【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种辐射探测器，具体涉及一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器及其制备方法。
技术介绍
1、闪烁探测器作为一种常见的核辐射探测装置，具有较高的探测灵敏度和探测效率，其可以通过调整光电转换器件的增益实现较大范围的灵敏度调节，可以对高强度脉冲辐射场进行探测。
2、闪烁探测器内的闪烁体发光波长的长短不仅会影响后端的光电器件适配，也会影响整个系统的极限能量分辨率。其中近红外波段的光具有更强的穿透性，在传播过程中因外界物质吸收而引起的干扰较小，有利于提升极限能量分辨率，并有望实现长距离的光传输，在高精度能量测量以及射线探测成像方面具有显著的优势。
3、目前成熟的闪烁体发光波长大多集中在300-600nm之间，属于可见光波段，通过掺杂的方式向闪烁体材料禁带中引入中间能级，可以有效增大其发光波长，但是提升程度有限，无法达到红外波段。钙钛矿材料通过控制材料维度、尺寸以及调控成分的方式，也可以实现不同发光波长之间的转换，然而受限于材料本身性质，其发光效率较高的结构和成分的发光波长仍在可见光波段；因此，目前的闪烁探测器无法实现在各个波长范围内高效率的发光。
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有闪烁探测器无法在各个波长范围内实现高效发光的问题，而提出一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器及其制备方法。
2、本专利技术的设计思路为：通过选择合适带隙的半导体材料，实现在各个波长范围内的高效率发光，利用半导体材料进行核辐射的能量沉积并向电流信号转化，同时利用pn结构
3、为实现上述目的，本专利技术的技术解决方案为：
4、一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器，其特殊之处在于：复合闪烁辐射探测器包括高阻衬底和设置在高阻衬底上的发光二极管；
5、所述发光二极管包括p型区、n型区以及位于p型区和n型区之间的量子阱结构；
6、所述发光二极管的n型区与高阻衬底的一侧连接，高阻衬底的另一侧设置有金属材料电极，所述p型区远离量子阱结构的一侧上设置有透明材料电极。
7、进一步地，所述透明材料电极为氧化铟锡(ito)、3,4-乙烯二氧噻吩单体(pedot)、碳纳米管或石墨烯，其厚度为80nm-150nm；
8、所述金属材料电极为au、al或ag，其厚度为50nm-100nm。
9、进一步地，所述发光二极管通过分子束外延工艺逐层生长在高阻衬底上；
10、所述发光二极管的n型区和p型区采用的材料均为alxga1-xas，其中x的范围为0.1-0.3，通过调控alxga1-xas材料中al元素的比例，改变其带隙宽度，进而调整量子阱结构的发光波长；
11、所述n型区和p型区的厚度范围均为120nm-200nm。
12、进一步地，所述发光二极管的量子阱结构采用的材料为gaas；
13、所述量子阱结构厚度范围为5nm-12nm。
14、进一步地，所述n型区的alxga1-xas中掺杂有si元素，si元素的掺杂浓度范围为1×1018cm-3～3×1018cm-3。
15、进一步地，所述p型区的alxga1-xas中掺杂有be元素，be元素的掺杂浓度范围为1.5×1019cm-3～2.5×1019cm-3。
16、进一步地，所述高阻衬底为高阻砷化镓单晶材料，其晶面指数为100，高阻衬底的电阻率大于108ω·cm，高阻衬底的厚度为0.5mm-2mm。
17、同时，本专利技术还提出了上述输出红外光的复合闪烁辐射探测器的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
18、步骤一、采用真空高温除气的方式除去高阻衬底表面的杂质，然后对高阻衬底的表面作去氧化处理；
19、步骤二、在去氧化处理后的高阻衬底上依次制备发光二极管的n型区、量子阱结构和p型区；
20、步骤三、通过磁控溅射的方式在p型区远离量子阱结构的一侧上制备透明材料电极；
21、步骤四、通过磁控溅射的方式在高阻衬底的另一侧制备金属材料电极，得到复合闪烁体晶片；
22、步骤五、采用等离子刻蚀和激光分离的方式将复合闪烁体晶片分离，形成符合要求的复合闪烁辐射探测器。
23、进一步地，所述步骤一中的去氧化处理具体为：
24、将表面除去杂质的高阻衬底放置到分子束外延样品室中进行as气氛高温处理去除高阻衬底表面的氧化层。
25、进一步地，所述步骤二具体为：
26、在去氧化处理后的高阻衬底上采用分子束外延工艺依次逐层生长的方式，形成设定材料成分、厚度和掺杂浓度的n型区、量子阱结构和p型区的发光二极管
27、本专利技术的有益效果：
28、【1】本专利技术的复合闪烁辐射探测器采用高阻砷化镓单晶材料制备高阻衬底，发光二极管通过分子束外延工艺逐层生长在高阻衬底上形成输出红外光的复合闪烁辐射探测器，可以将辐射信号有效地转化为红外光信号，相较于传统探测器材料，其可以实现更高的转换效率，大大提高了对高强度脉冲辐射场的探测灵敏度和探测效率。
29、【2】本专利技术输出红外光的复合闪烁辐射探测器，通过调控量子阱结构中材料的组分，改变禁带宽度，可以有效控制探测器的发光波长，实现各个波长范围内高效率的发光，增大光传输距离。
30、【3】本专利技术复合闪烁辐射探测器可以将辐射信号转换为红外光，可以有效降低信号光在介质中的相互作用，有利于提升探测器探测系统的极限分辨率，降低光信号在光纤中的损耗，有利于实现远距离的光信号传输。
31、【4】本专利技术通过调整发光二极管内p型区、n型区以及量子阱结构的材料成分、厚度以及掺杂浓度，可以调控器件的发光波长，根据后端光学设计需求，提升整体的传输转化效率。
32、【5】本专利技术在发光二极管的p型区上设置透明材料电极，可以为器件施加电压的同时进行透光，高阻衬底上设置金属材料电极与透明电极配合在器件中形成均匀电场，有利于器件实现空间分辨探测。
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1.一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器，其特征在于：包括高阻衬底(5)和设置在高阻衬底(5)上的发光二极管；
2.根据权利要求1所述一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器，其特征在于：所述透明材料电极(1)为氧化铟锡、3,4-乙烯二氧噻吩单体、碳纳米管或石墨烯，其厚度为80nm-150nm；
3.根据权利要求2所述一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器，其特征在于：所述发光二极管通过分子束外延工艺逐层生长在高阻衬底(5)上；
4.根据权利要求3所述一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器，其特征在于：所述发光二极管的量子阱结构(3)采用的材料为GaAs；
5.根据权利要求4所述一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器，其特征在于：所述N型区(4)的AlxGa1-xAs中掺杂有Si元素，Si元素的掺杂浓度范围为1×1018cm-3～3×1018cm-3。
6.根据权利要求4或5任一所述一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器，其特征在于：所述P型区(2)的AlxGa1-xAs中掺杂有Be元素，Be元素的掺杂浓度范围为1.5×1019cm-3～2.5
7.根据权利要求6所述一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器，其特征在于：所述高阻衬底(5)为高阻砷化镓单晶材料，其晶面指数为100，高阻衬底的电阻率大于108Ω·cm，高阻衬底(5)的厚度为0.5mm-2mm。
8.一种权利要求1-7任一所述一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的去氧化处理具体为：
10.根据权利要求9所述一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤二具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器，其特征在于：包括高阻衬底(5)和设置在高阻衬底(5)上的发光二极管；
2.根据权利要求1所述一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器，其特征在于：所述透明材料电极(1)为氧化铟锡、3,4-乙烯二氧噻吩单体、碳纳米管或石墨烯，其厚度为80nm-150nm；
3.根据权利要求2所述一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器，其特征在于：所述发光二极管通过分子束外延工艺逐层生长在高阻衬底(5)上；
4.根据权利要求3所述一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器，其特征在于：所述发光二极管的量子阱结构(3)采用的材料为gaas；
5.根据权利要求4所述一种输出红外光的复合闪烁辐射探测器，其特征在于：所述n型区(4)的alxga1-xas中掺杂有si元素，si元素的掺杂浓度范围为1×1018cm-3～3×1018cm-3。
【专利技术属性】
技术研发人员：王方宝，陈亮，张斯龙，何世熠，欧阳晓平，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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