【摘 要】
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金刚石的诸多优异性质使其成为一种能有效工作于高温下的、能高速响应、抗辐照能力强的宽禁带半导体探测器材料,可替代硅应用于极端环境.金刚石薄膜探测器在高能粒子物理、医
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金刚石的诸多优异性质使其成为一种能有效工作于高温下的、能高速响应、抗辐照能力强的宽禁带半导体探测器材料,可替代硅应用于极端环境.金刚石薄膜探测器在高能粒子物理、医学、核技术、航天科技、军事和地震预报等多个领域,具有广阔的应用前景.本文在回顾该领域研究进展的基础上,就探测器级金刚石膜及其微条探测器的制备工艺和性能表征开展了研究.采用红外椭圆偏振光谱技术对微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法和热丝化学气相沉积(HFCVD)法制备的金刚石薄膜在红外波长范围(2.5~12.5μm)的光学参数及其拟合模型进行了分析和研究.表明MPCVD金刚石薄膜更加适合用作粒子探测器材料.同时,通过制备条件优化获得了MPCVD法生长探测器级[100]定向金刚石薄膜的最佳工艺条件.金刚石薄膜的预处理研究表明,退火和表面氧化处理工艺可显著提高薄膜质量.在研究了薄膜接触特性的基础上,制备了Au/金刚石膜/Si/Al结构的单元探测器.X射线辐照响应测试结果表明,该探测器响应速度快,上升时间为3ns.同时研究了金刚石膜微结构对探测器电学性能的影响.采用面积为2×2cm<'2>、厚度为300μm的[100]定向金刚石薄片成功制备了微条宽度和间距均为25μm、CrAu为复合电极的微条探测器.测量和研究了微条探测器在<'55>Fe X射线(5.9KeV)、<'241>Am α粒子(5.5MeV)、<'60>Co γ射线(1.25MeV)辐照下的能谱响应特性和电流—电压特性.研究表明,探测器探测效率平均值为40﹪;平均电荷收集距离可达120μm,与理论值相近.对电流—电压特性曲线的分析表明,在受辐照情况下电流大小提高了3个数量级.
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