可调中央电极式三维沟槽电极硅探测器电学性能及i-t曲线研究

发布时间：2020-04-27 21:14

【摘要】：硅可与包括可见光在内的很多辐射发生反应,且相对于其他半导体材料其成本有天然的优势,因此硅基探测器在航空航天、医疗、工业探伤、安全检测、核辐射监控、高能物理实验中有大量应用。当其应用于强辐射环境特别是高能物理实验中,探测器将遭受严重位移损伤,因此硅探测器的抗辐射加固受到广泛关注。对探测器而言抗辐射加固有两种方式:1.掺入特性杂质;2.设计新探测器结构。本文基于探测器结构设计,对探测器抗辐射加固展开研究,其主要内容为:为研究探测器抗辐射加固,本文针对位移损伤从微观损伤,到器件宏观性能破坏,进行了详细介绍。包含:损伤机制→非电离能损失归一化→形成的缺陷→缺陷堆积所致的宏观性能破坏。并基于此研究位移损伤对中央电极可调式三维沟槽电极硅探测器的破坏。本文基于泊松方程,对三维沟槽探测器进行改进,提出了一种可保证探测器在同一电压下,同时全耗尽的探测器单元结构-中央电极可调式三维沟槽电极硅探测器,并运用TCAD-slivaco验证了本文的设计方案;为了研究所设计结构的电学特性,通过模拟仿真,研究了探测器单元的电场电势特性,并由此给出了最小中央电极长度与电极间距间的关系,以及遭受Φ_(eq)=1x10~166 n_(eq)/cm~2的位移损伤后的最大电极间距;考虑到探测器结构的增长对噪声的影响,研究了漏电流、几何电容与探测器结构增长之间的定量关系,并由此给出了探测器单元最大体积与噪声的关系;为了研究探测器单元不同位置处在位移损伤后的电荷收集效率(CCE)特性,本文建立了辐射损伤后的CCE模型,并观察了遭受Φ_(eq)=1x10~166 n_(eq)/cm~2的位移损伤后不同区域的CCE变化。为了研究衬底对三维沟槽类探测器探测性能,本文基于最小电离粒子(MIP)入射探测器阵列模型,根据Ramo定理,研究了对电信号影响较为重要的两个参数(电场、比重场)随沟槽深度的变化;为定量研究沟槽深度变化对探测器电荷收集性能的影响,结合有限元思想,基于三维电场分布及三维比重场分布,建立了载流子漂移的3维物理模型,并在Matlab将其转化为数学模型,模拟信号产生过程;基于本文所建立的载流子漂移模型,本文模拟了不同沟槽深度下,MIP诱导产生的i-t曲线,给出了沟槽深度变化对探测器电荷收集性能影响的定量描述。
【图文】：

图 1.1 直拉法制备单晶硅示意图论源于 J.Czochralski[3]，最早是用于研究金属的结晶速度 1950 年，，该方法被 Teal 和 Little 两人[4]改善，使其在单硅生长机的简图为图 1.1，由 3 三部分组成：

区熔法示意图
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL814

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本文编号：2642661