【摘 要】
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硅漂移探测器（SDD）基于侧向耗尽原理于1983年被提出,主要应用于高能物理和粒子物理实验、能谱分析以及航天航空领域。传统SDD一般具有同心环状和螺旋状两种电极结构,同心环SDD设计制造简单,且电学特性优异,但无法自主分压。螺旋SDD则可以自主分压,但设计制造较复杂,且电势分布不如同心环SDD均匀。为了同时实现SDD的自主分压和优异的电学性能,本文基于同心环状SDD,提出一种具有等宽度分压电阻链和
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硅漂移探测器（SDD）基于侧向耗尽原理于1983年被提出,主要应用于高能物理和粒子物理实验、能谱分析以及航天航空领域。传统SDD一般具有同心环状和螺旋状两种电极结构,同心环SDD设计制造简单,且电学特性优异,但无法自主分压。螺旋SDD则可以自主分压,但设计制造较复杂,且电势分布不如同心环SDD均匀。为了同时实现SDD的自主分压和优异的电学性能,本文基于同心环状SDD,提出一种具有等宽度分压电阻链和漂浮电极的SDD,并利用Sentaurus TCAD软件对其进行了电学特性仿真和优化。一、取电阻链宽度WiR为常数,对阴极环宽度WiC和间距GiC使用不同的计算方法得到了两种SDD结构（SDD1,SDD2）。为选择最佳结构进行自主分压仿真,对SDD1和SDD2进行二维电学仿真对比。仿真发现SDD的WiC、GiC均为常数时（SDD2）具有更近乎常数的漂移电场,故以SDD2作为三维分压仿真以及后续研究的基本结构。仿真发现给SDD设置分压电阻链后,仅在最内以及最外阴极环上施加反偏电压,就在SDD内部获得了较均匀的电势分布,产生了电子漂移通道。二、为保留同心环SDD优异的电学特性,消除因分压电阻链导致GiC增大而在SDD内部产生电场数值低、分布不均匀的现象,在阴极重掺杂环之间设计加入漂浮电极。通过改变漂浮电极与阴极环间距Gf以及阴极环间漂浮电极环数nf来研究漂浮电极对SDD电学特性的影响。仿真发现漂浮电极能显著改善SDD的电势分布,增强电场,拉直漂移通道。具体表现在电学特性随着Gf的减小而提升,Gf≤20μm时电学特性达到最佳且基本不再发生变化;当Gf=10μm,nf=2时（此时Wf最接近WiC）,SDD获得了最均匀的电势分布,形成了最接近常数的漂移场。三、为研究双面环电极结构在大面积SDD设计中的积极作用,应用漂浮电极,比较了相同面积下双面环对称SDD和单面环SDD的电学特性。发现在对正面施加相同电压的情况下,双面阴极环的结构可以大大提高漂移场大小,产生更平直、更接近基体中央漂移通道。最后,为验证预测的电子漂移路径,对双面环对称SDD进行了重离子入射仿真。
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