室温化合物半导体核探测材料的研究进展及应用

室温化合物半导体核探测材料的研究进展及应用,第1张

化合物半导体探测器是六十年代快速发展的新型核辐射探测器件之一。室温化合物半导体探测器是区别于P-N结型探测器、锂漂移型探测器、高纯锗核探测器等的一种特殊类型半导体核探测器。

室温核辐射探测的化合物半导体材料应当具备以下的特征:

(1)组成材料的元素应具有较高的原子序数,以此确保该材料对γ射线较高的阻止本领,以保证其具有较高的探测效率;

(2)材料应具有较大的禁带宽度,一般大于1.5eV,以保证探测器工作在室温时有较低的漏电流和较高的电阻率;

(3)材料应具有良好的工艺性能,较容易制得高纯度、低晶格缺陷的单晶体。此外材料应具有优良的机械性能和化学稳定性,以便于进行机械加工,容易制成欧姆接触或势垒接触;

(4)材料应具有优异的物理性能,可以耐较高的反向偏压(反向偏压能达到几百伏),反向漏电流尽可能小,载流子的迁移率-寿命积要大,以确保探测器具有较小的热噪声和良好的能量分辨率。

室温核辐射半导体探测器是以大尺寸的高质量的化合物半导体晶体材料(碘化汞、锑化铝、碲化镉、碲锌镉、碘化铅、砷化镓、硒化镉等)的研制为主体,涉及到材料制备、器件设计和器件制备等关键技术。1967年,Prince和Polishuk第一次列出了碲化镉、磷化镓和硒化镉三种可以制作室温核探测材料的材料。20世纪70年代初美国开始对碘化汞展开了研究,碘化汞晶体具有较高的禁带宽度和电阻率,但是其化学稳定性较差,且常温下容易挥发潮解,制成的探测器必须进行严格的密封处理。与此同时,1977年,Armantrout等人通过对比几种最有前途的室温半导体核探测材料,最有希望的是锑化铝材料,但是该材料的单晶极难生长且极易潮解。Eberhardt等人利用液相外延生长技术得到了高完整性能砷化镓单晶,最先成功制造出有较好能量分辨率的伽马射线探测器,但是由于其原子序数较低,对于高能射线的阻止本领和探测效率都较低,发展受到了限制。但是碲化镉探测器的优点在于有较大的原子序数,对伽马射线有较高的阻止本领,探测效率较高,但有较大的热激发产生的漏电流,能量分辨率

低且有极化效应。由于碲化镉晶体的上述缺点,人们在碲化镉晶体中掺入锌,使其带宽增加,而发展成了一种新的材料。碲锌镉材料用于常温半导体探测器最早可追溯到1967年,但直到20世纪90年代初,生产工艺的提高才得以大大改善了碲锌镉晶体的特性,研究得到了实质性进展。随着锌含量的不同,禁带宽度由近红外至绿光波段连续变化,且无极化现象。但是碲锌镉存在两个主要缺点:能量分辨率不高;由于生长工艺的复杂性,高质量大尺寸的碲锌镉很难获得。

用于制作核辐射探测器的材料还有碲化锌、硫化铯、碘化铟、硒化稼等化合物半导体材料,人们对这些材料及其探测器还没有进行深入的研究。

现今,国内四川大学、清华大学、上海大学、兰州大学、重庆大学、西北工业大学、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、中国原子能科学研究院核技术应用研究所、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所以及燕山大学(与美国伊利诺伊大学合作)等单位开始在国家自然科学基金或其他课题资助下进行了一系列化合物半导体单晶(如碘化铅、碘化汞、碲锌镉、氮化镓、碘化铟等)的生长、性能和核探测器应用的研究工作。

1.美国英特尔(Intel)公司,以生产CPU芯片闻名于世!

2.三星(Samsung)电子公司成立于1969年,初期主要生产家用电子产品,如

电视机和录像机等。七十年代始进入国际市场,逐渐发展成为全球五大电

子公司之一,产品也由家电扩展到计算机、通讯等诸多方面。九十年代由

于经济方面的原因,三星公司进行了大规模的战略重组。1978年,三星半

导体从三星电子公司分立出来而成为独立的实体,1983年起随着成功发展

了64K DRAM超大规模集成电路,从此在单一家电类半导体产品基础上发展

了许多新的半导体产品,逐渐成为全球领先的半导体厂商。它的半导体产

品主要有DRAM、SRAM、闪速存储器、ASIC、CPU和TFF-LCD板等等。

3.德州仪器(TI)公司总部位于美国德克萨斯州达拉斯城,是一家全球性的

半导体公司,是世界领先的数字信号处理和模拟技术的设计商、供应商,

是推动电子数字化进程的引擎。主要IC产品有:数字信号处理器、模拟和

混合信号器件、数字逻辑、ASIC、微控制器、语音和图形处理器、可编程

逻辑、军用器件等。

4.东芝(Toshiba)在国际市场上盛名远扬,家喻户晓。在日本之外,东芝拥

有100多家子公司和协作公司的庞大全球网络,仅海外子公司便拥有40,000

多名雇员,他们遍及全球各地,从事着从科研到采购、生产、销售以及市

场调研等工作。分布在世界各地的39个厂家构成东芝的生产网络,制造品

种繁多的产品,包括最先进的半导体元件、显象管、彩色电视机、移动式

计算个人电脑、光?磁存储、消耗品及工业用发电机和变电装置。这些技术

和设备均处世界领先地位的东芝生产厂家,强有力地保障着公司技术和整体

能力的发展,推动着电子工业的进步;同时也提供了更多的就业机会,进

一步促进了当地经济的蓬勃发展。

5.台积电(TSMC)成立于1987年,是全球最大的专业集成电路制造服务公司

。身为专业集成电路制造服务业的创始者与领导者,TSMC在提供先进晶圆

制程技术与最佳的制造效率上已建立声誉。自创立开始,TSMC即持续提供

客户最先进的技术;2006年的总产能超过七百万片约当八吋晶圆,全年营

收约占专业集成电路制造服务领域的百分之五十。

6.意法半导体会(ST)是全球性的独立半导体制造商。公司设计、生产、销

售一系列半导体IC和分立器件,用于远程通讯系统、计算机系统、消费电

子产品、汽车和工业自动化控制系统。ST是全球MPEG-2解码IC、数字机顶

盒IC、Smartcard MCU、特殊汽车IC和EEPROM非易失存储器最大供应商,也

是第二大模拟/混合信号ASSP和ASIC、磁盘驱动IC及EEPROM存储器供应商。

公司的产品采用一系列专有制作工艺和设计方法设计生产,可提供3000多

种主要型号产品。

ST公司是1987年由法国Thomson Semiconductors和意大利SGS

Microelectronics合并而成。自从成立以来,ST公司不断扩大生产能力,

目前公司拥有雇员约34,000人,共有9个研发机构,35个设计和应用中心,

17个生产据点,并在24个国家建立了62个销售部门。公司总部一部分在法

国St Genis,另一部分在瑞士日内瓦,在美国、新加坡、日本设立了地区总

部。ST公司十分重视技术发展,1999年投入26.6%销售收入用于产品研发,

共完成了751项新专利应用。公司设计销售几乎每种型号半导体器件,从简

单的晶体管到世界上最复杂的IC产品,覆盖了所有主要的半导体器件。其

中包括:专用IC、微处理器、半定制IC、存储器、标准IC、分立元件等。

7.瑞萨科技(Renesas)在2003 年4 月1 日正式成立,以领先的科技实现人

类的梦想。结合了日立与三菱电机在半导体领域上的丰富经验和专业知识

,配合全球二万七千名员工的无限创意,我们将无处不在,超乎你的想像

。科技的价值在于让一切变得可能,身为一家具有领导性和值得信赖的智

能晶片解决方案供应商,我们对于拓展明日无处不在的网络世界,担当重

要的角色。我们的创造力具前瞻性,为人类创造出更舒适美好的生活。

瑞萨精密的AFE ,运用10/12/14-bit 高信号解析度,可达到极佳讯号/噪

音比率,并融合影像处理器的原创IP 技术,以提供高品质的数位摄影。同

时,瑞萨亦是DVD 录影科技先驱,晶片设计整合不同要求,产品包括了

MPEG LSIs 、AFE 类比、DVD DSPs 、ODD 信号处理器及嵌入式的MCU 。瑞

萨同时更掌握LCD 液晶体电视的新科技,除了生产LCD-TV 的核心系统,也

有各重要部份:影像数据晶片、LCD 时间控制器、LCD 驱动器、M16C 及

H8S 微控制器、驱动器解决方案、订制平台、ASSPs...等。

8.海力士(Hynix)1983年开始运作,目前已经发展成为世界级电子公司,拥

有员工约22,000人,1999年总资产达20万亿。在DRAM存储器领域,Hynix

Semiconductor产量居世界前列。目前,公司经改组之后,核心业务主要集

中于三个部分:半导体、通信和LCD。

9.索尼(Sony)半导体分部是索尼电子公司1995年3月在美国加州圣约瑟市建

立的一个分部,该分部使索尼公司能够对变幻莫测、竞争激烈的美国半导

体市场迅速做出反应,为索尼电子公司发展高附加值的通讯、音频/视频、

计算机应用产品提供后备支持。

10.高通(Qualcomm)公司开发、销售一系列高性能FPGA半导体产品和软件

开发工具。公司原名Peer Research

Inc.,1988年4月由John Birkner,

Andy Chan 和 H.T. Chua创建, 1991年2月改名为QuickLogic公司,同时

发布了它的第一个FPGA产品--

pASIC1系列,并随后开发了基于PC计的开发

工具-- QuickWorks,以其容易使用和有效实用被广泛接受。1995年和1997

年又分别发布了pASIC 2和 pASIC 3两个系列的产品。1998年,QuickLogic

公司发布了一种新的器件,被称为ESP(Embedded Standard Products),

该器件基于QuickLogic公司的核心FPGA技术,结合了标准产品的优点和可

编程器件的灵活机动的特点。目前已发布三个系列的ESP产品,即QuickRAM

系列、QuickPCI系列和 QuickDSP 系列。

QuickLogic公司总部在美国加州,它的半导体产品主要由代工服务商生产

,Cypress Semiconductor主要代为生产采用0.65微米CMOS工艺的pASIC器

件,台湾的TSMC1996年起成为QuickLogic公司的代工服务商。


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