新型ZnO單晶半導體核輻射探測器研究

《新型ZnO單晶半導體核輻射探測器研究》是依託西安交通大學，由賀永寧擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：新型ZnO單晶半導體核輻射探測器研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：賀永寧
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

ZnO、GaN、SiC、金剛石等寬禁帶半導體因其高擊穿場強、快速回響及強抗輻照特性等顯著優勢已成為核輻射探測領域的熱點和前沿。隨著ZnO單晶技術迅速發展，其單晶閃爍體研究近年來被廣泛關注，但是受到ZnO半導體缺陷和漏電限制，ZnO單晶半導體核輻射探測器研究尚少。本項目利用氧氣氛高溫熱處理方法獲得探測器級高阻ZnO單晶，並重點研究ZnO單晶半導體脈衝輻射探測器。基於本徵ZnO單晶點缺陷熱動力學形成機制理論，最佳化高溫熱處理工藝以獲取探測器級半絕緣ZnO單晶；基於高阻ZnO單晶的射線回響機制和載流子的深能級陷阱效應，建立ZnO核輻射探測器的器件物理模型，包括電荷收集效率、靈敏度和時間回響公式；最佳化探測器結構設計和製作方法，基於光電導結構和肖特基結構實現亞納秒超快脈衝輻射探測器。該項目對揭示ZnO半導體核輻射探測器回響機理具有重要的研究價值，並為脈衝輻射探測技術領域提供一種新型寬禁帶半導體探測器。

結題摘要

基於氧化物缺陷化學理論研究了高溫熱處理過程中ZnO晶體中施主缺陷和受主缺陷變化趨勢，基於高溫熱處理條件下施主和受主的補償機制獲得了高阻ZnO單晶，900ºC熱處理條件下電阻率達到了10^13 Ω·cm；建立基於高阻ZnO單晶的光電導型核輻射探測器的器件物理模型，獲得了穩態回響光電流公式和瞬態回響時間依據，通過最佳化器件結構和工藝，實現了納秒級回響的ZnO單晶半導體脈衝輻射探測器；研究了ZnO肖特基結和異質pn結型輻射探測器件的製備工藝、回響特性和器件物理，實現了零偏下自供電X射線探測器並且回響時間達到了毫秒級，在反偏條件下實現了跨4個數量級的寬範圍線性回響；探索了矽酸鋅、氧化銀等其它氧化物用於X射線探測的可行性；後續將繼續探索具有增益的雪崩型和異質結電晶體ZnO核輻射探測器件。