近日，中國科學院合肥物質院核能安全所與南京大學、中國科學技術大學、中國科學院近代物理所、南華大學等單位合作，在半導體基輻射探測器研制方面取得系列新進展，相關成果發表在IEEE Electron Device Letters和Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A期刊上。
 

　　輻射探測器是人類認識微觀世界的“眼睛”，可用于觀察和研究核輻射和微觀粒子，在基礎研究、核能開發和核技術應用等領域具有不可替代的作用。但目前廣泛應用的探測器存在靈敏度低或環境適應能力不足的問題，不能滿足高溫、強輻照環境條件下的應用需求。而采用基于寬禁帶和超寬禁帶材料的半導體基輻射探測器，具有耐高溫、抗輻照、易集成等諸多優勢，是近年來先進輻射探測技術研發的一個重要發展方向。
 

　　核能安全所科研人員基于寬禁帶和超寬禁帶材料的半導體基輻射探測技術，針對現有探測器存在的問題，優化了探測器的設計、制備工藝和測試方案，大大提升了輻射探測器的性能指標，取得系列研究成果。
 

　　科研人員制備了具有較低界面態密度和漏電流水平的大面積氧化鎳-氧化鎵(p-NiO/β-Ga2O3)器件，并耦合硼中子轉換材料，得到了接近1%的本征中子探測效率，完成了Ga2O3基輻射探測器用于熱中子探測的首次實驗驗證，為極端惡劣環境條件下的中子探測技術發展進行了有益探索。
 

　　科研人員制備了具有超低摻雜濃度(<1×1014cm-3)和超厚外延層(80μm)結構的碳化硅肖特基(4H-SiC SBD)型探測器系統，該探測系統具有良好的線性響應，能量分辨率達到1%水平，可實現對12 MeV高能α粒子的完全能量沉積，并在80℃下長時間(24天)穩定工作，為極端條件下超重元素的準確測量相關工作提供了有力的技術支持。
 

　　該研究利用氧化氮(NO)退火工藝改善SiC/SiO2界面，提高了探測器性能，實現了較高的α粒子能量分辨水平(優于5‰@5486 keV)。進一步研發了基于硼中子轉換層的新型熱中子探測器，實現了熱中子與硼核反應兩個主要反應通道的良好區分，完成了該新型探測器對中子探測的原理驗證。
 

　　以上研究得到了國家重點研發計劃、國家重大科研儀器研制項目、安徽省重點研發計劃、先進核能技術設計與安全教育部重點實驗室開放課題基金等項目資助。
 

圖-1 Ga2O3器件實物、光學顯微鏡照片及結構示意圖
 

圖-2 4H-SiC SBD 器件的227Ac能譜(a)及線性響應(b)
 

圖-3 NO退火工藝處理后4H-SiC探測器的239Pu-241Am源能譜