低死区复合结构壳型电极硅探测器的电学性能研究
发布时间：2021-07-01 12:44
随着科学技术的发展,半导体材料与工艺技术的发展突飞猛进,传统探测器工艺日趋完善,新材料半导体探测器也越来越多的进入人们的视野之内。大量的半导体探测器中,硅探测器因其优越的性能和成熟先进的工艺技术,广泛地被应用于高能物理、核物理等领域。在欧洲超级强子对撞机（SLHC）实验中,硅探测器的辐照通量高达到1×l016n/cm2,此时,探测器的性能便会开始有衰减。目前硅探测器的研究研究领域中,一般以耗尽电压、电容、暗电流、电荷收集等参数对硅探测器噪声、能耗、能量分辨率、收集效率的影响等作为评价探测器性能是否优越的指标。因此,本文提出一种新型低死区复合结构壳型电极硅探测器（LDCD）,旨在有效地加固探测器的抗辐照性能,更大程度剔除探测器的弱电场区,从而提高硅探测器的电荷收集效率。首先在Silvaco TCAD中仿真方形结构,再结合半导体器件物理基础,研究低死区复合结构壳型电极硅探测器的电学性能。本文的研究内容包括:（1）提出一种低死区复合结构壳型电极硅探测器。该结构是在三维沟槽电极硅探测器在结构上加以创新,在原有单面刻蚀的方形结构的基础上改进为双面刻蚀的四棱柱嵌套底部特殊结构（底端短四棱柱刻蚀掉四...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１硅探测器原理示意图??
ｎ＋?ｎ－ｓｉｄｅ读出条??图１．２硅微条探测器：（ａ）单面硅微条探测器；（ｂ）双面硅微条探测器??Ｐ＊?ｓｔｒｉｐｓ?Ｔｏ?ｐｒｅ－ａｍｐｓ，?０?Ｖ??￣?ｌＺｊ￣?１ＺＩ：￣?ｌＩＺ：￣￣ＺＺ￣?Ａ??ｎ！?１???ｂｉａｓ??Ｖｂ??图１．３?ｐ＋－ｎ＋／ｎ／ｎ＋型硅微条探测器??三维硅条探测器工作原理是首先通过单边电极获得电信号，再通过外端前置放大电??路读出。三维硅微条探测器排列相对独立且互不影响，所以它的位置分辨率相比气体探??测器和闪烁体探测器更高，在某一个方向上具有更好的位置分辨率。如图１．３所示，当??电极上有电子读出，只能说明该电极附近有粒子的存在，并不能定位到精确的位置。此??外其电子输出的信号强弱也只是可以粗略估计粒子密度而不能精确得知粒子能量密度??及数量。此外，三维硅条探测器的性能优劣是由其位置分辨率与密度分辨率共同决定，??但是两种分辨率不能同时达到最优，目前实际使用情况是先由工作需求来确定探测器分??辨率的模式
Ｃｏｌｌｉｄｅｒ，?ＬＨＣ）实验中上己有使用。在性能上，硅像素探测器同时具有电子通道小和位??置分辨率较好的优点，其空间分辨率和密度分辨率较好。硅条像素探测器有多种不同的??结构，各种结构在性能上也不同。图１．４为交错式硅条像素探测器，它是在硅基体表面??上制作多个电极，并且电极与电极之间没有联通，所以每一个像素都被分成两个部分：??位置Ｘ（图中红色箭头）和位置Ｙ（图中蓝色箭头），通过连接灵敏区域从Ｘ和Ｙ读出电信??号。Ｘ像素单元和Ｙ像素单元是两个分离的离子注入单元，并且可通过相应的金属电极??读出电信号。这样可以通过类似传统像素探测器的二维的方式，来解决粒子入射到探测??器内产生的电荷。该探测器通过电子输出信号能够准确的探测出粒子的空间位置、密度??以及运动轨迹。??Ｘ?ｒｅａｄ－ｏｕｔ?ｐｒｅ－Ａｍｐｓ?ｉｎ?ａ??ｓｅｐａｒａｔｅ?ｒｅａｄ－ｏｕｔ?ｃｈｉｐ，?０?Ｖ??ａｉ?［ｓ＾?］?ａｉ?ｆｓ．＾１?ａｉ?ａｉ?｜ｓ＾｜?ａｉ?ｆ?ｉｎ?ａ?ｓｅｐａｒａｔｅ?ｒｅａｄ－ｏｕｔ??Ｔ?Ｉ??ｊ?Ｉ?ｃｈｉｐ，０?Ｖ??Ｎ－ｔｙｐｅ?Ｓｉ?Ｉ?，??????Ｐｏｓｉｔｉｖｅ?Ｂｉｏｓ??图１．４硅条像素探测器??（３）硅漂移室探测器（Ｓｉ?Ｄｒｉｆｔ?Ｄｅｔｅｃｔｏｒ
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D硅基探测器研究现状[J]. 杨君,殷华湘,贾云丛,李贞杰. 电子元件与材料. 2015(09)
[2]超大型强子对撞机[J]. 杨敦锐. 世界科学. 2014(02)
[3]硅漂移探测器工艺的改进[J]. 孙亮. 中国原子能科学研究院年报. 2009(00)
[4]大型强子对撞机[J]. 王尊胜,车乃维. 中学物理教学参考. 2009(Z1)
[5]欧洲大型强子对撞机LHC的物理[J]. 张肇西. 现代物理知识. 2008(05)
[6]半导体器件辐射效应及抗辐射加固[J]. 李致远. 现代电子技术. 2006(19)
[7]硅多条探测器的研制和初步应用[J]. 谭继廉,靳根明,王宏伟,段利敏,袁小华,王小兵,李松林,卢子伟,徐瑚珊,宁宝俊,田大宇,王玮,张录. 高能物理与核物理. 2005(04)
[8]新型半导体探测器发展和应用[J]. 孟祥承. 核电子学与探测技术. 2004(01)
[9]微电子器件的抗辐射加固技术[J]. 何君. 半导体情报. 2001(02)
[10]半导体器件的辐射效应[J]. 洪忠悌. 核物理动态. 1988(03)
硕士论文
[1]新型三维沟槽电极硅探测器电荷收集性能的研究[D]. 丁浩.湘潭大学 2015
[2]降低高阻硅探测器漏电流的方法研究[D]. 施志贵.中国工程物理研究院北京研究生部 2000
本文编号：3259157
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１硅探测器原理示意图??
ｎ＋?ｎ－ｓｉｄｅ读出条??图１．２硅微条探测器：（ａ）单面硅微条探测器；（ｂ）双面硅微条探测器??Ｐ＊?ｓｔｒｉｐｓ?Ｔｏ?ｐｒｅ－ａｍｐｓ，?０?Ｖ??￣?ｌＺｊ￣?１ＺＩ：￣?ｌＩＺ：￣￣ＺＺ￣?Ａ??ｎ！?１???ｂｉａｓ??Ｖｂ??图１．３?ｐ＋－ｎ＋／ｎ／ｎ＋型硅微条探测器??三维硅条探测器工作原理是首先通过单边电极获得电信号，再通过外端前置放大电??路读出。三维硅微条探测器排列相对独立且互不影响，所以它的位置分辨率相比气体探??测器和闪烁体探测器更高，在某一个方向上具有更好的位置分辨率。如图１．３所示，当??电极上有电子读出，只能说明该电极附近有粒子的存在，并不能定位到精确的位置。此??外其电子输出的信号强弱也只是可以粗略估计粒子密度而不能精确得知粒子能量密度??及数量。此外，三维硅条探测器的性能优劣是由其位置分辨率与密度分辨率共同决定，??但是两种分辨率不能同时达到最优，目前实际使用情况是先由工作需求来确定探测器分??辨率的模式
Ｃｏｌｌｉｄｅｒ，?ＬＨＣ）实验中上己有使用。在性能上，硅像素探测器同时具有电子通道小和位??置分辨率较好的优点，其空间分辨率和密度分辨率较好。硅条像素探测器有多种不同的??结构，各种结构在性能上也不同。图１．４为交错式硅条像素探测器，它是在硅基体表面??上制作多个电极，并且电极与电极之间没有联通，所以每一个像素都被分成两个部分：??位置Ｘ（图中红色箭头）和位置Ｙ（图中蓝色箭头），通过连接灵敏区域从Ｘ和Ｙ读出电信??号。Ｘ像素单元和Ｙ像素单元是两个分离的离子注入单元，并且可通过相应的金属电极??读出电信号。这样可以通过类似传统像素探测器的二维的方式，来解决粒子入射到探测??器内产生的电荷。该探测器通过电子输出信号能够准确的探测出粒子的空间位置、密度??以及运动轨迹。??Ｘ?ｒｅａｄ－ｏｕｔ?ｐｒｅ－Ａｍｐｓ?ｉｎ?ａ??ｓｅｐａｒａｔｅ?ｒｅａｄ－ｏｕｔ?ｃｈｉｐ，?０?Ｖ??ａｉ?［ｓ＾?］?ａｉ?ｆｓ．＾１?ａｉ?ａｉ?｜ｓ＾｜?ａｉ?ｆ?ｉｎ?ａ?ｓｅｐａｒａｔｅ?ｒｅａｄ－ｏｕｔ??Ｔ?Ｉ??ｊ?Ｉ?ｃｈｉｐ，０?Ｖ??Ｎ－ｔｙｐｅ?Ｓｉ?Ｉ?，??????Ｐｏｓｉｔｉｖｅ?Ｂｉｏｓ??图１．４硅条像素探测器??（３）硅漂移室探测器（Ｓｉ?Ｄｒｉｆｔ?Ｄｅｔｅｃｔｏｒ
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D硅基探测器研究现状[J]. 杨君,殷华湘,贾云丛,李贞杰. 电子元件与材料. 2015(09)
[2]超大型强子对撞机[J]. 杨敦锐. 世界科学. 2014(02)
[3]硅漂移探测器工艺的改进[J]. 孙亮. 中国原子能科学研究院年报. 2009(00)
[4]大型强子对撞机[J]. 王尊胜,车乃维. 中学物理教学参考. 2009(Z1)
[5]欧洲大型强子对撞机LHC的物理[J]. 张肇西. 现代物理知识. 2008(05)
[6]半导体器件辐射效应及抗辐射加固[J]. 李致远. 现代电子技术. 2006(19)
[7]硅多条探测器的研制和初步应用[J]. 谭继廉,靳根明,王宏伟,段利敏,袁小华,王小兵,李松林,卢子伟,徐瑚珊,宁宝俊,田大宇,王玮,张录. 高能物理与核物理. 2005(04)
[8]新型半导体探测器发展和应用[J]. 孟祥承. 核电子学与探测技术. 2004(01)
[9]微电子器件的抗辐射加固技术[J]. 何君. 半导体情报. 2001(02)
[10]半导体器件的辐射效应[J]. 洪忠悌. 核物理动态. 1988(03)
硕士论文
[1]新型三维沟槽电极硅探测器电荷收集性能的研究[D]. 丁浩.湘潭大学 2015
[2]降低高阻硅探测器漏电流的方法研究[D]. 施志贵.中国工程物理研究院北京研究生部 2000
本文编号：3259157
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