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新型硅雪崩漂移探测器及其能量分辨率研究 袁 俊，李红日，梁 琨*，杨 茹，韩德俊 北京师范大学核科学与技术学院 *lk@bnu.edu.cn 硅雪崩漂移探测器 （Avalanche Drift Detector，ADD） 发展历史及研究现状 ADD既可以作为大面积、高增益、小输出电容、快速响应、大动态范围的单光子探测器，也可以作为具有高探测效率、低暗计数率的SiPM单元模块。 ADD结合了硅漂移探测器SDD输出电容小和雪崩二极管APD高增益的优点，在保持SDD低输出电容的同时具有高的内部增益和探测效率。 雪崩漂移探测器ADD由Gintas Vilkelis等在2001年提出。 2005-2006年德国马普所Gerhard Lutz等人提出将背面入射ADD作为硅光电倍增探测器SiPM的基本单元，几何填充因子接近100%，使SiPM预期达到～80%的光探测效率。 目前马普所只制作出ADD中心雪崩结的简单测试结构。 新型正面入射雪崩漂移探测器结构 新型雪崩漂移探测器漂移区(a)电势分布模拟; (b)空穴电流分布模拟 北师大新器件实验室ADD制作流程 SiPM结合闪烁体可以用来探测X或γ射线，在核医学成像、高能物理等领域具有广泛的应用前景。 闪烁体探测器的能量分辨率 射线探测器系统的能量分辨率可以用谱峰的半高宽(FWHM)表示。 谱峰的总展宽主要受系统的电子学噪声、探测器漏电流以及载流子统计涨落等影响。 闪烁体探测器系统的能量分辨率公式: 几种常用射线探测器的能量分辨率对比研究 PMT有体积大，磁场影响等很多缺点； SiPM受填充因子低导致的探测效率低的限制，有望改善； ADD电子学噪声低，低能量段能量分辨率最好，M=1时等效为SDD的相关参数。 结 论 我们提出的新型正面入射结构ADD兼有SDD和APD的优点，且制作工艺简单（单面工艺）。 其收集APD电极工作在线性模式时可用于闪烁体探测器。 理论计算表明ADD在较低能量范围比SDD能量分辨率好，能量较高时比SDD稍差但接近。 与SDD比较，由于ADD有较高增益，其后继电路较简单。 * P well was opened, boron ions implantation was performed SiO2 was grown by thermal oxidation N-Channel was opened, phosphorus ions were implanted Contact of inner and outer drift rings were opened, p+ were implanted. Metalization Collecting electrode and grounding were opened and boron ions was implanted. 发表文章： “Demonstration of an avalanche drift detector with front illumination ”，Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A， 605(3), 2009 SiPM用于PET医疗探测（意大利INFN研究所） 1.25 25 20 370 ～0 ～0 ENC/M 20 1 200 1 ～5×105 ～5×105 M ～80% ～80% ～80% ～80% ～30% ～30% ? 1.5 1 2 1 ～1 1.25 ? ADD SDD APD PIN SiPM PMT 能量分辨率计算相关参数 *