室温化合物半导体核探测材料的研究进展及应用

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。

经查询锑化镓100晶向的角度是38。

锑化镓，英文名称为Galliumantimonide，CAS号为12064-03-8，分子式为GaSb，分子量为191、4814，类似锗的化合物型半导体，灰白色，立方晶系闪锌矿型结晶，需常温密闭，阴凉通风干燥，用于制造激光器，探测器，高频器件，太阳电池。

tī 。

部首: 钅

部外笔画: 7

总笔画: 12

解释：金属元素，符号Sb（stibium）。普通锑银白色，质硬而脆，有冷胀性。无定形锑灰色，由卤化锑电解制得。用于工业和医药中，超纯锑是重要的半导体和红外探测器材料。

扩展资料

导体制造业是人类科技文明的集大成者。发展锑化物半导体已成为我国第四代半导体核心技术发展的战略性方向之一。

“锑化物半导体为突破传统体系的技术封锁，提供了自主掌握命门技术的钥匙。”日前，中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室研究员、国家重点研发计划量子调控与量子信息项目负责人牛智川告诉科技日报记者。

前三代难以满足新需求

半导体与原子能、计算机、激光并称为当代四大技术发明，是当代科技和社会经济发展的前沿方向和重大领域。

“半导体科学成为信息时代的战略性科技领域，首先得益于上世纪初量子理论在固态体系中的衍生发展与深入完善，同时又依赖于半导体制造技术的创新迭代与产业应用。”牛智川说。

迄今为止得到公认的半导体代际技术所对应的材料体系已经明确：基于Ⅳ族硅Si、锗Ge元素的第一代半导体；基于Ⅲ-Ⅴ族砷化镓、磷化铟的第二代半导体；基于Ⅲ-Ⅴ族氮化镓、Ⅳ族碳化硅的第三代半导体等。

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