[发明专利]4H-SiC基中子探测器用BC4转换薄膜制备工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于中子探测技术应用领域，涉及一种用于测量入射中子强度的新型小体积高效率的4H-SiC基中子探测器用BC₄转换薄膜制备工艺。 

背景技术

目前，基于Si器件的夹心中子能谱探测器是测量临界装置中子能谱的常用核反应方法之一，见文献[李润良，汪崇森，周守荣等. 用⁶Li 半导体谱仪测量临界装置中子能谱[J]. 核物理与核工程，1983,3(2):128-130]，[丁洪林，唐祖梅，张秀凤.⁶LiF夹心半导体中子探测器[J].核电子学与核探测技术，1982,2(4)39-40]和文献[蒋勇, 李俊杰, 郑春. ⁶LiF夹心谱仪探头用金硅面垒探测器性能测定[J]. 核动力工程, 2008,29(5):94-97]。相比于气体探测器，该探测器对带电粒子的能量分辨率高、探测效率高、时间相应快、线性范围宽以及体积小等优点；且该探测器采用⁶LiF作为中子转换材料，利用⁶Li(n,α)T大的反应能（4.78MeV），易于实现n/γ甄别。然而，Si器件却存在难以克服的缺点，如对辐射损伤灵敏，受一定强度粒子辐照后（快中子注量为10⁹/cm²）漏电流、分辨率等性能逐渐变差，甚至完全失效（快中子注量为10¹²/cm²）；一般在室温或低温条件下工作，无法胜任在高温（>50℃）条件下的测量工作；容易被击穿，工作偏压一般小于200V。 

面对Si器件存在的问题，寻求新的耐辐照、宽禁带半导体探测器成为人们研究的热点。近十余年来，随着4H-SiC材料生长的蓬勃发展以及相应制作技术的日趋成熟，基于4H-SiC器件的夹心探测器正逐步取代Si器件。尤其是近年来，国内少数单位（如电子13所、电子55所等）已经掌握了低N掺杂4H-SiC器件制作技术，为耐辐照SiC中子夹心能谱探测器研制奠定了重要基石，见文献[贾仁需,张义门,张玉明,王悦湖. N型4H-SiC同质外延生长[J] 物理学报,2008,57(10):6649-6652]和[孙国胜,宁瑾,高欣等.4H-SiC同质外延生长及Ti/4H-SiC肖特基二极管. 人工晶体学报,2005,34(6):1006-1010]。与Si器件相比，4H-SiC器件在材料质量、器件制作及制作成本方面具有明显优势。4H-SiC器件具有禁带宽度大（4H-SiC的Eg=3.26eV，Si的Eg=1.1eV）、晶体原子离位能大、电子空穴迁移率高、暗电流小、热传导系数大、硬度大及击穿电压高等优点。 

此外，改变SiC中子探测器结构，如大面积阵列、多层结构以及采用更高中子转换效率材料（如²³⁵U、¹⁰B等），均可提高中子探测效率，从而应用于中子照相、中子散射测量以及外太空、乏燃料中的中子辐射水平监测。采用PN结SiC器件制作的中子探测器，有望用于超过500℃的高温环境下，应用于反应堆和航天核动力装置的中子监测。