金刚石薄膜在粒子探测器领域的应用

由于金刚石薄膜的诸多优异性质，如:大的禁带宽度、高的辐射强度、良好的化学和温度稳定性等，使其可以取代硅在极限条件下工作。可是探测器级的天然金刚石价格昂贵、可再生性差，限制了它作为辐射探测器的应用。近年来，由于化学气相沉积法（CVD)的发展，人工合成金刚石薄膜的质量得到了很大改善。目前可以制备出高纯度、低缺陷水平的几乎具有任何形状的金刚石薄膜，其性质在很多方面甚至优于天然金刚石。最近，在用CVD技术生长“探测器级”的金刚石薄膜方面取得的进展引起了高能物理、重离子物理、核工业、航天科技、军事和辐射剂量等领域的研究者们的兴趣。

金刚石薄膜作为粒子探测器材料具有很多优点，如:

1.禁带宽度大，常温下具有很高的电阻率，本征载流子浓度非常低，因此其漏电流相当低。据报道在500um厚的金刚石薄膜样品中，其漏电流约100pA/cm2。

2.载流子迁移率高，其电荷收集时间比 Si探测器快4倍。

3.击穿电压高（10V/cm)，不用制作反偏p-n级就能获得高的载流子饱和速度和高的记数率能力，这样确保器件制备工艺非常简单。

4.介电系数小，比商业化Si探测器低得多。这样意味着如果采用金刚石薄膜制作探测器，其读出放大器具有较小的输入电容，因而比Si具有更小的噪声。

5.低的原子序数降低了在高能物理实验中的高能级联过程和多重散射，因此与其它材料相比金刚石薄膜具有相当低的辐照损伤。

6.热导率在所有物质中是很高的(20W/cm·K)，是室温下很好的热导体。这样保证了在高能物理实验中产生的热量可以及时散发出去。

综上所述，金刚石薄膜的优良特性(低的辐照损伤，快的电荷收集时间、高的信噪比、高计数率能力以及很高的硬度、很好的机械性能和化学稳定性)结合在一起，使得金刚石可取代硅成为一种理想的能够有效工作于高温下的、能高速响应且抗干扰能力强的探测器材料。