硅漂移探測器(SDD)因能量分辨率高和計數(shù)率高廣泛應(yīng)用于X射線的探測分析。闡述了同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)的圓柱形硅漂移探測器的工作原理,基于該結(jié)構(gòu)采用TCAD仿真其內(nèi)部電勢分布、電場分布和電子濃度分布,依照仿真結(jié)果對器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,并對所研制的器件電學(xué)特性進(jìn)行了測試分析。結(jié)果表明,優(yōu)化后的硅漂移探測器內(nèi)部漂移電場較為均勻并且電場強(qiáng)度較強(qiáng),能夠滿足探測器的設(shè)計需求。

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【部分圖文】：

圖1同心圓環(huán)SDD耗盡過程示意圖

SDD的工作是通過側(cè)向耗盡原理實現(xiàn)的[9]。側(cè)向耗盡原理是指:正反兩面p-n結(jié)偏置時,耗盡區(qū)同時向高阻n型襯底擴(kuò)散,當(dāng)反偏電壓低于全耗盡電壓時,正反耗盡區(qū)沒有連接在一起,襯底沒有被完全耗盡,中間還有中性區(qū),如圖1(a)所示。當(dāng)外加負(fù)偏壓足夠高時,如圖1(b)所示,兩個耗盡區(qū)邊緣彼....

圖2同心圓環(huán)SDD的結(jié)構(gòu)和原理示意圖與電勢分布仿真圖

當(dāng)探測器正面漂移環(huán)和背面電極加合適負(fù)偏壓后,探測器內(nèi)部形成全耗盡區(qū),并產(chǎn)生垂直于探測器表面的電場分量[11],正反兩面的耗盡區(qū)邊緣重疊后,形成電勢溝道[12],同時相鄰兩個漂移環(huán)之間形成電勢梯度,多個漂移環(huán)在襯底內(nèi)部共同形成漂移電場,如圖2(b)所示的仿真電勢分布圖所示。X射線或....

圖3不同環(huán)寬度條件下,電勢隨半徑的變化曲線

首先進(jìn)行漂移環(huán)寬度的設(shè)計優(yōu)化,在此過程中保持漂移環(huán)間隔和有源區(qū)半徑固定不變。對不同漂移環(huán)寬度的設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬,得到如圖3所示的SDD內(nèi)部電勢的分布曲線(P-R曲線),其中陽極位于半徑起點位置。由圖中可以看出,漂移環(huán)寬度為40μm時,SDD內(nèi)部電勢變化最為均勻,隨著環(huán)寬的增加....

圖4不同環(huán)間距條件下,電勢隨半徑的變化曲

圖3不同環(huán)寬度條件下,電勢隨半徑的變化曲線在確定漂移環(huán)寬度為70μm以后,進(jìn)一步最優(yōu)化漂移環(huán)間隔。保持漂移環(huán)寬度不變,對漂移環(huán)間隔做10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm的系列仿真模擬,得到如圖4所示的系列環(huán)間距下電勢的分布曲線(P-R曲線)。....

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