课题基金 / 基金详情

hBN材料中缺陷对中子探测器性能的影响

批准号:
U2067207
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
280.0 万元
负责人:
王柱
依托单位:
学科分类:
核分析技术及应用
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王柱
关键词:

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
本项目针对固态中子探测器研制的重要材料学、物理学问题,应用新的探测材料及探测原理,基于参研单位在相关研究领域已取得的研究成果和研究基础,提出研究宽禁带六方氮化硼(hBN)材料中缺陷对中子探测器性能的影响。项目拟:1)应用材料中缺陷研究的先进实验方法-正电子湮没谱学,结合中子辐照实验,研究hBN材料的缺陷构型、电荷态、空位-杂质复合体等关键缺陷态特性;2)首创性的应用太赫兹时域光谱技术,测量中子辐照前、中、后hBN材料中的载流子浓度、弛豫时间、迁移率等重要物理参数,获得缺陷态对载流子浓度和载流子散射影响的微观物理学信息;3)应用探测器信号读出电子学测量,获得基于hBN的中子探测器的器件设计、制备方案和技术路线。该项目将先进实验测量方法与新的中子探测器原理、材料及器件结合,可为自主研制新型、低成本、高探测效率、适应恶劣环境的热中子探测器打下材料和器件物理研究基础,有望获得原创性重要研究成果。
英文摘要
The project is targeted on the important problems of material science and physics in the development of solid-state neutron detector, the application of new detector materials and detection principles. Based on the research achievements and research basis of the collaborator in the relevant research fields, we propose to study the influence of defects in wide band gap hexagonal boron nitride (hBN) materials on the performance of neutron detector. The project plans to: 1) study the defect configuration, charge state, vacancy impurity complex and other key defect state characteristics of hBN materials by using the advanced experimental methods of defect research in materials- positron annihilation spectroscopy and neutron irradiation experiments; 2) be the first to measure the carrier concentration, relaxation time, mobility and other important physical parameters in hBN materials before, during and after neutron irradiation by using the terahertz time domain spectroscopy technology, obtain microphysical information of the influence of defect state on carrier concentration and carrier scattering; 3) obtain the device design, preparation scheme and technical route of neutron detector based on hBN by measurement of detector signal with read-out electronic. The project combines advanced experimental measurement methods with new neutron detector principles, materials and devices, which can lay a solid foundation for the physical research of materials and devices for independently developing new type, low cost, high detection efficiency and adapting to harsh environment neutron detector, and is expected to obtain important original research results.
本项目利用高温LPCVD技术制备出质量优异的天然和富集的hBN薄/厚膜,并成功制备了原型探测器系统。以热解氮化硼(PBN)和热压成型的hBN材料(HBN)为对象,通过理论计算、PL谱、正电子寿命谱、吸收光谱、拉曼光谱、太赫兹时域光谱、光电子能谱、TEM、SEM等测试手段研究了原生和电子辐照、中子辐照缺陷结构。取得的主要的结果如下:.1..采用高温LPCVD技术制备hBN外延膜材料,选择合适的衬底材料,研究了反应源的流量比、载气类型、载气流量、工作气压、生长温度等工艺参数对薄膜晶体质量的影响。通过研究不同生长条件下XRD峰位和半高宽的变化,获得了优化的氮化硼晶体LPCVD工艺制备关键技术。.2..研究表明,原生PBN中存在大量的空位团和层错,HBN中空位团为主要缺陷。中子辐照引入了大量的缺陷和杂质。主要表现为单空位、双空位、小空位团缺陷浓度随着热中子辐照剂量的增加而增加。辐照增加了材料中的载流子浓度,主要为中子辐照产生的杂质Li离子贡献。由于辐照引入的缺陷主要成为了载流子的散射和复合中心,降低了载流子迁移率和浓度,导致辐照后的载流子浓度远远低于预期的浓度。通过温度实验,获得载流子浓度、载流子弛豫时间、载流子局域化因子、静态介电常数的温度依耐性。.3..通过微电子工艺在原生和辐照样品上制备了合适的电极(包括双面电极和叉指电极),制备中子探测器和X光电探测。氮化硼样品即使在大剂量中子辐照后也能保持相对良好的电荷传输特性。所制备的X射线探测器显示出良好的性能指标,中子老化的氮化硼甚至在连续X射线照射下显示出很好的操作稳定性,具有巨大的应用价值。.4..在氮化硼探测系统芯片版图设计过程中,对影响电荷灵敏前放的输入晶体管噪声进行模拟研究,并对影响其噪声的尺寸参数进行优化。通过纵横交叉形的全定制晶体管结构,降低了输入晶体管的寄生电容参数,从而进一步降低输入晶体管噪声并通过了最终的芯片测试验证。
六方氮化硼辐照缺陷的正电子研究
  • 批准号:
    11975169
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    王柱
  • 依托单位:
国内基金
海外基金