[发明专利]基于栅控技术进行散裂中子源1MeV等效中子注量测量的方法

说明书

本发明提供基于栅控技术进行散裂中子源1MeV等效中子注量测量的方法，解决了现有散裂中子源测量低通量1MeV等效中子注量手段有限的技术问题，本发明利用双极型晶体管少数载流子寿命倒数和1MeV等效中子注量呈线性关系的特点，实现基于反应堆1MeV等效中子在横向晶体管上的少子寿命损伤常数计算出散裂中子源1MeV等效中子注量，该方法在很宽的中子注量范围内可以保持较高的测量准确性。

技术领域

本发明属于辐射探测领域，涉及一种基于栅控横向PNP晶体管电荷分离技术进行散裂中子源1MeV等效中子注量测量的方法。

背景技术

散裂中子源、中子发生器等装置能够提供低通量中子辐射环境用于科学研究，其中散裂中子源是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的大科学装置，散裂中子源利用高能轻带电粒子轰击重核，发生散裂反应而生成大量的快中子，这些中子再通过慢化剂和反射层后变成能量分布很宽的中子。散裂中子源不使用核燃料，清洁且易于控制；其中子束流纯净，伴生γ射线剂量极低。因此散裂中子源提供的中子辐射环境十分适用于中子探测器标定、中子单粒子效应研究、中子位移损伤效应研究以及其他领域的基础研究。

但是，散裂中子源和某些中子发生器装置提供的中子辐射环境与反应堆相比，其中子注量率较低，传统的金属箔活化等方法更适用于高注量中子环境测量，因此直接测量其低通量1MeV等效中子注量的手段十分有限。

发明内容

为了解决现有散裂中子源测量低通量1MeV等效中子注量手段有限的技术问题，本发明提供一种基于栅控横向PNP晶体管电荷分离技术进行CSNS散裂中子源1MeV等效中子注量测量的方法。

中子辐射会使半导体材料中晶格原子产生位移效应，形成缺陷和缺陷群，相当于增加了复合中心，尤其双极型晶体管少数载流子寿命对中子辐射损伤极其敏感，从而引起双极型晶体管基区的少数载流子寿命降低，晶体管电流增益下降。原始少数载流子寿命为τ₀，中子辐射之后少子寿命为τ_φ，则有：

1/τ_φ-1/τ₀＝Kφ_n

式中K是少子寿命损伤常数，它与辐射前的半导体电阻率以及入射中子能量有关；φ_n为中子注量。基于上式，只要测到中子辐照前后的少子寿命以及相应的中子注量，即可获得少子寿命损伤常数，并根据上式的线性关系利用晶体管对其他中子环境的注量进行测量。

因此，本发明通过对栅控横向PNP晶体管进行栅控扫描，实现对少数载流子寿命的直接测量，进而通过少数载流子寿命与1MeV等效中子注量的函数关系计算得到累积的中子辐照注量。

本发明的技术解决方案是提供一种散裂中子源1MeV等效中子注量测量的方法，包括以下步骤：

步骤1、筛选栅控横向PNP晶体管样本；

对m个栅控横向PNP晶体管进行栅控扫描测试，通过下式计算各栅控横向PNP晶体管初始状态下的少数载流子寿命τ₀；选择τ₀一致的栅控横向PNP晶体管作为样本；

其中q为电子电荷，p_E为发射极周长，h_E为发射极结深，I_B为累积条件下的基极电流，V_EB为射-基极偏压，n_i是本征载流子浓度，x_B为基区宽度，N_D为基区掺杂浓度，x_d为射-基极耗尽层宽度，T为温度。