论文部分内容阅读
随着核科学技术的发展,核设施、射线装置在军事、医疗、工业、农业、地质调查、科学研究和教学等领域的应用越来越广泛,民众面临的核武器事故、核反应堆事故、辐射装置事故、放射性废物贮存与运输事故、医疗辐照事故等风险也越来越高。公共安全对辐射探测技术提出了更高的要求。本文研究的PIN二极管快中子探测器是一个测量快中子辐射的累积剂量仪器,它具有体积小、测量方法简单并且在大剂量时响应线性度较好等优点。本文首先对γ射线和快中子与硅材料的相互作用进行了系统阐述,特别对快中子辐照硅材料产生的位移损伤–缺陷团,以及缺陷团的空间电荷模型进行了介绍。由于快中子辐照硅晶体产生辐照损伤–缺陷团对半导体材料的影响最重要的是载流子的去除效应和对少数载流子寿命。根据上面两个影响建立了PIN二极管探测器受快中子辐照时端电压的变化量随辐照剂量的模型,并基于该模型在不同少子寿命、不同基区宽度、不同电流密度以及不同初始电阻率的条件下,分析了对PIN二极管探测器的端电压变化量的影响,然后根据灵敏度公式得到上述参数对PIN二极管探测快中子灵敏度的影响。然后,利用工艺模拟软件Tsuprem4对PIN二极管的工艺制造流程进行了模拟,并对主要的工艺流程进行了分析。接下来用器件模拟软件Medici对PIN二极管快中子辐照响应特性进行了研究。首先针对PIN二极管对快中子辐照探测,分析并讨论了不同剂量下基区电场和电势的变化趋势,以及PIN二极管的端电压变化量随快中子辐照剂量的变化关系;然后对PIN二极管探测器的的稳定性以及PIN二极管的温度效应进行模拟与讨论;最后,对PIN二极管探测器的辐照性能和漏电流进行了模拟,主要针对PIN二极管探测器的灵敏度随外加恒定电流、基区宽度的变化关系进行了研究。分析了漏电流的产生机理及其影响因素,介绍了其它两种降低PIN二极管漏电流的方法。模拟研究了带有保护环结构的PIN二极管探测器的漏电流。最后,将模型计算结果与器件模拟结果进行对照,验证了模型在辐照剂量(0~150Gy)时与模拟结果基本吻合。本文对PIN二极管快中子探测器的理论和模拟的研究,对实际制备高灵敏度的PIN二极管探测器具有一定的现实意义和参考价值。