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随着半导体材料和工艺技术的发展,越来越多的半导体探测器进入人们的视野。其中硅探测器以其优良性能和先进的工艺优势,一直被应用于诸多领域,如高能物理、核物理等。尤其是在高能物理实验中,硅探测器因其抗辐照的优异性能而被广泛应用。尽管如此,在欧洲超级强子对撞机(SLHC)实验中,因其辐照通量已达到,探测器的性能仍然会有衰减。通常以暗电流、电容、耗尽电压、电荷收集、响应时间等参数来对应噪声、能耗、能量分辨率、收集效率等作为探测器的性能指标。为加固探测器的抗辐照性能,剔除探测器的弱电场区,提高探测器的电荷收集效率,本文提出一种新型闭合式壳型电极硅探测器(CSED)。利用Silvaco TCAD仿真方形结构来研究新型闭合式壳型电极硅探测器的性能,并结合理论依据分析仿真结果。研究内容是:(1)闭合式壳型电极硅探测器的结构设计理念。该探测器是以研究加固探测器的抗辐照性能、减少探测器的死区比例为基础而设计的新型结构。它是由两种不同的电极结构相互嵌套而成,剔除掉了低电场区,有效降低了探测器的死区比例,加快了探测器的电荷收集效率。其电场分布在z方向比三维沟槽电极硅探测器的电场分布更加均匀、连续。(2)探测器的耗尽电压。探测器的全耗尽电压与其结构和所处环境有关,可以通过研究探测器的空穴浓度得到。当探测器的空穴浓度不再随电压的增加而变化时,则探测器达到全耗尽状态。通过仿真可知在无辐照情况下该探测器的全耗尽电压为1 V。(3)闭合式壳型电极硅探测器的漏电流与辐照的关系。通过研究表明辐照对漏电流的影响是由于辐照对探测器材料的载流子寿命产生了影响,从而引起探测器漏电流的变化。漏电流大小与其结构没有直接关系(探测器的体积不变)。漏电流的大小可以表征探测器的信噪比。(4)闭合式壳型电极硅探测器的电容特性。通过对C-V特性的仿真得到该探测器的饱和电容为87 fF,研究发现该值只与探测器的结构及电极设计有关,而与其所处的环境无关,探测器的几何电容也可表征探测器信噪比。(5)研究探测器的感应电流及电荷收集效率。当小电离粒子(MIP)入射到硅基体内,产生的感应电荷和感应电流通过电极读出。在无辐照环境中,总的收集电荷与MIP入射的位置无关。在强辐照环境中,总的收集电荷与MIP的入射位置有关。辐照强度越大,电荷收集效率越低。探测器的几何结构决定了探测器的几何电容及电荷收集效率。