ZnO半导体探测器X射线响应实验研究

摘要

宽禁带半导体材料具有良好的热稳定性和抗辐照性能,作为宽禁带半导体材料之一,ZnO在半导体核辐射探测器方面具有良好的应用潜力.我们利用水热法生长了高质量高纯度的ZnO单晶晶体,经过20倍标准大气压的氧气氛下退火24小时后电阻率达到7×1012Ω·mm,获得了高阻的ZnO单晶.在此基础上以In作为衬底、35nm的Ti与ZnO进行欧姆接触、20nm的Au作为电极,制成尺寸为10mm×10mm的金属-半导体-金属(M-S-M)结构的ZnO半导体探测器;对探测器的电学性能进行测试,电阻约为2×1010Ω左右;在偏压为1000V和-1000V时,暗电流分别为90nA和-62nA,表现出了较好的耐压特性.对探测器的直流和脉冲X射线响应进行了实验研究,结果显示当探测器工作在直流状态下时,在X射线辐照剂量率在0.2-1.5Gy/s范围内探测器响应随着剂量率变化线性良好,表示该探测器对直流X射线具有较好的响应;探测器RC时间常数为1.33ns;当探测器工作在脉冲状态下时,对于脉冲X射线响应脉冲上升时间为1.6ns,说明该探测器拥有较快的时间特性.研究表明,ZnO探测器具有高阻、耐压高、对直流X射线响应线性好、对脉冲X射线响应快的优点,能够满足作为X射线探测器的要求,然而由于晶体中缺陷的存在,载流子收集效率不高,这制约了ZnO作为X射线探测器的应用.下一步计划围绕减少晶体中的缺陷做进一步工作,以提高载流子收集效率并优化探测器性能.