arXiv 1007.44322010-07physics.ins-det

高电场下体硅中载流子迁移率和漂移速度饱和度的测量<111><100>

Measurements of charge carrier mobilities and drift velocity saturation in bulk silicon of <111> and <100> crystal orientation at high electric fields

Julian Becker, Eckhart Fretwurst, Robert Klanner

备注：: revised version after peer review
DOI：: 10.1016/j.sse.2010.10.00

阅读 PDF ↗

arXiv 页面 ↗HTML 原文 ↗

摘要英文摘要相关论文

摘要：

硅中电子和空穴的迁移率取决于许多参数。其中两个是电场和温度。先前已经观察到，欧姆传输和饱和速度之间的过渡区中的迁移率是晶格取向的函数。本文提出了一组新的参数的迁移率作为温度和电场的函数<111>和<100>晶体取向。这些参数是在温度范围为-30 ° C至50°C、电场为2 × 10^3 V/cm至2 × 10^4 V/cm的条件下，通过测量平面p^+nn^+二极管中漂移电荷载流子的飞行时间得出的。

英文摘要：

The mobility of electrons and holes in silicon depends on many parameters. Two of them are the electric field and the temperature. It has been observed previously that the mobility in the transition region between ohmic transport and saturation velocities is a function of the orientation of the crystal lattice. This paper presents a new set of parameters for the mobility as function of temperature and electric field for <111> and <100> crystal orientation. These parameters are derived from time of flight measurements of drifting charge carriers in planar p^+nn^+ diodes in the temperature range between -30°C and 50°C and electric fields of 2x10^3 V/cm to 2x10^4 V/cm.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。

阅读原文

阅读 PDF ↗

arXiv 页面 ↗HTML 原文 ↗

本文内容

摘要英文摘要相关论文

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。

继续探索

相关论文

硅在极端通量照射下的低场载流子迁移率

Low-field carrier mobilities in silicon irradiated to extreme fluences

Humboldt University of Berlin（柏林洪堡大学）；Carleton University（卡尔顿大学）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构（KEK））

研究了硅在极端通量照射下的低场载流子迁移率，通过测量和模拟分析了迁移率与通量和温度的关系，并估算了载流子浓度。

2026-07-13hep-exphysics.ins-det

硅中载流子漂移速度的精密测量<100>

Precision measurement of the carrier drift velocities in <100> silicon

本文测量了具有晶体取向的高纯n型和p型硅中电子和空穴的漂移速度随电场和温度的变化。<100>测量范围包括电场值在2.4和50 kV/cm之间，温度在233和333 K之间。两种方法已被用于提取的漂移速度从当前的瞬态测量：飞行时间（TOF）的方法和拟合的模拟瞬态测量的瞬态，与参数描述的字段和温度依赖性的电子和空穴迁移率作为自由参数。一个新的流动性参数化，这也提供了一个更好的描述现有的数据比以前的，允许扩展的经典飞行时间方法的情况下，非均匀的领域。对于拟合方法，傅里叶变换卷积定理的使用使我们能够精确地确定完整设置的电子传递函数，包括传感器特性。TOF和拟合方法之间的一致性约为1%，这对应于在最高电压下200 μ m厚度的焊盘二极管的飞行时间不确定性为30 ps。结合我们的研究结果与发表的低场迁移率的数据，我们推导出的漂移速度在高欧姆硅的电子和空穴的场之间的0和50 kV/cm和温度之间的参数化233和333 K。<100>

2015-10-21hep-exphysics.ins-det

用于液氩中微子物理和暗物质研究的硅光电倍增器的特性

Characterisation of a silicon photomultiplier device for applications in liquid argon based neutrino physics and dark matter searches

为了评价硅光电倍增器作为液氩粒子物理探测器闪烁读出器件的适用性，在低温下对它的性能进行了评估。在25 ℃ ~-196 ℃温度范围内，当过电压为4V时，增益为2.1E6，且增益不随温度变化，相应的单光电子暗计数率从1 MHz降低到40 Hz。多次热循环后，未观察到器械性能恶化。光子探测效率（PDE）作为光子波长和温度的函数进行评估。对于4V的过电压，再次发现PDE随温度不变，对于460 nm光子测量为25%，对于680 nm光子测量为11%。在室温和-196摄氏度下观察到的由于高光子通量率导致的器件饱和再次被发现与温度无关。虽然只要不超过饱和极限，输出信号就保持与输入信号成比例，但在-196 ℃时，光电子脉冲分辨率和衰减时间略有增加。

2008-08-06physics.ins-det

SiPMs在高光子照射下的过饱和行为

Over saturation behavior of SiPMs at high photon exposure

将几种类型的硅光电倍增器暴露于短脉冲激光（~ 30 ps FWHM），其强度从单光子变化到远高于装置的微单元的数量。我们观察到SiPM的输出与预期行为的显著偏差，尽管这样的响应曲线被认为是相当微不足道的。我们还注意到，输出超过了最大预期脉冲高度，其应定义为像素总数乘以单光子脉冲高度。在我们测试的最高光强度（约500倍像素数）下，信号输出达到最大理论脉冲高度的两倍，并且仍然没有完全饱和。

2013-11-22physics.ins-det

高欧姆硅中电子和空穴漂移速度的测量<100>

Measurement of the drift velocities of electrons and holes in high-ohmic <100> silicon

本文测量了高纯n型和p型取向硅中电子和空穴的漂移速度随电场和温度的变化<100>。测量范围包括电场值在2.5和50 kV/cm之间，温度在233和333 K之间。对于电子和空穴，我们的<100>结果与<111>文献中的漂移速度之间的差异超过15%，文献中的漂移速度也经常用于模拟<100>传感器。对于电子，结果<100>与先前的测量结果一致<100>，然而，对于空穴，对于10 kV/cm以上的场，观察到5%至15%之间的差异。结合我们的研究结果与发表的低场迁移率的数据，我们推导出参数化的漂移速度在高欧姆<100>硅的电子和空穴之间的字段0和50 kV/cm，和温度之间的233和333 K。此外，新的参数化的漂移速度的电子和空穴，这提供了更好的描述现有的数据硅<111>，比标准的参数化。

2015-08-19hep-exphysics.ins-det

钻石中的电荷载流子迁移率：综述、数据整理与建模用于探测器模拟

Charge-Carrier Mobility in Diamond: Review, Data Compilation, and Modelling for Detector Simulations

TU Dortmund University（多特蒙德工业大学）；Dokuz Eylül University（九月大学）

本文综述了钻石中电子和空穴迁移率及其饱和速度的研究，通过文献数据集评估了多种模型，并提出新的分段模型，为探测器模拟提供指导。

2026-09-21cond-mat.mtrl-scihep-exphysics.ins-det

更多相关论文收起更多论文

使用盖革模式雪崩光电探测器测量硅的量子产额

Measurements of the Quantum Yield of Silicon using Geiger-mode Avalanching Photodetectors

本文提出一种利用真空紫外敏感硅光电倍增管测量硅量子产额的新方法，通过光子探测效率饱和现象确定光子产生电子-空穴对的概率，测得产额低于以往结果，对轻暗物质直接探测实验及紫外光电探测器性能表征具有重要影响。

2025-02-02physics.ins-det

用于未来粒子跟踪器的硅传感器

Silicon Sensors for Future Particle Trackers

目前正在规划若干未来的高能物理设施。拟议中的项目包括高能$e^+ e^-$圆形和线性对撞机、强子对撞机和μ子对撞机，而电子离子对撞机（EIC）已经被批准在布鲁克海文国家实验室建造。每项建议在准备程度、成本、时间表和物理范围方面都有其优缺点，每项建议都需要设计和生产特定的新探测器。本文首先介绍了在各种新设施的未来硅跟踪系统所需的性能，然后它说明了实现这种硅跟踪器的几种可能性。未来设施所带来的挑战需要一个新的硅探测器系列，其中利用碰撞电离、辐射损伤饱和、电荷共享和模拟读出等功能来满足这些新的需求。

2020-03-31hep-exphysics.ins-det

基于纳米孔的亚阿特托升硅纳米腔用于单分子捕获与分析

A nanopore-gated sub-attoliter silicon nanocavity for single-molecule trapping and analysis

Uppsala University（乌普萨拉大学）；Università Politecnica delle Marche（安科纳理工大学）；National Future Biodiversity Centre (NFBC)（国家未来生物多样性中心）；University of Rome Tor Vergata（罗马托维加塔大学）；Stanford University（斯坦福大学）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）

本文提出了一种无需外部力的亚阿特托升硅纳米腔，用于单分子捕获与分析，实现对生物分子动态构象的无扰动观测。

2025-12-19physics.ins-det

尖端雪崩光电二极管--基于非平面工艺的新一代硅光电倍增器

Tip Avalanche Photodiode -- A new generation Silicon Photomultiplier based on non-planar technology

硅光电倍增器（SiPM）是一种成熟的光电探测器概念，应用于从医学成像到汽车LiDAR系统的各种应用中。在过去的几年中，传感器性能的改进逐渐接近饱和。在这项工作中，我们提出了我们的新概念，以克服固有的限制，平面配置的电极。我们的非平面技术基于通过尖端状电极聚焦和增强电场。电场的形状和典型微电池边缘的缺乏允许我们排除电池分离边界并消除活性电池区域周围的死空间。我们的设计提供了一个高密度的微单元布局与高几何效率。它解决了众所周知的检测效率和动态范围之间的权衡。第一个“尖端雪崩光电二极管”（TAPD）原型显示出对于15 $\mathrmμ$ m的微单元间距超过80%的显著几何效率。这直接转化为光子探测效率（PDE）记录峰值为73%，在600 nm相对于国家的最先进的SiPM。此外，PDE在800 nm波长处保持在45%以上，在905 nm处的另一个记录值为22%。降低的微单元容量允许低于4 ns的快速恢复时间，这改善了在高光子速率下的操作。总的来说，TAPD被认为是一种非常有前途的SiPM一代，适用于健康科学，生物物理学，粒子物理学和LiDAR中的各种宽光谱和高动态范围应用。

2020-10-20physics.ins-det

中子辐照4 H-碳化硅二极管在α辐射下的性能

Performance of neutron-irradiated 4H-Silicon Carbide diodes subjected to Alpha radiation

4 H-SiC（4 H-silicon-carbide）独特的电学和材料性能使其成为高速率粒子探测器的候选材料。与普遍使用的硅（Si）相比，4 H-SiC提供更高的载流子饱和速度和更大的击穿电压，从而实现高的本征时间分辨率并减轻堆积效应。此外，随着辐射硬度要求越来越高，4 H-SiC等宽带隙材料可以提供更好的性能。在这项工作中，50微米厚的4 H-SiC p-in-n平面垫传感器的探测器性能在室温下进行了研究，使用241 Am α源，反向偏压高达1100 V。为了量化4 H-SiC的辐射硬度特性，研究中包括了接受中子辐照的样品，中子通量高达1 e16/cm^2。所获得的结果进行了比较，以前进行的UV-TCT研究。样品表现出的电荷收集效率（CCE）的下降，随着照射能量密度的增加，部分补偿在高反向偏置电压远高于完全耗尽电压。根据未辐照参考探测器的α粒子穿透体积的耗尽，观察到收集的电荷的平台。对于中子辐照的样品，这样的平台只有在较高的反向偏压下才变得明显。对于最高的研究通量，CCE的行为几乎与反向偏置增加线性。与UV-TCT测量相比，耗尽覆盖全部能量沉积的敏感体积所需的反向偏压较低，这是由于α粒子的穿透深度小。在最高反向偏压下，测得的CCE值与早期的UV-TCT研究一致，差异在1%和5%之间。

2022-12-09physics.ins-det

CERN LHC质子-质子碰撞下CMS硅条径迹探测器的运行与性能

Operation and performance of the CMS silicon strip tracker with proton-proton collisions at the CERN LHC

本文结合CERN LHC质子-质子碰撞运行经验，讨论CMS硅条径迹探测器的调试、校准及性能，分析温度、辐射等因素的影响，部分结果与模拟吻合良好。

2025-08-25hep-exphysics.ins-det

在用于FLASH放射治疗的质子束中使用带硅传感器和裸芯片的Timepix3进行辐射测量

Radiation Measurements Using Timepix3 with Silicon Sensor and Bare Chip in Proton Beams for FLASH Radiotherapy

本研究利用Timepix3探测器（含GaAs、Si传感器及裸芯片）测量FLASH质子治疗中220 MeV质子束，通过提高Ikrum至80优化ToT响应，在布拉格坪区实现最高28 Gy/s剂量率下的束斑成像。

2024-10-01physics.ins-detphysics.med-ph

用于毫秒到亚微秒天体物理瞬态搜索的高效率硅光电倍增器的特性

Characterization of a high efficiency silicon photomultiplier for millisecond to sub-microsecond astrophysical transient searches

我们对滨松光电公司生产的高效率单通道硅光电倍增器S14160- 3050 HS多像素光子计数器（MPPC）进行了表征。所有测量均在（23.0 $\pm$ 0.3）$^{\circ}$ ℃的室温下进行。我们获得了I-V曲线，并使用相对导数找到了38.88 V的击穿电压。在3 V的过电压下，我们找到了1.08 MHz的暗计数率，21 $\%$的串扰概率，450 nm处55 $\%$的光子探测效率，以及每秒1.0 × 10 $^{11}$光子的饱和度。S14160- 3050 HS MPPC是超快天文望远镜的候选探测器，该望远镜将使用两个光子计数阵列在位于哈萨克斯坦阿拉木图附近的Assy-Turgen天体物理天文台（NUTTelA-TAO）的0.7米纳扎尔巴耶夫大学瞬态望远镜上同时运行，以毫秒至亚微秒的时间尺度表征光学（320 nm - 650 nm）天空。我们讨论了将S14160- 3050 HS MPPC用于UFA望远镜和未来亚秒时域天体物理学地基望远镜的优点和缺点。

2020-11-30astro-ph.IMphysics.ins-det

面向未来电子-离子对撞机的快速时间硅研发

Fast timing silicon R$\&$D for the future Electron-Ion Collider

本文提出基于MALTA2传感器的快速时间硅径迹探测器（FMT），以在EIC前向和后向区域提供额外击中点，提升径迹重建质量并剔除背景事件，并讨论了最新研发进展及物理影响。

2025-01-29hep-exnucl-exphysics.ins-det

4 H-碳化硅作为强流离子束粒子探测器

4H-Silicon Carbide as particle detector for high-intensity ion beams

在离子癌症治疗中，高强度离子束通过利用布拉格峰来治疗肿瘤。典型的离子治疗中心使用高达$10^{10}$离子/秒的粒子速率进行治疗。另一方面，当将这些光束线用于粒子物理实验或通常作为测试光束环境时，这样的强度通常太高。这里介绍的项目旨在开发一个光束位置和强度监测器，以覆盖从几Hz到GHz频率的广泛强度范围，如在临床环境中使用的。碳化硅（SiC）是一种有吸引力的探测器材料，因为它结合了潜在的高辐射硬度和高导热性，以避免冷却。此外，它的高电子饱和速度允许非常快的信号，以减轻堆积。然而，必须考虑材料的一些特殊性质，如不同的晶体多型体。本文展示了对焊盘和4 H晶格几何形状的微带SiC传感器原型的测量结果。传感器在实验室中使用放射源进行了测试，并使用位于奥地利的离子癌症治疗中心MedAustron提供的宽强度范围（kHz-GHz）和不同能量（60-800 MeV）的质子束。测量结果表明，MIP颗粒不能可靠地检测与所使用的离散电子装置与单通道传感器的组合。然而，与CMS/Belle-II实验中基于ASIC的读出电子器件相结合的条带传感器允许恢复信号的某一部分。这使得有可能确定所研究的传感器样品中产生的电子/空穴对的电离能和平均数量。

2021-12-04hep-exphysics.ins-det

氢化非晶硅中低电场与零温两能级系统损耗的表征

Characterization of the low electric field and zero-temperature two-level-system loss in hydrogenated amorphous silicon

本研究表征了氢化非晶硅薄膜的两能级系统损耗，通过等离子体增强化学气相沉积制备的样品实现了优于现有文献2-4倍的低损耗，提取了真实零温低场损耗角正切，为超导谐振器和毫米波/太赫兹传输线提供了低损耗方案。

2024-03-06astro-ph.IMphysics.ins-det

低剂量和高剂量伽马辐照及退火下ATLAS18硅传感器的表面和体特性的辐射效应

Radiation effects on surface and bulk properties of ATLAS18 silicon sensors under low- and high-dose gamma irradiation and annealing

Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic（捷克科学院物理研究所）；Santa Cruz Institute for Particle Physics (SCIPP)（圣克鲁斯粒子物理研究所）；UJP Praha a.s.（UJP布拉格有限公司）；Experimental Particle Physics Department, Jožef Stefan Institute（约瑟夫斯特凡研究所实验粒子物理部）；Instituto de Microelectronica de Barcelona (IMB-CNM), CSIC（西班牙国家科学研究委员会巴塞罗那微电子研究所）；Institute of Particle and Nuclear Study, High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构粒子核研究部）；Physikalisches Institut, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg（弗赖堡大学物理研究所）

研究ATLAS18硅传感器在低剂量和高剂量伽马辐照及退火下的表面和体特性辐射效应，通过对分段微型条传感器和未分段MD8二极管的综合研究，包括多种测量及不同温度退火实验，全面呈现相关效应及热演化情况。

2026-07-16hep-exphysics.ins-det