【摘 要】
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高能粒子的应用十分广泛,覆盖了天体物理和宇宙学、医学、生物学、化学、地理学、环境科学、文物考古等各个领域,但因为高能粒子的产生同时会有其他杂质粒子,所以在这些应用中很重要的一项就是对高能粒子及其副产物进行鉴别。近年来,随着核辐射探测器的发展,对于探测器的抗辐照能力要求增大,特别是应用于高辐照注量下的高能粒子探测,传统的硅探测器已经不能满足高束流强度下的应用。碳化硅作为第三代宽禁带半导体材料,由于其
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高能粒子的应用十分广泛,覆盖了天体物理和宇宙学、医学、生物学、化学、地理学、环境科学、文物考古等各个领域,但因为高能粒子的产生同时会有其他杂质粒子,所以在这些应用中很重要的一项就是对高能粒子及其副产物进行鉴别。近年来,随着核辐射探测器的发展,对于探测器的抗辐照能力要求增大,特别是应用于高辐照注量下的高能粒子探测,传统的硅探测器已经不能满足高束流强度下的应用。碳化硅作为第三代宽禁带半导体材料,由于其较宽的禁带宽度和较大的位移能,使其具有热稳定性好和抗辐照能力强的特性,并且碳化硅材料在宽禁带半导体中的工艺制备和晶圆质量等方面都是较好的,所以使用Si C制备应用于高注量下的辐射探测器是可行的。本文基于以上两点,设计了碳化硅ΔE-E粒子鉴别探测器,制备出了Si C单晶肖特基型辐射探测器作为ΔE-E探测器中的E探测器,并对其进行了电学性能和α粒子、X射线与紫外射线的响应研究,最后用Geant4对碳化硅ΔE-E探测器进行了模拟,证明了其粒子鉴别的可行性。本文使用360μm厚的单面抛光Si C单晶,以Ni/Au为电极,制备了双面肖特基型器件。其I-V电学特性表明硅面（抛光面）肖特基整流特性明显,在反偏电压为-200V时的漏电流密度为1.02n A/cm~2,碳面没有表现出整流特性,漏电流密度在反向电压为-10V时,达到了μA/cm~2的量级,调研和实验验证结果表明造成该现象的很重要的一个原因就是碳面没有进行原子级平整的抛光,表面粗糙度为2.7nm左右,这导致碳面肖特基势垒高度减小,使得漏电流显著增大。对该Si C器件进行的粒子和射线响应实验表明,其具备良好的探测性,在-100V反向偏压下,对于X射线和紫外的光暗电流比可以达到3个数量级,on-off测试也表明该器件具有良好的可重复性;在-150V反向偏压下,对241Am（5.48Mev）辐射源射出的α粒子的能量分辨率为34.6%。最后,利用Geant4研究了100μm+360μm结构的碳化硅ΔE-E粒子鉴别探测器的性能,模拟中选择了原子序数为1-15的粒子进行入射。模拟结果表明,对于原子序数1-15的粒子,该结构的碳化硅ΔE-E探测器可以明显地进行分辨,且分辨效果良好,证明了碳化硅ΔE-E粒子鉴别探测器的可行性。
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