半绝缘GaAs中子探测器研究

发布时间：2020-05-28 17:20

【摘要】：半绝缘砷化镓(Semi-insulating GaAs)作为核辐射探测器衬底材料不但能够使探测器拥有线性范围优秀、能量分辨率出众等典型半导体核辐射探测器优点同时还让探测器兼具载流子迁移率高、掺杂浓度低等半绝缘GaAs材料优势,所以该材料在核辐射探测方向有巨大应用潜力,尤其在中子探测领域。本文将半绝缘GaAs中子探测器设计为核反应法探测热中子通量密度,选择~6Li F作为转换层材料,厚度设计为4μm;选定肖特基型作为半导体二极管探测器结构,并将Ti/Pt/Au设计为肖特基电极结构,其电极形状为直径2mm的圆形,厚度分别为10nm/40nm/70nm;Mg/Au设计为欧姆电极的结构,厚度分别为50nm/70nm,附着于整个基片背面;本文通过对半绝缘GaAs基片实施清洗工艺以及肖特基电极和欧姆电极制备工艺以完成半绝缘GaAs肖特基型二极管探测器制备,其中电极制备工艺均使用真空蒸发镀膜与真空磁控溅射镀膜相结合的方式实现,本文创新性的使用镂空金属掩膜版作为遮挡层完成肖特基电极形状制作。半绝缘GaAs肖特基型二极管探测器的I-V特性测试结果显示其电极接触良好,而其反向泄漏电流在-200V内的平均电流密度不超过-6.5×10~(-7)A/cm~2,平均变化率不超过-1.0×10~-1212 A/s且在时间上的抖动极小,体现了半绝缘GaAs作为衬底材料的优势。光电导效应的验证则证明肖特基结构在探测高频中子脉冲信号的优势,5.486MeV的~(241)Am时间分辨响应测试结果显示其对单个α射线脉冲的探测能力较强,而在-200V内的能量分辨率不低于1.15%,则显示其对于α射线的探测能力同样出色。耐辐照特性测试中不同剂量电子辐射对于其电学特性以及α射线探测性能的影响显示其对于高能辐照的耐受性较好。本文创新性的采用丙酮作为~6Li F粉末的分散剂与真空蒸发镀膜工艺的相结合的方式制备~6LiF中子转换层。其薄膜表征结果显示不但厚度准确达到4μm,并且致密性、平整度以及元素纯度较佳,对于热中子的俘获作用出色。最后半绝缘GaAs中子探测器对~(241)Am-Be快中子源能够达到1.494×10~(-4)的脉冲/中子比,显示该其对于热中子探测能力较强,从而验证了本文对于半绝缘GaAs中子探测器结构及制备工艺设计的合理性。
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL816

【参考文献】

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本文编号：2685569