PIN結(jié)構(gòu)GaN-AlGaN基探測器的Alpha粒子響應(yīng)特性研究.pdf

1、以GaN材料為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料具有耐高壓、耐高溫、強(qiáng)抗輻射性等優(yōu)點(diǎn)，這些良好的特性使其能夠應(yīng)用到核輻射探測領(lǐng)域，采用寬禁帶半導(dǎo)體材料設(shè)計(jì)出新型結(jié)構(gòu)的器件對于推動半導(dǎo)體材料器件的發(fā)展有著積極而重要的作用。
　　本文采用一種新型GaN/AlxGa1-xN結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出PIN型核輻射探測器，首先從理論上分析了GaN/AlxGa1-xN基核輻射探測器的工作原理，然后在理論分析計(jì)算的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出探測器結(jié)構(gòu)參數(shù)并采用Visual-TC

2、AD仿真軟件構(gòu)建器件結(jié)構(gòu)并進(jìn)行電學(xué)與Alpha粒子特性仿真。電學(xué)特性仿真方面從器件的能帶結(jié)構(gòu)、正反I-V特性、電勢結(jié)構(gòu)、載流子分布等方面詳細(xì)分析探測器的機(jī)理特性。本文主要詳細(xì)研究了探測器的Alpha粒子特性，采用最常用的入射能量為5.486Mev的α粒子對探測器進(jìn)行粒子特性仿真，分析結(jié)果后在理論設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，對探測器P-I-N三個(gè)區(qū)域的厚度和摻雜濃度逐一進(jìn)行多組數(shù)據(jù)仿真并對比進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，以分辨時(shí)間、能量沉積率以及電荷收集能力三個(gè)

3、性能參數(shù)為指標(biāo)綜合分析考慮不同參數(shù)設(shè)計(jì)對探測器性能的影響，結(jié)果表明窗口層和耗盡層的厚度、摻雜濃度對探測器的時(shí)間響應(yīng)特性以及電荷收集率影響最大，最終得到探測器最優(yōu)設(shè)計(jì)方案：厚度值P-I-N分別為0.2μm-10μm-5μm，P和N區(qū)重?fù)诫s最優(yōu)值1018cm-3和1019cm-3，I區(qū)摻雜濃度為1013cm-3，詳細(xì)分析了各層厚度、摻雜濃度對三個(gè)性能指標(biāo)產(chǎn)生的具體影響并總結(jié)出探測器設(shè)計(jì)規(guī)律。對結(jié)構(gòu)優(yōu)化后探測器從不同溫度、不同偏壓以及不同輻射

4、源對器件性能的影響進(jìn)行研究，并提出對于穿透性強(qiáng)的高能輻射源通過合理增加耗盡區(qū)厚度來提升探測器能量沉積率、電荷收集率。結(jié)果得到對于自然界常見的能量3-8Mev的α粒子探測的分辨時(shí)間2.65×10-11s-5.71×10-11s，3-6Mev的α粒子能量沉積率達(dá)到98%以上，對于100Kev能量以下的β粒子在分辨時(shí)間2.1×10-11s-6.02×10-11s，能量沉積率達(dá)到100%。最后通過實(shí)驗(yàn)得到探測器制備工藝中歐姆接觸合金設(shè)計(jì)方案以及