CVD金刚石在辐射探测领域中的应用

随着低气压合成金刚石研究的深入,CVD金刚石质量及电学品质不断提高,高性能CVD金刚石电子器件的研制已成为该领域的热点研究课题之一。由于金刚石辐射探测器具有信噪比高、时间响应快、可以在极端恶劣环境中正常工作等优点,基于CVD金刚石的辐射探测器研制吸引了众多的研究兴趣。本文评述CVD金刚石辐射探测器的研究进展,对CVD金刚石辐射探测器研究中遇到的问题和发展前景作了分析和展望。     

CVD金刚石膜X射线探测器的研制及性能研究

金刚石以其独特的性能成为辐射探测器的理想材料.采用HFCVD方法制备了高质量、(100)取向的CVD金刚石膜,在此基础上研制出X射线探测器.使用55Fe 5.9keV X射线研究了CVD金刚石膜探测器的光电流和电荷收集效率.结果表明,探测器在偏压加到100V还具有好的欧姆接触;电场为50kV·cm-1时的暗电流与光电流分别为16.3和16.8nA;电荷收集效率η为45.1%,对应的电荷收集距离δ(CCD)为9.0μm.     

用于X射线探测的CVD金刚石薄膜探测器

研制了用于X射线测量的化学气相沉积(CVD)金刚石薄膜探测器.该探测器灵敏区直径为15 mm、厚度300 μm,其暗电流在800 V偏压下小于50 pA,且暗电流-电压曲线线性较好.就CVD金刚石探测器对不同能量X射线的响应及脉冲X射线时间响应进行了理论和实验研究.结果表明:该探测器对6～22 keV X射线具有10-4～10-2A·W-1的灵敏度,假设电荷收集效率为39%时,灵敏度的理论值与实验测量值符合较好,探测器的RC时间常数约为1.5 ns;对亚纳秒脉冲X射线的响应上升时间为2～3 ns.     

核辐射探测器金刚石膜制备技术研究

根据核辐射探测器的要求,研究了不同处理方式下的基片对金刚石膜质量的影响以及气源中不同甲烷浓度对金刚石膜质量的影响。采用微波等离子体化学气相沉积法在Si(100)基片上制备出了金刚石薄膜,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射和激光Raman光谱分别对金刚石膜的表面及截面形貌、晶体取向和纯度进行分析。实验结果表明:用金刚石粉研磨基片有利于金刚石膜沉积;甲烷浓度过高或过低都不利于制备高质量的金刚石膜;当CH4/H2为1.4/400时制备的金刚石薄膜(111)晶面择优取向最好。根据研究所获得的对金刚石薄膜质量影响规律,制备了达到辐射探测器质量要求的金刚石膜。     

CVD金刚石微剂量仪的辐射优化研究

金刚石材料具有大的能带间隙、快的电荷收集和低的介电常数等，在较恶劣的实验环境下（如对于超大规模的强子对撞机和同步辐射加速器进行近距离、高辐射条件下的信号探测），有望成为常规的硅、砷化镓等探测器的替代品。为了改进金刚石探测器的性能，本文采用5MeV质子对CVD金刚石微剂量仪进行了辐照，并采用侧向微束离子诱导电荷（IBIC）技术分析研究其性能。实验发现：①经46Gy质子辐照后金刚石探测器的收集效率得到了很大的改善；②收集效率和计数的均匀性也得到了提高，尤其是计数的均匀性，在窄条宽很小情况下其均匀性已达95％以上。可见用质子辐照CVD金刚石是提高其性能的有效途径之一。     

W/BDD薄膜电极制备及其电化学性能

<正>利用化学气相沉积法(CVD)研制了一种钨基硼掺杂金刚石(W/BDD)薄膜电极,通过扫描电镜(SEM)和拉曼(Raman)光谱考察了钨基硼掺杂金刚石薄膜电极的性质(图1、2),利用循环伏安法和方波伏安法测定了其在LiCl-KCl熔盐中的电化学窗口和电化学性能,并长时间进行了考验。结果表明,研制的W/BDD薄膜电极表面的硼掺杂金刚石膜表面的金刚石颗粒生长致密,且连续分布,晶粒的尺寸在μm级。电极表面薄膜主要以金     

CZT探测器辐射性能实验研究

使用高电阻率CZT(碲锌镉)晶体制备了适用于脉冲γ辐射探测的探测器。通过在脉冲γ发生器和60Co放射源上开展实验,获得了CZT探测器的时间响应和1.25MeVγ辐射灵敏度。结果表明,CZT探测器较传统Si基PIN探测器有暗电流低、时间响应好、灵敏度高的优势,适用于低强度γ辐射脉冲测量。     

铀上激光辅助化学气相沉积镍薄膜研究

为防止金属铀的腐蚀,本文采用激光辅助化学气相沉积(LACVD)方法在铀上制备了镍薄膜。采用SEM、XRD分析了薄膜的形貌、物相以及界面特性,采用黏胶拉伸测试表征了膜-基结合性能,采用电化学极化法分析了薄膜的抗腐蚀性能。结果表明:压力和温度对化学气相沉积(CVD)方法制备镍薄膜的质量有较大的影响。随着基底温度和沉积气压的降低,薄膜变得致密、平整,质量提高。在优化的工艺条件165℃、3Pa下,CVD方法所得镍薄膜非常致密。采用LACVD方法时,激光能量为200mJ时所制得的薄膜致密,300mJ时膜变得粗糙。无激光辅助时,CVD方法所制得的薄膜较易剥落,激光辅助下所得薄膜的膜-基结合力较好。LACVD方法大幅提高了薄膜的抗腐蚀性能,抗腐蚀性能的提高主要源于激光辅助使薄膜致密化,提高了薄膜与基底的结合力。     

W/BDD薄膜电极制备及其电化学性能研究

利用化学气相沉积(CVD)法研制了一种钨基硼掺杂金刚石(W/BDD)薄膜电极,通过扫描电镜和Raman光谱考察了W/BDD薄膜电极的性能,通过电化学方法测定了其在LiCl-KCl熔盐中的电化学窗口和电化学性能。结果表明,研制的W/BDD薄膜电极的BDD薄膜有较好的微观结构;W/BDD薄膜电极在LiCl-KCl熔盐中的电化学窗口约为3.5 V(-2.5～1.0 V,相对于Ag/AgCl参比极电位);电解过程中,氧离子不与W/BDD薄膜电极表面BDD薄膜层的碳反应,直接被氧化为氧原子;长时间电解不会改变电极表面薄膜层的形貌和结构。     

基于14 MeV μs脉冲中子发生器与NaI(Tl)和BGO闪烁探测器的爆炸物检测系统的研制

介绍了利用14 MeV μs脉冲中子发生器、NaI(Tl)和BGO闪烁探测器建立的爆炸物检测实验系统.研究了中子感生瞬发γ能谱的时间特性,分别测量了快中子的非弹性散射γ能谱和热中子辐射俘获γ能谱.使用了NaI(Tl)和BGO两种探测器测量γ能谱;NaI(Tl)探测器在测量14N的热中子辐射俘获γ 10.835 MeV时表现出了很好的性能,而BGO探测器则在测量12C和16O的快中子非弹性散射γ时得到了较好的结果.利用这两种探测器测量了22种样品,其中包括RDX、TNT、NQ 3种炸药.根据NaI(Tl)和BGO测量到的中子感生瞬发γ能谱,在分析了1H、12C、14N、16O的元素含量之后,有效地实现了对炸药与普通物品的分辨.