一种填充6LiF的半绝缘GaAs微沟槽中子探测器

本实用新型涉及半导体辐射探测装置技术领域，尤其涉及一种填充⁶lif的半绝缘gaas微沟槽中子探测器。

背景技术：

半导体中子探测器是中子探测的一种重要工具，在替代³he正比计数管在中子探测领域的作用有着重要的研究价值。半导体中子探测器具有能量分辨率高、体积小、时间分辨本领好、响应时间快、脉冲上升时间短等优点，在核物理实验研究和便携式仪器方面也得到了广泛应用。2000年，d.s.mcgregor,s.m.vernon等人研制了硼-10涂层高纯度外延gaas热中子探测器。2012年，俄罗斯国家科学院使用外延生长的方法制备了gaas材料的肖特基粒子探测器。但上述探测器在一定程度上均存在中子探测效率低的问题。

技术实现要素：

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种填充⁶lif的半绝缘gaas微沟槽中子探测器，以解决上述背景技术中的问题。

本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种填充⁶lif的半绝缘gaas微沟槽中子探测器，包括半绝缘gaas衬底、sio2钝化层、微沟槽、正面肖特基金属电极、背面欧姆金属电极及⁶lif中子转换材料，其中，所述半绝缘gaas衬底上沉积有sio2钝化层，所述沉积有sio2钝化层的半绝缘gaas衬底上刻蚀有呈周期性布置的微沟槽，所述⁶lif中子转换材料填充至微沟槽中以形成中子转换层；同时在半绝缘gaas衬底正面利用电子束或热蒸发工艺在正面肖特基区域沉积ti/pt/au以形成正面肖特基金属电极，在半绝缘gaas衬底背面利用电子束或热蒸发工艺沉积mg/au以形成背面欧姆金属电极，所述中子从半绝缘gaas衬底正面入射。

在本实用新型中，所述半绝缘gaas衬底的电子迁移率大于3500cm²/v.s，且1e8ω·cm＜半绝缘gaas衬底电阻率＜2.2e8ω·cm，衬底厚度为340～360μm。

在本实用新型中，所述sio2钝化层厚度为500～1000nm。

在本实用新型中，所述微沟槽宽度为15～30μm，深度为5～30μm，且相邻槽壁间距为15～30μm。

在本实用新型中，所述正面肖特基金属电极中ti厚度为10～30nm，pt厚度为20～60nm，au厚度为60～70nm。

在本实用新型中，所述背面欧姆金属电极中mg厚度为40～60nm，au厚度为60～80nm。

在本实用新型中，所述⁶lif中子转换材料采用超声、低压冷凝与离心相结合的方式填充至微沟槽内，低压冷凝用于产生⁶lif纳米颗粒，而后利用超声波分散⁶lif纳米颗粒以在无水酒精中形成胶体⁶lif悬浮液，再将微沟槽器件固定于离心容器底部，并在离心容器中注满胶体⁶lif悬浮液，最后通过高速旋转将胶体⁶lif悬浮液填充至微沟槽中，其中，离心机转速为3500～4500r/min，时间为2～3min；当中子照射⁶lif后发生核反应产生α粒子，α粒子进入半绝缘gaas衬底电离gaas产生电子-空穴对，在外加偏压产生的电场作用下电子-空穴分别向两端定向运动，进而增加电子-空穴对的收集效率，有效提高中子探测器的探测效率。

有益效果：

1）本实用新型中刻蚀微沟槽不仅增加了有效中子转换材料且加大了转换材料与半导体材料的接触面积，从而提高中子探测器的探测效率；

2）本实用新型中将高电阻率与肖特基的双重特性结合于一体，即实现了大的耗尽区宽度又具有一定的势垒高度；

3）本实用新型将sio2作为钝化层，有效降低器件的漏电流，提高探测器的性能；

4）本实用新型具有工艺简单、漏电流小、能量分辨率高和器件性能稳定等优点，能够促进核辐射探测器性能的提高，在中子测井、航空航天、核电站等领域具有重要的应用价值。

附图说明

图1为本实用新型的较佳实施例的结构示意图。

图2为本实用新型的较佳实施例的俯视图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图1～2的一种填充⁶lif的半绝缘gaas微沟槽中子探测器，包括半绝缘gaas衬底1、sio2钝化层2、微沟槽3、正面肖特基金属电极4、背面欧姆金属电极5、⁶lif中子转换材料6，具体制备方法如下：

首先将半绝缘gaas衬底1放入hf:h2o2:h2o（质量比为1:1:3）的混合液中浸泡1分钟，以去除半绝缘gaas衬底1表面的氧化层，再利用丙酮、无水乙醇、去离子水对去除氧化层的半绝缘gaas衬底1各超声清洗5分钟，进而去除半绝缘gaas衬底1表面的有机物，而后利用纯度为99.999%的氮气吹干半绝缘gaas衬底1；其次，利用pecvd工艺在清洗后的半绝缘gaas衬底1的正面沉积一层厚度为800nm的sio2钝化层2，再利用光刻工艺和刻蚀工艺在沉积有sio2钝化层2的半绝缘gaas衬底1上刻蚀出沟槽宽度和相邻槽壁间距均为20μm、深度为15μm的周期性微沟槽3，而后利用光刻技术和boe溶液在半绝缘gaas衬底1正面刻蚀出正面肖特基区域，利用电子束或热蒸发工艺在正面肖特基区域沉积ti/pt/au，形成正面肖特基金属电极4，再利用电子束或热蒸发工艺在半绝缘gaas衬底1背面沉积mg/au，形成背面欧姆金属电极5，最后利用超声和离心相结合的填充方法，将⁶lif中子转换材料6填充至微沟槽3中以形成中子转换层。

技术特征：

1.一种填充⁶lif的半绝缘gaas微沟槽中子探测器，包括半绝缘gaas衬底，其特征在于，所述半绝缘gaas衬底上沉积有sio2钝化层，所述沉积有sio2钝化层的半绝缘gaas衬底上刻蚀有呈周期性布置的微沟槽，所述微沟槽内填充有用于形成中子转换层的⁶lif中子转换材料；同时在半绝缘gaas衬底正面利用电子束或热蒸发工艺在正面肖特基区域沉积ti/pt/au以形成正面肖特基金属电极，在半绝缘gaas衬底背面利用电子束或热蒸发工艺沉积mg/au以形成背面欧姆金属电极。

2.根据权利要求1所述的一种填充⁶lif的半绝缘gaas微沟槽中子探测器，其特征在于，所述半绝缘gaas衬底的电子迁移率大于3500cm²/v.s，且1e8ω·cm＜半绝缘gaas衬底电阻率＜2.2e8ω·cm，半绝缘gaas衬底厚度为340～360μm。

3.根据权利要求1所述的一种填充⁶lif的半绝缘gaas微沟槽中子探测器，其特征在于，所述sio2钝化层厚度为500～1000nm。

4.根据权利要求1所述的一种填充⁶lif的半绝缘gaas微沟槽中子探测器，其特征在于，所述微沟槽宽度为15～30μm，深度为5～30μm，且相邻槽壁间距为15～30μm。

5.根据权利要求1所述的一种填充⁶lif的半绝缘gaas微沟槽中子探测器，其特征在于，所述正面肖特基金属电极中ti厚度为10～30nm，pt厚度为20～60nm，au厚度为60～70nm。

6.根据权利要求1所述的一种填充⁶lif的半绝缘gaas微沟槽中子探测器，其特征在于，所述背面欧姆金属电极中mg厚度为40～60nm，au厚度为60～80nm。

技术总结
一种填充6LiF的半绝缘GaAs微沟槽中子探测器，该探测器包括半绝缘GaAs衬底、SiO2钝化层、微沟槽、正面肖特基金属电极及背面欧姆金属电极，并在微沟槽内填充6LiF中子转换材料，中子入射面为正面。本实用新型在半绝缘GaAs衬底表面刻蚀微沟槽，有效增加中子转换材料及转换材料与半导体材料的接触面积，当中子照射6LiF后发生核反应产生α粒子，α粒子进入半绝缘GaAs衬底电离GaAs产生电子‑空穴对，在外加偏压产生的电场作用下电子‑空穴分别向两端定向运动，进而增加电子‑空穴对的收集效率，有效提高中子探测器的探测效率。

技术研发人员：叶鑫;邹继军;朱志甫;陈大洪;周青
受保护的技术使用者：东华理工大学
技术研发日：2021.02.03
技术公布日：2021.08.06