[发明专利]基于ZnO薄膜的集成式中子探测器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于ZnO薄膜的集成式中子探测器，其特征在于：采用B、Ga共掺杂ZnO闪烁体薄膜作为中子转化层(4)将中子转化成α粒子，使α粒子进一步激发B、Ga共掺杂ZnO闪烁体薄膜产生紫外线，再利用与中子转化层(4)通过欧姆接触方式集成在一起的ZnO薄膜光导型紫外探测器(1)探测紫外线，形成中子探测器件的固态结构，在中子转化层(4)中，B和Ga的掺杂量分别为ZnO闪烁体薄膜复合材料重量百分比的10～50％和1～10％。

2.根据权利要求1所述基于ZnO薄膜的集成式中子探测器，其特征在于：所述作为中子转化层(4)的B、Ga共掺杂ZnO闪烁体薄膜的厚度为0.2～2mm。

3.根据权利要求1或2所述基于ZnO薄膜的集成式中子探测器，其特征在于：所述ZnO薄膜光导型紫外探测器(1)主要由ZnO薄膜(2)和叉指状的Ti/Al复合金属电极(3)通过欧姆结构结合方式进行组装，形成具有欧姆结构结合方式的ZnO薄膜器件。

4.根据权利要求3所述基于ZnO薄膜的集成式中子探测器，其特征在于：所述叉指状的Ti/Al复合金属电极(3)的厚度为50～300nm。

5.一种权利要求1所述基于ZnO薄膜的集成式中子探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.衬底预处理：采用表面光滑，厚度在1～3mm的玻璃作为衬底，将衬底用去离子水、丙酮和乙醇分别超声清洗10～20分钟，洗去衬底表面的杂质与有机物污染物，用高纯N₂气将衬底吹干后，再将衬底放入磁控溅射反应腔体内；

b.ZnO薄膜光电导探测器的制作：采用磁控溅射法在所述步骤a中预处理后的衬底上制备高电阻ZnO薄膜，采用的靶材为纯度99.99％的ZnO陶瓷靶，溅射气氛为氩气和氧气的混合气体，并将氧气流量控制在溅射气氛混合气体总流量的1～50％，控制溅射气氛混合气体气压为1～6mTorr，溅射功率控制在50～300W，溅射时间保持30～200min，通过磁控溅射法制备ZnO薄膜厚度为0.1～1.5mm，然后将制备好的ZnO薄膜在纯度99.99％的N₂氛围中进行退火，退火温度为300～800℃，退火时间为5～120分钟，再通过光刻工艺在ZnO薄膜表面上制作叉指电极掩膜版，利用掩膜版在上述ZnO薄膜表面上沉积制备厚度为50～300nm的叉指状的Ti/Al复合金属电极，形成具有欧姆结构结合方式的ZnO薄膜器件，然后将ZnO薄膜器件在真空中并于100～600℃下退火1～5分钟形成良好的欧姆接触，最终获得ZnO薄膜光电导型紫外光探测器；

c.B、Ga共掺ZnO闪烁体薄膜/ZnO薄膜光导紫外探测器结构中子探测器的制备：在所述步骤b中制备的ZnO薄膜光导型紫外探测器上采用磁控溅射法制备B、Ga共掺ZnO闪烁体薄膜，采用B掺杂量为10～50％且Ga掺杂量为1～10％的ZnO陶瓷靶为靶材，溅射气氛气体采用氩气，将在所述步骤b中制备的ZnO薄膜光导型紫外探测器的衬底加热到100～500℃，控制溅射气氛气体气压为1～6mTorr，溅射功率控制在50～300W，首先进行预溅射5-15min后，再打开挡板正式溅射30～200min，在ZnO薄膜光电导型紫外光探测器的Ti/Al复合金属电极表面上制备厚度为0.2～2mm的薄膜B、Ga共掺ZnO闪烁体薄膜，完成B、Ga共掺ZnO闪烁体薄膜/ZnO薄膜光导紫外探测器结构中子探测器的制备。

6.根据权利要求5所述基于ZnO薄膜的集成式中子探测器的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，利用掩膜版在ZnO薄膜表面上采用蒸镀、电子束蒸发或溅射方法制备Ti/Al复合金属电极。