新型低电容硅像素探测器的三维仿真与建模

摘要

硅探测器是一种常用的半导体探测器，是以硅为探测介质的辐射探测器。以其响应速度快、灵敏度高、易于集成等优异的性能，在 X光检测与高能粒子探测等领域有广泛的应用。
　　硅像素探测器是新型半导体探测器中的一种，可通过不同形状的像素单元阵列获得大面积的像素硅探测器。传统的硅像素探测器阳极、阴极均被金属电极覆盖，较大的有效电极面积使得探测器的电容较大。电容在硅探测器中是一个敏感因素，因为它直接影响到探测器工作的噪声与串扰。信噪比(S/N)是一个高性能探测器的关键参数,降低探测器噪声一直是探测器发展的主要任务之一。本文中首先通过二维仿真为新型低电容硅像素探测器的电极设计提供依据，合理的电极形状的设计不仅能大大的降低探测器的有效电极面积，同时也获得均匀的电势、电场分布。
　　新型低电容像素硅探测器是在基于减少有效几何电极面积,同时保持探测器有效体积不变的基础上提出。同时，借助半导体器件仿真软件(Sentaurus TCAD)得到新型探测器的三维模型并对探测器的电特性包括静电势、电场、全耗尽电压,和电容进行了仿真，并将仿真结果与传统的硅像素探测器进行比较。
　　模拟和计算表明：(1)新型像素硅探测器的电容较传统像素硅探测器(有效体积相同)电容减小3倍左右；(2)由于电极有效面积的减少，探测器所需耗尽电压相应增加；(3)在设计一个实际的像素硅探测器过程中，在电容与所需耗尽电压之间要根据实际需求做出权衡。这些仿真结果为实际探测器设计提供了依据。

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第1章 绪论

1.1 硅探测器简介

1.2 选题依据和论文框架

第2章 新型低电容硅像素探测器的设计

2.1 新型低电容硅像素探测器的结构特点

2.2 灵敏区的选择

2.3 偏置电压的选择

2.4 电极形状的设计

2.5 本章小结

第3章 新型低电容硅像素探测器模型建立及三维结构介绍

3.1 新型低电容硅像素探测器模型建立

3.2 新型低电容硅像素探测器的三维结构

3.3 本章小结

第4章 新型低电容硅像素探测器电学特性的仿真结果

4.1 电势和电场的分布

4.2 电容和全耗尽电压的仿真结果

4.2.4 新型硅像素探测器的全耗尽电压以及与传统的比较

4.3 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士学位期间发表论文目录

附录A：Sentaurus Structure Editor语句

附录B：Sentaurus Device语句