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半导体探测材料与器件
- 亚东 徐 (西北工业大学)
- 正 李
半导体探测材料与器件
- 正 李
- 亚东 徐 (西北工业大学)
基于声子探测的光-热两维读出低温晶体量热器具有极好的能量分辨、极低的探测阈值以及独特的粒子鉴别能力，成为稀有衰变实验极具竞争力的技术选择。反应堆中子辐照核嬗变掺杂锗半导体温度传感器（NTD-Ge）和高纯锗低温光收集器（LD）是低温晶体量热器的关键核心器件。NTD-Ge直接决定了量热器的灵敏度，LD则直接影响量热器的粒子鉴别能力。本报告主要介绍课题组以10N高纯锗片为基材建立的NTD-Ge全链路研制工艺，并对NTD-Ge_USTC进行了mK深冷低温测试，结果符合理论预期；同时将介绍对LD光学薄膜开展的工艺探索及常温下的系列表征测试。
本报告介绍了中国科学技术大学和中科院微电子研究所为ATLAS高粒度时间探测器项目研制的低增益雪崩探测器在预量产阶段的表征与性能研究。通过系统性实验评估了其关键性能参数：基于漏电流-电压测试确定了器件的击穿电压；通过电容-电压测试确定了增益层耗尽电压和全耗尽电压；通过贝塔源测试确定了探测器的时间分辨能力；通过束流测试确定了探测器的计数率。综合上述结果，预量产探测器的关键性能参数均达到设计指标，良率评估结果符合高粒度时间探测器项目的要求。目前该探测器已通过合作组审查，标志着预量产阶段的完成，为未来高亮度大型强子对撞机升级中顶点探测与时间测量性能的提升奠定了重要基础。
近年来CMOS探测器/传感器的性能有了巨大的提升，在爱因斯坦探针卫星（EP）需求牵引下，开始了(国产)科学级X射线CMOS探测器的研制，于2020年成功研制6 cm × 6 cm，4k × 4k像素阵列，读出帧频20Hz的大靶面X射线探测器。经过测试，其暗电流为0.02e/pixel/s@-30°，室温下能量分辨率可达180eV@5.9keV（经过增益修正可提高到140eV），读出噪声3e。已有48片该探测器用于EP卫星，在轨表现了优秀的性能。相比较传统的CCD型探测器，CMOS探测器在读出速度、抗辐照性能、制冷需求、高集成度和成本上有着巨大的优势，在光学、紫外、X射线和宇宙线探测等领域有着巨大的应用前景。
碲锌镉（CdZnTe）因其优异的能量分辨率和室温工作能力，在X射线和伽马射线探测领域表现出广泛的应用前景。本文介绍了一种CdZnTe（CZT）探测器的设计，该探测器采用双面正交微条电极结构，实现了核辐射探测的高能量分辨率和高空间分辨率。通过仿真模拟，在单个电极条尺寸为150µm（宽度+间隙）区间内，验证了不同电极尺寸对探测器性能的影响，同时探究了探测器的能谱响应，在6keV下FWHM为161.4eV，在60keV下FWHM为512.6eV。
极紫外（EUV）辐射探测器在集成电路科学仪器装置、航天航空等领域有重要应用前景，目前硅基EUV探测器的研究国内尚无报导。2013年荷兰代尔夫特理工大学联合比利时国家微电子中心开发并制造了一种pure-B EUV光电探测器，具有接近理论值的响应度和超高的稳定性，然而Pure-B EUV探测器内部光生载流子产生和收集机制尚未有文献深入报导与研究。本文基于关键工艺实验测试结果，通过仿真得到了pure-B光电二极管的电学性能，包括电势/电场分布、耗尽区宽度与施加偏压的关系、暗电流、电容等，并利用减压化学气相沉积（RPCVD）技术在8英寸CMOS兼容的工艺线开发制备了pure-B光电探测器，测试结果表明在-1V下器件具有低至0.01 nA/mm2的低暗电流密度，证明在Si表面形成一种高质量且近乎无缺陷的超浅结，光学测试正在进行中。
自从1895年伦琴发现X射线以来，辐射探测技术快速发展，被广泛应用于医疗影像、安检安防、工业无损检测、核安全监测、资源勘探、基础科学和空间科学等诸多领域。从探测材料和工作原理划分，辐射探测器主要可分为气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器。本报告从各类射线与半导体材料的相互作用以及半导体探测器工作原理和信号处理过程入手，着重探讨碲锌镉（CdZnTe）半导体辐射探测器在不同应用场景下的研究进展，包括晶体材料性能的优化、探测器器件设计以及系统集成等。同时，报告还将探讨CdZnTe探测器在相关领域的应用潜力和最新发展。
双面正交条高纯锗探测器因其优异的能量与位置分辨特性，广泛应用于核结构测量、核医学和天文学等领域。本文基于已验证的单面多条电极探测器仿真平台，建立了双面正交电极结构的模拟平台，研究电极几何参数对探测器性能，包括位置分辨率和电荷共享的影响机制。本研究为优化双面正交探测器的电极设计提供了理论依据，对开发高性能辐射成像探测器具有指导意义。
高能宇宙辐射探测设施(HERD)项目是计划安装在中国空间站上的空间天文和粒子天体物理实验。硅电荷探测器(SCD) 是HERD的子探测器之一，用于测量Z=1至28宇宙线粒子的电荷量。本研究将介绍SCD全尺寸探测器模块的首次研制与测试结果。
4H-SiC辐射探测器研发
（投稿方向1：半导体辐射探测器技术）
韩运成1,2，任雷1,2，孟祥东1,2，Hanine Chayma HATTAB1,2，李永华3，王洋3
（ 1. 中国科学院合肥物质科学研究院；2. 中国科学技术大学；3. 中国科学院近代物理研究所；Email: yuncheng.han@inest.cas.cn...
硅漂移探测器在电子显微镜SEM、X射线荧光光谱（XRF）、同步辐射光源和粒子探测等领域有着重大的应用。我们采用创新的原理、结构和工艺，系统地构建了新型硅漂移探测器。本报告研究发现，硅漂移探测器阳极（anode）的掺杂浓度、掺杂深度对漂移电子的收集有着重要的影响。我们把硅漂移探测器的阳极的掺杂浓度从1E18/cm-3提升至1E20/cm-3，把掺杂深度从50nm提升至1000nm，可以看到在阳极收集的电子浓度，提升了5倍以上，这对于提升计数率和探测效率有着重要的意义。
摘 要
在CEPC探测系统设计中，对撞产生的末态粒子能量主要分布在 0-5 GeV 的低能区，探测器系统对末态粒子鉴别能力对味物理至关重要。为了提高味物理的研究潜力，需要高精度的飞行时间探测器（TOF）加强低能区的粒子甄别能力，基于低增益雪崩二极管（LGAD）技术的时间探测器是最新且具竞争力的方案 。
低增益雪崩二极管（LGAD）是一种高精度的硅基时间探测器，具有10-50的典型增益。交流耦合低增益雪崩二极管（AC-LGAD）是基于LGAD发展出来的新型探测器，其不但具有LGAD的时间分辨能力（∼30ps），还具有很高的空间分辨能力（∼10µm），是一种有很大潜能的4D探测器。本次报告内容是通过激光实验探究大面积strip型AC-LGAD的信号传输，分别探究在沿strip方向上信号传输的变化与间隔多个strip时对信号传输影响。
