【摘要】：硅可與包括可見光在內(nèi)的很多輻射發(fā)生反應(yīng),且相對于其他半導(dǎo)體材料其成本有天然的優(yōu)勢,因此硅基探測器在航空航天、醫(yī)療、工業(yè)探傷、安全檢測、核輻射監(jiān)控、高能物理實(shí)驗(yàn)中有大量應(yīng)用。當(dāng)其應(yīng)用于強(qiáng)輻射環(huán)境特別是高能物理實(shí)驗(yàn)中,探測器將遭受嚴(yán)重位移損傷,因此硅探測器的抗輻射加固受到廣泛關(guān)注。對探測器而言抗輻射加固有兩種方式:1.摻入特性雜質(zhì);2.設(shè)計新探測器結(jié)構(gòu)。本文基于探測器結(jié)構(gòu)設(shè)計,對探測器抗輻射加固展開研究,其主要內(nèi)容為:為研究探測器抗輻射加固,本文針對位移損傷從微觀損傷,到器件宏觀性能破壞,進(jìn)行了詳細(xì)介紹。包含:損傷機(jī)制→非電離能損失歸一化→形成的缺陷→缺陷堆積所致的宏觀性能破壞。并基于此研究位移損傷對中央電極可調(diào)式三維溝槽電極硅探測器的破壞。本文基于泊松方程,對三維溝槽探測器進(jìn)行改進(jìn),提出了一種可保證探測器在同一電壓下,同時全耗盡的探測器單元結(jié)構(gòu)-中央電極可調(diào)式三維溝槽電極硅探測器,并運(yùn)用TCAD-slivaco驗(yàn)證了本文的設(shè)計方案;為了研究所設(shè)計結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性,通過模擬仿真,研究了探測器單元的電場電勢特性,并由此給出了最小中央電極長度與電極間距間的關(guān)系,以及遭受Φ_(eq)=1x10~166 n_(eq)/cm~2的位移損傷后的最大電極間距;考慮到探測器結(jié)構(gòu)的增長對噪聲的影響,研究了漏電流、幾何電容與探測器結(jié)構(gòu)增長之間的定量關(guān)系,并由此給出了探測器單元最大體積與噪聲的關(guān)系;為了研究探測器單元不同位置處在位移損傷后的電荷收集效率(CCE)特性,本文建立了輻射損傷后的CCE模型,并觀察了遭受Φ_(eq)=1x10~166 n_(eq)/cm~2的位移損傷后不同區(qū)域的CCE變化。為了研究襯底對三維溝槽類探測器探測性能,本文基于最小電離粒子(MIP)入射探測器陣列模型,根據(jù)Ramo定理,研究了對電信號影響較為重要的兩個參數(shù)(電場、比重場)隨溝槽深度的變化;為定量研究溝槽深度變化對探測器電荷收集性能的影響,結(jié)合有限元思想,基于三維電場分布及三維比重場分布,建立了載流子漂移的3維物理模型,并在Matlab將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型,模擬信號產(chǎn)生過程;基于本文所建立的載流子漂移模型,本文模擬了不同溝槽深度下,MIP誘導(dǎo)產(chǎn)生的i-t曲線,給出了溝槽深度變化對探測器電荷收集性能影響的定量描述。
【圖文】：

圖 1.1 直拉法制備單晶硅示意圖論源于 J.Czochralski[3]，最早是用于研究金屬的結(jié)晶速度 1950 年，，該方法被 Teal 和 Little 兩人[4]改善，使其在單硅生長機(jī)的簡圖為圖 1.1，由 3 三部分組成：

區(qū)熔法示意圖
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TL814

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本文編號：2642661