npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562922050438npe-176Research ArticleИнженерное проектирование ядерно-физической аппаратурыEngineering Design of Nuclear Physical EquipmentКак определить фактор фано в полупроводниковом материале из экспериментальных данных?How to Determine the Fano Factor in a Semiconductor Material from Experimental Data?СамедовВ. В.SamedovV. V.

Москва, 115409 

Moscow, 115409

v-samedov@yandex.ruНациональный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian Federation202331122023144363372Copyright © Самедов В.В., 20232023Самедов В.В.Samedov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/176

В настоящее время в литературе существуют формулы для определения фактора Фано в полупроводниковом материале из экспериментальных данных. Однако существующие формулы не учитывают вклад флуктуаций индуцированного заряда на электродах детектора, обусловленных захватом ловушками электронов и дырок, и вклад флуктуаций индуцированного заряда, обусловленных функцией распределения генерации электронно-дырочных пар в объеме полупроводникового детектора. В данной работе получена формула для энергетического разрешения полупроводникового детектора, которая позволяет определить вклады в энергетическое разрешение различных процессов и их зависимость от свойств полупроводникового материала детектора и характеристик регистрируемой частицы. Полученная формула для энергетического разрешения полупроводникового детектора позволяет сформулировать условия, при соблюдении которых из характеристик выходного сигнала можно извлечь информацию о факторе Фано и флуктуациях индуцированного заряда на электродах детектора, обусловленных захватом ловушками электронов и дырок, и функцией распределения генерации электронно-дырочных пар в объеме полупроводникового детектора. В качестве примера, в работе из экспериментальных данных определен фактор Фано в полупроводниковом материале CdTe.

Nowadays, there are formulas in the literature for determining the Fano factor in a semiconductor material from experimental data. However, the existing formulas do not take into account the contribution of fluctuations of the induced charge on the detector electrodes, due to the capture of electrons and holes by traps, as well as the contribution of the induced charge fluctuations due to the distribution function of generation of the electron hole pairs in the bulk of the semiconductor detector. In this work, a formula for the energy resolution of a semiconductor detector was obtained, which allows to determine the contributions of various processes to the energy resolution and their dependence on the properties of the semiconductor material of the detector and the characteristics of the detected particle. The obtained formula for the energy resolution of a semiconductor detector allows us to formulate the conditions under which it is possible to obtain information on the Fano factor and fluctuations of the induced charge on the detector electrodes due to the capture of electrons and holes by traps, and the distribution function of generation of electron-hole pairs in its volume from the characteristics of the output signal. As an example, using experimental data, the Fano factor in CdTe semiconductor material has been determined from experimental data.

полупроводниковый детекторэнергетическое разрешениефактор Фаноиндукция зарядазахват электронов и дырок ловушкамиCdTesemiconductor detectorenergy resolutionFano factorcharge inductiontrapping of electrons and holesCdTeReferencesFano U. // Phys. Rev. 1946. V. 70. P. 44.Fano U. // Phys. Rev. 1946. V. 70. P. 44.Fano U. // Phys. Rev. 1947. V. 72. P. 26.Fano U. // Phys. Rev. 1947. V. 72. P. 26.Ricker G.R. et al. // Rev. Sci. Instrum. 1982. V. 53. P. 700.Ricker G.R. et al. // Rev. Sci. Instrum. 1982. V. 53. P. 700.Ishida N., Kikuchi J., Doke T. et al. // Phys. Rev. A. 1992. V. 46. P. 1676.Ishida N., Kikuchi J., Doke T. et al. // Phys. Rev. A. 1992. V. 46. P. 1676.Lepi M.C. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2000. V. 439. P. 239.Lepi M.C. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2000. V. 439. P. 239.Lowe B.G., Sareen R.A. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2007. V. 576. P. 367.Lowe B.G., Sareen R.A. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2007. V. 576. P. 367.Owens A. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2002. V. 484. P. 242.Owens A. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2002. V. 484. P. 242.Papp T. et al. // X-Ray Spectrom. 2005. V. 34. P. 106.Papp T. et al. // X-Ray Spectrom. 2005. V. 34. P. 106.Owens A. Compound Semiconductor Radiation Detectors. 2012. Boca Raton: CRC Press.Owens A. Compound Semiconductor Radiation Detectors. 2012. Boca Raton: CRC Press.Iwanczyk J.S., Schnepple W.F., Masterson M.J. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 1992. V. 322. P. 421.Iwanczyk J.S., Schnepple W.F., Masterson M.J. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 1992. V. 322. P. 421.Самедов В.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2023. Т. 14 (3). С. 248 [Samedov V.V. // Phys. At. Nucl. 2022. V. 85 (10). P. 1701].Самедов В.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2023. Т. 14 (3). С. 248 [Samedov V.V. // Phys. At. Nucl. 2022. V. 85 (10). P. 1701].Devanathan R. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2006. V. 565. P. 637.Devanathan R. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2006. V. 565. P. 637.Самедов В.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2023. Т. 14 (2). С. 151 [Samedov V.V. // Phys. At. Nucl. 2022. V. 85 (10). P. 1520].Самедов В.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2023. Т. 14 (2). С. 151 [Samedov V.V. // Phys. At. Nucl. 2022. V. 85 (10). P. 1520].Самедов В.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2016. Т. 7 (4). С. 298 [Samedov V.V. // Phys. At. Nucl. 2017. V. 80 (9). P. 1489].Самедов В.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2016. Т. 7 (4). С. 298 [Samedov V.V. // Phys. At. Nucl. 2017. V. 80 (9). P. 1489].Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. 1968. Москва: Мир. Том 1.Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. 1968. Москва: Мир. Том 1.Самедов В.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2015. Т. 6 (5−6). С. 279 [Samedov V.V. // Phys. At. Nucl. 2016. V. 79 (9). P. 1402].Самедов В.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2015. Т. 6 (5−6). С. 279 [Samedov V.V. // Phys. At. Nucl. 2016. V. 79 (9). P. 1402].Samedov V.V. // X-Ray Spectrom. 2011. V. 40. P. 7.Samedov V.V. // X-Ray Spectrom. 2011. V. 40. P. 7.Sammartini M. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2018. V. 910. P. 168.Sammartini M. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2018. V. 910. P. 168.Redus R.H. et al. // MRS Symp. Proc. 1997. V. 487. P. 101.Redus R.H. et al. // MRS Symp. Proc. 1997. V. 487. P. 101.Bale G. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 1999. V. 436. P. 150.Bale G. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 1999. V. 436. P. 150.Takahashi T. et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2001. V. 48. P. 287.Takahashi T. et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2001. V. 48. P. 287.Dabrowski A.J., Iwanczyk J., Triboulet R. // Nucl. Instrum. Methods. 1974. V. 118. P. 531.Dabrowski A.J., Iwanczyk J., Triboulet R. // Nucl. Instrum. Methods. 1974. V. 118. P. 531.Hubbell J.H., Seltzer S.M. // X-Ray Mass Attenuation Coefficients. NIST Standard Reference Data-base. 2004. No. 126.Hubbell J.H., Seltzer S.M. // X-Ray Mass Attenuation Coefficients. NIST Standard Reference Data-base. 2004. No. 126.Sammartini M. et al. // Proc. 2019 IEEE NSS-MIC Conf. 2019. P. 106.Sammartini M. et al. // Proc. 2019 IEEE NSS-MIC Conf. 2019. P. 106.Hecht K. // Zeitschr. Phys. 1932. V. 77. P. 235.Hecht K. // Zeitschr. Phys. 1932. V. 77. P. 235.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.