GaN和GaAs核辐射探测器的研究

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1、重庆师范大学硕士学位论文GaN和GaAs核辐射探测器的研究硕士研究生：李凤华指导教师：苑进社教授学科专业：光学工程所在学院：物理与电子工程学院重庆师范大学二〇一四年四月万方数据ChongqingNormalUniversityMasterThesisResearchesonGaNandGaAsbasednuclearradiationdetectorsMaster:LiFenghuaDissertationSupervisor:Prof.YuanJinsheSpecializedsubject:OpticalEngineeringCollege:CollegeofPhysicsandel

2、ectronicengineeringChongqingNormalUniversityApril,2014万方数据重庆师范大学硕士学位论文中文摘要GaN和GaAs核辐射探测器的研究摘要随着核物理实验与核科学技术的研究步步深入，核设施、射线设置在空间物理科学、核电、地质勘探、医疗、卫生防疫、食品检测、农业等领域得到越来越广泛的应用。相应地，民众面临的核武器事故、核反应堆事故、辐射装置事故、放射性废物贮存与运输事故，医疗辐射事故等风险也越来越高。核科学技术研究和公共安全都对辐射探测技术提出了更高的要求，核辐射探测器成为不可或缺的探测工具。Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料中GaN与GaAs材料具有禁

3、带宽度（直接带隙型）大、击穿电压高、化学性能稳定以及抗辐射能力强等优势；所制备的器件结构简易、灵敏度高、线性响应好、性能稳定、体积小，在核辐射探测器领域中占有重要的地位。常规的硅（Si）基核辐射探测器的性能已经非常优异，但是在高辐射强度的探测领域，正常工作存在一定的困难。因此在面临越来越强的辐射环境以及高温环境下，GaN与GaAs材料核辐射器件较第一代核辐射探测器更具优越性。本论文以制备GaN与GaAs基核辐射探测器原型器件为目的，对探测器结构设计、工艺制备和性能测试等进行了全面的研究，主要研究内容和结果如下：1.通过对GaN和SI-GaAs材料的优化,以及对核辐射探测器进行结构、版图设

4、计、工艺流程优化设计、表面钝化工艺优化，并最终成功制备PIN型GaN和肖特基型SI-GaAs核辐射探测器原型器件。-102.在反向偏压-10V时，GaN基PIN型核探测器的漏电流为1.147×10A(漏-92电流密度大小为1.62×10A/cm)；GaAs核探测器在反向偏压-10V时，器件漏电流-8-82为4.88×10A（漏电流密度大小为24.86×10A/cm）。3.在反向偏压-10V时，GaN基PIN型β伏打效应核电池原型器件漏电流密度-92大小为6.29×10A/cm，开路电压Voc达到1.07V。4.对GaN及GaAs核辐射探测器进行包括X射线光电流响应测试和α粒子能239谱响

5、应测试，得知两种探测器对Pu衰变α粒子能谱响应高斯峰与能量分辨。GaN探测器对α粒子的能谱响应半高宽119.58KeV，能量分辨率20.48%；对α粒子的能谱响应半高宽117.48KeV，能量分辨率19.48%。65.成功在陶瓷片上蒸发沉积3-4um厚的LiF或LiF薄膜，电子束蒸发1.5um106厚度的B4C或B4C膜。并将LiF中子转换层置于Si-PIN探测器表面测量，结果I万方数据重庆师范大学硕士学位论文中文摘要6表明LiF可实现对中子的探测。关键词：核辐射探测、电学特性、辐射响应、Beta伏打效应、中子转化II万方数据重庆师范大学硕士学位论文英文摘要ResearchesonGaN

6、andGaAsbasednuclearradiationdetectorsABSTRACTWiththeincreasingresearchesonnuclearphysicsexperimentsandnuclearscienceandtechnology,nuclearfacilitiesandradiation-emittingdevicesarewidelyemployedinspacephysicssciences,nuclearpower,geologicalexploration,medcial,healthandepidemicprevention,foodtesting

7、,agricultureandotherfields.Accordingly,peoplearefacedincreasingriskofnuclearweaponsaccidents,nuclearreactoraccidents,radiationdevicesaccidents,radioactivewastestorageandtansportaccidents,medicalradiationaccidentsandsoo