成果发布 | 一种高性能垂直GaN基α粒子探测器及其制备方法

半导体核辐射探测、α粒子探测

1. 痛点问题

α粒子探测技术广泛应用于核辐射探测、核医学、核安全监测和环境辐射检测等领域。随着应用环境的日益复杂化，尤其在强辐射和高温等极端条件下，传统的硅基探测器暴露出抗辐射能力差、不耐高温等问题，难以满足当前和未来在严苛环境下的应用需求。

氮化镓（GaN）材料因其宽禁带宽度、高击穿电场、优异的抗辐射能力和良好的热稳定性，逐渐成为新一代高性能α粒子探测器材料的理想选择。然而，现有的GaN基α粒子探测器存在以下问题：入射α粒子能量的电荷转化效率较低，以及GaN结构中的电荷分离效率不足，进而导致电荷复合率升高，降低了电荷收集效率。

2. 解决方案

首先，通过优化GaN材料的多层结构设计，提高入射α粒子的能量沉积效率和电子-空穴对的产生效率。其次，通过设计超薄肖特基接触电极，减少入射α粒子在电极层中的能量损失，提高能量转化效率和探测效率。最后，通过设计保护环结构，抑制边缘电场效应，降低漏电流，从而进一步提升探测器的稳定性和能量分辨率。

3. 竞争优势分析

本成果技术能够有效地降低探测器的漏电流，并提升入射α粒子的能量沉积效率和电子-空穴对的产生效率，实现高性能的α粒子探测器。

4. 市场应用前景

本成果技术的GaN基α粒子探测器在能量转化效率、漏电流控制和稳定性等方面具有显著优势，使其在核辐射监测等领域展现出广泛的应用前景。与传统硅基探测器相比，该技术在强辐射和高温等极端环境中表现更为优越，能够满足日益增长的高性能探测需求。随着核能、高能物理、深空探测等领域对高性能探测器需求的增长，基于该技术的探测器将在未来的相关应用领域中占据重要市场份额。

5. 发展规划

本成果技术拟采用许可或转让等方式进行成果转化。

6. 知识产权情况

已获得一项发明专利。

本成果技术拟采用许可或转让等方式进行成果转化，可以开展多种合作模式。

本项目团队主要从事中微子物理探测实验及基础理论研究，探索从微观粒子到宏观宇宙的基本性质，是BES、Daya Bay、ILC、LHCb、SuperK和STAR等大型国际合作实验的重要成员。在锦屏地下实验室开展锦屏中微子实验，探索粒子物理最前沿问题。在Physics Review Letter、Physics Review等国际重要期刊发表SCI论文60多篇。共申请发明专利多项，已经成功实现多项成果应用。