Šumová spektroskopie detektorů záření na bázi CdTe
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Předmětem této práce je šumová spektroskopie detektorů (-záření a paprsků X) vyrobených na bázi CdTe. Vychází se ze sledování hladiny nízkofrekvenčního nadbytečného šumu při transportu náboje jak v časové tak ve frekvenční oblasti prostřednictvím spektrální hustoty výkonu (PSD) s logaritmickým rozlišením frekvenční osy. V práci je nově popsaný návrh měřící metody PSD, který je odvozený od diskrétní vlnkové transformace a dává srovnatelné výsledky s dříve užívanou analogovou technikou. Na námi vytvořený model monokrystalu CdTe je možno pohlížet jako na antiseriové spojení dvou Shottkyho diod s rezistorem mezi nimi. Ten pak představuje odpor v objemu vzorku polovodiče, který se mění v důsledku změny koncentrace nosičů při konstantních podmínkách jako je teplota nebo přiložené napětí či osvětlení. Při změně teploty se vzorek CdTe zpočátku chová jako kov. V důsledku změny pohyblivosti nosičů (děr nebo elektronů) pak začnou převládat vlastnosti polovodiče díky jejich tepelné generaci. Spektrální hustota výkonu nízkofrekvenčního šumu závisí na počtu volných nosičů ve vzorku. U všech zkoumaných vzorků byla hladina šumu 1/f mnohonásobně vyšší než se dá určit pomocí Hoogeho teorie. To je způsobeno nízkou koncentrací nosičů ve vyprázdněné vrstvě záporně polarizovaného kontaktu.
The main object of this work is noise spectroscopy of CdTe radiation detectors (-rays and X–rays) and CdTe samples. The study of stochastic phenomenon and tracing redundant low-frequency noise in semiconductor materials require long-term measurements in time domain and evaluate suitable power spectral densities (PSD) with logarithmic divided frequency axes. We have used the means of time-frequency analysis derived from the discrete wavelet transform (DWT) and we have designed the effective algorithm for PSD estimation, which is comparable with an original analog method. CdTe single crystal with Au contacts we can imagine as a series connection of two Schottky diodes with a resistor between them. The bulk resistance at constant temperature and other constant parameters changes due to the carrier concentration changing only. The p-type CdTe sample shows metal behavior with every temperature changes. Semiconductor properties of the sample begin to dominate just after some period of time. This behavior is caused by the hole mobility changing. The voltage noise spectral density of 1/f noise depends on the quantity of free carriers in the sample. All the studied samples have very high value of low frequency noise, much higher than it should have been according to Hooge’s formula. The excess value of low frequency noise is caused by the low carrier concentration within the depleted region.
The main object of this work is noise spectroscopy of CdTe radiation detectors (-rays and X–rays) and CdTe samples. The study of stochastic phenomenon and tracing redundant low-frequency noise in semiconductor materials require long-term measurements in time domain and evaluate suitable power spectral densities (PSD) with logarithmic divided frequency axes. We have used the means of time-frequency analysis derived from the discrete wavelet transform (DWT) and we have designed the effective algorithm for PSD estimation, which is comparable with an original analog method. CdTe single crystal with Au contacts we can imagine as a series connection of two Schottky diodes with a resistor between them. The bulk resistance at constant temperature and other constant parameters changes due to the carrier concentration changing only. The p-type CdTe sample shows metal behavior with every temperature changes. Semiconductor properties of the sample begin to dominate just after some period of time. This behavior is caused by the hole mobility changing. The voltage noise spectral density of 1/f noise depends on the quantity of free carriers in the sample. All the studied samples have very high value of low frequency noise, much higher than it should have been according to Hooge’s formula. The excess value of low frequency noise is caused by the low carrier concentration within the depleted region.
Description
Keywords
Měření šumu, sub-pásmové kódování, diskrétní vlnková transformace, spektrální hustota výkonu, nízkofrekvenční šum, šum 1/f, generačně – rekombinační šum, CdTe, přechod kov – polovodič, VA charakteristiky, depletiční oblast, časová relaxace, stárnutí materiálu., Noise Measurement, Sub-band Coding, Discrete Wavelet Transform, Power Spectral Density; Low Frequency Noise, 1/f Noise, Generation – Recombination Noise, CdTe, Metal – Semiconductor Junction; VA Characteristics, Depleted Region, Relaxation Time, Material Ageing.
Citation
ZAJAČEK, J. Šumová spektroskopie detektorů záření na bázi CdTe [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2009.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Mikroelektronika a technologie
Comittee
prof. Ing. Vladislav Musil, CSc. (předseda)
prof. Ing. RNDr. Josef Šikula, DrSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Tománek, CSc. (člen)
prof. RNDr. Vladislav Navrátil, CSc. (člen)
doc. Ing. Jan Maschke, CSc. (člen)
Prof. Ing. Karel Hájek, CSc. - oponent (člen)
Prof. Ing. ladislav Štourač, Drsc. - oponent (člen)
prof. Ing. Lubomír Grmela, CSc. (člen)
Date of acceptance
2009-11-10
Defence
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení