论文题目: CVD金刚石膜的光电性能及其在辐射探测器中的应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 张明龙
导师: 夏义本
关键词: 金刚石膜,光电性能,微机多道谱仪,金刚石探测器,微条气体室探测器
文献来源: 上海大学
发表年度: 2005
论文摘要: CVD金刚石膜具有优异的电、光、热、机械及抗辐照性能,已成为苛刻环境下工作的辐射探测器首选材料。探测器级CVD金刚石膜的制备和探测器的研制已经成为国际前沿课题。另外,CVD金刚石膜在气体探测器中作为微条气体室（MSGC）基板可有效克服基板不稳定性和电荷积累效应,成为当前气体探测器的研究热点。 本论文利用金刚石粉手工研磨硅衬底表面的预处理方法和控制热丝化学气相沉积（HFCVD）条件,成功制备出了探测器级（100）定向CVD金刚石膜,晶粒尺寸与膜厚的比值达到了50%,远高于文献所报道的10-20%。详细讨论了CVD金刚石膜的光电性能与膜中缺陷能级的关系,首次利用PL光谱测量发现了CVD金刚石膜中1.55eV缺陷能级的存在,并归之为Si-O键有关的[Si-V]0中心产生的零声子发光线（ZPL）或振动带。采用退火工艺和表面氧化等方法改善了CVD金刚石膜质量,并通过Cr/Au双层电极实现了与金刚石膜的欧姆接触。 设计并建立了CVD金刚石探测器和微条气体室探测器的通用读出电子学系统——微机多道谱仪,弥补了国内在此领域的不足。采用ANSYS软件模拟了CVD金刚石微条阵列探测器和微条气体室探测器的电场分布,优化了器件设计。 成功地研制了CVD金刚石X射线探测器和α粒子探测器,填补了国内空白。利用5.9keV55Fe X射线和5.5MeV241Amα粒子研究了CVD金刚石探测器性能,获得了器件性能与材料质量（特别是金刚石晶粒尺寸）之间的内在联系,研究了“Priming”效应对探测器性能的影响。50kV·cm-1电场时CVD金刚石探测器的典型性能指标为:暗电流3.2nA,光电流16.8nA（X射线）和净电流15.0nA（α粒子）,信噪比5.25（X射线）和4.69（α粒子）,能量分辨率16.26%（X射线）和25%（α粒子）,电荷收集效率45.1%（X射线）和19.38%（α粒子）等。经β粒子预辐照后,CVD金刚石α粒子探测器的电荷收集效率提高到了36.91%。另外,本论文还在自支撑CVD金刚石膜上成功研制了微条阵列α粒子探测器,20kV·cm-1时电荷收集效率和能量分辨率分别为46.1%和3.9%。 成功地研制了CVD金刚石膜/Si为基板的微条气体室探测器,填补了国内空白。利用5.9keV55Fe X射线研究了探测器在不同工作条件下的性能,得到能量分辨率为12.2%和上升时间为ns量级。同时,利用激光掩模打孔法成功研制了气体电子倍增器（GEM）,并形成MSGC+GEM气体探测器系统,最大计数率可高达105Hz,能量分辨率18.2%。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 前言
§1.1 辐射探测器
§1.2 CVD金刚石膜
§1.3 CVD金刚石探测器
§1.3.1 CVD金刚石探测器存在的困难和研究重点
§1.3.2 CVD金刚石探测器的应用
§1.4 微条气体室探测器
§1.4.1 微条气体室探测器存在的困难和研究重点
§1.4.2 微条气体室探测器的应用
§1.5 立题依据及课题意义
§1.5.1 探测器级CVD金刚石膜的制备及光电性能研究
§1.5.2 CVD金刚石探测器
§1.5.3 微条气体室探测器
§1.6 本论文研究内容
参考文献
第二章 CVD金刚石膜的制备及光电性能研究
§2.1 引言
§2.2 实验
§2.2.1 热丝化学气相沉积(HFCVD)金刚石膜
§2.2.2 CVD金刚石膜制备
§2.2.3 CVD金刚石膜样品处理
§2.2.4 仪器设备
§2.3 结果和讨论
§2.3.1 CVD金刚石膜形貌表征
§2.3.2 CVD金刚石膜质量和结构表征
§2.3.3 CVD金刚石膜红外椭圆偏振光谱的研究
§2.3.4 退火工艺和薄膜质量对CVD金刚石膜电学性能的影响
§2.3.5 CVD金刚石膜光学性能表征
§2.3.6 CVD金刚石膜光(热)电流表征
§2.3.7 CVD金刚石膜能带结构
§2.4 本章小节
参考文献
第三章 辐射探测器读出电子学系统——微机多道谱仪的建立
§3.1 引言
§3.2 前置放大器
§3.2.1 电压灵敏前置放大器
§3.2.2 电流灵敏前置放大器
§3.2.3 电荷灵敏前置放大器
§3.3 线性成形放大器
§3.3.1 放大节
§3.3.2 滤波成形电路
§3.3.3 堆积拒绝电路
§3.4 多道脉冲高度分析器
§3.5 微机多道谱仪的其它组件
§3.5.1 高压
§3.5.2 机箱、电源及电缆
§3.5.3 示波器和半导体性能表征系统
§3.6 辐射探测器读出电子学系统——微机多道谱仪的建立
§3.7 本章小节
参考文献
第四章 CVD金刚石探测器的研制
§4.1 引言
§4.2 CVD金刚石探测器的结构和工作原理
§4.3 CVD金刚石膜的预处理
§4.3.1 表面氧化处理
§4.3.2 退火处理
§4.4 CVD金刚石探测器的制备及其读出电子学系统
§4.5 CVD金刚石探测器性能研究
§4.5.1 CVD金刚石探测器暗电流特性
§4.5.2 CVD金刚石X射线探测器
§4.5.3 CVD金刚石α粒子探测器
§4.6 CVD金刚石微条阵列探测器
§4.6.1 CVD金刚石微条阵列探测器ANSYS模拟
§4.6.2 CVD金刚石微条阵列探测器的制备
§4.6.3 CVD金刚石微条阵列探测器的性能表征
§4.7 本章小节
参考文献
第五章 CVD金刚石膜／硅为基板的微条气体室研制
§5.1 微条气体室探测器的工作原理
§5.2 微条气体室探测器基板的研究
§5.2.1 DLC膜／D263玻璃基板
§5.2.2 CVD金刚石膜／硅基板
§5.3 微条气体室探测器参数的ANSYS模拟
§5.3.1 ANSYS软件在气体探测器中的应用
§5.3.2 实验
§5.3.3 结果与讨论
§5.4 CVD金刚石膜／硅为基板的微条气体室探测器制备
§5.4.1 微条气体室探测器电极研究
§5.4.2 微条气体室探测器工作气体研究
§5.4.3 微条气体室探测器制备
§5.5 微条气体室探测器性能研究
§5.5.1 微条气体室信号读出电子学系统
§5.5.2 结果与讨论
§5.6 气体电子倍增器(GEM)的研制
§5.6.1 气体电子倍增器
§5.6.2 GEM复合膜的制备
§5.6.3 MSGC+GEM探测器系统的性能研究
§5.7 本章小节
参考文献
第六章 结论
攻读博士学位期间发表论文
攻读博士学位期间所承担科研项目
致谢
发布时间: 2005-09-16
参考文献
- [1].新型MPCVD装置的设计及金刚石膜的制备与介电性能研究[D]. 苏静杰.北京科技大学2015
- [2].微纳米结构金刚石膜的制备及其浸润性和电化学传感器应用研究[D]. 马一博.吉林大学2017
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