[发明专利]4H-SiC基中子探测器用6LiF/ BC4复合中子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⁶LiF /BC₄复合转换薄膜制备工艺。 

背景技术

基于Si器件的中子能谱测量技术研究工作从20世纪30年代就已开始，到1960年已基本明确中子能谱测量的所有原理方法，此后，研究重心转移至如何拓宽能谱测量范围、提高探测器的探测效率和提高能量分辨率等方面并取得较大进展。然而，由于始终无法解决探测器耐辐照问题，至上世纪90年代后，基于Si器件的夹心中子探测器的研究及应用并未取得进展。 

近几年来随着SiC材料及制作工艺的成熟，为制作耐辐照、耐高温的SiC中子探测器奠定了重要基础。由于SiC探测器能解决高温、强辐射等极端环境下的中子能量及强度测量问题，在军事、民用领域发挥重大作用，美国、俄罗斯等国家都先后积极开展SiC中子探测及应用研究并取得了很大成效见文献[E. V. Kalinina, N. B. Strokan, A. M. Ivanov. Performance of p–n 4H-SiC Film Nuclear Radiation Detectors for Operation at Elevated Temperatures (375℃)，ISSN 1063-7850, Technical Physics Letters, 2008,34(3): 210–212.]、文献[R. Ciolini, A. Di Fulvio, M. Piotto, A. Diligenti, F. d’Errico. A feasibility study of a SiC sandwich neutron spectrometer. Radiation Measurements，2011（46）：1634-1637.]和文献[C.Manfredotti， A.Lo Giudice, F.Fasolo. SiC detectors for neutron monitoring. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 552 (2005) 131-137.]。例如，近年来美国Cree公司以4H-SiC晶体为基体，研制出了高分辨率SiC半导体器件（对148Gd-α源的FWHM为41.5keV），并利用该器件制作成SiC中子探测器，应用在美国TRIGA堆和NIST (National Institute of Standards and Technology)装置上见文献[Frank H.Ruddy, John G.Seidel, Haoqian Chen. High-resolution alpha-particle spectrometry using 4H silicon carbide semiconductor detectors. IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record,N34-5,(2005)1231-1235.]。 

近年来，国内少数单位（如电子13所、电子55所等）也已经掌握了低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。