EFFECT OF HIGH-ENERGY PROTONS ON 4H-SiC RADIATION DETECTORS
V. Kažukauskas^a, R. Jasiulionis^b, V. Kalendra^a, and J.-V. Vaitkus^a
aSemiconductor Physics Department and Institute of Materials Science and Applied Research, Vilnius University, Saulėtekio 9, LT-10222 Vilnius, Lithuania
E-mail: vaidotas.kazukauskas@ff.vu.lt
b Institute of Physics, Savanorių 231, LT-02300 Vilnius, Lithuania

Received 30 June 2005

We present investigation of high energy radiation detectors based on 4H-SiC as influenced by irradiation with 24 GeV proton doses of up to 10¹⁶ cm⁻². SiC detectors have been produced from n-type 4H-SiC epilayers grown on the top of the n⁺-type substrate. They were supplied with a nickel ohmic contact on the back surface and a gold Schottky contact on the top. Activities and numbers of ⁷Be and ²²Na atoms produced in SiC detectors after the irradiation were measured experimentally. Activities of other radionuclides were calculated on the basis of this data. Activities of ⁷Be and ²²Na were proportional to the total irradiation dose and ranged from 1.3 to 890 Bq and from 1.9 to 950 Bq, respectively. In the samples irradiated with 1 · 10¹³ and 1 · 10¹⁶ protons/cm² 390 days after the irradiation the number of radiated electrons with different energies was from 1.0 to 600 per second, respectively. Contact properties of the devices were investigated by means of the current–voltage (I–V) characteristics. It was found that proton irradiation with the highest doses leads to the significant changes of the contact properties. Namely, the contact potential barrier grows from about 0.7–0.75 eV in the pristine and less irradiated samples up to about 0.84 eV in the detectors irradiated by highest doses. Moreover, rectifying behaviour of the Schottky contacts becomes much less expressed upon irradiation, tending to become nearly symmetrical. The observed behaviour probably can be explained by the appearance of the irradiation-induced inhomogeneous regions of detectors that limits the applicability of classical contact theory.

DIDELĖS ENERGIJOS PROTONŲ POVEIKIS 4H-SiC JONIZUOJANČIOSIOS SPINDULIUOTĖS DETEKTORIAMS
V. Kažukauskas^a, R. Jasiulionis^b, V. Kalendra^a, J.-V. Vaitkus^a
aVilniaus universitetas, Vilnius, Lietuva
^bFizikos institutas, Vilnius, Lietuva

Tirta apšvitos didelės energijos protonais įtaka 4H-SiC jonizuojančiosios spinduliuotės detektorių savybėms. Šotkio (Schottky) detektoriai buvo pagaminti, naudojant n laidumo tipo 4H-SiC epitaksinius sluoksnius, užaugintus ant n⁺ tos pačios medžiagos padėklų. Šotkio kontaktas buvo suformuotas, darinio viršuje užgarinant aukso elektrodą, o apačioje buvo užgarintas ominis nikelio elektrodas. Detektorių elektrinės savybės buvo tiriamos, matuojant jų voltamperines priklausomybes. Naudojant žemo fono gama spektrometrą, pastebėtas protonų branduolinėse reakcijose su Si ir C branduoliais susidariusių ⁷Be ir ²²Na spinduliavimas. Įvertinti tų ir kitų radionuklidų bei jų skilimo produktų kiekiai detektoriuose.
Parodyta, jog apšvita didelės energijos protonais esmingai keičia detektorių savybes. Visų pirma, žymiai mažėja diodo sugebėjimas lyginti srovę, t. y., voltamperinės priklausomybės asimetrija. Kontakto parametrų kitimas, didėjant apšvitos dozei, vyko dvejopai. Esant mažesnėms dozėms iki 1 · 10¹⁵ protonų/cm², pastebėtas potencialinio barjero aukščio sumažėjimas nuo maždaug 0,75 eV iki < 0,7 eV, lydimas užtvarinės srovės stiprėjimo beveik viena eile. Tuo tarpu apšvitos dozei viršijus 3 · 10¹⁵ protonų/cm², parametrų pokytis yra priešingas ir žymiai labiau išreikštas. Apšvitos dozei pasiekus 1 · 10¹⁶ protonų/cm², potencialinio barjero aukštis padidėjo iki ∼ 0, 85 eV, o užtvarinė srovė atitinkamai sumažėjo maždaug dviem eilėmis. Pastebėti efektai aiškinami medžiagos kristalinės sandaros suardymu, apšaudant ją didelės energijos dalelėms, ir skirtingo aukščio bei orientacijos potencialinių barjerų susidarymu visame detektorių tūryje.