低增益雪崩探测器的数值仿真与辐照效应研究

低增益雪崩探测器(LGAD)是新型快速定时探测器,用于克服在重强子辐射下传统硅探测器响应速度慢和抗辐照能力差的问题。使用计算机辅助设计工具(TCAD),构建LGAD的物理模型,对不同温度、电压下LGAD的漏电流、瞬态信号和增益等的变化进行研究。引入一种新的“三陷阱体损伤模型”研究LGAD的抗辐照性能,计算不同中子辐照通量对LGAD相关电学参数的影响。结果表明:LGAD在低温下工作具有更好的性能;辐照后漏电流增大,暗计数率增加,瞬态收集信号变差,增益降低。分析认为是辐照所产生的缺陷影响了LGAD的空间有效电荷和内部电场,通过增大电压和降低温度可以降低这一影响。模拟研究工作得到了不同温度和辐照对探测器性能的影响,对探测器后续的研究和辐照加固设计具有指导意义。

用于高粒度时间分辨探测器系统上的低增益雪崩探测器原型的抗辐照性能表征

高粒度时间分辨探测器(HGTD)是ATLAS实验Ⅱ期升级的关键项目.为了应对极高的粒子径迹堆积带来的挑战(每次束流交叉对应的质子-质子对撞数的平均值可高达200),合作组计划通过精确测量粒子径迹的时间信息(径迹时间分辨可达30 ps),使得实验能够在"4维"空间中进行粒子径迹到作用顶点的关联.升级项目的传感器选择了可以提供所需的时间分辨率和良好的信噪比的低增益雪崩探测器(LGAD)技术.日本滨松公司(HPK)生产了厚度为35μm和50μm的LGAD原型.中国科学技术大学(USTC)也与中国科学院微电子研究所(IME)合作研发了厚度50μm的LGADs原型.为了评估器件抗辐照性能,样品在JSI反应堆设施中接受了不同剂量的中子辐照,并在USTC进行了测试.通过测量室温(20℃)或-30℃下的电流电压和电容电压曲线测量,对增益层和硅基体损伤的中子辐照效应进行了表征评估.进一步处理提取了不同辐照剂量下的击穿电压和耗尽电压,并呈现为通量的函数,最终对比了不同样品的抗辐照性能参数c系数和α系数.对辐照模型的最终拟合得到的c系数值为HPK-1.2:3.06×10^(-16)cm^(-2),HPK-3.2:3.89×10^(-16)cm^(-2)以及USTC-1.1-W8:4.12×10^(-16)cm^(-2).结果显示HPK-1.2的增益层抗辐照性能最好.此外本文还提出了一种新的方法,进一步从数据中提取了c系数与初始掺杂浓度的关系.