TCAD-симуляция облучённого рентгеновскими лучами n+n Si пиксельного детектора: влияние на напряжение пробоя

Радиоустойчивые гибридные пиксельные детекторы требуются на синхротронных источниках для рентгеновской визуализации. Основная задача — разработать пиксельный детектор, устойчивый к поверхностному рентгеновскому облучению, и эксплуатировать его при очень высоком напряжении в эксперименте. В рамках коллаборации по фотонной науке в DESY (Гамбург) дизайн n+n Si пиксельного детектора был определён как первоочередной вариант для обеспечения высокой эффективности сбора заряда. В настоящей работе мы исследовали эффект рентгеновских повреждений в n+n кремниевом детекторе типа Fz, облучённом дозой 5 MGy, с помощью TCAD-моделирования устройств. Макет включает множественные защитные кольца (guard rings), симметричный металлический выступ (metal overhang), кольцо завершающего тока (current-terminating ring) и кольцо тока (current ring), расположенные так, чтобы обеспечить 0 В на срезе (cut edge) детектора. Для понимания электрического поведения конструкции n+n Si пиксельного детектора мы реализовали в TCAD экспериментально верифицированную микроскопическую модель радиационного повреждения. Представлены результаты по электростатическому потенциалу, распределению объёмного заряда, плотности электронов и распределению электрического поля у среза внутри пиксельного детектора при 1000 В; они показывают, что детектор может работать до 1000 В без лавинного пробоя.