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基于宽禁带半导体材料的辐射探测技术研究

陈明轩  
【摘要】:近年来,随着高能物理在各个领域的兴起以及各种射线在生产生活中的应用,对于在高能、高温条件下稳定高效运行的辐射探测器的需求越来越强烈。宽禁带半导体材料作为第三代半导体材料,应用于核辐射探测器,具有很高的抗辐射性、热稳定性等优异性能,同时以目前工艺来讲使用SiC材料作为探测器材料更加成熟,是目前各类宽禁带半导体探测器中的优选。本文基于蒙特卡罗方法,对基于宽禁带半导体材料的辐射探测器进行研究,针对在各种能量及不同种辐射粒子入射的条件下探测效率及能量沉积进行计算、研究与分析,以便为今后宽禁带半导体的广泛应用打下更多的基础。本文使用蒙特卡罗方法通过数值模拟计算获得在不同能量电子、光子入射情况下SiC、GaN以及Si三种半导体探测器的灵敏度与能量沉积,同时对比覆盖含硼聚乙烯材料的SiC、GaN探测器对于中子入射情况下的能量沉积与探测效率。结果表明:电子及光子入射时,宽禁带半导体探测器能量沉积及探测效率表现优于常规半导体探测器,电子能量沉积在SiC中高于Si约7%,灵敏度SiC高出Si约11.5%。光子能量沉积在GaN中高出Si约314%,灵敏度GaN较Si最多高出约200%。对于中子,GaN探测器较SiC探测器性能更优,同时含硼聚乙烯转换层的厚度及包覆形式对性能存在一定影响,在高能区选择较厚转换层,在低能、中能区选择较薄转换层。


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