CN112490318A - 一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器 - Google Patents

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Abstract

一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器，以n型GaAs作为衬底层，在GaAs衬底层上依次生长变掺杂变组分n型AlGaAs N层、本征GaAs I层、变掺杂变组分p型AlGaAs P层及p型GaAs欧姆接触帽层；再在p型GaAs欧姆接触帽层上沉积SiO2钝化层，而后依次刻蚀变掺杂变组分n型AlGaAs N层、本征GaAs I层、变掺杂变组分p型AlGaAs P层和p型GaAs欧姆接触帽层以形成微结构；再在经套刻后的p型GaAs欧姆接触帽层与GaAs衬底层上形成p型电极层与n型电极层；最后在微结构内填充有中子转换层，本发明可增加载流子收集效率、减小漏电流，以提高中子探测器探测效率。

Description

一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器
技术领域
本发明涉及半导体核辐射探测技术领域，尤其涉及一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器。
背景技术
中子探测器是中子探测的核心部件。基于半导体的中子探测器具有功耗低、线性响应范围宽、响应时间快、n/γ分辨率好、体积小、工作电压低等优点。作为一种新型的探测技术，为了发挥其探测性能，有研究人员开展了相关研究，制备了多种GaAs核辐射探测器。2002年，McGregor等曾用GaAs材料进行过尝试，在半绝缘GaAs衬底上制作了圆孔型中子探测器，圆孔中填充10B，但测得的器件最高探测效率只有3.9％；2012年，俄罗斯国家科学院使用外延生长的方法制备GaAs材料的肖特基粒子探测器。但上述探测器在一定程度上都存在探测效率低、漏电流较大和载流子收集效率较低的问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器，以解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器，以n型GaAs作为衬底层，在GaAs衬底层上采用金属有机物化学气相沉积技术依次生长变掺杂变组分n型AlGaAs N层、本征GaAs I层、变掺杂变组分p型AlGaAs P层及p型GaAs欧姆接触帽层；再利用等离子体增强化学气相沉积技术在p型GaAs欧姆接触帽层上沉积SiO2钝化层，而后利用光刻和干法刻蚀技术依次刻蚀变掺杂变组分n型AlGaAs N层、本征GaAs I层、变掺杂变组分p型AlGaAs P层和p型GaAs欧姆接触帽层以形成微结构；再在经过套刻后的p型GaAs欧姆接触帽层上利用电子束蒸发技术形成p型电极层、GaAs衬底层上利用电子束蒸发技术形成n型电极层，并对形成的电极层进行退火处理形成欧姆接触；最后利用超声、低压冷凝与离心技术在微结构内填充10B4C或6LiF形成中子转换层。
一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器制备方法，具体步骤如下：
首先，选取n型GaAs材料做衬底，要求其位错密度低于103cm-2，并且均匀性好，n型GaAs衬底掺杂浓度为(0.5～2)×1018cm-3；
在GaAs衬底层上采用金属有机物化学气相沉积技术外延生长厚度为6μm、n型掺杂浓度从(0.5～5)×1018cm-3按指数递减至(0.5～5)×1016cm-3、Al组分含量从0.2～0.5线性下降至0的AlGaAs层为PIN结构中的N层；
在变掺杂变组分n型AlGaAs N层上生长厚度为1～4μm的本征GaAs作为PIN结构中的I层；
在本征GaAs I层上再生长厚度为2～18μm、p型掺杂浓度从(0.5～5)×1016cm-3按指数递增至(0.5～5)×1018cm-3、Al组分含量从0线性上升至0.2～0.5的变带隙AlGaAs层为PIN结构中的P层；
在变掺杂变组分p型AlGaAs P层上生长一层厚度为50～200nm、掺杂浓度为(0.2～1)×1019cm-3的GaAs层作为p型GaAs欧姆接触帽层；
利用等离子体增强化学气相沉积技术在p型GaAs欧姆接触帽层上生长一层厚度为100～800nm的SiO2钝化层；其反应室反应参数为：反应室气压2000mTorr，并通入SiH4、N2O和N2气体，流量分别为4SCCM、710SCCM和180SCCM，GaAs衬底温度350℃，沉积时间6～30min；
利用匀胶机在SiO2钝化层上旋涂一层厚度为1～2μm的RPN1150负性光刻胶层，并将涂有负性光刻胶层的样品材料放入烘烤机中，升温至90～110℃烘烤100～110s，冷却后取出放入光刻机曝光位置，选用微结构图形的光刻板，在低真空状态下曝光11～13s，以曝光部分SiO2钝化层，同时选用NMD-3显影液进行显影45～55s，清洗显影液，吹干形成中子探测器光刻一次掩模图像；
在获取的中子探测器光刻一次掩模图像上通过反应离子刻蚀技术刻蚀掉已曝光部分的SiO2钝化层，再利用感应耦合等离子刻蚀技术依次刻蚀外延层以形成PIN微结构，外延层包括p型GaAs欧姆接触帽层、变掺杂变组分p型AlGaAs P层、本征GaAs I层及变掺杂变组分n型AlGaAs N层，刻蚀结构参数为:刻蚀沟槽宽度为16～20μm，深度为16～20μm，沟槽相邻壁间距为16～20μm；
再将PIN微结构顶部含有负性光刻胶层的材料采用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗3～5min，以去除负性光刻胶层；
在去除负性光刻胶层的基础上，将PIN微结构顶部含有的SiO2钝化层去除，采用BOE溶液在超声机中超声2～3min，再用去离子水在超声机中超声3～5min取出；
在去除PIN微结构顶部含有的SiO2钝化层基础上再进行套刻，利用匀胶机在p型GaAs欧姆接触帽层上旋涂一层厚度为1～2μm的AZ5124正性光刻胶层，并将涂有正性光刻胶层的样品材料放入烘烤机中，升温至90～110℃烘烤100～110s，冷却后取出放入光刻机曝光位置，在低真空状态下曝光11～13s，并选用NMD-3显影液进行显影45～55s，吹干形成中子探测器光刻二次掩模图像；
通过电子束蒸发技术，在获得的中子探测器光刻二次掩模图像的图案正面上依次沉积Ti/Pt/Au作为欧姆接触金属，形成p型电极层，其中Ti的厚度为40～60nm，Pt的厚度为40～60nm，Au的厚度为180～220nm；
加热并通过丙酮将正性光刻胶层及其上面的金属进行剥离，得中子探测器中间体，加热温度为60～70℃，剥离18～22min，而后将中子探测器中间体依次放入乙醇、去离子水各超声清洗3～5min；
通过电子束蒸发技术，在获得的中子探测器中间体背面GaAs衬底层上依次沉积AuGe/Ni/Au作为欧姆接触金属，形成n型电极层，其中，AuGe的厚度为80～120nm，Ni的厚度为20～40nm，Au的厚度为180～220nm；沉积金属后对欧姆接触进行退火处理，退火温度为350～450℃，退火时间为50～70s，得中子探测器转换体；
进行中子转换层填充，采用超声、低压冷凝与离心相结合的填充法，首先采用低压冷凝产生6LiF或10B4C纳米颗粒，而后将置有6LiF或10B4C纳米颗粒、无水乙醇的烧杯放入超声波清洗机中超声以分散纳米颗粒形成6LiF或10B4C胶体悬浮液，接着将制作好的中子探测器转换体固定于离心管底部，并在离心管中注满经超声处理后的6LiF或10B4C胶体悬浮液，最后通过离心机高速旋转将6LiF或10B4C胶体悬浮液填充至中子探测器转换体中，其中，离心机转速为3500～4500r/min，时间为2～3min，得具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器。
本发明的机理为：AlGaAs/GaAs中子探测器当有中子照射时，中子转换层中的10B或6Li与中子发生核反应，释放出α粒子，α粒子穿过PIN微结构时产生电子空穴对，在AlGaAs/GaAs的内建电场和外加偏压产生的电场作用下，由于在P层、I层和N层中均有电场，因而在这三层中产生的电子空穴对都能得到有效分离，从而提高载流子的电荷收集效率和探测器的探测效率。
有益效果：
1)本发明制备的中子探测器采用微结构，能够增大中子转换材料与半导体材料的接触面积，从而大幅度提高半导体中子探测器的热中子探测效率；
2)本发明制备的中子探测器采用变掺杂变组分AlGaAs/GaAs结构，从而使得在P区和N区内部产生内建电场，内建电场将驱动产生的电子、空穴分别向两端定向运动，有效增加收集效率，从而提高中子探测器的灵敏度及探测效率，且工作时可降低反偏电压的大小，甚至可在零偏压下工作，进而减小中子探测器的漏电流。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例中的n型GaAs衬底层结构示意图。
图2为本发明的较佳实施例中的外延生长变掺杂变组分n型AlGaAs N层结构示意图。
图3为本发明的较佳实施例中的外延生长本征GaAs I层结构示意图。
图4为本发明的较佳实施例中的外延生长变掺杂变组分p型AlGaAs P层结构示意图。
图5为本发明的较佳实施例中的外延生长p型GaAs欧姆接触帽层结构示意图。
图6为本发明的较佳实施例中的沉积SiO2钝化层结构示意图。
图7为本发明的较佳实施例中的旋涂有负性光刻胶层结构示意图。
图8为本发明的较佳实施例中的中子探测器光刻一次掩模图像结构示意图。
图9为本发明的较佳实施例中的蚀掉已曝光部分的SiO2钝化层结构示意图。
图10为本发明的较佳实施例中的刻蚀外延层后结构示意图。
图11为本发明的较佳实施例中的去除负性光刻胶层后结构示意图。
图12为本发明的较佳实施例中的去除SiO2钝化层后结构示意图。
图13为本发明的较佳实施例中的中子探测器光刻二次掩模图像结构示意图。
图14为本发明的较佳实施例中的沉积p型电极层结构示意图。
图15为本发明的较佳实施例中的剥离正性光刻胶层结构示意图。
图16为本发明的较佳实施例中的沉积n型电极层结构示意图。
图17为本发明的较佳实施例中的填充中子转换层结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例1
一种具有PIN沟槽结构的AlGaAs/GaAs中子探测器制备方法，具体步骤如下：
如图1所示，首先，准备n型掺杂浓度为1×1018cm-3的GaAs衬底基材作为GaAs衬底层1，衬底要求均匀性好，位错密度低于103cm-2；
如图2所示，在GaAs衬底层1上采用金属有机物化学气相沉积技术外延生长厚度为6μm、n型掺杂浓度从1×1018cm-3按指数递减至1×1016cm-3、Al组分含量从0.4线性下降至0的AlGaAs层为PIN结构中的N层2；
如图3所示，在变掺杂变组分n型AlGaAs N层2上生长厚度为2μm的本征GaAs作为I层3；
如图4所示，在本征GaAs I层3上再生长厚度为10μm、p型掺杂浓度从1×1016cm-3按指数递增至5×1018cm-3、Al组分含量从0线性上升至0.4的变带隙AlGaAs层为PIN结构中的P层4；
如图5所示，在变掺杂变组分p型AlGaAs P层4上生长一层厚度为100nm、掺杂浓度为5×1018cm-3的GaAs层作为p型GaAs欧姆接触帽层5；
如图6所示，利用等离子体增强化学气相沉积技术在p型GaAs欧姆接触帽层5上生长一层厚度为100nm的SiO2钝化层6；
如图7所示，利用匀胶机在SiO2钝化层6上旋涂一层厚度为1.5μm的RPN1150负性光刻胶层7，并将涂有负性光刻胶层7的样品材料放入烘烤机中，升温至100℃烘烤100s，冷却后取出放入光刻机曝光位置，选用沟槽结构图形的光刻板，在低真空状态下曝光12s，以曝光部分SiO2钝化层6，同时选用NMD-3显影液进行显影50s，清洗显影液，吹干形成含有如图8所示的中子探测器光刻一次掩模图像；
如图9所示，在获取的中子探测器光刻一次掩模图像上通过反应离子刻蚀技术刻蚀掉已曝光部分的SiO2钝化层6，再利用感应耦合等离子刻蚀技术依次刻蚀外延层以形成PIN沟槽结构，外延层包括p型GaAs欧姆接触帽层5、变掺杂变组分p型AlGaAs P层4、本征GaAs I层3及变掺杂变组分n型AlGaAs N层2，刻蚀结构参数为:刻蚀沟槽宽度为18μm，深度为18μm，沟槽相邻壁间距为18μm，刻蚀完后取出如图10所示；
如图11所示，再将PIN沟槽结构顶部含有负性光刻胶层7的材料采用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗3min，以去除负性光刻胶层7；
如图12所示，在去除负性光刻胶层7的基础上，将PIN沟槽结构顶部含有的SiO2钝化层6去除，采用BOE溶液在超声机中超声2min，再用去离子水在超声机中超声3min取出；
如图13所示，在去除PIN沟槽结构顶部含有的SiO2钝化层6基础上再进行套刻，利用匀胶机在p型GaAs欧姆接触帽层5上旋涂一层厚度为1.5μm的AZ5124正性光刻胶层8，并将涂有正性光刻胶层8的样品材料放入烘烤机中，升温至100℃烘烤100s，冷却后取出放入光刻机曝光位置，在低真空状态下曝光12s，并选用NMD-3显影液进行显影50s，吹干形成含有如图13所示的中子探测器光刻二次掩模图像；
如图14所示，通过电子束蒸发技术，在获得的中子探测器光刻二次掩模图像的图案正面上依次沉积Ti/Pt/Au作为欧姆接触金属，形成p型电极层9，其中Ti的厚度为50nm，Pt的厚度为50nm，Au的厚度为200nm；
如图15所示，加热并通过丙酮将正性光刻胶层8及其上面的金属进行剥离，得中子探测器中间体，加热温度为60℃，剥离20min，而后将中子探测器中间体依次放入乙醇、去离子水各超声清洗3min；
如图16所示，通过电子束蒸发技术，在获得的中子探测器中间体背面GaAs衬底层1上依次沉积AuGe/Ni/Au作为欧姆接触金属，形成n型电极层10，其中AuGe的厚度为100nm，Ni的厚度为35nm，Au的厚度为200nm；沉积金属后对欧姆接触进行退火处理，退火温度为400℃，退火时间为60s，得中子探测器转换体；
如图17所示，进行中子转换层填充，采用超声与离心相结合的填充法，称取0.1g6LiF粉末与8ml的无水乙醇倒入烧杯中，而后将烧杯放入超声波清洗机中超声5min以分散颗粒形成6LiF胶体悬浮液，接着将制作好的中子探测器转换体固定于离心管底部，并在离心管中注满超声处理后的6LiF胶体悬浮液，最后通过离心机高速旋转将纳米颗粒粉末填充至中子探测器转换体的微沟槽中，其中，离心机转速为4000r/min，时间为2min，得具有PIN沟槽结构的AlGaAs/GaAs中子探测器。
实施例2
一种PIN柱状结构AlGaAs/GaAs中子探测器制备方法，具体步骤如下：
如图1所示，首先，准备n型掺杂浓度为1×1018cm-3的GaAs衬底基材作为GaAs衬底层1，衬底要求均匀性好，位错密度低于103cm-2；
如图2所示，在GaAs衬底层1上采用金属有机物化学气相沉积技术外延生长厚度为8μm、n型掺杂浓度从1×1018cm-3按指数递减至1×1016cm-3、Al组分含量从0.4线性下降至0的AlGaAs层为PIN结构中的N层2；
如图3所示，在变掺杂变组分n型AlGaAs N层2上生长厚度为3μm的本征GaAs作为I层3；
如图4所示，在本征GaAs I层3上生长厚度为14μm、p型掺杂浓度从1×1016cm-3按指数递增至5×1018cm-3、Al组分含量从0线性上升至0.4的变带隙AlGaAs层为PIN结构中的P层4；
如图5所示，在变掺杂变组分p型AlGaAs P层4上生长一层厚度为100nm、掺杂浓度为5×1018cm-3的GaAs层作为p型GaAs欧姆接触帽层5；
如图6所示，利用等离子体增强化学气相沉积技术在p型GaAs欧姆接触帽层5上生长一层厚度为100nm的SiO2钝化层6；
如图7所示，利用匀胶机在SiO2钝化层6上旋涂一层厚度为1.5μm的RPN1150负性光刻胶层7，并将涂有负性光刻胶层7的样品材料放入烘烤机中，升温至100℃烘烤100s，冷却后取出放入光刻机曝光位置，选用柱形结构图形的光刻板，在低真空状态下曝光12s，以曝光部分SiO2钝化层6，同时选用NMD-3显影液进行显影50s，清洗显影液，吹干形成含有如图8所示的中子探测器光刻一次掩模图像；
如图9所示，在获取的中子探测器光刻一次掩模图像上通过反应离子刻蚀技术刻蚀掉已曝光部分的SiO2钝化层6，再利用感应耦合等离子刻蚀技术依次刻蚀p型GaAs欧姆接触帽层5、变掺杂变组分p型AlGaAs P层4、本征GaAs I层3及变掺杂变组分n型AlGaAs N层2以形成PIN柱状结构，刻蚀结构参数为:柱的直径为20μm，高度为25μm，柱相邻壁间距为20μm，刻蚀完后取出如图10；
如图11所示，再将PIN柱状结构顶部含有负性光刻胶层7的材料采用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗3min，以去除负性光刻胶层7；
如图12所示，在去除负性光刻胶层7的基础上，将PIN柱状结构顶部含有的SiO2钝化层6去除，采用BOE溶液在超声机中超声2min，再用去离子水在超声机中超声3min取出；
如图13所示，在去除PIN柱状结构顶部含有的SiO2钝化层6基础上再进行套刻，利用匀胶机在p型GaAs欧姆接触帽层5上旋涂一层厚度为1.5μm的AZ5124正性光刻胶层8，并将涂有正性光刻胶层8的样品材料放入烘烤机中，升温至100℃烘烤100s，冷却后取出放入光刻机曝光位置，在低真空状态下曝光12s，并选用NMD-3显影液进行显影50s，吹干形成含有如图13所示的中子探测器光刻二次掩模图像；
如图14所示，通过电子束蒸发技术，在获得的中子探测器光刻二次掩模图像的图案正面上依次沉积Ti/Pt/Au作为欧姆接触金属，形成p型电极层9，其中Ti的厚度为50nm，Pt的厚度为50nm，Au的厚度为200nm；
如图15所示，加热并通过丙酮将正性光刻胶层8及其上面的金属进行剥离，得中子探测器中间体，加热温度为60℃，剥离20min；
将如图16所示，通过电子束蒸发技术，在获得的中子探测器中间体背面GaAs衬底层1上依次沉积AuGe/Ni/Au作为欧姆接触金属，形成n型电极层10，其中AuGe的厚度为100nm，Ni的厚度为35nm，Au的厚度为200nm；沉积金属后对欧姆接触进行退火处理，退火温度为400℃，退火时间为60s，得中子探测器转换柱体；
如图17所示，进行中子转换层的填充，采用超声与离心相结合的填充法，首先称取0.1g 6LiF粉末与8ml的无水乙醇倒入烧杯中，而后将烧杯放入超声波清洗机中超声5min以分散颗粒形成6LiF胶体悬浮液，接着将制作好的得中子探测器转换体固定于离心管底部，并在离心管中注满超声处理后的6LiF胶体悬浮液，最后通过离心机高速旋转将纳米颗粒粉末填充至中子探测器转换柱体的柱结构中，其中，离心机转速为4000r/min，时间为2min，得具有PIN柱状结构的AlGaAs/GaAs中子探测器。
实施例3
一种具有PIN孔型结构AlGaAs/GaAs中子探测器制备方法，具体步骤如下：
如图1所示，首先，准备n型掺杂浓度为1×1018cm-3的GaAs衬底基材作为GaAs衬底层1，衬底要求均匀性好，位错密度低于103cm-2；
如图2所示，在GaAs衬底层1上采用金属有机物化学气相沉积技术外延生长厚度为3μm、n型掺杂浓度从1×1018cm-3按指数递减至1×1016cm-3、Al组分含量从0.4线性下降至0的AlGaAs层为PIN结构中的N层2；
如图3所示，在变掺杂变组分n型AlGaAs N层2上生长厚度为1μm的GaAs作为I层3；
如图4所示，在本征GaAs I层3上再生长厚度为5μm、p型掺杂浓度从1×1016cm-3按指数递增至5×1018cm-3、Al组分含量从0线性上升至0.4的变带隙AlGaAs层为PIN结构中的P层4；
如图5所示，在变掺杂变组分p型AlGaAs P层4上生长一层厚度为100nm、掺杂浓度为5×1018cm-3的GaAs层作为p型GaAs欧姆接触帽层5；
如图6所示，利用等离子体增强化学气相沉积技术在p型GaAs欧姆接触帽层5上生长一层厚度为100nm的SiO2钝化层6，设定反应室气压2000mTorr，并通入SiH4、N2O和N2气体，流量分别为4SCCM、710SCCM和180SCCM，衬底温度350℃；
如图7所示，利用匀胶机在SiO2钝化层6上旋涂一层厚度为1.5μm的RPN1150负性光刻胶层7，并将涂有负性光刻胶层7的样品材料放入烘烤机中，升温至100℃烘烤100s，冷却后取出放入光刻机曝光位置，选用孔型结构图形的光刻板在低真空状态下曝光12s，以曝光部分SiO2钝化层6，同时选用NMD-3显影液进行显影50s，清洗显影液，吹干形成含有如图8所示的中子探测器光刻一次掩模图像；
如图9所示，在获取的中子探测器光刻一次掩模图像上通过反应离子刻蚀技术刻蚀掉已曝光部分的SiO2钝化层6，再利用感应耦合等离子刻蚀技术依次刻蚀p型GaAs欧姆接触帽层5、变掺杂变组分p型AlGaAs P层4、本征GaAs I层3及变掺杂变组分n型AlGaAs N层2以形成PIN孔型结构，刻蚀结构参数为：孔直径15μm，孔深9μm，孔相邻壁间距为15μm，刻蚀完后取出如图10；
如图11所示，再将PIN孔型结构顶部含有负性光刻胶层7的材料采用丙酮、异丙醇、去离子水各超声清洗3min，以去除负性光刻胶层7；
如图12所示，在去除负性光刻胶层7的基础上，将PIN孔型结构顶部含有的SiO2钝化层6去除，采用BOE溶液在超声机中超声2min，再用去离子水在超声机中超声3min取出；
如图13所示，在去除PIN孔型结构顶部含有的SiO2钝化层6基础上再进行套刻，利用匀胶机在p型GaAs欧姆接触帽层5上旋涂一层厚度为1.5μm的AZ5124正性光刻胶层8，并将涂有正性光刻胶层8的样品材料放入烘烤机中，升温至100℃烘烤100s，冷却后取出放入光刻机曝光位置，在低真空状态下曝光12s，并选用NMD-3显影液进行显影50s，吹干形成含有如图13所示的中子探测器光刻二次掩模图像；
如图14所示，通过电子束蒸发技术，在获得的中子探测器光刻二次掩模图像的图案正面上依次沉积Ti/Pt/Au作为欧姆接触金属，形成p型电极层9，其中Ti的厚度为50nm，Pt的厚度为50nm，Au的厚度为200nm；
如图15所示，加热并通过丙酮将正性光刻胶层8及其上面的金属进行剥离，得中子探测器中间体，加热温度为60℃，剥离20min；
将如图16所示，通过电子束蒸发技术，在获得的中子探测器中间体背面GaAs衬底层1上依次沉积AuGe/Ni/Au作为欧姆接触金属，形成n型电极层10，其中，AuGe的厚度为100nm，Ni的厚度为35nm，Au的厚度为200nm；沉积金属后对欧姆接触进行退火处理，退火温度为400℃，退火时间为60s，得中子探测器转换孔体；
如图17所示，进行中子转换层的填充，采用超声与离心相结合的填充法，首先称取0.1g 10B4C粉末与8ml的无水乙醇倒入烧杯中，而后将烧杯放入超声波清洗机中超声5min以分散颗粒形成6LiF胶体悬浮液，接着将制作好的中子探测器转换孔体固定于离心管底部，并在离心管中注满超声处理后的6LiF胶体悬浮液，最后通过离心机高速旋转将纳米颗粒粉末填充至中子探测器转换孔体的圆孔中，其中，离心机转速为4000r/min，时间为2min，得具有PIN孔型结构AlGaAs/GaAs中子探测器。

Claims (10)

1.一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器，其特征在于，以n型GaAs作为衬底层，在GaAs衬底层上依次生长变掺杂变组分n型AlGaAs N层、本征GaAs I层、变掺杂变组分p型AlGaAs P层及p型GaAs欧姆接触帽层；再在p型GaAs欧姆接触帽层上沉积SiO2钝化层，而后在变掺杂变组分n型AlGaAs N层、本征GaAs I层、变掺杂变组分p型AlGaAs P层和p型GaAs欧姆接触帽层中利用干法刻蚀以形成微结构；再在经过套刻后的p型GaAs欧姆接触帽层上形成p型电极层、GaAs衬底层上形成n型电极层；最后利用超声、低压冷凝与离心在微结构内填充中子转换材料形成中子转换层。
2.根据权利要求1所述的一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器，其特征在于，所述刻蚀的微结构为沟槽结构、柱状结构或圆孔结构。
3.根据权利要求2所述的一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器，其特征在于，所述沟槽结构中沟槽宽度为5～30μm，沟槽相邻壁间距为5～30μm，沟槽深度为5～30μm；所述柱状结构中，圆柱直径为5～30μm，柱高为5～30μm，柱相邻壁间距为5～30μm；所述圆孔结构中，圆孔直径为5～30μm，孔深为5～30μm，孔相邻壁间距为5～30μm。
4.根据权利要求1所述的一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器，其特征在于，所述p型电极层采用Ti/Pt/Au作为欧姆接触金属，其中，Ti的厚度为40～60nm，Pt的厚度为40～60nm，Au的厚度为180～220nm。
5.根据权利要求1所述的一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器，其特征在于，所述n型电极层采用AuGe/Ni/Au作为欧姆接触金属，其中，AuGe的厚度为80～120nm，Ni的厚度为20～40nm，Au的厚度为180～220nm。
6.根据权利要求1所述的一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器，其特征在于，所述中子转换层中的中子转换材料为10B4C或6LiF。
7.一种如权利要求1所述的一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
首先，准备n型掺杂的GaAs衬底基材作为GaAs衬底层；
在GaAs衬底层上采用金属有机物化学气相沉积技术外延生长变掺杂变组分n型AlGaAsN层；
在变掺杂变组分n型AlGaAs N层上生长本征GaAs I层；
在本征GaAs I层上再生长变掺杂变组分p型AlGaAs P层；
在变掺杂变组分p型AlGaAs P层上生长p型GaAs欧姆接触帽层；
利用等离子体增强化学气相沉积技术在p型GaAs欧姆接触帽层上生长SiO2钝化层；
利用匀胶机在SiO2钝化层上旋涂一层负性光刻胶层，并将涂有负性光刻胶层的样品材料放入烘烤机中升温烘烤、冷却后取出放入光刻机曝光位置，而后选用微结构图形的光刻板，在低真空状态下曝光，以曝光部分SiO2钝化层，同时选用NMD-3显影液进行显影，清洗显影液，吹干形成中子探测器光刻一次掩模图像；
在获取的中子探测器光刻一次掩模图像上通过反应离子刻蚀技术刻蚀掉已曝光部分的SiO2钝化层，再利用感应耦合等离子刻蚀技术依次刻蚀外延层包括p型GaAs欧姆接触帽层、变掺杂变组分p型AlGaAs P层、本征GaAs I层及变掺杂变组分n型AlGaAs N层以形成PIN微结构；
去除PIN微结构顶部含有的负性光刻胶层；
在去除负性光刻胶层的基础上，将PIN微结构顶部含有的SiO2钝化层去除；
在去除PIN微结构顶部含有的SiO2钝化层基础上再进行套刻，利用匀胶机在p型GaAs欧姆接触帽层上旋涂一层正性光刻胶层，并将涂有正性光刻胶层的样品材料放入烘烤机中升温烘烤、冷却后取出放入光刻机曝光位置，在低真空状态下曝光，并选用NMD-3显影液进行显影，吹干形成中子探测器光刻二次掩模图像；
通过电子束蒸发技术，在获得的中子探测器光刻二次掩模图像的图案正面上依次沉积Ti/Pt/Au作为欧姆接触金属，形成p型电极层；
加热并通过丙酮将正性光刻胶层及其上面的金属进行剥离，得中子探测器中间体；
通过电子束蒸发技术，在获得的中子探测器中间体背面GaAs衬底层上依次沉积AuGe/Ni/Au作为欧姆接触金属，形成n型电极层；沉积金属后对欧姆接触进行退火处理，得中子探测器转换体；
最后进行中子转换层填充，采用超声、低压冷凝与离心相结合的填充法，在微结构内填充中子转换材料形成中子转换层，得具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器。
8.根据权利要求7所述的一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器的制备方法，其特征在于，所述微结构图形的光刻板包括沟槽结构图形的光刻板、柱形结构图形的光刻板及孔型结构图形的光刻板。
9.根据权利要求7所述的一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器的制备方法，其特征在于，所述退火处理中，退火温度为350～450℃，退火时间为50～70s。
10.根据权利要求7所述的一种具有PIN微结构的AlGaAs/GaAs中子探测器的制备方法，其特征在于，所述中子转换层填充具体流程如下：
采用低压冷凝产生6LiF或10B4C纳米颗粒，而后将置有6LiF或10B4C纳米颗粒、无水乙醇的烧杯放入超声波清洗机中超声以分散纳米颗粒形成6LiF或10B4C胶体悬浮液，接着将制作好的中子探测器转换体固定于离心管底部，并在离心管中注满经超声处理后的6LiF或10B4C胶体悬浮液，最后通过离心机高速旋转将6LiF或10B4C胶体悬浮液填充至中子探测器转换体中。
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