Speaker
锐 张
(中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所)
Description
碳化硅（SiC）探测器具有耐高温、抗辐照、快响应、低噪声的优势，但是与之匹配的传统前端电子学对温度敏感，二者之间的长线缆会导致噪声增大，限制了SiC探测器在高温下的性能发挥。本研究提出采用SiC结型场效应管（JFET）作为电荷灵敏前置放大器的输入级晶体管，提高前置放大器的耐高温和低噪声性能。本研究使用了半导体器件仿真研究了SiC-JFET在高温下的输出电学特性和噪声水平，开展了实验制备和性能测试分析。仿真结果表明，相比于Si-JFET，SiC-JFET具有更好的高温稳定性和较宽的工作温度范围。在25~250℃温度范围内，SiC-JFET的跨导变化小于31%。在成形时间0.1~10 μs和25~400℃范围内，SiC-JFET相比于同结构Si-JFET始终具有较低噪声。匹配小面积SiC探测器时，使用SiC-JFET的探测系统在温度高于50℃时输出噪声更低。测试结果显示，自制SiC-JFET在室温下的夹断电压为5.4 V，饱和漏源极电流为0.78 mA，跨导为0.35 mS。SiC-JFET的跨导从室温至200℃范围内减小34%，饱和漏极电流减小36%，与仿真结果接近。栅极漏电流密度在200℃下仅比室温下增大1.3倍，说明SiC-JFET在高温下噪声变化较小，但是漏电流密度高达1 mA·cm−2，还需进一步改进制备工艺。基于该研究思路，可以开发SiC-JFET和SiC探测器紧密耦合封装的耐高温辐射探测器，该研究也为开发耐高温核电子学及探测系统作出了有益探索。
