شبيه ‌سازي عملكرد حسگر كم‌ بهرۀ بهمني در آشكارسازي اشعۀ ايكس

در ارتقاء آشكارسازهاي كارامد براي آشكارسازي اشعۀ ايكس در تصويربرداري، تفكيك انرژي و اتلاف زماني و هزينۀ ساخت از جمله ويژگي‌هايي است كه ما را به طراحي آشكارساز نيمه‌هادي سوق مي‌دهد. ديود با بهرۀ داخلي كم (LGAD) با داشتن تقويت‌كنندگي داخلي اين امكان را مي‌دهد كه در ميدان كافي، فرايند تكثير داخلي را با شتاب دادن به حامل‌ها، انرژي لازم براي يونيزاسيون و توليد حامل‌هاي ثانويه براي توليد بهرۀ بهتر (نسبت سيگنال به نويز بيش‌تر) و هم‌چنين بازدهِ زماني بيش‌تر (در محدودۀ نانوثانيه) فراهم كند. در اين مقاله، آشكارسازِ سيليكوني LGAD را با نرم‌افزار سيلواكو با اعمال ولتاژ باياس معكوس و تابش در محدودۀ نور مرئي تا اشعۀ ايكس شبيه‌سازي كرديم. در اين شبيه‌سازي، روش نيوتن و گامِل به كار رفت؛ در روش نيوتن، يكي از سازوكارهاي برهم‌كنش اشعه با ماده را متغير و باقي آن‌ها را ثابت در نظر مي‌گيرند ولي در روش گامِل، تمامي سازوكارها به‌طور هم‌زمان حل مي‌شود. در بازۀ طول موج در محدودۀ اشعۀ ايكس، جريان الكتروني در اين آشكارساز از مرتبۀ 4-10 آمپر است و با افزايش انرژي اين جريان كاهش مي‌يابد. جريان تاريك از مرتبۀ 6-10 آمپر است. با اِعمال نور مرئي با طول موج 0/45 ميكرومتر و شدت 1V/cm2، جريان آشكارساز در حدود ^4-10×6/5 آمپر به دست آمد. به ازاي طول موج اشعۀ ايكس 5-10×1/0 ميكرومتر و شدت 10^8V/cm2، جريان آشكارساز ^4-10×3/5 آمپر به دست آمد. با توجه به زمانِ پاسخ سريع اين آشكارساز و جريان در محدودۀ ميكروآمپر، آشكارساز مزبور گزينۀ مناسبي براي آشكارسازي اشعۀ ايكس است. هم‌چنين اين آشكارساز عملكرد خوبي در محدودۀ نور مرئي نشان مي‌دهد.