硅微条探测器的研制及辐射损伤研究

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硅微条探测器因具有很好的位置分辨率与能量分辨率而得到广泛应用,在兰州重离子加速器的外靶实验终端上,硅微条阵列可配合CsI(T1)量能器来完成带电离子的鉴别。硅微条探测器价格昂贵,制作工艺复杂,商用产品在构型方面存在诸多限制。为了能根据自身实验目标设计探测器的构型,中国科学院近代物理研究所自行研制了厚度300μm、双面96条的硅微条探测器芯片。芯片经划片、邦定等步骤和巧妙设计的刚柔板,实现了探测器的封装。配合ASIC芯片的前端电路,硅微条探测器阵列成功布局到外靶实验终端上,并方便地给出了探测器每一条的能量信息和位置信息。真空下测试,这些探测器对5MeV~9MeV能量的射线的能量分辨率在1%左右,满足实验要求。  但是经过高通量的带电粒子和中子辐照后,硅微条探测器辐射损伤比较严重。损伤主要表现为:漏电流增大、全耗尽电压增大、能量分辨率变差等。导致辐射损伤的主要原因是入射粒子在材料中的位移损伤引起的缺陷,它改变了材料的电学特性。因此,可用非电离能损(NIEL)来定标硅微条探测器辐射损伤程度。通过SRIM程序模拟NIEL结果可知,相同能量的重离子在硅中的NIEL要比质子大很多(12C离子约比质子大3个数量级)。由此可见,重离子更容易引起硅微条探测器的辐射损伤。  我们选择受总能量为400MeV的8B,7Be,6Li离子,总通量达到109/cm2的放射性束流照射过的硅微条探测器进行研究,其NIEL值预计达到了1.52×108MeVcm2/g。对比其受辐照前后的I-V特性、C-V特性测试数据,得知损伤效应明显,探测器漏电流增大一个以上量级,全耗尽工作电压和工作电容也明显增大,且真空中对241Amα粒子能量分辨率由辐射前的1%增大到辐照后的6%。因此,抗辐照硅条探测器的研就势在必行。
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