近日，澳大利亚核科学技术组织(ANSTO)的OPAL多用途反应堆在硅辐照业务方面持续发挥重要作用。据了解，操作人员每天都会小心翼翼地将镜面般的圆柱形硅锭放入反应堆中，进行中子嬗变掺杂(NTD)工艺，以满足行业客户的电气性能需求。
反应堆操作员检查硅锭
硅，作为地球上最纯净的物质之一，以其完美的材料特性在半导体行业中占据重要地位。在OPAL反应堆中，硅锭会停留数小时至数天不等，期间辐射将部分硅原子转化为磷原子，磷作为硅中的掺杂剂，能够引入自由电子，提高材料的导电性。磷原子越多，自由电子越多，导电性就越强。
完成辐照后，硅锭会被转移到服务池中放置48小时，以确保放射性衰减到安全处理和运输的水平。随后，锭子会经过清洗，并在整个过程中进行多次质量检查。最后，经过精心包装的硅锭会被运送给客户。
ANSTO的硅业务始于HIFAR反应堆，该反应堆现已退役。自HIFAR关闭后，OPAL反应堆便接过了硅辐照的重任，并迅速成为全球最大的硅产品供应商之一，主要满足功率半导体的需求。在半导体行业中，NTD硅的应用广泛，包括逻辑、内存和功率等方面。特别是功率半导体器件，在控制和操纵高压/大电流电力系统和网络的流动方面发挥着至关重要的作用。
随着数据中心数量的激增，它们需要连接到更分散、更可靠的电网才能保持运行。绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为一种重要的功率半导体器件，对掺杂硅有巨大需求。IGBT在电动汽车、焊接、空调、火车和不间断电源等多个领域都有广泛应用。另一种重要的设备是晶闸管，它主要用于控制电路中的电力，可充当开关，允许或阻止电流流动，广泛应用于电源控制、整流器和电机速度控制等场合。
ANSTO为供应硅晶片的公司提供这种精密服务。据辐照服务高级业务经理斯图尔特·普伦(Stewart Pullen)介绍，ANSTO的硅业务将在2025年迎来40周年的运营历程。他表示：“在我们以客户为中心的业务中，我们一直在寻找机会提高产能和提升质量——这一切都要归功于核反应的魔力。”
值得一提的是，利用中子嬗变掺杂制备具有完全均匀磷原子的硅半导体的可能性于1951年首次被发现，并于1961年实现。其商业化应用始于20世纪70年代。澳大利亚核科学技术组织的HIFAR反应堆多年来一直用于辐照硅，直至2007年关闭。随后，OPAL反应堆投入运行，并继续为硅辐照业务贡献力量。该反应堆的重水反射容器中有六个辐照孔，分别用于5英寸、6英寸和8英寸锭的辐照，进一步提升了硅辐照的效率和灵活性。
