СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2015

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 17 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2015 Комптоновские (релятивистские) электроны Лавинно- ионизационные электроны Зонные электронно- дырочные пары γ -кванты (Мишень) (1,0 МэВ → 250 кэВ) (GaAs) (250 кэВ – 6 эВ) (GaAs) (1,43 эВ) (Космос) ( > 1,0 МэВ) но сделать следующие смелые выво- ды: твёрдые тела, совмещающие в себе свойства изолятора, полупроводника, проводника, сверхпроводника, такие как ковалентный алмаз (diamond), или, ещё лучше, ионно-связанный LPE i-GaAs на сверхвысоких частотах, могут быть: ● поглотителями электромагнитной энергии в виде накопления электро- магнитной массы в кристалле ( ε > 1 и μ > 1); ● «невидимками» (то есть абсолют- но прозрачными) для чрезвычайно узкой части электромагнитных волн, когда волны проникают через тело кристалла без малейшего сопротив- ления ( ε = 0 и μ = 0); ● упругим энергетическим препятстви- ем для любых фотонов, когда ε < 0 – это явление и открыл В.Г. Веселаго более полувека назад (сейчас оно очень активно используется в США); ● «вакуумной средой» (когда ε = 1 и μ = 1). В итоге приходим к выводу, что «ди- электрический транзистор» и кванто- вый вентиль, показанные в [9], являются чрезвычайно удобным инструментом для исследования электромагнитного излучения в космическом простран- стве, включая солнечное излучение, излучение планет солнечной системы. Есть здесь и свои «полупроводнико- вые» особенности. Допустим, при приё- ме рентгеновских лучей (с Е ≈ 10 5 –10 6 эВ или с λ ≈ 0,1–0,01 Å или ещё, в более жёстком диапазоне, с частотами ≈ 3 × 10 18 – 3 × 10 20 Гц) и, тем более, при приёме Х-лучей, когда энергия Компто- новских электронов может оказаться разрушительной для кристаллической решётки, или когда при запредельных частотах X-лучей (от 10 22 Гц) появятся новые проводящие частицы – позитро- ны, что также может являться предме- том дальнейших исследований: от про- тотипов своеобразных, в данном слу- чае, водородоподобных «куперовских пар» до аннигиляционного перерожде- ния снова в Х-кванты. В любом случае, приёмник γ -квантов (энергия составляет от 1,22 × 10 6 эВ или 1,22 МэВ), которые будут являться гене- раторами Комптоновских электронов с энергией гораздо выше, чем энергия дефектообразования (пар Френкеля) в полупроводнике (Ge ≈ 350 кэВ, LPE i-GaAs ≈ 250 кэВ, Si ≈ 190 кэВ, diamond ≈ 150 кэВ), что приведёт к заметно- му «шуму» в диагностике излучения γ -квантов. В связи с этим необходимо использовать энерготормозящую про- межуточную мишень на поверхности LPE i-GaAs с созданием энергопреобра- зователя (см. рис. 8) с длиной волны Де Бройля λ = 1,22/E 1/2 ( λ – нм, Е – эВ) как в тормозящей мишени, так и в GaAs. При энергии электрона > 100 кэВ все движущиеся электроны обладают реля- тивистскими свойствами (Е = mV 2 /2, где V ≥ 1,6 × 10 10 см/с, или V ≈ 0,5C). Такая модель γ -датчика вполне реали- зуема на основе LPE i-GaAs-кристалла. По параметрам вторичных по отноше- нию к Комптоновским или третичных лавинно-ионизационных электронов можно анализировать энергоспектр γ -квантов. Как мы видим, при огромной плотности γ -квантов с успехом могут быть созданы компактные источники электропитания [4]. Датчики α -частиц и протонов При облучении GaAs тяжёлыми заряженными частицами (протонами и α -частицами) образуются радиацион- ные дефекты кристаллической решёт- ки GaAs, такие как: вакансия – междо- узельный атом (парыФренкеля), дива- кансия и другие. Дефектообразование, как уже указывалось, в широких пре- делах изменяет электрофизические свойства GaAs, такие как L, μ , D, τ , то есть параметры, определяющие прово- димость и скорость генерации/реком- бинации заряда. В наиболее реальном диапазоне энергий тяжёлых заряженных частиц, как производных от нейтронного облучения, от 0,3 МэВ до 5,0 МэВ глу- бина проникновения (длина пробега ионизированных частиц) в GaAs будет сильно зависеть от температуры GaAs- мишени. В частности, протон с энер- гией 300 кэВ создаёт до 50 смещений в GaAs, проникая на глубину до 3 мкм. При этом максимум дефектов при облу- чении тяжёлыми частицами наблюда- ется не в начальной, а в конечной ста- дии пробега. Количество образованных дефект- ных пар Френкеля зависит от темпе- ратуры GaAs-подложки. К примеру, при контроле реакторного теплоно- сителя (Т >250 ° С) мы можем получить механизм диссоциации дефектных пар Френкеля, то есть возврат их в исход- ное состояние. Другими словами, при рабочих температурах > 250 ° С устойчи- вость радиационных датчиков к облу- чению заряженными частицами резко возрастает. Датчики α -частиц и протонного кос- мического излучения, особенно силь- но беспокоившего космонавтов, могут быть реализованы на практике по про- тотипу «нейтронных» транзисторов (см. рис. 4), с аналогичной физиче- ской моделью приёма и через мишень – экран-преобразователь ( α -вольтаика, протоно-вольтаика) Рис. 8. Энерготормозящая промежуточная мишень с энергопреобразователем Реклама