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！
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】核輻射探測器的發(fā)展是核技術(shù)進(jìn)展的標(biāo)志之一，一個(gè)國家核輻射探測器的研制與制作水平，也是該國核技術(shù)水平高低的重要標(biāo)志之一。核輻射探測器的發(fā)展與核探測技術(shù)的發(fā)展同步，經(jīng)歷了由計(jì)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(dǎo)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(yīng)用場景中具有廣闊的應(yīng)用前景。但是半導(dǎo)體探測器信號(hào)微弱，需要與前置放大器等前端電子學(xué)電路緊密連接才能達(dá)到較好的測量效果，而傳統(tǒng)硅(Si)半導(dǎo)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(xué)院合肥物質(zhì)院核能安全所科研人員提出了采用寬禁帶半導(dǎo)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(jié)型場效應(yīng)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(jí)晶體管對(duì)系統(tǒng)噪聲的貢獻(xiàn)，總結(jié)了溫度變化對(duì)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(xué)特性和輸出噪聲，闡釋了性能變化規(guī)律和物理機(jī)制。
研究結(jié)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(shí)始終比相同結(jié)構(gòu)Si-JFET具有更小的噪聲；當(dāng)連接SiC探測器時(shí)，采用SiC-JFET的探測系統(tǒng)在溫度超過324 K或成形時(shí)間大于3.5μs時(shí)具有更低的噪聲。
除此之外，SiC半導(dǎo)體在制造耐高溫低噪聲前端核電子學(xué)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(jìn)一步推動(dòng)耐高溫核探測與核電子學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
目前，研究成果發(fā)表在核科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域國際權(quán)威期刊 IEEE Transactions on Nuclear Science 上。
(資料參考來源：合肥物質(zhì)科學(xué)研究院)
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