[发明专利]用于辐射吸收和检测的半导体材料

说明书

技术领域

概括地说，本发明涉及新的用于辐射吸收和检测的半导 体材料，并且特别地，涉及基于LiM²⁺G^V的组成(composition)的半导 体材料，所述LiM²⁺G^V的组成显示出反萤石型的排序(ordering)，其中 M²⁺是一种或多种二价金属并且G^V是来自第V族元素的一个或多个成 员。

背景技术

γ光子检测方法

传统的γ检测方法包括高密度材料，其包含具有大原子 序数的元素。这些材料可以被分为两大类：[1]闪烁剂和[2]直接转化半 导体。对于两大类，进来的γ光子与材料相互作用，以高能初级电子 (energetic primary electron)的形式储存能量，高能初级电子又使电子空 穴对电离(ionize)。

在闪烁剂中，这些对的大部分将直接地或者在发光位点 (即，活化剂掺杂剂或者内在缺陷)重新结合以产生光子。这样的光子 发射一般地在可见光谱中。光子被光传感器(例如，光电倍增管、光电 二极管等)收集并且通过合适的电子设备(electronics)处理而重新构造 γ能谱。

在直接转化半导体中，通过所施加的电场在电极处收集 大部分的电子空穴对(即，电子迁移到阳极和空穴迁移到阴极)。通过 合适的电子设备处理所得的电流脉冲而重新构造γ能谱。

目前商品化的闪烁剂包括NaI:Tl、CsI:Tl、CsI:Na、 Bi₄Ge₃O₁₂、(Lu，Y)SiO₅:Ce和LaBr₃:Ce。直接转化半导体包括Si、高 纯度Ge、HgI₂、PbI₂和来自Cd_1-xZn_xTe系列的成员。

中子粒子检测方法

传统的中子检测方法通常遵循以下四种可用路径之一： [1]³He或¹⁰BF₃的气体容器(gaseous containment)(例如比例计数器 (proportional counters)，电离/闪烁室)，[2]在硅二极管上或其内部包含 ¹⁰B或⁶Li原子的薄层或掺杂区域，[3]在闪烁剂中⁶Li的固态结合(例 如基于⁶LiI:Eu或⁶Li的、掺杂Ce的硅酸盐玻璃)，和[4]在有机物质(例 如蒽、茋(stilbene)、液体/塑料闪烁剂)中的氢气反冲(hydrogen recoil)。

除[4]之外，全部方法依赖稳定同位素的高中子截面(例如 ³He，⁶Li，¹⁰B)以便吸收入射中子辐射。这种吸收过程诱发核反应，其 产生带电荷的重粒子作为副产物： ³He(n，p)反应： ³He+n→³T+¹p    Q＝0.764MeV ⁶Li(n，α)反应：⁶Li+n→³T+⁴α   Q＝4.78MeV ¹⁰B(n，α)反应：¹⁰B+n→⁷Li+⁴α  Q＝2.792MeV(基态，6％)                     ¹⁰B+n→⁷Li*+⁴α Q＝2.310MeV(激发态，94％) 当⁷Li*衰变为⁷Li时，然而，¹⁰B(n，α)反应还产生了0.478MeVγ 光子。