CVD金刚石膜及辐射探测器的制备和性能的分析研究.pdf

上海大学硕士论文摘要金刚石具有独特的优异性能,被认为是一种能工作于强辐照等恶劣环境下的辐射探测器材料。天然金刚石价格昂贵、缺陷浓度大并且可重复性差, 限制了其应用。随着化学气相沉积(CVD)技术的不断完善,制造高质量、大面积、低成本的金刚石产品成为现实,CVD金刚石探测器倍受关注,它具有低的辐照损伤、快的电荷收集时间、高的信噪比、高计数率能力等独特的优异性能。近来的研究进展表明,CVD金雕石辐射探测器的性能强烈依赖于 CVD金刚石的质量,该方面的研究引起了人们的极大兴趣。本论文试图通过不同质量金刚石膜探测器性能的研究以建立材料质量与探测器性能的关系。采用热丝辅助化学气相沉积(HFCVD)方法在(100)硅衬底上生长出了不同微结构的金刚石薄膜,并采用SEM、XRD、RAMAN光谱仪等手段对其质量进行了表征。结果表明利用金刚石粉手工研磨硅衬底表面的预处理方法,能成功生长出高质量(100)定向CVD金刚石膜。电学性能研究表明,随着晶粒尺寸的增加, 薄膜电阻率几乎正比增加,000)定向CVD金刚石膜具有高的电阻率(-100V时 ×10“),且呈柱状生长。研究了退火工艺对金刚石膜介电常数和损耗的影响,退火后薄膜介电常数接近天然金刚石,介电损耗减小,材料质量明显提高。在确定了C_VD金刚石探测器的制备工艺和信号读出电子学系统的基础上,制各了不同微结构金刚石膜的辐射探测器。测试并研究了辐射探测器在 “1Am "Fe X射线辐照下的光电流、脉冲高度分布和电荷收集效率。随着金刚石晶粒尺寸的增大,探测器的能量分辨率、平均电荷收集效率、信噪比明显提高,同时(100)定向金刚石探测器具有最高的信躁比。仪粒子辐照测试表明,(100)定向金刚石膜经过p粒子预辐照后,平均电荷收集效率明显改善(%%)。X射线辐照测试表明,大晶粒(100)定向金刚石探测器具有高的能量分辨率和电荷收集效率(.%%)。同时研究表明,探测器由于’priming’效应,光电流随辐照时间先较快增加,后增幅变缓并逐渐趋向饱和。为了拓展金刚石探测器的实际应用,实现一维和二维位置分辨,本工作利用 ANSYS软件模拟分析了CVD金刚石微条阵列和象素阵列探测器的电场分布情况,提出了象素阵列探测器的制备技术,为今后进一步开展该方面的工作奠定基础。关键词:CVD金刚石膜, 电学性能, 辐射探测器上海大学硕士论文 Abstract Diamond boastsmany unique properties which make it an outstanding material for radiation detector operating under severe diamond hashigh cost. considerable defects and low reproducibility,therefore theapplication ofthedetector concerned thedevelopment ofchemical vapor deposition (CVD)technique,the production ofhigh quality andlarge area diamond film hasbeen realizedwith 10w cost,based on which great attention has beenfocused on the CVD diamond radiation detector which owns many attractive features such ashigh radiationhardness,quick charge collectiontime,good signal—to-noise ratio and high counting studies indieatethattheproperty ofCVD diamond detectorisheavily dependent onthequality alotofinterests. They arediscussed inthis thesisaiming toestablishtherelationship between them. Difierent microstructure diamond fills were obtained onthe(100)silicon su