile ad un solo tipo di portatori di carica, nel nostro caso gli elettroni. L’insensibilità alle buche riduce l’influenza dell’hole-trapping sulla risposta del rivelatore, migliorandone la risoluzione energetica.
Questo tipo di rivelatori trova applicazioni sempre più vaste in vari ambiti che vanno dalla Fisica Medica all'Astrofisica. In particolare l’impiego di rivelatori CdTe e CZT trova una naturale applicazione nella realizzazione di sistemi portatili di rivelazione per la caratterizzazione di apparecchiature mammografiche (1-40 keV) e nella realizzazione di rivelatori da piano focale di telescopi X (20-70 keV).

Layman's description

Obiettivi
La misura dell’energia della radiazione X e gamma richiede sistemi di rivelazione caratterizzati da una buona efficienza di rivelazione e da una buona risoluzione energetica. Rivelatori a gas, scintillatori a stato solido e rivelatori a semiconduttore sono i sistemi più comunemente usati in spettroscopia X e gamma. Tra questi sistemi di rivelazione, i rivelatori a semiconduttore hanno mostrato migliori prestazioni spettroscopiche; la densità piuttosto elevata, se confrontata con quella di un gas, si traduce in una migliore efficienza di rivelazione ed in una maggiore compattezza dei rivelatori; la piccola energia media di ionizzazione comporta, inoltre, un migliore rapporto segnale-rumore ed una migliore risoluzione energetica rispetto agli scintillatori a stato solido.
Obiettivo principale del programma di ricerca sarà quello di analizzare sperimentalmente le proprietà spettroscopiche di rivelatori a semiconduttore composto.
Diverse strategie vengono utilizzate per ridurre gli effetti del trapping delle lacune nei semiconduttori composti.
Un metodo efficace ed esente da effetti indesiderati riguarda la realizzazione di rivelatori sensibili ai soli elettroni (rivelatori unipolari). Questa tecnica, perseguita da quasi tutti i gruppi di ricerca del settore, viene applicata a rivelatori CdTe e CZT in diverse modalità, sia attraverso tecniche elettroniche che mediante l’uso di particolari geometrie degli elettrodi dei rivelatori. Uno degli obiettivi del progetto di ricerca sarà quello di associare a rivelatori CdTe e CZT una struttura degli elettrodi opportuna al fine di minimizzare le distorsioni dovute alla raccolta non completa della carica.

Nel programma di ricerca saranno inoltre valutate le possibili applicazioni in campo medico ed in astrofisica di questo tipo di rivelatori; infatti il range di energia dei Raggi X a cui si pone attenzione (1-100 KeV) è importante per varie applicazioni sia nel campo medico (diagnostica per immagini, caratterizzazione di fasci diagnostici e terapeutici) che nel campo astrofisico (rivelatori da piano focale di telescopi per raggi X).



Metodologie
Il progetto prevede la misura e la qualificazione delle proprietà elettriche e spettroscopiche di alcuni rivelatori a semiconduttore di nuova generazione utilizzabili per la rivelazione di Raggi X nel range fra 1-100 KeV. L’attività si svolgerà presso il Dipartimento di Fisica e Tecnologie Relative (DIFTER) dell’Università di Palermo in stretta collaborazione con ricercatori del Dipartimento di Fisica di Bari e dell'IASF-INAF di Palermo.
Si indagheranno le abilità spettroscopiche e di rivelazione, valutandone limiti e pregi, di rivelatori basati su CdTe ed CZT.
Alcuni rivelatori basati su questi materiali verranno analizzati, caratterizzandoli sia elettricamente che spettroscopicamente. Le misure di caratterizzazione elettriche verranno essenzialmente effettuate presso i laboratori in “Camera Pulita” del DIFTER mentre la caratterizzazione spettroscopica si avvarrà, tra l’altro, del laboratorio LAX del DIFTER.
A tal proposito verranno misurate le performance spettroscopiche di dispositivi con diverse geometrie degli elettrodi. Alcune misure riguarderanno rivelatori planari, cioè con elettrodi piani non strutturati mentre altre misure saranno effettuate su rivelatori con diverse geometrie dell’anodo (pixel).
La caratterizzazione elettrica sarà effettuata studiando per esempio la corrente di leakage e la capacità su i vari elettrodi in funzione del voltaggio applicato. Saranno investigate diverse configurazioni elettriche degli elettrodi ( pixel attivo, guard ring, pixel floating) che possano eventualmente esaltare lo small pixel effect.
Per quanto riguarda la caratterizzazione spettroscopica sarà misurata la risposta dei rivelatori a sorgenti monocromatiche di diverse energie, sia a basso che ad alto rate. Le performance spettroscopiche saranno valutate essenzialmente in t
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/07 → …

Fingerprint

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