Single carrier charge collection in semiconductor nuclear detectors

For good energy resolution, the planar contact configuration requires good collection efficiency of both carriers. With shperical contacts, nuclear spectroscopy with energy resolutions as good as 3 % and nearly full charge collection is possible with only single carrier collection. This widens the class of semi-conductors that can be used for nuclear detectors. Theoretical and experimental results demonstrate that the differences in performance obtained with planar, semi-cylindrical and hemispherical devices occur because the induced charge depends on the geometry and the charge displacement and because the charge trapping is reduced by high electric fields. For hemispherical detectors, the effects of contact radii, electron and hole mobility-lifetime products, and voltage magnitude and polarity on the values of energy resolutions and full energy efficiency for γ-rays, are shown. Examples of gamma spectra observed with hemispherical HgI2 and CdTe detectors are given.Les détecteurs nucléaires de structure planaire nécessitent une bonne efficacité de collection des deux types de porteurs dès qu'on cherche à atteindre de bonnes résolutions en énergie. Par contre, pour des contacts sphériques, des résolutions de 3 % peuvent être obtenues avec une efficacité de collection presque complète, lorsqu'un seul type de porteur est collecté. Ceci ouvre des perspectives nouvelles vers l'emploi d'autres matériaux semi-conducteurs en spectrométrie nucléaire. Les résultats théoriques et expérimentaux présentés ici indiquent une amélioration des performances en passant de structures planaires à des contacts semi-cylindriques puis hémisphériques. Ceci résulte de ce que la charge induite dépend à la fois de la géométrie, du déplacement des charges et que le piégeage diminue dans les zones où règnent des champs électriques intenses. On présente ici, pour des structures hémisphériques, les résultats d'une étude portant sur le rôle du diamètre des contacts, des produits mobilité durée de vie des deux types de porteurs, de la tension appliquée et de sa polarité sur l'efficacité de collection de photons γ. Des exemples de spectres enregistrés avec des compteurs CdTe et HgI2 munis de contacts hémisphériques sont présentés