新型三维沟槽电极硅探测器电荷收集性能的研究

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1、学校代号10530学号201230101181分类号TN305密级公开硕士学位论文新型三维沟槽电极硅探测器电荷收集性能的研究学位申请人丁浩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○一五年五月StudyonChargeCollectionPropertiesofNew3D-TrenchelectrodeSiDetectorCandidateHaoDingSupervisorProfessorZhengLiCollegeSchoolofMaterialsScienceandEngineeringProgramAdvancedInfor

2、mationMaterialsandDevicesSpecializationMaterialsScienceandEngineeringDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2015湘巧大学学位论文原创性黄明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。除了文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体集体己经发表或撰写的成果作品，均己在文中Ｗ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

3、？作者签名：了谦曰期：知护年４月曰学位论义版奴使用授权书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。留并向国家有关部口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１＾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Ｊｌ，可ｔ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：户巧年月Ｋ日了旅／导师签名日期：日；＾測妊作月化摘要半导体探测器以其响应速度快、灵敏度高、易于集成等优异的性能，成为光子、高能粒子探测的首选探测器，已被广泛地应用于航空航天、

4、医疗检测、高能物理实验等领域。对于应用在高能物理实验上的探测器，如在欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞实验中(LHC)的探测器，强的辐照环境会导致探测器工作性能的剧烈衰减，如漏电流增加、电阻率的增加等。近年来，高能物理实验上的辐照通量继续增大，如在超级强162子对撞实验上(SLHC)，辐照通量已达到1×10neq/cm，今后还会持续增大。此时，强辐照导致缺陷效应加剧，陷阱能级对电荷的俘获效应成为影响探测器性能的主要因素。科学家们一直尝试着增强探测器的抗辐照性能，其中一个有效途径就是设计出具有新型结构的探测器，希望它的电荷收集速率快、并且能有较小的全耗尽电压。最近几年出现了一

5、种新型的三维沟槽状电极的硅探测器，该探测器内部电场分布较均匀，全耗尽电压较小，其性能明显优于传统的仅含有柱状电极的三维探测器，目前该探测器正处于研发测试阶段，未来该探测器必将取代传统柱状电极探测器，并会在高能物理实验、X射线探测等领域得到广泛应用。探测器的电荷收集性能作为探测器工作性能的重要参数指标，对高能粒子或是X射线探测的效率及精度方面都是极其重要的。而国内外对该新型三维沟槽电极硅探测器的电荷收集情况，特别是强辐照环境中的电荷收集的研究并未开展。本文中我们通过分析强辐照在硅中产生的辐照效应，包括空间电荷变化、少子寿命变化、以及辐照产生的陷阱能级对电荷的俘获情况等，并且利用Ram

6、o理论，得出了辐照环境中三维沟槽探测器的电荷收集模型。同时借助半导体器件仿真软件(SilvacoTCAD)对电荷收集模型中需要的三维沟槽电极硅探测器的电场分布及其比重分配场的分布进行了仿真，最后得到了该型探测器的具体电荷收集性能。对该型探测器的电荷收集性能仿真结果表明：(1)对于没受过辐射照射的探测器，电荷收集值与高能粒子入射位置无关；(2)对于受过辐射照射的探测器，电荷收集与高能粒子入射位置相关；(3)随着辐照通量的增加，电荷收集值减少；(4)增加电压会使电荷收集量增加，但最终电荷收集值趋于饱和；(5)电极间距减少会增加电荷收集值。同时我们也对任意位置入射的粒子产生的平均电荷进行

7、了估计。文章中提出的电荷收集计算方法新颖，可为其他器件的电荷收集模型提供借鉴，而对该新型硅探测器电荷收集的模拟将对未来高能物理实验或核物理实验中的该型探测器的应用提供重要参考。关键词：硅探测器；器件仿真；感应电流；收集电荷IAbstractSemiconductordetectors,withexcellentperformancesoffastresponse,highsensitivity,easeofintegration,etc.,havebeenthepri