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基于空间应用的Si-PIN探测器辐照性能研究

批准号:
11303028
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
27.0 万元
负责人:
顾煜栋
学科分类:
空间天文和高能天体物理技术和方法
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
姜维春、刘少真、杨生、谭颖

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
Si-PIN探测器是一种高性能的X射线探测器,可以同时满足高时间分辨、高能量分辨和一定成像分辨率的要求,在高能物理实验、天体物理和宇宙线、生物、工业、安全检测、核医学、X光成像等方面有着重要的应用前景。本项目以4英寸高阻Si片为材料,采用平面工艺技术研制Si-PIN探测器,主要使用T-CAD模拟探测器的结构设计,并实际进行工艺制备、信号电极引出等关键技术,使得探测器达到低漏电流以及良好的金属-半导体接触。探测器辐照前后性能发生变化,特别是探测器的结电容变化,导致信号读出电子学特别是前端放大器的匹配电路作出相应调整以达到最佳性能。本研究同时还着眼于探测器的辐照损伤后的退火机理研究,希望不同的退火机制能对探测器性能的起到回复作用。
英文摘要
Si-PIN detector is a high-performance X-ray detector, and can meet the high time resolution, high energy resolution and the requirements of imaging resolution, which has great applications in experiments of high-energy physics, astrophysics and cosmic rays, biological, industrial, security detection, nuclear medicine, X-ray imaging and so on. 4-inch high resistance Si wafer was employed in the project, and Si-PIN detectors were fabricated by planar technology. The detector structure design was simulated by T-CAD, and the actual fabrication process, signal electrode deposition and other technologies was employed to achieve low leakage current and consistent metal-semiconductor contacts. The detector's performance changes after irradiation, especially the changes of junction capacitance which will caused the signal readout electronics, especially the front-end amplifier circuit adjustment to achieve the best performance. This study also focused on the study of annealing mechanism after irradiaton, hopefully,different annealing mechanism can play important role in the recover of damaged detectors.
中能X射线望远镜(ME)是硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的三个主载荷之一,其主要功能为5-30keV能区的X射线扫描巡天以及定点观测。. 采用离子注入型平面工艺研制了硅探测器,并且应用于ME系统,器件结构为P-I-N结构。相比于传统的pn结工艺,Si-PIN探测器通过离子注入工艺在内部形成高阻I层。在探测器两级间加耗尽电压的情况下,其漏电流仍然可以达到pA量级。ME采用了包括1728路面积为56.25mm2的Si-PIN探测器,总探测面积952cm2。. 以4英寸高阻Si片为材料,采用平面工艺技术研制Si-PIN探测器,主要使用T-CAD模拟探测器的结构,确定了所用的探测器尺寸、厚度及保护环的设计。实际进行离子注入、光刻、镀膜、金属化等工艺,使得探测器达到低漏电流以及良好的金属-半导体接触。探测器辐照前后性能发生变化,特别是探测器的结电容变化,导致信号读出电子学特别是前端放大器的匹配电路作出相应调整以达到最佳性能,对应于其前端电子学的电路研究,通过对极-零相消电路的原理进行深入的理论分析和计算,指出了未来对应于不同探测器的可以智能调增参数的谱仪放大器。. 还研究了Si-PIN探测器和MPPC探测器在电子、质子以及γ射线照射下的辐照损伤问题,发现了在电子和质子辐照下,探测器发生了位移损伤,其损伤程度要大于γ粒子的造成的电离损伤。. 本项目同时还着眼于探测器的辐照损伤后的退火机理研究,发现了在常温条件下器件可以缓慢退火,退火后的器件在适当降温条件下可以满足项目的需要,在四年总剂量的束缚条件下,可以达到使用寿命需求。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: --
发表时间: 2014
期刊: 核电子学与探测技术
影响因子: --
作者: [刘少真, 顾煜栋, 曹学蕾]
通讯作者: 曹学蕾
Characterization of radiation damage caused by 23 MeV protons in Multi-Pixel Photon Counter (MPPC)
多像素光子计数器 (MPPC) 中 23 MeV 质子引起的辐射损伤的表征
DOI: 10.1016/j.nima.2016.03.092
发表时间: 2016-06
期刊: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
影响因子: --
作者: [Zhang, Juan, Xu, Zhenling, Zhang, Yifei, Zhao, Jianling]
通讯作者: Zhao, Jianling
超导转变边沿探测两级DC-SQUID放大器研究
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