Speaker
Xiyuan 希 媛 Zhang 张
Description
面向HL-LHC、CEPC等高能物理装置及核聚变实验对探测器抗辐照能力与高时间分辨的严苛需求，碳化硅（SiC）凭借宽禁带、高位移阈能、高饱和电子漂移速度等本征优势，成为替代传统硅基探测器的理想材料。本研究围绕4H-SiC PIN探测器与低增益雪崩二极管（4H-SiC LGAD）开展系统研究，重点聚焦器件性能优化、抗辐照能力评估及工程应用验证。
研究表明，4H-SiC PIN器件对X射线辐照表现出优异耐受能力，在2 MGy剂量下，其I-V、C-V特性及电荷收集效率（CCE）保持稳定；然而，质子辐照会导致器件性能显著退化，在7×10¹³ p/cm²注量下，α粒子CCE降至辐照前的约30%。此外，该器件在23–90 °C温区内漏电流低于10 nA，CCE波动小于10%，信号上升时间保持在300 皮秒左右，展现出优异的高温稳定性与快时间响应能力。为进一步提升抗辐照性能，本研究成功设计并制备了国际首款全外延结构4H-SiC LGAD器件（SICAR）。在2.5×10¹³ p/cm²质子注量下，CCE仍保留辐照前的约57%，显著优于传统PIN结构。最新一批4H-SiC LGAD器件（SICAR3）实现了重大突破，雪崩增益达到10倍以上，时间分辨率提升至60 ps，相较早期器件（增益2~3倍）取得了显著性能提升。
基于上述性能优势，该4H-SiC探测器已成功应用于玄龙-50U聚变探测、CEPC亮度监测样机及CSNS束流监测等国家重大科技项目，推动了我国在宽禁带半导体辐射探测器领域的自主创新与工程应用的发展。
