[发明专利]一种高度集成的γ辐照探测器

说明书

本发明公开了一种高度集成的γ辐照探测器，主要解决现有γ探测器不耐辐照以及无法在范围很广的γ剂量率下实时监测的问题。该探测器包含金刚石探头、放大模块、A/D转化模块、DDR存储器、FPGA、上位机。金刚石探头1是在250um厚且电阻率为0.01～0.05Ωcm²的掺硼硅片上生长了30um的多晶金刚石之后，再在多晶金刚石上利用磁控溅射器溅射了20nm的Cr和100nm的Au。金刚石探头2是在一片300um厚的电子级单晶金刚石正反两面利用磁控溅射器分别溅射了20nm的Pd，10nm的Ti和150nm的Au。两种探头都在真空下进行高温退火，以便形成良好的欧姆接触。本发明基于金刚石的优越性能具有良好的抗辐照性，且在剂量率为1mGy/h～1MGy/h下能够正常工作。

技术领域

本发明属于微电子领域，具体为一种高度集成的γ辐照探测器，可用于核能中γ辐射探测领域。

背景技术

随着核技术的广泛应用，核辐射探测技术所面临的应用环境也变得越来越苛刻。传统半导体材料制成的半导体核辐射探测器，已经难以满足核裂变、核聚变、加速器、外太空环境等高温、强辐射、高灵敏度的要求，必须寻找新的半导体材料来制作新一代核辐射探测器。金刚石具有优异的光、电、热、机械及抗辐照性能，己成为制作新一代辐射探测器的首选材料。

随着人造CVD金刚石技术的不断发展，使得使用金刚石材料来取代许多常规硅材料器件在国内外研究领域掀起浪潮。金刚石与常规普通硅材料相比，具有更高的载流子迁移率，其中对电子而言约为2倍左右，而对于空穴来说达到了惊人的5倍左右，这一优点使得基于金刚石材料的探测器更适用于需要快速响应和良好时间分辨率的测试系统。由于其具有很高的禁带宽度（5.5eV），大的击穿电压（V/cm）及强的抗辐照性能，使其可以应用于γ辐照探测器中。

即使在高剂量率下，例如，当设置在核反应堆发生附近时，也希望辐照探测器能够正常工作。于此同时探测器还需要能够精确测量低剂量率下的辐射。因此应该设计一款合适的γ辐照探测器，能够满足在足够宽的剂量率范围内具有良好的性能。

发明内容

本发明的目的是主要解决现有γ探测器不耐辐照以及无法在范围很广的γ剂量率下实时监测的问题，提供一种高度集成的γ辐照探测器。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种高度集成的γ辐照探测器，包括金刚石探头、放大模块、A/D转化模块、数据存储模块、FPGA和上位机。放大模块对金刚石探头感应到的信号进行放大之后模数转化，将信号存储在数据存储模块中，利用FPGA调用数据并进行一些运算（比如高斯拟合，光谱解算），在上位机上进行显示或者选择想要查看的数据。

上述的一种高度集成的γ辐照探测器，金刚石探头包括金刚石探头1和金刚石探头2；其中金刚石探头1最底部为掺硼硅片，掺硼硅片上生长了多晶金刚石，多晶金刚石上表面利用磁控溅射法溅射了电极，金刚石探头2选用单晶金刚石，上下表面分别利用磁控溅射法溅射了电极；金刚石探头1和金刚石探头2都配有放大模块、A/D转化模块、数据存储模块，FPGA和上位机为金刚石探头1和金刚石探头2共用。金刚石探头1用于精确测量低剂量率下的辐射，金刚石探头2用于精确测量高剂量率下的辐射。目前，半导体辐射探测器主要由硅制成。硅的晶体质量优异且足够稳定，因此硅被公认为是久经考验的辐射探测器材料。然而，硅辐射探测器不能长时间精确测量高剂量率辐射。相比之下，从辐射硬度的观点来看，足够高质量的金刚石预期优于其他材料，因此选择在硅片表面生长了金刚石薄膜用于低剂量率环境下的检测，利用单晶金刚石来用于高剂量率环境下的检测，以提高检测精度并扩大检测范围。

上述的一种高度集成的γ辐照探测器，金刚石探头1中掺硼硅片的厚度为250um，多晶金刚石的厚度为30um，电极为两层，下层为20nm的Cr，上层为100nm的Au；金刚石探头2中电子级单晶金刚石的厚度为300um，电极为三层，下层为20nm的Pd，中层为10nm的Ti，上层为150nm的Au。