新型低电容硅像素探测器的三维仿真与建模

发布时间：2020-08-14 23:19

【摘要】：硅探测器是一种常用的半导体探测器,是以硅为探测介质的辐射探测器。以其响应速度快、灵敏度高、易于集成等优异的性能,在X光检测与高能粒子探测等领域有广泛的应用。硅像素探测器是新型半导体探测器中的一种,可通过不同形状的像素单元阵列获得大面积的像素硅探测器。传统的硅像素探测器阳极、阴极均被金属电极覆盖,较大的有效电极面积使得探测器的电容较大。电容在硅探测器中是一个敏感因素,因为它直接影响到探测器工作的噪声与串扰。信噪比(S/N)是一个高性能探测器的关键参数,降低探测器噪声一直是探测器发展的主要任务之一。本文中首先通过二维仿真为新型低电容硅像素探测器的电极设计提供依据,合理的电极形状的设计不仅能大大的降低探测器的有效电极面积,同时也获得均匀的电势、电场分布。新型低电容像素硅探测器是在基于减少有效几何电极面积,同时保持探测器有效体积不变的基础上提出。同时,借助半导体器件仿真软件(Sentaurus TCAD)得到新型探测器的三维模型并对探测器的电特性包括静电势、电场、全耗尽电压,和电容进行了仿真,并将仿真结果与传统的硅像素探测器进行比较。模拟和计算表明:(1)新型像素硅探测器的电容较传统像素硅探测器(有效体积相同)电容减小3倍左右;(2)由于电极有效面积的减少,探测器所需耗尽电压相应增加;(3)在设计一个实际的像素硅探测器过程中,在电容与所需耗尽电压之间要根据实际需求做出权衡。这些仿真结果为实际探测器设计提供了依据。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL814
【图文】：

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第 1 章绪论第 1 章绪论1 硅探测器简介硅探测器是新型半导体探测器中应用最广泛的探测器，用以探测带电粒子等高能粒子的辐射探测装置。P-N 异质结构成了半导体探测器的基本结尽区在反偏电压作用下在半导体内部形成，作为探测器的灵敏区。硅探测向偏压作用下，当硅探测器的灵敏区有粒子打入时，即产生电子-空穴对并作漂移运动⺁被电极收集上产生脉冲信号[1-3]。如图 1.1，为硅探测器工作意图。

强子对撞机

表 1.1 世界各国高能物理实验室采用的半导体探测器区采用的半导体探测器费米实验室的 CDF，D0SLAC 的 B 介子工厂的 BaBar 实验L3，OPAL 等(高能物理中心)LHC 上的 ATLAS KEK HARA，HARB，Zeus 北京正负电子对撞机验环境中探测器的各种缺陷会因为很高的辐照通量的存在而产能级。缺陷能级能够俘获部分电子和空穴，最终导致探测器的[19]减弱了探测的信号，导致探测器灵敏度降低。

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湘潭大学硕士学位论文第一座原子能发电站。在随后的十多年时间之后，英、美两国也相能发电站。在拥有原子能发电站的全世界范围的国家中，原子能发占世界总发电量的 1/5 左右。二十世纪就是年代初，我国的第一座顺利建成，至今我国的原子能发电站总数也是处于世界领先水平，第四。核反应堆原理示意图如图 1.3 所示。

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