近日，澳大利亞核科學技術組織(ANSTO)的OPAL多用途反應堆在硅輻照業務方面持續發揮重要作用。據了解，操作人員每天都會小心翼翼地將鏡面般的圓柱形硅錠放入反應堆中，進行中子嬗變摻雜(NTD)工藝，以滿足行業客戶的電氣性能需求。
反應堆操作員檢查硅錠
硅，作為地球上最純凈的物質之一，以其完美的材料特性在半導體行業中占據重要地位。在OPAL反應堆中，硅錠會停留數小時至數天不等，期間輻射將部分硅原子轉化為磷原子，磷作為硅中的摻雜劑，能夠引入自由電子，提高材料的導電性。磷原子越多，自由電子越多，導電性就越強。
完成輻照后，硅錠會被轉移到服務池中放置48小時，以確保放射性衰減到安全處理和運輸的水平。隨后，錠子會經過清洗，并在整個過程中進行多次質量檢查。最后，經過精心包裝的硅錠會被運送給客戶。
ANSTO的硅業務始于HIFAR反應堆，該反應堆現已退役。自HIFAR關閉后，OPAL反應堆便接過了硅輻照的重任，并迅速成為全球最大的硅產品供應商之一，主要滿足功率半導體的需求。在半導體行業中，NTD硅的應用廣泛，包括邏輯、內存和功率等方面。特別是功率半導體器件，在控制和操縱高壓/大電流電力系統和網絡的流動方面發揮著至關重要的作用。
隨著數據中心數量的激增，它們需要連接到更分散、更可靠的電網才能保持運行。絕緣柵雙極晶體管(IGBT)作為一種重要的功率半導體器件，對摻雜硅有巨大需求。IGBT在電動汽車、焊接、空調、火車和不間斷電源等多個領域都有廣泛應用。另一種重要的設備是晶閘管，它主要用于控制電路中的電力，可充當開關，允許或阻止電流流動，廣泛應用于電源控制、整流器和電機速度控制等場合。
ANSTO為供應硅晶片的公司提供這種精密服務。據輻照服務高級業務經理斯圖爾特·普倫(Stewart Pullen)介紹，ANSTO的硅業務將在2025年迎來40周年的運營歷程。他表示：“在我們以客戶為中心的業務中，我們一直在尋找機會提高產能和提升質量——這一切都要歸功于核反應的魔力。”
值得一提的是，利用中子嬗變摻雜制備具有完全均勻磷原子的硅半導體的可能性于1951年首次被發現，并于1961年實現。其商業化應用始于20世紀70年代。澳大利亞核科學技術組織的HIFAR反應堆多年來一直用于輻照硅，直至2007年關閉。隨后，OPAL反應堆投入運行，并繼續為硅輻照業務貢獻力量。該反應堆的重水反射容器中有六個輻照孔，分別用于5英寸、6英寸和8英寸錠的輻照，進一步提升了硅輻照的效率和靈活性。
