近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院核能安全所科研人員在耐高溫核探測技術(shù)研究方面取得新進(jìn)展，研究成果發(fā)表在核科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域國際權威期刊 IEEE Transactions on Nuclear Science 上。 

　　基于寬禁帶半導體的新型輻射探測器具有耐高溫、抗輻照、低噪聲的優(yōu)勢，在航空航天、聚變診斷、深地測井等應用場(chǎng)景中具有廣闊的應用前景。但是半導體探測器信號微弱，需要與前置放大器等前端電子學(xué)電路緊密連接才能達到較好的測量效果，而傳統硅（Si）半導體前置放大器難以耐受高溫環(huán)境，亟需研究開(kāi)發(fā)新型耐高溫、低噪聲的前置放大器。 

　　針對這一課題，科研人員提出了采用寬禁帶半導體碳化硅（SiC）制造前置放大器的解決方案。科研人員研究了碳化硅結型場(chǎng)效應管（SiC-JFET）在高溫下的放大性能和輸出噪聲變化；通過(guò)深入分析前置放大器輸入級晶體管對系統噪聲的貢獻，總結了溫度變化對噪聲的影響規律；利用TCAD仿真方法比較了基于Si和SiC的JFET在不同溫度下的電學(xué)特性和輸出噪聲，闡釋了性能變化規律和物理機制。 

　　研究結果顯示：相比于Si-JFET，SiC-JFET具有更好的溫度穩定性和更寬的工作溫度范圍；由于具有極低的柵極漏電流，SiC-JFET在300 K-675 K下時(shí)始終比相同結構Si-JFET具有更小的噪聲；當連接SiC探測器時(shí)，采用SiC-JFET的探測系統在溫度超過(guò)324 K或成形時(shí)間大于3.5 s時(shí)具有更低的噪聲。 

　　研究成果表明，SiC半導體在制造耐高溫低噪聲前端核電子學(xué)方面具備可行性和性能優(yōu)勢，該研究工作為開(kāi)發(fā)耐高溫前置放大器和探測——放大一體化探測系統開(kāi)辟了新思路，有助于進(jìn)一步推動(dòng)耐高溫核探測與核電子學(xué)技術(shù)的發(fā)展。 

　　核能安全所博士研究生張銳為論文第一作者，陳思澤副研究員為通訊作者。上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金重大科學(xué)儀器研制項目和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目的資助和支持。 

　　論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10234556 

　　

　　　　SiC-JFET的主要特性參數受溫度升高的影響更小 

　　　　采用SiC-JFET可以降低探測系統在高溫和長(cháng)成形時(shí)間下的噪聲