Обнаружение высокоэнергетических частиц с холода

Теперь исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж в Теннесси считают, что у них есть хороший материал для кандидатов. Ученые впервые изучили собственные дефекты и диэлектрические свойства нового полупроводникового соединения, называемого йодидом сульфида таллия (Tl6SI4).

Используя метод компьютерного моделирования, называемый расчетами функционала плотности, исследователи продемонстрировали потенциал материала для создания высокопроизводительных и недорогих полупроводниковых детекторов излучения при комнатной температуре. В статье, опубликованной на этой неделе в журнале прикладной физики AIP Publishing, исследователи сообщают о своих расчетах и ​​выводах.

«Йодид сульфида таллия — многообещающий материал для обнаружения радиации при комнатной температуре», — сказал Мао-Хуа Ду, главный исследователь из Окриджской национальной лаборатории. «Детальное понимание фундаментальных свойств переноса заряда материала необходимо для разработки детекторов».Собственные дефекты, тип структурного дефекта, при котором регулярная структура атомов естественным образом изменяется во время роста кристалла, играют важную роль в захвате носителей заряда и рекомбинации в полупроводниках.

Дефекты влияют на перенос заряда в материале и, в конечном итоге, на эффективность обнаружения излучения устройством. «На основе теоретического исследования мы определили наиболее вредные дефекты, которые препятствуют переносу электронов в иодиде сульфида таллия, и предложили методы, которые могут быть реализованы при выращивании кристаллов для подавления образования нежелательных дефектов», — сказал Ду.Исследования Ду заложили теоретическую основу для разработки детекторов излучения на основе сульфида иодида таллия, открыв двери для нового поколения полупроводниковых детекторов излучения для комнатной температуры.Пределы обычных детекторов излучения

Полупроводниковые детекторы излучения — это устройства, которые измеряют ионизирующее излучение путем сбора генерируемых излучением носителей заряда в полупроводнике между электродами под напряжением смещения. Обычные полупроводниковые детекторы, такие как германий и кремний, требуют низких температур для работы, что ограничивает их применение за пределами лабораторий. Например, германиевые детекторы необходимо охладить до температуры жидкого азота (около 77 Кельвинов или -196 градусов Цельсия) для получения спектроскопических данных.

В последние годы ученые ищут новые материалы для детекторов излучения при комнатной температуре. Полупроводниковый материал, называемый теллуридом кадмия-цинка (CdZnTe), оказался лучшим кандидатом на сегодняшний день, но он страдает трудностью выращивания высококачественных монокристаллов большого размера, что затрудняет и увеличивает стоимость его включения в коммерческие детекторы.

По словам Ду, исследователи все еще ищут материал с улучшенными характеристиками и более низкой стоимостью, который подходит для коммерческого производства.Йодид сульфида таллия: многообещающий кандидатСогласно Ду, хороший кандидат в полупроводник должен быть плотным материалом и содержать тяжелые химические элементы, чтобы он мог эффективно задерживать и поглощать высокоэнергетическое излучение.

Кроме того, чтобы правильно работать при комнатной температуре, материал должен иметь достаточно большую запрещенную зону (разность энергий между верхом валентной зоны и нижней частью зоны проводимости в полупроводниках) и высокое удельное сопротивление для подавления термически генерируемых носителей заряда. для точного обнаружения носителей, генерируемых излучением. Более того, материалы детектора должны иметь отличную эффективность транспортировки носителей, чтобы генерируемые излучением заряды эффективно диффундировали через кристалл и достигли электродов.Введите йодид сульфида таллия.

Ду сказал, что йодид сульфида таллия — это развивающееся полупроводниковое соединение, которое в последние годы привлекло внимание при обнаружении радиации при комнатной температуре. Предыдущие экспериментальные исследования показали хорошие свойства материала для переноса носителей, что указывает на большой потенциал для будущего развития.

По сравнению с теллуридом кадмия и цинка йодид сульфида таллия имеет более высокую плотность, более тяжелые химические элементы и гораздо более низкую температуру роста, что означает, что йодид сульфида таллия более эффективен для поглощения излучения и может использоваться для создания более тонкого и недорогого детектора излучения.Ду сказал, что хороший материал для обнаружения радиации должен обладать эффективной способностью переносить заряд.

Собственные дефекты, естественные дефекты структуры полупроводника, могут взаимодействовать с носителями заряда, вызывая захват и рассеяние носителей, тем самым нарушая процесс переноса носителей. Следовательно, изучение собственных дефектов и их влияния на перенос заряда в материале имеет важное значение для улучшения характеристик детектора излучения.В своем исследовании Ду и его коллега Хунлян Ши, другой исследователь из Окриджской национальной лаборатории, использовали метод теоретического моделирования, называемый расчетом функционала плотности, для изучения собственных дефектов, комплексов дефектов и диэлектрических свойств йодида сульфида таллия.

Они обнаружили, что большинство собственных дефектов материала не являются «глубокими дефектами», что означает, что они не вызовут серьезного захвата носителей. Исследователи предложили методы устранения наиболее серьезных дефектов. Расчет также показал, что иодид сульфида таллия имеет высокую статическую диэлектрическую проницаемость, что может уменьшить кулоновское взаимодействие между заряженными дефектами и носителями заряда, тем самым уменьшая рассеяние и захват носителей.

«Дефектные и диэлектрические свойства в сочетании с другими хорошими свойствами, такими как большая запрещенная зона, высокая плотность, низкая температура плавления и т. Д., Позволяют предположить, что йодид сульфида таллия является хорошим кандидатом для изготовления детекторов излучения комнатной температуры нового поколения с улучшенными характеристиками и более низкая стоимость, чем у предыдущих детекторов », — сказал Ду.Следующим шагом исследователей будет изучение примесей, примесно-дефектных комплексов и их влияния на транспорт носителей в иодиде сульфида таллия.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.