新型闭合式壳型电极硅探测器的电学性能研究

《新型闭合式壳型电极硅探测器的电学性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代号10530学号201431101250分类号TN305密级公开硕士学位论文新型闭合式壳型电极硅探测器的电学性能研究学位申请人冯明富指导教师李正教授学院名称材料科学与工程学院学科专业材料科学与工程研究方向先进信息材料与器件二零一七年十二月万方数据StudyonElectricalCharacteristicsofNovelClosedShell-ElectrodeSiliconDetectorCandidateMingfuFengSupervisorProfessorZhengLiCollegeSchoolofMaterials

2、ScienceandEngineeringProgramMaterialsScienceandEngineeringSpecializationAdvancedInformationMaterialsandDevicesDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateDec,2017万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的

3、成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要随着半导体材料和工艺技术的发展，越

4、来越多的半导体探测器进入人们的视野。其中硅探测器以其优良性能和先进的工艺优势，一直被应用于诸多领域，如高能物理、核物理等。尤其是在高能物理实验中，硅探测器因其抗辐照的优异性能而被广泛应用。尽管如此，在欧洲超级强子对撞机(SLHC)实验中，因其辐照通量已达到，探测器的性能仍然会有衰减。通常以暗电流、电容、耗尽电压、电荷收集、响应时间等参数来对应噪声、能耗、能量分辨率、收集效率等作为探测器的性能指标。为加固探测器的抗辐照性能，剔除探测器的弱电场区，提高探测器的电荷收集效率，本文提出一种新型闭合式壳型电极硅探测器(CSED)。利用Silva

5、coTCAD仿真方形结构来研究新型闭合式壳型电极硅探测器的性能，并结合理论依据分析仿真结果。研究内容是：(1)闭合式壳型电极硅探测器的结构设计理念。该探测器是以研究加固探测器的抗辐照性能、减少探测器的死区比例为基础而设计的新型结构。它是由两种不同的电极结构相互嵌套而成，剔除掉了低电场区，有效降低了探测器的死区比例，加快了探测器的电荷收集效率。其电场分布在z方向比三维沟槽电极硅探测器的电场分布更加均匀、连续。(2)探测器的耗尽电压。探测器的全耗尽电压与其结构和所处环境有关，可以通过研究探测器的空穴浓度得到。当探测器的空穴浓度不再随电压的

6、增加而变化时，则探测器达到全耗尽状态。通过仿真可知在无辐照情况下该探测器的全耗尽电压为1V。(3)闭合式壳型电极硅探测器的漏电流与辐照的关系。通过研究表明辐照对漏电流的影响是由于辐照对探测器材料的载流子寿命产生了影响，从而引起探测器漏电流的变化。漏电流大小与其结构没有直接关系(探测器的体积不变)。漏电流的大小可以表征探测器的信噪比。(4)闭合式壳型电极硅探测器的电容特性。通过对C-V特性的仿真得到该探测器的饱和电容为87fF，研究发现该值只与探测器的结构及电极设计有关，而与其所处的环境无关，探测器的几何电容也可表征探测器信噪比。(5)

7、研究探测器的感应电流及电荷收集效率。当小电离粒子(MIP)入射到硅基体内，产生的感应电荷和感应电流通过电极读出。在无辐照环境中，总的收集电荷与MIP入射的位置无关。在强辐照环境中，总的收集电荷与MIP的入射位置有关。辐照强度越大，电荷收集效率越低。探测器的几何结构决定了探测器的几何电容及电荷收集效率。关键词：闭合式壳型电极硅探测器；辐照强度；漏电流；电荷收集效率I万方数据AbstractWiththedevelopmentofthesemiconductormaterialsandfabricationtechnologies,mor

8、eandmoresemiconductordetectorshavebeenstudied.Amongthem,silicondetectors,duetotheirexcellentpropertiesandadvan