GaAs基核辐射探测器制备工艺及性能研究

作     者：彭俊波 

作者单位：东华理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邹继军

授予年度：2020年

学科分类：082704[工学-辐射防护及环境保护] 08[工学] 0827[工学-核科学与技术] 

主      题：GaAs 核辐射探测器 耐辐照性 退火 变组分 

摘      要：砷化镓(GaAs)核辐射探测器自上世纪70年代发展至今,探测器已有较好的制备工艺及探测性能,但GaAs探测器在耐辐照、辐照损伤修复及低功耗等方面的研究却很少,并且一些特殊环境的应用领域对探测器的性能提出更高要求,这些不足都制约其进一步的发展。本文围绕GaAs基核辐射探测器的制备及性能表征、耐辐照性、辐照损伤修复等方面展开了研究。设计并制备了半绝缘GaAs肖特基型探测器,测试了其电学特性,在偏压为-100V时,器件漏电流为7.83 n A,电流密度为2.51×10 A/cm,探测器势垒高度为0.93e V;并对探测器进行α粒子(Am,5.48Me V)能谱及电荷收集效率(CCE)测试,探测器在反向偏压为20V时能量分辨率达到8.3%,在反向偏压为60V时CCE达到了80%。利用10Me V高能电子辐照,累积剂量为0～200k Gy,对半绝缘GaAs探测器的耐辐照性进行研究。用电流-电压(I-V)、CCE和α粒子能谱对辐照后的探测器性能进行了表征,辐照后探测器能量分辨率与CCE下降,但探测效率得到了提高,器件在高剂量辐照后仍能进行探测工作。对辐照后半绝缘GaAs肖特基型探测器进行热退火,研究退火对辐照损伤的修复。对辐照后退火器件的I-V、α能谱及CCE进行测试与分析。测试结果表明,热退火能够部分修复电子辐照引起的损伤。首次制备出一种新型变组分变掺杂铝镓砷/镓砷(Al GaAs/GaAs)PIN型核辐射探测器,并对不同尺寸的探测器进行电学特性测试及α粒子能谱测试。测试结果表明,探测器具有高的灵敏性,并且能在零偏压下工作,在零偏压下能量分辨率达3.3%。使用Fe(5.9 ke V)X射线源对变组分变掺杂Al GaAs/GaAs PIN型核辐射探测器进行X射线探测性能测试。探测器对X射线具有明显的探测响应,但只能通过示波器观察到单个信号响应,并不能测试出多道能谱。一方面是器件结构有待优化,漏电流偏大,另一方面是所使用的Fe(5.9 ke V)X射线源的能量较低。