高能所研制出具有良好抗辐照性能的硅超快传感器
近日，中科院高能所团队研制出具有良好抗辐照性能的硅超快传感器。该传感器基于低增益雪崩放大二极管（Low-Gain Avalanche Diode, LGAD)。经过ATLAS合作组与RD50合作组的测试，该传感器是目前抗辐照性能最好的LGAD硅超快传感器之一，达到ATLAS实验高颗粒度高时间分辨探测器项目（High Granularity Timing Detector，HGTD）的要求，其结果已经在CERN的探测器讲座（CERN detector seminar）和欧洲核子中心（CERN）的实验新闻（EP Newsletter）上公布【1】【2】。
本项目研究的关键是在原有LGAD硅超快传感器工艺上增加了碳掺杂工艺，降低了辐照引起硅传感器中硼掺杂的移除速率，大大提高抗辐照性能。在经过高亮度LHC要求的超高辐照量（
等效中子通量）后，仍能实现30-40皮秒的时间分辨率，并且可以工作在300-400V的较低电压下。经CERN束流测试验证，低工作电压避免了由单粒子击穿导致的辐照损伤。该LGAD硅超快传感器是中科院高能所与中科院微电子所合作研制，高能所负责版图设计、工艺设计与测试，微电子所负责流片。
等效中子通量）后，仍能实现30-40皮秒的时间分辨率，并且可以工作在300-400V的较低电压下。经CERN束流测试验证，低工作电压避免了由单粒子击穿导致的辐照损伤。该LGAD硅超快传感器是中科院高能所与中科院微电子所合作研制，高能所负责版图设计、工艺设计与测试，微电子所负责流片。 ATLAS合作组的HGTD项目是大型强子对撞机高亮度II期升级（LHC Phase-II）升级的一部分。其目标是研制6.4平方米的抗辐照超快硅探测器，利用高精度的时间信息来区分空间上距离较近的对撞事例，从而提高探测器物理性能。该项目所研发的硅超快传感器，超快读出芯片和大面积超快探测器集成等都是国际前沿的全新技术。
以高能所为主体的中国组将承担HGTD项目超过1/3的传感器研制，近一半的探测器模块研制，与全部的前端电路板研制。另外，高能所HGTD团队也担任了HGTD项目的多个重要的管理职务，其中包括HGTD项目的项目经理。
HGTD项目受到基金委、核探测与核电子学国家重点实验室等经费支持。
高能所组在HGTD项目中承担了重要的管理组织工作。Joao Guimaraes da Costa今年3月担任ATLAS国际合作组HGTD项目经理。这是中国组成员首次担任ATLAS实验子探测器的项目经理（ATLAS合作组Level-1的核心管理职务）。梁志均担任HGTD的探测器模块组的Level-2召集人；张照茹担任HGTD风险管理召集人；赵梅担任传感器测试Level-3召集人；张杰担任HGTD的前端外围电路与探测器模块电路板的Level-3召集人；樊磊担任高压电路Level-3召集人。
【1】欧洲核子中心（CERN）的探测器讲座（Detector Seminar），LGADs for timing detectors at HL-LHC， https://indico.cern.ch/event/1088953/
【2】欧洲核子中心（CERN）的实验新闻（EP Newsletter），High granularity timing detector for ATLAS phase II upgrade，https://ep-news.web.cern.ch/content/high-granularity-timing-detector-atlas-phase-ii-upgrade
硅超快传感器
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