Transport properties of semiconductor detectors

Silicij-karbid (SiC) je poluvodički materijal koji posjeduje niz svojstava koja ga čine pogodnim za detekciju zračenja. Široki zabranjeni pojas, mala intrinzična koncentracija naboja, mala struja curenja, veliki napon proboja, dobra toplinska vodljivost, čvrstoća te otpornost na visoke temperature i razine zračenja samo su neka od obilježja po kojima je bolji od silicija (Si), najkorištenijeg materijala u poluvodičkim detektorima. U ovom radu su najprije uspoređena transportna svojstva Schottky dioda od Si i 4H-SiC podjednakih dimenzija i dopiranosti. Korištena su temperaturno ovisna strujno-naponska (I-V) i kapacitivno-naponska (C-V) mjerenja kako bi se dobili važni parametri za rad detektora i prepoznali dominantni transportni mehanizmi. 4H-SiC dioda je pokazala puno manju struju curenja, manju ovisnost širine područja osiromašenja i koncentracije slobodnih nosilaca naboja o temperaturi, manji serijski otpor, a struja koja dolazi od generacijsko-rekombinacijskih (RG) procesa u području osiromašenja je zanemariva. To sve ukazuje na bolju energijsku i vremensku rezoluciju te na veću temperaturnu stabilnost 4H-SiC detektora. Dvije 4H-SiC diode su zatim podvrgnute zračenju termalnih i brzih reaktorskih neutrona kako bi se vidjelo hoće li to promijeniti njihova transportna svojstva. Sve promjene upućuju na to da su u međupovršinu metal-poluvodič uvedeni defekti koji lokalno snižavaju Schottky barijeru, a koncentracija takvih defekata je puno veća kod ozračivanja brzim neutronima. Ostali parametri koji direktno utječu na detektorska svojstva pokazali su zanemarivu promjenu nakon zračenja. Na kraju, proučena je drugačija detektorska struktura – MOS („metal-oxide-semiconductor“). C-V karakterizacija je napravljena na neozračenom Si/SiO2 MOS i uzorku ozračenom brzim neutronima. Uočeno je da su ozračivanjem uvedeni defekti u oksid i međupovršinu oksid-poluvodič.Silicon-carbide (SiC) is the semiconductor material with properties which make it suitable for radiation detection. Wide band gap, small intrinsic carrier concentration, small leakage current, large breakdown voltage, good thermal conductivity, hardness, excellent resistance to large temperatures and high radiation tolerance are all properties which make it better than silicon - the most widely used material in semiconductor detectors. First of all, in this paper is made the comparison between transport properties of Si and 4H-SiC, which have similar dopance and dimensions. The experimental methods which are used are temperature dependent current-voltage (I-V) and capacitance-voltage (C-V) measurements, with the purpose to get the parameters which are important for detectors, and to recognize dominant transport mechanisms. 4H-SiC SBD has shown much less leakage current, the smaller temperature dependence of depletion region width and of free carrier concentration, the smaller series resistance and also recombination-generation (RG) current in depletion region is negligible. All this is the indicator of a better energy resolution and time resolution, but also of the higher temperature stability in 4H-SiC detector. Two 4H-SiC diodes are irradiated with thermal and fast reactor neutrons to see their effect on transport properties. All of the observed changes point to the introduced interface states that locally influence Schottky barrier height. Fast neutrons have introduced much more concentration of such defects than thermal neutrons. Other paramethers that directly affect the detection properties have shown negligible change after the irradiation. Finnaly, a different detector structure has been studied – MOS (metal-oxide-semiconductor), where I-V and C-V characterisation have been made on the unirradiated Si/SiO2 MOS and on the sample irradiated with fast neutrons. In the irradiated sample defects introduced to the oxide and the oxide-semiconductor interface have been observed