一种硅漂移探测器的优化设计与特性研究

发布时间：2024-01-30 20:25

　　硅漂移探测器(SDD)因能量分辨率高和计数率高广泛应用于X射线的探测分析。阐述了同心圆环结构的圆柱形硅漂移探测器的工作原理,基于该结构采用TCAD仿真其内部电势分布、电场分布和电子浓度分布,依照仿真结果对器件结构进行优化,并对所研制的器件电学特性进行了测试分析。结果表明,优化后的硅漂移探测器内部漂移电场较为均匀并且电场强度较强,能够满足探测器的设计需求。

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【部分图文】：

图1同心圆环SDD耗尽过程示意图

SDD的工作是通过侧向耗尽原理实现的[9]。侧向耗尽原理是指:正反两面p-n结偏置时,耗尽区同时向高阻n型衬底扩散,当反偏电压低于全耗尽电压时,正反耗尽区没有连接在一起,衬底没有被完全耗尽,中间还有中性区,如图1(a)所示。当外加负偏压足够高时,如图1(b)所示,两个耗尽区边缘彼....

图2同心圆环SDD的结构和原理示意图与电势分布仿真图

当探测器正面漂移环和背面电极加合适负偏压后,探测器内部形成全耗尽区,并产生垂直于探测器表面的电场分量[11],正反两面的耗尽区边缘重叠后,形成电势沟道[12],同时相邻两个漂移环之间形成电势梯度,多个漂移环在衬底内部共同形成漂移电场,如图2(b)所示的仿真电势分布图所示。X射线或....

图3不同环宽度条件下,电势随半径的变化曲线

首先进行漂移环宽度的设计优化,在此过程中保持漂移环间隔和有源区半径固定不变。对不同漂移环宽度的设计结构进行仿真模拟,得到如图3所示的SDD内部电势的分布曲线(P-R曲线),其中阳极位于半径起点位置。由图中可以看出,漂移环宽度为40μm时,SDD内部电势变化最为均匀,随着环宽的增加....

图4不同环间距条件下,电势随半径的变化曲

图3不同环宽度条件下,电势随半径的变化曲线在确定漂移环宽度为70μm以后,进一步最优化漂移环间隔。保持漂移环宽度不变,对漂移环间隔做10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm的系列仿真模拟,得到如图4所示的系列环间距下电势的分布曲线(P-R曲线)。....

本文编号：3890335