ABSTRACT
Abstract Nowadays, the experiments related to High Energy Physics and others fields demand the use of detectors with greater radiation resistance, and the novel material GaAs:Cr has demonstrated excellent radiation hardness compared with other semiconductors. On the basis of evidence obtained in the JINR experiment with the use of 22 MeV electrons beam generated by the LINAC-800 accelerator, an analysis of electron radiation effects on GaAs:Cr and Si detectors is presented. The measured I-V characteristics showed a dark current increase with dose, and an asymmetry between the two branches of behaviors for all detectors. Analyzing the MIP spectra and CCE dose dependence measurements a deterioration process of detectors collection capacity with dose increase was found, although behaviors are somewhat different according to the detector type. The detailed explanation of these effects from the microscopic point of view appears in the text, and are generally linked to the generation of atomic displacement, vacancies and other radiation defects, modifying the energy levels structure of the target material. These changes affect the lifetime and concentration of the charge carriers, and other characteristics of the target material.
Resumen Actualmente, los experimentos relacionados con la física de altas energías y otros campos, demandan el uso de detectores con mayor resistencia a las radiaciones y el novedoso material GaAs:Cr ha demostrado poseer una excelente fortaleza comparado con otros semiconductores. En base a las evidencias obtenidas en el experimento del IUIN con el uso de un haz de electrones de 22 MeV generado por el acelerador LINAC-800, se presenta un análisis de los efectos de la radiación en detectores de Si y GaAs:Cr. Las características I-V medidas mostraron un incremento de la corriente de fuga con la dosis y una asimetría entre las dos ramas de estos comportamientos para todos los detectores. Analizando las mediciones de los espectros MIP y la dependencia de la CCE con la dosis, fue encontrado un proceso de deterioro de la capacidad de detección de los detectores con el aumento de la dosis, sin embargo, los comportamientos son diferentes de acuerdo al tipo de detector. La explicación detallada de estos efectos desde el punto de vista microscópico aparece en el texto, los cuales están relacionados generalmente con la generación de desplazamientos atómicos, vacancias y otros defectos producto de la radiación, modificando la estructura de los niveles energéticos en el material sensor. Estos cambios afectan el tiempo de vida y la concentración de los portadores de carga, así como otras características del material.
ABSTRACT
Abstract Some results obtained with the use of Monte Carlo mathematical simulation of radiation transport in Timepix hybrid detectors based on chromium compensated gallium arsenide are presented in this contribution. The MCNPX, GEANT4, SRIM and MCCM code systems were used for this purpose. The in-depth profiles of the deposited energy by the incident photons within the sensor active volume, the shapes and dimensions of the generated charge carriers clouds for different incident energies and specific geometrical conditions were obtained and presented. The 22Ne ions ranges in the target material for two different energies and the contributions of each energy loss channel were also determined. Finally, for a selected detector irradiated with photons of different energies, the displacement cross sections for each chemical element in the active material, as well as the number of displacements per atoms produced for each atomic species were calculated.
Resumen En este trabajo se presentan algunos de los resultados obtenidos con el uso de la modelación matemática por Monte Carlo del transporte de radiación en detectores híbridos Timepix basados en el arseniuro de galio compensado con cromo. Se emplearon para este propósito los sistemas de códigos MCNPX, GEANT4, SRIM y MCCM. Fueron obtenidos los perfiles en profundidad de la energía depositada por la radiación incidente dentro del volumen activo del sensor, las formas y dimensiones de las nubes de portadores de cargas generados por fotones incidentes de diferentes energías y condiciones geométricas específicas. También se determinaron los alcances de los iones de 22Ne de dos energías diferentes en el material blanco y las contribuciones de cada canal de pérdida de energía. Finalmente, para un detector seleccionado irradiado con fotones de diferentes energías se calcularon las secciones eficaces de desplazamiento para cada elemento químico en el material activo, así como el número de desplazamientos por átomos producidos para cada especie atómica.