采用硅雪崩漂移探测器的闪烁探测器研究

本项目提出研究一种采用正面入射硅雪崩漂移探测器（ADD）作为光读出探测器的新型闪烁探测器。传统硅漂移探测器的收集阳极被一"点状" 的雪崩二极管代替，漂移和雪崩结构与入射窗口放在同一侧，这种单面结构的ADD大大简化了制作工艺。该结构采用深、浅双结的背对背n-p-n结构，所有p-n结反向偏置，使p阱全耗尽，有源耗尽区深度小于10μm，大大降低了耗尽区的体产生漏电；浅的n沟道同时作为简单内集成电阻分压器，以便形成侧向漂移电场，避免了外部复杂的分压电路。该器件既具有SDD输出电容小的优点，又具有APD有增益的优点。用它做闪烁探测器的光读出探测器，具有输出电容小且不依赖于器件面积的特点，因此电子学噪声较低。器件有内部增益，有利于弱光探测，并且获得较高的能量分辨率。这种正面入射硅ADD与闪烁体结合用来探测x射线、γ射线或其它高能粒子，预期在核医学成像和高能物理能谱分析中有较强的应用潜力。

硅雪崩漂移探测器（ADD）——传统硅漂移探测器（SDD）的收集阳极被一“点状” 的雪崩二极管（APD）代替。ADD器件既具有SDD输出电容小的优点，又具有APD有增益的优点。用ADD做闪烁探测器的光读出探测器，具有输出电容小且不依赖于器件面积的特点，因此电子学噪声较低。器件有内部增益，有利于弱光探测，并且获得较高的能量分辨率，与闪烁体结合用来探测x射线、γ射线或其它高能粒子，在核医学成像和高能物理能谱分析中有较强的应用潜力。.本项目研究设计和制备了正面入射结构ADD以及背面入射结构ADD。正入射ADD器件的特点是将漂移区和雪崩区分离，收集结APD由独立的离子注入完成以便调节雪崩击穿电压，同时N-channel区域做得很浅，因此提高器件对短波长光的响应特性。背入射ADD器件的特点是几何填充因子接近100%，高探测效率和大动态范围得以兼顾。我们首先利用ISE-TCAD模拟了器件的电势分布、电场分布和电流密度分布等重要电学参数；利用红外对准套刻、离子注入等硅平面工艺制作出了所设计结构的ADD器件；最后对制备器件的电学和光响应特性进行实验表征，研究实验结果，分析讨论器件结构的局限性。