论文部分内容阅读
本论文研究了一种正面入射硅漂移雪崩探测器(ADD),该探测器是在德国马普研究所背面入射硅漂移雪崩二极管基础上提出的。硅漂移雪崩探测器用雪崩二极管结构代替了传统硅漂移探测器的收集阳极,在设计中我们将雪崩结构和漂移结构放在了光入射窗口的同一侧。这样做不仅简化了探测器的制作工艺(由双面工艺变为单面工艺),更重要的是由于正面入射避免了衬底全耗尽,使耗尽区深度小于10μm,与背面入射硅漂移雪崩二极管相比可以大大减小器件的漏电流,对于降低器件暗计数率和光学串话有重要作用,这是该结构的主要优点,使其具有更大的可行性和应用价值。
通过ISE-TCAD软件对器件结构进行了模拟,得到了良好的电学模拟结果。经过几次流片,已经初步研制出了具有良好电学特性和光响应的ADD器件,并对该器件的光子计数能力进行了初步测量。实验结果显示器件的暗计数率在室温下为19.34 kHz,降温到-40℃时,暗计数率减小到2.78 kHz;室温下光脉冲频率每增加10 kHz,电脉冲频率增加3.5 kHz,当光脉冲频率高于140 kHz,电脉冲频率达到饱和值64 kHz。该探测器工作于盖革模式时具有如下特性和应用:
1、输出电容小且不依赖于有源区面积,增益大,可以作为单光子探测器使用;
2、探测效率高,暗计数率和光学串话小,可以作为硅光电倍增管的单元结构。
对该器件工作于线性模式时与闪烁体结合的能量分辨率进行了研究。结果表明,正面入射硅漂移雪崩探测器能量分辨率优于光电倍增管、PIN探测器和,并且在探测10 keV到20 keV的低能伽马射线时能量分辨率好于硅漂移探测器,在探测20 keV到1000 keV的伽马射线时比硅漂移探测器的能量分辨率稍差,差值小于1%。因此正面入射硅漂移雪崩探测器也可以作为闪烁体探测器使用,在高能物理、天体物理和核医学成像等领域具有较大的应用价值。