Cтраница 4
Ионизирующая частица, или рентгеновский квант, передает энергию связанным электронам, переводя их в зону проводимости, где они под действием внешнего электрического поля движутся к положительному электроду. Ток, получаемый в полупроводниковых счетчиках, значительно больше тока ионизационной камеры. К достоинствам кристаллических счетчиков следует также отнести малую продолжительность импульса ( менее 1 икс) и простоту конструкции. В то же время поляризуемость кристалла и необходимость в предварительной специальной термической обработке его ограничивают применение кристаллических счетчиков. [46]
В кристаллическом счетчике ( работа которого здесь не разбирается) при действии радиоактивных частиц или - квантов образуются свободные вторичные электроны. При присоединении электродов к кристаллу и приложении напряжения облако вторичных электронов начинает двигаться в направлении положительного электрода, при этом отдельные электроны начнут улавливаться ловушками, изменяя общую проводимость кристалла. Смещение зарядов в кристалле приводит к появлению импульсов во внешней цепи, которые могут быть усилены и зарегистрированы. В качестве кристаллических счетчиков могут использоваться кристаллы, являющиеся хорошими изоляторами; при комнатной температуре - алмаз, сернистый цинк, сернистый кадмий, сера, в то время как галогениды серебра и таллия, обладающие при комнатной температуре высокой темновой проводимостью, должны охлаждаться до низких температур. [47]
Однако существующие данные не позволяют исключить возможность образования пар электрон - положительная дырка. Опыты, на которых основывалось предыдущее рассуждение, проводились при низких температурах ( - 183), но при более высоких температурах экситоны могут в результате взаимодействия с фононами диссоциировать на пары электрон - положительная дырка. Такие пары должны также возникать, возможно, одновременно с экситонами при прохождении быстрых частиц через кристаллы галогенидов серебра. Их возникновением объясняются импульсы тока в кристаллических счетчиках [66, 67], а также следы на ядерных фотопластинках. [48]
Ранее уже отмечалось, что бомбардировка полупроводника а-частицами, ионами, электронами, протонами или какими-нибудь иными частицами вызывает в нем появление носителей тока. Это явление используется для счета частиц в экспериментальной ядерной физике, где в различных экспериментах часто возникает необходимость точно учесть число частиц, вылетающих из какого-нибудь исследуемого объекта. Для этого используются разные приборы, например счетчики Гейгера. В последние годы стали применяться и полупроводниковые или кристаллические счетчики. [49]
При измерении активности радиоактивных изотопов необходимо с большим вниманием относиться к выбору химической и физической форм исследуемых образцов. Одним из определяющих факторов является характер излучения данного изотопа; возможности существующей счетной аппаратуры имеют не меньшее значение. Образцы для счета ос-излучателей обычно представляют собой тонкие слои, нанесенные на подложки методами электроосаждения или дистилляции. С целью измерения активности эти образцы помещают внутрь пропорционального счетчика или ионизационной камеры либо располагают вблизи кристаллического счетчика. Оже), можно определить с большой эффективностью путем превращения исследуемых образцов в газообразные вещества, которые могут быть использованы в качестве компонентов рабочей смеси счетчиков. [50]
Принцип действия ионизационной камеры не исчерпывается газонаполненными камерами. Использование для этой цели более плотных ионизируемых сред дает очевидные преимущества: не прибегая к неоправданно большим объемам, ионы с большой энергией можно полностью остановить в пределах камеры; при этом получаются вполне регистрируемые импульсы при прохождении отдельных электронов или у-квантов, несмотря на их низкую удельную ионизацию. Были испытаны ионизационные камеры, наполненные жидким аргоном, однако более перспективными инструментами стали так называемые кристаллические счетчики, являющиеся, по существу, ионизационными камерами с твердыми диэлектриками между. Ионизирующее излучение перебрасывает электроны в полосу проводимости - процесс, аналогичный ионизации атома или молекулы - и эти электроны затем движутся с достаточно высокими под-вижностями к положительному электроду. Положительные заряды ( электронные дырки) движутся в противоположном направлении, но не за счет движения ионов по объему кристалла, а в результате последовательных обменов электронами между соседними положениями в решетке. Кристаллы алмаза и сульфида кадмия успешно применялись для этих целей при комнатной температуре. Другие кристаллы, такие, как галогениды серебра и таллия, являющиеся ионными проводниками при комнатной температуре, могут использоваться при низких температурах. Средняя энергия, необходимая для перевода электрона в полосу проводимости, составляет для таких твердых диэлектриков, как правило, около 10 эв, что меньше, чем средняя энергия ( - 30 эв), расходуемая на образование пары ионов в газе. [51]
Поэтому проводимость алмаза обусловлена примесями, содержащимися в природных образцах. Как полупроводники алмазы применяются в качестве кристаллических счетчиков f - квантов и ионизирующих частиц. [52]
Приемники излучения выбираются, исходя из условий их работы в соответствии с их спектральной характеристикой, постоянной времени и чувствительностью. Спектральная характеристика определяется природой эффекта преобразования световой энергии в электрическую или спектральной характеристикой прозрачности защитных окон приемников. Тепловые приемники [ термопары, болометры, оптико-акустические приемники ( ОАП) и др. ] в принципе неселективны, достаточно чувствительны, но имеют сравнительно большую постоянную времени. Приемники, основанные на внешнем или внутреннем фотоэффекте, селективны. Для УФ-диапазона применяются термопары, фотоэлементы и фотоумножители, газовые и кристаллические счетчики: для видимого диапазона - некоторые типы тепловых приемников, но чаще высокочувствительные фотосопротивления, фотоэлементы и фотоумножители; в ИК-диапазоне - вакуумные термоэлементы, болометры, термисторы, ОАП. [53]
Выше уже указывалось, что для создания стабильных эффектов, связанных со смещением атомов из узлов решетки германия, необходимо затратить работу 25 эв на атом. Подсчет показывает, что электрон может сообщить атому такую энергию при упругом столкновении только в том случае, если его первоначальная энергия превышает 0.55 мэв. Опыты по облучению германия электронами средних энергий ( 0.55 мэв) подтвердили это заключение и показали, что электропроводность во время облучения возрастает и восстанавливает свое прежнее значение спустя - - 10 - 3 сек. На явлении временного изменения электропроводности при облучении основано устройство кристаллических счетчиков электронов и а-частиц алмаз, CdS-ZnS), удобных в работе и дающих большое усиление ( до 1000), но и имеющих пока ряд серьезных недостатков. [54]
Из полупроводника с нужными параметрами изготовляется небольшая по размерам пластинка. На ее поверхность наносятся металлические электроды, с помощью которых она включается в усилительную радиотехническую схему. На свободную поверхность пластинки направляется поток частиц, число которых нужно сосчитать. Проникающие в толщу полупроводника частицы вызывают в нем появление свободных носителей электричества - электронов и дырок, что практически моментально скажется в усилении электрического тока, текущего через полупроводниковую пластинку и соответствующие приборы. Последние обычно градуируются прямо в числах частиц, попадающих в кристаллический счетчик. [55]
Ионизирующая частица, или рентгеновский квант, передает энергию связанным электронам, переводя их в зону проводимости, где они под действием внешнего электрического поля движутся к положительному электроду. Ток, получаемый в полупроводниковых счетчиках, значительно больше тока ионизационной камеры. К достоинствам кристаллических счетчиков следует также отнести малую продолжительность импульса ( менее 1 икс) и простоту конструкции. В то же время поляризуемость кристалла и необходимость в предварительной специальной термической обработке его ограничивают применение кристаллических счетчиков. [56]
Термин диэлектрик в данной главе используется для обозначения материала, отличного от металла; диэлектрик - это не одно и то же, что изоляционный материал. При общем изложении вопроса невозможно провести резкую границу между изоляторами и полупроводниками, и выбор материалов, обсуждаемых выше, является в известной мере условным. Однако для того чтобы не повторять приводимых о материалах сведений в других разделах настоящего сборника, обзор специальных материалов будет ограничен полупроводниками с большой запретной зоной более 2 эв. Рассматриваемые ниже материалы представляют интерес не только как изоляторы, но и как фотопроводники, люминесцентные материалы, кристаллические счетчики и др. Их можно иногда применять отнюдь не в электротехнических устройствах. Они, например, могут быть использованы в качестве конструкционных материалов при высоких температурах - в атомных реакторах, в насадках ракет, в огнеупорных и абразивных изделиях. [57]