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解決耐高溫輻射探測系統(tǒng)的新型碳化硅基放大器件新方法！
2023年12月18日 14:38:17
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：10965
近期，中國科學院合肥物質院核能安全所科研人員在耐高溫核探測技術研究方面取得新進展，研究成果發(fā)表在核科學技術領域國際權威期刊 IEEE Transactions on Nuclear Science 上。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】核輻射探測器的發(fā)展是核技術進展的標志之一，一個國家核輻射探測器的研制與制作水平，也是該國核技術水平高低的重要標志之一。核輻射探測器的發(fā)展與核探測技術的發(fā)展同步，經(jīng)歷了由計數(shù)，測譜，到圖像顯示的發(fā)展歷程。近十幾年來，也陸續(xù)研制出多種新型核輻射探測器。
基于寬禁帶半導體的新型輻射探測器具有耐高溫、抗輻照、低噪聲的優(yōu)勢，在航空航天、聚變診斷、深地測井等應用場景中具有廣闊的應用前景。但是半導體探測器信號微弱，需要與前置放大器等前端電子學電路緊密連接才能達到較好的測量效果，而傳統(tǒng)硅(Si)半導體前置放大器難以耐受高溫環(huán)境，亟需研究開發(fā)新型耐高溫、低噪聲的前置放大器。
為了研究這一課題，中國科學院合肥物質院核能安全所科研人員提出了采用寬禁帶半導體碳化硅(SiC)制造前置放大器的解決方案。他們研究了碳化硅結型場效應管(SiC-JFET)在高溫下的放大性能和輸出噪聲變化；通過深入分析前置放大器輸入級晶體管對系統(tǒng)噪聲的貢獻，總結了溫度變化對噪聲的影響規(guī)律。還利用TCAD仿真方法比較了基于Si和SiC的JFET在不同溫度下的電學特性和輸出噪聲，闡釋了性能變化規(guī)律和物理機制。
研究結果顯示，相比于Si-JFET，SiC-JFET具有更好的溫度穩(wěn)定性和更寬的工作溫度范圍；由于具有極低的柵極漏電流，SiC-JFET在300 K-675 K下時始終比相同結構Si-JFET具有更小的噪聲；當連接SiC探測器時，采用SiC-JFET的探測系統(tǒng)在溫度超過324 K或成形時間大于3.5μs時具有更低的噪聲。
除此之外，SiC半導體在制造耐高溫低噪聲前端核電子學方面具備可行性和性能優(yōu)勢，該研究工作為開發(fā)耐高溫前置放大器和探測——放大一體化探測系統(tǒng)開辟了新思路，有助于進一步推動耐高溫核探測與核電子學技術的發(fā)展。
目前，研究成果發(fā)表在核科學技術領域國際權威期刊 IEEE Transactions on Nuclear Science 上。
(資料參考來源：合肥物質科學研究院)
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