Совместная группа под руководством исследователей из Института физических наук Хэфэй Китайской академии наук успешно разработала усовершенствованные полупроводниковые детекторы излучения, значительно улучшив их характеристики для использования в экстремальных условиях.
Достижения были опубликованы в статье в журнале IEEE Electron Device Letters и трех статьях, опубликованных в журнале Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A.
Детекторы радиации действуют как «глаза» для ученых, позволяя наблюдать и изучать ядерное излучение и микроскопические частицы. Однако традиционные детекторы часто страдают от низкой чувствительности и ограниченной приспособляемости к экстремальным условиям, что ограничивает их эффективность в условиях высоких температур и высокой радиации.
Напротив, полупроводниковые детекторы, изготовленные из широкозонных и сверхширокозонных материалов, обладают рядом преимуществ, включая более высокую термостойкость, лучшую устойчивость к радиации и более простую интеграцию, что делает их перспективными для развития технологий обнаружения радиации.
Группа сосредоточилась на оптимизации конструкции, процессов изготовления и методик испытаний полупроводниковых детекторов излучения с целью устранения недостатков существующих технологий.
Одним из главных достижений команды стала разработка детекторов большой площади, изготовленных из комбинации материалов p-NiO и β-Ga₂O₃. Эти материалы известны своим низким током утечки и повышенной чувствительностью. В сочетании со специализированными материалами для обнаружения нейтронов команда разработала детектор тепловых нейтронов из Ga₂O₃, достигнув почти 1% эффективности обнаружения нейтронов, что стало важной вехой в качестве первого успешного экспериментального испытания этой технологии.
В другом проекте исследователи спроектировали высокочувствительный детектор с использованием 4H-SiC, материала, способного выдерживать экстремальные условия . Этот детектор работает с ультранизкими уровнями легирования и толстыми эпитаксиальными слоями, что позволяет ему точно измерять частицы высокой энергии, такие как альфа-частицы. Он также продемонстрировал стабильную работу при температурах до 80°C в течение длительных периодов времени, что имеет решающее значение для изучения сверхтяжелых элементов в сложных условиях.
Для дальнейшего улучшения производительности детектора исследователи разработали специализированный процесс отжига для улучшения интерфейса между материалом SiC и его покрытием. Это нововведение привело к впечатляющему улучшению энергетического разрешения, что позволило детекторам достичь разрешения более 0,5% при обнаружении альфа-частиц.
Кроме того, команда представила новый тип детектора тепловых нейтронов, который использует материалы на основе бора для повышения эффективности захвата нейтронов. Этот детектор может различать два ключевых типа реакций с участием тепловых нейтронов, что представляет собой еще одно значительное достижение в технологии обнаружения нейтронов.
Эти инновации знаменуют собой существенный прогресс в разработке детекторов радиации, способных эффективно работать в экстремальных условиях.
