1
ФИЗИКА-ТЕХНИКА ИНСТИТУТИ, ИОН-ПЛАЗМА ВА ЛАЗЕР
ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ИНСТИТУТИ, САМАРҚАНД ДАВЛАТ
УНИВЕРСИТЕТИ ҲУЗУРИДАГИ ИЛМИЙ ДАРАЖАЛАР БЕРУВЧИ
DSc.27.06.2017.FM/T.34.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ
ФИЗИКА-ТЕХНИКА ИНСТИТУТИ
ТОШМУРОДОВ ЁРҚИН ҚАХРАМОНОВИЧ
КРЕМНИЙ АСОСИДА КАТТА ЎЛЧАМЛИ ИОНЛОВЧИ
НУРЛАНИШЛИ ЯРИМЎТКАЗГИЧЛИ КООРДИНАТ-СЕЗУВЧАНЛИ
ДЕТЕКТОРЛАР ИШЛАБ ЧИҚИШ ВА ТАЙЁРЛАШ
01.04.10 – Яримўтказгичлар физикаси
ТЕХНИКА ФАНЛАРИ БЎЙИЧА ФАЛСАФА ДОКТОРИ (PhD)
ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
ТОШКЕНТ-2018
2
УДК 621.376.234
Техника фанлари бўйича фалсафа доктори (PhD)
диссертация автореферати мундарижаси
Оглавление автореферата диссетации
доктора философии (PhD) по техническим наукам
Contents of dissertation abstract of doctor of philosophy (PhD) on
technical sciences
Тошмуродов Ёрқин Қахрамонович
Кремний асосида катта ўлчамли ионловчи нурланишли
яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторлар ишлаб
чиқиш ва тайёрлаш...........................................................................................
3
Тошмуродов Ёркин Кахрамонович
Разработка и изготовление полупроводниковых координатно-
чувствительных детекторов ионизирующего излучения больших
размеров на основе кремния………................................................................
17
Toshmurodov Yorkin Kaxramonovich
Development and production of semiconductor coordinate-
sensitive detectors of ionizing radiation based on
silicon………………………………………………………………………….. 31
Эълон қилинган ишлар рўйхати
Список опубликованных работ
List of published works.......................................................................................
35
3
ФИЗИКА-ТЕХНИКА ИНСТИТУТИ, ИОН-ПЛАЗМА ВА ЛАЗЕР
ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ИНСТИТУТИ, САМАРҚАНД ДАВЛАТ
УНИВЕРСИТЕТИ ҲУЗУРИДАГИ ИЛМИЙ ДАРАЖАЛАР БЕРУВЧИ
DSc.27.06.2017.FM/T.34.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ
ФИЗИКА-ТЕХНИКА ИНСТИТУТИ
ТОШМУРОДОВ ЁРҚИН ҚАХРАМОНОВИЧ
КРЕМНИЙ АСОСИДА КАТТА ЎЛЧАМЛИ ИОНЛОВЧИ
НУРЛАНИШЛИ ЯРИМЎТКАЗГИЧЛИ КООРДИНАТ-СЕЗУВЧАНЛИ
ДЕТЕКТОРЛАР ИШЛАБ ЧИҚИШ ВА ТАЙЁРЛАШ
01.04.10 – Яримўтказгичлар физикаси
ТЕХНИКА ФАНЛАРИ БЎЙИЧА ФАЛСАФА ДОКТОРИ (PhD)
ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
ТОШКЕНТ-2018
4
Техника фанлари бўйича фалсафа доктори (PhD) диссертацияси мавзуси Ўзбекистон
Республикаси Вазирлар Махкамаси ҳузуридаги Олий аттестация коммиссиясида
B2017.1.PhD/T21 рақам билан рўйхатга олинган.
Диссертация ЎзР. ФА «Физика-Қуёш» ИИЧБ Физика-техника институтида бажарилган.
Диссертация автореферати уч тилда (ўзбек, рус, инглиз (резюме)). Илмий кенгаш веб-
сахифасида (fti-kengash.uz) ва «ZiyoNet» Ахборот-таълим порталида (www.ziyonet.uz)
жойлаштирилган.
Илмий маслаҳатчи:
Раджапов Сали Аширович
физика-математика фанлари доктори
Расмий оппонентлар
:
Абдуқодиров Муҳиддин Абдурашидович
техника фанлари доктори, профессор
Насриддинов Сайфилло Саидович
техника фанлари доктори, доцент
Етакчи ташкилот:
Фарғона политехника институти
Диссертация ҳимояси Физика-техника институти DSc.27.06.2017. FM/T.34.01 рақамли
Илмий кенгашнинг 2018 йил «____» ____________куни соат ____даги мажлисида бўлиб ўтади.
(Манзил: 100084, Тошкент шаҳри, Бодомзор йўли кўчаси, 2б-уй. Тел./факс: (99871) 235-42-91,
e-mail: info.fti@uzsci.net, Физика-техника институти мажлислар зали).
Докторлик диссертацияси билан Физика-техника институти Ахборот-ресурс марказида
танишиш мумкин ( __ рақам билан рўйхатга олинган). Манзил: 100084, Тошкент шаҳри, Бодомзор
йўли кўчаси, 2б-уй, Физика-техника институти. Тел./факс: (99871) 235-30-41.
Диссертация автореферати 2018 йил «____» ___________ куни тарқатилди.
(2018 йил «____» _____________ даги ____ рақамли реестр баённомаси)
С.Л. Лутпуллаев
Илмий даражалар берувчи бир марталик
илмий кенгаш раиси ф.-м.ф.д., профессор
А.В. Каримов
Илмий даражалар берувчи бир марталик
илмий кенгаш илмий котиби, ф.-м.ф.д.,
профессор
И.Г. Атабаев
Илмий даражалар берувчи бир марталик
илмий кенгаш қошидаги илмий семинар
раиси, ф.-м.ф.д., профессор
5
КИРИШ (фалсафа доктори (PhD) диссертацияси аннотацияси)
Диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурати.
Ҳозирги кунда
жаҳон амалиётида яримўтказгичлар физикаси сохасида истиқболли
йўналишлардан бири альфа- ва бета-заррачаларини, рентген ва гамма-
нурларининг энергиясини ўлчаш, нейтрон, протон ва бошқаларнинг ўзаро
таъсири жараёнларини аниқлаш учун хизмат қилувчи ядро детекторларини
янги турларини ишлаб чиқишга алоҳида эътибор қаратилмоқда. Бу борада
яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторларнинг функционал пара-
метрларини оптималлаштириш мақсадида уларда содир бўлаётган физик
жараёнларни ва функционал характеристикаларини шаклланиш жараён-
ларини аниқлаш мухим вазифалардан бири бўлиб ҳисобланади.
Республикамизда илм-фан сохасида устувор йўналишда, жумладан
рентген нурланишли яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторлар
ишлаб чиқиш, уларнинг параметрларини янги ёндошувлар орқали яхшилаш,
ядро реакторлари ва божхона хизматига мўлжалланган турларини ишлаб
чиқиш бўйича сезиларли натижалар олинди. Ўзбекистон Республикасини
янада ривожлантириш бўйича Ҳаракатлар стратегиясига кўра «принципиал
жиҳатдан янги маҳсулот ва технология турларини ўзлаштириш, шу асосда
ички ва ташқи бозорларда миллий товарларнинг рақобатбардошлигини
таъминлаш» мухим ҳисобланади. Бу жихатдан асбобсозлик, яримўтказгичли
детекторларни ишлаб чиқиш асосида миллий хафсизлик ҳамда радиациянинг
зарарли таъсирларидан ҳозирги ва келажак авлодни ҳимоялаш муаммо-
ларини ечиш мухим ахамиятга эга.
Ҳозирги кунда дунёда медицина диагностика тизимида қўллаш учун
катта ўлчамли яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторларга алоҳида
эътибор берилмоқда. Бу борада, мақсадли илмий тадқиқотларни жумладан,
қуйидаги йўналишлардаги илмий изланишларни амалга ошириш мухим
вазифалардан ҳисобланади: катта диаметрли (
>100÷120 мм) координат-
сезувчанли детекторлар функционал характеристикаларини кенгайтириш
имконларини аниқлаш; монокристал кремний асосида ионловчи нурланишли
яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторларининг технологик жара-
ёнларини мукаммаллаштириш усулларини ишлаб чиқиш; кремнийли p–i–n-
структур асосида катта ўлчамли координат-сезувчан детекторлар параметр-
ларини яхшилаш йўлларини аниқлаш, гетеротизим асосидаги яримўтказгич-
ли координат-сезувчанли детектор ишлаб чиқиш ва уларнинг спектрометрик
характеристикаларини оптималлаштириш.
Ўзбекистон Республикаси Президентининг 2017 йил 7 февралдаги
ПФ-4947-сонли «Ўзбекистон Республикасини янада ривожлантириш бўйича
Ҳаракатлар стратегияси тўғрисида» ги Фармонини, 2017 йил 13 февралдаги
ПҚ–2772 -сон «2017–2021 йилларда электротехника саноатини ривожланти-
ришнинг устувор йўналишлари тўғрисида» ги ва 2017 йил 17 февралдаги
ПҚ-2789-сон «Фанлар академияси фаолияти, илмий тадқиқот ишларини
ташкил этиш, бошқариш ва молиялаштиришни янада такомиллаштириш
чора-тадбирлари тўғрисидаги» ги Қарорлари ҳамда мазкур фаолиятга
6
тегишли бошқа меъёрий-ҳуқуқий ҳужжатларда белгиланган вазифаларни
амалга оширишга ушбу диссертация тадқиқоти муайян даражада хизмат
қилади.
Тадқиқотнинг республика фан ва технологиялар ривожланиши
устувор йўналишларига мослиги.
Мазкур тадқиқот иши Ўзбекистон
Республика фан ва технологиялар ривожланишининг II. «Энергетика, энерго-
ва ресурстежамкорлиги» устувор йўналишига мувофиқ бажарилган.
Муаммонинг ўрганилганлик даражаси.
В.Н. Мурашев, Ю.К. Акимов,
Д.С. Ильин,
Г. Вебер, Н.К. Гусев, Г.И. Айзенштан ва бошқа олимлар томони-
дан яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторлар ишлаб чиқишган ва
турли ўлчамли детекторлар ва технологик жараёнлар кўриб чиқилган.
Ҳозирги кунгача академик Р.А. Муминов мактаби томонидан ярим-
ўтказгичли детекторлар технологиясини ривожлантиришга маълум ҳисса
қўшилган: детекторларнинг мақсад ва вазифаларига оид ҳар хил технологик
аспектлар С.А.Раджапов, Д.Хасанов сингари олимлар томонидан ишлаб
чиқилган. Ўзбекистонлик олимлар томонидан катта ўлчамли ядровий
нурланишли яримўтказгичли детекторлар, шунингдек, aSi-Si(Li) гетеро-
структура ва Si(Li) p–i–n-структур асосида катта ўлчамли яримўтказгичли
детекторлар ишлаб чиқилган.
Аммо
яримўтказгичли
детекторларнинг
кўплаб
қўлланишига
қарамасдан, уларнинг параметрларини технологик жараёнлар орқали
яхшилаш муаммолари эътиборсиз қолаяпти. Шу билан бир қаторда катта
диаметрли (100÷120 мм) кристаллар асосида ионловчи нурланишли яримўт-
казгичли координат-сезувчанли детекторлар ишлаб чиқилмаган.
Диссертация мавзусининг диссертация бажарилаётган илмий-
тадқиқот муассасаси илмий-тадқиқот ишлари билан боғлиқлиги.
Дис-
сертация иши Физика-техника институти илмий-тадқиқот ишлари режа-
сининг А3-ФА-0-13221 «Тиббий-томографик тизимлар учун катта ҳажмдаги
кремний-литийли детекторлар ишлаб чиқиш ва тайёрлаш» (2012–2014 йй.)
ва ЁА-ФА-Ф004 «Катта диаметрли монокристалл кремний асосида икки
координатали-сезгир детекторни шакллантириш ва тайёрлаш технологиясини
ишлаб чиқиш» (2016–2017 йй.) лойиҳалари доирасида бажарилган.
Тадқиқотнинг мақсади
катта диаметрли кремний монокристаллари
асосида ионловчи нурланишли яримўтказгичли координат-сезувчанли детек-
торларни ишлаб чиқиш технологиясини ва уларнинг функционал харак-
теристикалари ҳусусиятларини аниқлашдан иборат.
Тадқиқотнинг вазифалари:
катта диаметр ва қалинликка (
>100÷120 мм, d≥1,5 мм) эга бўлган
бошланғич кремний пластинасининг ўзига хос физик хоссаларини ўрганиш,
координат-сезувчанли детекторлар тайёрлаш учун химик-технологик
жараёнларни ишлаб чиқиш; катта диаметр ва қалинликка эга бўлган кремний
пластинасига литий ионларини диффузия ва дрейф жараёнларини физик-
технологик ўзига хослигини аниқлаш;
7
монокристал кремний асосида ионловчи нурланишли яримўтказгичли
координат-сезувчанли детекторларни технологик шакллантиришни ишлаб
чиқиш;
Si(Li) p–i–n-структур асосида катта ўлчамли термосовутгич қурилмали
яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторлар ишлаб чиқиш ва
уларнинг электрофизик характеристикаларини аниқлаш;
Al-аGe-pSi-Au гетероўтишли структура асосида яримўтказгичли коорди-
нат-сезувчанли детекторларни технологик шакллантиришни ишлаб чиқиш,
уларнинг электрофизик ва радиометрик характеристикасини аниқлаш;
Тадқиқотнинг объекти
Si(Li) p-i-n асосида координат-сезувчанли
детекторлар, Al-аGe-pSi-Au гетероўтишли структуралардан иборат.
Тадқиқотнинг предмети
Si(Li) p-i-n детекторли ва Al-аGe-pSi-Au
гетероўтишли структураларда содир бўлаётган жараёнлардан, ток шакл-
ланиш механизмларидан иборат.
Тадқиқотнинг усуллари.
Автоматик ўлчаш қурилмасида детекторли
структурани вольт-ампер ва вольт-сиғим катталикларини, детекторли
структурада юқори частотали вольт-сиғим катталигини аниқлаш усуллари
қўлланилган.
Тадқиқотнинг илмий янгилиги
қуйидагилардан иборат:
катта диаметрли дастлабки кремний материалини механик ва кимёвий
ишлов беришнинг технологик усуллари ишлаб чиқилган;
катта ўлчамли координат - сезувчанли детекторлар тайёрлаш учун крем-
ний структураларида вақтини икки марта камайтириш имконини берувчи
икки томонлама диффузия усули ишлаб чиқилган;
Si(Li) p-i-n структура асосида 8, 16 ва 32 тасмали яримўтказгичли
координат-сезувчанли детекторлар тайёрлаш учун технологик маршрут кар-
таси ишлаб чиқилган;
Al-аGe-pSi-Au-гетероўтиш асосида аналогларидан сезгирлиги 20 %
устун бўлган 8 тасмали яримўтказгичли координат-сезувчанли детектор яра-
тилган;
Al-аGe-pSi-Au - гетероўтиш асосидаги 8 тасмали яримўтказгичли
координат-сезувчанли фронтал омик контактли ва таг томони контакти эса
жипслашган термик совутувчи Пельтье элементли, сирқиш токини икки
марта камайтириш имконини берувчи, детекторнинг тажриба намунаси
яратилган.
Тадқиқотнинг амалий натижалари
қуйидагилардан иборат: Si(Li) p–i–
n-структура асосида 8, 16 ва 32 тасмали ва Al-аGe-pSi-Au гетероўтишли
структура асосида эса 8 тасмали катта ўлчамли ионловчи нурланишли
яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторлар ишлаб чиқилган.
Тадқиқот
натижаларининг
ишончлилиги
олинган
илмий
натижаларнинг бошқа тажриба натижалари билан мос тушиши, тадқиқотнинг
замонавий ёндашув асосида олиб борилганлиги, ўлчов натижаларининг так-
рорий қайта ишланганлиги билан изоҳланади.
Тадқиқот натижаларининг илмий ва амалий аҳамияти.
Диссертация
ишида катта ўлчамли ионловчи нурланишли Si(Li) p-i-n структурали, Al-аGe-
8
pSi-Au - гетероўтишли яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторлар
тайёрлаш учун янги технологик жараёнлар кўрилган ва уларнинг
электрофизик ва радиометрик характеристикасини аниқланилган. Бундай
натижалар ҳар хил яримўтказгичли курилмаларни амалиётда қўллашда
муҳим аҳамият касб этиши билан изоҳланади.
Тадқиқот натижаларининг жорий қилиниши.
катта диаметрли
кремний монокристаллари асосида ионловчи нурланишли яримўтказгичли
координат-сезувчанли детекторлар ишлаб чиқиш технологиясининг ва
уларнинг функционал характеристикаларини ҳусусиятларини аниқлаш
асосида:
яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторлар ишлаб чиқиш
асосида Ўзбекистон Республикаси Интеллектуал мулк агентлигининг фойда-
ли моделга патенти олинган (FAP 01248; 27.09.2017 й.). Ишлаб чиқилган
детектор аналогга нисбатан сирқиш токини икки марта камайтириш имко-
нини берган;
яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторларнинг икки томонлама
диффузия ўтказиш технологияси 3205/ГФ4 рақамли «Қуёш элементларини
яратишда фронтал контаксиз нанотехнологияларда кремний қатламли қоп-
лашни илмий асосини ишлаб чиқиш» (2015–2017) фундаментал лойиҳасида
симметрик бўлган киришмалар жойлашишини ҳосил қилишда қўлланилган
(Қозоғистон Миллий университети Миллий нанотехнология лаборатория-
сининг 2017 йил 12 октябрдаги 12/10/К-102-сон маълумотномаси). Илмий
натижалардан фойдаланиш диффузия жараёни вақтини икки марта камайти-
риш имконини берган;
кремний асосида саккиз тасмали координат-сезувчанли детектор ишлаб
чиқилган (Ёшларнинг «Инновацион ғоялари» Республика кўрик танлови
ғолиби, сертификат, Тошкент, 2016 й.). Ишлаб чиқилган детектор ўхшаш
намуналарга нисбатан ядровий заррачаларни қайд қилиш сезгирлигини
20 фоизга ошириш имконини берган.
Тадқиқот натижаларининг апробацияси.
Мазкур тадқиқотнинг
асосий натижалари 8 та халқаро ва 2 та республика илмий-амалий
анжуманларда муҳокамадан ўтказилган.
Тадқиқот натижаларининг эълон қилинганлиги.
Диссертация
мавзуси бўйича асосий илмий натижалар жами 19 та илмий иш чоп этилган,
шулардан Ўзбекистон Республикаси Олий Аттестация комиссиясининг док-
торлик диссертациялари асосий илмий натижаларини чоп этиш тавсия этил-
ган илмий нашрларда 8 та мақола ва 1 та фойдали моделига патент олинган.
Диссертациянинг тузилиши ва ҳажми.
Диссертация таркиби кириш,
тўртта боб, хулоса, фойдаланилган абадиётлар рўйхатидан иборат. Диссер-
тация ҳажми 128 бетни ташкил қилади.
9
ДИССЕРТАЦИЯНИНГ АСОСИЙ МАЗМУНИ
Кириш
қисмида
ўтказилган
тадқиқотларнинг
долзарблиги,
тадқиқотнинг мақсад ва вазифалари, илмий янгилиги ва амалий натижалари
баён қилинган, натижаларнинг илмий янгилиги ва амалий аҳамияти кўрсатиб
берилган.
«
Ионловчи нурланишли яримўтказгичли координат-сезувчанли
детекторлар ишлаб чиқаришнинг муаммолари
» деб номланган биринчи
бобида келтирилган адабиётлар шарҳи, координат-сезувчанли детекторлар
учун асосий яримўтказгичли материаллар тавсифланган. Ҳар хил турдаги
яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторлар ва уларнинг олиниш
методлари кўрсатилган. Шунингдек, катта диаметрли кремний хоссалари ва
детекторларнинг ишлаш жараёни кўрсатилган. Мавжуд детекторларни
таққослаш натижалари келтирилган.
«
Катта ўлчамли ионловчи нурланишли яримўтказгичли координат-
сезувчанли детекторларни ишлаб чиқиш технологияси
» деб номланган
иккинчи бобида катта ҳажмли Si(Li) детекторларни босқичма-босқич
тайёрланиш технолгияси кўрсатилган (қирқиш, сайқаллаш, кимёвий ишлов
бериш, силлиқлаш, кристални литий ионларини диффузияси учун
ташёрлаш), тайёрлашнинг маршрут картаси келтириб ўтилган. Кремний
кристалида литий ионларини диффузия ва дрейф жараёнлари келтирилган.
Ҳар хил ҳарорат вақт режимларида литий ионларининг диффузия
жараёнлари аниқланган.
Ҳар хил заррачалар ва нурланишларни аниқлашда асосий асбоблардан
бири ҳозирги вақтда p-i-n структура асосидаги яримўтказгичли детекторлар
ҳисобланади. Аммо ядровий нурланишларни тайёрлаш ва ишлаб чиқишда
бир қатор технологик муаммоларни ҳал қилиш зарур, айниқса катта ўлчамли
детекторлар учун, 1-расмда бундай детекторларнинг технологик картаси
келтирилган.
Яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторлар (ЯЎКСД) ишлаб
чиқишда механик ва кимёвий ишлов бериш бир неча жараёнларни талаб
қилади, жумладан, кремнийни пластина кўринишида қирқиш; керакли
диаметргача пластинани сайқаллаш; пластинани сайқаллаш ва ювиш;
кремний пластинасини кимёвий емириш.
Бошланғич кремний пластинасини механик ишлов бериш жараёнида
карбид кремний кукунидан фойдаланилди. Бунда карбид кремний М-14
каттароқ кукуни билан ва М-5 кичикроқ кукунигача сайқаллаш амалга оши-
рилади. Намунани сайқаллашда карбид бор B
4
C ва карбид кремний SiC
микрокукуни фойдаланилди. Бунинг учун пластинанинг ҳар бир томонидан
50 мкм дан кам бўлмаган қатлам олиб ташланади.
Кремний пластинасини силлиқлашда фторопласт материалидан тайёрла-
нилган ваннада кимёвий емирилиш амалга оширилди ва фторли водород
(HF) азот (HNO
3
) ва уксус (CH
3
COOH) кислоталаридан фойдаланилди.
Кимёвий емирилиш 15÷20 дақиқа оралиғида электродвигатель қурилмасидан
10
фойдаланилган ҳолда амалга оширилди. Кимёвий емирилиш назорати
режими махсус ишлаб чиқилган технологик регламентда амалга оширилди.
Кимёвий емирилишдан сўнг, диффузия жараёни оддий детекторларга
қараганда вакуум камерада 10
-5
мм.см.ус. босим остида 60 с давомида
300÷500 °С ҳароратда вакуум камерасида ўтказилди.
1-расм. Si(Li) детекторларини тайёрлашнинг
технологик маршрут харитаси
Диффузия ҳарорати бошланғич материал қаршилигига боғлиқ ҳолда
қуйидаги шарт асосида танландики, бунда кристаллнинг юза қисмидаги
литий концентрацияси кремнийдаги бошланғич акцепторлар концентрацияси
N
A
дан бир оз катта бўлиши зарур, яъни N
Li
>>N
A
(икки тартибдан кам
бўлмаган).
Катта юзада литий концентрациясини олиш учун юқори ҳарорат зарур.
2-расмда тигелсиз зона эритиш усули билан олинган кремний намуналарида
диффузион профили тасвирланган. Литий диффузияси вакуумда (≈10ˉ
5-
мм.сим.уст.), Т = 500 ºС, Т = 400
о
С ва Т = 300
о
С да t = 60 с давомида олиб
борилди.
2-расм. Тигелсиз зонали эритиш усули
билан ўстирилган кремнийда литий
диффузия профили
3-расм. Дрейф вақти бўйича тескари
силжиш кучланишининг вақтинчалик
ўзгариши
11
Дрейф нисбатан юқори ҳароратларда олиб борилиб, бунда
детекторларнинг тескари токи етарли даражада юқори ва генерация токи
диффузия токига қараганда кўпроқдир. Литий ионлари текисланаётган
дрейфига импульсли электр майдон таъсирини ўрганиш учун тадқиқот олиб
борилди ва режимлар таклиф қилинди (3-расм). Кўриниб турибдики, кичик
қаршиликли кремнийда текисланаётган дрейф самарадорлиги нисбатан
юқори ҳисобланади. Кўпчилик ҳолларда ρ
10 Ом.см, τ
50 мкс материалидан
тайёрланган Si(Li) детекторлари учун текисловчи дрейф ўтказилганидан сўнг
(Т = 60
0
С, U = 100 В, τ = 24 соат) да силжишнинг ишчи кучланиши (V
ишчи
)
100 В дан 15 В гача камаяди, бу вақтда (худди шундай геометрик ўлчамли) ρ
= 4 кОм∙см, τ = 500 мкм ли кремнийдан тайёрланган бошқа детекторлар учун
V
ишчи
нинг камайиши 100 В дан 60 В гача содир бўлади.
Дрейф жараёнида мавжуд структурага 100÷200
0
С ҳароратда тескари
йўналишда силжиш берилади. Литий ионлари р-соҳага кўчиб акцеп-
торларнинг ҳажмий зарядини мувозанатлаб электр майдонининг қайта тақ-
симланишига олиб келади. Акцепторлар ва литий ионлари концент-
рациясининг юзага келаётган тенглиги бу соҳада электр майдон каттали-
гининг камайишига олиб келади, лекин қўйилган ташқи кучланиш қанчалик
доимий бўлиб қолса, литий ионлари р-соҳа ичкарисига қараб киришни шунча
давом эттиради. Бу ЯЎКСД ларнинг сезувчан соҳасининг тўлиқ компен-
сацияланишига олиб келади. Таъкидлаб ўтиш керакки, дрейф жараёнида p-n
ўтишнинг тескари токини ҳосил қилишда орқа контактдан инжекция ва
сирқиш токлари катта ҳисса қўшади. Бунда вақтинчалик дрейф жараёни
тўхтатилиб, қўшимча емиртириш орқали сирқиш токлари минимумга
келтирилади.
Намунага контактлар учириш учун энг оддий ва қулай ўзлаштирилган
вакуумли термик буғлантириш усули танланди. Тайёр Si(Li) пластинасига
контактларни учириш технологияси термик буғлантириш вакуум қурилмаси
УВН-71П-3 да олиб борилди. Молибден ва вольфрам материалидан махсус
буғлантиргич тайёрланиб, дастлаб спиртда ювилди, сўнгра вакуумда 10 ÷ 15
мин. давомида қиздирилди. Молибденнинг узунлиги 40 мм ни, кремний
пластиналари ва буғлантиргич орасидаги масофа эса 80 мм ни ташкил этади.
Тайёр кремний намуналари корпусга жойлаштирилди. Сўнгра
5×10
−5
мм.сим.уст. босимида вакуум учириш усули билан пластинага Al
материали (0,1 мкм) контакт сифатида киритилди. Фронтал томонидан Au
(~0,02 мкм) тасмали махсус маскадан фойдаланилди (фаол тасмаларнинг
геометрик ўлчамлари 0,5×50 мм ни ташкил этади, фаол бўлмаган тасмалар,
яъни тасмалар орасидаги оралиқлар умумий майдоннинг 1% ни ташкил
этади).
Шундай қилиб, технологик жараёнларни ўтқазиш ва тадқиқотлар
натижасида термосовутиш мосламасига эга Si (Li)
p–i–n
структураси асосида
яримўтказгичли координата-сезувчанли детекторларни шакллантириш техно-
логияси оптималлаштирилди (4-расм).
12
а)
8 тасмали
б)
16 тасмали
в)
32 тасмали
4-расм. Si(Li) p-i-n структура асосидаги яримўтказгичли координата-сезувчанли
детекторларнинг умумий кўриниши
ЯЎКСДнинг электрофизик ва радиометрик характеристикаларини яхши-
лаш учун юқори кўрсаткичларга эришилди. Технологик ишларни олиб
бориш ва тадқиқотлар натижасида катта ўлчамли Si(Li) p-i-n структура
асосида 8, 16 ва 32 тасмали яримўтказгичли координат-сезувчанли детектор-
ларнинг тайёрлаш усули ишлаб чиқилди.
«
Катта ўлчамли координат-сезувчанли детекторларнинг электро-
физик ва спектрометрик характеристикаларини тадқиқ қилиш
» деб
номланган учинчи бобида катта ҳажмий сезгирлик соҳасига эга Si(Li)
детекторларининг электрофизик ва радиометрик характеристикаларининг
тадқиқот натижалари келтирилган.
Si(Li) p-i-n структурага эга ЯЎКСДнинг электрофизик параметрлари,
шунингдек, вольт-ампер, вольт-сиғимли ва вольт-шовқин характерис-
тикалари (мос равишда ВАХ, ВСХ ва ВШХ) ГОСТ 26222-86 стандарт мето-
дикасини қўллаш орқали тадқиқотлар олиб борилди. Юқоридаги
характеристикаларни тадқиқ этиш учун шовқин, сиғим ва қоронғиликдаги
ток катталиги ҳақидаги маълумотларни бир вақтда олишга имкон берувчи
тескари ток, сиғим ва шовқин детекторлари махсус ўлчагичи тайёрланди ва
ишлаб чиқилди. 5 -расмда Т-кўринишдаги кесимга эга 8 тасмали детекторда
минимал ва максимал I
ут
. қийматга эга тасма учун сирқиш токининг
кучланишга боғлиқлик графиги келтирилган. Бу икки эгри чизиқ ўртасида
ҳамма 8 тасма учун I
обр
қийматли ўрта эгри чизиқ берилган. Битта тасманинг
майдони 50×0,5 мм
2
га эга. I
об.
Тескари ток қийматининг тасмалар бўйича
ёйилиб кетиши жуда кам, бу эса бутун тасмада бир хил кимёвий ишлов
берилгани ҳақида далолат беради. Бир вақтда I
ут
абсолют қиймати юқоридир.
Тескари силжиш кучланиши 20÷25 В бўлганда c = f(U) эгри чизиқ
платога чиқади, Si(Li) p-i-n структуранинг n-контакти яқинида кичик
чўзиқлилик соҳасида қайта компенсацияланиши ва кескин p-n ўтишнинг
етарлилиги ҳақида далолат беради. Детекторларнинг бу тури
150 мкм
ўлчамда тақсимловчи соҳалар кенглигига эга ва бундай канавка кенглигида
кейинги емириш кесиш жараёнида ҳосил бўлган бузилишларни тўлиқ
йўқотади. Шунинг учун ҳамма тасмаларнинг ВАХси орқали ток сирқишлари
ташкил этган генерацияни топиш мумкин. Полосалар кенглигини 400 мкм га
13
8- тасмалидетектор учун: —
— I
ут
– кичик
қийматли тасмалар учун; —
— I
ут
- – энг
катта қийматли тасмалар учун; —
— – ҳамма
полосанинг I
ут
ўрта қиймати;
5-расм. Кўп полосали дискрет
координатали – сезгир
детекторларда сирқиш токлари
катталаштириш (диаметри 330 мкм ли
ўтказгич) ВАХсини кескин яхшилашга
эришилган.
6 (а)-расмда электрик сиғимнинг
қўйилган силжиш кучланишига боғлиқ-
лиги келтирилган: 1 ва 2 чизиқлар 8-
тасмали детекторнинг энг кичик ва энг
катта қийматлари, 3 ва 4 чизиқлар 16-
тасмали детекторларнинг энг кичик ва
энг катта қийматлари ҳисобланади. 6 (б)-
расмда ҳар хил тақсимловчи оралиқлар
кенглигига эга энергетик шовқин ўртача
квадратик қийматининг силжиш кучла-
нишига боғлиқлик графиги келтирилган.
Тескари силжиш кучланиши ортиши билан
150 мкм тасма кенглигида
шовқин ҳам ортади, бу стрип туридаги детекторлар учун сирқиш токининг
генерацион ташкил этилиши билан боғлиқ. Етарли даражада «емирилган»
детектор учун (тасма кенглиги
400 мкм) E
ш
= f(U) боғлиқлик амалиётда
доимийдир ва U = 100 B қийматгача шовқин катталиги ортмайди.
а)
б)
6-расм. (а) 8 лик ва 16 лик тасмали детекторларнинг вольт-сиғим характеристикаси
ва (б) 8 лик ва 16 лик тасмали детекторларнинг вольт-шовқин характеристикаси
Хона ҳароратида бу намуналарнинг радиометрик характеристикалари
ҳам ўрганилди.
226
Ra α зарралари ва
207
Bi β зарралари манбалари ёрдамида
уларнинг энергетик диапазони ўлчанди. Амплитудали спектрларни қайд
этиш оддий спектрометрик йўналиши ёрдамида олиб борилди.
7 (а, б)-расмда
207
Bi (Е
1 МэВ) R
=38 кэВ ички электрон ўзгариши
зарралари ва
226
Ra (Е
=7,65 МэВ) R
α
=65 кэВ
-зарралари бўйича детектор-
нинг энергетик спектри кўрсатилган.
Тайёрланган ЯЎКСДда Т=25
0
С ҳарорат, U
теск.
= (200-600 В) ишчи
кучланишда қоронғуликдаги ток I=1,5-4,5 мкА, С=150 пФ, шовқин эса
Е
ш
=22-28 кэВ ни ташкил этади. Ишчи кучланиши U
обр
=300 В да, энергетик
диапазони
226
Ra
α
= 33-46кэВ (1 элемент) бўйича қоронғулик токи I=0,2-0,6
14
мкА, сиғим С=40 пФ, шовқин Е
ш
=9-12 кэВ, Е
α
=7,65 МэВ энергияга эга
226
Ra
α
= 14-18кэВ бўйича энергетик диапазони (0,2–0,4)% ни ташкил этади.
а)
207
Bi (Е
1 МэВ)
-зарралари бўйича
б)
226
Ra (Е
=7,65 МэВ)
-зарралари бўйича
7-расм. Детекторнинг энергетик спектрлари
Координат-сезувчанли детекторларни синаш учун стенд макети
тайёрланди, макет “чақнайдиган” ионловчи нурланиш манбаси ёрдамида
объектларни сканерлаш визуализацияси намойиши учун яратилган (8-расм).
Бу хатоликларни текислаш амплитуда дискриминация тугунида амалга
ошириш кўзда тутилган. Конструктив тугун ҳар бирида 8 тадан кучайтиргич
бўлган 2 та корпусдан ташкил топган. Кучайтиргичлар ҳар бир корпуснинг
ички қисмида икки қаватли бўлмада жойлашади. Бу детектордан локал
усилителга уланган ўтказгичларнинг узунлиги тарқоқликни минималга
келтириш учун қилинган.
8-расм. Координат-сезувчанли детекторлар стенди макетининг умумий кўриниши
«Al-аGe-pSi-Au гетероўтиш структура асосидаги ядровий нурла-
нишли координат-сезувчанли детекторларнинг ҳусусийлиги»
деб ном-
ланган тўртинчи бобида германий ва кремний материаллари асосидаги
асосий детекторларни мукаммалаштириш йўллари тўғрисида қисқа
маълумотлар келтирилган, Al-аGe-pSi-Au структура асосида гетероўтишли
яримўтказгич координат-сезувчанли детекторларни ишлаб чиқишнинг
технологик босқичларнинг ўзига хос тадқиқотларига бағишланган натижалар
келтирилган. Уларнинг электрофизик ва радиометрик характеристикалари
тадқиқ қилинган.
Германий ва кремнийли яримўтказгич материалларни модификация-
лашнинг охирги ютуқлари, уларни изовалент киришмалар билан легирлаш
15
жараёнларига боғлиқ. Хусусан, германий билан легирланган кремний
микронуқсонларнинг камчилиги ва параметрларининг стабиллиги билан
фарқланади, гидрогенезацияланган германий электронларнинг ҳаракат
тезлиги монокристал кремнийга нисбатан ўн ва беш баробар юқорилиги
билан ажралиб туради. Бу жихатлар кремний-амроф германий гетероўтиши
асосида ядро нурлари детекторларини ясашга асос бўлиб ҳизмат қилди.
Амроф германий-кремний бошланғич гетероструктуралар қалинлиги
400 мкм бўлган р-тип кремнийли таглик юзасига вакуумда германий
кукунини учириш йўли билан олинди. Намуна пластиналарида кимёвий
емирилишлар ўтказилганидан сўнг уларга контактлар учирилди. Кичик
қаршиликли контактлар олиш учун пластиналарнинг фронтал томонига юпқа
тасма шаклида тешиклари бўлган махсус маска орқали олтин (қалинлиги
200 Å) учирилди, а аморф германийнинг юзасига (қалинлиги 1000 Å) бўлган
бир текис алюминий сепилган. Шундай қилиб, Al-аGe-pSi-Au структура
асосида яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторларни тайёрлашнинг
технологияси оптималлаштирилиб, 9(а)-расмда келтирилган 8 тасмали
ЯЎКСД нинг энг яхши электрофизик характеристикаларга эга детекторлар
ишлаб чиқилган.
а)
б)
в)
9-расм. (а) Координатали-сезувчанли детекторнинг умумий кўриниши; (б) 8 тасмали
дискрет ЯЎКСД сирқиш токининг кучланишга боғлиқлиги; в)
226
Ra (Е
=7.65 МэВ)
- зарралари учун Al-аGe-pSi-Au структурали детекторнинг энергетик спектрлари
9 (б)-расмга мувофиқ 0 дан 140 В кучланишда сирқиш токларининг қиймати
0.5−3 мкА интервалида чизиқли ўсиб боради. Бу қийматлар кремний литийли
детекторларга нисбатан уч марта кичик. Al-аGe-pSi-Au-структуранинг
энергетик спектри 45 кэВ эга бўлиб, кремний литийли детекторларга (65 кэВ)
нисбатан икки марта яхши (9 (в)-расм).
16
ХУЛОСА
Катта диаметрли кремний монокристаллари асосида ионловчи нурла-
нишли яримўтказгичли координат-сезувчанли детекторлар ишлаб чиқиш
технологиясининг ва уларнинг функционал характеристикалари ҳусусият-
ларини аниқлаш асосида қуйидаги хулосалар қилинди:
1. Ишчи кучланиши 100 В дан то 15 В га камайиши режимида литийни
дрейфлаш ва диффузия жараёнлари, диаметри катта бўлган пластиналарни
киркишни таъминловучи ҳамда импульсли электр майдони таъсирида
киришмаларнинг бир текислигини таъминловчи ядровий нурланишли
координат-сезувчанли детекторлар тайёрлаш учун технологик маршрут
картаси ишлаб чиқилган.
2. Кремний асосида катта ўлчамли координат-сезувчанли детекторлар
тайёрлаш учун икки томонлама диффузия усули ишлаб чиқилган.
3. Медицина томография тизими учун мўлжалланган 8, 16 ва 32 тасмали
207
Bi (Е
1 МэВ)
зарралари учун ички электрон ўзгариши R
=38 кэВ ва
-
зарралари учун
226
Ra (Е
=7,65 МэВ) R
α
=65 кэВ энергетик спектрли коорди-
нат-сезувчан катта диаметрли детекторлар тайёрланган.
4. Тиббиёт ва бошқа соҳаларга мўлжалланган зарядланган заррачаларни
қайд қилувчи, юзасида тилладан 8, 16 ва 32 тасмали омик контактили, остки
қисмида эса сирқиш токини икки марта камайтирувчи совитувчи Пельтье
элементи контактлаштириладиган бир текис алюминий қатламли p-i-n-
структурадан иборат яримўтказгичли координат-сезувчан детекторнинг
тажриба намунаси яратилган.
5. Al-аGe-pSi-Au-гетероўтишли энергетик имконияти 45 кэВ, яъни
кремний-литийли детекторга нисбатан (65 кэВ) икки баробар яхши ва
сирқиш токи уч марта кам бўлган 8 тасмали яримўтказгичли координат-
сезувчан детектор тайёрлашнинг физик-технологик ёндошишлари ишлаб
чиқилган.
6. Ионизациялашган нурлар манбаи билан “ёритилувчи” объектларни
сканланишини кўрсатишга мўлжалланган координат-сезувчанли детектор-
ларни синовдан ўтказиш стендининг макети яратилган.
17
НАУЧНЫЙ СОВЕТ DSс.27.06.2017.FM./T.34.01 ПО ПРИСУЖДЕНИЮ
УЧЕНЫХ СТЕПЕНЕЙ ПРИ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ,
ИНСТИТУТЕ ИОННО
-
ПЛАЗМЕННЫХ И ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ,
САМАРКАНДСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ТОШМУРОДОВ ЁРКИН КАХРАМОНОВИЧ
РАЗРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
КООРДИНАТНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХДЕТЕКТОРОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО
ИЗЛУЧЕНИЯ БОЛЬШИХ РАЗМЕРОВ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ
01.04.10 – Физика полупроводников
АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ ДОКТОРА ФИЛОСОФИИ (PhD)
ПО ТЕХНИЧЕСКИМ НАУКАМ
ТАШКЕНТ-2018
18
Тема диссертации доктора философии (PhD) по техническим наукам зарегистрирована
в Высшей аттестационной комиссии при Кабинете Министров Республики Узбекистан за №
B2017.1.PhD/T21.
Диссертация выполнена в Физико-техническом институте НПО «Физика-Солнце» АН РУз.
Автореферат диссертации на трех языках (узбекский, русский, английский (резюме)
размещен на веб-странице Научного совета по адресу fti-kengash.uz и Информационно-
образовательном портале «ZiyoNet» по адресу www.ziyonet.uz
Научный руководитель:
Раджапов Сали Аширович,
доктор физико-математических наук
Официальные оппоненты
:
Абдуқодиров Муҳиддин Абдурашидович,
доктор технических наук, профессор
Насриддинов Сайфилло Саидович,
доктор технических наук, доцент
Ведущая организация:
Ферганский политехнический институт
Защита состоится «____»_____________2018 г. в ____часов на заседании Научного совета
14.07.2016.FM/T.12.01
при Физико-техническом институте, по адресу: 100084, г.Ташкент,
ул. Бодомзор йули – 2б. Тел./Факс: (+99871) 235-42-91, e-mail: info.fti@uzsci.net.
С диссертацией (PhD) можно ознакомиться в Информационно-ресурсном центре Физико-
технического института (зарегистрирована за №_____), по адресу: 100084, г.Ташкент,
ул. Бодомзор йули – 2б. Тел./Факс: (+99871) 235-30-41.
Автореферат диссертации разослан «___»______________2018 года
(протокол рассылки ___от «___»______________2018 г.).
С.Л. Лутпуллаев
Председатель одноразового научного
совета
по
присуждению
учёных
степеней, д.ф.-м.н., профессор
А.В. Каримов
Учёный
секретарь
одноразового
научного совета по присуждению
учёных степеней, д.ф.-м.н., профессор
И.Г. Атабаев
Председатель одноразового научного
семинара при Научном совете по
присуждению учёных степеней, д.ф.-
м.н., профессор
19
ВВЕДЕНИЕ (аннотация диссертации доктора философии (PhD))
Актуальность и востребованность темы диссертации.
В настоящее
время в мировой практике в области физики полупроводников уделяется
особое внимание одному из перспективных направлений измерению энергии
альфа и бета частиц, гамма и рентгеновского излучений, определению
процессов взаимодействия протон, нейтрон других частиц служащих для
разработки новых типов ядерных детекторов. В этом аспекте одной из
важных задач является определение процессов формирования функциональ-
ных характеристик и физических процессов протекающих в них для
оптимизации функциональных параметров полупроводниковых координат-
но-чувствительных детекторов.
В Республике в перспективном направлении науки, в частности в
разработке координатно-чувствительных детекторов. В улучшении их
параметров новым подходом, по разработке предназначенных для
использования в таможненных службах и ядерных реакторах, получены
значительные результаты. В соответствии со Стратегией действий по
дальнейшему развитию Республики Узбекистан является важным освоение
принципиально новых видов продукции и технологий, обеспечение на этой
основе конкурентоспособности отечественных товаров на внешних и
внутренних рынках. В этом аспекте обеспечение защиты будушего поколе-
ния и национальную безопасность от воздействия радиации путем разраб-
отки полупроводниковых детекторов, приборостроения имеет важное зна-
чение.
На сегодня в мире особое внимание уделяется координатно-чувстви-
тельным детектором большого диаметра для медицинской диагнос-тики. В
этом направлении проведение целевых научных исследований в приве-
денных направлениях является важным: определение возможностей расши-
рения функциональных характеристик кординатно-чувствительных детекто-
ров большого диаметра; разработка методов усовершенствования технологи-
ческих процессов полупроводниковых детекторов ядерного излучения на
основе монокристалла кремния; поиск путей улучшения параметров
координат но-чувствительных детекторов большого размера на основе
кремниевых p–i–n-структур; разработка на основе гетеросистем координат-
но-чувствительных полупроводниковых детектров и оптимизация их
спектрометрических характеристик.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит
выполнению задач, предусмотренных предусмотренных в Постановлении
Президента Республики Узбекистан № ПП-1442 «О приоритетных направ-
лениях развития индустрии Республики Узбекистан на 2011-2015 гг.» от
15 декабря 2015 года и № ПП-2789 «О мерах по дальнейшему совер-
шенствованию деятельности Академии Наук, организаций, управления и
финансирования научно-исследовательской деятельности» от 17 февраля
2017 года, а также в других нормативно-правовых документах, принятых в
данной сфере.
20
Соответствие исследования приоритетным направлениям развития
науки и технологий республики.
Диссертационная работа выполнена в
рамках приоритетных направлений развития науки и технологий Республики
Узбекистан: III. «Энергетика, энергоресурсосбережение, транспорт, машино-
и приборостроение, развитие современной электроники, микроэлектроники,
фотоники, электронного приборостроения».
Степень изученность проблемы.
В.Н.Мурашевым, Г.Вебером,
Ю.С.Акимивым, Д.С. Ильиным, Н.К.Гусевым, Г.И.Айзенштаном и другими
учеными разработаны полупроводниковые координатно-чувствительные
детекторы малых размеров.
До сегодняшнего дня школой академика Муминова Р.А. внесен опреде-
ленный вклад в развтитие технологии полупроводниковых детекторов:
учеными С.А. Раджаповым, Д. Хасановым разработаны технологические
аспекты различного назначения полупроводниковых детекторов на основе
aSi-Si(Li) гетероструктур и Si(Li) p–i–n-структур.
Однако несморя на широкое использование детекторов ядерного
излучения остаются нерешенными проблемы улучшения их параметров
технологическими процессами. В том числе не разработаны координатно-
чувствительные детектори ионизирующего излучения большого диаметра на
основе монокристаллического кремния.
Связь темы диссертации с научными исследованиями научно-исс-
ледовательской организации, где выполнена диссертационная работа.
Диссертационное исследование выполнено в Физико-техническом институте
НПО «Физика-Солнце» АН РУз по проекту: А3-ФА-0-13221 «Разработка и
изготовление кремний-литиевых детекторов больших объемов для меди-
цинских томографических систем» (2012–2014) и молодежному проекту:
ЁА-ФА-Ф004 «Разработка технологии формирования и изготовления
двухкоор-динатно-чувствительных детекторов на основе монокристал-
лического крем-ния большого диаметра» (2016–2017).
Целью исследования является
выявление особенностей технологии
изготовления полупроводниковых координатно-чувствительных детекторов
ионизирующего излучения на основе монокристалла кремния больших диа-
метров и их функциональных характеристик.
В соответствии с поставленной целью необходимо было решить
следующие
задачи:
изучить особенности физических свойств исходных кремниевых
пластин больших диаметров и толщин (
>100-120 мм, d ≥ 1,5 мм), иссле-
довать физические и технологические особенности процесса диффузии и
дрейфа ионов лития в кремниевые пластины больших диаметров и толщин;
разработать технологию формирования полупроводниковых коорди-
натно-чувствительных детекторов ионизирующего излучения на монокрис-
таллическом кремнии;
разработать полупроводниковые координатно-чувствительные детек-
торы больших размеров на основе Si(Li) p–i–n-структур с термоохлаж-
дающим устройством и исследование их электрофизических характеристик;
21
разработать технологию формирования полупроводниковых координат-
но-чувствительных детекторов на основе гетеропере-ходных структур Al-
аGe-pSi-Au, исследование их электрофизических и радиометрических
характеристик.
Объектом исследования
являются координатно-чувствительный
детектор на основе Si(Li)
p-i-n
и гетеропереходные Al-аGe-pSi-Au-структуры.
Предметом исследования
является формирование детекторных Si(Li)
p-i-n
-
структур и гетеропереходных Al-аGe-pSi-Au-структур, исследование их
электрофизических и радиометрических характеристик.
Методы исследования:
измерение
вольтамперных и вольт-фарадных
характеристик детекторных структур; измерение исследования высоко-
частотных вольт-фарадных характеристик детекторных структур.
Научная новизна исследования
заключается в следующем:
разработаны методы механических и химических обработок кристаллов
кремния большого диаметра;
разработан способ двухсторонней диффузии, обеспечивающий в два
раза меньшее время процесса диффузии в кремниевых структурах большого
диаметра;
разработан технологический маршрут изготовления координатно-
чувствительных 8, 16 и 32 полосных детекторов больших размеров на основе
Si(Li) p-i-n-структур;
на основе Al-аGe-pSi-Au-гетероперехода созданы не уступающие
аналогам на 20% высокой чувсвительностью 8 полосные координатно-
чувствительные детекторы;
создан
полупроводниковый
координатно-чувствительный
8-ми
полосный полупроводниковый детектор на основе гетероперехода Al-аGe-
pSi-Au с фронтальным омическим контактом и тыльным контактом со
скрепленным охлаждающим элементом Пельтье, обеспечивающим умень-
шение токов утечки в два раза.
Практические результаты исследования:
разработаны и изготовлены
полупроводниковые координатно-чувствительные детекторы на базе
монокристаллического кремния большого диаметра и толщин, ионизи-
рующих излучения на основе Si(Li) p–i–n-структур с 8, 16 и 32 полосами и
гетеропереходных Al-аGe-pSi-Au-структур с 8 полосами.
Достоверность
результатов
исследования
основывается
на
совпадении расчетных результатов с экспериментальными данными, которые
также коррелируют с другими литературными данными зарубежных ученых.
Научная и практическая значимость результатов исследования.
В
диссертационной работе рассмотрены новые технологичные процессы для
формирования и изготовления полупроводниковых координатно-чувст-
вительных детекторов, ионизирующих излучения больших размеров на
основе Si(Li) p–i–n-структур, гетеропереходных Al-аGe-pSi-Au-структур и
исследованы их электрофизические, радиометрические характеристики. Эти
результаты имеют важные научные значения для понимания техноло-
гических процессов создания различных полупроводниковых приборов
22
больших размеров и практические значения совершенствования их харак-
теристик.
Внедрение результатов научных исследований.
На основе выявления
особенностей технологии изготовления полупроводниковых координатно-
чувствительных детекторов ионизирующего излучения на основе моно-
кристалла кремния больших диаметров и их функциональных характеристик:
на основе разработки полупроводникового координатно-чувствитель-
ного детектора получен патент на полезную модель Агентства интеллек-
туальной собственности Республики Узбекистан (FAP 01248; 27.09.2017 г).
Использование разработанного детектора позволил уменьшить токи утечки в
два раза по сравнению с аналогом;
технология проведения двухсторонней диффузии к полупроводниковым
координатно-чувствительным детекторам использована при выполнении
фундаментального проекта 3205/ГФ4 “Разработка научных основ создания
эффективного солнечного элемента с обволакивающим слоем кремниевых
нанонитей без фронтальных контактов” (2015-2017гг.) для изготовления
полупроводниковых фотопреобразователей (Справка 12/10/К-102 от
12 октября 2017 года Национальная лаборатория нанотехнологии Казахского
национального университета). Применение научных результатов позволило
уменьшить в два раза время диффузионного процесса;
на основе кремния создан 8 полосный координатно-чувствительный
детектор (номинант Выставки конкурса Молодежи «Инновационные идеи»,
сертификат, Ташкент, 2016г.). Использование разработанного детектора
позволил по сравнению с аналогом регистрировать ядерные излучения на
20% большей чувствительностью.
Апробация результатов исследования.
Основные результаты диссер-
тационной работы доложены и обсуждены на 8 международных и
2 республиканских научно-практических конференциях.
Публикации результатов исследования.
По теме диссертации
опубликованы 19 научных работ, из них 8 статей в журналах,
рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Республики Узбекис-
тан для публикации основных научных результатов диссертационных работ,
один патент на полезную модель.
Структура и объём диссертации.
Диссертация состоит из введения,
четырёх глав, заключения, списка использованной литературы. Текст
диссертации изложен на 128 страницах.
23
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении
обоснована актуальность темы, определены цели и задачи
исследования, показана научная новизна и практическая ценность
результатов работы.
В первой главе
«Состояние проблемы разработки полупро-
водниковых координатно-чувствительных детекторов ядерного излуче-
ния»
проведен обзор литературных данных по разновидностям полупро-
водниковых координатно-чувствительных детекторов и их назначение,
принципы действия, особенности кремниевых детекторов ядерного
излучения с большой площадью, приведены сравнительные характеристики
существующих детекторов.
Вторая глава
«Технология изготовления полупроводниковых коор-
динатно-чувствительных детекторов ядерного излучения больших
размеров»
посвящена технологическим этапам получения Si(Li) детекторов
больших размеров, технологической маршрутной карте (резка, шлифовка,
химическая обработка, полировка, подготовка кристаллов для диффузии
лития), особенностям резки пластин, дрейфу лития и выравниванию
распределения примесей в базе, получению контактных областей, встраива-
нию термоохлаждаюего устройства.
Полупроводниковые детекторы (ППД) на основе p–i–n-структур в
настоящее время являются одним из основных инструментов исследования
различных частиц и излучений. Однако при разработке и изготовлении
детекторов ядерного излучения необходимо решить ряд технологических
проблем, особенно для детектора больших размеров, технологическая карта
которого приведена на рис. 1.
Для механической и химической обработки требуется усовершенст-
вовать некоторые процессы применительно к детекторам большой площади,
в частности: резка пластин кремния; шлифовка слитка до нужных размеров;
промывка пластин и шлифовка; химическое травление пластин кремния.
По технологическим признакам шлифовку подразделяют на предварит-
ельную (с более крупным порошком М-14) и окончательную (с более мелким
порошком М-5). В качестве абразива используют микропорошки карбида
бора В
4
С и карбида кремния SiC, при этом, с каждой стороны удаляются слои
толщиной не менее 50 мкм.
Полировка кремниевых пластин осуществлялась путем травления в
ваннах, изготовленных из материала фторопласта с использованием
следующих кислот: плавиковая (HF), азотная (HNO
3
) и уксусная (СН
3
СООН).
Термическое травление проводилось в течение 15÷20 минут с использо-
ванием электронагревательного прибора. Регулирование режима травления
осуществлялось по специально разработанным технологическим регла-
ментам.
После проведения химико-технологических работ, процесс диффузии
проводили в вакуумной камере, при давлении 10
-5
тор в течение t = 60 сек
при температуре 300÷500
0
С, что выше, чем для обычных детекторов.
24
Рис. 1. Технологическая маршрутная карта изготовления Si(Li) детекторов
Температура диффузии выбиралась в зависимости от сопротивления
исходного материала при условии, что концентрация лития на поверхностной
части кристалла должна быть намного больше концентрации исходных
акцепторов в кремнии N
A
, т.е. N
Li
>>N
A
(не менее двух порядков).
Для получения значительной поверхностной концентрации лития
необходима определенная высокая температура. На рис. 2. представлены
диффузионные профили в образцах кремния, полученных методами
бестигельной зонной плавки. Диффузия лития проводилась в вакууме
(≈10ˉ
5
мм.рт.ст.) при Т = 500 ºС, Т = 400
о
С и Т = 300
о
С в течение t = 60 сек.
Рис. 2. Диффузионный профиль лития в
кремнии, выращенного по методу
бестигельной зонной плавки
Рис. 3. Временное изменение
напряжения обратного смещения во
времени дрейфа
.
Дрейф лития проводился при относительно повышенных температурах,
обратный ток детектора достаточно высокий и генерационный ток выше, чем
диффузионный. Нами предложены режимы и проведены исследования
влияния импульсного электрического поля на выравнивающий дрейф (ВД)
ионов лития, рис. 3. Эффективность выравнивающего дрейфа относительно
высока в низкоомном кремнии. В частности, для Si(Li) детекторов,
изготовленных из материала с ρ
10 Ом.см, τ
50 мкс после проведения
выравнивающего дрейфа (при Т = 60
0
С, U = 100 В, τ = 24 час) рабочее
напряжение смещения (V
раб
) уменьшается с 100 В до 15 В, в то время как для
25
других детекторов (с такими же геометрическими размерами) из кремния с
ρ= 4 кОм∙см, τ = 500 мкм уменьшение V
раб
происходит с 100 В лишь до 60 В.
В процессе дрейфа на имеющуюся структуру подавалось смещение в
обратном направлении при температуре 100÷200
0
С. Ионы лития,
перемещаясь в р-область, компенсирует объемный заряд акцепторов, что
приводит к перераспределению электрического поля. Возникающее
равенство концентрации ионов лития и акцепторов приводит к уменьшению
величины электрического поля в этой области, но поскольку приложенное
внешнее напряжение остается постоянным, ионы лития продолжают прони-
кать вглубь р-области – это должно привести к полной компенсации
чувствительной области ППД. Следует отметить, что в процессе дрейфа
большой вклад в обратные токи p-n–перехода вносят токи утечки и инжекции
с тылового контакта. При этом токи утечки могут быть сведены к минимуму
дополнительным травлением, временно прекращая при этом процесс дрейфа.
Для напыления контактов был выбран метод вакуумного термического
испарения, как наиболее простой и наиболее освоенный. Процесс напыления
контактов на готовые Si(Li) пластины проводился на вакуумной установке
термического испарения УВН-71П-3. Из молибдена и вольфрама были
изготовлены испарители специальной конструкции, которые промывались в
спирте и затем отжигались в вакууме в течение 10-15 мин. Длина молибдена
составляет 40 мм, расстояние между испарителем и кремниевыми пласти-
нами составляет 80 мм.
Готовые кремниевые изделия помещали в корпус. Затем методом
вакуумного напыления при давлении 5×10
−5
мм.рт.ст. на пластину наносили
контакты из Al (0,1 мкм). С фронтальной стороны использована специальная
маска с полосами Au (~0,02 мкм) – контакты (геометрические размеры
активной полосы составляли 0,5×50 мм, неактивные полосы, т.е. зазоры
между полосами составляли 1% от общей площади).
Таким образом, после отработки технологических режимов были изго-
товлены полупроводниковые координатно-чувствительные детекторы боль-
ших размеров на основе Si (Li) p–i–n-структур с термоохлаждающим уст-
ройством (рис.4).
В результате проведенных исследований и проведения оптими-
зированных технологических работ нами реализованы способы изготовления
а) 8-полосный
б) 16-полосный
в) 32-полосный
Рис. 4. Общий вид полупроводниковых позиционно-чувствительных
детекторов на основе Si(Li)
p-i-n
-структур
26
полупроводниковых координатно-чувствительных детекторов больших
размеров на основе Si(Li) p-i-n-структур с 8, 16 и 32 полосами, улучшены их
электрофизические и радиометрические характеристики.
В третьей главе диссертации
«Исследование электрофизических и
спектрометрических характеристик координатно-чувствительных де-
текторов больших размеров»
приведены результаты исследования токовых
и емкостных характеристик координатно-чувствительных детекторов, их
шумовые спектрометрические характеристики и описание макета стенда для
испытания детекторов.
Для проведнения исследований функциональных параметров детекторов
большой площади собраны установки измерения вольтамперных, емкостных
и шумовых характеристик согласно ГОСТа 26222-86. Зависимости тока от
запирающего напряжения в интервале от нуля до 250 вольт носят
насыщающийся характер (рис. 5), что можно объяснить преоб-ладанием
диффузионного механизма в токопереносе. Значения токов утечки от
напряжения с минимальным и мак-симальным значением I
ут
8-ми полос-ного
детектора с Т-образным сечением, между которыми расположены
среднемедианные значения I
обр
для всех 8-ми полос. Площадь одной поло-сы
40×1,5 мм
2
. Разброс значений I
об
по полосам незначителен, что свидетельст-
вует об одинаковой химической обработке всех полос. Однако абсолютные
значения I
ут
велики. Эти типы детекторов имели ширину разделительных
участков
150 мкм и последующее их травление при такой ширине канавки
позволило полностью удалить внесенные в процессе резки нарушения.
Поэтому ВАХ всех полос обнаруживают генерационную составляющую
токов утечки. Увеличение ширины полосы до 400 мкм (проволока диаметром
330 мкм) позволило резко улучшить ВАХ.
Вольт-емкостные характеристики полос всех типов детекторов (рис. 6а)
выходят на плато уже при напряжении обратного смещения 20÷25 В, что
свидетельствует о достаточно резком p-n переходе и малой протяженности
области перекомпенсации вблизи n-контакта Si(Li) p-i-n-структуры. Соот-
ветственно базовые области при напряжениях порядка 25В полностью
охватываются объемным зарядом запираемоно перехода, что обеспечивает
снижение потерь разделенных носителей.
8-ми полосный для: —
— полосы с наименьшими
значениями I
ут
; —
— полосы с наибольшими значениями
I
ут
; —
— средне медианные значения I
ут
всех полос.
Рис. 5. Токи утечки многополос-ных дискретных
координатно-чувствительных детекторов
На рис. 6 (а) представлены зави-
симости электрической емкости
от приложенного смещения для: 1
и 2-кривые с наименьшими и
наибольшими значениями 8-ми
полосного детектора, 3 и 4-кри-
вые с наименьшими и наиболь-
шими значениями 16-ти полос-
ного детектора. При ширине ка-
навки
150 мкм шумы растут с
увеличением напряжения обрат-
ного смещения (кривая 1),
27
что связано с генерационной составляющей в токе утечки для этого типа
стрипового детектора. Для достаточно «протравленного» детектора (ширина
канавки
400 мкм) зависимость E
ш
= f(U) практически постоянна и шумы не
растут вплоть до значений U = 100 B.
а) Вольт-емкостная
б) вольтшумовая
Рис. 6. Зависимости емкостной и шумовой характеристики от
напряжения для 8-ми и16-ти полосного детекторов
На этих же образцах проведены исследования радиометрических
характеристик при комнатной температуре. Энергетическое разрешение
измерялось с помощью источника α частиц
226
Ra и β частиц
207
Bi.
Регистрация амплитудных спектров проводилась с помощью обычного
спектрометрического тракта.
На рис. 7 (а, б) показан энергетический спектр детектора по
-частицам
электрон внутренней конверсии
207
Bi (Е
1 МэВ) R
=38 кэВ и по
-
частицами
226
Ra (Е
=7,65 МэВ) R
α
=65 кэВ.
Изготовленные ППКЧД при температуре Т = 25 °C и рабочем
напряжении U
обр
= 200-600 имеют темновой ток I=1,5-4,5 мкА, емкость С=150
пФ, шумы Е
ш
=22-28 кэВ. Энергетические разрешения по
226
Ra
α
= 33-46кэВ (1
элемент) при рабочем напряжении U
обр
=300В имеют темновой ток I=0,2-0,6
мкА, емкость С=40 пФ, шумы Е
ш
=9-12 кэВ, энергетическое разрешение по
226
Ra
α
= 14-18кэВ для энергии Е
α
=7,65 МэВ составляют (0,2-0,4)% (рис. 7) и
свидетельствуют о достижении высоких параметров.
а) по
-частиц
207
Bi (Е
1 МэВ);
б) по
-частиц
226
Ra (Е
=7,65 МэВ)
Рис. 7. Энергетические спектры детектора
28
Изготовлен макет стенда для испытания координатно-чувствительных
детекторов предназначенный для демонстрации визуализации сканирования
объекта, «просвечиваемого» источником ионизирующего излучения (рис. 8).
Выравнивание этой погрешности предполалось осуществить в узле
амплитудной дискриминации. Конструктивно узел состоит из двух корпусов,
в каждом из которых по 8 предусилителей. Внутри каждого корпуса
усилители располагаются в двухэтажном отсеке. Это сделано для того, чтобы
минимизировать разброс длин проводников от детектора к локальному
усилителю.
Рис. 8. Общий вид макета стенда
координатно-чувствительных детекторов
В четвертой главе
«Особенности полупроводниковых координатно-
чувствительных детекторов ядерного излучения на основе гетеро-
переходных структур Al-аGe-pSi-Au»
приведены краткие сведения о путях
модернизации основных детекторных материалов кремния и германия,
особенности технологических этапов изготовления гетеропереходных
полупроводниковых координатно-чувствительных детекторов на основе Al-
аGe-pSi-Au-структур. Исследованы их токовые и спектрометрические
характеристики.
Последние достижения в модификации полупроводникового кремния и
германия связаны с процессами их легирования изовалентными примесями.
В частности, кремний легированный германием отличается низкой
плотностью макродефектов и стабильностью параметров, а гидроге-
незированный германий превосходит кремний по скорости движения элект-
ронов в десять раз и в пять раз, чем в монокристаллическом германии. Эти
обстоятельства послужили основой для создания детекторов ядерного
излучения на основе гетероперехода аморфный германий – кремний.
Исходные гетероструктуры аморфный германий-кремний получены
напылением в вакууме германия на подложку из кремния р-типа
проводимости толщиной 400 мкм. Далее их поверхности подвергались
химическому травлению, после чего формировались контактные области. На
поверхность структуры со стороны кремния через окна в маске
сформированы в виде полосок контактные площадки из золота (толщиной
200 Å), а на другую поверхность аморфного германия напылен сплошной
29
слой алюминия (толщиной 1000 Å). Для получения низкоомных контактов на
фронтальную сторону пластины через специальную маску с отверстиями в
форме тонких полос напылялось золото (толщиной 200 Å).
Таким образом, изготовлен лабораторный образец 8-полосного ППКЧД
детектора с гетеропереходом в системе крений-германий, вид с поверхности
которого приведен на рис. 9а.
а)
б)
в)
Рис. 9. Общий вид координатно-чувствительного детектора
:
(а) зависимость тока утечки восьми полосного дискретного ППКЧД от напряжения;
(б) энергетические спектры детектора на основе
Al-аGe-pSi-Au
-структур
для
-частиц
226
Ra (Е
=7.65 МэВ) (в)
Обратные токи в интервале напряжений от нуля до 140 В увеличиваются
близко клинейному с максимальным значением тока 3 мкА (рис. 9б). Эти
значения в три раза меньше по сравнению, чем в кремний-литиевых Si(Li) -
p-i-n-структурах. Энергетические спектры Al-аGe-pSi-Au
-гетероструктурных
детекторов
с разрешением 45 кэВ, то есть в два раза лучше, чем в кремний-
литиевых детекторах (65 кэВ).
30
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе исследования особенностей технологии изготовления
полупроводниковых координатно-чувствительных детекторов ионизирую-
щего излучения на основе монокристалла кремния больших диаметров
(~100 мм) и их функциональных характеристик сделаны следующие выводы:
1. Разработан технологический маршрут, в котором обеспечена резка
пластин большого диаметра, процесс диффузии и дрейфа лития в режиме
уменьшения рабочего напряжения со 100 В до 15 В, а также равномерность
примесей под воздействием ступенчатого импульсного электрического поля.
2. Разработан метод двухсторонней диффузии в кремниевых структурах
для изготовления координатно-чувствительных детекторов больших
размеров, позволяющий в два раза уменьшить время диффузии.
3. Изготовлены большого диаметра 8-ми полосные и 16-ти полосные
детекторы с возможностями использования для томографических систем с
энергетическим спектром по
-частицам электрон внутренней конверсией
207
Bi (Е
1 МэВ) R
=38 кэВ и по
-частицам
226
Ra (Е
=7,65 МэВ) R
α
=65 кэВ,
что находится на уровне заводских.
4.
Разработан
полупроводниковый
координатно-чувствительный
детектор, предназначенный для регистрации заряженных частиц в медицине
и т.д. включающий p-i-n-структуру фронтальными омическими контактами
из золота в виде восьми, шестнадцати и тридцати двух полос, тыльным
сплошным контактом из алюминия, который контактирует с термоох-
лаждающим элементом Пельтье, позволяющее уменьшить токи утечки в два
раза.
5. Выявлены технико-технологические аспекты создания координатно-
чувствительных детекторов на основе гетеропереходных Al-аGe-pSi-Au
структур с энергетическим разрешением 45 кэВ, то есть в два раза лучшими,
чем в кремний-литиевых детекторах (65 кэВ) и в три раза меньшими токами
утечки.
6. Изготовлен макет стенда для испытания координатно-чувствительных
детекторов предназначенный для демонстрации визуализации сканирования
объекта, «просвечиваемого» источником ионизирующего излучения.
31
SCIENTIFIC COUNCIL AWARDING SCIENTIFIC DEGREES
DSс.27.06.2017.FM/T.34.01 PHYSICAL-TECHNICAL INSTITUTE,
INSTITUTE OF ION-PLASMA AND LASER TECHNOLOGIES,
SAMARKAND STATE UNIVERSITY
PHYSICAL-TECHNICAL INSTITUTE
TOSHMURODOV YORKIN KAXRAMONOVICH
DEVELOPMENT AND PRODUCTION OF SEMICONDUCTOR
COORDINATE-SENSITIVE DETECTORS OF IONIZING RADIATION
BASED ON SILICON
01.04.10 – Physics of semiconductors
ABSTRACT OF DISSERTATIONOF THE DOCTOR OF PHILOSOPHY (PhD) ON
TECHNICAL SCIENCES
TASHKENT – 2018
32
The theme of dissertation of doctor of philosophy (PhD) on technical sciences was registered
by the Supreme Attestation Commission of the Cabinet of Ministers of the Republic of Uzbekistan
under number B2017.1.PhD/T21.
Dissertation has been carried out at the Physical-Technical Institute.
The abstract of the dissertation is posted in three (Uzbek, Russian, English) languages on the
website of the Scientific Council at www.fti-kengash.uz and on the website of «ZiyoNet» information-
educational portal at www.ziyonet.uz.
Scientific consultant:
Radzhapov Sali Ashirivich
doctor of sciences in physics and mathematics
Official opponents
:
Abdukadirov Muhiddin Abdurashidivich
doctor of Technical Sciences, professor
Nasriddinov Sayfullo Saidovich
doctor of Technical Sciences, dosent
Leading organization:
Fergana Polytechnic Institute
The defence of the dissertation will be held on «___» __________ 2018, at ___ at the meeting of
the Scientific Council number DSc.27.06.2017.FM/T.34.01 Physical-technical institute, (Address: 2B
Bodomzor str., 100084, Tashkent, Uzbekistan. Tel.: (+99871) 235-42-91; e-mail:
info.fti@uzsci.net
).
The doctoral dissertation has been registered in the Information Resource Centre of the Physico
technical Institute (registered under No.__). Address: 2B Bodomzor str., 100084, Tashkent, Uzbekistan.
Phone/Fax: (+99871) 235-42-91.
The abstract of dissertation was distributed on «___» __________ 2018.
(Registry record No ____ dated «___» __________ 2018).
S.L. Lutpullayev
Chairman of scientific council on award
of scientific degree, Doctor of Physical
and Mathematical Sciences, Professor
A.B. Karimov
Scientific secretary of scientific council
on award of scientific degree, Doctor of
Physical and Mathematical Sciences
Professor
I.G. Atabaev
Chairman of the scientific seminar under
scientific council on award of scientific
degrees,
Doctor
of
Physical
and
Mathematical Sciences, Professor
33
INTRODUCTION (abstract of PhD thesis)
The aim of the research thesis
is revealing peculiarities of the technology of
manufacturing semiconductor coordinate-sensitive detectors of ionizing radiation
based on single-crystalline silicon wafers of large diameter as well as investigating
their functional characteristics.
The object of the research thesis
is a coordinate-sensitive detector based on
Si (Li)
p-i-n
heterojunction structures of Al-аGe-pSi-Au.
Scientific novelty of the research thesis:
The scientific novelty of the study
is as follows:
A technique of mechanical and chemical processing of the original wafer of
large diameters has been developed in order to ensure high flatness;
A two-side diffusion technique has been developed, which decreases the time
of diffusion two times in large-diameter silicon structures;
A technological map for manufacturing of large-size coordinate-sensitive
detectors based on Si (Li)
p-i-n
structures with 8, 16 and 32 bands has been
developed;
8-band semiconductor coordinate-sensitive detector has been developed on
the basis of Al-аGe-pSi-Au heterojunction structures with 20% advanced
sensitiveness compare to analogues;
A semiconductor coordinate-sensitive 8-band semiconductor detector based
on the Al-aGe-pSi-Au heterojunction with a front-ohmic contact and a rear contact
with a Peltier cooling element, which reduces the leakage current by half, is
created.
Implementation of the research results:
On the basis of the results of study of features of the technology for
manufacturing semiconductor coordinate-sensitive detectors of ionizing radiation
based on a large-diameter single-crystalline silicon wafers and their functional
characteristics:
A patent was obtained for the developed coordinate-sensitive detectors of
ionizing radiation of large dimensions granted by the Intellectual Property Agency
titled «Semiconductor Coordinate Sensitive Detector» (Bulletin No. 01248 of
October 31, 2017). Application of the developed detector allowed reducing leakage
currents twice as compared to the analogues;
technology for carrying out two-side diffusion of semiconductor coordinate-
sensitive detectors was used in the implementation of the fundamental project 3205
/GF4 «Development of the scientific foundations for the creation of an effective
solar cell with covering layer of silicon nanowires without front contacts» (2015-
2017) for semiconductor photo-converters (Ref. Kazakh National University of Al-
Farabi on October 12
th
, 2017). The application of scientific results has made it
possible to reduce the time of the diffusion process two times;
A certificate for the Youth Contest «Innovative Ideas» for technology within
the «IX Republican Fair of Innovative Ideas, Technologies and Projects» organized
by the Ministry of Higher Education Exhibition was granted.
34
The structure and volume of the thesis.
The PhD thesis consists of an
introduction, four chapters, conclusion, reference literature. The content of the
work is outlined on 128 pages, contains 54 figures and 5 tables. References include
78 titles including foreign literature.
35
ЭЪЛОН ҚИЛИНГАН ИШЛАР РЎЙХАТИ
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
LIST OF PUBLISHED WORKS
I бўлим (I часть; I part)
1. Тоshmurodov Yo.К. Position-Sensitive Detectors of Nuclear Radiation and
a Study of their Current–Voltage Characteristic // Instruments and Experimental
Techniques - New York 2017, Vol. 60, No. 4, PP. 605–607. (№ 11 Springer,
IF: 0,437)
2. Muminov R.A., Radzhapov S.A., Toshmurodov Yо.K., Radzhapov B.S.
Coordinate-sensitive detectors of ionizing radiation on the basis of the Si (Li)
p-i-n
large-dimension structures // «Computational nanotechnology», 2017, № 3. С. 29-
32. (01.00.00 № 7)
3. Раджапов С.А., Тошмуродов Ё.К., Раджапов Б.С., Рисалиева Ш.
Координатно-чувствительные детекторы ядерного излучения с термоох-
лаждающим устройством // Uzbek journal of Physics, 2016, том 18, № 6, С.
403-406. (01.00.00 № 5)
4. Muminov R.A., Radzhapov S.A., Toshmuradov Yo.K., Risalieva Sh.,
Bekbaev S., Kurmantaev A. Development and Optimization of the Production
Technology of Large Size Position Sensitive Detectors // Instruments and
Experimental Techniques - New York, 2014, Vol. 57, No. 5, PP. 564–565. (№ 11
Springer, IF: 0,437)
5. Муминов Р.А., Раджапов С.А., Тошмуродов Ё.К Электрофизические
характеристики разных типов кремниевых детекторов ядерного излучения с
большой поверхностью чувствительной области // Uzbek journal of Physics,
2014/16, № 3. С. 234-237. (01.00.00 № 5)
6. Muminov R.A. Saymbetov A.R., Toshmurodov Yo.K. Special Freatures of
Formation of High-Performance Semiconductor Detectors Based on αSi-Si(Li)
Heterostructures // Instruments and Experimental Techniques - New York, 2013,
№ 1, PP. 32-33. (№ 11 Springer, IF: 0,437)
7. Муминов Р.А., Раджапов С.А., Тошмуродов Ё.К Влияние неоднород-
ности кристаллической решетки на свойства детектора томографической
системы на основе Si(Li) p-i-n структур больших размеров // Доклады
Академии Наук Республика Узбекистан, 2013, № 2, С. 24-26. (01.00.00 № 7)
8. Muminov R.A. Saymbetov A.R., ToshmurodovYo.K. Electrophysical
characteristics of large-size αSi-Si(Li) detector heterostructures // Semiconductor
physics, quantum electronics and optoelectronics. Ukraine-2012, V.15, № 3, РР.
285-287. (01.00.00 № 7)
II бўлим (II часть; II part)
9. Муминов Р.А., Раджапов С.А., Тошмуродов Ё.К., Раджапов Б.С.,
Рисалиева Ш. Полупроводниковый координатно-чувствительный детектор
Патент РУз № FAP 01248 от 27.09.2017.
10. Тошмуродов Ё.К., Раджапов Б.С., Тураев С. Координатно-
36
чувствительные детекторы ядерного излучения // XIII международная
научная конференция «Физика твердого тела», посвященная 20-летию ЕНУ
им. Л.Н. Гумилева, г. Астана, 26-28 апреля 2016, С. 113.
11. Муминов Р.А., Раджапов С.А., Тошмуродов Ё.К., Рысалиева Ш.,
Вахобов К.И., Бекбаев С. Полупроводниковые детекторы ядерного излучения
на основе гетерепереходных структур Al-аGe-pSi-Au // «Фундаментальные
иприкладные вопросы современной физики» Сборник тезисов докладов
международной конференции. Ташкент-2015, С. 106-107.
12. Муминов Р.А., Раджапов С.А., Тошмуродов Ё.К., Раджапов Б.С.,
Бекбаев С., Курмантаев А., Саймбетов А.К. Технология изготовления
координатно-чувствительных
детекторов
больших
размеров
для
томаграфических систем // XII международная научная конференция
«Физика твердого тела» 25-27 июня, 2014, Астана, Казахстан, С. 194-195.
13. Муминов Р.А., Раджапов С.А., Тошмуродов Ё.К., Раджапов Б.С.,
Вахобов К.И. Координатно-чувствительные детекторы рентгеновского
излучения // III Международная научная конференция «Оптические и
фотоэлектрические явления в полупроводниковых микро-наноструктурах»,
Фергана, 14-15 ноября 2014, С. 259-260.
14.
Тошмуродов Ё.К. Разработка и оптимизация технологии
позиционно-чувствительных детекторов больших размеров // Республика ёш
олимлар илмий-амалий конференцияси. Ташкент-2013. 26 декабря, С. 137.
15. Муминов Р.А., Раджапов С.А., Тошмурoдов Ё.К., Рисaлиева Ш.
Полупроводниковые позиционно-чувствительные детекторы больших
размеров на основе Si(Li) p-i-n структур // «Яримўтказгичлар физикаси ва
қурилмалар ҳамда уларни ўқитишнинг муаммолари» Ҳудудий илмий
анжуман. Наманган – 2013, С. 91-92.
16. Муминов Р.А., Раджапов С.А. Тошмуродов Ё.К., Рисалиева Ш.,
Бекбаев С. Полупроводниковые позиционно-чувствительные детекторы
больших размеров c термоохлаждающим устройством // 9-я Международная
конференция ядерная и радиационная физика, 24-27 сентября 2013 года,
Алматы, Республика Казахстан, С. 214-215.
17. Муминов Р.А., Раджапов С.А., Тошмуродов Ё.К., Бекбаев С.,
Курмантаев А., Саймбетов А.К. Разработка и изготовления позиционно-
чувствительные детекторов больших размеров // 8-я Международная научная
конференция «Современные достижения физики и фундаментальное
физическое образование» Казахстан, Алматы, 9-11 октября 2013, С. 186-187.
18. Muminov R.A., Radjapov S.A., Pindyurin Yu.S., Toshmurodov Yo.K.,
Risalieva Sh. Discrete semiconductor coordinator sensitive detector with large-size
of working layer // Международной конференции «Nuclear Science and its
Application», Самарканд, 25-28 сентября 2012, С. 319-321.
19. Муминов Р.А., Раджапов С.А.,
Тошмуродов Ё.К., Рысалиева Ш.,
Вахобов К.И., Бекбаев С. Полупроводниковые детекторы ядерного излучения
на основе гетерепереходных структур Al-αGe-pSi-Au // «Фундаментальные и
прикладные вопросы современной физики», сборник тезисов докладов
международной конференции. С. 300-302.
37
Авторефератнинг ўзбек, рус ва инглиз тилларидаги нусхалари
«Тил ва адабиёт таълими» журнали таҳририятида таҳрирдан ўтказилди
(10.01.2017 йил).
Босишга рухсат этилди: 22.01.2018 йил
Бичими 60х44
1
/
16
, «Times New Roman»
гарнитурада рақамли босма усулида босилди.
Шартли босма табоғи 2,4. Адади: 100. Буюртма: № 11.
Ўзбекистон Республикаси ИИВ Академияси,
100197, Тошкент, Интизор кўчаси, 68.
«АКАДЕМИЯ НОШИРЛИК МАРКАЗИ»
Давлат унитар корхонасида чоп этилди.
