Захват носителей заряда

Захват носителей заряда ловушками сильно ухудшает рабочие характеристики ПД, работающих при комнатной температуре. Как видно из рис. 2.19, горб в спектре CdZnTe детектора и хвост фотопика создаются электронами, образующимися, в основном, при фотоэлектрическом поглощении фотонов. Смещение амплитуды импульсов относительно фотопика происходит вследствие «плохого» транспорта носителей заряда, захватываемых ловушками. Комптоновское рассеяние фотонов также создает часть спектра ниже фотопика. Эти события можно было бы отсечь, задав узкое окно дискриминации вокруг фотопика. Однако, так как в непрерывную область ниже фотопика попадают из-за захвата и фотоэлектроны, то они не будут зарегистрированы, что приводит к уменьшению фотоэффективности детектора.

Захват зарядов происходит в местах дефектов кристаллической структуры, включающих вакансии и атомы примесей. Ловушки имеют неравномерное распределение по объему кристалла. Их энергетические уровни расположены в промежутке между валентной зоной и зоной проводимости. Носители заряда могут захватываться на эти уровни, отдавая энергию в форме световых фотонов или вызывая вибрацию кристалла. Взаимодействие фотонов с веществом происходит во всем объеме детектора, и если захват носителей заряда является неравномерным по объему, то это приводит к ухудшению энергетического разрешения.

В настоящий момент используются два подхода к решению проблемы захвата носителей заряда. Первый заключается в сборе дополнительной информации о сигнале во временном интервале и соответствующей корректировке отрицательного влияния захвата на амплитуду сигнала. Во втором подходе применяется специальная конфигурация электродов, которая подавляет отрицательный эффект захвата на величину сигналов. В обоих случаях решение проблемы основывается на том факте, что у большинства полупроводников, обладающих существенным эффектом захвата носителей, произведение подвижности на время жизни (цт) для разных типов носителей сильно отличается. Например, у выпускаемых в настоящее время детекторов CdZnTe (цт) для электронов на два порядка выше, чем для дырок. В тоже время временная зависимость сигнала в плоском детекторе сильно зависит от цт для каждого носителя и от глубины взаимодействия. Если толщина детектора равна 1 см, то характерная длина до захвата электрона оказывается много большей, в то время как характерная длина до захвата дырки оказывается много меньшей, чем толщина детектора.