Разработка экспериментальных образцов детекторов и фотовольтаических преобразователей на основе синтетического алмазного материала

Цель исследования по Соглашению о предоставлении субсидии - разработка детекторов ядерных излучений на основе высокочистого, осаждаемого из газовой фазы, синтетического алмаза для избирательной регистрации ядерных излучений, а также разработка методов изготовления фотовольтаических преобразователей УФ-, альфа-, гамма-излучения на основе синтетического алмаза и исследование их параметров; разработка методов формирования заглубленных графитовых электродов в синтетическом алмазе для создания на их основе «трехмерных» детекторов ядерных излучений с повышенной эффективностью. В соответствии с планом-графиком разработана лабораторная методика измерения подвижности создаваемых ионизирующим излучением в алмазе носителей заряда по время-пролетному принципу. Подвижность и время жизни носителей заряда в чувствительном элементе детектора являются его важнейшими характеристиками, так как определяют длину собирания заряда и соответственно эффективность сбора зарядов. Методика основана на измерении времени прохождения носителей заряда через алмазный образец под действием внешнего электрического поля. На данном этапе работ проведены испытания электрофизических характеристик детекторов и фотовольтаических преобразователей, изготовленных на втором этапе в соответствии с программой и методикой испытаний. Испытания экспериментальных образцов детекторов для избирательной регистрации нейтральных частиц и ионов проводились в потоках дейтонов и альфа-частиц. Определены энергетическое разрешение детектора и минимальная регистрируемая энергия частицы. Детектор стабильно регистрирует протоны с энергией от 150 кэВ, дейтоны от 160 кэВ и альфа-частицы от 180 кэВ. Исследование электрофизических характеристик макетов алмазных фотовольтаических преобразователей на основе высокочистых алмазных гетероструктур проводилось в зависимости от конструкции контактов напыляемого металла. Измерялись вольт-амперные характеристики ФЭП альфа-, рентгеновского и УФ-излучений. Проведено сравнение ВАХ-преобразователей с разными типами контактов. По полученным данным проведена оценка эффективности преобразования энергии альфа-, рентгеновского и УФ-излучения в электричество. На текущем этапе работ решалась задача получения образцов эпитаксиальных структур алмаза заданной толщины в СВЧ-плазме ((p-i)-структуры) для изготовления тонкопленочных детекторов. Такие детекторы могут использоваться, например, для детектирования потоков протонов и альфа-частиц. В рамках работ по созданию экспериментальных образцов массивов заглубленных графитовых электродов в синтетическом алмазе проведены эксперименты по обнаружению возможных проблем при формировании матриц заглубленных электродов. Осуществлено изготовление массива заглубленных электродов с оптимизированной геометрией в пластине монокристаллического CVD алмаза размером 4×4×0,5 мм. Использование заглубленных графитовых электродов должно обеспечить существенное повышение эффективности и стабильности алмазных детекторов высокоэнергетичных излучений и частиц. За внебюджетные средства разработаны методы расчета и алгоритмы обработки сигналов алмазного детектора. Обоснован алгоритм обработки сигналов алмазного детектора. Проведена доработка конструкции установки химического газофазного осаждения в СВЧ-плазме для получения монокристаллов высокой чистоты. Цель модернизации - получить в стабильном режиме монокристаллические слои алмаза высокой чистоты толщиной до 1 мм и более. Все проведенные работы направлены на создание новых синтетических алмазных материалов электронного качества, на существенное повышение характеристик алмазных детекторов ионизирующих излучений и фотопреобразователей по сравнению с существующими на данный момент.