Caracterización de detectores semiconductores de radiación ionizante

Abstract

Durante todo el proyecto, he sido capaz de llevar las tareas de estudiar el comportamiento teórico de generación de señales TCT en diodos semiconductores, así como embuirme más en el estudio del espacio de carga en una unión PN, el campo eléctrico así como el deterioro que sufren estas uniones semiconductoras a la radiación. Además he llevado a cabo un estudio de la respuesta del sistema del laboratorio dentro del Instituto de Física de Cantabria del ancho de banda disponible para la toma de medidas, así como del ruido que se encontraba a la hora de tomar las capturas. Después de esto he realizado medidas de diferentes bancadas de diodos para su estudio y para el estudio de la correlación entre las señales recogidas por el sistema y las señales teóricas que se esperan. Para esto, también desarrollé una simulación del sistema con el software LTSpice IV4 que ha permitido observar computacionalmente la respuesta del sistema ante impulsos del tipo que se generan en una unión PN tras el impacto de un pulso láser. Por otra parte, para el manejo de los datos desarrollé una aplicación en Matlab con cuya interfaz es capaz de realizar lecturas automáticas de los datos recogidos del sistema que permite procesar y mostrar todas las curvas tomadas por un diodo. Junto con esto, también llevé a cabo un script de análisis automatizado para señales capturadas. Este script que es capaz de analizar parámetros de los pulsos como su anchura, los tiempos de subida y bajada, la integral de carga, y la pendiente del pulso, también ofrece la posibilidad de hacer un estudio del ruido en una captura, ofreciendo información tal como su media, su varianza, su espectro en frecuencia y dos test estadísticos para determinar su gaussaneidad y su aleatoriedad. Además, compuse un análisis detallado de algunos de los diodos más relevantes donde se podía observar con gran facilidad los efectos que ocurren en uniones PN tanto en diodos estándar como en diodos APD tras liberarse carga de la inyección láser. Desde luego, los resultados obtenidos en el laboratorio han sido exitosos desde el punto de vista que han ofrecido una buena relación entre la teoría estudiada frente a los resultados prácticos. Sin embargo, quedan muchas líneas abiertas de futuro a partir de aquí, y mejoras al proyecto para abrir nuevas vías de estudio. De manera inmediata, el proyecto tiene que pasar a segundo estadio. Una vez que dispositivo experimental ha demostrado que opera correctamente, hay que pasar al estudio de nuevas bancadas de diodos, tanto irradiados como sin irradiar. Esto llevará finalmente al análisis global de la resistencia de las diferentes tecnologías de diodos semiconductores en Silicio a radiaciones ionizantes. Este paso, también lleva aparejado el uso de tecnologías de refrigeración de diodos durante el análisis, que supondrán un aumento del ruido en las capturas de la señales. También supondrá manejar técnicas de envejecimiento de diodos irradiados, que permiten a partir de un diodo irradiado utilizarlo para varias muestras. Además, este trabajo propone una mejora en el equipo de lectura de señales, particularmente el osciloscopio, de tal forma que se pueda capturar con más detalle las señales TCT, y también una reducción del área de los diodos estudiados, que permita reducir su capacitancia intrínseca mejorando la resolución temporal de las capturas. Dentro de los posibles análisis, uno que puede aportar mucha información una vez que los diodos se han irradiado son medidas de uniformidad. Estas medidas consisten en realizar análisis TCT haciendo un barrido longitudinalmente del diodo, determinando que zonas se han podido dañar más. Como posible avance en el análisis de los datos, sería realizar ajustes de la simulación de spice con los datos capturados, para afinar más la simulación y tener mayor precisión. Así como también cabe realizar una simulación del comportamiento de carga libre bajo un campo eléctrico con el Teorema de Ramo, para poder determinar después el campo eléctrico aplicado. Otra mejora de propuesta, principalmente enfocada a diodos APD, es utilizar pulsos láser de verde, que teniendo una penetración ínfima sobre silicio, puede aportar un nuevo análisis sobre el comportamiento de los pares electrón-hueco dentro de estos diodos, sin generar necesariamente un efecto avalancha. Por último, decir que de este trabajo investigador ha producido un artículo relacionado con esta labor, además de otro que será publicado en el margen de unas semanas, tras las aportaciones que he hecho al proyecto.