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基于ALTIROC2 ASIC的LGAD读出电子学设计
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作者 蔡永康 秦家军 +2 位作者 李荘 顾金亮 赵雷 《原子核物理评论》 北大核心 2025年第2期302-311,共10页
低增益雪崩放大器(Low-Gain Avalanche Detector, LGAD)是一种新型半导体探测器,具有通道面积小和时间分辨能力高的优势,被选中应用于LHC(Large Hadron Collider)上大型粒子谱仪ATLAS的升级项目。为了充分发挥LGAD高颗粒度和高时间精度... 低增益雪崩放大器(Low-Gain Avalanche Detector, LGAD)是一种新型半导体探测器,具有通道面积小和时间分辨能力高的优势,被选中应用于LHC(Large Hadron Collider)上大型粒子谱仪ATLAS的升级项目。为了充分发挥LGAD高颗粒度和高时间精度优势,需要设计一套多通道且高时间精度的读出电子学系统。目前ATLAS合作组已为LGAD读出开发出一款专用读出芯片ALTIROC(ATLAS LGAD Timing Integrated Readout Chip)。本文基于第二代的ALTIROC2 ASIC,设计了一套可拓展的多通道且高时间精度的LGAD读出电子学系统,并对读出系统的性能进行了测试。测试结果表明,基于ALTIROC2 ASIC的LGAD读出电子学系统的时间量化精度好于25 ps。数据传输速率达到400 Mbps,可以满足高事例率下系统为实现数据读出功能对数据传输速率的要求。 展开更多
关键词 lgad 读出电子学 数据汇总 FPGA
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Design and simulation of a novel 4H-SiC LGAD timing device
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作者 Keqi Wang Tao Yang +11 位作者 Chenxi Fu Li Gong Songting Jiang Xiaoshen Kang Zaiyi Li Hangrui Shi Xin Shi Weimin Song Congcong Wang Suyu Xiao Zijun Xu Xiyuan Zhang 《Radiation Detection Technology and Methods》 CSCD 2024年第2期1140-1147,共8页
Purpose Silicon-based fast timing detectors have been widely used in high-energy physics,nuclear physics,space exploration and other fields in recent years.However,silicon detectors often require complex low-temperatu... Purpose Silicon-based fast timing detectors have been widely used in high-energy physics,nuclear physics,space exploration and other fields in recent years.However,silicon detectors often require complex low-temperature systems when operating in irradiation environment,and their detection performance decreases with the increase in the irradiation dose.Compared with silicon,silicon carbide(SiC)has a wider band gap,higher atomic displacement energy,saturated electron drift velocity and thermal conductivity.Simultaneously,the low-gain avalanche detector avoids cross talk and high noise from high multiplication due to its moderate gain,and thus can maintain a high detector signal without increasing noise.Aim Thus,the 4H-SiC particle detector,especially the low-gain avalanche detector,has the potential to detect the minimal ionizing particles under extreme irradiation and high-temperature environments.Method In this work,the emphasis was placed on the design of a 4H-SiC low-gain avalanche detector(LGAD),especially the epitaxial structure and technical process which play main roles.In addition,a simulation tool—RASER(RAdiation SEmiconductoR)—was developed to simulate the performances including the electrical properties and time resolution of the 4H-SiC LGAD we proposed.Conclusion The working voltage and gain effectiveness of the LGAD were verified by the simulation of electrical performances.The time resolution of the LGAD is(35.0±0.2)ps under the electrical field of−800 V,which is better than that of the 4H-SiC PIN detector. 展开更多
关键词 Silicon carbide lgad.Radiation-resistant Time resolution
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双环型游标时间—数字变换专用集成电路的设计 被引量:3
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作者 陈晗 赵雷 +4 位作者 秦家军 李荘 蔡永康 郭东磊 安琪 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期362-371,共10页
低增益雪崩探测器(low-gain avalanche detector, LGAD)是一种硅基半导体探测器,其同时具有高时间精度和高空间分辨能力。由于LGAD的通道密度高,需通过高颗粒度的专用集成电路(application specific integrated circuit, ASIC)完成其高... 低增益雪崩探测器(low-gain avalanche detector, LGAD)是一种硅基半导体探测器,其同时具有高时间精度和高空间分辨能力。由于LGAD的通道密度高,需通过高颗粒度的专用集成电路(application specific integrated circuit, ASIC)完成其高时间精度的读出,该ASIC需包含放大、甄别和时间-数字变换(time-to-digital conversion, TDC)功能。针对LGAD的高精度时间测量需求,本文进行了TDC电路的原型设计与测试验证。该TDC采用游标型的时间量化原理,结合双环型结构与延时差锁定,实现粗细结合的时间测量方式,兼顾了量化步长、电路面积、测量范围和转换时间。测试结果表明,该TDC实现了低于20 ps的最小量化步长和好于10 ps的时间精度。 展开更多
关键词 lgad 高精度时间测量 时间-数字变换
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用于高粒度时间分辨探测器系统上的低增益雪崩探测器原型的抗辐照性能表征 被引量:2
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作者 杨霄 马阔 +1 位作者 郑祥轩 刘衍文 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期21-26,I0003,共7页
高粒度时间分辨探测器(HGTD)是ATLAS实验Ⅱ期升级的关键项目.为了应对极高的粒子径迹堆积带来的挑战(每次束流交叉对应的质子-质子对撞数的平均值可高达200),合作组计划通过精确测量粒子径迹的时间信息(径迹时间分辨可达30 ps),使得实... 高粒度时间分辨探测器(HGTD)是ATLAS实验Ⅱ期升级的关键项目.为了应对极高的粒子径迹堆积带来的挑战(每次束流交叉对应的质子-质子对撞数的平均值可高达200),合作组计划通过精确测量粒子径迹的时间信息(径迹时间分辨可达30 ps),使得实验能够在"4维"空间中进行粒子径迹到作用顶点的关联.升级项目的传感器选择了可以提供所需的时间分辨率和良好的信噪比的低增益雪崩探测器(LGAD)技术.日本滨松公司(HPK)生产了厚度为35μm和50μm的LGAD原型.中国科学技术大学(USTC)也与中国科学院微电子研究所(IME)合作研发了厚度50μm的LGADs原型.为了评估器件抗辐照性能,样品在JSI反应堆设施中接受了不同剂量的中子辐照,并在USTC进行了测试.通过测量室温(20℃)或-30℃下的电流电压和电容电压曲线测量,对增益层和硅基体损伤的中子辐照效应进行了表征评估.进一步处理提取了不同辐照剂量下的击穿电压和耗尽电压,并呈现为通量的函数,最终对比了不同样品的抗辐照性能参数c系数和α系数.对辐照模型的最终拟合得到的c系数值为HPK-1.2:3.06×10^(-16)cm^(-2),HPK-3.2:3.89×10^(-16)cm^(-2)以及USTC-1.1-W8:4.12×10^(-16)cm^(-2).结果显示HPK-1.2的增益层抗辐照性能最好.此外本文还提出了一种新的方法,进一步从数据中提取了c系数与初始掺杂浓度的关系. 展开更多
关键词 低增益时间雪崩探测器 高粒度时间分辨探测器 时间分辨探测器 硅探测
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