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中科院高能所等研制出具有良好高抗辐照性能的硅超快传感器

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【摘要】：

近日，中国科学院高能物理研究所科研团队研制出具有良好抗辐照性能的硅超快传感器。

近日，中国科学院高能物理研究所科研团队研制出具有良好抗辐照性能的硅超快传感器。该传感器基于低增益雪崩放大二极管（Low-Gain Avalanche Diode, LGAD)。经ATLAS合作组与RD50合作组测试，该传感器是目前抗辐照性能最好的LGAD硅超快传感器，达到ATLAS实验高颗粒度高时间分辨探测器项目（High Granularity Timing Detector，HGTD）的要求，其结果已在CERN的探测器讲座（CERN detector seminar）和欧洲核子中心（CERN）的实验新闻（EP Newsletter）上公布。

该研究在原有LGAD硅超快传感器工艺上增加了碳掺杂工艺，降低了辐照引起硅传感器中硼掺杂的移除速率，提高了抗辐照性能。在经过高亮度LHC要求的超高辐照量（2.5×1015/cm2/s等效中子通量）后，仍能实现30-40皮秒的时间分辨率，并且可以工作在300-400V的较低电压下。经CERN束流测试验证，低工作电压避免了由单粒子击穿导致的辐照损伤。该LGAD硅超快传感器由中科院高能所与微电子研究所合作研制。

ATLAS合作组的HGTD项目是大型强子对撞机高亮度II期升级（LHC Phase-II）升级的一部分。其目标是研制6.4平方米的抗辐照超快硅探测器，利用高精度的时间信息来区分空间上距离较近的对撞事例，从而提高探测器物理性能。该项目研发的硅超快传感器，超快读出芯片和大面积超快探测器集成等均是国际前沿的新技术。以高能所为主体的中国组将承担HGTD项目超过1/3的传感器研制，近一半的探测器模块研制，与全部的前端电路板研制。