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一种大面积水平耗尽型中子探测器及其制备方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2022-11-09 09:12:14
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 门松 | 2022-11-09 17:03:58
本发明提供一种大面积水平耗尽型中子探测器及其制备方法。该中子探测器包括：基底；吸收层，位于基底上，吸收层由CuInSe2形成；CdS层，位于吸收层上并且与吸收层形成异质结，CdS层包括暴露吸收层的至少一部分的第一接触孔；ZnO层，位于CdS层上，并且包括与第一接触孔对应且暴露CdS层的至少一部分的第二接触孔；第一电极，与ZnO层接触；第二电极，通过第一接触孔和第二接触孔与吸收层接触，并且与第一电极隔开预定距离。本发明采用诸如CuInSe2/CdS半导体异质结层替代SiC来制备耐辐照的半导体中子探测器，一方面可以降低成本，另一方面可以克服大面积面阵型探测器制作上的难题。
一种大面积水平耗尽型中子探测器的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
通过共蒸镀或者溅射-硒化在基底上形成吸收层，其中，吸收层由CuInSe2制成；
在吸收层上形成CdS层；
在CdS层上形成ZnO层；
在ZnO层的一部分上形成第一电极；
形成第二电极，第二电极与第一电极之间隔开预定距离，
其中，吸收层与CdS层形成异质结；
形成第二电极的步骤包括：
在ZnO层中形成暴露CdS层的至少一部分的第二接触孔；
在CdS层的第二接触孔暴露的部分中形成暴露吸收层的至少一部分的第一接触孔；
在吸收层的第一接触孔和第二接触孔暴露的部分上形成第二电极。
根据权利要求6所述的方法，其特征在于，形成第一电极的步骤包括：
在ZnO层上涂覆光刻胶；
对光刻胶进行曝光和显影，以暴露ZnO层的一部分；
在ZnO层的暴露的部分上形成第一电极。
中子探测在核医学及临床诊断、本地辐射场测量、空间物理学、航天航空及工业应 用、核电站安全监测系统、隐藏核材料探测等众多领域中都有着极其重要的意义。随着中子 成像检测和诊断技术的发展，利用氦(3He)气体计数管的传统探测器己经不能满足需要，特 别是针对位置高灵敏度的探测。开发小巧、可集成、在低偏压下仍能正常工作且具有高灵敏 空间分辨率、高的探测效率、更耐高温和辐照工作的半导体探测器单元和二维面阵新型半 导体中子探测器不但具有重要的科学研究价值，而且具有广阔的应用领域和产业前景。 [0003]国外早在二十世纪3〇年代就已经开始了基于硅(Si)器件的中子能谱测量技术的 研宄工作，到1%〇年已经基本上明确了中子能谱测量的所有原理方法，此后的发展方向就 是拓宽能谱测量范围、提高探测器的探测效率和提高能量分辨率。硅(Si)器件具有对带电 粒子的能量分辨率高、探测效率高、时间响应快、线性范围宽以及体积小等优点。但Si器件 却有以下难以克服的缺点:a)对辐射损伤灵敏，受一定强度粒子辐照后(快中子注量为109/ cm2)漏电流、分辨率等性能逐渐变差，甚至完全失效(快中子注量为nF/cm2) ;b) Si器件一 般在室温或低温条件下工作，无法胜任在高温(>500°C)条件下的测量工作;c) Si器件容易 被击穿，工作偏压一般小于200V。
中国科学院深圳先进技术研究院提升了粤港地区及我国先进制造业和现代服务业的自主创新能力，推动我国自主知识产权新工业的建立，成为国际一流的工业研究院。 深圳先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新生态系统，由九个研究平台，国科大深圳先进技术学院，多个特色产业育成基地、多支产业发展基金、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构等组成。开展先进技术研究，促进科技发展。信息、电子、通讯技术研究新材料、新能源技术研究高性能计算、自动化、精密机械研究生物医学与医疗仪器研究相关学历教育、博士后培养与学术交流。
本发明采用诸如CUInSe2的吸收层/CdS层替代SiC来制备耐辐照的中子探测器，一 方面可以降低成本，另一方面可以克服大面积面阵型探测器制作上的难题。另外，诸如 CuInSeA^吸收层/CdS层与SiC、金刚石等材料相比，具有禁带宽且禁带宽度可调的特点，适 合于制作高辐照条件下的电子学器件，并且给高性能中子探测器面阵的发展带来新的希 望。
技术合作
通过本发明的方法制备得到的中子探测器不仅具有高效率、耐腐蚀和低成本等优 点，而且还能够克服制备大面积面阵型探测器的难题。此外，本申请的中子探测器件中利用诸如CuInSe2的吸收层/CdS层，不但可以实现 Si和SiC等材料的功能，而且兼具了Si的大面积制作和SiC的耐高温耐辐照特性，给高温高 辐照下的高性能固态中子探测器带来新的发展。
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