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中科院高能所等研制出具有良好高抗輻照性能的硅超快傳感器


  來(lái)源: 中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所 時(shí)間:2021-12-28 編輯:清風(fēng)
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近日,中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所科研團(tuán)隊(duì)研制出具有良好抗輻照性能的硅超快傳感器。該傳感器基于低增益雪崩放大二極管(Low-Gain Avalanche Diode, LGAD)。經(jīng)ATLAS合作組與RD50合作組測(cè)試,該傳感器是目前抗輻照性能最好的LGAD硅超快傳感器,達(dá)到ATLAS實(shí)驗(yàn)高顆粒度高時(shí)間分辨探測(cè)器項(xiàng)目(High Granularity Timing Detector,HGTD)的要求,其結(jié)果已在CERN的探測(cè)器講座(CERN detector seminar)和歐洲核子中心(CERN)的實(shí)驗(yàn)新聞(EP Newsletter)上公布。


該研究在原有LGAD硅超快傳感器工藝上增加了碳摻雜工藝,降低了輻照引起硅傳感器中硼摻雜的移除速率,提高了抗輻照性能。在經(jīng)過(guò)高亮度LHC要求的超高輻照量(2.5×1015/cm2/s等效中子通量)后,仍能實(shí)現(xiàn)30-40皮秒的時(shí)間分辨率,并且可以工作在300-400V的較低電壓下。經(jīng)CERN束流測(cè)試驗(yàn)證,低工作電壓避免了由單粒子擊穿導(dǎo)致的輻照損傷。該LGAD硅超快傳感器由中科院高能所與微電子研究所合作研制。


ATLAS合作組的HGTD項(xiàng)目是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)高亮度II期升級(jí)(LHC Phase-II)升級(jí)的一部分。其目標(biāo)是研制6.4平方米的抗輻照超快硅探測(cè)器,利用高精度的時(shí)間信息來(lái)區(qū)分空間上距離較近的對(duì)撞事例,從而提高探測(cè)器物理性能。該項(xiàng)目研發(fā)的硅超快傳感器,超快讀出芯片和大面積超快探測(cè)器集成等均是國(guó)際前沿的新技術(shù)。以高能所為主體的中國(guó)組將承擔(dān)HGTD項(xiàng)目超過(guò)1/3的傳感器研制,近一半的探測(cè)器模塊研制,與全部的前端電路板研制。


HGTD項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等的支持。


硅超快傳感器

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