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Sensores de radiacion nuclear basados en semiconductores




Enviado por Pablo Turmero



  1. Introducción
  2. Sensores semiconductores
    sólidos
  3. Dispositivos semiconductores para la
    detección de las radiaciones
    nucleares
  4. Conclusión

INTRODUCCIÓN

En los procesos de fisión, fusión y
desintegración espontánea de núcleos
atómicos se emite radiación nuclear, la cual
está formada por:

1) Partículas subatómicas, tales como
núcleos de 2He4 (partículas (), electrones o
positrones (partículas () y neutrones.

2) Ondas electromagnéticas o fotones, que reciben
el nombre de rayos gamma ((), con una longitud de onda inferior a
1 pm.

La interacción de las partículas ( y los
neutrones con la materia se debe básicamente a colisiones
con los electrones más exteriores de los átomos,
constituyendo las colisiones inelásticas la principal
causa de que estas partículas pierdan su energía
cinética y el origen de ionizaciones en la materia [1]. La
pérdida de energía por longitud de camino recorrido
es:

donde Z y N son el número
atómico y la densidad nuclear (núcleos(cm-3) del
medio atravesado, respectivamente, y v es la velocidad
de la partícula.

Las partículas ( se comportan de manera
más complicada, ya que al igual que las partículas
(, pierden energía por colisión, pero además
también existe pérdida de energía por
bremsstrahlung (radiación de frenado), la cual se origina
cuando una partícula ( de energía cinética
K es desacelerada a una energía K" al
interaccionar con un núcleo atómico. La
energía que ésta pierde aparece en forma de ondas
electromagnéticas (rayos X), cuya longitud de onda
está comprendida entre 1 nm y 1 pm.

Para bajas energías (E << mc2) la
pérdida de energía por longitud de camino recorrido
es:

mientras que para altas energías (E >> mc2)
es:

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donde r es el radio del electrón y
K su energía cinética.

Los rayos ( y los rayos X interaccionan con la materia
mediante tres fenómenos: absorción
fotoeléctrica, efecto Compton y producción de
pares.

1) Absorción fotoeléctrica: sucede cuando
un fotón es absorbido por un electrón orbital, y
éste sale expulsado.

2) Efecto Compton: consiste en la dispersión de
fotones por electrones libres mediante un choque
elástico.

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3) Producción de pares: tiene lugar cuando un
fotón pierde toda su energía al colisionar con un
núcleo pesado, creando un par
electrón-positrón.

Debido a la combinación de alguno de los
fenómenos citados, la intensidad de los rayos ( o X se ve
reducida al pasar a través de un material. Esta
reducción de la intensidad viene determinada
por:

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siendo I0 la intensidad de la radiación
que incide sobre un material con coeficiente de atenuación
( (cm-1).

Desde la prevención de riesgos biológicos
motivados por la radiactividad, hasta el control de los procesos
de fisión y la investigación en física
nuclear, los campos que requieren la detección de las
radiaciones nucleares son múltiples. Los sistemas
más habituales para su detección son: las
cámaras de ionización, de burbujas y de chispas,
los contadores de Geiger-Müller, proporcionales, de
centelleo y de Cherenkov, y los sensores semiconductores, a los
cuales se dirige éste artículo.

II. Sensores
Semiconductores Sólidos

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Como se ha visto anteriormente, la interacción de
la radiación nuclear con la materia tiene un efecto
ionizante, lo cual es utilizado para la generación de
pares electrón-hueco en los semiconductores.

Cuando un flujo de radiación nuclear incide en un
semiconductor, una cantidad R (reflectancia) del flujo se
refleja, el flujo restante, (1-R), es transmitido, según
las ecuaciones de Fresnel, y provoca la ionización de
parte de sus átomos, generando un número de pares
que está en función de la cantidad de
energía perdida por la radiación nuclear en el
semiconductor. Este fenómeno permite transformar la
energía de la radiación en señal
eléctrica.

A. Principios de funcionamiento

El funcionamiento de los sensores de radiación
mediante semiconductor está basado en las propiedades de
una unión p-n (diodo) para extraer los pares
electrón-hueco generados.

Cuando el diodo está en equilibrio, debido a los
gradientes de concentración en los portadores a ambos
lados de la unión, se desencadenan mecanismos de
difusión que originan la recombinación de
electrones libres de la región n con huecos de la
región p, formando una zona de transición
libre de portadores de carga y una barrera de potencial entre
ambas regiones, que cuando alcanza el suficiente valor, detiene
el proceso de difusión de portadores (Fig. 1).

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Fig. 1. Diagrama representativo de una unión
p-n.

La zona de transición de una unión
p-n, no contiene portadores móviles, por lo que
los electrones y huecos generados en ella difícilmente se
pueden recombinar y pasan a la región p y a la
región n, respectivamente, formando parte de los
portadores minoritarios en esas regiones.

En polarización directa, la corriente es debida a
la difusión de portadores mayoritarios, la cual depende
del grado de dopado de las regiones p y n, por
lo que la acción de la radiación apenas modifica
estas concentraciones y su influencia es prácticamente
nula. Por lo tanto, la unión p-n debe estar
polarizada inversamente para poder conseguir una corriente en
función de la concentración de los portadores
minoritarios. La densidad de corriente resultante viene
determinada a partir de la ecuación de
Shockley:

donde Js es la densidad de corriente inversa de
saturación, ( es la eficiencia cuántica
(número de pares generados por partícula o
fotón incidente) y ( es el flujo de radiación
incidente.

El tamaño de la zona de transición
requerido para obtener una detección óptima de la
radiación nuclear viene determinado por el material
semiconductor empleado ((s), su grado de dopado (Na y Nd), el
potencial de contacto de la unión (V0) y la
polarización inversa aplicada (V), tal y como se puede ver
en la Tabla I, y además, de las características de
la energía de radiación a detectar.

Tabla I. Ancho de la zona de transición y
capacidad de transición para uniones p-n
abruptas.

B. Materiales semiconductores empleados

Desde que en 1.949 Mac Kay detectara por primera vez
partículas ( mediante un semiconductor de germanio hasta
la actualidad, se han desarrollado múltiples materiales
semiconductores, siendo los más empleados en la
fabricación de sensores de radiación nuclear por
ionización: el silicio (Si), el germanio (Ge), el
arseniuro de galio (GaAs), la familia del telurio de cadmio (CdTe
y CdxZn1-xTe) y el yoduro de mercurio (I2Hg). El potencial de los
distintos semiconductores para la detección de
radiación nuclear viene determinado por su número
atómico, banda prohibida o "bandgap", energía de
ionización, movilidad, vida media de los portadores
generados y resistividad [2]. Estas características del
semiconductor, enumeradas en la Tabla II, determinan sus ventajas
e inconvenientes:

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1) Interesa que la radiación pierda gran parte o
toda su energía durante su recorrido por el sensor, lo
cual se consigue empleando semiconductores con elevado
número atómico y con alta densidad. Ver (1), (2) y
(3).

2) Cuanto mayor sea la banda prohibida del semiconductor
menor es su sensibilidad al ruido térmico. El ruido
térmico se origina por la agitación térmica
de los electrones. Para semiconductores como el Ge con bandas
prohibidas pequeñas, a temperatura ambiente sus electrones
adquieren suficiente energía como para provocar la ruptura
de los enlaces covalentes y producir pares electrón-hueco,
los cuales pueden llegar a enmascarar la señal resultante
o a dar errores de medida; de ahí que este material
requiera trabajar a temperaturas inferiores a los 77 ºK,
para lo cual se emplean sistemas de enfriamiento
criogénico mediante nitrógeno
líquido.

3) Una mayor energía de ionización del
semiconductor significa una peor resolución
energética y una menor exactitud del sensor, ya que las
radiaciones con energía inferior a la de ionización
no generan pares y por lo tanto, no son detectadas.

4) Todos los sensores, después de haber realizado
una detección, pierden su sensibilidad durante un cierto
periodo que se conoce como tiempo muerto. Altos valores en la
movilidad de los portadores, especialmente de los huecos,
determina mejores tiempos de respuesta y, por lo tanto, un menor
tiempo muerto.

5) Al objeto de asegurar una medida precisa de la
energía de la radiación incidente, es muy
importante asegurar la extracción de todos los pares
generados. Esto se consigue utilizando un semiconductor cuyos
portadores tengan una vida media elevada, es decir, con la
mínima cantidad de centros de recombinación (sin
impurezas o defectos de red).

6) Una mayor resistividad del semiconductor precisa de
una mayor tensión de polarización inversa. La
resistividad de un semiconductor (() es:

siendo Ja la densidad de corriente de arrastre,
E la intensidad del campo eléctrico y ( la
movilidad de los portadores. Para garantizar la extracción
de todos los pares generados y mantener la densidad de corriente
de arrastre, se requiere de un elevado campo eléctrico
cuando la resistividad del material es grande, el cual viene
determinado por el valor de la tensión de
polarización.

7) El empleo de materiales semiconductores con
coeficiente de atenuación (() pequeño requieren de
un mayor espesor al objeto de asegurar la generación del
mayor número de pares, según se desprende de
(4).

III. Dispositivos
semiconductores para la detección de las radiaciones
nucleares

Basados en el principio de funcionamiento y los
materiales indicados en los apartados anteriores, se han
desarrollado una gran variedad de dispositivos que emplean
semiconductores para la detección de las radiaciones
nucleares. Sus estructuras vienen determinadas por el tipo y
energía de la radiación nuclear que se pretende
detectar y por la aplicación específica a la que
van dirigidos. El dispositivo sensor más simple es el
fotodiodo, el cual se utiliza como base de sensores más
complejos.

A. Fotodiodos PIN

Comercializado desde 1.993, actualmente es el tipo de
fotodiodo más común de los utilizados para la
detección de la radiación nuclear.

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Su estructura consiste en una región
intrínseca, o ligeramente dopada, de alta resistividad
intercalada entre una región p+ y una
región n+ (ver Fig. 2). Polarizado inversamente,
la región intrínseca se encuentra vacía de
portadores, incrementándose de esta forma la zona de
transición de una unión p-n común.
Esto permite tener una mayor eficiencia y sensibilidad y una
menor capacidad de transición (ver Tabla I).

Estos fotodiodos disponen de un material antirreflejante
que favorece la transmisión de determinadas radiaciones
hasta al región intrínseca.

Si la región intrínseca es estrecha puede
conseguirse un tiempo de respuesta pequeño; sin embargo,
la sensibilidad del dispositivo está relacionada con su
eficiencia cuántica, y dicha eficiencia se hace mayor al
incrementar la anchura de la región intrínseca, por
lo que existe un conflicto entre estos dos parámetros
[3].

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Fig. 2. Estructura de un fotodiodo PIN.

En los sensores de Si la anchura de la región
intrínseca es de ~ 50 (m y el tiempo de respuesta es del
orden de 50 ns, mientras que en los de CdTe o I2Hg la
región intrínseca puede ser mucho más
estrecha, dado que la interacción de la radiación
en estos materiales es mayor que en el Si, lo que permite tener
tiempos de respuesta menores. Los fotodiodos PIN son muy
adecuados en aquellas aplicaciones en las que se necesita una
buena relación señal/ruido.

B. Fotodiodos de avalancha (APD)

Los fotodiodos de avalancha tienen las regiones
p y n poco dopadas, lo que da lugar a una zona
de transición bastante amplia (ver Tabla I).

Se polarizan inversamente con voltajes cercanos a la
tensión de ruptura, produciendo un elevado campo
eléctrico en la zona de transición, lo que da lugar
a que los pares electrón-hueco generados sean fuertemente
acelerados y produzcan nuevos pares libres al chocar con otros
átomos del semiconductor. El mecanismo descrito produce un
efecto multiplicador tal que un sólo electrón puede
dar lugar a 100 electrones secundarios.

Comparados con los fotodiodos PIN, ambos tienen una
eficacia cuántica y tiempos de respuesta similares, pero
los fotodiodos de avalancha tienen unas condiciones de
funcionamiento menos atractivas debido a que necesitan una
tensión muy estable, al objeto de evitar variaciones en la
ganancia; además, son sensibles a los cambios de
temperatura, lo que significa que requieren de circuitos
auxiliares que puedan compensarlos y son más sensibles al
ruido debido a la naturaleza aleatoria del proceso de avalancha
[4]. Sin embargo, tienen la ventaja de no requerir
prácticamente amplificación externa de la
señal.

C. Fotodiodos Schottky

Son uniones formadas por un metal y un semiconductor, y
al igual que sucede en una unión p-n, cuando se
pone en contacto el semiconductor y el metal se produce una
distribución de carga que da lugar a una zona de
transición

en el semiconductor y a una barrera de
potencial.

Estos fotodiodos pueden trabajar de dos
formas:

1) Para energías de la radiación
superiores a la banda prohibida del semiconductor, los pares son
generados directamente en la zona de transición (p. e.
uniones Pt-CdTe). El metal utilizado en la unión Schottky
debe tener valores elevados de transmitancia y ser lo bastante
delgado (del orden de 100 Å) como para permitir el paso de
la radiación hasta la zona de transición.
Adicionalmente se puede añadir un material antirreflejante
en contacto con el metal al objeto de incrementar la eficacia
cuántica.

2) Con energías de la radiación inferiores
a la banda prohibida del semiconductor pero superiores a la
altura de la barrera de la unión, se generan electrones
libres en el metal de la unión Schottky que atraviesan la
barrera y generan pares electrón-hueco en la zona de
transición del semiconductor (p. e. uniones Mo-Si)
[5].

En ambas formas, la selección de las
características y propiedades del metal viene determinada
por el tipo de radiación que se quiere
detectar.

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Fig. 3. Estructura de un fotodiodo Schottky.

La principal ventaja de los fotodiodos Schottky es que
la conducción se efectúa por portadores
mayoritarios, lo cual les confiere una respuesta muy
rápida; además, debido a que la unión
está situada prácticamente en la superficie del
fotodiodo (ver Fig. 3), el tiempo de tránsito de los
portadores se reduce y se facilita su extracción. Como
inconveniente tienen que su corriente de saturación es
más grande que en los diodos de unión p-n,
al tener una barrera inferior, haciéndolos más
sensibles al ruido.

D. Sensores de microbandas (Microstrips
sensors)

No se puede hablar de estos sensores como de una nueva
estructura, sino como un dispositivo que integra múltiples
fotodiodos, al objeto de conseguir la detección de la
radiación nuclear y su trayectoria de incidencia en el
sensor (los hay de una y de dos coordenadas).

Para el caso de sensores 1-D, sobre la cara superior de
un sustrato semiconductor ligeramente dopado de tipo n
se procede a difundir tiras de tipo p+ (ánodos) y
en la cara inferior se forma una región n+
(cátodo) común para todas las regiones p+,
tal y como se muestra en la Fig. 4.

Las uniones p-n se polarizan inversamente, por
lo que cuando una radiación nuclear incide sobre el
sensor, los huecos generados en la zona de transición
pasan a las microbandas más cercanas (región
p+), mientras que los electrones son recogidos por la
región n+. De esta forma se consigue que
únicamente las microbandas más cercanas al punto
donde se han generado los pares proporcionen señal, lo que
da información sobre el punto de entrada de la
radicación en el sensor [6].

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Fig. 4. Estructura de un sensor de tiras 1-D.

Los sensores 2-D en lugar de tener una región
n+ común, se les añade en su parte
inferior tiras de tipo n+ en sentido ortogonal a las de
tipo p+. Esto permite la extracción de los
electrones y de los huecos por las microbandas más
cercanas al punto de su generación.

La precisión de estos sensores depende
principalmente de la distancia entre microbandas y por la forma
en que se lee la señal que proporciona cada microbanda. La
separación entre microbandas viene determinado por el
tamaño de la nube de cargas que se forma en las
proximidades de una microbanda, como consecuencia del proceso de
extracción de los pares generados; dicha nube tiene un
radio aproximado de:

donde d es el espesor del sensor, ( es la
movilidad del portador, E es la intensidad de campo
eléctrico y D es la constante de difusión
del portador [7]. Cuando la señal de las microbandas es
leída de forma individualizada y la separación
entre ellas es más grande que el radio de la nube de
cargas, la precisión del sensor viene dada por:

siendo ( la distancia de separación entre los
centros de las microbandas.

El principal inconveniente de estos sensores es que
requieren múltiples circuitos convertidores, analizadores
multicanal y buffers de almacenamiento para poder leer cada una
de sus salidas de señal de forma independiente,
convirtiéndolo en un sensor caro. Por otro lado, para
garantizar un campo eléctrico homogéneo y evitar
corrientes de fuga, se inserta en los bordes del sustrato un
anillo de protección, lo que limita su eficiencia al
reducir la superficie sensible. En los sensores 2-D, cuando la
radiación tiene suficiente energía como para
atravesar de lado a lado al sensor, se puede obtener dos lecturas
en la localización de su trayectoria, una real y otra
fantasma. Aún con todo, son dispositivos de una alta
precisión (~ 30 (m) que han venido sustituyendo desde los
años 70 a las cámaras de burbujas, cuya
resolución no supera los 50 (m. Su tiempo de respuesta es
del orden de los 10 ns.

E. Sensores de arrastre (Drift
sensors)

Al objeto de reducir el número de salidas de
señal y obtener un sensor más económico que
el de microbandas, en 1.984 se diseñó el sensor de
arrastre.

Estos dispositivos están formados por un sustrato
n, en el que se han difundido tiras de tipo p+
(ánodo), tanto en su cara superior como en la inferior,
paralelas entre sí. Además, en una de sus caras se
ha difundido una región n+ (cátodo), tal y
como muestra la Fig. 5. Polarizadas inversamente todas las
uniones p+­n, se crean zonas de transición
que se unen en el centro del sustrato formando un canal de
potencial mínimo paralelo a las superficies del sustrato,
por el cual circulan los electrones generados, mientras que los
huecos son extraídos a través de las regiones
p+ más cercanas al punto de incidencia de la
radiación. La polarización gradual de los
ánodos crea un segundo campo eléctrico,
independiente del primero, que arrastra los electrones a
través del canal hasta el ánodo [8]. El tiempo de
arrastre de los electrones hasta su llegada al ánodo
determina la coordenada de incidencia de la radiación en
el sensor.

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Fig. 5. Estructura de un sensor de arrastre
2-D.

Si el ánodo está formado por una tira, se
obtiene un sensor 1-D, mientras que si se encuentra segmentado se
obtiene un sensor 2-D (Fig. 5).

Este tipo de sensores tienen la ventaja de que su
capacidad de transición es muy baja, lo que reduce la
generación de ruido. Sin embargo, requieren circuitos
divisores de tensión para la polarización de las
regiones p+, con la misión de conseguir un campo
eléctrico homogéneo, gradual y corregir los
posibles cambios de temperatura. Tienen una resolución
espacial elevada (~ 20 (m) y sus tiempos de respuesta llegan a
los 2 (s.

En la actualidad se diseñan sensores de arrastre
con forma circular y cilíndrica, con las tiras en forma
concéntrica y en espiral, al objeto de adecuar su
morfología a determinadas aplicaciones
específicas.

G. Dispositivos acoplados por carga
(CCD)

Los sensores CCD más habituales están
formados por una sucesión de estructuras MOS en
condición de vaciamiento, próxima a la
inversión, que se comportan como un registro de
desplazamiento analógico. Recientemente también se
han desarrollado sensores CCD basados en uniones p-n
cuyo funcionamiento es similar al de los sensores de
arrastre.

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En los sensores MOS CCD los portadores minoritarios son
atraídos y almacenados en las estructuras MOS cercanas al
punto de incidencia de la radiación, formando paquetes de
carga mediante la aplicación de un potencial en las
puertas, lo que limita el espesor del sustrato a ~20 (m [9]. La
extracción de los paquetes de carga se consigue
desplazando secuencialmente el potencial aplicado a cada una de
las puertas de las estructuras MOS, bajo el control de un reloj
polifásico (ver Fig. 6).

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Fig. 6. Corte transversal de un sensor MOS CCD. (a)
Detalle de una estructura MOS. (b) Proceso de
transferencia.

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En T=t1, (1 está en alta y (2 y (3 están
en baja, los electrones generados son almacenados en las
proximidades de la estructura bajo el control de (1. En T=t2, (1
y (2 están en alta y (3 está en baja, el paquete de
carga es transferido a la siguiente estructura. En T=t3, (2
está en alta y (1 y (3 están en baja, el paquete de
carga ha sido transferido totalmente a las estructuras
controladas por (2. El proceso se vuelve a repetir hasta alcanzar
la sección de salida, la cual consta básicamente de
una unión p-n polarizada en sentido inverso, cuya
tensión cambia cuando le llega un paquete de
carga.

Además de la estructura de canal superficial
descrita hasta ahora existen otras:

1) De cuatro fases de reloj, que permiten almacenar
paquetes de carga más grandes.

2) De dos fases y electrodos asimétricos, que
evitan los problemas de vuelta atrás de la carga durante
su transferencia.

3) Canal enterrado, que eliminan las pérdidas de
carga debidas a los estados superficiales y permiten aumentar la
frecuencia de trabajo del sensor, aunque tienen el inconveniente
de que los paquetes de carga que pueden transferir son más
pequeños.

Los sensores p-n CCD fueron desarrollados en
los años 90, y a diferencia de los MOS CCD, transfieren
paquetes de carga formados con portadores mayoritarios, permiten
una mayor velocidad de trabajo, tienen una mejor eficiencia en la
transferencia de carga y más sensibilidad.

Su estructura está formada por un sustrato
n, cuyo espesor es de ~300 (m, en el que se han
difundido segmentos de tipo p+ en su cara superior y una
región de tipo p+ en la cara inferior (ver Fig.
7). Al igual que sucede en los sensores de arrastre, cuando se
polarizan inversamente todas las uniones p+-n, se forma
una zona de transición común y un canal de
potencial mínimo. Variando el grado de polarización
de las uniones p+-n superiores (puertas) respecto de la
inferior, mediante la aplicación de un potencial
controlado por un reloj polifásico, los portadores
mayoritarios generados por la radiación incidente son
arrastrados hacia la superficie del sustrato y hacia la
unión de salida.

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Fig. 7. Estructura de un sensor p-n CCD
2-D.

Mediante sucesiones lineales de estructuras MOS o
p-n se obtienen sensores 1-D, mientras que varias
sucesiones lineales y paralelas entre sí proporcionan
sensores 2-D.

Dado que los sensores CCD no poseen ganancia en el
proceso de movimiento de las cargas, la eficiencia en la
transferencia de carga ((T) es extremadamente
importante.

Uno de los factores que influyen sobre (T es la
frecuencia del reloj polifásico,

donde d es la distancia entre puertas y
D es el coeficiente de difusión de los portadores
de la carga a transferir.

Los sensores CCD habitualmente son de Si y proporcionan
una señal pequeña, por lo que requieren trabajar a
temperaturas inferiores a 300 ºK para reducir la
generación de ruido. Otro inconveniente que tienen es que
hasta que no ha sido extraído un paquete de carga no se
puede realizar una nueva lectura, por lo que los inhabilita para
aquellas aplicaciones en las que se requieran tiempos inferiores
a milisegundos entre medidas. Aún con todo, son sensores
con una gran resolución espacial (~ 5 (m) y disponen de
una elevada eficiencia cuántica.

H. Sensores de píxel activo
(APS)

Entre los dispositivos que tienen posibilidades de
lograr un notable desarrollo en los próximos años
se encuentran los sensores de pixel activo. Estos sensores
básicamente consisten en una estructura matricial de
fotodiodos (pixels) que integran, en el mismo sustrato o mediante
la tecnología de ensamblado "flip-chip", la
electrónica necesaria para obtener la señal de cada
uno de ellos.

Según su estructura, se pueden clasificar
en:

1) MAPS (Monolithic active pixel sensors), tienen un
funcionamiento similar al de los sensores CCD, pero con la
diferencia de que los paquetes de carga son extraídos
directamente de cada fotodiodo en lugar de ser transferidos hasta
la salida, lo que permite reducir el tiempo entre medidas [10].
Esto último se consigue aprovechando la capacidad de la
tecnología CMOS para confinar, mantener temporalmente y
extraer los paquetes de carga generados en los fotodiodos (ver
Fig. 8).

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Fig. 8. Diagrama de un sensor APS. El transistor M1
polariza inversamente el fotodiodo y en combinación con
los transistores M2 y M3 permite seleccionar el pixel a
leer.

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2) HAPS (Hybrid active pixel sensors),
básicamente es un sensor de microbandas al que se le han
segmentado las microbandas, para formar símiles de los
pixels. Dentro de este tipo de sensores cabe resaltar el sensor
de silicio con arquitectura 3-D, el cual consiste en un sustrato
ligeramente dopado que es atravesado verticalmente, respecto a la
superficie expuesta a la radiación nuclear, por regiones
de tipo n y p alternadas y separadas entre si
por distancias de ~ 20 (m (Fig. 9), formando fotodiodos
[11].

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Fig. 9. Esquema de un sensor de arquitectura
3-D.

3) Sensores de pixel DEPFET (Depleted Field Effect
Transistor), su arquitectura combina el funcionamiento de los
transistores FET y el de los sensores de arrastre, lo que les
confiere la posibilidad de detectar y amplificar la señal
resultante de forma simultánea. Los pares son generados en
una zona de transición situada debajo de un transistor
JFET o un MOSFET. Los portadores mayoritarios generados pasan a
un canal de potencial mínimo situado bajo la puerta del
transistor, influyendo de esta forma en la corriente
drenador-surtidor del transistor, al igual que lo haría
una tensión aplicada en su puerta [12].

IV.
Conclusión

El empleo de sensores semiconductores en la
detección

de la radiación nuclear ha aumentado
considerablemente en los últimos años. Esto ha sido
posible al desarrollo de nuevos materiales y estructuras que han
permitido disponer de sensores con una mayor resolución
energética (la energía requerida por par
electrón-hueco formado es inferior a los 6 eV, frente a
los 15 eV de los sensores de gas y los 500 eV de los sensores de
centelleo), de respuesta más rápida y con una
expectativa de vida mayor. El principal inconveniente que tiene
la utilización de semiconductores es para valores grandes
de la energía de la radiación, o haces colimados de
determinadas subpartículas, producen desplazamientos
atómicos y transmutaciones nucleares que dañan el
material semiconductor, creando un gran número de centros
de recombinación y de atrapamiento y cambios en la
densidad de carga de la zona de transición. Esto da lugar
a pérdidas

pérdidas de sensibilidad y corrientes de
fuga.

La investigación en nuevos materiales
semiconductores, como el CdSe, Bi2S3, ZnSe, GaSe y el PbI2, para
su aplicación en sensores a temperatura ambiente, y la
tendencia generalizada a conseguir dispositivos que integren en
un solo chip los circuitos necesarios para la obtención y
preprocesado de la señal, permitirá extender su
empleo en detrimento de otras técnicas de
detección.

G. Lutz, "Novel Silicon Detectors", Jornadas
técnicas MPI,
München, nov. 2.001.

 

 

Autor:

Pablo Turmero

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