基于 8 英寸工艺的环形 3D 沟槽硅传感器设计与表征：卓越的时间分辨率
仪器与探测器
2026-05-11 v1
摘要
在高亮度碰撞器的极端环境中，传统平面硅传感器会因辐射引起严重的性能衰减，无法满足高精度跟踪和高速时序在粒子物理中的严苛要求。3D硅传感器通过缩短电荷收集距离来提高辐射硬度，但传统设计的柱形或方格子沟槽电极 exhibits 非均匀电场，包括鞍点和低场区域，导致电荷收集效率和时序分辨率下降。本 work 提出一种新型环形 3D 沟槽硅传感器，采用连续环形电极包围的长中央收集电极，以消除电场的不均匀性。首次在 8 英寸平台上制造了 23 μm 的浅刻蚀设备，为后续大规模生产和工程应用奠定了基础。通过理论分析、3D TCAD 仿真以及采用半导体参数分析仪和瞬态电流技术 (TCT) 测量进行表征，该传感器的性能表现为：漏电流低于 0.2 nA、击穿电压高于 110 V、完全耗尽电压仅几伏特、电容仅 650 fF、收集电荷为 4 fC、时序响应约 640 ps、时间分辨率为 50 ps。该大规模可制造、浅刻蚀环形 3D 沟槽硅传感器为便携式辐射探测和下一代 4D 跟踪在高辐射和高事件率条件下提供了具竞争力的器件解决方案。
引用
@article{arxiv.2605.07406,
title = {Design and Characterization of Racetrack 3D-Trench Silicon Sensor Based on 8-Inch Process with Excellent Time Resolution},
author = {Huimin Ji and Manwen Liu and Kuo Ma and Chuan Liao and Yanwen Liu and Zheng Li and Zhihua Li and Jun Luo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.07406},
year = {2026}
}