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物理学 > 仪器与探测器

arXiv:1510.00999v1 (physics)
[提交于 2015年10月4日 ]

标题: 向单电子分辨率声子介导电离探测器发展

标题: Toward Single Electron Resolution Phonon Mediated Ionization Detectors

Authors:Nader Mirabolfathi, H. Rusty Harris, Rupak Mahapatra, Kyle Sundqvist, Andrew Jastram, Bruno Serfass, Dana Faiez, Bernard Sadoulet
摘要: 寻求探测稀有事件相互作用如暗物质或相干弹性中微子核散射的实验正在努力实现具有非常低检测阈值的大质量探测器。 利用Neganov-Luke声子放大效应,低温暗物质搜索(CDMS)实验实现了前所未有的均方根分辨率约14 eV$_{ee}$。 CDMSlite目前是对质量为$\sim$5 GeV/c$^{2}$的WIMPs最敏感的实验,但由于锗晶体中泄漏电流过早出现,其在实现更高声子增益方面受到限制。 接触界面几何结构对于阻止来自金属的空穴注入特别弱,因此展示了一种新的设计,该设计允许通过真空隔离电极施加高电压。 在增加的偏置电压和$\times$2 Luke声子增益下,实现了世界最佳的均方根分辨率sigma$\sim$7 eV$_{ee}$,用于0.25千克(d=75毫米,h=1厘米)的锗探测器。 由于漏电流是电场的函数,而声子增益是所加电压的函数,适当坚固的界面阻挡材料结合较厚的衬底(25 mm)将达到分辨率为$\sim$2.8 eV$_{ee}$。为了达到更好的分辨率为$\sim$ eV,我们正在研究在声子读出表面和半导体晶体之间的一层绝缘层。
摘要: Experiments seeking to detect rare event interactions such as dark matter or coherent elastic neutrino nucleus scattering are striving for large mass detectors with very low detection threshold. Using Neganov-Luke phonon amplification effect, the Cryogenic Dark Matter Search (CDMS) experiment is reaching unprecedented RMS resolutions of ~ 14 eV$_{ee}$ . CDMSlite is currently the most sensitive experiment to WIMPs of mass $\sim$5 GeV/c$^{2}$ but is limited in achieving higher phonon gains due to an early onset of leakage current into Ge crystals. The contact interface geometry is particularly weak for blocking hole injection from the metal, and thus a new design is demonstrated that allows high voltage bias via vacuum separated electrode. With an increased bias voltage and a $\times$ 2 Luke phonon gain, world best RMS resolution of sigma $\sim$7 eV$_{ee}$ for 0.25 kg (d=75 mm, h=1 cm) Ge detectors was achieved. Since the leakage current is a function of the field and the phonon gain is a function of the applied voltage, appropriately robust interface blocking material combined with thicker substrate (25 mm) will reach a resolution of $\sim$2.8 eV$_{ee}$. In order to achieve better resolution of $\sim$ eV, we are investigating a layer of insulator between the phonon readout surface and the semiconductor crystals.
主题: 仪器与探测器 (physics.ins-det) ; 高能物理 - 实验 (hep-ex)
引用方式: arXiv:1510.00999 [physics.ins-det]
  (或者 arXiv:1510.00999v1 [physics.ins-det] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1510.00999
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Nader Mirabolfathi [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2015 年 10 月 4 日 23:44:16 UTC (3,681 KB)
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