汪鹏飞-硅微条探测器的研制与辐射损伤研究

专业技术职称考核专题报告答辩人：汪鹏飞国家核安保技术中心内容大纲个人简介个人简介工作总结工作总结成果成果专业技术报告专业技术报告2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞2个人简介汪鹏飞，男，汉族，1987年11月生，江苏省海安县人，中共党员。基本信息2006.9-2010.6兰州大学，原子核物理专业，理学学士；2010.9-2013.6中国科学院大学（培养单位：近代物理研究所），粒子物理与原子核物理专业，理学硕士。教育经历2013.8-，就职于国家核安保技术中心。工作信息2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞3内容大纲个人简介个人简介工作总结工作总结成果成果专业技术报告专业技术报告2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞4工作总结•作为项目负责人，我组织了秦山核电、中核二七二厂、四〇四厂、大亚湾核电、海南核电、北京坨原公司的核材料许可证换证申请的文件审评和现场检查工作。1.核材料管制技术支持•截至2015年7月31日，共审查1090余单，涉及金额共8亿5千万美元。2.核两用品及相关技术出口审查•编制《核安保法规状态报告》•参与起草《中华人民共和国核安保条例》•编制《核安保法规框架研究报告》•编制《核安保政府管理体制研究报告》3.核安保政策法规研究•实物保护系统有效性评估•《中国核安保》的编辑工作•核材料非破坏性分析培训•硅微条探测器研究4.其他工作2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞51.核材料管制技术支持形式审查•材料完整性•材料规范性•确定是否需要补充修改文件审查•内容是否完整•描述是否准确•措施是否合规•提出问题单•问题回答与整改现场检查•编制检查计划•衡算检查•实物保护检查•通报检查结果•编制会议纪要编制审评报告2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞6作为项目负责人，我组织了中核二七二厂、四〇四厂、秦山核电、海南核电、大亚湾核电、北京坨原公司的核材料许可证换发工作技术支持。2.核两用品及相关技术出口审查依法对申请材料进行逐单、逐项审查，主要审查内容包括：•1.出口物项及技术是否属于管制范围；•2.出口物项及技术所申明的最终用途与实际用途是否相符、是否合理可信，是否存在扩散风险；•3.对敏感国家或地区的出口，实行严格审查，必要时采用“全面控制”原则。2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞7商务部主管外交部会签(涉及外交)其他有关部门国家原子能机构会签国家核安保技术中心技术支持CAEA截至2015年7月31日，共审查1090余单，涉及金额共8亿5千万美元。截至2015年7月31日，共审查1090余单，涉及金额共8亿5千万美元。3.核安保政策法规研究•编制《核安保法规状态报告》•调研国内涉核法规层级•筛选汇编涉及核安保法规内容•对比目标，查找缺项•参与起草《中华人民共和国核安保条例》•调研国外核安保相关法律法规•编写条例的立法必要性材料•赴各核设施征求意见•编写并修改条例文本•组织专家讨论会与论证会2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞8《条例》已列入国务院2015年立法工作计划。3.核安保政策法规研究（续）•负责开展“核安保法规框架研究”•调研梳理我国核安保法规现状•调研IAEA与国外核安保相关法规•梳理缺项•提出法规制定需求，列出拟制定法规表•编制《核安保法规框架建设建议书》•负责开展“核安保政府管理体制研究”•调研美、俄、英、法等核能发达国家核安保政府管理体制•总结我国核安保政府管理现状•查找问题与不足•提出建议•完成研究报告草稿2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞9国防科工局重大问题研究项目4.其他工作•独立负责红沿河核电实物保护系统有效性评价•建立评价模型•现场数据采集•分析评估•撰写评估报告•独立负责《中国核安保》期刊编辑•约稿、收稿、审稿•校对、排版•印制、刊发•完成4期工作2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞104.其他工作（续）•核材料非破坏性分析•仪器设备性能调研•对美方提出需求•赴美LANL参加培训•仪器设备接收与调试•开展硅微条探测器研究•硅微条探测器的研制•硅微条探测器辐射损伤研究•发表核心论文1篇2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞11基于此项工作进行专业技术答辩内容大纲个人简介个人简介工作总结工作总结成果成果专业技术报告专业技术报告2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞12成果工作期间发表论文时间名称出版或发表载体第几作者2014.1HIRFL-CSR外靶终端上硅微条探测器阵列的搭建原子核物理评论2014年第1期第一作者2013.10增强“联村联户，为民富民”行动实效性的思考青年文学家2013年第10期第三作者获奖情况时间名称等级排名2011中国科学院研究生院三好学生第一2012年中国科学院兰州分院科学与人文论坛一等奖第一2008兰州大学优秀共青团员第一2007——2009兰州大学奖学金3次三等奖第一2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞13内容大纲个人简介个人简介工作总结工作总结成果成果专业技术报告专业技术报告2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞14硅微条探测器的研制与辐射损伤研究I.目的与意义II.研制1.工作原理及结构2.双面硅微条探测器的制作工艺3.CSR外靶终端硅微条阵列的搭建III.辐射损伤1.机理分析2.测试验证IV.总结与展望8/21/20152015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞15CsI+Clover探测器TPC硅条探测器阵列CsI+Clover探测器TPC硅条探测器阵列一、目的与意义I.目的1.HIRFL-CSR外靶实验终端的特殊需求2.能量、位置分辨率好，价格高3.辐射损伤效应明显，预估损伤程度4.实验数据分析处理II.意义1.搭建CSR外靶终端硅微条阵列2.国产化，掌握研制技术3.刻度辐射损伤程度4.研发抗辐照加固技术2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞16硅微条探测器的研制与辐射损伤研究I.目的与意义II.研制1.工作原理及结构2.双面硅微条探测器的制作工艺3.CSR外靶终端硅微条阵列的搭建III.辐射损伤1.机理分析2.测试验证IV.总结与展望8/21/20152015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞17硅微条探测器工作原理常用于测能损△E，结合后续的能量探测器测得的能量信号E，实现粒子鉴别2EEmZ带点粒子穿过探测灵敏区，激发产生(h-e)对，电子向n+面漂移，空穴向p+面漂移，探测条上收集电子和空穴运动产生的电荷信号进而实现粒子探测。单向整流特性反向偏压耗尽探测灵敏区P-N结AlstripAmplifier++++---nbulkp+n+particleAl2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞18单/双面硅微条探测器的结构探测器的上表面：p+条、Al电极、SiO2隔离栅、保护环。中间部分：~500um，高阻n型硅，灵敏区。探测器的底部：n+层、薄膜Al背衬电极。单面硅微条探测器结构双面硅微条探测器结构与单面硅微条探测器不同之处：背面n+条。p+、n+条方向成一定的角度（90度或者任意角度）背面n+条之间制作p+掺杂条，称为p-stop，实现n+条之间的绝缘8/21/20152015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞19硅微条探测器的研制与辐射损伤研究I.目的与意义II.研制1.工作原理及结构2.双面硅微条探测器的制作工艺3.CSR外靶终端硅微条阵列的搭建III.辐射损伤1.机理分析2.测试验证IV.总结与展望8/21/20152015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞20双面硅微条探测器的制作工艺清洗厚氧化光刻-刻蚀（或腐蚀）薄氧化注入—退火光刻-刻蚀（或腐蚀）光刻-金属化刻蚀（或剥离）合金8/21/20152015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞21nSiO2SiO2厚氧SiO2SiO2光刻B注入孔，刻蚀，去胶清洗薄氧p+p+双面注入B，退火厚氧SiO2光刻背面P注入，刻蚀，去胶清洗薄氧n+背面P注入，退火双面光刻引线孔，刻蚀双面溅射AlAl超声去Alp+面n+面灵敏区面积50mm×50mm50mm×50mm掺杂条数9696掺杂类型与掺杂计量B,2×1014离子/cm2,40KeVP,1×1015离子/cm2,60KeV掺杂条宽450um450umSiO2隔离栅宽度50um50umSiO2厚度5000~8000A5000~8000AAl电极厚度1000A1000Ap-stop条宽6um，最外环宽10um，注B剂量2×1014离子/cm2保护环宽宽400um，环间距400um400um，环间距400um2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞22硅微条探测器的研制与辐射损伤研究I.目的与意义II.研制1.工作原理及结构2.双面硅微条探测器的制作工艺3.CSR外靶终端硅微条阵列的搭建III.辐射损伤1.机理分析2.测试验证IV.总结与展望8/21/20152015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞23CSR外靶终端上硅微条探测器阵列的搭建CsI+Clover探测器TPC硅条探测器阵列CsI+Clover探测器TPC硅条探测器阵列2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞24刚柔版的设计串扰最大区020406080100120140160020406080100120上升时间(ns)幅度(mV)左边第一条信号线感应信号左边第二条信号线感应信号感应信号幅度随输入信号（2.5V）上升时间的变化051015202500.511.522.53输入信号幅度(V)感应信号幅度(mV)左边第一条信号线感应信号左边第二条信号线感应信号感应信号幅度随输入信号（30ns）幅度的变化2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞25基于ASIC芯片的前端电子学ASIC芯片单路内部电子学结构图2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞26×16外靶硅微条阵列最终效果2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞27能谱测试集成ASIC芯片前端电子学电路板PXI6133数据采集卡α源真空靶室硅微条InputStop,hold,reset,ClkTriVoutPXI5.1657MeV5.486MeV5.805MeV6.051MeV8.785MeV239Pu-241Am-244Cm-Thc-c’源（239Pu：5.1657MeV；241Am：5.486MeV；244Cm：5.805MeV；212Bi：6.051MeV；212Po：8.785MeV）靠近探测器放置，抽真空（1x10-2mbar）,能量分辨达到1%。2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞28硅微条探测器的研制与辐射损伤研究I.目的与意义II.研制1.工作原理及结构2.双面硅微条探测器的制作工艺3.CSR外靶终端硅微条阵列的搭建III.辐射损伤1.机理分析2.测试验证IV.总结与展望8/21/20152015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞29辐射效应电离效应IonizationEffects非电离效应Non-IonizingEffects总剂量TID(TotalIonizingDose)e.g.bychargedhadrons,gammas,….NIEL(NonIonizingEnergyLoss)displacementofaSi-atom,…单位:rad100rad=1J/Kg1MeVneutrons/cm2“eq.fluence”引起辐射损伤2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞30探测器体损伤空位-磷络合物，磷不再完成它的原始的施主作用。VIVacancy+InterstitialEK25eV点缺陷pointdefectsIIVV80nm缺陷群的形成2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞31导带价带Bandgap+++施主能级受主能级产生中心复合中心-补偿陷阱中心缺陷群电学特性2015/8/21国家核安保技术中心汪鹏飞32探测器灵敏区辐射损伤•缺陷络合物电学性质：①作为复合产生中心，能够俘获和发射电子和空穴。在探测器的空间电荷区中，电子和空穴的交替发射，似的反向偏置电流在增加。②改变空间电荷区的