外延4H-SiC LGAD在80 MeV质子辐照下的辐射耐受性

《IEEE Transactions on Nuclear Science》：Radiation Tolerance of Epitaxial 4H-SiC LGAD Under 80 MeV Proton Irradiation

SiC LGAD性能与缺陷-剂量模型研究：80 MeV质子辐照下阈值电压升高、漏电流降低2-4个数量级，电荷收集效率降至50.3%，通过XRD和C-DLTS验证的缺陷特性为TCAD建模提供依据，建立线性缺陷-剂量关系模型与电学特性吻合。

　　

摘要：

碳化硅（SiC）是一种在恶劣环境中用于辐射监测的理想材料，因为它具有低暗电流、高击穿电压、高导热性和良好的抗辐射性能。本研究开发了一种基于SiC的低增益雪崩探测器（LGAD），称为SICAR，在80 MeV的质子辐照下（辐照强度高达7.0×10^13 p/cm^2），其增益因子为2到3。通过I-V、C-V测试以及α粒子注入实验，发现其阈值电压有所升高，漏电流降低了2到4个数量级，但电荷收集效率降至约50.3%。利用X射线衍射（XRD）和电容深度瞬态谱（C-DLTS）技术分析了辐照前后材料的晶格结构及深度缺陷。将这些深度缺陷特性纳入TCAD（Transcript-Capped Adsorption Doping）模拟中，建立了SiC LGAD的电性能退化模型。该模型建立了缺陷浓度与电性能之间的线性关系，其结果与实验数据（CV和正向IV特性）一致。