碳化硅中子探测器的研制及其性能研究
发布时间：2021-12-11 16:00
中子探测技术在空间辐射测量、违禁品检测、工业以及军事等众多领域都具有广泛的应用前景。半导体核辐射探测器凭借其体积小、结构简单、探测效率高、线性范围宽、能量分辨率好等优势而得到了越来越广泛的应用,但却存在温度效应大、抗辐照特性差等诸多弊端。为解决核爆、核反应堆堆芯、高能核物理实验以及深空探测等高温高压、强辐射极端环境下的中子探测问题,本文提出一种利用碳化硅材料制备具有耐高温抗辐照特性的中子探测器的设计方案,并采用结构设计与实验验证相结合的方法考察了该方案的可行性。首先,介绍了中子探测的相关理论以及PIN结构半导体探测器的工作原理,列举了半导体探测器的主要工作特性,并分析了相关影响因素。然后,运用核物理的基础知识,简要介绍了快中子与碳化硅材料的作用机理,并以此为基础对碳化硅中子探测器进行结构设计。结合国内外相关文献与国内现有工艺水准,最终确定碳化硅中子探测器的制作方案,并在东莞市天域半导体科技有限公司、北京泰科天润半导体科技有限公司以及深圳市盈锋光电有限公司的协助下,成功完成了此次碳化硅中子探测器的制作。最后,搭建了利用探测器测量入射粒子能谱的实验平台,并对α粒子、质子和中子的能谱行进了定...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PE1O6暖壁式外延层生长系统
图 3.2 PE1O6 暖壁式外延层生长系统生长所需的衬底为德国SiCrystal. AG公司生产的沿<mm) n 型 4H-SiC (0001)硅面衬底，其掺杂浓度约为 1外延层生长过程中，三氯氢硅(TCS)和乙烯(C2H4)分别体，n 型和 p 型掺杂源分别为氮气(N2)和三甲基铝(TM生长温度控制在 1500℃~1650℃，生长压强维持在 10H-SiC 外延片如图 3.3 所示。
而且，对于 p 型碳化硅材料，形成欧姆接触比在 n前，n 型碳化硅材料的欧姆接触的比接触电阻通常在 10-5 型则在 10-4~10-5Ωcm2的范围里[37]。身实验条件的限制，此次欧姆接触的形成是委托北京泰科司完成的。该公司是国内唯一一家碳化硅研发生产和平台国内唯一一条碳化硅器件生产线，其产品质量完全可以比平。该公司制备 n 型和 p 型欧姆接触的过程可概括如下： 型欧姆接触，首先将背面金属材料通过高温离子注入的方 5×1018cm-3的碳化硅衬底上，然后为了使注入的离子进入晶对其进行快速退火。对于 p 型欧姆接触，采用相同的注入积在的掺杂浓度为 1019cm-3的 p 型外延层上，然后利用光切割图案从掩膜转移到正面金属层上，再利用干法离子刻属层上，最后与背面金属层一起进行高温激活退火。在完需对其比接触电阻以及正反向特性进行测试。待各项参数外延片进行切割。图 3.4 为切割前碳化硅外延片的实物图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于4H-SiC肖特基二极管的中子探测器[J]. 蒋勇,吴健,韦建军,范晓强,陈雨,荣茹,邹德慧,李勐,柏松,陈刚,李理. 原子能科学技术. 2013(04)
[2]耐高温耐辐射的碳化硅半导体探测器[J]. 靳根,陈法国,杨亚鹏,徐园,王希涛. 核电子学与探测技术. 2010(07)
[3]室温半导体探测器的发展和应用[J]. 王震涛,张建国,杨翊方,王海军. 核电子学与探测技术. 2008(06)
[4]半导体SiC材料研究进展及其应用[J]. 王辉,琚伟伟,刘香茹,陈庆东,尤景汉,巩晓阳. 科技创新导报. 2008(01)
[5]反冲质子探测系统中子灵敏度的Monte Carlo算法[J]. 杨建伦,杨洪琼,唐正元,杨高照,钟耀华,李林波. 核电子学与探测技术. 2007(05)
[6]对γ不灵敏的PIN脉冲中子探测器[J]. 杨洪琼,朱学彬,彭太平,唐正元,杨高照,李林波,宋献才,胡孟春. 高能物理与核物理. 2004(07)
[7]碳化硅紫外探测器的研究[J]. 王丽玉,谢家纯,胡林辉,王克彦. 中国科学技术大学学报. 2003(06)
博士论文
[1]4H-SiC同质外延薄膜及其高压肖特基二极管器件研究[D]. 张发生.湖南大学 2010
[2]非故意掺杂4H-SiC本征缺陷及退火特性研究[D]. 程萍.西安电子科技大学 2010
[3]p-i-n结构4H-SiC紫外光电二极管单管及一维阵列的研制[D]. 陈厦平.厦门大学 2007
[4]SiC器件欧姆接触的理论和实验研究[D]. 郭辉.西安电子科技大学 2007
[5]SiC材料和器件特性及其辐照效应的研究[D]. 尚也淳.西安电子科技大学 2001
硕士论文
[1]碳化硅中子探测器的研究[D]. 胡青青.国防科学技术大学 2012
[2]4H-SiC外延材料缺陷的检测与分析[D]. 盖庆丰.西安电子科技大学 2010
[3]Au/4H-SiC半透明肖特基UV光电二极管的研制[D]. 王良均.厦门大学 2006
本文编号：3534965
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PE1O6暖壁式外延层生长系统
图 3.2 PE1O6 暖壁式外延层生长系统生长所需的衬底为德国SiCrystal. AG公司生产的沿<mm) n 型 4H-SiC (0001)硅面衬底，其掺杂浓度约为 1外延层生长过程中，三氯氢硅(TCS)和乙烯(C2H4)分别体，n 型和 p 型掺杂源分别为氮气(N2)和三甲基铝(TM生长温度控制在 1500℃~1650℃，生长压强维持在 10H-SiC 外延片如图 3.3 所示。
而且，对于 p 型碳化硅材料，形成欧姆接触比在 n前，n 型碳化硅材料的欧姆接触的比接触电阻通常在 10-5 型则在 10-4~10-5Ωcm2的范围里[37]。身实验条件的限制，此次欧姆接触的形成是委托北京泰科司完成的。该公司是国内唯一一家碳化硅研发生产和平台国内唯一一条碳化硅器件生产线，其产品质量完全可以比平。该公司制备 n 型和 p 型欧姆接触的过程可概括如下： 型欧姆接触，首先将背面金属材料通过高温离子注入的方 5×1018cm-3的碳化硅衬底上，然后为了使注入的离子进入晶对其进行快速退火。对于 p 型欧姆接触，采用相同的注入积在的掺杂浓度为 1019cm-3的 p 型外延层上，然后利用光切割图案从掩膜转移到正面金属层上，再利用干法离子刻属层上，最后与背面金属层一起进行高温激活退火。在完需对其比接触电阻以及正反向特性进行测试。待各项参数外延片进行切割。图 3.4 为切割前碳化硅外延片的实物图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于4H-SiC肖特基二极管的中子探测器[J]. 蒋勇,吴健,韦建军,范晓强,陈雨,荣茹,邹德慧,李勐,柏松,陈刚,李理. 原子能科学技术. 2013(04)
[2]耐高温耐辐射的碳化硅半导体探测器[J]. 靳根,陈法国,杨亚鹏,徐园,王希涛. 核电子学与探测技术. 2010(07)
[3]室温半导体探测器的发展和应用[J]. 王震涛,张建国,杨翊方,王海军. 核电子学与探测技术. 2008(06)
[4]半导体SiC材料研究进展及其应用[J]. 王辉,琚伟伟,刘香茹,陈庆东,尤景汉,巩晓阳. 科技创新导报. 2008(01)
[5]反冲质子探测系统中子灵敏度的Monte Carlo算法[J]. 杨建伦,杨洪琼,唐正元,杨高照,钟耀华,李林波. 核电子学与探测技术. 2007(05)
[6]对γ不灵敏的PIN脉冲中子探测器[J]. 杨洪琼,朱学彬,彭太平,唐正元,杨高照,李林波,宋献才,胡孟春. 高能物理与核物理. 2004(07)
[7]碳化硅紫外探测器的研究[J]. 王丽玉,谢家纯,胡林辉,王克彦. 中国科学技术大学学报. 2003(06)
博士论文
[1]4H-SiC同质外延薄膜及其高压肖特基二极管器件研究[D]. 张发生.湖南大学 2010
[2]非故意掺杂4H-SiC本征缺陷及退火特性研究[D]. 程萍.西安电子科技大学 2010
[3]p-i-n结构4H-SiC紫外光电二极管单管及一维阵列的研制[D]. 陈厦平.厦门大学 2007
[4]SiC器件欧姆接触的理论和实验研究[D]. 郭辉.西安电子科技大学 2007
[5]SiC材料和器件特性及其辐照效应的研究[D]. 尚也淳.西安电子科技大学 2001
硕士论文
[1]碳化硅中子探测器的研究[D]. 胡青青.国防科学技术大学 2012
[2]4H-SiC外延材料缺陷的检测与分析[D]. 盖庆丰.西安电子科技大学 2010
[3]Au/4H-SiC半透明肖特基UV光电二极管的研制[D]. 王良均.厦门大学 2006
本文编号：3534965
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