Analyse par correlation du bruit basse frequence des detecteurs semiconducteurs a barriere de surface

NUCLEAR

INSTRUMENTS

AND

METHODS

66 (~968) 355-356; '{:, N O R T H - H O L L A N D

PUBLISHING

CO.

ANALYSE P A R C O R R E L A T I O N DU BRUIT BASSE F R E Q U E N C E D E S D E T E C T E U R S SEMICONDUCTEURS

A BARRIERE DE SURFACE

B. ESCUDIE, J.-C. BALLAND et R. CHERY lnstitut de Physique Nucldaire, Universitd de Lyon, France

et J.-M. FAUQUE Centre d'Etudes Nucl~aires de Grenoble, Grenoble, France

Requ le 40ctobre 1968 Using correlation method and Fourier transform spectral analysis of low frequency components of semiconductor noise is now feasible. With this mzthgd relaxation times of p-n detectors have been measured, giving new data for optimum filter synthesis. L'emploi des d6tecteurs semiconducteurs tant pour l'6tude des particules lourdes que pour l'6tude des 61ectrons n6cessite la connaissance spectrale du bruit de la jonction utilis6e. En effet la densit6 spectrale intervient directement dans l'expression du filtrage fournissant la r6solution optimalel). Parmi les diverses sources de bruit d6crites par divers rnod61es 2, 3), nous nous sommes int6ress6s au bruit de g6n6ration-recombinaison tr6s important en basse fr4quence. Sau 4) montre, 5. l'aide d ' u n mod61e utilisant les chaines de M a r k o v que la densit6 spectrale de ce bruit s'exprime par: ? (v) = {k / (Dry)} [arctg(2rrvr~)- arctg(2rwr i )], off r, est le temps de relaxation en surface, et r~ celui dfi 5- la profondeur caractdristique du mod&le. En coordonn6es logarithmiques ?(v) est assimilable 5- 3 droites, dans trois rdgions caractdristiques (fig. 1). Ces r6gions sont ddfinies c o m m e suit:

tempdrature de 23' C. Le signal de sortie excite un amplificateur Astrodata, rdg16 5- un gain de 2000. La bande passante est limit6e 5- 50 Hz. Le signal basse fr6quence a 6t6 enregistr6 sur enregistreur magndtique Tolana 5la vitesse de 4.75 cm/s. II a 6t6 relu 32 lois plus vite. L'estimation de la fonction de corrdlation du signal X:

0

a 6t6 effectu6e "5. I'aide du corrdlateur lntertechnique LPIO. La prdcision demandde sur C(O) est de 1%, ce qui conduit d'apr6s la relation de Bendat s) "5. une durde d'enregistrement de 4.5 h, soit 8 rain environ 5- la relecture. La calcul de ?(v) par transformation de Fourier de Fr(O) a 6t6 efl'ectu6 sur ordinateur selon le procdd6 propos6 r6cemment par Fauque6).

2zrvr~

Li,r]

•~ I ; /

~, = koh'"

(1)

? = k~l'v;

(2)

? = ko/v2.

(3)

x(ti~,~(t-Otd,,

r1(o) = r -'

"i,

2~vzl) 2rtv% ,~ 1 ~ 27zvT~;

1 ~ (2gvz~; ~2gvrl;

Le but est de mettre en 6vidence les zones (1) et (2) et leur frontibre. La jonction 6tudide est du type p-n silicium ( p = = 200 f2. cm) 5- barri6re de surface. Cette jonction est polarisde par une haute tension rdgulde et plac6e 5- une

\

\

\

Fig. I. Densite spectrale theorique. 355

LOg

.

356

B.

ESCUDIE et al.

~ ~ {clB 40 0dBloct 30 "~l~q"'~°~

20 10 1

I

I

°~--~'°~'°~o.~

d B/oct

1,4K163hz Iql

I

I

I

l

1

1

I

I

10

I

I

en(103hz) 1

Fig. 2. Mesure de densit6 spectrale en basse fr6quence. Le r6sultat est reprdsent6 fig. 2. O n en d d d u i t : 2.1 1 . 5 x 10 - 3 Hz. Cette v a l e u r est en accord avec de pr6c6dentes m e s u r e s qui c o n d u i s a i e n t fi des estim a t i o n s de 2"1 de cet ordre. Ce rdsultat s e m b l e en a c c o r d avec le m o d b l e et pr6cise les valeurs de 7(v) en basse frdquence. Ceci p e r m e t t r a de r6aliser avec plus de pr6cision des filtres o p t i m a u x c o n d u i s a n t fi des rdsol u t i o n s amdliordes. "~

R~f6rences 1) B. M. Dwork, Proc. IRE (1950) 771. '~) A. van der Ziel, Fluctuation phenomena in semiconductors (Butterworths, N.Y., 1959). 3) R. Y. Deshpande, Nucl. Instr. and Meth. 64 (1967) 225. 4) j. Sau, Th6se doct. 36me cycle (Lyon, 1965). 5) j. S. Bendat, Principles and applications of random noise theory (Wiley, N.Y., 1958). 6) j. M. Fauque, Rapport CEA, ~ paraltre.