本发明属于辐射探测，具体涉及一种6lif中子转换层的最优厚度的确定方法及基于sic/gan核辐射传感器的中子转换层的制备方法。
背景技术：
1、近年来，随着核技术应用领域的快速发展，对应用于极端复杂环境(空间环境及核反应堆堆芯等强辐照、复杂温度环境)下长时间稳定工作的辐射探测器的需求愈发迫切。半导体探测器具有能量分辨率高，探测效率高，体积小，响应时间快等优点，是其他探测器所无法比拟的，其原理是将半导体材料作为探测介质，入射射线在半导体介质中产生电离效应形成电子-空穴对，利用外电场作用使电子空穴对作漂移运动而在输出回路上产生输出信号来完成射线探测工作。但是传统的硅、锗半导体探测器只能在常温或低温下保存和工作，无法在高温、强辐射场等恶劣环境下工作。
2、而sic/gan半导体材料是21世纪发展起来的一种新型半导体材料，因其特有的大禁带宽度、高临界击穿场强、强热稳定性、高电子迁移率、高热导率、抗辐照性能优越等特性，是取代传统的基于硅、锗、碲化镉和碲锌镉的辐射探测器的合适选择，同时，也被认为是制作高温、高频、大功率和抗辐照器件极具潜力的宽带隙半导体材料，在α粒子、x射线、γ射线、中子探测方面取得了良好的探测结果。其中半导体探测器表面的6lif镀层厚度对探测效率与能量分辨率有重要影响。
技术实现思路
1、有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种6lif中子转换层的最优厚度的确定方法及基于sic/gan核辐射传感器的中子转换层的制备方法，能够获得最优的6lif中子转换层参数，从而提升sic/gan核辐射传感器的中子转换层制备效率，最终提升传感器的探测效率。
2、为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
3、本发明的一个目的是提供一种sic/gan核辐射传感器的中子转换层的制备方法，包括如下步骤：
4、步骤1：获取6lif中子转换层的厚度与6lif热中子本征探测效率的曲线关系图，定义曲线关系图中热中子本征探测效率最高时所对应的6lif中子转换层的厚度为初始最优厚度；
5、步骤2：根据步骤1得到的初始最优厚度计算并获取次级α、t粒子能谱图，根据次级α、t粒子能谱图确定是否引入空气层；若是，进行步骤3；若否，进行步骤4；
6、步骤3：引入空气层并计算α与t的甄别阈，以确定最优空气层厚度；
7、步骤4：根据步骤1和/或步骤3中分别确定的6lif中子转换层的初始最优厚度及最优空气层厚度，探究不同中子源项设置下6lif热中子本征探测效率的变化关系，以对6lif中子转换层的初始最优厚度进行验证，以确认所述6lif中子转换层的初始最优厚度为最优厚度，若所述6lif中子转换层的初始最优厚度不是最优厚度，则重新进行步骤1至步骤4，直至确认所述6lif中子转换层的初始最优厚度为最优厚度。
8、具体地，由于中子不带电，穿越半导体的过程中不会发生电离作用。因此，选择能易与某些核发生核反应产生带电粒子的中子，记录下带电粒子引起的电离激发现象，即可探测中子。这种方法主要用于慢中子探测，应用最多的固定转换层核素是6li核素，它们的核反应方式如下：
9、n 6li→α 3t 4.786mev σ0＝940±4b；
10、从上式可知，采用6li探测中子时，反应能较大，易于甄别掉γ本底，同时有较高的反应截面，中子探测效率较高。中子的探测是通过测量6li(n，t)α核反应的次级α与t带电粒子来实现的，半导体中沉积的能量是mev量级。然而，次级α粒子属于重带电粒子，在6lif穿行过程中存在能量耗尽、不能到达半导体的现象。因此，常通过设置适当的甄别阈以完成对次级t带电粒子的统计。
11、半导体探测器表面的6lif镀层厚度对探测效率与能量分辨率有影响，当6lif较薄时，由于自吸收的影响较小，故能量分辨率较高，这有利于提高中子能谱测量的下限，但是较薄的6lif会使探测效率降低；在高能段中子能谱测量时，由于反应截面较低，统计计数较少是该能段测量的主要问题，当采用较厚的6lif中子转换层时，有利于提高探测效率，但是较厚的6lif又会牺牲能量分辨率。因此，首先通过计算获取不同6lif中子转换层厚度与6lif热中子本征探测效率之间的关系，在其关系图上找出6lif热中子本征探测效率的值最大时对应的6lif中子转换层厚度，可获得最优的6lif中子转换层参数，为后续的加工测试提供重要基础。
12、根据本发明的一些优选实施方面，所述步骤1中获取6lif中子转换层的厚度与6lif热中子本征探测效率的关系图的方法为：利用蒙特卡洛软件程序模拟得到6lif中子转换层的厚度与6lif热中子本征探测效率的模拟折线图后进行拟合得到6lif中子转换层的厚度与6lif热中子本征探测效率的曲线关系图。本发明的一些优选实施例中，蒙特卡洛软件包括mcnp6、geant4等。
13、根据本发明的一些优选实施方面，利用蒙特卡洛软件程序进行模拟时，输入到蒙特卡洛软件程序中的所述6lif中子转换层的厚度范围与负载所述6lif中子转换层的基底的厚度为同一数量级。
14、根据本发明的一些优选实施方面，所述步骤2中，当次级α粒子能谱图与次级t粒子能谱图部分重叠时，需要引入空气层。由于自吸收研制导致α粒子与t粒子的能谱叠层在一起，这不利中子能谱测量工作的开展，因此，可以利用次级α、t粒子在空气中具有不同的能量衰减系数考虑在6lif中子转换层与探测器间引入空气层，从而将次级α、t粒子的能谱分开。根据srim软件，2.73mev的t粒子与2.06mev的α粒子在空气中的射程分别为67mm和12mm。当空气层厚度增加时，粒子将失去更多的能量，同时α、t粒子的能谱将分离地更好。此外，以较大角度出射的t粒子将无法到达半导体探测器上，t粒子能谱的低能拖尾也可以得到去除，此时，次级α、t粒子能谱的甄别阈更加容易确定。
15、根据本发明的一些优选实施方面，所述步骤3中确定最优空气层厚度的方法为：利用蒙特卡洛软件程序模拟获取不同的空气层厚度情况下的次级α粒子、t粒子能谱图，并获取空气层厚度与6lif热中子本征探测效率的模拟折线图后进行拟合得到空气层厚度与6lif热中子本征探测效率的曲线关系图；当次级α粒子、t粒子能谱图之间不重叠且6lif热中子本征探测效率最高时所对应的空气层厚度为最优空气层厚度。
16、根据本发明的一些优选实施方面，所述空气层厚度范围为0～5mm。
17、根据本发明的一些优选实施方面，所述步骤4的方法为：当所述步骤2中确定需要引入空气层时，根据步骤1和步骤3中分别确定的6lif中子转换层的初始最优厚度及最优空气层厚度，探究不同中子源项设置下6lif热中子本征探测效率的变化关系，以对6lif中子转换层的初始最优厚度进行验证。
18、根据本发明的一些优选实施方面，所述探究不同中子源项设置下6lif热中子本征探测效率的变化关系的方法为：获取6lif中子转换层的厚度以及α、t甄别阈对6lif热中子本征探测效率的关系图，以及当6lif中子转换层的厚度为所述步骤1确定的初始最优厚度时，6lif热中子本征探测效率与α、t甄别阈的关系图。
19、根据本发明的一些优选实施方面，所述不同中子源项设置包括中子入射方向平行于所述6lif中子转换层的中子源、中子入射方向垂直于所述6lif中子转换层以及与所述6lif中子转换层各项同性的中子源。由于6lif中子转换层为薄膜结构，不同的中子入射方向将会对6lif热中子本征探测效率产生影响。在mcnp6等蒙特卡洛软件程序中，设置具有不同的中子出射方向的源项，不同源项设置下得到的6lif热中子本征探测效率结果将会为实际情况下测量的结果提供重要的理论依据。
20、根据本发明的一些优选实施方面，负载所述6lif中子转换层的基底为sic/gan芯片。
21、本发明的另一个目的是提供一种基于sic/gan核辐射传感器的中子转换层的制备方法，所述中子转换层为6lif中子转换层，所述制备方法的步骤包括，根据上述的6lif中子转换层的最优厚度的确定方法得到的6lif中子转换层的最优厚度。具体地，当确定了6lif中子转换层的最优厚度以及最优空气层厚度后，采用电子束蒸发真空镀膜技术制备6lif镀层。与热蒸发技术相比，电子束蒸发镀膜束率可控、基底可加热、工件可旋转，因此，电子束蒸发比热蒸发镀6lif薄膜的质量更高；与磁控溅射镀膜技术相比，电子束蒸发镀膜束率调节范围更宽高束率的优点特别适合于镀厚的6lif薄膜，并且电子束蒸发可以用粉末或块体，不像磁控溅射必须要制备特定直径的样品靶材。通过电子束蒸发真空镀膜的技术使得制备的6lif镀层稳定性更好，质量更高，探测器探测效率与能量分辨率也能有效提升。
22、进一步地，电子枪灯丝通电加热到2500～3000℃，使6lif材料加热熔化，然后逐渐蒸发到金属表面。
23、进一步地，采用inficon sqc-310型石英晶体膜厚测量仪实时监测成膜厚度。
24、进一步地，6lif镀膜设备采用的是四源电子枪蒸发镀膜机，其主要由真空室、真空系统、复合真空计、小型电子束蒸发源与电子枪电源、高频开关型电子枪高压电源、温度控制器、膜厚监测器、水冷系统、电脑以及相关软件组成。
25、由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本发明的有益之处在于：本发明的6lif中子转换层的最优厚度的确定方法及基于sic/gan核辐射传感器的中子转换层的制备方法，通过事先获取6lif中子转换层的厚度与6lif热中子本征探测效率的关系，计算获得次级α、t粒子能谱以及α与t的甄别阈，充分考虑了传感器的影响因素，可获得最优的6lif中子转换层参数，为后续的加工测试提供重要基础，从而提升sic/gan核辐射传感器的中子转换层制备效率，最终提升传感器的探测效率。