[發明專利]一種PIN型室溫核輻射探測器及其制備方法

無效

• 申請號: 200810019832.2
• 申請日: 2008-03-18
• 公開（公告）號: CN101241947A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 陸敏
• 申請（專利權）人: 蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/117
• 分類號: H01L31/117;H01L31/18
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種核輻射探測器及其制備方法，具體涉及一種PIN型室溫核輻射探測器及其制備方法。

背景技術

室溫核輻射探測器是繼氣體探測器、閃爍體探測器之后發展起來的一類新型探測器，具有室溫靈敏度高、噪聲低、響應光譜寬、脈沖時間短、探測效率高、抗輻照損傷能力強、穩定性高等優點，在環境監測、核醫學、工業無損檢測、安全檢查、核武器突防、航空航天、天體物理和高能物理等領域具有廣泛的用途，已經成為現代高科技領域的前沿研究熱點之一。

然而，由于室溫核輻射探測器要求在室溫下工作，且對能量分辨率和探測效率要求較高，所以對制備探測器的材料也提出了很高的要求。一般認為必須滿足如下要求：①較高的原子序數，確保對γ射線有較高的阻止本領，從而保證探測器具有較高的探測效率；②較大的禁帶寬度，保證探測器在室溫下工作時，具有較高的電阻率和較低的漏電流；③良好的工藝性能，容易制得純度高、完整性好的單晶體，同時具有優良的機械性能和化學穩定性，便于進行機械加工，容易制作成勢壘接觸或歐姆接觸；④優異的物理性能，能耐較高的反向偏壓，反向漏電流小，正向電流也小，同時材料中載流子的遷移率-壽命積要大，確保探測器具有良好的能量分辨率。此外，這些半導體材料在其單晶生長、晶體加工上也應有較為成熟的工藝，因此，符合上述要求的材料很少。

目前，研究最多的是CdZnTe(CZT)室溫核輻射探測器，美國、俄羅斯等國都已將CZT晶體材料及其探測器商業化，然而，該晶體材料存在如下問題：①由于CZT晶體材料的熱傳導率極低、其堆垛缺陷形成能較小，使其在晶體生長過程中，溫度波動等因素極易引起孿晶的出現；②由于其臨界切應力低，極易產生位錯；③其組成元素中，Cd的蒸氣分壓較其它兩種組分的蒸氣分壓高得多，易造成熔體富Te；④在其晶體生長的降溫過程中，高溫下存在的固溶區其寬度在室溫時將收縮至“0”，容易形成Te沉淀/夾雜，從而影響材料性能；因此，制備高質量的CZT晶體及其探測器是比較困難的，其成本也非常昂貴。

現今作為第三代半導體材料代表的GaN及其多元合金材料，因其獨特而優異的光學和電學性能，備受學術界和工業界的關注和青睞，特別在光電子(如發給二極管LED和激光二極管)和微電子(高電子遷移率晶體管HEMT)領域的研究和應用尤其活躍，是當今半導體界的國際焦點。

在探測器領域，GaN基材料也逐漸成為紫外探測器、特別是太陽光盲紫外探測器的研究熱點。例如，《半導體學報》第25卷第6期第711頁至714頁的“GaN基肖特基結構紫外探測器”一文，即公開了一種GaN基的紫外探測器，由生長在藍寶石襯底上的20納米的GaN緩沖層、1微米的n型GaN外延層和0.6微米的本征GaN外延層構成，表面制備肖特基電極，并通過光刻在n型GaN外延層上制備歐姆電極，具有良好的紫外探測性能。由于GaN具有寬帶隙、強共價鍵結合、高熔點、高擊穿電場、抗腐蝕、抗輻射等優良性能，因此發明人認為其可以作為室溫核輻射探測器半導體材料，解決現有CZT室溫核輻射探測器存在的問題。然而，現有的GaN紫外探測器厚度只有1～2微米，并不適用于室溫核輻射探測。

另一方面，現有技術中，在制備探測器時，采用的是單向生長工藝，采用多步光刻的方式制備接觸電極，因而制備工藝比較復雜，這也同時增加了探測器的制作成本。

發明內容

本發明目的是提供一種PIN型室溫核輻射探測器及其制備方法，獲得的探測器應當具有良好的室溫靈敏度、探測效率和穩定性，同時，簡化制備工藝，降低成本。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種PIN型室溫核輻射探測器，包括GaN襯底、n型摻雜層、p型摻雜層和兩個接觸電極，所述GaN襯底為厚膜結構，其厚度為100um～200um，所述n型摻雜層為摻雜硅的GaN薄膜，制作在所述GaN襯底的一面，所述p型摻雜層為摻雜鎂的GaN薄膜，制作在GaN襯底的另一面，兩個接觸電極分別制作在n型摻雜層和p型摻雜層的外表面。

上述技術方案中，所述GaN襯底GaN單晶厚膜，其電阻率為10⁶～10⁹Ω·cm，位錯密度小于10⁶cm^-2。

上述技術方案中，與n型摻雜層相連的接觸電極是在n型摻雜層外表面沉積10nm～30nm的Ti/Au而成的，與p型摻雜層相連的接觸電極是在p型摻雜層外表面沉積10nm～30nm的Ni/Au而成的。