1. 高纯锗探测器结构图
砷化镓(GaAs)和氮化镓材料是有源相控阵雷达电子器件的主要材料,根据国内舰船类杂志的描述,中国驱逐舰052C上的346型雷达没有使用砷化镓,用的只是传统的硅双极管类的物质。砷化镓作为一种重要的半导体材料,属于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体,闪锌矿型晶格结构的晶格常数5.65×10-10m,熔点1237℃,禁带宽度1.4电子伏,1964年就进入实用阶段。如果先进的052C至今没有采用,似乎不太可信,毕竟我们不能迷信国家的舰船类杂志。
具体到砷化镓的功用上,它可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料,用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等,由于其电子迁移率比硅大5~6倍,在高速数字电路方面应用较广,具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。
此外,砷化镓还可以用于制作体效应器件,显示了它兼具多方面优的特质。但是,砷化镓尽管具有优越的性能,由于它在高温下分解,要生产理想化学配比的高纯的单晶材料,技术上要求比较高。
2. 高纯锗探测器原理
锗是重要的半导体材料,在半导体、航空航天测控、核物理探测、光纤通讯、红外光学、太阳能电池、化学催化剂、生物医学等领域都有广泛而重要的应用。根据美国地质调查局数据显示(2015)全球锗终端用户所占比例如下:纤维光纤30%;红外光纤20%;聚合催化剂20%;电子和太阳能器件15%和其他(荧光粉、冶金、和化疗)15%。
锗可作为国防军工、航空航天用的精、深加工材料。
也可用于太阳能电池、5G通讯、人工智能领域。概括地讲,是国家安全,高科技的必备材料。
3. 高纯锗探测器能量分辨率
生产的锗,主要来自铜、铅、锌冶炼的副产品。高纯度的锗是半导体材料。从高纯度的氧化锗还原,再经熔炼可提取而得。掺有微量特定杂质的锗单晶,可用于制各种晶体管、整流器及其他器件。锗的化合物用于制造荧光板及各种高折光率的玻璃。锗单晶可作晶体管,是第一代晶体管材料。锗材用于辐射探测器及热电材料。
高纯锗单晶具有高的折射系数,对红外线透明,不透过可见光和紫外线,可作专透红外光的锗窗、棱镜或透镜。锗和铌的化合物是超导材料。二氧化锗是聚合反应的催化剂,含二氧化锗的玻璃有较高的折射率和色散性能,可作广角照相机和显微镜镜头,三氯化锗还是新型光纤材料添加剂。锗,具有半导体性质。
对固体物理学和固体电子学的发展起过重要作用。锗的熔密度5.32克/厘米3,为银灰色脆性金属。锗可能性划归稀散金属,锗化学性质稳定,常温下不与空气或水蒸汽作用,但在600~700℃时,很快生成二氧化锗。与盐酸、稀硫酸不起作用。浓硫酸在加热时,锗会缓慢溶解。在硝酸、王水中,锗易溶解。碱溶液与锗的作用很弱,但熔融的碱在空气中,能使锗迅速溶解。锗与碳不起作用,所以在石墨坩埚中熔化,不会被碳所污染。锗有着良好的半导体性质,如电子迁移率、空穴迁移率等等。锗的发展仍具有很大的潜力。现代工业生产的锗,主要来自铜、铅、锌冶炼的副产品。
4. 锗硅探测器
电子工业中,用来生产低功率半导体二级管,三级管;金属锗能让2—15微米的红外线通过的性能用于r辐射探测器,制造红外窗口,三棱镜和红外线光学透镜材料;掺有微量特定杂质的锗单晶,可用于制各种晶体管、整流器及其他器件。
锗的化合物用于制造荧光板及各种高折光率的玻璃。锗单晶可作晶体管,是第一代晶体管材料。锗材用于辐射探测器及热电材料。
高纯锗单晶具有高的折射系数,对红外线透明,不透过可见光和红外线,可作专透红外光的锗窗、棱镜或透镜。锗和铌的化合物是超导材料。 以上都是金属锗的用途,氧化锗和四氯化锗用途又不一样,金属锗又分为多晶锗,单晶锗,锗粒,锗粉和纳米锗粉等形态,用处各不相同。
盛特新材的纳米锗粉还能用于电池正极材料,是目前最优前景的应用之一。
5. 高纯锗半导体探测器
对于第一代半导体材料,简单理解就是:最早用的是锗,后来又从锗变成了硅,并且几乎完全取代。适合逻辑芯片。未来很长一段时间,还是芯片主角。限制是制程。
原因在于:①硅的产量相对较多,具备成本优势。②技术开发更加完善。
但是,到了40纳米以下,锗的应用又出现了,因为锗硅通道可以让电子流速更快。现在用的锗硅在特殊的通道材料里会用到,将来会涉及到碳的应用,下文会详细讲解。
6. 高纯锗探测器结构图解
热释光探测器就是利用这样一个过程,选择那些在电离辐射的照射下被俘获的电子在普通温度下处于稳定状态的材料、照射之后如果把该材料加热到某个适当的温度则俘获的电子就被释放出来,并返回到价带,同时发射出一个可见光光子。
因此,如果在暗处加热该探测元件,探测元件上面放上光电倍增管,则测得的光输出就正比于探测器接受的辐射剂量。
最常用的材料是氟化锂(LiF)、硫酸钙CaSO4),热释光探测器的灵敏度优于玻璃测量仪,但读数重复性差。热释光(Thermoluminescence,简写TL)探测器因为其原理的简洁性以及操作便捷性已被广泛用于个人剂量的监测当中。此外,还有半导体探测器、气体电离室探测器、高纯锗等多种实用型探测器。