【摘 要】
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传统的半导体中子探测器是在半导体器件表面涂覆一层中子转换层(~6Li F或10B4C)来实现中子的间接探测,存在探测效率和电荷收集效率都低的问题。为了解决上述关键科学问题,可采用具有（n,α）核反应核素的半导体材料,实现中子的直接探测。其中,因BN中的10B具有较大的反应截面（3840 barns）而获得了极大关注。为此,本文开展了BN中子探测器的材料生长与器件制备的研究,取得的主要成果如下:（1
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传统的半导体中子探测器是在半导体器件表面涂覆一层中子转换层(~6Li F或10B4C)来实现中子的间接探测,存在探测效率和电荷收集效率都低的问题。为了解决上述关键科学问题,可采用具有（n,α）核反应核素的半导体材料,实现中子的直接探测。其中,因BN中的10B具有较大的反应截面（3840 barns）而获得了极大关注。为此,本文开展了BN中子探测器的材料生长与器件制备的研究,取得的主要成果如下:（1）利用自行设计并搭建的具有完全知识产权的低压化学气相沉积系统（Low Pressure Chemical Vapor Deposition,LPCVD）,以氨硼烷为前驱体,Ar和N2为载气在c-Al2O3衬底上生长厚度为1μm的h-BN薄膜。光学表征结果表明,其晶体结构为六方相的h-BN,光学带隙为5.68 e V。（2）研究了前驱体的用量、生长压强以及双温区对h-BN薄膜生长速率和晶体质量的影响。研究发现,随着前驱体氨硼烷用量的增加,生长的BN薄膜厚度呈线性增加;双温区中衬底所处的位置距反应室入气体入口位置越远,生长速率呈现减少的趋势,而晶体质量越来越好;研究还发现生长压强会明显影响薄膜的生长速度,压强越低,薄膜的生长速率越高。（3）利用光刻、刻蚀和电子束蒸发等半导体工艺技术,设计并制备了金属-半导体-金属结构的BN中子探测器,并用铝屏蔽盒完成探测器的封装。（4）测量了BN中子探测器的I-V和I-T特性。当偏置电压分别为±200V时,探测器的正反向电流分别为9.7和8.36 n A,电阻大于1011Ω,生长的BN薄膜呈现高阻特性。观察到了I-V曲线的非对称性,认为探测器呈现弱肖特基特性,获得了0.52e V的势垒高度。I-T测试表明,发现电流的平均变化率比较小。从探测器的电学特性测试结果来看,制备的BN中子探测器能够满足核辐射探测的需要。（5）利用SRIM仿真了alpha粒子在1μm厚的BN中沉积的能量约252 ke V。利用能量为5.48 Me V的241Am标准源和Ortec的核电子学系统,开展了BN探测器对alpha粒子的响应,测得BN探测器的计数率393 CPM（Counts Per Minute）。（6）利用241Am-Be快中子源,开展了BN中子探测器对中子的直接探测。在没有优化BN探测器性能的前提下,获得的信噪比高达16,中子计数率为62 CPM。中子测试结果表明,探测器拥有较好的灵敏度,实现了中子的直接探测。
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