4H-SiCβ射线核电池和探测器的研究

摘要

碳化硅(SiC)具有禁带宽度大、热稳定性强、热导率高、载流子饱和速率大、抗辐照性能优越等特性。其抗辐照特性优于Si，Ge，GaAs等半导体材料；与GaN相比，原子序数和背散射率低，与硅工艺兼容，可以获得更小的漏电流，这使得SiC成为制作同位素微电池和射线探测器的优选材料。
　　 本文首先对PiN核电池进行了结构参数设计，并为了降低金属对射线的阻挡作用，设计了5种不同形状的电极结构。然后对4H-SiC PiN同位素微电池的制备工艺进行了研究，通过CVD方法生长外延层结构，利用ICP刻蚀台面用于器件隔离，选用多层金属作为欧姆接触电极。
　　 其次对制作的4H-SiC PiN同位素微电池样品进行了测试，其p型欧姆接触比接触电阻量级达到了10-5Ωcm2，同位素电池有效转换效率η接近3％，而且放射源活性度越大，电池性能越好。
　　 最后研究了4H-SiCβ射线探测器模型，先利用MATLAB软件设计集电-基结，然后在半导体模拟软件ISE-TCAD中设计发射结，综合考虑后，确定了β射线探测器的结构参数，并对设计的射线探测器进行了基本特性模拟，得出了其对射线探测的灵敏度比p-i-n二极管探测器约高两个数量级。