寬基硅二極管(PIN)探測器的研究.pdf

1、隨著核科學技術的發(fā)展,核設施、射線裝置在軍事、醫(yī)療、工業(yè)、農業(yè)、地質調查、科學研究和教學等領域的應用越來越廣泛,民眾面臨的核武器事故、核反應堆事故、輻射裝置事故、放射性廢物貯存與運輸事故、醫(yī)療輻照事故等風險也越來越高。公共安全對輻射探測技術提出了更高的要求。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響應線性度較好等優(yōu)點。
　　 本文首先對γ射線和快中子與硅材料的

2、相互作用進行了系統(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,以及缺陷團的空間電荷模型進行了介紹。由于快中子輻照硅晶體產(chǎn)生輻照損傷-缺陷團對半導體材料的影響最重要的是載流子的去除效應和對少數(shù)載流子壽命。根據(jù)上面兩個影響建立了PIN二極管探測器受快中子輻照時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行了模擬,并對主要的工藝流程進行了分析。
　　 接下來用器件模擬軟件Medici對PIN二極管快中子輻照響應特性進行了研究。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二極管的溫度效應進行模擬與討論;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)寬度的變化關系進行了研究。分析了漏電流的產(chǎn)生機理及其影響因素,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環(huán)結構的PIN二極管探測器的漏電流。
　　 最后,將模型計算結果與器件模擬結果進行對照,驗證了模型在輻照劑量(0～150Gy)時與模擬結果基本吻合。