中国物理学会高能物理分会第十二届全国会员代表大会暨学术年会

辐照环境下4H-SiC探测器和石墨烯/4H-SiC探测器稳定电荷收集和时间分辨性能

15 Jul 2026, 15:35

10m

湛江厅 (2号楼三楼)

分会快速报告 分会5：粒子物理实验技术

Speaker

聪聪 王 (Institute of High Energy Physics of Chinese Academy of Sciences)

Description

碳化硅（SiC）具有宽禁带、高原子位移阈能、高导热率、高载流子饱和漂移速度、高临界击穿电场等特性，碳化硅探测器具有抗辐照、常温或高温下稳定运行、快响应时间等优势，可以应用在高能物理、核物理、空间探测等领域。首先，我们研制出探测面2mm×2mm、时间分辨为40ps的4H-SiC PIN探测器。能量为2.896 GeV的Ta离子辐照后，该探测器的时间分辨和电荷收集效率分别为45ps和97.4%。其次，为实现探测器在低能软X射线、低能α粒子、紫外光探测等领域的应用，在传统4H-SiC探测器时间分辨为100ps的基础上，利用石墨烯降低碳化硅探测器的死区效应，研制出电荷收集均匀稳定、时间分辨为58.0ps的石墨烯/4H-SiC探测器。在能量为160 keV、剂量为1 MGy的X射线辐照下，该探测器的电荷收集效率和时间分辨分别为99.24%和64.0ps，说明辐照后探测器具有稳定的电荷收集和时间分辨性能。最后，为了增加信号增益，我们研制出碳化硅LGAD。经能量为80 MeV质子辐照后，其漏电流降低了2–4个数量级，但电荷收集效率下降至约50.3%。同时，为扩展其在高能物理实验、同步辐射光源等场景中微弱信号探测的应用，我们提出了双极结型晶体管（BJT）集成的增益型粒子探测器新结构。研究表明，碳化硅探测器具有一定的发展潜力，未来可在低穿透粒子探测、低能重离子探测、医学剂量测定、高能物理、核物理、空间探测等领域应用。