Si -PIN 核辐射半导体探测器性能测量研究.pdf

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1、第34卷第3期核电子学与探测技术Vo1．34No．32014年3月NuclearElectronics&DetectionTechnologyMarch．2014Si—PIN核辐射半导体探测器性能测量研究郭子瑜，李明富，李莉，金长江，蒋勇(1．成都航空职业技术学院航空电子工程系，成都610100；2．中国工程物理研究院中子物理重点实验室，绵阳621900)摘要：为解决金硅面垒半导体探测器存在的漏电流较大、表面不可擦拭、受环境影响严重、使用稳定性较差等缺点，开展性能更优异的Si—PIN核辐射探测器研究具

2、有十分重要的意义，可推动仳、n、裂变碎片能谱测量等技术进步。论文介绍了离子注入与平面工艺相结合制作Si—PIN探测器的方法，对灵敏面积为20him×20mm的Si—PIN探测器主要开展了I—V、c—V电学特性参数测量研究，开展了si—PIN探测器对'-6Ra源粒子的能量分辨率、能量线性响应研究工作。当反向偏压为2043pF时，探测器全耗尽时的漏电流为∞nA、结电容为∞pF，对粒子的最佳能量分辨率为0．68％，探测器线性响应良好。关键词：Si—PIN；核辐射探测器；仪粒子；能量分辨率中图分类号：TL81

3、4文献标志码：A文章编号：0258-0934(2014)034)414-05在核辐射探测应用方面，相比于气体探上述问题。离子注入与氧化物钝化保护、光刻测器，半导体探测器具有能量分辨率高、时间响等平面工艺相结合，可制备出漏电流低、死层薄应快、位置分辨率好、线性范围宽、体积小、工作的高性能核辐射探测器。相比于常规的金硅面电压较低等优点。最常用的半导体探测器是常垒探测器，Si—PIN探测器具有受环境影响小、规的金硅面垒半导体探测器，它是通过在N型可擦拭、能量分辨率相当等优点。高阻硅表面蒸发沉积一层很薄的金层

4、而形成肖Si—PIN探测器可用于测量x射线、射特基表面垫垒。该类探测器具有入射窗死层厚线、等带电粒子以及中子探测研究J。早度薄、易于制作等优点，但也存在以下缺点：在1949年，美国贝尔实验室的麦凯(Mckay)就(1)面垒探测器易受环境影响，对存放、使用环提出了利用半导体来开展核辐射探测的思想，境要求较高；(2)肖特基表面不能接触、触碰，A．B．Rosenfeld与M．YudeleV等人开展了si—使用寿命较短；(3)金硅面垒探测器的可靠性、PIN中子剂量探测器的研究工作J，韩国的一致性、稳定性、重复

5、性较差。然而，采用平面HartSooKim与SeHwanPark等人开展了对仪工艺和离子注入工艺相结合制作的Si—PIN探能谱具有高分辨率的Si—PIN探测器研究，测器¨可解决金硅面垒半导体探测器存在的Kun—SikPark与J0ng—MoonPark开展了半导体电阻率与晶向对Si—PIN探测器漏电流和辐射响应特点等研究工作J。收稿日期：2014—01—10国内开展Si—PIN核辐射探测器研究的单作者简介：郭子瑜(1994一)，男，四川绵阳人，主要从位主要有北京大学、清华大学、北京师范大学等事新型探测

6、技术研究。通信作者：蒋勇，guoziyumy@高校，以及中国工程物理研究院、原子能科学研163．com。究院和中科院高能物理研究所等研究单位。其414由式(3)可知，半导体材料电阻率越高、反脉冲幅度。向工作电压越大、灵敏面积越小，探测器的结电3仅粒子测量容C就越小，输出的脉冲信号幅度就越高；反之，则探测器的结电容C越大，输出的脉冲信用于辐射测量的Si—PIN探测器是一个号幅度越低。反向偏置的PN结二极管，相当于一个固体电Si—PIN探测器特性参数测试采用的是离室，工作原理与气体电离室类似，不同的是用K

7、eithley4200系统。该系统在i—V测量时，电半导体材料取代了气体探测器中的气体。带电压测量范围为1mV一200V，最小分辨率为l粒子入射到耗尽区时产生电子一空穴对，在灵mV，电流测量范围为0．1fA～100mA，最小分敏区电场作用下分别向两侧运动，被电极所收辨率为0．1fA，精度10fA；C—V测量时(From集形成脉冲电荷信号，此电荷脉冲信号的大小2OHzto2MHz)，扫描电压范围一40一+40V，与入射粒子在灵敏区中损失的能量成正比，这测量量程为liF一100nF，测量精度为0．1％，是

8、用来测量带电粒子能量的主要依据。探测器最小电容值测试能力为1。Si—PIN探测器的死层越薄、反向漏电流越低、结电容越小，则的I—V测量结果如图3所示，C—V测量结果探测器的性能就越好，对入射带电粒子的能量如图4所示。分辨率也会越高。在真空室中，测试Si—PIN探测器对o【粒子的能量分辨率、峰位以及线性。仅粒子由铀系226上标源衰变产生，有5个仅粒子能量峰，峰位能量分别为：4784．5、5304．3、5489．7、6002．6、7687．IkeV。电子学设