本发明涉及一种核辐射探测器及其制备方法，具体涉及一种gan基pin型核探测器及其制备方法。
背景技术：
1、核辐射探测技术在空间辐射探测、核医学、核物理研究、军事工业及环境检测等多个领域具有重要作用；与早期的气体探测器和闪烁体探测器相比，半导体核辐射探测器具备小体积、高灵敏度、快速响应、宽能量线性范围等优势，被广泛用于核辐射探测领域。
2、传统的半导体核辐射探测器通常采用第一代半导体材料，如硅(si)、锗(ge)等；然而，si/ge核辐射探测器存在一些问题，如抗辐照性能差、对工作温度要求严苛，限制了它们的应用范围；氮化镓(gan)作为第三代宽带隙半导体材料的代表，具备禁带宽度大、位移阈能高等优点；随着器件制备工艺的逐渐成熟，gan在核辐射探测领域展现出越来越显著的优势，并在高温、强辐射场等恶劣环境中显示出卓越的应用前景。
3、目前，大多数gan核辐射探测器采用同质衬底的三明治结构；尽管这类探测器在探测性能方面表现出色，但自支撑衬底的高成本和相对小尺寸极大地限制了gan探测器的产业应用，因此，研究者们转向使用蓝宝石、sic等异质衬底上生长gan外延层，这种转变有望大幅度降低探测器的生产与制造成本，从而加速gan探测器的市场应用；相比于以n-gan、半绝缘为衬底制备的肖特基结构核探测器，pin型gan核探测器具有宽的耗尽层、更高的内建电场等特点，甚至在零偏压下能够自供电工作，因而更为优越；然而，这也对材料的晶体质量提出了更高的要求。
4、长期以来，科研人员一直尝试通过在外延生长过程中采用多种处理手段来提高gan的晶体质量，如侧向生长技术和等电子掺杂技术；其中，elog技术采用增加掩模层的方法，阻止位错的传播，使位错横向延伸，增加位错之间的相互作用，以降低位错密度；然而，这一技术存在一些弊端，包括外延层内残留位错、掩膜层导致相邻区域晶体倾斜、生长过程繁琐复杂以及对背景载流子浓度没有改善作用；等电子掺杂是指在半导体材料生长过程中引入具有相同价电子结构的杂质原子，例如在gan中掺入al、in；研究表明，等电子掺杂技术在一定程度上能减少半导体材料内的位错密度、深陷阱能级浓度以及背景载流子浓度；另一种方法是采用生长超晶格、渐变层等复杂外延结构作为缓冲层，以减小后续外延薄膜的应力，从而减小位错和翘曲；然而，这些方法的研究周期长，试验过程复杂，材料生长工艺难以调控，大大增加了核探测器的成本和制备难度。
技术实现思路
1、本发明旨在提供一种新的方法，通过引入si线性渐变掺杂浓度层来生长探测器主体，然后利用该探测器主体制备核探测器；以此提高pin型gan核探测器的性能。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种gan基pin型核探测器，包括衬底、gan缓冲层、n-gan层、i-gan层、p-gan层、n型欧姆接触电极、p型欧姆接触电极和sio2钝化层，gan缓冲层与n-gan层之间设有si线性渐变掺杂浓度层，所述si线性渐变掺杂浓度层为自低掺杂浓度到高掺杂浓度依次线性变化掺入，其掺浓度杂范围在1016cm-3～1020cm-3，生长厚度为500～600nm。
3、进一步，所述sio2钝化层的厚度为200～400nm。
4、进一步，所述n型欧姆接触电极中最底层ti的厚度为6～25nm，第二层al的厚度为20～200nm，第三层ti的厚度为20～50nm，最上层的au的厚度为20～100nm。
5、进一步，所述p型欧姆接触电极中下层ni的厚度为6～25nm，上层au的厚度为20～300nm。
6、进一步，gan缓冲层的厚度为2～4μm，n-gan层的厚度为2～4μm，i-gan层的厚度为2-6μm，p-gan层的厚度为200～300nm。
7、本发明还提供了上述一种gan基pin型核探测器的制备方法，具体步骤如下：
8、s1：选择一衬底；
9、s2：采用金属有机化合物气相沉积mocvd法，在衬底上生长外延gan薄膜；
10、s3：将上述生长了gan薄膜的衬底高温预处理后，使用金属有机化合物气相沉积mocvd法依次生长gan缓冲层、si线性渐变掺杂浓度层、n-gan层、i-gan层以及p-gan层，得到探测器主体；
11、s4：将探测器主体清洗；
12、s5：对清洗后的探测器主体利用光刻工艺制作图案，然后利用使用icp干法刻蚀出mesa台面，刻蚀深度为3～7μm，刻蚀到n-gan层；
13、s6：利用pecvd沉积二氧化硅或者氮化硅作为钝化层，使其侧壁完全覆盖；
14、s7：利用rie、boe干湿法相结合的刻蚀工艺将衬底n-gan层及p-gan层上分别开出n型欧姆接触窗口和p型欧姆接触电极窗口，而后在n型欧姆接触窗口依次沉积ti/al/ti/au，在p型欧姆接触电极窗口依次沉积ni/au，从而制作出n型欧姆接触电极和p型欧姆接触电极。
15、进一步，s4中清洗步骤如下：
16、s41：将探测器主体，放入丙酮、无水乙醇、去离子水中超声清洗10min，以去表面的有机物；
17、s42：再放入spm(质量比h2so4:h2o2:h2o＝1:1:3)的溶液中，控制温度为100℃，浸泡5min以去除表面无机脏污；
18、s43：然后放入hcl:h2o(质量比1:1)浸泡120s以除去表面氧化层；
19、s44：最后利用高纯氮气将衬底吹干。
20、进一步，s5中利用光刻胶作为掩膜层，使用icp刻蚀机进行刻蚀，刻蚀后，先经过去胶液(nmp-80℃)去胶，后在浓度为25％，温度为80℃的四甲基氢氧化铵溶液中浸泡30min对刻蚀侧壁的修复，完成mesa台面的刻蚀工作。
21、进一步，s7中n型欧姆接触电极制作步骤如下：
22、s71：通过光刻工艺在mesa台面上留出n型欧姆接触窗口；
23、s72：利用干法刻蚀、湿法腐蚀相结合的方法，先使用rie干法刻蚀刻蚀150～180nm厚的sio2,再用boe湿法腐蚀将剩余的sio2去除干净，即完成n型欧姆接触电极的开窗工作；
24、s73：使用电子束蒸发镀膜工艺在衬底表面依次沉积
25、ti/al/ti/au(20/130/50/50nm)；
26、s74：沉积完成后，依次经过丙酮、无水乙醇、去离子水50℃下超声4min后将其余部分的金属剥离，以形成n型欧姆接触电极；而后在n2氛围，600℃下30s完成快速热退火rta。
27、进一步，s7中p型欧姆接触电极制作步骤如下：
28、s75：通过光刻工艺在mesa台面上留出p型欧姆接触窗口；
29、s76：利用干法刻蚀、湿法腐蚀相结合的方法，先使用rie干法刻蚀刻蚀150～180nm厚的sio2,再用boe湿法腐蚀将剩余的sio2去除干净，即完成p型欧姆接触电极的开窗工作；
30、s77：使用电子束蒸发镀膜工艺在衬底表面依次沉积ni/au(25/25nm)；
31、s78：沉积完成后，依次经过丙酮、无水乙醇、去离子水50℃下超声3min后将其余部分的金属剥离，以形成p型欧姆接触电极；而后在o2氛围，800℃下10s完成快速热退火rta。
32、有益效果：
33、1、本发明通过在缓冲层与n-gan层中间加入si线性渐变掺杂浓度层以此改善pin型gan晶体质量，通过掺杂浓度的变化引起势垒的变化，这一设计相当于在复合界面形成了一层电子反射层，有效减少了复合界面中电子-空穴对的复合现象，并且其生长工艺简单，大大减少了材料生长成本，提升了器件性能。
34、2、本发明中pin型gan为第三代宽禁带半导体材料,因其宽禁带、高位阈能等优秀的物理化学特性，使得gan较si、gaas等材料在高温，强辐射等恶劣环境下拥有更稳定的性能。
35、3、本发明中采用的pin型结构gan核探测器具备更强的内建电场，其独特的pn结特性使得在无需任何反向偏压的情况下就能正常工作，与此同时，其更宽的耗尽层显著增强了探测性能，为探测器的高效运行提供了更有利的条件。
1.一种gan基pin型核探测器，包括衬底、gan缓冲层、n-gan层、i-gan层、p-gan层、n型欧姆接触电极、p型欧姆接触电极和sio2钝化层，其特征在于，gan缓冲层与n-gan层之间设有si线性渐变掺杂浓度层，所述si线性渐变掺杂浓度层为自低掺杂浓度到高掺杂浓度依次线性变化掺入，其掺浓度杂范围在1016cm-3～1020cm-3，生长厚度为500～600nm。
2.根据权利要求1所述的一种gan基pin型核探测器，其特征在于，所述sio2钝化层的厚度为200～400nm。
3.根据权利要求1所述的一种gan基pin型核探测器，其特征在于，所述n型欧姆接触电极中最底层ti的厚度为6～25nm，第二层al的厚度为20～200nm，第三层ti的厚度为20～50nm，最上层的au的厚度为20～100nm。
4.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述p型欧姆接触电极中下层ni的厚度为6～25nm，上层au的厚度为20～300nm。
5.根据权利要求1所述的一种gan基pin型核探测器，其特征在于，gan缓冲层的厚度为2～4μm，n-gan层的厚度为2～4μm，i-gan层的厚度为2-6μm，p-gan层的厚度为200～300nm。
6.一种如权利要求1所述的一种gan基pin型核探测器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
7.根据权利要求6所述的制备方法其特征在于，s4中清洗步骤如下：
8.根据权利要求6所述的制备方法其特征在于，s5中利用光刻胶作为掩膜层，使用icp刻蚀机进行刻蚀，刻蚀后，先经过去胶液去胶，后在浓度为25％，温度为80℃的四甲基氢氧化铵溶液中浸泡30min对刻蚀侧壁的修复，完成mesa台面的刻蚀工作。
9.根据权利要求6所述的制备方法其特征在于，s7中n型欧姆接触电极制作步骤如下：
10.根据权利要求6所述的制备方法其特征在于，s7中p型欧姆接触电极制作步骤如下：
