4H-SiC探测器的γ辐照影响研究

为研究4H-SiC探测器的抗γ辐照性能,使用40万Ci级的⁶⁰Co源对4H-SiC探测器进行了数次辐照,累积辐照剂量最大为1 MGy(Si),并在辐照后对4H-SiC的性能进行了测试。随着累积辐照剂量增加,4H-SiC探测器的正向电流增大,而反向电流恰好相反;根据4H-SiC探测器的正向I-V曲线可提取理想因子和肖特基势垒,理想因子从1.87增加到2.18,肖特基势垒从1.93 V减小至1.69 V;4H-SiC探测器对²⁴¹Am源产生的α粒子进行探测时,探测器的电荷收集率从95.65%退化到93.55%,测得能谱的能量分辨率由1.81%退化到2.32%。4H-SiC探测器在受到1 MGy(Si)的γ辐照后,与未受到辐照时相比,在探测能量为5.486 MeV的α粒子时能量分辨率和电荷收集率仅退化了28.18%和2.2%,仍具备优良的探测性能。     

60Coγ射线辐照对肖特基二极管1/f噪声的影响

在肖特基二极管(schottky barrier diode,SBD)辐照损伤机理和总剂量效应分析的基础上,利用1/f噪声的迁移率涨落和载流子数涨落模型,深入研究辐照损伤对器件1/f噪声的影响.研究结果表明,辐照诱生新的界面态,改变界面态密度分布,进而调制了肖特基势垒高度,增大表面复合速度是引起器件性能退化主要原因,也是1/f噪声剧烈增加的主要原因.正因为如此,噪声与器件退化存在相关性,即噪声拟合参数B越大,偏离标准值越多,器件可靠性越差,抗辐照能力越低,在辐照环境下工作越容易失效.由此可知,1/f噪声特性可以用作SBD辐照损伤机理的研究工具,并有可能用于SBD抗辐射加固的无损评估.     

Ni/4H-SiC肖特基势垒二极管的γ射线辐照效应

对制备的Ni/4H-SiC肖特基势垒二极管（SBD）进行了γ射线辐照试验,并在辐照过程中对器件分别加0和-30?V偏压.经过1?Mrad（Si）总剂量的γ射线辐照后,不同辐照偏压下的Ni/4H-SiC肖特基接触的势垒高度和理想因子没有退化,SiC外延层中的少子寿命也没有退化.辐照后器件的反向电流下降,这是由于器件表面的负界面电荷增加引起的.研究表明,辐照偏压对Ni/4H-SiC SBD的辐照退化效应没有明显的影响. 关键词： 碳化硅 肖特基 辐照效应 偏压     

基于4H-SiC肖特基势垒二极管的γ射线探测器

针对极端环境下耐高温和耐辐照半导体核探测器的研制需求,采用外延层厚度为100μm的4H碳化硅(4H-SiC)制备成肖特基二极管探测器,研究了该探测器对~(241)Am源γ射线的能谱响应.采用磁控溅射金属Ni制备了肖特基二极管的欧姆接触和肖特基接触,利用室温电流-电压和电容-电压测试研究了二极管的电学特性.欧姆特性测试表明,1050°C退火时,欧姆接触特性最好.从正向电流-电压曲线得出二极管肖特基势垒高度为1.617 eV,理想因子为1.127,表明探测器具备良好的热电子发射特性.从电容-电压曲线获得二极管外延层净掺杂浓度为2.903×10~(14)cm~(-3),并研究了自由载流子浓度在外延层中的纵向分布.在反向偏压为500 V时,二极管的漏电流只有2.11 nA,具有较高的击穿电压.测得在-300 V条件下,SiC二极管探测器对能量为59.5 keV的γ射线的能量分辨率为9.49%(5.65 keV).     

4H-SiC肖特基二极管的电荷收集特性

针对极端环境下耐辐照半导体核探测器的研制需求,采用耐高温、耐辐照的4H碳化硅(4H-SiC)宽禁带材料制成肖特基二极管,研究了该探测器对241Am源粒子的电荷收集效率。从电容-电压曲线得出该二极管外延层净掺杂数密度为1.991015/cm3。从正向电流-电压曲线获得该二极管肖特基势垒高度为1.66 eV,理想因子为1.07,表明该探测器具备良好的热电子发射特性。在反向偏压高达700 V时,该二极管未击穿,其漏电流仅为21 nA,具有较高的击穿电压。在反向偏压为0~350 V范围内研究了该探测器对3.5 MeV 粒子电荷收集效率,在0 V时为48.7%,在150 V时为99.4%,表明该探测器具有良好的电荷收集特性。     

4H-SiC肖特基二极管的电荷收集特性

针对极端环境下耐辐照半导体核探测器的研制需求,采用耐高温、耐辐照的4H碳化硅(4H-SiC)宽禁带材料制成肖特基二极管,研究了该探测器对241Am源粒子的电荷收集效率。从电容-电压曲线得出该二极管外延层净掺杂数密度为1.991015/cm3。从正向电流-电压曲线获得该二极管肖特基势垒高度为1.66 eV,理想因子为1.07,表明该探测器具备良好的热电子发射特性。在反向偏压高达700 V时,该二极管未击穿,其漏电流仅为21 nA,具有较高的击穿电压。在反向偏压为0~350 V范围内研究了该探测器对3.5 MeV 粒子电荷收集效率,在0 V时为48.7%,在150 V时为99.4%,表明该探测器具有良好的电荷收集特性。     

套刻偏差对4H-SiC 浮动结结势垒肖特基二极管的影响研究

4H-SiC浮动结结势垒肖特基二极管与常规结势垒肖特基二极管相比在 相同的导通电阻条件下具有更高的击穿电压. 由p⁺埋层形成的浮动结与主结p⁺区 之间的套刻对准是实现该结构的一项关键技术. 二维模拟软件ISE的模拟结果表明, 套刻偏差的存在会明显影响器件的击穿特性, 随着偏差的增大击穿电压减小. 尽管主结和埋层的交错结构与对准结构具有相似的击穿特性, 但是当正向电压大于2 V后, 交错结构的串联电阻更大.     

工业CT光电二极管探测器灵敏度

在工业CT系统设计过程中,射线能量选择、探测器结构设计、射线源和探测器匹配等方面都涉及探测器灵敏度问题。研究了影响工业CT光电二极管探测器灵敏度的几个主要因素及其定量关系。首先分析了灵敏度的几个主要影响因素:能量沉积率、绝对闪烁效率、光收集效率、光电转换效率。然后采用蒙特卡罗方法仿真得到闪烁体的能量沉积率、光收集效率,计算了CsI(Tl)闪烁体的荧光转换效率及光电二极管的光电转换效率,定义了闪烁体与光电二极管的匹配度的概念。最后得出具有普遍意义的探测器灵敏度的表达式,理论计算值与实际测量结果最大相差20.4%,实验验证了该灵敏度计算方法的有效性和正确性。     

工业CT光电二极管探测器灵敏度

在工业CT系统设计过程中,射线能量选择、探测器结构设计、射线源和探测器匹配等方面都涉及探测器灵敏度问题。研究了影响工业CT光电二极管探测器灵敏度的几个主要因素及其定量关系。首先分析了灵敏度的几个主要影响因素：能量沉积率、绝对闪烁效率、光收集效率、光电转换效率。然后采用蒙特卡罗方法仿真得到闪烁体的能量沉积率、光收集效率,计算了CsI(Tl)闪烁体的荧光转换效率及光电二极管的光电转换效率,定义了闪烁体与光电二极管的匹配度的概念。最后得出具有普遍意义的探测器灵敏度的表达式,理论计算值与实际测量结果最大相差20.4%,实验验证了该灵敏度计算方法的有效性和正确性。     

一种新型的软X射线二极管

介绍了用于激光等离子体发射的Ｘ射线量测量的一种新型的软Ｘ射线二极管（即ＸＲＤ〕的结构、原理、性能、标定及其应用。该探测器具有体积小、响应快、使用方便等优点，１９９０年和１９９１年已两次成功地用于“神光”装置上激光等离子体发射Ｘ射线测量。     

X射线二极管的灵敏度标定和应用

阐述了Ｘ射线二极管铝阴极光电转换量子效率，并在单色亚千Ｘ射线光源装置上对铝阴极的灵敏度进行了绝对标定，最后介绍了采用Ｘ射线二极管探头来测量激光－等离子体相互作用中产生的亚千Ｘ射线能量。     

γ射线探测器响应函数的JMCT模拟计算

采用自主研发的JMCT软件,模拟计算了射线在NaI闪烁探测器中的响应函数。JMCT模拟计算了探测过程中所有的、完整的光子-电子耦合输运过程。其模拟计算的射线能量沉积谱、探测器响应函数,与MCNP的计算结果符合得非常好,与Berger解析法计算的结果也基本符合,表明JMCT软件可以在探测器响应函数方面得到满意的结果,JMCT将在实验核物理、核分析技术应用等方面发挥越来越重要的作用。     

γ射线探测器响应函数的JMCT模拟计算

采用自主研发的JMCT软件,模拟计算了射线在NaI闪烁探测器中的响应函数。JMCT模拟计算了探测过程中所有的、完整的光子-电子耦合输运过程。其模拟计算的射线能量沉积谱、探测器响应函数,与MCNP的计算结果符合得非常好,与Berger解析法计算的结果也基本符合,表明JMCT软件可以在探测器响应函数方面得到满意的结果,JMCT将在实验核物理、核分析技术应用等方面发挥越来越重要的作用。     

Ti/4H-SiC肖特基势垒二极管抗辐射特性的研究

本文采用γ射线、高能电子和中子对Ti/4H-SiC肖特基势垒二极管(SBD)的抗辐射特性进行了研究.研究发现对于γ射线和1 MeV电子辐照,-30 V辐照偏压对器件的辐照效应没有明显的影响.经过1 Mrad(Si)的γ射线或者1×l0¹³ n/cm²的中子辐照后,Ti/4H-SiC肖特基接触都没有明显退化;经过3.43×10¹⁴ e/cm²的1 MeV电子辐照后Ti/4H-SiC的势垒高度比辐照前轻微下降,这是由于高能 关键词： 碳化硅 肖特基 辐照 偏压     

4H-SiC NMOS电子、质子辐照数值模拟

 分析了高能电子、质子对4H-SiC的损伤机理,建立了4H-SiC NMOS器件物理模型。电子、质子辐照效应模型。应用ISE-TCAD软件进行数值模拟计算,得出在能量为2.5 MeV、注量为5×10¹³ cm^-2的电子辐照及能量为6.5 MeV、注量为2×10¹⁴ cm^-2的质子辐照下,4H-SiC NMOS转移特性曲线和亚阈值漏电流曲线变化的初步规律。数值模拟结果与相同条件下Si NMOS实验结果吻合较好。     

4H-SiC NMOS电子、质子辐照数值模拟

分析了高能电子、质子对4H-SiC的损伤机理,建立了4H-SiC NMOS器件物理模型。电子、质子辐照效应模型。应用ISE-TCAD软件进行数值模拟计算,得出在能量为2.5 MeV、注量为5×1013 cm-2的电子辐照及能量为6.5 MeV、注量为2×1014 cm-2的质子辐照下,4H-SiC NMOS转移特性曲线和亚阈值漏电流曲线变化的初步规律。数值模拟结果与相同条件下Si NMOS实验结果吻合较好。     

γ探测器中子灵敏度标定技术

叙述了γ探测器的14.1 MeV中子灵敏度标定原理和屏蔽方法,利用MCNP程序建模, 优化设计了对γ和中子高屏蔽性能的屏蔽体。 实验研究表明, 其信噪比最高达10∶1, 比测量点本身的信噪比1.35∶1提高了7倍, 从而实现了γ探测器的中子灵敏度标定。 It is introduced that a method and principle for calibrating 14.1 MeV neutron sensitivity of γ ray detector. A shield system for scattering neutrons and γ rays has been optimized by MCNP code. The experimental results show that the signal to noise ratio of the system is about 10:1, 7 times higher than the value of 1.35〖KG-*4〗∶〖KG-*4〗1 without shield system. Calibration of neutron sensitivity of γ ray detector is then accomplished.     

面向PEM应用的γ射线探测器研究

正电子发射乳腺照相术(Positron Emission Mammography, PEM)获得的是乳腺的实时高分辨率动态的功能图像, 从而为在更广范围里研究治疗乳腺癌的方法提供了可能. 大多数的PEM探测器采用紧凑型无机闪烁晶体阵列与光电探测器相耦合的形式, 故光电信号转换器件在PEM探测器中起着非常重要的作用. 探测器基于新型平面面板位置敏感型光电倍增管(Flat Panel Position Sensitive PMT, FP-PS-PMT), 配以锗酸铋(Bi₄Ge₃O₁₂, BGO)晶体阵列. PS-PMT型号为R8400-00-M256型FP-PS-PMT, 有效面积大于90%. 晶体阵列为20×20, 单个晶体尺寸为2mm×2mm×20mm. 实验验证表明该探测器具有良好的空间分辨本领和能量分辨本领, 空间分辨率达到2.0mm半高宽(Full Width Half Maximum, FWHM), 能量分辨率达到23% FWHM.     

高能闪光X射线二极管设计与模拟

 为了研制出便携式的具有较高性能的高能闪光X射线系统,需要发展新型紧凑型的高能闪光X射线二极管,要求其体积小,能工作在较高电压下。简要介绍了冷阴极X射线二极管的结构和工作原理;阐述了二极管绝缘结构设计原则,设计了一种新型的紧凑型轴向绝缘结构的X射线二极管;在高压端和地电极之间采用绝缘环和金属均压环交替叠加进行轴向绝缘,有利于减小二次电子发射几率,降低绝缘体表面爬电几率,缩短轴向绝缘距离。二极管工作电压为1 MV,轴向绝缘距离约260 mm,结合ANSYS数值模拟软件进行了静电场数值计算。二极管轴向绝缘区最大工作场强为95 kV/cm,各阳极三相点最大场强为26 kV/cm。计算结果表明：二极管的工作场强低于真空闪络场强;所有三相点的工作场强均满足绝缘要求。     

高能闪光X射线二极管设计与模拟

为了研制出便携式的具有较高性能的高能闪光X射线系统,需要发展新型紧凑型的高能闪光X射线二极管,要求其体积小,能工作在较高电压下。简要介绍了冷阴极X射线二极管的结构和工作原理;阐述了二极管绝缘结构设计原则,设计了一种新型的紧凑型轴向绝缘结构的X射线二极管;在高压端和地电极之间采用绝缘环和金属均压环交替叠加进行轴向绝缘,有利于减小二次电子发射几率,降低绝缘体表面爬电几率,缩短轴向绝缘距离。二极管工作电压为1 MV,轴向绝缘距离约260 mm,结合ANSYS数值模拟软件进行了静电场数值计算。二极管轴向绝缘区最大工作场强为95 kV/cm,各阳极三相点最大场强为26 kV/cm。计算结果表明：二极管的工作场强低于真空闪络场强;所有三相点的工作场强均满足绝缘要求。