金刚石探测器具有体积小、抗辐照能力强、时间响应快等优点，在核辐射领域应用优势显著。目前高质量单晶金刚石材料制备技术是制约金刚石探测器大规模应用的瓶颈问题，金刚石核辐射探测器的探测性能受金刚石内部杂质与缺陷影响显著。
《人工晶体学报》2022年第5期发表了来自北京科技大学新材料技术研究院李成明研究员团队的综述“CVD人造金刚石核辐射探测器研究进展”（第一作者牟恋希，通信作者刘金龙、李成明），作者从探测器级CVD金刚石材料入手，首先介绍了CVD金刚石中常见的杂质与缺陷，然后阐述了微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）合成金刚石工艺过程中由杂质引起的点缺陷和由表面加工技术引入的线缺陷的抑制方法。随后归纳总结了面向探测器应用的高质量金刚石杂质和缺陷的表征方法，并基于金刚石核辐射探测器的核心参数，探讨了金刚石中的杂质与缺陷对核辐射探测器响应性能的影响规律。最后介绍了国外金刚石核辐射探测器的应用现状并展望了国内金刚石核辐射探测器的发展前景。
//文章导读
快中子反应堆、白光中子束线和磁约束核聚变等装置的快中子监测需要探测器具有耐辐照、快响应和耐高温等特点，金刚石探测器是可以满足以上要求的少数几种探测器之一。化学气相沉积（CVD）是目前主流的一种人造金刚石制备方法，利用该方法，研究人员已能制备出较大尺寸（2~4英寸）的CVD多晶金刚石，但由于晶界的存在，多晶金刚石的电学性能仍远不能与单晶金刚石相比。当前国内外商用及研究用金刚石核辐射探测器，多采用元素六公司生产的“电子级”单晶金刚石，对于如何制备与表征“电子级”单晶金刚石，以及材料与探测器性能的复杂关联等问题尚未形成系统的结论。
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CVD金刚石中的杂质与缺陷
核辐射探测器对于金刚石材料的质量要求很高。通常制备的异质外延金刚石薄膜的位错密度相对较高，异质外延单晶金刚石的位错密度与金刚石膜的生长厚度有关，生长较厚的金刚石位错密度可降至106~107 cm 2，但仍然高于其他类型的金刚石，同质外延单晶金刚石的位错密度与高温高压（HPHT）籽晶的位错密度密切相关。与高温高压单晶金刚石相比，CVD金刚石具有更少的杂质，但在合成过程中可能引入高密度的位错。在CVD单晶金刚石中，由等离子体引入的常见杂质有氮和硅。杂质进入到金刚石的晶格中形成点缺陷，在金刚石的能带结构中形成杂质能级，杂质能级会影响金刚石中载流子的跃迁，进而影响金刚石的电学性能。主要线缺陷是同质外延生长过程中遗传衬底中的位错以及由表面加工和生长引入的位错，位错破坏了金刚石内部的周期性势场，使得周围临近键的波函数在位错处发生交叠，形成一维半填充带。位错将和聚集在附近的杂质原子一起在禁带中引入深能级，这些深能级和点缺陷引起的深能级一样，会作为复合中心俘获载流子，显著降低载流子寿命。层错是晶体学面、孪晶界和晶界中的一种无序现象，属于面缺陷，目前关于层错面缺陷对金刚石探测器性能影响的研究仍较少。
