Analisi XPS e caratterizzazioni elettriche di strati passivanti per la costruzione di detector HPGe

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1 Analisi XPS e caratterizzazioni elettriche di strati passivanti per la costruzione di detector HPGe (Esperimento: Gamma) Nicola versità di Camerino, INFN - Perugia

2 Sommario Attività di ricerca svolte. Proposte di attività di ricerca sui rivelatori HPGe. Strumentazione e tecniche disponibili.

3 Attività ità di ricerca svolte Semiconduttori amorfi e policristallini. Sensori di umidità. Leghe e ed eterostrutture e di Si Ge. Celle fotovoltaiche al Si di tipo avanzato. Semiconduttori magnetici a base di Ge. Nanofili di Ge e di Si. Nanofili di Ge e di Si.

4 Semiconduttori amorfi e policristallini a GaAs (depos. per sputtering). a SiC; mc Si; a SiGe; ecc. Applicazioni: celle FV e dispositivi Prop. di trasporto elettronico: resistività, mobilità Hall, concentr. dei portatori di carica in funzione dll della temperatura. Prop. ottiche: (coeff. assorb.; indice dirifraz rifraz.). Fotoconducibilità R.T., ecc. Altre analisi: TEM, XRD, Raman, IR spectroscopy, RBS, ecc. - Murri and : in Properties of Gallium Arsenide, pp , EMIS data reviews series n 16, INSPEC, London (U.K.) Murri et al., Phys. Rev. B 62, (2000) et al., J. Appl. Phys. 96 (2004) 7306.

5 Sc Un technolo f Cameri Nano fili di Ge e Si preparati con diverse tecniche

6 (0.3 nm of Au 600 C) + 40 nm of 500 C) Ge NW (Au seeds) N

7 ool of Sc technolo Un Cameri Metal Assisted Etching of Si NWs D 100 nm; L 10 μm

8 Metal Assisted Etching of Si NWs N

9 Proposte di attività di ricerca Misura delle proprietà elettriche e di trasporto elettronico di film sottili di GeO x N y. 2. Analisi XPS di wafer di Ge trattati in superficie con strato passivante. 3. Sistema automatizzato per la mappatura della risposta di rivelatori HPGe. 4. Passivazione della superficie di detector segmentati HPGe.

10 La passivazione della superficie dei rivelatori i al HPGe I rivelatori HPGe operano in pol. inversa, a tensioni di alcuni kv. Le correnti di perdita dipendono sia da T sia dalla qualità dello strato passivante superficiale (tra il contatto n e quello p). Per aumentare il rapporto S/N del rivelatore è necessario produrre strati passivanti di elevata qualità (bassa densità di difetti i all interf., ecc.). Il Ge 1-x O x come passivante presenta dei problemi (è solub. in acqua, instabilità nel tempo, ecc.). La ricerca si pone l obiettivo di identificare e caratterizzare i materiali dielettrici migliori per questo scopo. (a)

11 Passivazione dei rivelatori HPGe: lo stato dell arte Sono stati studiati diversi materiali (p. es. SiO 2, a-si:h, ecc.). Un materiale promettente t è il: a-ge:h. Effetti dello strato passivante a base di a-si:h 2010 M onitoring Research Review: Ground-Based Nuclear Explosion Monitoring Technologies (a) (b) SURFACE PASSIVATION OF HIGH PURITY GERMANIUM DETECTORS USING AMORPHOUS HYDROGENATED SILICON FILMS Changkun Xie 1, K. Michael Yocum 1, James F. Colaresi 1, and Harry S. Miley 2 CANBERRA Industries, Inc. 1 and Pacific Northwest National Laboratory 2 Sponsored by the National Nuclear Security Administration Award No. DE-AC52-08NA28650 Proposal No. BAA08-10

12 Passivazione dei rivelatori HPGe (sez. LNL Padova) Cicli di ossidazione della superf. del Ge + deposizione in vuoto di uno strato amorfo protettivo (spessore < 1 μm). 3x x10-11 d a 2x x10-11 I (A) I (A) 1x10-11 c 5x10-12 a b c b V (V) Misure I-V su un rivelatore al HPGe 90 K. (a) Senza strato protettivo. (b) Con strato protettivo. (c) Trattamento R.T per alcuni gg. 100 C per 40 h V (V) Misure I-V su un rivelatore al HPGe 90 K. (a) I-V poco dopo la depos. dello strato protettivo. (b) Misura ripetuta dopo 1 anno. (c) Dopo esposizione all umidità ambientale.

13 Attività da svolgere a Camerino in collaborazione con la sezione LNL Padova 1. Misura delle proprietà elettriche e di trasporto elettronico di film sottili di GeO xn y. 2. Analisi XPS di wafer di Ge trattati in superficie con strato passivante.

14 Caratterizzazione delle proprietà elettriche e di trasporto elettronico Resistività, mobilità Hall, concent. portatori, I-V, in funzione della T: - criostato: 20 K K - camera in vuoto: K Fotoconducibilità spettrale a R.T. Misure C-V a R.T.

15 Camera per misure elettriche ad alta temperatura Cameretta in alto vuoto ( 10-6 bar) per le misure elettriche e di trasporto elettronico. Particolare del portacampioni riscaldabile fino a 950 C Camerin

16 ool of Sc technolo Un Cameri Analisi XPS (X ray Photoelectron Spectroscopy)

17 Collaboratori LNL - Padova D. R. Napoli G. Maggioni S. Carturan G. Della Mea - Camerino A. Saltarelli S. J. Rezvani (dottorando) F. Caprioli (laureando)

18 technolo f Cameri Grazie per l attenzione Sc Un