[发明专利]一种应用于瞬发裂变中子铀矿测井的4H-SiC半导体中子探测器

权利要求书

1.一种应用于瞬发裂变中子铀矿测井的4H-SiC中子探测器，其特征在于：该探测器为肖特基结构，该探测器的结构从下至上依次为Au保护层(6)、Ni金属欧姆接触(5)、Ti金属(4)、n⁺型4H-SiC衬底(1)、n⁺型缓冲层(2)、n^-型4H-SiC外延层(3)、Ni金属肖特基接触(7)、SiO₂保护层(8)、Si₃N₄保护层(9)、⁶LiF中子转换层(10)。

2.根据权利要求1所述的应用于瞬发裂变中子铀矿测井的4H-SiC中子探测器，其特征在于：以n⁺型4H-SiC晶体作为衬底；利用化学气相沉积技术在衬底的正面同质外延生长n^-型4H-SiC外延层；利用磁控溅射技术在衬底的反面和外延层一侧分别沉积多层金属和保护层并退火处理，形成欧姆接触和肖特基接触；最后利用光刻和磁控溅射技术在肖特基接触电极上溅射⁶LiF形成中子转换层。

3.根据权利要求1或2所述的应用于瞬发裂变中子铀矿测井的4H-SiC中子探测器，其制备方法包括如下步骤：

1)选取6英寸的n⁺型4H-SiC晶体作为衬底，要求厚度为350～380μm，氮掺杂浓度为1～5×10¹⁸cm^-3，基面位错的面密度低于3×10²cm^-2，并且均匀性好，双面抛光，晶向为偏离{0001}0°、方向；

2)在步骤1)中获得的n⁺型4H-SiC衬底，经过清洗并用高纯氩气吹干后，在1625℃温度下使用SiH₄+H₂对该衬底刻蚀22～25分钟，SiH₄的流量为3～5mL/min，H₂的流量为32～35L/min，反应室压力为50mbar；

3)在步骤2)中获得的n⁺型4H-SiC衬底上，先使用化学气相沉积技术在衬底的正面同质外延生长1μm的n⁺型缓冲层，而后同质外延生长厚度为110～120μm的n^-型4H-SiC外延层；外延常速生长时，反应室温度设置为1625℃，反应室压力为50mbar，HCl的流量设置为75mL/min，SiH₄的流量设置为25mL/min，C₃H₈的流量设置为3mL/min，H₂的流量设置为65L/min；常速生长2个小时后，在氩气保护下700℃退火，N掺杂浓度N_d＝1～5×10¹³cm^-3；

4)在步骤3)中获得的已经生长了外延层的衬底上，在衬底背面先采用磁控溅射的方法沉积0.1μm厚的金属Ti，然后采用磁控溅射的方法沉积0.2μm厚的金属Ni，形成欧姆接触；最后在欧姆接触上采用磁控溅射的方法沉积Au加厚层，Au的厚度为5～6μm；欧姆接触的接触电阻率为1～6×10^-5Ω·cm²；

5)在步骤4)中完成欧姆接触后，清洗4H-SiC晶片的正面，采用磁控溅射的方法沉积10～20nm厚的金属Ni，形成肖特基接触，然后依次生长SiO₂和Si₃N₄保护层，厚度均应小于0.1μm；

6)在步骤5)中获得的肖特基接触上先完成光刻图，然后利用磁控溅射的方法溅射3μm厚的中子转换层；中子转换材料为⁶LiF，其中⁶Li丰度为90％；磁控溅射腔体本底真空为2×10^-5Pa，射频源为200W，氩气流量为20sccm，反溅偏压为140V，工作压力为2Pa，溅射时间为2400s。