Détecteurs de PIPS® (Silicium planaire implanté passivé)
Mirion propose deux types de détecteurs de particule chargée en silicium pour couvrir une large gamme d'applications. Le premier type est le détecteur PIPS (Silicium planaire implanté passivé), qui utilise une barrière implandée formant une jonction précise, fine et abrupte pour une bonne résolution de particule chargée Le deuxième type est le détecteur silicium dérivé au lithium pour répondre au besoin d'une meilleure efficacité en matière de détection de particules chargées à haute énergie. Dans les deux cas, les détecteurs ont une structure P-I-N dans laquelle une région de déplétion est formée en appliquant une polarisation inverse. Le champ d'électricité résultant collecte les paires électron-trou produites par une particule chargée incidente. La résistivité du silicium doit être suffisamment élevée pour permettre une région de déplétion suffisamment grande à des tensions de polarisation modérées.
À la jonction de contact de la barrière implantée, il y a répulsion des porteurs majoritaires (électrons de type n et trous de type p), de sorte qu'une région appauvrie existe. Une polarisation inverse appliquée élargit cette région appauvrie, qui est le volume sensible du détecteur, et peut être étendue à la limite de la tension de claquage. Les détecteurs PIPS sont généralement disponibles avec des profondeurs de déplétion de 100 à 1000 µm.
Ces détecteurs peuvent être utilisés avec le préamplificateur modèle 2003BT. Ils sont également compatibles avec les spectromètres Alpha Analyst™ ou le modèle 7401 pour des tailles allant jusqu'à 1200 mm².
Les spécifications du détecteur comprennent la profondeur d'appauvrissement, la surface et la résolution des particules alpha ou bêta. La résolution dépend en grande partie de la taille du détecteur qui convient le mieux aux détecteurs de petite zone. Les résolutions alpha sont généralement de 12 à 35 keV et les résolutions bêtas de 6 à 30 keV. Des zones standard allant de 25 à 5 000 mm 2 sont disponibles, mais des détecteurs plus grands sont disponibles dans diverses géométries pour des applications spécifiques. De plus, les détecteurs PIPS sont disponibles entièrement épuisés, ce qui permet de calculer la perte d'énergie dE/dx en empilant les détecteurs sur l'axe. Les détecteurs de cette application sont fournis avec support de transmission (c'est-à-dire avec le contenant de polarisation sur le côté du détecteur).
Avec des épaisseurs standard comprises entre 2 à 5 mm et sur demande jusqu'à 10 mm, ces détecteurs dits Si (Li) ont une meilleure puissance de freinage que les détecteurs PIPS, répondant au besoin d'une meilleure efficacité de la détection pour les particules chargées de haute énergie. Les détecteurs Si (Li) sont disponibles dans une géométrie circulaire comprise entre 200 et 500 mm 2 et dans des formes rectangulaires, avec une résolution commençant à 30 keV en fonction de la taille. Ces détecteurs sont également disponibles avec support de transmission.
Au cas cas où une localisation de particule chargée est nécessaire, Mirion peut proposer des Si (Li) segmentés (voir les informations pour les détecteurs de type LTS Si (Li)). Les détecteurs Si (Li) à température ambiante ont un grand courant de fuite. Pour polariser les détecteurs Si (Li), la chute de tension dans les circuits de polarisation doit être minimisée. Dans ce cadre, les résistances à l'intérieur du filtre HT ou au niveau du réseau de couplage CA doivent être maintenues à une valeur de 10 Mohms. Les préamplificateurs de type 2003BT ou 2004 sont recommandés par Mirion ; cependant, afin d'éviter une chute de tension excessive pour les détecteurs Si (Li), les résistances du filtre HV et du réseau de couplage AC doivent être abaissées de 100 Mohms à 10 Mohms.
Détecteurs au silicium à dérive de lithium
Comparaison des PIPS aux détecteurs au silicium à dérive de lithium
Détecteurs de particule chargée en silicium
Le tableau 1 présente un graphique des énergies de diverses particules mesurées à plusieurs profondeurs de déplétion. Notez que même le détecteur le plus mince est adéquat pour les particules alpha provenant de sources radioactives, mais que seuls les électrons de très faible énergie sont entièrement absorbés. Cependant, pour un détecteur visualisant une source de lignes d'électrons, telles que les lignes d'électrons de conversion, des pics nets seront observés, car certaines longueurs de trajet électronique seront entièrement dans la région appauvrie. La figure 1 montre les gammes de particules se produisant généralement dans les réactions nucléaires.
Figure 1 - Courbes gamme-énergie dans le silicium
Un préamplificateur sensible à la charge est utilisé pour préparer le signal, car la charge recueillie par l'ionisation des particules est si faible qu'il est impossible d'utiliser les impulsions résultantes sans amplification intermédiaire.
La figure 2 illustre l'électronique utilisée dans une application de spectrométrie alpha à entrée unique. Notez que l'échantillon et le détecteur sont situés à l'intérieur d'une chambre à vide, de sorte que la perte d'énergie dans l'air n'est pas impliquée.
Figure 2 - Chaîne électronique utilisée dans la spectrométrie alpha
La gamme d'énergie des différents détecteurs de particule chargée au silicium est présentée à la figure 3, la figure 4 et la figure 5 pour les mesures d'énergie. La gamme d'énergie s'élargira avec les supports de transmission (série FD pour PIPS et série LTC/LTR pour Si (Li)) car les détecteurs peuvent être empilés et utilisés pour l'identification des particules, les télescopes de détecteurs et d'autres mesures dE/dx.
Figure 3 - Gamme d'énergie des différents modèles de détecteur pour une collection de charge complète des électrons
Figure 4 - Gamme d'énergie des différents modèles de détecteur pour une collection de charge complète de protons
Figure 5 - Gamme d'énergie des différents modèles de détecteur pour une collection de charge complète des alphas
Les effets de canalisation, où les ions énergétiques entrent dans le détecteur à certains angles, provoquent la canalisation des ions entre les plans du cristal. Cet effet peut entraîner une variation significative des gammes présentées.
Figure 6 - Gamme d'énergie pour les électrons dans le silicium
Figure 7 - Gamme d'énergie pour les protons dans le silicium
Figure 8 - Gamme d'énergie pour la gamme d'énergie alpha dans le silicium
Figure 9 - Perte d'énergie des électrons dans le silicium
Figure 10 - Perte d'énergie des protons dans le silicium
Figure 11 - Perte d'énergie alpha dans le silicium
Figure 12 - Perte d'énergie des différentes particules chargées dans le silicium
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