王飞鹏 洪 兵 李桃生 沈水法,3 蒋洁琼 陈思泽

1（中国科学院合肥物质科学研究院 合肥230031）

2（中国科学技术大学 合肥230027）

3（福建工程学院电子电气与物理学院 福州350118）

基于4H-SiC材料的快中子探测器位移阈能大、禁带宽度宽、饱和电子漂移速度高，具有抗辐照、耐高温、响应速度快等优点［1-2］，可以克服半导体探测器不耐高温和不耐辐照的技术难题，在聚变中子诊断、堆芯功率监测、脉冲中子油/气测井、外太空试验等高温强辐射环境中进行中子测量时，有着很好的应用前景［2-5］。目前，国内外的研究主要集中于4H-SiC肖特基势垒二极管在高温、中子/γ及电子强辐照前后，电学性能及α粒子探测性能研究［3，6-8］，同时开展了在常温下通过增加转换层（LiF、LiH、BF3等）进行中子探测的探索［9-10］，使用4H-SiC探测器测量快中子产额的实验研究仍需进一步深入。本文利用强流氘氚聚变中子发生器（High Intensity Deuterium-Tritium Fusion Neutron Generator，HINEG）［11］产生的单能14.1 MeV氘氚聚变中子测试4H-SiC探测器的性能，得到了探测器对14.1 MeV中子的注量响应。

1 探测原理

基于4H-SiC材料制作的肖特基二极管结构如图1所示，其中外延层厚度为30μm，外延层上沉积100 nm的Ni形成肖特基接触，在350μm厚的4HSiC基底上蒸镀100 nm的Ni形成欧姆接触［12］。灵敏区规格为5 mm×5 mm，如图1所示，探测器封装后使用。

图1 4H-SiC快中子探测器结构示意图及实物图Fig.1 Schematic diagram and physical map of 4H-SiC fast neutron detector

中子与28Si和12C原子核发生反应，通过收集测量核反应产生的带电粒子，实现中子测量。14.1 MeV氘氚聚变中子与4H-SiC探测器发生的核反应如表1所示［12-14］。

表1 14.1 MeV中子与C、Si发生的主要核反应Table 1 Main reactions between 14.1 MeV neutrons and C,Si

对于14.1 MeV快中子，12C（n，α0）9Be反应的阈值为6.419 6 MeV，产生的带电粒子总动能更是高达8.4 MeV，如果该特征峰在脉冲幅度谱上能很好地分离，利用该特征峰实现14.1 MeV中子计数测量将具有理论可行性。……