GaSb / AlAsSb-Photodioden (SAM-APDs) für die getrennte Absorption und Multiplikation von Lawinen können nach Angaben der University of California, Los Angeles, zur selektiven Detektion hochenergetischer elektromagnetischer Röntgen- und Gammastrahlung eingesetzt werden.
Das Forscherteam hat solche Detektoren gebaut, die gut definierte Röntgen- und Gammastrahlenphoto-Peaks von einer Americium 241-Quelle (1,55 GBq) mit bis zu 59,5 keV und einem Halbwertsmaximum von 1,283 keV in voller Breite beobachten können.
In SAM-APDs ist die Licht- / Strahlungsabsorptionsschicht von dem pn-Übergang mit großer Bandlücke getrennt, der eine Verstärkung liefert, was eine hohe Lawinenverstärkung bei geringem Dunkelstrom ermöglicht.
"Unsere SAM-Struktur ist vorteilhaft, da sie aufgrund der internen Verstärkung ein viel besseres Signal-Rausch-Verhältnis bietet", sagte UCLA-Forscher Dr. Dingkun Ren. „Dies ist wichtig, um klare energiereiche Signale aufzulösen. Unsere Detektoren sind die ersten SAM-APDs, die eindeutige Erkennungssignaturen von Gammastrahlen> 50 keV aufweisen. “
Die Wahl des Halbleitermaterials war wichtig.
"Wir verwenden GaSb anstelle von Si, Ge oder GaAs, um Absorptionsbereiche zu bilden", sagte Projektleiter Dr. Bor-Chau Juang. "Dies liegt daran, dass GaSb aufgrund seiner relativ höheren Atomzahl eine viel bessere Absorptionseffizienz und eine viel höhere Wahrscheinlichkeit bietet, diese energiereichen Photonen zu stoppen."
Der GaSb-Absorber ist mit einem AlAsSb-Lawinenübergang gepaart - die Heterostrukturen wurden mittels Molekularstrahlepitaxie gezüchtet.
„Die GaSb / AlAsSb-Heterostruktur ist sowohl in Bezug auf die Energie zur Paarbildung als auch in Bezug auf die Absorptionseffizienz sehr unterschiedlich. Dies hilft dabei, Rauschphotospitzen zu beseitigen, die außerhalb der GaSb-Absorptionsbereiche entstehen. “, Sagte Ren.
Die Arbeit wurde in Advanced Optical Materials als energiesensitive GaSb / AlAsSb-Lawinenphotodioden mit separater Absorption und Multiplikation für die Erkennung von Röntgen- und Gammastrahlen veröffentlicht .
In seiner Zusammenfassung heißt es: „Spektroskopische Charakterisierungen zeigen eine signifikante Verbesserung der gemessenen Energieauflösung aufgrund eines verringerten elektrischen Feldes mit hohem Spitzenwert in den Absorbern und einer unterdrückten nichtstrahlenden Rekombination auf Oberflächen. Die SAM-APDs weisen eine Linearität des Energieverhaltens von bis zu 59,5 keV auf. “
Die tatsächliche Leistung kann besser sein, da angenommen wird, dass das Rauschen von der Ausleseelektronik die Messungen dominiert.
Das UCLA-Team sucht Partner, die energiereiche Strahlung erfassen und unterscheiden müssen, und weist darauf hin, dass andere energiesensitive Detektoren in Systemen für Bildgebung, Medizin und Sicherheit eingesetzt werden.
