Piikarbidi Schottky-diodi säteilynilmaisimena

Säteily vaikuttaa elektroniikan komponentteihin monilla tavoilla. Tässä työssä tutkittiin mahdollisuutta käyttää kaupallista piikarbidi Schottky-diodia säteilyilmaisimena. Tulosten perusteella pyrittiin saamaan datapisteisiin sopiva sovitus, jolla kyettäisiin kuvaamaan käyttäytymistä. Schottky-diod...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Huuskonen, Henrik
Other Authors: Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, Faculty of Sciences, Fysiikan laitos, Department of Physics, Jyväskylän yliopisto, University of Jyväskylä
Format: Master's thesis
Language:fin
Published: 2023
Subjects:
Online Access: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/84667
_version_ 1828193037043367936
author Huuskonen, Henrik
author2 Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Fysiikan laitos Department of Physics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_facet Huuskonen, Henrik Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Fysiikan laitos Department of Physics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä Huuskonen, Henrik Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Fysiikan laitos Department of Physics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_sort Huuskonen, Henrik
datasource_str_mv jyx
description Säteily vaikuttaa elektroniikan komponentteihin monilla tavoilla. Tässä työssä tutkittiin mahdollisuutta käyttää kaupallista piikarbidi Schottky-diodia säteilyilmaisimena. Tulosten perusteella pyrittiin saamaan datapisteisiin sopiva sovitus, jolla kyettäisiin kuvaamaan käyttäytymistä. Schottky-diodin metallin ja puolijohteen liitoksessa on tyhjennysalue, jossa ei ole vapaita varauksenkuljettajia. Tyhjennysalueen leveys on riippuvainen komponenttiin kohdistetun jännitteen neliöjuuresta. Ionisoivan säteilyn kulkiessa diodin läpi syntyy elektroni-aukko pareja, jotka sähkökentän vaikutuksesta erkanevat. Nämä pystytään havaitsemaan virtana laitteen liittimillä, täten mahdollistaen laitteen käytön säteilynilmaisimena. Virtaa mittaamalla kyetään havaitsemaan säteily. Mittauksissa tutkittiin estosuuntaisien Schottky-diodien virtakäyttäytymistä elektronisäteilyn alaisena. Elektronisuihku kohdistettiin lineaarikiihdyttimellä, ja sekä kohdistettu jännite että mitattu virta tehtiin Keihtley 2470 laitteella. Diodien säteilyvastetta tutkittiin muuttaen komponenttiin kohdistettua jännitettä, elektronisuihkun annosnopeutta sekä elektronien energiaa. Diodit omaavat selvän vasteen säteilylle. Säteilystä aiheutuvan virran suuruus kasvaa sekä jännitteen että annosnopeuden kasvaessa. Suuremmilla jännitteillä virran suuruuden virhe kasvaa merkittävästi. Virran ja tyhjennysalueen leveyden suhdetta pyrittiin kuvaamaan sovituksella, jossa tyhjennysalueen leveys kerrottiin sovitusparametrillä. Virran ja tyhjennysalueen leveyttä on huono kuvata vain yhdellä parametrillä. On todennäköistä, että virran arvoon vaikuttavat muutkin ilmiöt tyhjennysalueen leveyden lisäksi. Ionisaatiovirran ja annosnopeuden suhdetta kuvattiin potenssilailla. Kyseinen sovitus kävi pienempien jännitteiden dataan hyvin, ja sovitus heikkeni suuremmilla jännitteillä. Elektronien energialla ei havaittu olevan merkitystä ionisaatiovirran suuruuteen. Sekä virran virheen että sovitusten sopivuuden perusteella pienempien jännitteiden käyttö on suositeltavaa sovelluksissa. Elektronien energia ei vaikuta virtaan sillä vähempikin energia on tarpeeksi säteilyn päästäkseen komponentin läpi ionisoiden ainetta. Diodien käyttäytymisessä ei havaittu muutoksia säteilytyksen jälkeen. Radiation affects electronic components in many ways. In this work the possibility of using a commercial silicon carbide Schottky-diode as a radiation detector was investigated. A fit that would describe the behavior was attempted to be applied to the data based on the results. There is a depletion region in Schottky diodes near the junction between metal and semiconductor, where there are no free charge carriers. The width of the depletion layer is dependent on the square root of the voltage applied to the component. As ionizing radiation moves through the diode, electron-hole pairs are formed, which due to the effect of electric field are separated, which can be observed as a current at the device terminals and therefore allows the device to be used as a radiation detector. During the measurements, the current behaviour of reverse biased Schottky-diodes under the electron radiation were investigated. The pulse was applied with a linear accelerator, an both the applied voltage and measured current was done with the device Keithley 2470. The radiation response of the diodes was investigated using different bias voltages, pulse dose rates and electron energies. The diodes have a distinct response to radiation. The radiation induced current increases with increasing voltage and dose rate. Higher voltage causes a significantly higher error in the measured current. The relation between the current and depletion layer width was attempted to be described with a fit, where the width was multiplied with a fit parameter. The relation between current and depletion layer width is not suitable to be described with only one parameter. It is likely that other phenomena affect the current in addition to the layer width. The relation between current and dose rate was described with a power law. The fit was good with lower voltages but worsened with higher. The energy of the electrons had no effect on the ionized current. Based on both the error of the current and the fitting of the models, it is recommended to use lower voltages in applications. The energy of the electrons does not affect the current because even lesser energy is enough for the radiation to penetrate the component ionizing matter. There were no differences noticed in the behaviors of the diodes after radiation.
first_indexed 2023-01-03T21:00:35Z
format Pro gradu
free_online_boolean 1
fullrecord [{"key": "dc.contributor.advisor", "value": "Niskanen, Kimmo", "language": "", "element": "contributor", "qualifier": "advisor", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.advisor", "value": "Kettunen, Heikki", "language": "", "element": "contributor", "qualifier": "advisor", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.author", "value": "Huuskonen, Henrik", "language": "", "element": "contributor", "qualifier": "author", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.accessioned", "value": "2023-01-03T06:17:19Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "accessioned", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.available", "value": "2023-01-03T06:17:19Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "available", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.issued", "value": "2023", "language": "", "element": "date", "qualifier": "issued", "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.uri", "value": "https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/84667", "language": null, "element": "identifier", "qualifier": "uri", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "S\u00e4teily vaikuttaa elektroniikan komponentteihin monilla tavoilla. T\u00e4ss\u00e4 ty\u00f6ss\u00e4 tutkittiin mahdollisuutta k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 kaupallista piikarbidi Schottky-diodia s\u00e4teilyilmaisimena.\nTulosten perusteella pyrittiin saamaan datapisteisiin sopiva sovitus, jolla kyett\u00e4isiin\nkuvaamaan k\u00e4ytt\u00e4ytymist\u00e4.\n\nSchottky-diodin metallin ja puolijohteen liitoksessa on tyhjennysalue, jossa ei ole\nvapaita varauksenkuljettajia. Tyhjennysalueen leveys on riippuvainen komponenttiin\nkohdistetun j\u00e4nnitteen neli\u00f6juuresta. Ionisoivan s\u00e4teilyn kulkiessa diodin l\u00e4pi syntyy\nelektroni-aukko pareja, jotka s\u00e4hk\u00f6kent\u00e4n vaikutuksesta erkanevat. N\u00e4m\u00e4 pystyt\u00e4\u00e4n havaitsemaan virtana laitteen liittimill\u00e4, t\u00e4ten mahdollistaen laitteen k\u00e4yt\u00f6n\ns\u00e4teilynilmaisimena. Virtaa mittaamalla kyet\u00e4\u00e4n havaitsemaan s\u00e4teily.\n\nMittauksissa tutkittiin estosuuntaisien Schottky-diodien virtak\u00e4ytt\u00e4ytymist\u00e4\nelektronis\u00e4teilyn alaisena. Elektronisuihku kohdistettiin lineaarikiihdyttimell\u00e4, ja\nsek\u00e4 kohdistettu j\u00e4nnite ett\u00e4 mitattu virta tehtiin Keihtley 2470 laitteella. Diodien\ns\u00e4teilyvastetta tutkittiin muuttaen komponenttiin kohdistettua j\u00e4nnitett\u00e4, elektronisuihkun annosnopeutta sek\u00e4 elektronien energiaa.\n\nDiodit omaavat selv\u00e4n vasteen s\u00e4teilylle. S\u00e4teilyst\u00e4 aiheutuvan virran suuruus\nkasvaa sek\u00e4 j\u00e4nnitteen ett\u00e4 annosnopeuden kasvaessa. Suuremmilla j\u00e4nnitteill\u00e4\nvirran suuruuden virhe kasvaa merkitt\u00e4v\u00e4sti. Virran ja tyhjennysalueen leveyden\nsuhdetta pyrittiin kuvaamaan sovituksella, jossa tyhjennysalueen leveys kerrottiin\nsovitusparametrill\u00e4. Virran ja tyhjennysalueen leveytt\u00e4 on huono kuvata vain yhdell\u00e4 parametrill\u00e4. On todenn\u00e4k\u00f6ist\u00e4, ett\u00e4 virran arvoon vaikuttavat muutkin ilmi\u00f6t\ntyhjennysalueen leveyden lis\u00e4ksi. Ionisaatiovirran ja annosnopeuden suhdetta kuvattiin potenssilailla. Kyseinen sovitus k\u00e4vi pienempien j\u00e4nnitteiden dataan hyvin, ja\nsovitus heikkeni suuremmilla j\u00e4nnitteill\u00e4. Elektronien energialla ei havaittu olevan\nmerkityst\u00e4 ionisaatiovirran suuruuteen.\n\nSek\u00e4 virran virheen ett\u00e4 sovitusten sopivuuden perusteella pienempien j\u00e4nnitteiden k\u00e4ytt\u00f6 on suositeltavaa sovelluksissa. Elektronien energia ei vaikuta virtaan sill\u00e4\nv\u00e4hempikin energia on tarpeeksi s\u00e4teilyn p\u00e4\u00e4st\u00e4kseen komponentin l\u00e4pi ionisoiden\nainetta. Diodien k\u00e4ytt\u00e4ytymisess\u00e4 ei havaittu muutoksia s\u00e4teilytyksen j\u00e4lkeen.", "language": "fi", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "Radiation affects electronic components in many ways. In this work the possibility\nof using a commercial silicon carbide Schottky-diode as a radiation detector was\ninvestigated. A fit that would describe the behavior was attempted to be applied to\nthe data based on the results.\n\nThere is a depletion region in Schottky diodes near the junction between metal and\nsemiconductor, where there are no free charge carriers. The width of the depletion\nlayer is dependent on the square root of the voltage applied to the component. As\nionizing radiation moves through the diode, electron-hole pairs are formed, which\ndue to the effect of electric field are separated, which can be observed as a current\nat the device terminals and therefore allows the device to be used as a radiation\ndetector.\n\nDuring the measurements, the current behaviour of reverse biased Schottky-diodes\nunder the electron radiation were investigated. The pulse was applied with a linear\naccelerator, an both the applied voltage and measured current was done with the\ndevice Keithley 2470. The radiation response of the diodes was investigated using\ndifferent bias voltages, pulse dose rates and electron energies.\n\nThe diodes have a distinct response to radiation. The radiation induced current\nincreases with increasing voltage and dose rate. Higher voltage causes a significantly\nhigher error in the measured current. The relation between the current and depletion\nlayer width was attempted to be described with a fit, where the width was multiplied\nwith a fit parameter. The relation between current and depletion layer width is not\nsuitable to be described with only one parameter. It is likely that other phenomena\naffect the current in addition to the layer width. The relation between current and\ndose rate was described with a power law. The fit was good with lower voltages\nbut worsened with higher. The energy of the electrons had no effect on the ionized current.\n\nBased on both the error of the current and the fitting of the models, it is\nrecommended to use lower voltages in applications. The energy of the electrons\ndoes not affect the current because even lesser energy is enough for the radiation to\npenetrate the component ionizing matter. There were no differences noticed in the\nbehaviors of the diodes after radiation.", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Submitted by Paivi Vuorio (paelvuor@jyu.fi) on 2023-01-03T06:17:19Z\nNo. of bitstreams: 0", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Made available in DSpace on 2023-01-03T06:17:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0\n Previous issue date: 2023", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.extent", "value": "72", "language": "", "element": "format", "qualifier": "extent", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.mimetype", "value": "application/pdf", "language": null, "element": "format", "qualifier": "mimetype", "schema": "dc"}, {"key": "dc.language.iso", "value": "fin", "language": null, "element": "language", "qualifier": "iso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights", "value": "In Copyright", "language": null, "element": "rights", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "Schottky-diodi", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "elektronis\u00e4teily", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "piikarbidi", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.title", "value": "Piikarbidi Schottky-diodi s\u00e4teilynilmaisimena", "language": "", "element": "title", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.type", "value": "master thesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.urn", "value": "URN:NBN:fi:jyu-202301031027", "language": "", "element": "identifier", "qualifier": "urn", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.ontasot", "value": "Pro gradu -tutkielma", "language": "fi", "element": "type", "qualifier": "ontasot", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.ontasot", "value": "Master\u2019s thesis", "language": "en", "element": "type", "qualifier": "ontasot", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Faculty of Sciences", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.department", "value": "Fysiikan laitos", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "department", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.department", "value": "Department of Physics", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "department", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopisto", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "University of Jyv\u00e4skyl\u00e4", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Fysiikka", "language": "fi", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Physics", "language": "en", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "yvv.contractresearch.funding", "value": "0", "language": "", "element": "contractresearch", "qualifier": "funding", "schema": "yvv"}, {"key": "dc.type.coar", "value": "http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc", "language": null, "element": "type", "qualifier": "coar", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.copyright", "value": "\u00a9 The Author(s)", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "copyright", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.accesslevel", "value": "openAccess", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "accesslevel", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.publication", "value": "masterThesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": "publication", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.oppiainekoodi", "value": "4021", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "oppiainekoodi", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "s\u00e4teily", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "puolijohteet", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.content", "value": "fulltext", "language": null, "element": "format", "qualifier": "content", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.url", "value": "https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "url", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.okm", "value": "G2", "language": null, "element": "type", "qualifier": "okm", "schema": "dc"}]
id jyx.123456789_84667
language fin
last_indexed 2025-03-31T20:01:18Z
main_date 2023-01-01T00:00:00Z
main_date_str 2023
online_boolean 1
online_urls_str_mv {"url":"https:\/\/jyx.jyu.fi\/bitstreams\/0cfadea8-55ed-4e67-96d6-bc060853939c\/download","text":"URN:NBN:fi:jyu-202301031027.pdf","source":"jyx","mediaType":"application\/pdf"}
publishDate 2023
record_format qdc
source_str_mv jyx
spellingShingle Huuskonen, Henrik Piikarbidi Schottky-diodi säteilynilmaisimena Schottky-diodi elektronisäteily piikarbidi Fysiikka Physics 4021 säteily puolijohteet
title Piikarbidi Schottky-diodi säteilynilmaisimena
title_full Piikarbidi Schottky-diodi säteilynilmaisimena
title_fullStr Piikarbidi Schottky-diodi säteilynilmaisimena Piikarbidi Schottky-diodi säteilynilmaisimena
title_full_unstemmed Piikarbidi Schottky-diodi säteilynilmaisimena Piikarbidi Schottky-diodi säteilynilmaisimena
title_short Piikarbidi Schottky-diodi säteilynilmaisimena
title_sort piikarbidi schottky diodi säteilynilmaisimena
title_txtP Piikarbidi Schottky-diodi säteilynilmaisimena
topic Schottky-diodi elektronisäteily piikarbidi Fysiikka Physics 4021 säteily puolijohteet
topic_facet 4021 Fysiikka Physics Schottky-diodi elektronisäteily piikarbidi puolijohteet säteily
url https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/84667 http://www.urn.fi/URN:NBN:fi:jyu-202301031027
work_keys_str_mv AT huuskonenhenrik piikarbidischottkydiodisäteilynilmaisimena