超宽禁带半导体氧化镓基X射线探测器的研究进展

X射线具有波长短、穿透能力强等优点,在医学成像、安全检查、科学研究、空间通信等领域具有重要作用。半导体X射线探测器可以将X射线转换为电流信号,具有易集成、空间分辨率高、能量分辨率高、响应速度快等优点。高性能的X射线探测器应具备暗电流低、灵敏度高、响应速度快、可长时间稳定工作等特点,因此制备X射线探测器的半导体材料应具有电阻率高、缺陷少、抗辐照能力强、禁带宽度宽等性质。氧化镓(Ga₂O₃)是一种新型宽禁带半导体材料,具有超宽禁带宽度、高击穿场强、高X射线吸收系数、耐高温、可采用熔体法生长大尺寸单晶等优点,是一种适合制备X射线探测器的新型材料,近年来基于Ga₂O₃的X射探测器成为辐射探测领域的研究热点之一。本文主要介绍了Ga₂O₃半导体的物理性质及其在X射线探测器方面的研究进展,分析了影响X射线探测器性能的物理机制,为提高Ga₂O₃基X射探测器的性能提供了思路。     

核辐射探测单晶生长方法研究进展

核辐射探测是指用各种核辐射探测器来得到核辐射信息的过程,在军用、民用和科研等领域具有广泛的应用。作为核辐射探测核心的核辐射探测器,主要分为气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器。相比于气体探测器,闪烁体探测器和半导体探测器都需要晶体作为核心材料,晶体质量的品质在很大程度上决定了探测器性能的上限。为了获得性能更好的探测器,人们对探测器用单晶材料的生长方法进行了大量的研究。本文综述了近几年核辐射探测单晶生长方法研究的最新进展,总结了目前主流的晶体生长方法,包括溶液法、熔体法、气相法等,并对不同晶体的主要生长方法进行了归纳。     

锑化铟晶体材料的发展及应用

锑化铟(InSb)晶体材料自发现伊始,基于其独特的物理化学性质和优良的工艺兼容性,成为了半导体材料领域研究的热点。近几十年来,由于其在红外探测领域的应用前景,更是深受国内外研究机构的广泛关注和重视,技术发展迅速。目前,InSb晶体材料作为制备高性能中波红外探测器的首选材料,应用前景和商业需求巨大,基于InSb晶体材料的红外探测器的快速发展更是大大提升了红外系统的性能,促进了红外技术在军民领域的广泛应用。本文主要介绍了InSb晶体材料的性质,梳理了国内外各公司及研究机构关于InSb晶体材料的研究进展,以及其在红外探测领域的应用情况,对其发展前景和趋势进行了展望。     

晶体人生丨介万奇:辐射探测半导体晶体拓荒者

介万奇教授是我国人工晶体领域著名专家,在晶体生长与凝固技术方面取得了诸多令人瞩目的成就,尤其在室温核辐射探测用CdZnTe晶体的生长、器件制备及其产业化方面成绩显著。本次访谈中,介万奇教授从学科发展角度和国家实际需求出发,简要回顾了自身如何与功能晶体结缘,介绍了近些年带领团队在Ⅱ-Ⅵ族半导体晶体生长理论、工艺技术及应用等方面取得的进展。着重阐述了室温核辐射探测器用碲锌镉(CdZnTe)晶体的重要价值,以及半导体晶体在辐射探测领域的应用前景与挑战,并结合自身实践进一步分享了对做科研和做产业、基础理论和工程应用之间不同的理解与认识。针对我国晶体材料未来的发展,建议科研人员可多从物质新性能或新机理角度开展研究,这将对探索新材料有重要参考。     

国产无机闪烁晶体LaCl_3∶Ce的探测能力和时间响应测量

以国产的掺铈氯化镧(LaCl3:Ce)闪烁晶体与线性电流大于1.5 A的光电倍增管构成闪烁探测器,利用 60Co、137Cs放射性标准源场,实验测量这种探测器对γ辐射的探测能力,并与同情况NaI:Tl闪烁探测器进行比对;利用266 nm单色激光和ns级的γ脉冲辐射分别对这种闪烁体的光致激发、辐射激发的时间响应性能进行测量.测量结果表明:国产新型LaCl3:Ce无机闪烁晶体样品构成的探测器对1.25 MeV 、0.66 MeV γ射线的探测能力平均约为同情况NaI:Tl闪烁探测器的103%,高的已超过了同尺寸NaI:Tl构成的闪烁探测器;266 nm单色激光光致激发时间响应波形前沿、半高宽、后沿和衰减常数分别为1.05 ns、17.42 ns、54.30 ns和24.61 ns,ns级的γ脉冲辐射激发的时间响应波形前沿、半高宽、后沿和衰减常数分别为1.52 ns、21.99 ns、75.13 ns和34.19 ns.     

探测未知,造福人类——室温半导体核辐射探测材料碲锌镉

正自1895年伦琴发现X射线,人类首次接触到这种看不见摸不着的"光",到后来以光子能量区分射线,逐渐完善了对辐射概念的认识,这一认知过程始于射线探测。X/γ射线探测器的发展经历了第一代气体探测器、第二代闪烁体探测器,到今天的第三代半导体探测器。半导体探测器基于光电效应的直接转化过程,大大提高了能量分辨率。碲锌镉晶体(Cd1-xZnxTe,CZT)因其具有较大的禁带宽度,较高的原子序数,极高的能量分辨率等优势,成为国际公认的在10 keV到     

室温半导体核辐射探测器新材料及其器件研究

本文论述了室温半导体核辐射探测器新材料及其探测器的研究发展过程和最新动态,分别介绍了几种主要室温半导体核辐射探测器新材料晶体的组成、结构、性能及其探测器的制备技术,主要应用情况.结果表明:HgI2、CdZnTe和CdSe单晶体是性能优异的室温半导体核辐射探测器新材料,用其制作的探测器,可在室温下广泛用于环境监测、核医学、工业无损检测、安全检查、核武器突防、航空航天、天体物理和高能物理等领域.因此,近年来对大尺寸高质量HgI2、CdZnTe和CdSe单晶体及其室温核辐射探测器的研究,已成为高技术新材料领域的前沿研究课题.     

熔体法制备无机钙钛矿半导体核辐射探测晶体与器件的研究进展

钙钛矿材料在太阳能电池和光电探测等领域的快速发展,带动了其在核辐射探测领域的应用研究。钙钛矿晶体结构拥有多样化的结构容忍性,如何设计组分并挖掘材料的相关特性具有很大的科学挑战。其次,针对新型钙钛矿材料特性,需要根据应用场景来优化半导体器件设计,才能最大限度地发挥其辐射探测性能。鉴于此,本文从熔体法晶体生长及半导体器件设计等角度,探讨了不同维度钙钛矿结构的材料特性及辐射探测器件性能,以期为该材料在核辐射探测领域的发展提供参考。     

室温核辐射探测器用碲锌镉晶体生长研究进展

碲锌镉(CdZnTe,CZT)晶体被认为是目前最有前途的室温半导体探测器材料之一,基于该晶体的探测器件具有能量分辨率高、体积小、便携等优点.而大面积CZT像素探测器的快速发展以及对高能、大剂量X射线探测的需求,对CZT材料的质量和尺寸提出了更高的要求.本文从CZT晶体的基本物性参数入手,探讨了大尺寸CZT晶体生长的影响因素,对两种主要的CZT生长方法——布里奇曼法和移动加热器法的研究进展进行了综述.     

基于锑化物二类超晶格的多色红外探测器研究进展

近年来InAs/GaSb二类超晶格红外探测器在材料晶体结构生长、器件结构设计与成像应用方面取得了飞速发展。尤其在多色红外探测方面,二类超晶格材料以其具备的带隙可调、暗电流小、量子效率高、材料均匀性高,以及成本低等优越性能,使其逐步成为第三代红外焦平面探测器的优选材料。本文阐述了锑化物窄带隙半导体研究中心的锑化物多色红外探测器研究进展。本团队成功实现了低噪声、高量子效率以及低光学串扰的短/中、短/长、中/长、长/长、中/长/甚长波等多种高性能多色红外探测器研制。     

碲锌镉器件技术进展及其在SPECT中的应用

核医学成像设备中的探测器是整个设备的核心部件。基于闪烁体探测器的核医学成像设备存在光电转换效率低和能量分辨率差等关键问题,短期内难以有效解决。而近年来碲锌镉半导体探测器的发展使得核医学成像设备在能量分辨率和空间分辨率等方面取得了很大的提高。本文以单光子发射计算机断层成像(SPECT)技术为例,首先介绍了核医学成像原理及设备组成,然后从碲锌镉探测器的工作原理及基本结构出发,综述了碲锌镉探测器的新技术及其在临床核医学的应用,最后结合核医学领域应用的需求展望了碲锌镉探测器的研究重点和技术发展趋势。     

CVD人造金刚石核辐射探测器研究进展

金刚石探测器具有体积小、抗辐照能力强、时间响应快等优点,在核辐射领域应用优势显著。早期金刚石核辐射探测器均采用天然金刚石材料,化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)金刚石人工合成技术的进步,极大地促进了金刚石核辐射探测器的发展与应用。本文从CVD人造金刚石材料入手,分析了制约金刚石探测器性能的杂质与缺陷、CVD金刚石的合成工艺、探测器级金刚石中杂质与缺陷的表征方法,并基于载流子迁移率与寿命乘积、探测器的电荷收集效率等性能指标,总结了CVD金刚石中的杂质与缺陷对探测器性能的影响规律,介绍了国外金刚石核辐射探测器的应用现状并展望了国内金刚石核辐射探测器的发展前景。     

Semiconductor materials: Perspectives of optoelectronic integration in integrated optics

Semiconductor materials offer great potential for the combination of optical and electronic devices into single monolithic integrated structures. Aluminium-Gallium-Arsenide is the semiconductor material in which all major functions for such integration have been demonstrated, namely generation, guiding, coupling, modulation and detection of light as well as electronic circuit functions. This material forms the basis of the light emitting diodes and the lasers which made the first generation of optical fiber communication in the 0.8 to 0.9 μm range a success. With interest shifting to longer wavelengths between 1.3 and 1.6 μm where optical fiber losses are minimal, light sources and detectors are being developed in III–V compounds and corresponding integrated optics technology is expected to be forthcoming.Integrated optoelectronics has progressed to the stage where optical and electronic components like lasers, drivers and monitors or detectors and receivers are being integrated. Efforts in materials preparation and device processing will make optoelectronic systems which will handle and transmit optical and electronic signals a reality.     

氧化镓纳米材料的制备及其在光电探测方面的应用研究进展

近年来,半导体的纳米材料凭借其奇特的介观物理特性,成为当前研究的热点,特别是纳米金属氧化物。氧化镓纳米材料具备优异的光电、气敏、耐压且低损耗等特性,为材料学、电子学和化学等多个研究领域带来了新的机遇。本文概述了氧化镓纳米结构的制备方法,并展望了其在光电探测方面的应用。     

金刚石辐射伏特效应同位素电池器件研究进展

微机电系统、深空、深海探测任务等对于长效、便携电源提出了更高的要求。同位素电池由于其能量密度高、功率输出稳定,可以在高低温、无太阳光照等极端环境下持续不断地为月球车、海底探测器等提供能量。作为同位素电池中的主要类型,辐射伏特效应同位素电池由于其理论能量转换效率高、易于微型化被广泛研究,并已经成功应用于心脏起搏器。宽禁带的半导体换能结器件制作的同位素电池能够获得更高的能量转换效率。宽禁带半导体中的代表金刚石具有5.5 eV的禁带宽度与耐辐射的特性,使其成为制作辐射伏特效应同位素电池换能结器件的最佳选择。随着化学气相沉积技术的发展,金刚石晶体的外延技术突飞猛进,为金刚石半导体器件的发展打下了材料基础。本文对比了常见的同位素电池换能结用半导体材料和辐射源材料的特性,介绍了辐射伏特效应的基本原理,接着对辐射伏特效应同位素电池的关键参数进行了分析,并汇总了有关金刚石辐射伏特效应同位素电池研究的文献,通过各个参数,如开路电压、转换效率等的对比,指出了目前金刚石同位素电池发展的状态与存在的问题。通过分析金刚石与其他n型半导体材料组成的异质pn结目前的性能与应用情况,给出了基于金刚石异质pn结的高性能同位素电池的结构设计,并进行了总结与展望。