寬基硅二極管(PIN)探測器的研究.pdf

1、隨著核科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,核設(shè)施、射線裝置在軍事、醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)調(diào)查、科學(xué)研究和教學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,民眾面臨的核武器事故、核反應(yīng)堆事故、輻射裝置事故、放射性廢物貯存與運(yùn)輸事故、醫(yī)療輻照事故等風(fēng)險(xiǎn)也越來越高。公共安全對輻射探測技術(shù)提出了更高的要求。本文研究的PIN二極管快中子探測器是一個(gè)測量快中子輻射的累積劑量儀器,它具有體積小、測量方法簡單并且在大劑量時(shí)響應(yīng)線性度較好等優(yōu)點(diǎn)。
　　 本文首先對γ射線和快中子與硅材料的

2、相互作用進(jìn)行了系統(tǒng)闡述,特別對快中子輻照硅材料產(chǎn)生的位移損傷-缺陷團(tuán),以及缺陷團(tuán)的空間電荷模型進(jìn)行了介紹。由于快中子輻照硅晶體產(chǎn)生輻照損傷-缺陷團(tuán)對半導(dǎo)體材料的影響最重要的是載流子的去除效應(yīng)和對少數(shù)載流子壽命。根據(jù)上面兩個(gè)影響建立了PIN二極管探測器受快中子輻照時(shí)端電壓的變化量隨輻照劑量的模型,并基于該模型在不同少子壽命、不同基區(qū)寬度、不同電流密度以及不同初始電阻率的條件下,分析了對PIN二極管探測器的端電壓變化量的影響,然后根據(jù)靈敏度

3、公式得到上述參數(shù)對PIN二極管探測快中子靈敏度的影響。
　　 然后,利用工藝模擬軟件Tsuprem4對PIN二極管的工藝制造流程進(jìn)行了模擬,并對主要的工藝流程進(jìn)行了分析。
　　 接下來用器件模擬軟件Medici對PIN二極管快中子輻照響應(yīng)特性進(jìn)行了研究。首先針對PIN二極管對快中子輻照探測,分析并討論了不同劑量下基區(qū)電場和電勢的變化趨勢,以及PIN二極管的端電壓變化量隨快中子輻照劑量的變化關(guān)系;然后對PIN二極管探測器的

4、的穩(wěn)定性以及PIN二極管的溫度效應(yīng)進(jìn)行模擬與討論;最后,對PIN二極管探測器的輻照性能和漏電流進(jìn)行了模擬,主要針對PIN二極管探測器的靈敏度隨外加恒定電流、基區(qū)寬度的變化關(guān)系進(jìn)行了研究。分析了漏電流的產(chǎn)生機(jī)理及其影響因素,介紹了其它兩種降低PIN二極管漏電流的方法。模擬研究了帶有保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)的PIN二極管探測器的漏電流。
　　 最后,將模型計(jì)算結(jié)果與器件模擬結(jié)果進(jìn)行對照,驗(yàn)證了模型在輻照劑量(0～150Gy)時(shí)與模擬結(jié)果基本吻合。