Karbid kremíka (chemický názov karbid kremičitý, SiC) je perspektívny polovodičový materiál vhodný pri využití ako detektor ionizujúceho žiarenia. Je vysoko radiačne odolný, a taktiež chemicky a teplotne stabilný. Senzory na báze SiC vďaka ich výhodným vlastnostiam sú využiteľné hlavne v prostrediach s vysokou teplotou a tiež intenzitou ionizujúceho žiarenia.
Pripravili sme pixelové senzory s využitím vysokokvalitnej epitaxne rastenej SiC vrstvy. Polovodičový senzor má aktívnu veľkosť 14,1×14,1 mm2 (256 × 256 pixelov) s veľkosťou jedného pixela 55 × 55 mm2. SiC senzor je priamo pixel po pixely (resp. sendvičovo) prepojený s vyčítavacím čipom Timepix3 vyvinutý v CERNe, ktorý zabezpečuje zber elektrických signálov z jednotlivých pixelov senzora a tiež ich spracovanie. Po interakcii ionizujúceho žiarenia s materiálom senzora vzniká elektrický signál, ktorý sa prenáša na zberovú elektródu najbližšieho pixela. Vyčítavací čip je schopný získať viacero informácií, ktoré sú prenášané na jeho výstup. Vieme identifikovať v ktorom resp. v ktorých pixeloch vzniká signál alebo interakcia dopadajúceho žiarenia, veľkosť elektrického signálu je priamoúmerná energii, ktorú žiarenie odovzdalo senzoru a tiež vieme čas, kedy nastala interakcia žiarenia so senzorom. Na základe stopy, akú žiarenie po sebe zanechá v pixelovom detektore vieme identifikovať jeho typ napr. elektróny, protóny, gama žiarenie apod. Ďalším spracovaním signálu vieme určiť energetické spektrum dopadajúceho žiarenia, a tým identifikovať jeho zdroj. A samozrejme ionizujúce žiarenia (najmä rtg) vieme využiť aj na zobrazovanie vnútornej štruktúry testovaných objektov cez ktoré žiarenie prechádza.
Schematické znázornenie prepojenia SiC senzora s vyčítavacou elektronikou
Stopy ionizujúceho žiarenia vytvárajúce v pixelovom senzore.
Energetické spektrum ionizujúceho žiarenia detegované SiC radiačnou kamerou.
Rtg obraz dosky plošných spojov použitej na testovanie zobrazovacej kvality SiC radiačnej kamery
Autori: B. Zaťko, L. Hrubčín, E. Kováčová
Link: Zaťko, B., Šagátová, A., Hrubčín, L., Kováčová, E., Novák, A., Kurucová, N., Polansky, Š., and Jakůbek, J.: Imaging and spectrometric performance of SiC Timepix3 radiation camera, J. Instrument. 19 (2024) C01003.