高效3D 4H-SiC中子探測器的研究

《高效3D 4H-SiC中子探測器的研究》是依託電子科技大學,由鐘志親擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高效3D 4H-SiC中子探測器的研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鐘志親

項目摘要

相比於氣體、閃爍體和常規的半導體中子探測器，SiC中子探測器具有抗高溫和耐輻照等優點，因此適用於核反應堆、高能物理實驗和外太空等高溫高壓以及強輻射等極端環境中的中子監測。而利用三維結構的，具有高深寬比SiC結器件陣列，所製備的3D SiC中子探測器，能有效地提高探測器的探測效率。故本項目首次開展3D 高效4H-SiC中子探測器的研究。通過蒙特卡羅方法模擬中子和核反應產生的帶電粒子能量損失和射程的研究將得到最佳化的3D SiC中子探測器結構。再研究3D結構SiC中子探測器製備的關鍵技術，如高刻蝕速率和低刻蝕損傷的SiC乾法刻蝕最佳化工藝和凹槽結構SiC表面離子注入摻雜工藝。在此基礎上，製備出3D結構的SiC 中子探測器樣品，並對其進行電學性能研究。

結題摘要

中子探測器可廣泛套用於核武器監測與檢測、裂變堆/聚變堆的安全監測、 乏燃料的檢測、航空航天等眾多領域。傳統平面型熱中子半導體探測器探測效率較低，而採用具有三維結構的多孔（或溝道）SiC結器件，並將中子敏感材料6LiF填充到深孔（或溝道）內能有效提高中子的探測效率。本項目對3D結構SiC中子探測器的相關工藝以及器件進行了初步研究。主要對SiO2/SiC的界面、通過蒙特卡洛方法模擬了中子在6LiF敏感層中的行為和反應產物在6LiF及SiC中的行為、SiC乾法刻蝕工藝以及離子注入摻雜等關鍵工藝進行了研究，以及採用原子力顯微鏡對離子注入前後SiC表面形貌進行了系統研究。研究發現，Ar氣氣氛下600℃退火所得到SiO2/SiC界面質量最好。通過蒙特卡洛理論模擬中子和核反應產生的帶電粒子能量損失和射程的研究，得到了初步的器件結構參數。通過改變ICP和RIE功率、O2/SF6氣體的比例、和本底壓強對SiC乾法刻蝕工藝進行系列研究，得到表面平整度好（RMS=0.512nm）以及SiC表面未焦化的較最佳化的乾法刻蝕工藝。在此基礎上，對SiC表面進行鋁離子注入摻雜工藝，離子注入鋁後，表面粗糙度顯著增加。對這些基礎研究為SiC中子探測器的研製提供了重要的實驗基礎。