随着大型强子对撞机的升级,二维平面电极结构的标准内层像素探测器会暴露在一个强辐照环境下,探测器性能严重退化。而三维沟槽探测器的抗辐照能力强,收集速度快,工作电压小,将其作为大型强子对撞机的最内层像素探测器具有好的应用前景。本研究基于三维沟槽电极探测器,对像素探测器阵列相邻单元间的串扰进行了分析,提出了一种新颖的三维双面组合沟槽电极探测器,并研究了三维沟槽电极探测器的定时性能。1.对探测器单元间的串扰进行研究,有利于探测器阈值参数的选择,提高像素分辨率。通过对Ramo公式推导,分析了探测器的信号收集,研究了不同电极间距、工作电压和入射位置对探测器单元间串扰的影响。发现工作电压越大,串扰电流信号越大,串扰收集电荷越多;粒子入射位置越靠近沟槽电极,串扰收集电荷越多,但数量少于200 e-;电极间距对电荷收集影响很小。2.提出了一种新颖的三维双面组合沟槽电极探测器。为了证明结构的优势,对比了其与传统探测器的电场分布以及串扰电流大小。发现三维双面组合沟槽电极探测器的底部电场分布更均匀,工作电压为60 V,单元间的串扰电流相比于传统三维沟槽电极探测器,减小了10倍左右。3.分析了影响探测器时间分辨率的因素,设计了一种超快的三维沟槽电极探测器。仿真分析了电极间距分别为5μm和10μm的三维沟槽电极探测器的工作电压、电场、漏电流、电容及电流信号。发现对应电极间距的探测器的工作电压分别为7 V和18 V,电容分别为56 f F和37 f F;经历2×1016neq/cm~2辐照后,漏电流从10-12A数量级增大到10-8A数量级,电场的分布更均匀,低电场区域减小;辐照对电流信号的影响很小,在工作电压下,电流信号上升时间约为25 ps,信号持续时间约为0.4 ns。