一、通过改变Si(Au)探测器灵敏区厚度鉴别带电粒子的方法及应用研究（论文文献综述）
梁红伟,廖传武,夏晓川,龙泽,耿昕蕾,牛梦臣,韩中元[1]（2021）在《第三代半导体辐射探测器研究进展》文中研究指明以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、金刚石等为代表的第三代半导体具有大的禁带宽度、高击穿电场、高饱和电子速率、高热导率以及具有高的位移阈能,耐高温、耐辐照能力,在核装置运行监测、空间探测、高能粒子物理探测等领域具有重要的应用潜力。介绍了第三代半导体的相关性质、辐射探测器主要制备方法以及不同类型辐射探测器的研究进展,展望了第三代半导体在辐射探测方面的发展趋势。提出第三代半导体辐射探测器的出现必然会促进核科学、空间探测、粒子及高能物理等方面的研究,对于国家提升核心竞争力具有重要的推动作用。
陈大洪[2]（2021）在《沟槽型Si基中子探测器的制备工艺及性能研究》文中认为随着全球经济的发展,各国对中子探测器的需求日益增多,但是用于制备中子探测器的3He气体随着美国与苏联冷战的结束,存储量逐年减少,导致价格一路攀升。半导体和3He气体同样具有热中子探测效率高、γ分辨能力强、抗辐射性好、无毒、性能稳定等优点,可替代3He气体成为新一代制备中子探测器的材料。由于晶体Si具备成熟的制备工艺,因此,本文围绕沟槽型Si基中子探测器的工艺制备、电学特性、α粒子探测特性、中子探测特性等方面展开了研究。本文采用肖特基结构制备中子探测器,设计了Si微沟槽阵列,研究了Si微沟槽湿法刻蚀和干法刻蚀特性的影响。湿法刻蚀能够形成较光滑的垂直侧壁,制备成本低,在KOH浓度为50%,刻蚀液温度为60°,无水乙醇作为活化剂时,刻蚀效果最佳,但是湿法刻蚀工艺是将样品浸没在化学试剂中,在对衬底有源区刻蚀的同时还会与衬底的四周及背面进行刻蚀,破坏了衬底的完整性,而且必须对准特定晶面才能刻蚀出垂直沟槽阵列,因此该工艺较难控制;而干法刻蚀工艺具备较高的各向异性,成熟可控,能更好的刻蚀深沟槽阵列。采用超声震动和普通显影相结合的方法解决了沟槽内部光刻胶显影不充分的问题;采用了离心填充法对沟槽进行填充,确定了较好的离心填充参数,即离心机转速为4 000rpm/min,离心时间为4min,无水乙醇与6LiF颗粒的配比为4m L:0.015g。为了体现本文制备出的沟槽型Si基中子探测器具备更高的中子探测效率,采用同样工艺制备了平面型Si基中子探测器。通过对比发现沟槽型探测器漏电流高于平面型探测器,其漏电流密度从反向偏压10V的2.67×10-6A/cm2增至反向偏压150V时的2.93×10-5A/cm2,且随着偏压增加与平面型探测器漏电流相对差距缩小;其电容密度在反向偏压30V时为80.65pF/cm2,小于平面型探测器,在填充6LiF后探测器的电学特性基本保持不变。由于沟槽型探测器的特殊结构,能量分辨曲线有所展宽,能量分辨率比平面型探测器差,但是最终的中子计数结果显示,沟槽型探测器在1 000s内的中子计数值是平面型探测器的1.29倍,表明了采用肖特基结构制备的沟槽型Si基中子探测器能够有效增加中子探测效率。
王宇[3]（2021）在《基于Micromegas的高分辨缪子成像系统读出电子学研究》文中研究说明自伦琴发表了历史上第一张X射线成像结果,粒子成像技术从实验室研究走向了生产生活的方方面面。电子、质子、中子、γ射线等粒子都可以作为探针,对物质内部结构进行探测。不同的粒子有着不同的穿透能力,对应着不同的成像应用技术方向。粒子成像技术的本质是对粒子和物质的相互作用进行探测,并利用相互作用规律对空间物质分布进行成像。在核屏蔽材料检测、火山监控、大型建筑物成像、地质探测等应用场合中,常见的人造射线源无法穿透待测物质,也很难提供大面积覆盖,很难对此类物体进行探测成像。宇宙线缪子恰好能弥补这一缺陷,宇宙线缪子具有极强的穿透能力,能穿透数百米厚的岩石;同时,宇宙线缪子作为一种天然的射线源,获取方便,对人体无辐射危害,能在各种场合开展相应的成像实验。目前,国际上已有多个研究小组展开了宇宙线缪子散射成像和透射成像研究,验证了宇宙线缪子对大尺度物体和重核物质成像的能力。然而,大多数实验存在着成像时间过长和成像精度不高的缺点,无法满足成像需求,成像系统还需进一步研究。本研究基于宇宙线缪子成像的特点,开展相关的性能分析、读出电子学研究和相应的成像实验。本文利用粒子物理仿真软件包GEANT4和宇宙线粒子产生源CRY（Cosmic-RaY shower generator）,对缪子成像过程进行仿真。通过仿真模拟,探究不同位置分辨率对系统成像质量和物质区分能力的影响。较好的位置分辨率需要较多的电子学通道对其进行读出,将极大地增加系统复杂度和成本,这也是目前高分辨缪子成像系统所面临的挑战之一。本文基于宇宙线缪子事例率低、击中位置稀疏的特点,开展了相应的编码读出方案研究。完成了基于哈密顿回路的编码方案,利用该编码方案开展宇宙线成像实验,可以将读出通道数降低一个量级,同时满足宇宙线缪子成像需求。针对宇宙线缪子成像应用场景复杂、系统体量大的特点,本文开展了通用、可扩展的缪子成像读出电子学系统研究。采用前、后端电子学分立的架构,利用自定义协议的光纤实现不同电子学间通信,可以满足不同量级成像实验装置的读出需求。结合编码读出方案,单个前端电子学板可以读出2048路探测器通道;后端电子学板通过光纤,实现数据汇总处理、时钟触发分发和慢控制等功能。经测试,该读出电子学能满足宇宙线缪子成像实验的需求。完成编码读出方案和电子学方案设计后,本文搭建了由8层探测器组成的散射成像实验样机和由4层探测器组成的透射成像实验样机。基于散射成像实验装置,开展了成像和物质区分实验,本套装置可以实现2cm尺寸物质的成像,并且可以实现对铅、钨、铁或铜的区分。透射成像实验装置可以完成不同方向缪子通量的测量,并实现建筑物成像。实验结果表明读出电子学系统能满足缪子散射成像和透射成像两种应用需求。最后,本论文从技术发展和应用发展两个方向出发,提出了针对宇宙线缪子成像的进一步研究目标。
宋国锋[4]（2021）在《应用于穿越辐射探测的厚型气体电子倍增器研究》文中认为标准模型成功地描写了宇宙中绝大多数可见物质的基本特征,但由于量子场论非微扰求解的困难和实验条件的限制,人们依然缺乏对核子或强子内部结构的全面了解,缺乏对量子色动力学色禁闭性质的深刻理解。未来高能量高亮度的电子离子对撞机（EIC）上的深度非弹性散射实验将是对核子内部结构和量子色动力学深入研究的重要前沿。EIC上各种物理过程要求对反应中的末态粒子进行高精度测量,其中散射电子的探测几乎对EIC的所有物理课题都有重要的作用。针对EIC对撞实验中电子前向区域（-2（?）η（?）-1）的电子探测和鉴别需求,本论文探讨了一系列实验方法,并提出使用穿越辐射探测器（TRD）来实现这一目标。传统的穿越辐射探测器主要基于以氙气为基础工作气体的多丝正比室（MWPC）,而MWPC的探测精度和计数率能力难以满足未来高能量、高亮度的EIC实验需求。本论文提出了基于厚型气体电子倍增器（THGEM）技术的TRD方案,并基于EIC对TRD的性能需求,研究并发展了 THGEM探测器技术。在论文工作期间,作者搭建了完善的实验测试系统,设计并制作了多种结构的THGEM探测器,使用软X射线详细测试了探测器的增益、能谱、位置分辨,以及探测器增益的均匀性和长时间运行的稳定性。为深入理解THGEM探测增益不稳定的原因,通过有限元方法和Garfield++程序包模拟计算了 THGEM的电荷雪崩放大过程,研究表明电荷在绝缘介质表面堆积（即charging-up效应）是导致增益不稳定的主要因素。通过在THGEM表面沉积高电阻率的类金刚石（DLC）薄膜,消除了 THGEM的增益不稳定现象。THGEM表面金属电极的刻蚀工艺精度控制难度高,是导致THGEM均匀性不好、易打火放电、大面积制作困难的主要原因。本论文利用磁控溅射沉积DLC技术开发了一系列阻性THGEM（RTGEM）制作工艺。RTGEM工艺简单、制作成本低、适合大面积制作,实验结果表明:电阻率和结构合适的RTGEM,其增益和能量分辨率与常规THGEM相当,长期运行更加稳定且具有较好的计数率能力。制作了大面积（20cm×100cm）的RTGEM探测器,增益均匀性好于12%。制作如此大面积的RTGEM探测器,在国际上尚属首次。基于RTGEM和阻性读出阳极,进一步研究了阻性井型探测器（RWELL）,其结构更加紧凑,单级放大结构增益可达104以上。本论文使用GEANT4程序模拟计算了穿越辐射光子在辐射体中的产生以及在气体中的能量沉积特性。基于模拟结果,设计并制作了基于THGEM的TRD探测器原型样机,并配备了中国科学技术大学物理电子学组研制的AGET读出电子学系统。在德国电子同步加速器上,使用1-5GeV的电子束流实验测试了该TRD样机的性能。束流实验使用了基于氩气的工作气体,得到了与模拟一致的测试结果。利用总沉积能量的似然函数法,分析了 TRD的强子抑制能力。根据探测器测试得到的性能参数,模拟表明多层TRD在电子能量1-5GeV时的强子排斥能力达到100倍以上（电子效率90%）。模拟计算还表明,利用穿越辐射在气体中沉积能量的位置信息,可以进一步提升TRD的电子鉴别能力。模拟和束流实验结果表明,基于THGEM的穿越辐射探测器是未来EIC上散射电子的有效鉴别方案选项。
苏凯[5]（2020）在《高性能CVD金刚石核探测器及相关电子器件研究》文中提出金刚石作为超宽禁带半导体材料,具有超强的抗辐照特性、皮秒级的超快时间响应、极高的热导率、极高的击穿场强,使其成为下一代强辐射场核探测器的理想材料。随着化学气相淀积（CVD）合成金刚石技术的发展,CVD金刚石核探测器在高能粒子探测、强辐照高温环境探测、脉冲场探测等多种应用场合表现出明显优于传统硅基核探测器的性能。金刚石核探测器研究的一个关键问题,是金刚石核探测器的性能不一致性巨大且机理尚不明确,高性能金刚石核探测器的占比很低,在最关键的参数电荷收集效率（CCE）、能量分辨率、电流-电压特性上体现的最为明显,这严重制约了金刚石核探测器的技术进步。除此以外,随着金刚石辐照成像探测需求的增加,迫切需要开发出全集成金刚石像素阵列核探测器,以充分发挥金刚石抗辐照能力强、响应快的优势,这需要在相关金刚石电子器件方面进行持续的研究。目前,国内研制出的金刚石核探测器的性能指标与国外的研究结果还有较大的差距,上升空间巨大,更是迫切需要在基础研究、材料生长、结构优化、制作工艺、机理分析等方面进行更深入的研究,从根本上改善国产金刚石核探测器性能明显落后于国际水平的研究现状。基于上述研究现状,本论文对核探测器的探测原理深入分析,针对金刚石核探测器工作的四个过程,即核辐射的能量沉积、电子空穴对的产生、非平衡载流子的输运、电子空穴对的收集,明确了载流子的输运与收集是制约金刚石核探测器的关键过程。从金刚石材料表征分析、高质量金刚石材料生长、新型核探测器结构、材料特性与性能的相关性方面,利用α粒子与X射线源开展研究并设计制作了高性能金刚石核探测器,同时,研究了与像素阵列核探测器相适应的相关金刚石电子器件。具体的研究内容以及成果如下:1、提出了面向核探测器应用的金刚石材料表征分析方法,实现了高纯高质量CVD单晶材料的生长。根据Type IIa型CVD单晶金刚石多样品的材料表征分析结果和α粒子能谱特性,提出了一种面向高性能CVD金刚石核探测器的材料筛选表征方案,其中PL谱对于杂质种类和含量的探测最为灵敏。基于该研究结果,发展了高质量高纯CVD金刚石生长工艺,采用生长衬底择优选择法、表面H2/O2等离子体刻蚀法一定程度上的降低了外延CVD层的位错密度,提高了结晶质量,XRD（004）面摇摆曲线半高宽仅为46.3 arcsec。利用9N氢气生长工艺、慢速生长法、高压强法抑制等离子球对石英窗口的刻蚀,大幅度的降低了CVD单晶金刚石的杂质含量,室温下的PL光谱结果表明,采用该生长工艺得到的CVD单晶金刚石没有发现任何杂质峰,材料杂质含量接近元素六“电子级”单晶质量。2、在国际上首次提出了一种金刚石表面终端调制核探测器结构,实现了国际一流的电荷收集性能。基于高纯“电子级”CVD单晶金刚石,通过氢等离子体在金刚石表面形成氢终端并与Au结合形成电极,利用RIE刻蚀形成了氧终端绝缘区。通过I-V测试表明该器件实现了优良的欧姆接触特性,当器件的电场强度为1 V/μm时,暗电流仅为7.46×10-13 A/mm2。得益于优良的电极界面特性,该器件对α粒子的能谱特性表明,电子与空穴的CCE展示了高度的一致性,器件对电子和空穴的CCE分别为98.6%与99.01%,对电子和空穴的能量分辨率分别为1.04%与0.76%。同时,脉冲电子束的测试结果表明,器件具有超快的时间响应,仅为347.4 ps。以上结果表明,该器件可以应用于带电粒子谱测量以及高速脉冲甄别。3、揭示了影响金刚石核探测器CCE性能的各种材料特性的作用。通过研究了不同杂质浓度、不同位错密度以及不同厚度的非故意掺杂的Type IIa型CVD单晶金刚石核探测器对α粒子能谱特性,并结合FTIR、XRD、Raman、PL和SIMS分析结果,发现限制金刚石核探测器CCE性能的主要因素是金刚石中的杂质,当氮杂质浓度从5 ppb增大到170 ppb,CCE将从98.7%降低到3.3%,而位错作为典型的晶格缺陷,当位错密度在106～107 cm-2量级时,其影响较小。同时,在我们所测试的厚度范围内（200μm～500μm）单纯地减薄金刚石晶体并不是获得高性能金刚石核探测器的好方法。而且,通过改进CVD单晶金刚石生长工艺,降低材料的杂质含量以及位错密度可以有效的提高金刚石核探测器的CCE。基于“电子级”CVD多晶金刚石核探测器对α粒子的能谱结果表明,多晶金刚石核探测器的电荷收集效率最大值受晶粒尺寸的最大值限制,不能进行有效的能量分辨,无法进行带电粒子能量鉴别。4、实现了CVD金刚石的高增益X射线探测。基于“电子级”金刚石材料,研究了工作于电流模式下的氢氧终端CVD单晶金刚石核探测器对剂量率为0.108～6.157Gy/min的稳态X射线的电流响应。结果表明,由于优良的欧姆接触以及体材料特性,载流子电荷再注入效应增大了探测器对X射线响应的电流增益与特征灵敏度,同时由于抑制了界面的陷阱效应,获得了接近于1的（35）指数,器件在200V（0.66 V/μm）偏压下器件的增益、SNR、特征灵敏度以及（35）指数则分别为151.83、104～106、41.441μC/Gy mm3、1.033±0.014。对于相同工艺下制备的氢氧终端CVD多晶金刚石核探测器,晶粒边界的存在导致了响应电流大幅减小,300V（0.60 V/μm）偏压下器件的增益、SNR、特征灵敏度以及（35）指数则分别为3.92、2×103～105、0.9354μC/Gy mm3、0.978±0.010。5、在国际上首次提出了HZrOx/Al2O3/氢终端金刚石MFISFET新结构,其栅介质用300℃ALD工艺一次制备完成。通过研究器件的电流电压特性表明,该器件在栅压为-10V～10V电压范围下,栅极漏电流小于7.07×10-5 A/cm2,同时蝴蝶结状的C-V特性表明,该器件具有明显的铁电回滞特性。当器件工作在VDS=-0.1 V的线性区时,连续50次的直流循环扫描下,器件展示了明显的顺时针回滞曲线,记忆窗口高达7.3～9.2 V,同时器件的开关比为109。由于HZrOx铁电栅介质的负电容特性,器件的最小SS值为58 m V/decade,器件在线性区的正向扫描阈值电压范围为-5～-3.2V,反向扫描阈值电压范围为2.3～6.0 V,正反向的阈值电压差值（35）Vth与器件的记忆窗口宽度一致。当器件工作在饱和区时,转移特性回滞曲线发生了收缩,此时的Vth分别为-1.58 V与-0.02 V,器件表现出完全的增强型特性,该研究结果表明,氢终端金刚石HZrOx/Al2O3栅介质MFISFET具有高密度集成的优点,在金刚石增强型场效应晶体管、负电容场效应晶体管和恶劣环境存储领域具有潜在的应用前景,这为未来实现金刚石单片全集成的像素阵列探测器提供了新的技术方案,奠定了研究基础。
徐博[6]（2020）在《基于4H-SiC单晶的肖特基结型器件研制》文中研究表明第三代半导体材料又称宽禁带半导体材料,因其独特优良的性能被广泛的应用在军事、医疗、照明等众多领域。作为第三代半导体材料的碳化硅（SiC）,有着众多优良的性能,如禁带宽度大、电子饱和漂移速度快、临界击穿场高、以及耐高温耐辐射等。这些优良的性能使得SiC被广泛的应用在大功率、高温、抗击高辐射等半导体电子器件的制造领域。目前大部分的SiC肖特基器件都是以外延片作为基底材料。而本文基于离子注入技术,以单晶4H-SiC作为衬底制备出拥有较厚的灵敏区的肖特基器件。并对器件的形貌及电学特性进行了详细的研究。利用SRIM模拟仿真软件,在不同注入条件下比对N离子在4H-SiC中不同的分布状态。重点仿真了注入剂量、注入角度及注入能量对N离子分布的影响。最终得出当样品采用如下参数进行离子注入时（倾斜角度为7°;4次离子注入;注入能量分别为30 keV、70 keV、120 keV、200 keV）可得到400 nm分布相对均匀的N离子注入区域。1450℃条件下对N离子注入后的单晶4H-SiC进行2h高温退火处理,进而修复由离子注入带来的晶格损伤及N离子电学激活。通过紫外吸收光谱发现,离子注入后在370500nm吸收强度稍有提升,经退火后由恢复了陡峭的吸收边。在对拉曼散射光谱中E1和E2的峰强比进行计算中发现,离子注入后的峰强比变大而退火后的峰强比又恢复到初值。通过X射线衍射谱测发现,离子注入后（004）晶面对应的峰位由35.63°变为35.74°,同时在该峰位附近出现了较小的孪生峰,而高温退火后峰位重新回到35.63°,小的孪生峰消失。在扫描电子显微镜图像中,高温退火后样品表面形貌会遭到破坏,而在表面采用AlN进行退火保护的样品相对于没有进行保护的样品的表面形貌得到了明显的改善。实验发现热KOH溶液能够有效去除AlN,并通过能谱分析测试进行了验证。对N离子注入面进行电阻率测试,得出载流子浓度约为1.0?1018cm-3,激活率约为10%。使用高真空蒸发台制备了Al/Ti/Au欧姆电极和Ni/Au的肖特基电极。通过Silvaco软件对器件进行仿真并得出,器件的开启电压为8V;反向饱和电流为2.5×10-19A;势垒高度为1.47eV。高温退火0.5h和2h的器件开启电压分别为10V和12 V;反向饱和漏电流分别为1.0×10-9A和1.5×10-8A;势垒高度分别为0.89eV和0.84eV。器件的仿真结果与实际结果有一定程度的偏差,其原因是在器件的制备过程中,高温退火无法完全修复由离子注入导致的晶格损伤,会在4H-SiC内产生一定量的缺陷。而高温退火也会降低4H-SiC的表面形貌,并且Ni与4H-SiC反应会导致C原子的析出,进而提高C空位的含量。所以对器件的整体电学性能造成影响。
王元玺[7]（2020）在《碳化硅的硼热扩散掺杂及器件研制》文中研究说明宇宙空间的辐射环境由复杂的混合粒子构成,中子在宇宙空间粒子辐射中占有十分重要的地位。而碳化硅（SiC）作为第三代半导体,因其禁带宽度大,热导率高,电子饱和漂移速度快、临界击穿场强高及抗辐射能力强等优点,使其制备的核辐射探测器具有体积小、耐高温高压、可在大辐射通量环境下工作等特点。同时PIN器件因其灵敏区厚度大,使其可承受更大的辐射强度及更高的反向偏压。所以本文设计并制作了 4H-SiC的PIN结型器件,主要研究工作如下。本文所选择的SiC基底是在360μm低阻SiC单晶上外延了 20μm高阻SiC层的复合结构。采用蒸发溶剂法在高阻SiC外延层表面涂覆B2O3后,将样品在氧气氛围中,经过 650℃（30min）-1250℃（60min）-1450℃（30min）（以下简称 1250℃样品）及 650℃（30min）-1450℃（60min）-1450℃（30min）（以下简称1450℃样品）阶梯热处理。首先对B扩散掺杂后样品表面残留氧化硼去除进行研究。通过金相显微镜分析发现,化学清洗后基底表面仍有颗粒状残留物存在,机械抛光后表面残留物基本去除。其次对1250℃和1450℃样品的成分及形貌进行研究。利用EDS能谱分析了样品中B、C、Si的原子比,对于1250℃和1450℃样品,在扩散的B原子中,分别约有23.1%和25.7%的B用于SiC的掺杂,约有76.9%和74.3%的B以B4C的形式存在于样品表面;相较而言1450℃样品表面的局部氧化现象明显;利用范德堡法测量获得的电阻率计算出1250℃样品中扩散掺杂层的载流子浓度为1.041016cm-3。利用SEM观察样品表面发现,1450℃样品的表面状态发生较为明显的退化。最后在1250℃样品和1450℃样品的两面制备Al/Ti/Au欧姆电极,对器件的电学特性进行表征。为了对比说明,采用未经过硼扩散处理的样品制备了 Ni/Au肖特基型器件,通过Ⅰ-Ⅴ测试发现,肖特基器件的开启电压为1.4V;在-50V时,其漏电流密度为1.86× 10-10A/cm2,理想因子为1.19。对于1250℃样品所制备的器件,其开启电压为2.1V;在-50V时,漏电流密度为8.29×10-7A/cm2,理想因子为1.28。与未进行B扩散的肖特基器件的Ⅳ特性相比,器件的开启电压更接近于相应PIN器件的理论计算值,结合范德堡法测试结果,我们认为本实验实现了 P型SiC层的制备,进而制作出了碳化硅PIN型器件。对于1450℃样品制备的器件,其开启电压为1.25V;在-50V时,漏电流密度为7.87×10-4A/cm2,理想因子为2.04和8.84。与1250℃样品制备的器件相比,器件电学性能退化,这主要是由于在较高温度下长时间退火引入的过多缺陷所致。
韩冲[8]（2019）在《半导体SiC材料及像素探测器研究》文中进行了进一步梳理近年来SiC材料被证实可应用于空间探测、核电站、核反应堆等高辐射、高温的极端环境,SiC辐射探测器在耐高温、抗辐照、不同能量粒子探测等方面也都进行了大量细致的工作。研究表明SiC探测器在α粒子、γ射线、中子、X射线都具有时间响应快、温度稳定性好和抗辐照能力强等优点。像素探测器由于具备高空间分辨率、低噪声以及辐射成像的特点,同时相比于传统单元探测器,它还具有对局部缺陷的良好耐受性,逐渐成为空间探测领域的研究热点。本文设计并制备了4H-SiC肖特基像素探测器,研究了其电学特性及对α粒子的探测性能,同时研究了基于4H-SiC探测器的中子探测和探测器的抗辐照特性。首先,采用化学气相沉积同质外延SiC薄膜,通过原子力显微镜和Raman光谱对样品进行表面形貌和晶体结构分析。结果显示不同的样品表面形貌基本相同,表现出较好的均一性,而且表面粗糙度可达3.91 nm;Raman光谱表明SiC薄膜具有单一的晶型且晶体质量良好,满足制备像素探测器的要求。根据金属半导体接触理论、工艺成熟条件以及肖特基二极管的热稳定性,确定了形成欧姆接触和肖脱基接触所需的电极材料,其中,欧姆接触电极材料为Al、Ti和Au,肖特基接触电极材料为Ni和Au。在此基础上制备了SiC像素探测器器件。然后,对像素探测器各个像素点的电学性能进行测试分析,通过正向I-V曲线计算得到各个像素的势垒高度和理想因子,并讨论各个像素的一致性和差异;通过反向I-V、C-V曲线得到了像素探测器各像素的漏电流、结电容等参数。采用能量分别为5.15 MeV(239Pu)和5.48 MeV(241Am)的辐射源对4H-SiC肖特基像素探测器各像素进行性能测试。研究了零偏置电压条件下各像素探测器测试系统输出的信号幅度、α粒子响应的能谱。并研究不同偏压下各个像素对两种能量的α粒子辐射源的能谱变化规律,在低电压条件下低能拖尾现象随着偏压的增加而逐渐消失,确定各个像素的全耗尽工作电压以及全耗尽情况下各个像素的能量分辨率。最后,提出采用6LiF/4H-SiC对白光中子源进行测试评估,测试结果显示该4H-SiC探测器对白光中子源表现出较好的粒子探测及抗辐照性能;同时验证了4H-SiC辐射探测对长时间、高剂量的γ射线具有较强的抗辐照特性。在探测器经过连续照射94.3个小时,总剂量为1000 kGy的γ射线辐照实验后,相比于辐照前对α粒子响应能谱、α粒子分辨率及两个能量的全能峰面积均未出现明显的变化。
黄海栗[9]（2019）在《SiC粒子辐照探测器性能及其性能退化的研究》文中研究指明辐照探测技术在核医学、核电站检测、环境检测、空间、粒子物理学及相关的交叉性前沿学科和工业应用等众多领域都有着极其重要的意义。与常规气体探测器和闪烁体探测器相比,半导体核探测器结构简单、体积小、响应快、能量分辨率好、线性范围好,在辐射探测中得到了越来越广泛的应用。随着应用范围的拓展,为了应对越发严苛的应用环境,需要寻求新的半导体材料以克服常规Si/Ge探测器抗辐照能力低、性能随温度变化敏感等缺点。碳化硅作为近年来快速发展起来的第三代宽禁带化合物半导体材料,不仅具有位移阈能大、禁带宽度宽、饱和电子漂移速度高、热导率高等优异性能,而且与传统硅工艺兼容。因此被认为是极具潜力的核探测器材料之一。本文针对碳化硅辐照探测器对不同探测对象的探测性能以及探测器辐照后性能退化的规律开展理论和实验研究,所取得的创新性成果如下:（1）根据现有探测器及探测系统理论,结合现有的半导体及电路仿真技术建立了SiC辐照探测器的仿真模型:将粒子淀积能量转变为探测系统的输出电压,进而得到探测器的脉冲响应谱。利用该方法进行仿真模拟,仿真结果与实验报道值基本吻合。针对文献中报道的双峰能谱谱形的形成给出了新的解释:零偏热中子探测器测量氟化锂6转换层产生的次生粒子时,其测量能谱中出现的双峰现象源于探测器材料的载流子迁移率-寿命积偏低。（2）基于国内目前工艺水平,开展了碳化硅辐照探测器的设计及制备工作。选用I层外延厚度为100μm,掺杂浓度为3×10144 cm-3的PIN型外延材料,采用结构简单,容错系数较大的单结终端扩展结构进行器件的耐压特性仿真,设计相关的结构参数使器件的理论击穿电压达到4200 V。对完成制备的器件进行静态测试,结果表明,探测器芯片反向击穿电压高于3000 V;1000 V偏置时的暗电流小于10 nA,3000 V偏置时的暗电流小于100 nA。以上电学特性完全满足各类粒子辐照探测低漏电,宽耗尽层的要求。（3）利用镅241放射源和小型加速器,进行探测器对于5.48 MeVα粒子、14.1MeV中子以及6070 keV软X射线脉冲探测性能的研究。对于α粒子,由于探测器结构参数问题导致其脉冲响应谱并非理想的单峰谱形,而经过优化的算法预测了谱形的异变;对于14.1 MeV中子,脉冲响应谱的谱形与国际研究报道的谱形基本一致,高能端的各反应特征峰清晰可辨,12C（n,α）9Be特征峰的半高全宽为2.4%;对于脉冲软X射线探测,触发信号上升沿约0.75 ns,下降沿约2 ns,脉冲半高宽约1 ns,对应的探测器输出信号上升沿约3 ns,下降沿约10 ns,脉冲半高宽约7.5 ns,探测性能与商用的Si-PIN探测器基本相当,但仍需进一步改进。以上测试结果表明,低掺杂厚外延SiC基PIN型探测器适用于多种辐照粒子的探测,且都能获得良好的探测效果。（4）为了分析探测器性能的退化,首先论述了通用的漂移-扩散理论模型在实际应用中可能存在的缺陷。在仿真中引入两个独立的缺陷能级模型表示Z1/2缺陷,利用有效载流子浓度变化和Z1/2缺陷浓度的变化,在假设载流子迁移率不变的情况下,对探测器性能退化进行定量分析。计算了相关文献报道的电荷收集效率退化情况,仿真结果与实验报道基本一致;同时比较了单缺陷模型与双缺陷模型之间的差别,双缺陷模型对实验结果的近似度明显高于单缺陷模型。而后对经过反应堆辐照的探测器的镅241-α粒子脉冲响应谱进行计算,并与实测谱进行比较。对探测器有效载流子浓度以及Z1/2缺陷浓度进行了测量。测得Z1/2缺陷的浓度为1.83×10144 cm-3,对应的受主能级位于导带以下0.659 eV。该能级位置与文献中报道的结果相近。对比仿真和实验结果,在有效载流子没有出现明显补偿的前提下,假设材料迁移率保持不变,在仿真中添加正确的缺陷浓度可以在一定程度上分析实测能谱的迁移和畸变。综上,通过对碳化硅探测器的设计和制备,并对不同辐射目标进行探测,证明了低掺杂厚外延的碳化硅探测器在辐射探测领域应用的广泛前景;所建立的SiC辐照探测器仿真模型可以较为准确地计算探测器的脉冲响应谱,能够满足对探测器结构优化和性能预测的要求;在计算探测器性能退化时,引入双独立能级的Z1/2缺陷模型在一定程度上实现了探测器性能退化的定量分析,为分析探测器在其整个使用寿命期间的性能变化情况提供了理论基础。
蒋勇[10]（2019）在《基于PIPS的数字化6Li夹心谱仪中子能谱测量技术研究》文中认为中子能谱是临界装置辐射场的一个重要特征参数,中子能谱测量工作是武器中子物理学中子积分实验检验的一项重要研究内容,开展中子能谱测量研究的主要意义有:1)在武器中子物理学实验室实验中,将实验测得的中子能谱与理论计算结果进行比较,从而达到检验或改进理论计算方法、程序和参数的目的;2)在国际临界安全基准实验数据评价（ICSBEP）中,实验测得的中子能谱可以用于检验理论计算结果;3)中子迁移计算结果的准确性与中子群常数的精度密切相关,群常数的合理划分严重依赖于中子能谱的测量精度;4)在临界装置开展的电子元器件抗核加固实验中,几keV与几MeV不同能量中子产生的辐照损伤位移比释动能（Kerma）因子差异有两个数量级,精确测量能谱指标是该研究的基础;5)在临界装置上开展的中子剂量学研究以及中子探测器的标定实验,都需要精确的能谱参数。为开展临界实验而建造的核反应堆装置称为临界装置,其堆芯主要由高浓缩度的235U或239Pu材料组成,无慢化、冷却等系统,故慢热中子成份相对较少,80%以上主要中子能量在O.1keV～4MeV范围,平均能量在1MeV左右,又称作“快中子临界装置”。当前,为了检验理论计算结果,武器中子物理学实验对临界装置的中子能谱测量提出了更高的要求:测量范围10keV～1OMeV,其中0.1～4MeV范围的测量不确定度≤10%。临界装置中子能谱测量的困难在于难以获得宽的能谱范围与高的测量精度,特别是0.3MeV以下的能谱基本处于空白状态。常用的临界装置中子能谱测量方法主要是阈探测器法和半导体夹心中子谱仪法,其中:阈值在1.2MeV以下的活化箔极少,无法实现1OkeV～1.2MeV范围内的中子测量,以及受活化反应截面与解谱精确度的影响,导致活化法测量精度较差。半导体夹心谱仪中最成熟的技术是6Li夹心谱仪,但是,现有技术存在的主要问题有:1)由于两路Au-Si面垒探测器与NIM电子学的一致性差,从而导致热中子“和”峰分辨率较差,影响能量测量下限范围;2)传统Au-Si面垒探测器的快中子辐照损伤引起的能谱漂移问题严重,影响测得的能谱精度与可信度,使得传统的测量结果长期备受质疑;3)由于传统Au-Si面垒探测器的一致性较差,本底探头与效应探头的本底响应不一致,影响本底扣除精度:4)NIM插件式的传统电子学系统复杂,使用设置与测量精度较差,伴随γ堆积严重,从而影响能谱测量结果。因此,现有技术的6Li夹心谱仪的热中子“和”峰分辨率一般≥300keV（6LiF厚度≥500nm）,能谱测量范围为0.3MeV～7.5MeV,在0.5MeV～4MeV范围内的不确定度为13%。为此,本论文提出了基于PIPS探测器（Passivated Implanted Planar Silicon,离子注入平面工艺硅探测器,简称为“PIPS探测器”）的新型数字化6Li夹心谱仪中子能谱测量技术。PIPS探测器具有抗辐射性能强、漏电流低、PN结稳定以及一致性好等优点,可解决传统6Li夹心谱仪测量中子能谱时的热中子响应分辨率差与本底扣除精度差的问题;数字化谱仪可以准确测量中子与Y响应在PIPS探测器中的能量沉积,以及对6Li（n,a）T核反应产生的α、T粒子与γ本底信号进行数字化分析处理,可以实现氚（T）谱与“和”谱的同时测量,为高精度、宽能区中子能谱测量提供了条件。因此,基于PIPS的数字化6Li夹心谱仪可提高临界装置中子能谱的测量范围、精度与可信度。掌握了基于PIPS探测器的6Li夹心效应探头以及本底探头制作技术。通过Ⅰ-Ⅴ测量获得了 PIPS在30V全耗尽时的漏电流≤OnA,对226Ra-α源的能量分辨率≤0.96%,利用能量为5.15MeV与5.499MeV的双峰239Pu-α源,获得了 18个PIPS探测器的α峰位的相对标准偏差分别为0.06%和0.08%,证明了 PIPS探测器优异的α响应一致性。成功掌握了电子束蒸发镀6LiF薄膜技术,在PIPS表面实现了 500nm的6LiF中子转换层薄膜制备。基于漏电流低、能量分辨率高以及一致性好的PIPS探测器,成功制作出了高分辨率的效应探头以及本底响应一致的本底探头。成功研制出了基于PIPS探测器的数字化6Li夹心谱仪,一次测量获得了 6路脉冲幅度谱信息,数字化谱仪的增益、阈值与符合分辨率时间等参数设置更准确、方便。获得了数字化6Li夹心谱仪的热中子响应指标:热中子T峰分辨率为45.9keV、“和”峰分辨率为221.8keV、热中子探测效率为0.4%。采用226Ra-α源与热中子响应两种方法首次实现了谱仪系统的高精确刻度,获得谱仪系统的道宽为（11.3±0.1）keV,其拟合线性度为0.9999。通过加速器单能中子响应研究,获得了 α、T次级带电粒子与伴随Y的能量沉积规律,确定了最佳工作条件为:工作偏压6V、甄别阈值1.5MeV以及探头包裹1m的Cd套,获得了 144keV～5MeV范围内6个单能中子的α、T粒子谱分布。利用数字化6Li夹心谱仪实现了临界装置中子能谱精确测量。实现了 T谱与“和”谱同时测量,清晰获得了中子、γ响应在PIPS探测器中的能量沉积物理过程,建立了 γ甄别判断方法,通过分辨率更高的T分析技术首次测得了 250keV附近的共振峰。获得了 0.53W和0.92W功率下的效应谱与本底谱,中子计数率分别为1O.OOcps和16.93cps,本底谱比例均为7.7%。研究了辐照损伤对效应谱测量的影响,获得了 5次“和”效应谱峰位的相对标准偏差为1.4%;经过注量为3.4×1011/cm2的快中子辐照后,探头性能变化小于≤1%,证明了 PIPS探测器的抗辐照能力明显优于Au-Si面垒探测器,解决了传统6Li夹心谱仪在测量过程中存在的脉冲幅度谱漂移问题。降低符合分辨时间,可以大大提高探头的抗γ堆积能力,测量表明符合时间在100ns时的γ甄别能力是600ns时的44倍。采用ROOUNFOLD程序解谱获得了 5keV～1OMeV范围内的中子能谱分布,其中O.1MeV与4MeV范围内的能谱所占的比例为87%（相对不确定度≤9.1%）,平均中子能量为1.09MeV（≥0.1MeV中子）,测量结果与理论计算结果相符较好。通过上述研究,建立基于PIPS探测器的数字化6Li夹心中子谱仪中子能谱测量技术,成功研制出了数字化6Li夹心中子谱仪系统,有效解决了的能量准确刻度、本底精确扣除、γ堆积去除以及辐照损伤对能谱测量的影响等难题,提高了临界装置的中子能谱测量范围与精度,具备了武器中子物理学实验室研究所需的中子能谱测量条件。通过本论文的研究,获得的主要结论有:（1）成功研制出了抗辐照能力强、漏电流低、分辨率高以及一致性好的PIPS夹心探头,获得了热中子T峰与“和”峰分辨率分别为45.9keV与221.8keV;（2）建立了中子、γ以及T谱、“和”谱的同时测量技术,实现了 6Li夹心谱仪的数字化研制,获得了中子与Y响应的能量沉积物理过程;（3）建立了 226Ra-α源与热中子响应两种能量刻度方法,实现了谱仪系统的精确刻度,获得道宽为（11.3±0.1）keV,拟合线性度为0.9999;（4）建立了本底响应扣除的精确测量方法,获得了 0.53W与0.92W功率条件下的效应谱与本底谱,其本底响应份额均为7.7%:（5）提高了 PIPS夹心探头的抗辐照能力,经过注量为3.4×1011/cm2的快中子辐照后,探头性能变化小子≤%,解决了传统Au-Si面垒探测器因辐照损伤而产生的能谱漂移问题;（6）建立了数字化6Li夹心谱仪测量临界装置中子能谱技术,提高了中子能谱测量范围与精度,获得了 5keV～1OMeV范围内的临界装置中子能谱分布,0.1MeV～4MeV范围内的份额为87%,测量相对不确定度≤9.1%。
二、通过改变Si(Au)探测器灵敏区厚度鉴别带电粒子的方法及应用研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、通过改变Si(Au)探测器灵敏区厚度鉴别带电粒子的方法及应用研究（论文提纲范文）
（1）第三代半导体辐射探测器研究进展（论文提纲范文）
| 1 半导体探测器的原理及发展历史 |
| 2 Si C辐射探测器的研究 |
| 2.1 Si C材料的基本性质 |
| 2.2 Si C辐射探测器主要研究进展 |
| 2.3 Si C辐射探测器发展中的问题 |
| 3 Ga N辐射探测器研究 |
| 3.1 Ga N材料的基本性质 |
| 3.2 Ga N辐射探测器主要研究进展 |
| 3.2.1 薄膜型双肖特基结构Ga N探测器 |
| 3.2.2 薄膜Ga N肖特基结构探测器 |
| 3.2.3 薄膜型pin结构探测器 |
| 3.2.4 体单晶肖特基结构探测器 |
| 3.2.5 X射线探测器 |
| 3.2.6 Ga N中子探测器 |
| 3.2.7 辐照损伤测试 |
| 3.3 Ga N辐射探测器发展中的问题 |
| 4 金刚石辐射探测器 |
| 4.1 金刚石材料基本性质 |
| 4.2 金刚石辐射探测器主要研究进展 |
| 4.3 金刚石辐射探测器发展中的问题 |
| 5 结论 |
（2）沟槽型Si基中子探测器的制备工艺及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 本文研究背景及意义 |
| 1.2 中子探测器简介 |
| 1.2.1 中子的基本性质及分类 |
| 1.2.2 中子的探测方法及基本原理 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.4 本文研究的主要内容 |
| 2 Si基中子探测器的工作原理及结构设计 |
| 2.1 探测器材料的选择 |
| 2.1.1 衬底材料的选择 |
| 2.1.2 中子转换材料的选择 |
| 2.2 Si基中子探测器的工作原理及结构设计 |
| 2.2.1 探测器的工作原理 |
| 2.2.2 探测器的结构设计 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 沟槽型Si基中子探测器的制备工艺研究 |
| 3.1 工艺设计方案 |
| 3.1.1 工艺流程的设计 |
| 3.1.2 光刻版的设计 |
| 3.2 衬底的刻蚀 |
| 3.2.1 湿法刻蚀 |
| 3.2.2 干法刻蚀 |
| 3.3 电极的制备 |
| 3.3.1 肖特基电极的制备 |
| 3.3.2 剥离清洗 |
| 3.3.3 欧姆电极的制备 |
| 3.4 中子转换层的填充 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 沟槽型Si基中子探测器的性能研究 |
| 4.1 探测器的电学特性测试 |
| 4.1.1 I-V特性测试 |
| 4.1.2 C-V特性测试 |
| 4.2 探测器的α粒子探测性能测试 |
| 4.2.1 时间分辨响应测试 |
| 4.2.2 能量分辨响应测试 |
| 4.3 探测器的中子探测性能测试 |
| 4.3.1 中子探测的测试过程 |
| 4.3.2 中子探测的测试结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（3）基于Micromegas的高分辨缪子成像系统读出电子学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 粒子成像技术的本质 |
| 1.1.2 针对重核物质和大尺度物体的成像需求 |
| 1.2 宇宙线缪子的产生与性质 |
| 1.2.1 宇宙线缪子的产生 |
| 1.2.2 缪子的性质 |
| 1.3 缪子成像的原理 |
| 1.3.1 缪子透射成像原理 |
| 1.3.2 缪子散射成像原理 |
| 1.4 宇宙线缪子成像研究进展 |
| 1.4.1 透射成像研究 |
| 1.4.2 散射成像研究 |
| 1.4.3 成像实验分析 |
| 1.5 本论文的主要工作 |
| 参考文献 |
| 第2章 缪子成像系统分析 |
| 2.1 成像系统仿真与指标分析 |
| 2.1.1 物质成像仿真 |
| 2.1.2 物质鉴别仿真 |
| 2.1.3 透射成像仿真 |
| 2.1.4 成像系统指标分析 |
| 2.2 Micromegas探测器 |
| 2.2.1 Micromegas探测器介绍 |
| 2.2.2 基于热压膜工艺的Micromegas探测器 |
| 2.3 读出电子学需求 |
| 2.3.1 动态范围和噪声分析 |
| 2.3.2 读出系统体量分析 |
| 2.3.3 触发系统需求分析 |
| 2.3.4 需求小结 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 读出通道压缩方案研究 |
| 3.1 通道压缩方案分析 |
| 3.1.1 读出通道压缩需求分析 |
| 3.1.2 通道压缩技术及其对比 |
| 3.2 编码读出方案研究 |
| 3.2.1 编码读出研究进展 |
| 3.2.2 直接编码读出方案的数学原理 |
| 3.2.3 现有的编码读出方案 |
| 3.3 哈密顿回路编码方案研究 |
| 3.3.1 编码方案进一步分析 |
| 3.3.2 基于哈密顿回路的编码方案 |
| 3.3.3 偶数通道编码回路构造证明 |
| 3.3.4 编码表及编码电路设计 |
| 3.3.5 解码算法设计 |
| 3.4 编码电路测试 |
| 3.4.1 噪声测试 |
| 3.4.2 噪声抑制能力测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 读出电子学系统研究 |
| 4.1 读出电子学架构设计 |
| 4.1.1 面向前端电子学的可扩展设计 |
| 4.1.2 面向数据存储系统的可扩展设计 |
| 4.1.3 触发方案设计 |
| 4.2 后端电子学设计与实现 |
| 4.2.1 后端电子学板设计 |
| 4.2.2 后端电子学逻辑功能设计 |
| 4.2.3 后端电子学测试 |
| 4.3 前端电子学设计与实现 |
| 4.3.1 前端电子学设计分析 |
| 4.3.2 前端电子学板介绍 |
| 4.3.3 前端电子学板逻辑功能设计 |
| 4.3.4 前端电子学板测试 |
| 4.4 电子学系统联调 |
| 4.4.1 功能测试 |
| 4.4.2 误码率测试 |
| 4.4.3 触发性能测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第5章 缪子成像原型系统搭建与成像实验 |
| 5.1 缪子成像样机搭建 |
| 5.1.1 散射成像样机 |
| 5.1.2 透射成像样机 |
| 5.2 缪子成像平台测试 |
| 5.2.1 噪声测试 |
| 5.2.2 解码率测试 |
| 5.2.3 位置分辨率测试 |
| 5.2.4 效率测试 |
| 5.2.5 宇宙线沉积能量测试 |
| 5.3 散射成像实验 |
| 5.3.1 散射成像算法分析 |
| 5.3.2 成像实验 |
| 5.3.3 物质区分实验 |
| 5.4 透射成像实验 |
| 5.4.1 透射成像算法分析 |
| 5.4.2 成像实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 附录A 编码表生成算法 |
| 附录B “生产者-消费者”模式上位机设计 |
| 参考文献 |
| 附录C 探测器本征位置分辨率计算 |
| 附录D 基于梯度下降法对位置进行修正 |
| 参考文献 |
| 附录E PoCA算法处理过程 |
| 附录F 散射成像实验结果 |
| 附录G 电子学原型系统照片 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（4）应用于穿越辐射探测的厚型气体电子倍增器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 序言 |
| 1.1 物理背景 |
| 1.1.1 标准模型 |
| 1.1.2 深度非弹性散射 |
| 1.2 电子离子对撞机 |
| 1.2.1 计划中的电子离子对撞机 |
| 1.2.2 EIC上的探测器 |
| 第二章 EIC上散射电子鉴别 |
| 2.1 带电粒子鉴别方法 |
| 2.1.1 飞行时间探测器 |
| 2.1.2 利用电离能损鉴别粒子 |
| 2.1.3 利用切伦科夫辐射鉴别粒子 |
| 2.1.4 利用穿越辐射鉴别粒子 |
| 2.2 EIC上前向散射电子鉴别 |
| 2.3 穿越辐射探测器概述 |
| 2.3.1 穿越辐射简介 |
| 2.3.2 穿越辐射的产生 |
| 2.3.3 从TR到TRD |
| 2.3.4 实验上的TRD |
| 2.4 TRD灵敏探测器选择:THGEM |
| 第三章 THGEM性能研究 |
| 3. 1 THGEM简介 |
| 3.1.1 气体探测器的测量原理 |
| 3.1.2 THGEM起源——气体电子倍增器(GEM) |
| 3.1.3 THGEM探测器 |
| 3.2 THGEM性能测试 |
| 3.2.1 单级放大的THGEM探测器 |
| 3.2.2 多级放大的THGEM探测器 |
| 3.3 THGEM性能模拟研究 |
| 3.3.1 THGEM基本性能模拟 |
| 3.3.2 Charging-up效应模拟 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 新型THGEM类探测器研制 |
| 4.1 研究内容和研究思路 |
| 4.1.1 传统THGEM存在的问题简述 |
| 4.1.2 研究思路 |
| 4.2 无charging-up效应的THGEM |
| 4.2.1 DLC-THGEM制备方法 |
| 4.2.2 实验设置 |
| 4.2.3 测试结果 |
| 4.2.4 DLC-THGEM计数率能力定性模拟 |
| 4.3 阻性THGEM探测器 |
| 4.3.1 RTGEM生产工艺 |
| 4.3.2 RTGEM性能测试 |
| 4.3.3 高计数率版本的RTGEM |
| 4.3.4 大面积的S-RTGEM |
| 4.4 阻性井型THGEM探测器 |
| 4.4.1 RWELL简介 |
| 4.4.2 5cm×5cm RWELL |
| 4.4.3 二维位置读出的RWELL探测器 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于THGEM的穿越辐射探测器 |
| 5.1 探测器设置 |
| 5.1.1 辐射体选择 |
| 5.1.2 探测器工作气体 |
| 5.1.3 探测器原型 |
| 5.1.4 读出电极与读出电子学 |
| 5.2 探测器实验室测试 |
| 5.3 TRD性能的束流测试 |
| 5.3.1 束流测试系统 |
| 5.3.2 束流测试结果 |
| 5.3.3 TRD电子鉴别能力分析 |
| 5.3.4 影响TRD性能的因素分析 |
| 第六章 总结和展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
| 已发表论文 |
| 已授权的发明专利 |
| 会议报告 |
（5）高性能CVD金刚石核探测器及相关电子器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 金刚石材料特性、应用及分类 |
| 1.1.1 金刚石物理特性和应用 |
| 1.1.2 金刚石材料的分类 |
| 1.2 CVD金刚石核探测器研究背景 |
| 1.2.1 金刚石制作核探测器优势 |
| 1.2.2 CVD金刚石材料的生长 |
| 1.3 CVD金刚石核探测器国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外发展现状 |
| 1.3.2 国内发展现状 |
| 1.3.3 金刚石核探测器的发展趋势 |
| 1.4 本文研究目标和内容安排 |
| 第二章 核辐射与核探测器相互作用机理 |
| 2.1 常见射线类型与放射源 |
| 2.2 探测器与核辐射的相互作用机理 |
| 2.2.1 核探测器与α粒子的相互作用机理 |
| 2.2.2 核探测器与X/γ射线的相互作用机理 |
| 2.2.3 X/γ射线的吸收与辐射剂量学 |
| 2.3 金刚石核探测器的工作原理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 金刚石材料的表征分析与单晶生长 |
| 3.1 核探测器的载流子输运 |
| 3.2 金刚石样品选型 |
| 3.3 金刚石的非破坏性表征分析 |
| 3.3.1 FTIR-金刚石类型甄别 |
| 3.3.2 拉曼光谱 |
| 3.3.3 PL光谱 |
| 3.3.4 XRD-结晶质量分析 |
| 3.4 高质量CVD单晶金刚石材料生长 |
| 3.4.1 CVD金刚石生长设备 |
| 3.4.2 生长优化 |
| 3.4.3 生长过程 |
| 3.4.4 生长材料表征 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 CVD金刚石核探测器的阿尔法粒子响应特性研究 |
| 4.1 探测器的能谱特性参数与测试方法 |
| 4.1.1 电荷收集效率 |
| 4.1.2 能量分辨率 |
| 4.1.3 暗电流 |
| 4.1.4 时间响应特性 |
| 4.1.5 结构参数 |
| 4.1.6 测量方法 |
| 4.2 高性能氢氧终端CVD单晶金刚石核探测器 |
| 4.2.1 引言 |
| 4.2.2 器件结构设计与制备 |
| 4.2.3 暗电流与能谱特性 |
| 4.2.4 时间特性 |
| 4.2.5 结论 |
| 4.3 体材料特性对CVD金刚石核探测器性能影响研究 |
| 4.3.1 引言 |
| 4.3.2 材料选取 |
| 4.3.3 单晶金刚石核探测器 |
| 4.3.4 多晶金刚石的能谱特性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 金刚石核探测器的X射线响应研究 |
| 5.1 性能参数与测试方法 |
| 5.1.1 性能参数 |
| 5.1.2 测试方法 |
| 5.2 氢氧终端CVD单晶金刚石核探测器对X射线响应 |
| 5.2.1 引言 |
| 5.2.2 器件制作与电流电压特性 |
| 5.2.3 器件的电流时间响应特性 |
| 5.2.4 分析与讨论 |
| 5.3 氢氧终端CVD多晶金刚石核探测器对X射线响应 |
| 5.3.1 器件制作与电流电压特性 |
| 5.3.2 器件的电流时间响应特性 |
| 5.3.3 分析与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 金刚石HfZrO_x/Al_2O_3介质MEISFET器件研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 介质优化 |
| 6.2.1 HfZrO_x/Al_2O_3叠层栅介质 |
| 6.2.2 介质层厚度优化 |
| 6.3 器件工艺与特性分析 |
| 6.3.1 器件工艺流程 |
| 6.3.2 器件特性分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（6）基于4H-SiC单晶的肖特基结型器件研制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 X射线辐射探测器的发展与应用 |
| 1.2.1 X射线的性质 |
| 1.2.2 X射线与物质的相互作用 |
| 1.2.3 辐射探测器的种类及应用 |
| 1.3 宽禁带半导体碳化硅的发展现状 |
| 1.3.1 碳化硅的种类 |
| 1.3.2 碳化硅材料的性质 |
| 1.3.3 碳化硅X射线探测器的国内外研究现状 |
| 1.4 本论文的主要内容 |
| 2 SiC离子注入的模拟仿真 |
| 2.1 SiC常用的三种器件结构 |
| 2.2 利用SRIM仿真N离子注入 |
| 2.2.1 仿真软件SRIM简介 |
| 2.2.2 N离子注入的模拟仿真 |
| 2.2.3 入射角度的模拟仿真 |
| 2.2.4 注入能量和注入剂量的模拟仿真 |
| 2.2.5 多次注入的模拟仿真 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 单晶SiC高温退火及表征 |
| 3.1 SiC高温退火的实验步骤 |
| 3.2 高温退火后4H-SiC离子注入面的表征分析 |
| 3.2.1 拉曼光谱表征 |
| 3.2.2 紫外吸收光谱表征 |
| 3.2.3 XRD表征分析 |
| 3.3 高温退火后4H-SiC非离子注入面的表征分析 |
| 3.3.1 SEM表征分析 |
| 3.3.2 EDS表征分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于单晶4H-SiC肖特基器件的研制 |
| 4.1 金属-半导体接触理论 |
| 4.1.1 肖特基接触 |
| 4.1.2 欧姆接触 |
| 4.2 单晶4H-SiC肖特基器件的制备 |
| 4.3 电学特性的分析 |
| 4.3.1 4 H-SiC电阻率的测试 |
| 4.3.2 I-V测试分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 本论文研究工作总结 |
| 5.2 进一步研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（7）碳化硅的硼热扩散掺杂及器件研制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 中子半导体辐射探测器的发展与应用 |
| 1.2.1 中子与原子核的相互作用 |
| 1.2.2 中子探测器 |
| 1.3 碳化硅中子探测器的研究现状 |
| 1.3.1 碳化硅材料的基本性质 |
| 1.3.2 碳化硅中子探测器的国内外研究现状 |
| 1.4 本论文的主要内容 |
| 2 4H-SiC中子探测器的结构选择 |
| 2.1 中子探测的机理 |
| 2.1.1 核反冲法 |
| 2.1.2 核反应法 |
| 2.1.3 核裂变法 |
| 2.1.4 活化法 |
| 2.2 金属-半导体接触理论 |
| 2.2.1 肖特基接触 |
| 2.2.2 欧姆接触 |
| 2.3 4H-SiC辐射探测器的常用器件结构 |
| 2.4 4H-SiC-PIN结的形成方式及选择 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于4H-SiC的硼扩散的研制 |
| 3.1 硼在4H-SiC中的扩散机理 |
| 3.2 基于4H-SiC表面的硼源生长 |
| 3.3 高温退火后碳化硅表面残留物去除研究 |
| 3.3.1 XRD表征及结果分析 |
| 3.3.2 金相显微镜表征及结果分析 |
| 3.3.3 台阶仪表征及结果分析 |
| 3.4 高温退火后硼扩散的结果研究 |
| 3.4.1 SEM及EDS表征及结果分析 |
| 3.4.2 XPS表征及结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 基于4H-SiC的PIN器件的研制 |
| 4.1 器件的制备 |
| 4.1.1 器件结构 |
| 4.1.2 器件制备的工艺流程 |
| 4.2 器件性能研究 |
| 4.2.1 表面电阻率研究 |
| 4.2.2 I-V特性研究 |
| 4.2.3 C-V特性研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 本论文研究工作总结 |
| 5.2 进一步研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（8）半导体SiC材料及像素探测器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 碳化硅材料特性 |
| 1.2.1 SiC材料基本特性 |
| 1.2.2 SiC材料少数载流子寿命 |
| 1.2.3 SiC/SiO_2 界面特性 |
| 1.3 碳化硅同质外延生长技术 |
| 1.3.1 蒸发生长技术 |
| 1.3.2 分子束外延 |
| 1.3.3 液相外延 |
| 1.3.4 CVD生长技术 |
| 1.3.5 外延层缺陷 |
| 1.4 国内外研究进展 |
| 1.5 本论文主要研究内容 |
| 第2章 4H-SiC肖特基像素探测器的设计和制备 |
| 2.1 像素探测器4H-SiC外延层的表征 |
| 2.1.1 表面形貌 |
| 2.1.2 晶体质量 |
| 2.2 4H-SiC肖特基像素探测器的结构设计 |
| 2.2.1 金属-半导体接触理论 |
| 2.2.2 肖特基接触 |
| 2.2.3 欧姆接触 |
| 2.2.4 4H-SiC肖特基结型像素探测器的结构 |
| 2.3 4H-SiC肖特基结型像素探测器的制备 |
| 2.3.1 实验过程 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 4H-SiC肖特基像素探测器的电学特性分析及性能测试 |
| 3.1 4H-SiC像素探测器的电学参数测试 |
| 3.1.1 正向I-V测试 |
| 3.1.2 反向I-V测试 |
| 3.1.3 C-V测试 |
| 3.2 4H-SiC肖特基像素探测器的性能测试 |
| 3.2.1 α粒子响应能谱测试系统 |
| 3.3 实验结果与分析 |
| 3.3.1 零偏置电压下各像素探测器的α粒子响应能谱 |
| 3.3.2 α粒子能谱响应 |
| 3.3.3 全耗尽偏置电压下各像素探测器对α粒子的能量分辨率 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于4H-SiC探测器的中子探测 |
| 4.1 中子按能量的分组 |
| 4.1.1 慢中子 |
| 4.1.2 中能中子 |
| 4.1.3 快中子 |
| 4.1.4 极快中子 |
| 4.1.5 相对论中子 |
| 4.1.6 本实验采用的中子源 |
| 4.2 中子探测原理 |
| 4.2.1 核反应法 |
| 4.2.2 核反冲法 |
| 4.2.3 核裂变法 |
| 4.2.4 核激活法 |
| 4.3 基于~6LiF/4H-SiC探测器的中子测试 |
| 4.3.1 4H-SiC探测器白光中子源中初步测试结果 |
| 4.3.2 4H-SiC探测器γ射线辐照实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 本论文研究工作的总结 |
| 5.2 下一步研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 硕士期间论文发表情况 |
| 致谢 |
（9）SiC粒子辐照探测器性能及其性能退化的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 SiC粒子辐照探测器的研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 存在的主要问题 |
| 1.3 主要研究内容及论文安排 |
| 第二章 探测器基本原理及探测系统 |
| 2.1 粒子辐照探测的基本工作原理 |
| 2.1.1 粒子与物质的相互反应 |
| 2.1.2 半导体结型探测器的工作原理 |
| 2.1.3 粒子辐照探测器的关键参数 |
| 2.2 辐照探测系统 |
| 2.2.1 能谱测量系统 |
| 2.2.2 瞬态脉冲测量系统 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 粒子辐照探测器的能谱仿真 |
| 3.1 粒子辐照探测器的能谱仿真方法 |
| 3.1.1 仿真软件简介 |
| 3.1.2 粒子辐照探测器脉冲幅度谱计算原理 |
| 3.2 脉冲幅度谱计算方法验证 |
| 3.2.1 SiC SBD探测器不同偏压下能谱的仿真 |
| 3.2.2 SiC PIN探测器零偏能谱的仿真 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 SiC-PIN型粒子辐照探测器的设计与制备 |
| 4.1 SiC-PIN型辐照探测器击穿特性仿真与结构设计 |
| 4.1.1 仿真模型与材料参数 |
| 4.1.2 SiC-PIN型辐照探测器的静态仿真与结构参数确定 |
| 4.2 SiC-PIN型辐照探测器的关键工艺研究 |
| 4.2.1 ICP刻蚀 |
| 4.2.2 欧姆接触 |
| 4.2.3 封装 |
| 4.3 SiC-PIN型探测器的基本特性 |
| 4.3.1 反向I-V特性 |
| 4.3.2 C-V特性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 SiC-PIN型辐照探测器的辐照响应特性研究 |
| 5.1 α粒子辐照性能研究 |
| 5.1.1 单α粒子脉冲测量 |
| 5.1.2 α粒子辐照能谱的仿真研究 |
| 5.1.3 α辐照能谱的实验研究及分析 |
| 5.2 14.1 MeV D-T中子探测性能研究 |
| 5.2.1 D-T中子探测实验 |
| 5.2.2 D-T中子探测结果分析 |
| 5.3 脉冲X射线探测响应研究 |
| 5.3.1 脉冲X射线瞬态响应实验 |
| 5.3.2 脉冲X射线瞬态响应仿真分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 SiC-PIN型探测器的辐照退化 |
| 6.1 探测器性能退化的双能级缺陷模型 |
| 6.2 探测器性能参数退化研究 |
| 6.2.1 有效载流子浓度退化 |
| 6.2.2 DLTS测量缺陷浓度 |
| 6.3 α粒子辐照能谱的劣化及仿真分析 |
| 6.4 A型器件的性能退化仿真 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结束语 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）基于PIPS的数字化6Li夹心谱仪中子能谱测量技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 中子能谱测量方法与现状 |
| 1.2.2 夹心半导体谱仪研究现状 |
| 1.4 关键技术问题 |
| 1.5 研究目标和内容 |
| 第二章 数字化6Li夹心谱仪物理设计 |
| 2.1 ~6Li夹心谱仪测量中子能谱原理 |
| 2.1.1 求“和”技术研究 |
| 2.1.2 T分析技术研究 |
| 2.2 中子转换材料选择 |
| 2.3 转换层对探测效率与分辨率的影响 |
| 2.4 半导体探测器的选型 |
| 2.4.1 半导体探测器 |
| 2.4.2 PIPS半导体探测器 |
| 2.5 本底响应与甄别 |
| 2.5.1 γ射线与探测器的作用方式 |
| 2.5.2 中子与硅材料的作用方式 |
| 2.5.3 本底甄别方法 |
| 2.6 小结 |
| 第三章 基于PIPS探测器的数字化~6Li夹心谱仪研制 |
| 3.1 PIPS探测器性能测量研究 |
| 3.1.1 电流-电压特性 |
| 3.1.2 能量分辨率测量 |
| 3.1.3 电荷收集率与信噪比测量 |
| 3.1.4 PIPS探测器的一致性测量 |
| 3.2 ~6LiF中子转换层制备 |
| 3.3 ~6LiF镀膜对能量分辨率的影响 |
| 3.4 ~6Li夹心探头制作 |
| 3.5 电荷灵敏前放制作 |
| 3.6 两路数字多道谱仪研制 |
| 3.7 小结 |
| 第四章 数字化~6Li夹心谱仪能量刻度与中子响应测量研究 |
| 4.1 两路数字多道的一致性调节 |
| 4.2 ~(226)Ra-α源能量刻度 |
| 4.3 热中子响应测量研究 |
| 4.4 热中子响应能量刻度 |
| 4.5 加速器单能中子响应测量研究 |
| 4.5.1 144keV单能中子测量研究 |
| 4.5.2 565keV单能中子测量研究 |
| 4.5.3 565keV单能中子本底响应测量研究 |
| 4.5.4 不同中子能量下的α与T粒子分布 |
| 4.6 ~(252)Cf中子源测量研究 |
| 4.7 小结 |
| 第五章 数字化~6Li夹心谱仪测量临界装置中子能谱研究 |
| 5.1 效应谱与本底谱测量研究 |
| 5.1.1 0.53W效应谱测量研究 |
| 5.1.2 0.53W本底谱测量研究 |
| 5.1.3 0.92W效应谱测量研究 |
| 5.1.4 0.92W本底谱测量研究 |
| 5.2 两路一致性及本底扣除分析 |
| 5.3 符合时间对γ堆积的影响研究 |
| 5.4 效应谱稳定性测量研究 |
| 5.5 辐照前后探头性能对比 |
| 5.6 解谱与分析 |
| 5.6.1 解谱方法的验证 |
| 5.6.2 解谱 |
| 5.6.3 不确定度分析 |
| 5.7 小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录Ⅰ 在学期间发表的学术论文与专利 |
| 附录Ⅱ 在学期间参加的学术交流 |
四、通过改变Si(Au)探测器灵敏区厚度鉴别带电粒子的方法及应用研究（论文参考文献）
- [1]第三代半导体辐射探测器研究进展[J]. 梁红伟,廖传武,夏晓川,龙泽,耿昕蕾,牛梦臣,韩中元. 科技导报, 2021(14)
- [2]沟槽型Si基中子探测器的制备工艺及性能研究[D]. 陈大洪. 东华理工大学, 2021
- [3]基于Micromegas的高分辨缪子成像系统读出电子学研究[D]. 王宇. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [4]应用于穿越辐射探测的厚型气体电子倍增器研究[D]. 宋国锋. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [5]高性能CVD金刚石核探测器及相关电子器件研究[D]. 苏凯. 西安电子科技大学, 2020(02)
- [6]基于4H-SiC单晶的肖特基结型器件研制[D]. 徐博. 大连理工大学, 2020(02)
- [7]碳化硅的硼热扩散掺杂及器件研制[D]. 王元玺. 大连理工大学, 2020(02)
- [8]半导体SiC材料及像素探测器研究[D]. 韩冲. 长春理工大学, 2019(01)
- [9]SiC粒子辐照探测器性能及其性能退化的研究[D]. 黄海栗. 西安电子科技大学, 2019(02)
- [10]基于PIPS的数字化6Li夹心谱仪中子能谱测量技术研究[D]. 蒋勇. 中国工程物理研究院, 2019(01)