《研製超高純鍺晶體及其輻射探測器關鍵技術研究》是依託清華大學，由李薦民擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：研製超高純鍺晶體及其輻射探測器關鍵技術研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李薦民
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
中國暗物質探測實驗是我國近年來所承擔的一個世界級的科研項目，實驗採用多個高純鍺探測器組成的陣列來尋找暗物質粒子。高純鍺探測器是核探測領域性能最好的探測器，研究鍺晶體對於探測器性能的影響對於暗物質探測具有重要意義。 通常的高純鍺探測器要求鍺晶體純度在13個9以上，位錯密度必須保持在102-104 cm-2內，這些指標的變化會造成鍺探測器性能的不一致，從而對探測器的能量回響與本底噪聲都會產生影響。然而，到目前為此還沒有系統地對於此類影響進行研究。 本課題擬結合我校工物系在核科學與技術研究方面的學科優勢，研究製備高純鍺單晶的關鍵技術，獲得高質量的鍺單晶材料。再用所獲得的高純鍺單晶體製作探測器，並研究高純鍺單晶的質量對探測器性能的影響，以期掌握製備探測器的關鍵技術。 本課題的研究將為後續高純鍺輻射探測器提供製備工藝指導與質量控制要求，對促進我國半導體輻射探測器的基礎研究具有重要意義。
結題摘要
作為高純鍺探測器的關鍵材料，高純鍺單晶體的純度需要在13個N以上，且其位錯密度在100~10000/cm2之間，而這對高純鍺單晶體的提純和生長都是很大的挑戰。目前世界上只有兩三家公司能生產12N-13N超高純鍺單晶，而在國內沒有一家單位有能力生產12N-13N超高純鍺單晶，所需超高純鍺單晶和部分探測器只有通過進口。為了打破國外壟斷，我們進行探測器級高純鍺單晶體的自主研製工作。此外，根據暗物質探測對探測器低本底的要求，未來我們需要在地下實驗室中生產高純鍺晶體，這也需要我們進行高純鍺晶體的自主研製工作。 本課題的主要研究內容包括高純鍺多晶的水平區熔提純技術研究、高純鍺單晶體的提拉法生長技術研究、高純鍺單晶體的質量檢測與分析技術研究等幾個方面。 本項目主要做了鍺錠區熔提純、高純鍺晶體生長以及晶體質量檢測等三個方面的研究工作。經過課題組成員的共同努力，目前我們基本掌握了高純鍺晶體生長的技術路線，在關鍵節點發現一些規律和掌握了一些經驗。對工藝條件重點注意環節的把握，使得我們能穩定住晶體的純度在12N左右的成功率可以達到80%以上。同時可以控制住雜質和晶體缺陷對我們的影響，使得高純鍺晶體的遷移率可以達到104cm2/V.s量級，位錯密度在100-10000/cm-2。為了進一步提高晶體的純度，使其純度達到13N以上，能夠滿足高純鍺探測器的要求，我們將在這個基礎上，繼續改進工藝條件，研製研製高純石英晶體爐等。最終為探測器製造提供超高純晶體，而高純鍺探測器將是未來暗物質直接探測實驗中非常重要一種探測手段。此外，高純鍺探測器還被廣泛套用於粒子物理實驗、環境監測、安全監控等領域。
