[實用新型]一種pGaNiGaNnBN中子探測器

有效

• 申請號: 201720159535.2
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN206650087U
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 朱志甫;湯彬;鄒繼軍;彭新村
• 申請（專利權）人: 東華理工大學
• 主分類號: H01L31/0304
• 分類號: H01L31/0304;H01L31/117;H01L31/18;H01L21/02
• 代理公司: 江西省專利事務所36100
• 代理人: 胡里程

技術領域

本實用新型涉及屬于核輻射探測技術領域，尤其是一種p-GaN/i-GaN/n-BN中子探測器。

背景技術

中子本身不帶電，不能通過電離損失引起電離、激發而損失能量。因此，常規的半導體中子探測器是在其表面蒸鍍一層一定厚度的中子轉換層⁶LiF或B₄C。中子轉換層的存在，使得半導體中子探測器的探測效率和能量分辨率都很低。由于這個因素的制約，近年來，半導體中子探測器的進一步的發展受到了一定限制。BN是重要的III–V族化合物寬禁帶半導體材料，室溫下的禁帶寬度為6.5eV。BN是一種直接探測中子且極具潛力的中子探測材料，BN中的¹⁰B原子具有高的熱中子俘獲界面。2016年，美國德州理工大學的Maity課題組利用金屬有機物化學氣相沉積系統外延生長了厚度為43μm的未摻雜BN薄膜，制備了光電導型中子探測器，理論計算的探測效率高達51.4%。GaN和BN同屬于III–V化合物寬禁帶半導體材料，具有相似的外延生長環境及設備。pin結型探測器相比光電導型探測器，電荷收集效率高，響應速度快等優點，在核輻射探測器方面得到廣泛應用。基于BN/GaN pin結型的中子探測器結合了BN薄膜中子轉換效率高和電荷收集效率高兩方面優勢，在中子探測領域 極具發展和應用潛力。

發明內容

本實用新型的目的針對現有中子探測器需要中子轉換層、探測效率低等方面的不足，本實用新型提供了一種p-GaN/i-GaN/n-BN中子探測器。

本實用新型的技術方案為：一種p-GaN/i-GaN/n-BN中子探測器，該探測器包括Al₂O₃襯底層、n-BN中子轉換層兼電荷收集層、i-GaN電荷產生層、p-GaN電荷收集層。

所述Al₂O₃襯底層，厚度為150～200μm，晶向為c軸0001面。

所述中子轉換層兼電荷收集層n-BN，其中BN中的B為B的同位素¹⁰B,其厚度為5～50μm，摻雜元素為S，摻雜濃度為(5～8)×10¹⁸cm^-3。

所述電荷產生層i-GaN ，其厚度為5～20μm，為非故意摻雜GaN材料。

所述p-GaN電荷收集層 ，其厚度為100～500nm，摻雜元素為Mg，摻雜濃度為(1～3)×10¹⁹cm^-3。

一種p-GaN/i-GaN/n-BN中子探測器,其制備方法包括以下步驟：

（1）、n-BN薄膜的制備：采用金屬有機物化學氣相沉積系統在Al₂O₃襯底上先預生長緩沖層，而后外延生長n-BN薄膜，三乙基硼和NH₃作為BN的前驅反應物，H₂作為載氣，硫化氫作為S摻雜劑，生長溫度1300～1500℃，厚度為5～50μm，摻雜濃度為(5～8)×10¹⁸cm^-3；

（2）、i-GaN薄膜的制備：采用金屬有機物化學氣相沉積系統在n-BN薄膜上外延生長i-GaN薄膜，三甲基鎵源和NH₃作為i-GaN的前驅反應物，H₂作為載氣，生長溫度1000～1100℃，厚度為5～20μm；

(3)、p-GaN薄膜的制備：采用金屬有機物化學氣相沉積系統在i-GaN薄膜上外延生長p-GaN薄膜，三甲基鎵源和NH3作為p-GaN的前驅反應物，H₂作為載氣，二茂鎂作為Mg摻雜元素的氣體摻雜源，生長溫度900～1000℃，摻雜濃度為(1～3)×10¹⁹cm^-3，厚度為2～5μm；

（4）、利用勻膠機在上述p-GaN/i-GaN/n-BN薄膜的表面涂上一層正光刻膠并曝光、顯影，產生光刻圖形；用感應耦合等離子體刻蝕技術刻蝕p-GaN/i-GaN/n-BN薄膜至n-BN層，在p-GaN/i-GaN/n-BN上形成階梯層；

（5）、用熱蒸發或電子束蒸發設備在n-BN上沉積Ti/Au雙層金屬電極并退火，制備n-BN歐姆接觸電極，其中Ti的厚度為10～20nm， Au的厚度為50～200nm，而后進行歐姆接觸電極退火處理，退火溫度為550～650℃，退火時間為300～600s。