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物理学 > 仪器与探测器

arXiv:2505.21902 (physics)
[提交于 2025年5月28日 ]

标题: 石墨烯优化的4H-SiC PIN探测器的上升时间和电荷收集效率

标题: Rise Time and Charge Collection Efficiency of Graphene-Optimized 4H-SiC PIN Detector

Authors:Zhenyu Jiang, Xuemei Lu, Congcong Wang, Yingjie Huang, Xiaoshen Kang, Suyu Xiao, Xiyuan Zhang, Xin Shi
摘要: 碳化硅探测器表现出良好的检测性能,并且正在被考虑用于检测应用。然而,探测器的表面电极的存在限制了低穿透粒子探测器、光探测器和重离子探测器的应用。为了扩展碳化硅探测器的应用,已经制造了一种石墨烯优化的4H-SiC探测器。报告了其电气性能和对{\alpha }粒子的电荷收集性能。 轻掺杂的4H-SiC外延层的有效掺杂浓度约为4.5\times 10^{13}cm^{-3},接近SiC外延生长技术所能达到的最低掺杂水平极限。 与环形电极探测器相比,在200V时,石墨烯优化的环形电极探测器的上升时间减少了24%。 石墨烯优化的4H-SiC PIN的电荷收集效率(CCE)为99.22%。 当辐照剂量为2\times 10^{11}n_{等于}/cm^2时,辐照对石墨烯优化的4H-SiC探测器的上升时间和上升时间均匀性没有显著影响。 本研究证明石墨烯具有一定的抗辐射能力。 石墨烯优化的4H-SiC探测器不仅可以减少信号的上升时间,还可以提高信号上升时间的均匀性和电荷收集的稳定性。 这项研究将扩大基于石墨烯的4H-SiC探测器在低能离子、X射线、紫外光检测、粒子物理学、医疗剂量测量和重离子检测等领域的应用。
摘要: Silicon carbide detectors exhibit good detection performance and are being considered for detection applications. However, the presence of surface electrode of detector limits the application of low-penetration particle detectors, photodetectors and heavy-ion detection. A graphene-optimized 4H-SiC detector has been fabricated to expand the application of SiC detectors.Its electrical properties and the charge collection performance of {\alpha} particles are reported. The effective doping concentration of lightly doped 4H-SiC epitaxial layer is about 4.5\times10^{13}cm^{-3}, approaching the limit of the lowest doping level by the SiC epitaxial growth technique. The rise time of the graphene-optimized ring electrode detector is reduced by 24% at 200 V, compared to ring electrode detector. The charge collection efficiency (CCE) of graphene-optimized 4H-SiC PIN is 99.22%. When the irradiation dose is 2\times10^{11} n_{eq}/cm^2, the irradiation has no significant impact on the rise time and uniformity of the rise time for the graphene-optimized 4H-SiC detectors. This study proves that graphene has a certain radiation resistance. Graphene-optimized 4H-SiC detectors can not only reduce the signal rise time, but also improve uniformity of signal rise time and stability of charge collection. This research will expand the application of graphene-based 4H-SiC detectors in fields such as low energy ions, X-ray, UV light detection, particle physics, medical dosimetry and heavy-ion detection.
主题: 仪器与探测器 (physics.ins-det)
引用方式: arXiv:2505.21902 [physics.ins-det]
  (或者 arXiv:2505.21902v1 [physics.ins-det] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.21902
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Congcong Wang [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 5 月 28 日 02:31:58 UTC (9,667 KB)
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