沟槽隔离型低增益雪崩探测器有效像素间距的深度与方向依赖性表征

《Scientific Reports》：Depth-dependent inter-pixel distance in trench-isolated LGADs for shallow radiation detection

　　

摘要

精细分段低增益雪崩探测器（LGAD）的填充因子受限于有效像素间距（IPD），特别是在电荷远离增益层产生时。在这项工作中，利用 ELI 束线处的单光子吸收和双光子吸收瞬态电流技术测量，对 Micron Semiconductor Ltd. 制造的 200 \(\mu \)m 厚沟槽隔离型 LGAD（TI-LGAD）进行了表征，以确定 IPD 对相互作用深度、照明方向和增益层掺杂的依赖关系。测量结果显示，有效 IPD 在器件沟槽侧附近最小，并随着电荷生成发生在传感器本体更深的位置而增加，测得的最小 IPD 约为 7 \(\mu \)m。具有更高增益层掺杂浓度的器件表现出更大的 IPD，表明增益和有效填充因子之间存在权衡关系，而深度分辨测量揭示了沟槽边缘处的电荷收集增强现象，这与增益层/沟槽界面处存在局部高场区相一致。这些结果表明，在厚 TI-LGAD 中，背面浅层吸收对应于远离倍增区域的电荷产生，因此可能导致 IPD 增加，这可能限制小像素设计的性能。这些发现确定了用于涉及背面照明下浅层能量沉积应用的 TI-LGAD 的一个重要设计约束。