新型金刚石薄膜辐射剂量计的基础研究及设计

论文摘要

金刚石具有一系列高质量辐射剂量计所需的物理化学性质,高温下工作性能稳定,抗辐射能力强,与人体组织相近的原子序数,能承受极高通量粒子辐照,加之金刚石无毒,与组织液不会发生化学反应,是理想的生物活体内置辐射剂量探测材料,是目前广泛应用的Si二极管和电离室辐射剂量计的理想替代品。因此开展CVD金刚石薄膜辐射剂量计的研究具有重要的理论意义和广阔的应用价值。在目前化学气相沉积(CVD)单晶膜和金刚石N型掺杂一直未取得突破性进展的情况下,如何获得高纯、高取向探测器级CVD金刚石薄膜来制作高性能CVD金刚石辐射剂量计成为该领域的热点和前沿研究课题之一。本文针对目前辐射剂量计存在灵敏度低和空间分辨率差、或耐辐射性不好、寿命短等问题,进行新型金刚石薄膜辐射剂量计的基础研究和设计。采用微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)装置,进行了形核、生长工艺对制备金刚石薄膜质量的影响,以及辐射剂量计金刚石薄膜的等离子体后处理研究,以获得高纯、高取向辐射剂量计金刚石薄膜;从分形的角度对金刚石薄膜表面进行了有关研究;进行了简单金刚石薄膜辐射剂量计器件的设计制作和基本性能测试;研究了金刚石薄膜组成、结构与电学性能、辐射响应性的关系;在此基础上作一些初步的机理分析,为后续的深入研究打下基础。本研究一方面通过金刚石粉手工研磨Si衬底表面和超声振荡清洗Si衬底的预处理方法,另一方面通过形核阶段结束后用纯氢等离子体刻蚀一段时间,以除去形核过程中形成的非金刚石相碳核,以及在形核结束后膜的正常生长过程中,每当膜生长一段时间后用纯氢等离子体作一定时间的刻蚀,来达到提高

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 放射治疗技术的发展及要求
• 1.2 金刚石膜的性质、应用及制备技术概况
• 1.3 金刚石膜辐射剂量计（探测器）的研究
• 1.4 本论文研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 实验原理与方法
• 2.1 低压化学气相沉积金刚石膜的原理和一般条件
• 2.2 化学气相沉积金刚石膜的生长机理和模型
• 2.3 MWPCVD 法的制备原理
• 2.4 实验设备及表征方法
• 2.5 金刚石膜辐射剂量计的信号检测原理
• 2.6 本章小结
• 第三章 辐射剂量计金刚石薄膜的制备研究
• 3.1 基片预处理及分析
• 3.2 沉积过程及分析
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 辐射剂量计金刚石薄膜的后处理研究
• 4.1 实验方法
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.3 本章小结
• 第五章 辐射剂量计金刚石薄膜表面的分形研究
• 5.1 分形的基本概念
• 5.2 分形维数的计算
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 金刚石薄膜辐射剂量计的制备及性能研究
• 6.1 金刚石薄膜辐射剂量计的电极材料、结构设计
• 6.2 金刚石薄膜辐射剂量计的制备
• 6.3 金刚石薄膜辐射剂量计的光电响应性能研究
• 6.4 本章小结
• 第七章 全文总结
• 7.1 主要结论
• 7.2 主要创新点
• 7.3 有待研究的问题
• 参考文献
• 攻读博士期间发表、录用的学术文章及获奖情况
• 致 谢