用于兰州大型核物理实验谱仪的抗辐照硅微条探测器的研制

从上世纪八十年代起，随着硅材料的平面工艺的引入以及超大规模集成电路的应用，硅微条探测器开始广泛地应用于核物理实验中。尤其是双面硅微条探测器可提供10微米量级的空间分辨，因此世界各大物理实验室都陆续在自己的大型实验谱仪上采用硅微条探测器作为顶点探测器和径迹探测器。兰州重离子加速器国家实验室在冷却储存环建成后，用于核物理和强子物理研究的大型外靶和内靶实验谱仪也正在配套建设中，这就必然需要大量地使用硅微条探测器。近物所为此建造了自己的硅条探测器工艺实验室，用于为实验谱仪的硅微条探测器量身定做并进行性能测试及研究。硅微条探测器的抗辐射强度是作为实验谱仪必须考虑的因素，因此我们计划探索新工艺和新方法，如采用交流耦合读出、硅片高氧掺杂等方法，研制抗高辐射剂量的硅微条探测器，为建设长寿命、高性能的实验谱仪服务。

硅半导体探测器能量分辨和时间分辨好，是核物理实验最常用的探测器。近代物理研究所的CSR外靶终端需要大量的硅微条探测器，因其特殊设计，无适合的商用探测器，且价格昂贵。我们通过工艺模拟和工艺改进，成功试制出了合格的双面各96条的5厘米见方的硅微条探测器，性能良好，已应用于CSR外靶终端中。探测器的辐照加固因无法将氧离子成功扩散到硅片中央而失败，AC耦合探测器开展了原理性样品研制并取得成功，但未正式由于核物理实验中。我们通过器件模拟，得到了硅探测器所能承受的重离子辐照剂量上限。