[發(fā)明專利]一種基于雙轉(zhuǎn)換層的溝槽型碳化硅中子探測(cè)器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110457676.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN113206166A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王穎;張立龍;郭浩民;李亞男;曹菲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/118
• 分類號(hào): H01L31/118;G01T1/24
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 賈耀淇

本發(fā)明公開一種基于雙轉(zhuǎn)換層的溝槽型碳化硅中子探測(cè)器，包括由下至上依次設(shè)置的背面歐姆接觸電極、N⁺型4H?SiC襯底、N^?型4H?SiC外延層、正面歐姆接觸電極，所述N^?型4H?SiC外延層頂端等間距開設(shè)有若干溝槽，所述溝槽表面和所述N⁺型4H?SiC襯底頂端均設(shè)置有P⁺摻雜區(qū)，所述溝槽內(nèi)設(shè)置有雙層轉(zhuǎn)換層，所述雙層轉(zhuǎn)換層與所述P⁺摻雜區(qū)相接觸。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在有限的溝槽深度內(nèi)填充兩種不同的轉(zhuǎn)換材料，進(jìn)一步的提升中子探測(cè)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體核輻射探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于雙轉(zhuǎn)換層的溝槽型碳化硅中子探測(cè)器。

背景技術(shù)

中子呈電中性，通過物質(zhì)時(shí)不會(huì)發(fā)生庫侖作用，所以中子不易被直接探測(cè)到。半導(dǎo)體中子探測(cè)器主要由中子轉(zhuǎn)換材料和半導(dǎo)體二極管組成，利用中子與轉(zhuǎn)換材料發(fā)生核反應(yīng)可產(chǎn)生次級(jí)帶電粒子，再通過半導(dǎo)體二極管器件對(duì)這些次級(jí)帶電粒子的探測(cè)便可以間接的實(shí)現(xiàn)對(duì)中子的探測(cè)。

基于硅(Si)、鍺(Ge)等常規(guī)半導(dǎo)體材料制備的中子探測(cè)器只能在低溫或常溫環(huán)境作業(yè)，同時(shí)輻射損傷還會(huì)降低其探測(cè)性能，因而不能應(yīng)用于高溫強(qiáng)輻射等極端環(huán)境中的中子探測(cè)?；诘谌鷮拵栋雽?dǎo)體材料4H-SiC制成的中子探測(cè)器具有能量線性度好、禁帶能寬、耐高溫、抗輻照等眾多優(yōu)點(diǎn)。相比于³He正比計(jì)數(shù)管、塑料閃爍體探測(cè)器和常規(guī)的半導(dǎo)體中子探測(cè)器，4H-SiC中子探測(cè)器具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

平面型的半導(dǎo)體中子探測(cè)器由于中子轉(zhuǎn)換材料的自吸收作用，導(dǎo)致中子探測(cè)效率不會(huì)高于5％。而溝槽型的中子探測(cè)器可以通過提升轉(zhuǎn)換材料的填充量和次級(jí)粒子進(jìn)入SiC檢測(cè)器中的概率，進(jìn)而可以大幅提升中子探測(cè)效率。而且溝槽的深度越深填充的轉(zhuǎn)換材料就越多，中子的探測(cè)效率也就會(huì)越高。

傳統(tǒng)的溝槽內(nèi)部填充單轉(zhuǎn)換材料的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在溝槽內(nèi)填充中子轉(zhuǎn)換材料，中子轉(zhuǎn)換材料使中子與其發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生次級(jí)帶電粒子，次級(jí)帶電粒子可以在SiC中電離。但是其由于僅存在一種轉(zhuǎn)換材料，存在探測(cè)效率低的問題。

本發(fā)明基于碳化硅只能做淺溝槽刻蝕的技術(shù)現(xiàn)狀，提出了一種在溝槽內(nèi)填充雙轉(zhuǎn)換材料的新型碳化硅中子探測(cè)器結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于雙轉(zhuǎn)換層的溝槽型碳化硅中子探測(cè)器，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)在有限的溝槽深度內(nèi)填充兩種不同的轉(zhuǎn)換材料，進(jìn)一步的提升中子探測(cè)效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種基于雙轉(zhuǎn)換層的溝槽型碳化硅中子探測(cè)器，包括由下至上依次設(shè)置的背面歐姆接觸電極、N⁺型4H-SiC襯底、N^-型4H-SiC外延層、正面歐姆接觸電極，所述N^-型4H-SiC外延層頂端等間距開設(shè)有若干溝槽，所述溝槽表面和所述N⁺型4H-SiC襯底頂端均設(shè)置有P⁺摻雜區(qū)，所述溝槽內(nèi)設(shè)置有雙層轉(zhuǎn)換層，所述雙層轉(zhuǎn)換層與所述P⁺摻雜區(qū)相接觸。

優(yōu)選的，所述雙轉(zhuǎn)換層包括第一轉(zhuǎn)換層和第二轉(zhuǎn)換層，所述第一轉(zhuǎn)換層和所述第二轉(zhuǎn)換層均可吸收中子。

優(yōu)選的，所述第一轉(zhuǎn)換層沿所述溝槽底部設(shè)置，所述第二轉(zhuǎn)換層位于所述第一轉(zhuǎn)換層上方。

優(yōu)選的，所述第一轉(zhuǎn)換層上方設(shè)置有兩第三轉(zhuǎn)換層，兩所述第三轉(zhuǎn)換層沿所述溝槽側(cè)壁設(shè)置，所述第二轉(zhuǎn)換層位于兩所述第三轉(zhuǎn)換層之間。

優(yōu)選的，所述第一轉(zhuǎn)換層和所述第三轉(zhuǎn)換層為¹⁰B轉(zhuǎn)換層，所述第二轉(zhuǎn)換層為⁶LiF轉(zhuǎn)換層。

優(yōu)選的，所述第一轉(zhuǎn)換層的厚度為2μm-5μm，所述第三轉(zhuǎn)換層71的厚度為1μm-3μm。