Cíl:

Ve spolupráci s předními výzkumnými institucemi vyvíjet nové typy polovodičových detektorů, poskytovat komplexní testy co nejširší třídy polovodičových detektorů a vylepšovat fyzikální popis jejich činnosti.

Proč se zabýváme polovodičovými detektory?

Hlavní výhodou polovodičových detektorů, oproti plynovým detektorům, je jejich vyšší účinnost detekce (související s vyšší hustotou) a lepší spektrometrické rozlišení (související s menší energií potřebnou na vytvoření jednoho elektron-děrového páru). Prosazování využívání spektrometrických vlastností polovodičových detektorů je naším hlavním předmětem zájmu.

Stručně o polovodičových detektorech

Rozvoj polovodičových detektorů byl umožněn technologickým vývojem umožňujícím jak pěstování dostatečně čistých monokrystalů (typicky Si a Ge) tak vytváření rozmanitých detekčních struktur (klasické diody, heterogenní přechody, stripy, pixely, ...). Bylo prokázáno, že pro detektory je nejvhodnější použít destičku vyříznutou z monokrystalu polovodiče a přímo na ní vytvořit usměrňující přechody a sběrné elektrody v potřebném geometrickém uspořádání. Toto lze vytvořit planární technologií vyvinutou roku 1959 Jeanem Honernim a Robertem Noycem ve Fairchild Semiconductor. Tato technologie, původně vyvinutá pro levnou a rychlou výrobu elektronických součástek (tranzistory, integrované obvody, ...), umožňuje difúzi různých vrstev na destičku polovodiče a jejich případné odleptání na různých místech dle předem připraveného vzoru. Detektory vyrobené touto technologií jsou obecně nazývány planárními detektory. Jejich konkrétní pojmenování však častěji vychází z tvaru sběrných elektrod. Pad detektory jsou planární detektory ve tvaru obyčejných diod, tj. tenká destička monokrystalu nevlastního polovodiče (např. typu N) na jejíž jedné straně je vytvořen pokovený usměrňující přechod (např. Schotkyho kontakt, P-N přechod, MIS struktura, nebo heterogenní přechod) a na jejíž druhé straně je vytvořen ohmický přechod. Stripové detektory (např. ATLAS SCT detekční moduly) jsou vyrobeny obdobně jako pad detektory, ale jejich usměrňující přechod (včetně pokovení) je rozdělen na rovnoběžné nebo mírně rozbíhavé proužky (angl. strips). Pixelové detektory (např. Medipix) mají segmentaci až na tak vysoké úrovni, že každý segment může hrát roli jednoho elementu obrazu (angl. picture element = pixel).

Použití planární technologie má však i jistá omezení. Tato omezení jsou dána tím, že planární technologie umožňuje úpravu pouze povrchu polovodiče a pouze jen ve vrstvách rovnoběžných s tímto povrchem. Planární technologií proto nelze zvětšit aktivní plochu povrchu polovodičového detektoru (zvětšením takové plochy by se docílilo zvýšení detekční účinnosti u detektorů s konverzní vrstvou na povrchu). Tloušťka planárních detektorů je navíc omezena vzdáleností, na kterou nosiče náboje mohou být unášeny elektrickým polem po dobu jejich života. Typické tloušťky detektorů jsou např.: 20 mm (Ge detektory), 2 mm (CdTe detektory), 0,3 mm (Si detektory), 0,2 mm (InP a GaAs detektory). Aktuální výzkum je proto orientován na potlačení těchto omezení prostřednictvím vylepšené technologie využívající navíc elektro-chemického leptání. Detektory vyráběné touto technologií se nazývají 3D a Semi-3D detektory.