2020年9月中旬，歐洲粒子物理中心(CERN)科研委員會(huì)(Research board)經(jīng)過(guò)評(píng)審，正式批準(zhǔn)了HGTD項(xiàng)目，計(jì)劃于2027年完成建造和安裝。

　　低增益雪崩探測(cè)器(簡(jiǎn)稱LGAD)是RD50合作組，提出的新型半導(dǎo)體探測(cè)技術(shù)。其主要特點(diǎn)是通過(guò)在傳統(tǒng)的N-in-P硅像素探測(cè)器的PN結(jié)下注入高濃度的P型摻雜，實(shí)現(xiàn)可控的內(nèi)部增益。該類探測(cè)器具有響應(yīng)快，抗輻照的特點(diǎn)，很快得到了粒子物理實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域內(nèi)的重視。大強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上(LHC)的ATLAS實(shí)驗(yàn)的探測(cè)器升級(jí)高粒度時(shí)間探測(cè)器項(xiàng)目(High Granularity Timing Detector,簡(jiǎn)稱HGTD)擬采用該方案，合作組內(nèi)廣泛研究LGAD。

　　2019年1月23日中科大正式加入HGTD項(xiàng)目，趙政國(guó)院士團(tuán)隊(duì)開(kāi)展相關(guān)的探測(cè)器技術(shù)，電子學(xué)讀出技術(shù)及系統(tǒng)集成方案的研究。建成LGAD讀出電子學(xué)芯片的測(cè)試系統(tǒng)，基于激光和放射源的探測(cè)器性能測(cè)試系統(tǒng)。中國(guó)科學(xué)院蘇州納米研究所和上海交通大學(xué)先后加入課題組。

　　2020年9月中旬，歐洲粒子物理中心(CERN)科研委員會(huì)(Research board)經(jīng)過(guò)評(píng)審，正式批準(zhǔn)了HGTD項(xiàng)目，計(jì)劃于2027年完成建造和安裝。在預(yù)研制階段,科大組利用探針臺(tái)和性能測(cè)試系統(tǒng)完成了日本濱松提供的原型探測(cè)器樣品的測(cè)試，并參與了束流測(cè)試工作。在大面積LGAD探測(cè)器的一致性，以及個(gè)別探測(cè)單元出現(xiàn)大漏電流問(wèn)題的應(yīng)對(duì)方案探討上做出了出色的工作。蘇州納米所驗(yàn)證了大面積的LGAD陣列和讀出電子學(xué)芯片的倒裝焊可行性。這些工作很好地回答了技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告評(píng)審委員會(huì)的問(wèn)題。

　　光電探測(cè)器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的器件，雪崩光電探測(cè)器采用的即是雪崩光電二極管(APD)，能夠具有更大的響應(yīng)度。APD將主要應(yīng)用于長(zhǎng)距離或接收光功率受到其它限制而較小的光纖通信系統(tǒng)。

　　雪崩光電二極管指的是在激光通信中使用的光敏元件。在以硅或鍺為材料制成的光電二極管的P-N結(jié)上加上反向偏壓后，射入的光被P-N結(jié)吸收后會(huì)形成光電流。加大反向偏壓會(huì)產(chǎn)生“雪崩”(即光電流成倍地激增)的現(xiàn)象，因此這種二極管被稱為“雪崩光電二極管”。

　　雪崩光電二極管是一種p-n結(jié)型的光檢測(cè)二極管，其中利用了載流子的雪崩倍增效應(yīng)來(lái)放大光電信號(hào)以提高檢測(cè)的靈敏度。其基本結(jié)構(gòu)常常采用容易產(chǎn)生雪崩倍增效應(yīng)的Read二極管結(jié)構(gòu)(即N PIP 型結(jié)構(gòu)，P 一面接收光)，工作時(shí)加較大的反向偏壓，使得其達(dá)到雪崩倍增狀態(tài);它的光吸收區(qū)與倍增區(qū)基本一致(是存在有高電場(chǎng)的P區(qū)和I區(qū))。

　　P-N結(jié)加合適的高反向偏壓，使耗盡層中光生載流子受到強(qiáng)電場(chǎng)的加速作用獲得足夠高的動(dòng)能，它們與晶格碰撞電離產(chǎn)生新的電子一空穴對(duì)，這些載流子又不斷引起新的碰撞電離，造成載流子的雪崩倍增，得到電流增益。在0.6～0.9μm波段，硅APD具有接近理想的性能。InGaAs(銦鎵砷)/InP(銦磷)APD是長(zhǎng)波長(zhǎng)(1.3μn，1.55μm)波段光纖通信比較理想的光檢測(cè)器。

　　光的吸收層用InGaAs材料，它對(duì)1.3μm和1.55μn的光具有高的吸收系數(shù)，為了避免InGaAs同質(zhì)結(jié)隧道擊穿先于雪崩擊穿，把雪崩區(qū)與吸收區(qū)分開(kāi)，即P-N結(jié)做在InP窗口層內(nèi)。鑒于InP材料中空穴離化系數(shù)大于電子離化系數(shù)，雪崩區(qū)選用n型InP，n-InP與n-InGaAs異質(zhì)界面存在較大價(jià)帶勢(shì)壘，易造成光生空穴的陷落，在其間夾入帶隙漸變的InGaAsP(銦鎵砷磷)過(guò)渡區(qū)，形成SAGM(分別吸收、分級(jí)和倍增)結(jié)構(gòu)。

　　在APD制造上，需要在器件表面加設(shè)保護(hù)環(huán)，以提高反向耐壓性能;半導(dǎo)體材料以Si為優(yōu)(廣泛用于檢測(cè)0.9um以下的光)，但在檢測(cè)1um以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)光時(shí)則常用Ge和InGaAs(噪音和暗電流較大)。這種APD的缺點(diǎn)就是存在有隧道電流倍增的過(guò)程，這將產(chǎn)生較大的散粒噪音(降低p區(qū)摻雜，可減小隧道電流，但雪崩電壓將要提高)。

　　一種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)是所謂SAM-APD：倍增區(qū)用較寬禁帶寬度的材料(使得不吸收光)，光吸收區(qū)用較窄禁帶寬度的材料;這里由于采用了異質(zhì)結(jié)，即可在不影響光吸收區(qū)的情況下來(lái)降低倍增區(qū)的摻雜濃度，使得其隧道電流得以減小(如果是突變異質(zhì)結(jié)，因?yàn)棣v的存在，將使光生空穴有所積累而影響到器件的響應(yīng)速度，這時(shí)可在突變異質(zhì)結(jié)的中間插入一層緩變層來(lái)減小ΔEv的影響)。

　　半導(dǎo)體探測(cè)器是以半導(dǎo)體材料為探測(cè)介質(zhì)的輻射探測(cè)器。較為靈敏通常的半導(dǎo)體材料是鍺和硅，其基本原理與氣體電離室相類似，故又稱固體電離室。半導(dǎo)體探測(cè)器的基本原理是帶電粒子在半導(dǎo)體探測(cè)器的靈敏體積內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，電子-空穴對(duì)在外電場(chǎng)的作用下漂移而輸出信號(hào)。常用半導(dǎo)體探測(cè)器有 P-N結(jié)型半導(dǎo)體探測(cè)器、 鋰漂移型半導(dǎo)體探測(cè)器和高純鍺半導(dǎo)體探測(cè)器。詞條詳細(xì)介紹了上述三種半導(dǎo)體探測(cè)器的原理、特點(diǎn)、工作條件等等。

　　隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展需要，科學(xué)家們?cè)阪N鋰Ge(Li)、硅鋰Si(Li)、高純鍺HPGe、金屬面壘型等探測(cè)器的基礎(chǔ)上研制出許多新型的半導(dǎo)體探測(cè)器，如硅微條、Pixel、CCD、硅漂移室等，并廣泛應(yīng)用在高能物理、天體物理、工業(yè)、安全檢測(cè)、核醫(yī)學(xué)、X光成像、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。世界各大高能物理實(shí)驗(yàn)室?guī)缀醵疾捎冒雽?dǎo)體探測(cè)器作為頂點(diǎn)探測(cè)器。

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