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  • 發布時間:2021-10-29 11:33 原文鏈接: 硅微條探測器的工作原理

      硅微條探測器是在一個n型硅片的表面上,通過氧化和離子注入法,局部擴散法,表面位壘法及光刻等技術工藝制作成的。其表面是均勻平行的附有一層鋁膜的重攙雜p+微條。n型硅片的整個底面摻入雜質后,制成n型重攙雜n+層,其外層也附有一層鋁,作為電極接觸。這樣制成了表面均勻條形的pn結型單邊讀出的探測器。

      中間部分的耗盡層是探測器的靈敏區,當在這些條型pn結加上負偏壓時,耗盡層在外加電場的作用下,隨著電壓升高而變厚。當電壓足夠高,耗盡層幾乎擴展到整個n-型硅片,基本達到了全耗盡,死層變得非常薄。因為其內部可移動的載流子密度很低,電阻率很高,漏電流非常小(好的硅微條探測器漏電流小于100pA)。外加電壓幾乎全部加到耗盡區上,形成很高的電場,。

      在無輻射電離時,基本沒有信號產生。當有帶電粒子穿過探測器的靈敏區時,將產生電子-空穴對,在高電場的作用下,電子向正極(底板)漂移,空穴向靠近徑跡的加負偏壓的微條漂移,在這很小的區域內(探測器厚度在300μm左右)收集電荷只需很短的時間(5ns左右)。在探測器的微條上很快就讀出了這個空穴(實為電子)運動產生的電荷信號。讀出電子學得到這個電荷信號,經過前置放大器將信號放大,再經過模擬通道,比較器,模數轉換(ADC)后讀入計算機。

      根據探測器系統測得的帶電粒子的信息,及帶電粒子在各個微條上的位置參量,可以確定各有關帶電粒子的運動軌跡及對撞后末態粒子的次級頂點等。根據譜儀內的磁場強度和粒子運動的軌跡可以計算出每個帶電粒子的動量。

      在設計、制作和使用硅微條探測器時需要考慮的一個重要原則問題是帶電粒子在半導體探測器中的散射角度與探測器的厚度問題。因為半導體的密度比較大,帶電粒子穿過探測器時,在探測器內部要經過多次散射。如果帶電粒子的能量不高,探測器比較厚,粒子在探測器內經過很多次散射后,角度偏轉比較大,這將不利于粒子的徑跡和頂點精確測量。如果探測器太薄了,雖然散射次數減少,偏轉角度小了,但探測效率降低了。因此,一定要根據被探測粒子的能量及實驗對散射偏轉角度的要求,恰當的選擇探測器厚度。

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