8x9 型硅垫阵列的设计、制造与表征用于抽样制热

本文报告了开发和测试的 n 型硅垫阵列探测器的研发与测试，旨用于 CERN ALICE 探测器的升级版 Forward Calorimeter (FoCal)，计划于 Run 4 (2029-2034) 开始数据采集。FoCal 探测器包括 hadronic 和 electromagnetic 制热器，其中后者由铜浆吸收层和粒细硅垫阵列组成，采用 High Granularity Calorimeter Readout Chip (HGCROC) 读取。本文涵盖了技术计算机辅助设计 (TCAD) 仿真、制造工艺、电压-电流 (IV) 和电容-电压 (CV) 测量、蓝光 LED 测试和 ${}^{90}$Sr β 源测试，以及中子辐射硬度测试。探测器的 IV 测量显示，90\% 的垫片在完全去电压下漏电流低于 10 nA。仿真预测了击穿电压为 1000 V，实际测试确认在 500 V 以下无击穿可稳定工作。CV 测量的数据和仿真给出在电容为 35 pF 时的完全去电压约为 50 V。LED 测试验证了所有探测器垫片正常响应。此外，对 1x1 cm^2 垫片进行了中子辐射测试，辐射 fluence 为 $5\times10^{13}$ 1 MeV n$_{eq}$/cm^2。