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总剂量效应对低增益雪崩硅传感器的性能影响及机理研究

批准号:
12105298
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
樊云云
学科分类:
粒子探测技术
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
樊云云

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
低增益雪崩硅传感器是近年来国际上的前沿热点,具有超高的时间分辨和一定的位置分辨,且随着位置分辨的提高极有希望在未来实现先进的4D探测,具有广泛的应用前景。除可应用于未来高亮度强子对撞机及先进光源大科学装置外,还可应用于近年来日益发展的核医学和航空航天事业中。但在以上场景成功应用前,低增益雪崩硅传感器还需具有抗辐照的能力。目前此技术的抗辐照研究,特别是对电离总剂量效应导致的面损伤尚有很多问题亟需解决。本项目拟通过辐照实验和计算机模拟相结合的方法,研究其面损伤导致的性能变化及敏感设计参数。辐照实验方面,拟设计高低剂量率实验,以具有不同设计参数的传感器为研究对象,研究其在超高剂量下的性能退化行为,高低剂量率影响的异同,敏感设计参数。模拟方面,拟通过蒙特卡罗模拟与电学性能模拟相结合的方式,探索其面损伤机制,优化敏感设计参数,提供抗辐照新方法。
英文摘要
Recently, the low gain avalanche diodes (LGAD) is the frontier of the detector study in the world. LGAD is the promising candidate for the 4D detector with the extreme high timing resolution and a certain of position resolution which is improving by the time. The LGAD could be applied in many fields, such as the future high luminosity large hardon collider、the future synchrotron radiation facility、the nuclear medicine and space exploration. However, before the successful application of the LGAD, it should be radiation hardness. There are still many problems need to be solved in the irradiation hardness study, especially the surface damage caused by the ionizing radiation. This study plans to research the radiation hardness and sensitive design factors caused by surface damage by the irradiation experiment and the computer simulation. The irradiation experiment is designed to irradiate the LGADs with different design parameters by the high and low dose rate irradiation. The aim of the irradiation experiment is to study the performance degradation of the LGAD after ultra-high dose irradiation and the difference of the effects of high and low dose rate irradiation. The irradiation experiment could also pick out the radiation hardness LGAD sensors directly. The simulation is proposed to explore the surface damage mechanism by combining Monte Carlo simulation with electrical performance simulation. The simulation could find out the sensitive design parameters , which could also provide new methods of irradiation hardness design.
低增益雪崩硅传感器(LGAD)是近年来国际上的前沿热点,具有超高的时间分辨和一定的位置分辨,且随着位置分辨的提高极有希望在未来实现先进的4D探测,具有广泛的应用前景。但若要成功应用,低增益雪崩硅传感器还需具有良好的抗辐照能力。本项目采用北京谱仪束线及Co60 放射源,分别将LGAD辐照到100kGy及2MGy,并通过IV、CV及Beta放射源时间性能测试等方法对LGAD的辐照前后的性能变化进行了对比研究。并通过SIMS进行辐照后LGAD器件掺杂变化的研究。通过对具有不同设计敏感参数器件研究发现,浅掺杂碳的LGAD具有极好的抗电离损伤能力,剂量率高低对其抗辐照能力不造成明显差别,且在2MGy 大剂量辐照后仍可以满足大型强子对撞机要求。最后本项目通过建立辐射损伤模型,首次建立了可以预测碳掺杂带来的抗辐照能力变化的模型,为进一步优化掺杂碳浓度提高抗辐照能力提供了方向。使用多尺度模拟解释实验数据,仿真结果和实验结果误差在20%以内,为理解掺碳抗辐照性能提升的微观机理打下基础。
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