Study of semiconductor detectors with ion beams

Abstract

Silicon carbide based detectors are promising due to their potential use in radiation and temperature extremes. In this work an analysis is made of the response of a 4H-SiC detector designed as a diagnostic system for alpha particles generated by fusion in nuclear fusion reactors. First, a characterization of the detectors using the TPA-TCT (Two-Photon Absorption − Transient Current Technique) technique was performed at the UPH/EHU (Universidad del País Vasco). Several unexpected responses due to neutron damage were obtained. Therefore, an experimental campaign was planned at CNA (Centro Nacional de Aceleradores) to corroborate these results using the IBIC (Ion Beam Induced Charge) y TRIBIC (Time Resolved Ion Beam Induced Charge) technique It was found that due to irradiation the detectors lose their diode-like behavior. In addition, the shape of the signal is dependent on the radial position of the detector. Although the charge collection on its surface is homogeneous. And finally, the size of the depletion zone of the irradiated detectors decreases.

Los detectores basados en carburo de silicio son prometedores debido a su potencial uso en ambiente con radiación y temperaturas extremas. En este trabajo se analiza la respuesta de un detector de 4H-SiC diseñado como sistema de diagnóstico de partículas alfa generadas por fusión en reactores de fusión nuclear. En primer lugar, se realizó una caracterización de los detectores usando la técnica TPA-TCT (Two-Photon Absorption − Transient Current Technique) en la UPH/EHU (Universidad del País Vasco). Se obtuvieron varias respuestas inesperadas debidas al daño por neutrones. Por tanto, se planeó una campaña experimental en el CNA (Centro Nacional de Aceleradores) para corroborar estos resultados haciendo uso de la técnica de IBIC (Ion Beam Induced Charge) y TRIBIC (Time Resolved Ion Beam Induced Charge). Se comprobó que debido a la irradiación los detectores pierden el comportamiento tipo diodo. Además, la forma de la señal es dependiente de la posición radial del detector. Aunque la colección de carga en su superficie es homogénea. Y por último, el tamaño de la zona de deplexión de los detectores irradiados disminuye.