硅传感器中 X 射线辐射损伤研究
仪器与探测器
2015-06-03 v1
摘要
欧洲 X 射线自由电子激光装置 (XFEL) 将每秒提供 30,000 个完全相干、高亮度的 X 射线脉冲，每个脉冲持续时间低于 100 fs。这将允许记录单个复杂分子的衍射图样并研究超快过程。硅像素传感器将用于记录衍射图像。在 3 年的运行中，传感器将暴露于高达 1 GGy 的 12 keV X 射线剂量下。在此 X 射线能量下，预计硅中不会产生体损伤。然而，覆盖硅的绝缘层中的固定氧化物电荷以及 Si-SiO2 界面处的界面陷阱将由辐照引入并随时间累积。我们研究了测试结构中的微观缺陷以及分段探测器的宏观电学性质随 X 射线剂量的变化。从测试结构中，我们确定了氧化物电荷密度和界面陷阱密度随剂量的变化。我们发现两者在 10 至 100 MGy 的剂量范围内均达到饱和（甚至下降）。对于分段传感器，X 射线引入的缺陷增加了全耗尽电压、表面漏电流和像素间电容。我们观察到在 Si-SiO2 界面处形成了电子积累层。其宽度随剂量增加而增加，随施加偏压的增加而减小。利用从测试结构获得的依赖于剂量的参数进行 TCAD 模拟，我们能够重现实验观测结果。这使我们能够针对 XFEL 的要求优化传感器设计。
引用
@article{arxiv.1111.1180,
title = {Study of X-ray Radiation Damage in Silicon Sensors},
author = {Jiaguo Zhang and Eckhart Fretwurst and Robert Klanner and Hanno Perrey and Ioana Pintilie and Thomas Poehlsen and Joern Schwandt},
journal= {arXiv preprint arXiv:1111.1180},
year = {2015}
}