SiC基中子探测器对热中子的响应.pdfVIP

第 25卷第 1O期 强 激 光 与 粒 子 束 Vo1．25，No．10 2013年 1O月 HIGH POW ER LASER AND PARTICLE BEAM S oct．，2013 文章编号 ： 1001—4322(2013)10—2711-06 SiC基 中子探测器对热中子的响应 陈 雨 ， 蒋 勇 ， 吴 健 ， 范晓强 ， 自立新。， 刘 波 ， 李 勐 ， 荣 茹 ， 邹德慧 (1_中国工程物理研究院 核物理与化学研究所 ，四川 绵阳 621900； 2．中国工程物理研究院 中子物理重点实验室，四川 绵阳621900； 3．四川大学 物理科学与技术学院，成都 610064； 4．四川大学 原予核科学技术研究所 ，辐射物理及技术教育部重点实验室 ，成都 610064) 摘 要 ： 以SiC二极管和中子转换材料。LiF为基础 ，研制 了SiC基 中子探测器 ，并用 “Am源与临界装置 分别研究了SiC基 中子探测器 的a粒子响应、热 中子响应 。结果表 明：SiC基 中子探测器能够满足 Am源 a 粒子的计数测量 ，但 由于 SiC二极管灵敏区薄，故不能用于 5．48MeV的a粒子能谱测量；SiC基中子探测器对 热中子响应 良好 ，不 同功率下，脉冲幅度谱 中可清晰看到 由 Li(n，a)。H 的反应产物 a粒子、。H粒子形成 的双 峰；脉冲幅度甄别法可将 7射线及 电子学噪声甄别掉；在直接测量与符合测量中，SiC基 中子探测器的计数率 均与临界装置功率成线性关系，且直接测量的线性度 比符合测量 的线性度好 ，最好可达 0．99997。研究表明： 降低 肖特基接触金属 的厚度、增加其外延层厚度 、提高其外延层 品质 ，可将 SiC二极管用于带电粒子能谱测量 。 关键词 ： SiC二极管； a粒子探测 ； 中子探测 ； 半导体探测器 中图分类号 ： TL8l 文献标志码 ： A doi：10．3788／HPLP2711 与气体探测器 、闪烁体探测器相 比，Si，Ge半导体探测器具有工作 电压低 、体积小、能量分辨力高、电荷收 集时间快等优点，但是温度和辐射损伤使这类探测器性能变差，无法应用到高温、强辐射环境下。SiC属于第 三代半导体材料 ，具有禁带能宽、电子饱和漂移速度大、原子离位能高、介 电常数大 、击穿 电场高、导热性好等一 系列优点。其中宽的禁带隙(3．25eV)使其具有较低暗电流、且能够稳定运行在温度 700℃的环境下；高的电 子饱和漂移速度使其具有时间分辨好 、可制成多类型的辐射探测器的特性 ；高的原子离位能(21．8eV)使其具 有 良好的耐辐射性能_1]。随着 SiC生长技术 、工艺 的成熟，SiC探测器成为各 国学者研究的重点 在 国外 ，各 国学者研究和发展了SiC探测器对 a粒子[2。]、8粒子[5]、x射线[7]以及热、快 中子口 等的辐射响应。而在 国内，由于受材料 、工艺等方面的限制 ，对 SiC材料和器件的研究比国外起步晚，目前仅 限于器件制作及辐照效 应等方面的研究 。本文研制并测试了SiC基中子探测器 ，采用 Am源研究验证 了附 LiF薄膜 SiC二极 管的带电粒子探测响应能力 ，并研究了SiC基中子探测器热 中子的响应。 1 结构及探测原理 SiC基中子探测器由SiC二极管和中子转换层 LiF构成 ，通过探测由 Li(n，a)。H反应产生的带 电粒子来 实现中子探测 。其物理结构如图 1(a)所示 。其中，采用厚度为 360p．m，氮 (N)掺杂数密度为 1×10 cm 的n 型4H—SiC作基底 ，在基底上生长厚度为 13 m，N掺杂数密度为 1．5×10 cm 的n一型 SiC外延层 。外 LiF 0．1Ixm Ni Li