Proton Irradiation Damage and Annealing Effects in ON Semiconductor J-Series Silicon Photomultipliers
硅光电倍增器（SiPM）由于其低偏置电压和对普通发光材料发射的波长敏感，近年来已成为流行的光转换器件。这些特性使它们对资源有限的任务特别有吸引力，如天基探测器应用。然而，已知空间辐射环境对半导体器件特别苛刻，其中高粒子注量会随着时间的推移而降低性能。由ON Semiconductor（正式名称为SensL）制造的特定SiPM的辐射硬度尚未使用高能质子进行研究，这些质子是空间辐射环境中固有的。为了研究这些影响，我们照射组的两个SiPM四个不同的通量的800兆电子伏的质子提供的加速器在洛斯阿拉莫斯中子科学中心。$1.68\times10^{9}$、$1.73\times10^{10}$、$6.91\times10^{10}$、和$1.73\times10^{11}$质子cm $^{-2}$，和它们相应的估计剂量的$0.15$，$1.55$，选择$6.19$和$15.5$ kRad是基于对SiPM在持续10年的行星际空间任务期间可能接受的潜在暴露的估计。我们报告这些剂量对暗电流和自退火时间的影响。
2019-11-19 physics.ins-det
In-orbit Radiation Damage Characterization of SiPMs in the GRID-02 CubeSat Detector
近年来，硅光电倍增器（SiPM）由于其固态、体积小、工作电压低和对磁场不敏感等优点，已被用于多项空间任务。然而，在太空中操作SiPM会导致辐射损伤和性能下降。关于这些影响的在轨定量研究有限。在这项研究中，我们介绍了2020年11月6日发射的伽马射线集成探测器（GRID-02）的第二个探测器获得的在轨SiPM表征结果。在28.5 V和5 $^{\circ}$ C下，观察到每个SiPM芯片（型号MicroFJ-60035-TSV）的$\sim$ 100 $μ$ A/年的暗电流增加。因此，GRID-02探测器的总体噪声水平（sigma）增加了$\sim$ 7.5 keV/年。在-20 $^{\circ}$ C下，这种增加的估计值为每SiPM芯片40 $μ$ A/年，突出了使用冷却系统的积极效果。
2022-10-11 astro-ph.IM physics.ins-det
Self-heating Effect in Silicon-Photomultipliers
硅光电倍增管（SiPM）中辐射损伤的主要影响是暗电流的急剧增加。如果没有适当冷却，耗散的功率会加热SiPM，其性能参数取决于温度。加热研究用KETEK SiPM进行，该SiPM胶合在Al $_2$ O $_3$衬底上，该衬底直接连接到探针台的温度控制卡盘，或者通过具有公知热阻的材料层连接。SiPM由在DC模式下操作的LED照明。测量SiPM电流，并将其用于确定稳态温度，该温度是SiPM倍增区域中耗散的功率和热阻的函数，以及加热和冷却的时间依赖性。该信息可用于校正辐射损伤SiPM的自热效应的参数。该方法还可以用于与散热器具有未知热接触的封装SiPM。本文的结果是初步的。
2022-06-14 physics.ins-det
Characterisation of highly radiation-damaged SiPMs using current measurements
当暗计数之间的平均时间接近甚至超过信号衰减时间时，辐射损伤SiPM的表征是一个主要挑战。在这份说明中，一个收集的公式，已开发和用于分析的电流测量SiPM在黑暗中和照明的LED，强子辐照前后。它示出，如何参数，如击穿电压，淬火电阻，暗计数率，由于暗计数和盖革放电概率的光检测效率的降低可以估计从电流-电压测量。所需的唯一附加SiPM参数是像素电容、像素数量和相关噪声。该方法的核心是像素占用的概念，在给定的时间间隔内，在单个像素中的盖革放电的概率，其中的SiPM信号的衰减时间已被假定。作为示例，使用公式在-30 ° C和+20 ° C的温度下，在通过5E 13 cm $^{-2}$的反应堆中子的注量辐照之前和之后对KETEK SiPM进行计数，其中观察到超过1 E11 Hz的暗计数率。
2017-09-15 hep-ex physics.ins-det
Neutron irradiation effect on SiPMs up to $Φ_{neq}$ = 5 $\times$ 10$^{14}$ cm$^{-2}$
硅光电倍增器（SiPM）正成为越来越多粒子探测应用的首选光电探测器，从基础物理到医学和社会应用。在高亮度对撞机上使用它们的一个主要考虑因素是强子引起的辐射损伤，这会导致暗计数率的急剧增加。KETEK SiPM已暴露于各种注量的反应堆中子，最高可达$Φ_{neq}$ = 5 $\times$ 10 $^{14}$ cm $^{-2}$（1 MeV当量中子）。给出了$-$ 30 $^\circ$ C和$+$ 30 $^\circ$ C之间温度的I-V和C-V测量结果。我们提出了一种新的方法来量化辐射损伤对SiPM性能的影响。使用所测量的暗电流，确定作为温度和过电压的函数的单个像素占用概率。根据像素占用概率，可以优化给定要求的操作条件。该方法进行了定性验证，使用电流测量与蓝色LED灯照明的SiPM。
2017-09-14 physics.ins-det
Single photon detection with SiPMs irradiated up to 10$^{14}$ cm$^{-2}$ 1-MeV-equivalent neutron fluence
硅光电倍增器（SiPM）是对单光子具有灵敏度的固态光探测器。它们在高能物理实验中的应用，特别是在环形成像切伦科夫（RICH）探测器中的应用，由于它们对辐射的耐受性差而受到阻碍。在室温下，暗计数率的大幅增加使得在10 $^{11}$ cm $^{-2}$ 1-MeV当量中子注量下实际上已经不可能进行单光子探测。在高亮度LHC上运行的许多子探测器所预见的中子注量可达10 $^{14}$ cm $^{-2}$ 1 MeV当量。在本文中，我们提出了这样的高中子注量对不同细胞大小的Hamamatsu和SensL SiPM的影响。讨论了在高温（高达175 $^{\circ}$ C）下退火的优点。我们表明，退火后，在单光子水平上的操作与SiPM照射高达10 $^{14}$ cm $^{-2}$ 1-MeV当量中子注量是可能的，在低温（77 K）与暗计数率低于1 kHz。
2019-01-15 physics.ins-det
Measurement of SiPM Dark Currents and Annealing Recovery for Fluences Expected in ePIC Calorimeters at the Electron-Ion Collider
本研究针对ePIC实验所选SiPM，在EIC预期通量范围内评估辐射损伤，测量暗电流并验证高温退火恢复效果，为量能器设计、模拟和运行提供参考。
2025-06-20 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Radiation damage on Silicon Photomultipliers from ionizing and non-ionizing radiation of low-earth orbit operations
本文通过质子与X射线辐照FBK生产的不同尺寸NUV-HD SiPM，并结合在线IV测量与辐照前后功能表征，识别最适合空间应用的耐辐射工艺和版图变体。
2024-05-12 physics.ins-det
Radiation damage assessment of SensL SiPMs
硅光电倍增器（SiPM）正迅速取代传统的光电倍增管（PMT），成为空间伽马射线闪烁探测器的首选读数器。虽然它们提供了相当大的尺寸，重量和功率节省，但它们已被证明容易受到辐射损伤。用64 MeV质子和8 MeV电子辐照具有不同单元尺寸的SensL SiPM。一般来说，结果显示较大的单元尺寸更容易受到辐射损伤，其中最大的50 μ m SiPM显示出作为剂量的函数的电流的最大增加。在质子约2 rad（Si）和电子约20 rad（Si）的低剂量下观察到电流增加。美国海军研究实验室（NRL）的碘化锶辐射仪器（SIRI-1）在太阳同步轨道上执行为期一年的任务期间，其机载2x2 SensL J系列60035 SiPM的偏置电流增加了528 uA。这里的工作重点是随着辐射损伤的增加而观察到的体电流的增加，并进行更好地量化这种效应作为未来任务的剂量函数。其中包括未来的NRL任务SIRI-2，SIRI-1的后续任务，Glowbug和GAGG辐射仪器（GARI）。
2020-03-17 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Lowering the Energy Threshold using a Plastic Scintillator and Radiation-Damaged SiPMs
针对卫星轨道上SiPM辐射损伤导致闪烁体探测器能量阈值升高的问题，通过电流波形放大器、双SiPM符合求和及低温测量三种方法，可将受辐射损伤SiPM的能量阈值降至原有的约15%。
2024-01-25 astro-ph.IM physics.ins-det
Radiation Damage Study of SensL J-Series Silicon Photomultipliers Using 101.4 MeV Protons
研究了J系列硅光电倍增器（SiPMs）的辐射损伤，并将其用于未来的星载闪烁探测器。几个SiPM样品暴露于101.4 MeV质子，1 MeV中子当量通量范围为1.27*10^8 n/cm^2至1.23*10^10 n/cm^2。辐照后，SiPM经历了暗电流和噪声的大幅增加，这可能会在功耗，热控制和低能量事件检测方面为长期运行的太空任务带来问题。用CeBr 3闪烁体晶体进行的测量表明，在暴露于1.23*10^10 n/cm^2和室温退火之后，单个6 mm方形SiPM在室温下的暗噪声从0.1 keV增加到2 keV。由于大的SiPM噪声，对于使用4-SiPM阵列的CeBr 3探测器，伽马射线探测阈值增加到约20 keV，对于使用16-SiPM阵列的探测器，伽马射线探测阈值增加到约40 keV。仅观察到质子照射对平均探测器信号的小的影响，这表明SiPM增益和光子探测效率没有变化或变化很小。
2020-07-21 astro-ph.IM physics.ins-det
Analysis methods for highly radiation-damaged SiPMs
用反应堆中子对KETEK生产的尺寸为$15 \times 15~μ$ m $^2$的4384个像素的原型SiPM进行辐照，辐照剂量在$10^9$和$5\times 10^{14}$ cm $^{-2}$之间。对于温度之间的$-30~^\circ $ C和$+30~^\circ $ C的电容电压，导纳频率，电流正向电压，电流反向电压和充电电压的测量与和没有照明的亚纳秒激光已经执行。使用不同的方法对数据进行了分析，以提取依赖于中子注量和温度的电气参数，击穿电压，激活能为当前生成，暗计数率和响应光脉冲。比较了不同分析方法的结果。
2019-04-15 hep-ex physics.ins-det
Temperature dependence of radiation damage annealing of Silicon Photomultipliers
在过去的十年中，越来越多地使用硅光电倍增器（SiPM）代替光电倍增管（PMT）。这是由于前者相对于后者的各种优点，如其更小的尺寸、更低的工作电压、更高的检测效率、对磁场的不敏感性以及对发射振动的机械鲁棒性。所有这些特点使SiPM非常适合用于空间实验，其中探测器需要紧凑，重量轻，并能够在发射条件下生存。在空间条件下使用这种新型探测器的缺点是它对辐射损伤的敏感性。为了了解SiPM在太空中的寿命，必须研究辐射造成的损伤以及随后的恢复或退火。在这里，我们提出了这些研究的三种不同类型的SiPM从滨松S13360系列。介绍了它们在典型飞行任务中在低地球轨道上维持相当于2年的辐射后的行为，以及这些探测器在不同条件下储存时的回收情况。存储条件在温度以及工作电压方面变化。研究发现，退火在很大程度上取决于探测器的温度，那些储存在高温下的探测器恢复得更快，恢复得更接近原始性能。此外，没有观察到合理的偏置电压对退火的显著影响。最后，退火速率作为温度的函数，以及未来的SiPM为基础的天体物理探测器POLAR-2以及未来的SiPM为基础的航天任务的各种操作策略。
2022-12-16 astro-ph.IM physics.ins-det
Silicon-Photomultiplier (SiPM) Protection Against Over-Current and Over-Illumination
本研究针对硅光电倍增管（SiPM）并联结构易因过光照引发过流损坏的问题，提出串联电阻防护方案，并搭配适配电容保障器件稳定性。
2024-04-11 hep-ex physics.ins-det
Radiation damage studies of silicon photomultipliers for the CMS MIP Timing Detector
University of Notre Dame（圣母大学）；Institute of Nuclear Research（核物理研究所）
研究不同单元尺寸的Hamamatsu SiPM在反应堆中子辐照后的性能变化，分析击穿电压、信号幅度、暗电流和噪声等参数。
2026-06-08 physics.ins-det
Radiation Hardness Tests of SiPMs for the JLab Hall D Barrel Calorimeter
本文报道了日本滨松公司和爱尔兰SensL公司生产的硅光电倍增器（SiPMs）的中子辐射硬度的测量结果。来自两家公司的样品在杰斐逊实验室大厅A被1GeV电子束击中薄铅靶产生的中子辐照。使用Jefferson实验室辐射控制组的校准Am-Be中子源对Hamamatsu SiPM进行了更多关于中子辐射损伤和自退火的温度依赖性的测试。作为辐照的结果，暗电流和暗速率作为1 MeV等效中子注量的函数线性增加，并观察到依赖于温度的自退火效应。
2012-09-18 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Imaging Scatterometer for Observing Changes to Optical Coatings During Air Annealing
空气退火通常减少吸收，散射，和机械损失的非晶涂层高达温度发生损害。我们的仪器使用带观察窗的工业烤箱来观察退火过程中的涂层散射和损坏。
2022-02-19 physics.ins-det
Radiation hardness study using SiPMs with single-cell readout
设计并测量了一个专用的单电池SiPM结构，研究了反应堆中子注量高达$Φ$ = 5e 13 cm $^{-2}$时，SiPM的增益和关断电压的辐射损伤效应.该单元具有15 $μ$ m的间距。给出了增益和关断电压与注量的关系。在$Φ$ = 5e 13 cm $^{-2}$之后，观察到增益降低19%，并且$V_{off}$增加$\approx$ 0.5 V。
2021-10-31 hep-ex physics.ins-det
Neutron irradiation damage on Silicon Photomultipliers and electrical annealing studies for the CBM RICH detector
本文评估了三种SiPM在中子辐照下的辐射硬度，发现辐照显著增加暗电流、暗计数率和后脉冲并降低增益与光子分辨率，并验证250°C/30 min电退火可有效恢复性能。
2025-09-23 hep-ex physics.ins-det
Characterization of SiPM Performance in a Small Satellite in Low Earth Orbit using LabOSat-01
本工作使用 LabOSat-01 载荷研究了 SensL MicroFC-60035 SiPM 在低地球轨道 1460 天任务中的性能，发现质子辐射导致暗电流增加高达 500 倍，而增益和光子探测效率保持不变。
2024-08-22 physics.ins-det
Cryogenic operation of neutron-irradiated silicon photomultiplier arrays up to 1e14 neq/cm^2
Institute of Physics, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院物理研究所）
研究低温条件下中子辐照对硅光电倍增器阵列的影响，评估其在高辐射环境下的性能稳定性与可靠性。
2026-03-26 hep-ex physics.ins-det
A Comparison of the Effects of Neutron and Gamma Radiation in Silicon Photomultipliers
测量了γ射线对硅光电倍增器（SiPMs）的辐照损伤效应，并与中子辐照损伤作了比较。在布鲁克海文国家实验室和匈牙利德布勒森核研究所的固态伽马射线辐照设施（SSGRIF）中，将来自滨松的几种MPPC暴露于伽马射线和中子。伽马射线暴露范围为1 krad至1 Mrad，中子暴露范围为10 $^8$ n/cm $^2$至10 $^{12}$ n/cm $^2$。伽马射线损伤的主要影响是增加噪声和泄漏电流的照射设备，类似于从中子损伤所看到的，但损伤的水平是相当少的在相当高的曝光水平。此外，伽马射线的损伤在几百krad后饱和，而中子的损伤没有显示出饱和的迹象，这表明两种情况下的不同损伤机制。还测量了由于辐射导致的SiPM的窗口材料中的光吸收的变化。进行这项研究，以评估使用SiPM的粒子物理应用与中等水平的辐射暴露。
2019-04-07 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Radiation hardness characterization of SiPM sensors for Low Earth Orbit space missions
GSSI - Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；INFN - Laboratori Nazionali del Gran Sasso（格兰萨索国家实验室）
本研究表征了FBK和Hamamatsu SiPM在总电离剂量和质子辐照下的辐射硬度，确认其适用于低地球轨道任务环境。
2026-10-27 hep-ex physics.ins-det
Simulation Studies of the Effect of SiPM Dark Noise on the Performance of a Highly Granular Crystal ECAL
针对CEPC高粒度晶体ECAL的SiPM辐射损伤暗噪声问题，通过模拟研究其在不同注量、温度下对量能器电子响应的影响，明确了暗噪声对能量重建线性度的显著作用及分辨率的稳定性，为量能器性能评估提供依据。
2025-02-21 hep-ex physics.ins-det
Integration of thermo-electric coolers into the CMS MTD SiPM arrays for operation under high neutron fluence
针对CMS实验MTD探测器SiPM在高辐射下的性能退化问题，提出在SiPM阵列集成小型TEC的方案，可降温降暗计数且不增功耗，还能反向升温加速退火恢复性能，为高辐射环境探测器运行提供经济高效的解决方案。
2023-08-23 hep-ex physics.ins-det
Characterization of more than three years of in-orbit radiation damage of SiPMs on GRBAlpha and VZLUSAT-2 CubeSats
本研究利用GRBAlpha和VZLUSAT-2立方星三年以上在轨数据，分析滨松S13360-3050 PE MPPCs辐射损伤特性，证明经2.5mm PbSb屏蔽的MPPCs可在LEO环境持续服役超三年，为其未来卫星应用提供依据。
2025-04-03 astro-ph.IM physics.ins-det
Neutron irradiation test of Hamamatsu, SensL and AdvanSiD UV-extended SiPMs
在本文中，我们报告的测量定制硅光电倍增器阵列（SiPMs）由三家公司生产：滨松（日本），AdvanSiD（意大利）和SensL（爱尔兰）的中子辐射硬度。这些定制SiPM由6 x 6 mm^2单片单元的2 x 3阵列组成，像素尺寸分别为50 um（Hamamatsu和SensL）和30 um（AdvanSid）。每个供应商的样品都暴露于易北河正电子源设施（德累斯顿）产生的中子中，总注量高达~ 8.5 x 10^11 n_（1 MeV）/cm ^2。测试结果表明，暗电流几乎与中子注量成线性关系。通过在辐照测试后两个月测量暗电流来量化室温退火。还评估了暗电流对器件温度和施加偏压的依赖性。
2018-03-15 hep-ex physics.ins-det
Imaging Scatterometer for Observing In-Situ Changes to Optical Coatings During Air Annealing
非晶光学涂层的退火已被证明通常减少光学吸收、光学散射和机械损耗，其中较高温度的退火给出更好的结果。可达到的最高温度限于涂层损坏（如结晶、开裂或起泡）的水平。由加热引起的涂层损坏通常仅在退火后静态观察到。动态观察退火期间如何以及在什么温度范围内发生这种损伤的实验方法是期望的，因为其结果可以告知制造和退火过程，以最终实现更好的涂层性能。我们开发了一种新的仪器，该仪器具有工业退火炉，其侧面有孔，用于照亮光学样品，并在退火过程中原位和实时观察其涂层散射和最终损伤机制。我们目前的结果表明，在熔融石英基板上的二氧化钛掺杂的tantaloa涂层的变化的原位观察。我们获得了退火过程中这些变化的演变的空间图像（映射），优于X射线衍射，电子束或拉曼方法。我们推断，根据文献中的其他实验，这些变化是由于结晶。我们进一步讨论了该装置的效用，用于观察其他形式的涂层损坏，如开裂和水泡。
2022-11-30 physics.ins-det physics.optics
Laser annealing heals radiation damage in avalanche photodiodes
雪崩光电二极管（APD）是需要单光子探测的天基量子通信的实用选择。然而，对APD的辐射损伤显著增加了其暗计数率，并减少了其在轨道上的有用寿命。我们发现，高功率激光退火照射APD的三种不同的型号（Excelitas C30902SH，Excelitas SLiK，和激光组件SAP500S2）愈合的辐射损伤，并大大恢复低暗计数率。在九个样品中，当在零下80摄氏度下操作时，最大暗计数率降低因子在5.3和758之间变化。达到这些降低因子的照明功率范围为0.8至1.6 W。其他光子探测特性，如光子探测效率，定时抖动，和afterpulsing概率，保持大部分不受影响。这些结果预示着一种很有前途的方法，以延长配备APD的量子卫星的寿命。
2017-01-31 physics.ins-det quant-ph
CubeSat single-photon detector module for investigating in-orbit laser annealing to heal radiation damage
本文开发了一种立方星规格的模块，可对四个硅SPADs进行激光和热退火，并通过地面模拟空间环境测试验证了在轨激光退火修复质子辐射损伤、降低暗计数率的可行性，为未来星载量子接收器任务奠定基础。
2024-12-29 physics.ins-det quant-ph
Repeated radiation damage and thermal annealing of avalanche photodiodes
雪崩光电二极管（APD）非常适合量子通信卫星上的单光子探测，因为它们是一种成熟的技术，具有高探测效率，无需低温冷却。然而，由于在轨辐射损害，它们的热噪声容易显著增加。以前的工作表明，一次性应用的热退火减少辐射损伤引起的APD的热噪声。在这里，我们研究的影响，周期性质子照射和热退火。我们使用加速测试环境，模拟低地球轨道卫星的真实两年运行概况。我们表明，重复的热退火是有效的硅APD的热噪声保持在一个范围内适合量子密钥分发在整个标称任务寿命，并超越。我们研究两种策略-退火在一个固定的时间段，退火时，热噪声超过预定义的限制。我们发现这两种策略在寿命结束时表现出类似的热噪声，有条件退火的总体优势略有增加。我们还观察到，探测器的后脉冲概率增加与累积质子辐照。这些知识有助于指导未来星载量子通信应用的设计和任务决策。
2021-05-20 astro-ph.IM physics.ins-det quant-ph
Physics of reverse annealing in high-resistivity Chandra ACIS CCDs
钱德拉X射线天文台上的一个焦平面仪器-高级CCD成像光谱仪在发射后，由于在穿过地球辐射带的过程中暴露于软质子而受到辐射损害。损坏的影响是增加前照式CCD的电荷转移效率（CTI）。作为初始损坏评估的一部分，焦平面从-100 ℃的工作温度加热到+30 ℃，这意外地进一步增加了CTI。我们报告的ACIS CCD照射实验结果在实验室中，旨在更好地了解这种反向退火过程。六个CCD冷照射的能量范围从100 keV到400 keV的质子，然后在三个退火周期之一进行模拟烘烤。我们提出了这些实验室实验的结果，将它们与我们以前在地面和飞行中的经验进行比较，并推导出退火时间常数的限制。
2008-07-10 astro-ph physics.ins-det
Proton Radiation Damage and Annealing of COSI p-type Cross-strip HPGe Detectors
为了解空间辐射对交叉条锗探测器的影响，研究了高能质子损伤对COSI探测器的效应及高温退火的修复能力，通过150MeV质子辐照并经高温退火修复电荷陷阱，最终能谱分辨率达辐照前37%以内，为长期维护提供依据。
2025-04-15 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Protocols for healing radiation-damaged single-photon detectors suitable for space environment
针对空间辐射导致星载SPAD暗计数升高和饱和的问题，本文利用CubeSat载荷实验优化激光退火协议，证明1–2 W、短至10秒的退火可显著恢复探测器性能。
2023-12-07 astro-ph.IM physics.ins-det physics.space-ph
Radiation Hardness of Commercially Available NUV-MT Silicon Photomultipliers
University of Hamburg（汉堡大学）；NCSR “Demokritos（德谟克利特国家研究中心）；Institute of Nuclear and Particle Physics（核与粒子物理研究所）；School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学学院）
本研究测试商用Broadcom AFBR-S4N系列NUV-MT SiPM的辐射硬度，发现1 MeV中子辐照会显著恶化其暗噪声和单光子分辨率，热退火可部分恢复性能。
2026-09-03 physics.ins-det
Proton Irradiation of SiPM arrays for POLAR-2
POLAR-2是一个星载偏振计，用于研究伽马射线暴的偏振并帮助阐明其机制。该仪器计划于2024年或2025年在中国空间站上发射，目前正由瑞士、德国、波兰和中国的研究所合作开发。该仪器将在340公里至450公里高度的轨道上运行，倾角为42 $^{\circ}$，并将受到来自宇宙射线和太阳事件的背景辐射。因此，有必要更好地了解敏感装置在类似空间的条件下的性能。本文着重研究了日本滨松公司生产的硅光电倍增器阵列S13361- 6075 NE-04和S14161- 6050 HS-04的辐射损伤。S13361采用58 MeV质子辐照，剂量高达4.96Gy，而较新的S14161系列采用0.254Gy和2.31Gy的剂量辐照。它们各自的性能退化，由于辐射损伤进行了讨论。POLAR-2中硅光电倍增器在4.96Gy剂量下的空间等效暴露时间为62.9年（或1.78年，如果不考虑仪器的屏蔽）。I-V曲线的主要特征是暗电流和暗计数的增加，主要是通过串扰事件。观察到$25^{\circ}C$的退火过程，但未进一步详细研究。偏置通道，而被照射没有导致任何重大影响。活化分析表明，$β^{+}$粒子的主要贡献约511 keV。这些主要是由铜和碳产生的，大多数衰变时间比轨道周期短。
2022-10-05 astro-ph.IM physics.ins-det
Cryogenic operation of silicon photomultiplier arrays
本文研究LHCb SciFi径迹探测器SiPM在LHC Run 4高辐射环境下的低温冷却方案，对FBK和Hamamatsu的SiPM阵列在100 K低温下测试并表征击穿电压、暗计数率、光子探测效率、增益和串扰等关键性能参数。
2025-02-04 hep-ex physics.ins-det
Study of Silicon Photomultiplier Radiation Hardness with Proton Beam from the JULIC Cyclotron
在这项工作中，我们研究了硅光电倍增器（SiPM）光传感器的性能曝光后的JULIC回旋质子束，能量$\sim$ 39兆电子伏，相对于他们的性能曝光前。本研究中使用的SiPM器件显示出其行为的显著变化以及其击穿电压的向下偏移多达$\sim$ 0.4 $\pm$ 0.1 V。在暴露于$\sim$ 0.2 Gy的剂量后，对于所研究的SiPM似乎不再可能进行单光子测量（对应于$\sim$ $ϕ_{p}$的积分质子通量= 1.06 × 10 $^{8}$ p/cm $^{2}$）。暴露未对器械表面造成可见损坏。
2020-11-18 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
The Effects of Radiation Damage on CLYC Performance
Cs $_2$ LiYCl $_6$：Ce $^{3+}$（CLYC）是一种新的闪烁体，对于需要在单个体积内检测伽马射线和中子的能力的应用来说，它是一种有吸引力的选择。因此，它在需要低尺寸、重量或功率的应用中是有意义的，例如空间应用。随着时间的推移，太空中的辐射环境会破坏CLYC的晶体结构，导致性能下降。我们已经在洛斯阿拉莫斯中子科学中心将2个CLYC样品暴露于800 MeV质子，一个暴露于约10 kRad，一个暴露于约100 kRad。我们测量的脉冲形状和幅度，能量分辨率，和品质因数的脉冲形状歧视之前和之后照射。我们还测量了活化产物，并监测辐照样品的室温退火。这些测量的结果和辐射损伤对CLYC性能的影响。
2018-10-15 physics.ins-det
Investigation of X-ray induced radiation damage at the Si-SiO2 interface of silicon sensors for the European XFEL
欧洲X射线自由电子激光器（XFEL）的实验需要硅像素传感器，其可以承受高达1 GGy的X射线剂量。为了研究这些高剂量的X射线辐射损伤，<100><111>在DESY DORIS III同步加速器光源上用12 keV X射线辐照了由CiS和Hamamatsu两家供应商生产的基于具有晶体取向的高电阻率n型掺杂硅的MOS电容器和栅控二极管。使用电容/电导-电压，电流-电压和热介电弛豫电流测量，氧化物电荷和界面陷阱在Si-SiO2界面的表面密度，和表面电流密度已被确定为剂量的函数。结果表明，氧化物表面电荷密度和表面电流密度的剂量依赖性取决于晶体取向和生产者。此外，还研究了在100 kGy和100 MGy剂量下，X射线照射期间施加到MOS电容器和栅控二极管栅极的电压对氧化物电荷表面密度和表面电流密度的影响。研究发现，如果氧化层中的电场从SiO2表面指向Si-SiO2界面，则两者都强烈依赖于栅电压。最后，退火研究已在60和80度C的MOS电容器和栅控二极管照射到5 MGy和氧化物的电荷和表面电流的退火动力学确定。
2012-11-09 physics.ins-det
Study of point- and cluster-defects in radiation-damaged silicon
辐射的非电离能量损失在硅中产生点缺陷和缺陷团，这导致传感器性能的显著下降。在这篇文章中，给出了在80~280 ° C等时退火条件下，几个$10^{14}$ cm $^{-2}$注量和3.5~27 MeV能量的电子辐照硅焊盘二极管的TSC（热激电流）缺陷谱结果。介绍了一种基于SRH（Shockley-Read-Hall）统计的方法，该方法假设团簇中缺陷的电离能取决于被占据的陷阱的分数。从TSC数据中提取了孤立点缺陷和完全占据的团簇的电离能差$ΔE_a$。对于VOi（vacancy-oxygen interstitial）缺陷，发现了$ΔE_a = 0$，证实了它是一个点缺陷，验证了点缺陷的方法。对于由深受主制成的团簇，在80 ° C退火后确定不同缺陷的$ΔE_a$值作为电子能量的函数，并且对于用15 MeV电子照射作为退火温度的函数。对于用3.5 MeV电子的辐照，发现值$ΔE_a = 0$，而对于6至27 MeV $ΔE_a > 0$的电子能量。这与电子形成团簇形成的预期阈值约为5 MeV一致。作为退火温度的函数确定的$ΔE_a$值表明，对于不同的缺陷，退火速率是不同的。一个朴素的扩散模型是用来估计的温度依赖性的集群中的缺陷的扩散。
2018-03-19 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Study on degradation of VUV-sensitivity of MPPC for liquid xenon scintillation detector by radiation damage in MEG II experiment
针对MEG II实验液氙探测器中MPPC在高强度μ子束下的VUV灵敏度退化问题，研究发现辐射损伤集中于MPPC表面且热退火可使光子探测效率恢复，为相关探测器的辐射损伤评估与修复提供了依据。
2022-11-17 physics.ins-det
Characterization of Silicon Photomultipliers after proton irradiation up to $10^{12} n_{eq}/mm^2$
硅光电倍增器（SiPMs）是高灵敏度的光电探测器，作为许多应用的首选技术而出现，包括大型高能物理实验，其中它们经常暴露于高辐射通量。近年来，人们越来越感兴趣的是评估这种探测器的性能退化后，与质子或中子辐照，不同的注量水平。在这项工作中，不同的FBK SiPM技术的样品，用不同的制造技术，在INFN-LNS设施（意大利）与质子达到通量高达$10^{12}n_{eq}/mm^2$（1兆电子伏中子当量），对应于$10^{14}n_{eq}/cm^2$和它们的性能进行了详细的表征后，约30天的室温退火。结果表明，一个显着恶化的主要噪声（暗计数率）的探测器，这与照射剂量的增加，而其他性能参数，如微单元增益，相关的噪声概率和光子探测效率并没有显示出显着的变化在调查的剂量范围。辐照后的击穿电压估计是SiPM的另一个重要方面。在这方面的贡献，我们展示了几种方法，其估计和比较的结果。我们还介绍了新的方法来表征SiPM的性能时，他们提出了一个非常高的噪声水平。最后，我们还分析了空间定位的质子引起的缺陷内的设备，即主要有助于增加的DCR的设备，通过发射显微镜（EMMI）技术的缺陷。特别是，我们分析了SiPM在单细胞水平，试图识别和空间定位的缺陷。
2021-06-23 hep-ex physics.ins-det
Radiation Induced Point and Cluster-Related Defects with Strong Impact to Damage Properties of Silicon Detectors
这项工作的重点是辐射引起的缺陷负责硅探测器的退化的调查。通过对60Co射线、6和15MeV电子、23GeV质子和1MeV等效反应堆中子辐照引起的缺陷的比较研究，发现点缺陷和团簇中心的存在对Si二极管的损伤特性有很大影响。基于缺陷分析的微观原因和它们对探测器性能的宏观后果之间的详细关系。特别是，它表明，暴露于高水平的60 Co剂量后的Si器件性能的变化可以完全理解的两个点缺陷的形成，都强烈依赖于在硅体中的氧浓度。强子辐照的特殊性是退火效应，退火效应分别降低。增加了最初观察到的损伤效应，如耗尽电压的变化所示。一组三个集群相关的缺陷，显示为深孔陷阱，被证明是负责具体的反向退火。它们的形成不受氧含量或Si生长过程的影响，这表明它们是位于扩展的无序区域内的多空位的复合物。
2009-09-24 hep-ex physics.ins-det
Compensation of radiation damages for SOI pixel detector via tunneling
我们正在开发基于SOI技术的单片像素探测器，用于高能物理，X射线应用等。为了将SOI像素探测器应用于此类辐射环境，辐照后在氧化层中产生和俘获的空穴影响了近场发射特性，因此，必须解决辐照后晶体管的总电离剂量效应问题。由于其正电场，因此通过退火和紫外线辐射来去除用于制造的检测器的捕获的空穴是不现实的，这是由于部件的热阻和处理的困难。我们研究了补偿TID效应的隧道使用高电压。为了减少陷阱空穴，在氧化层下的掩埋p阱中施加高压，将电子注入到氧化层中。
2015-07-14 physics.ins-det
Effects of Temperature Anneal Cycling on a Cryogenically Proton Irradiated CCD
在整个典型的地球轨道上，卫星不断受到辐射的轰击，特别令人关切的是被捕获的太阳质子，因为它们在整个飞行任务中逐渐损坏焦平面装置并降低其性能。为了了解损坏对CCD的影响以及它如何随其热历史而变化，使用CCD 280进行了质子辐射活动。在153 K下照射CCD，并以5 K的增量逐渐升温至188 K，在每个退火步骤之后在153 K下拍摄Fe 55 X射线、暗电流和陷阱泵浦图像。结果表明，尽管陷阱景观在整个退火过程中发生变化，但它对并行电荷转移效率的影响很小。这被认为是因为大多数陷阱不受影响，并且许多确实退火的陷阱仅从不同陷阱物种之间的连续区移动到附近的双空位陷阱“峰”，其发射时间常数足够相似以仍然影响CTI。就在飞行任务中使用CCD 280或类似装置而言，CTI不受高达188 K的热退火的影响意味着随着辐射损伤的积累而需要的任何CTI校正不必考虑焦平面的热历史。然而，在温度高于188 K时可能会发生大量退火，飞行任务在这一温度范围内运行时应注意收集准确的飞行前数据。
2021-10-18 physics.ins-det
Isothermal annealing of radiation defects in bulk material of diodes from 8" silicon wafers
针对LHC高亮度升级后辐射环境对探测器的挑战，研究了8英寸硅片二极管体材料的辐射损伤与等温退火行为，通过不同参数下的电学测量获取传感器特性。
2023-06-09 hep-ex physics.ins-det
Proton induced Dark Count Rate degradation in 150-nm CMOS Single-Photon Avalanche Diodes
介绍了质子辐照对采用150 nm CMOS工艺制造的单光子雪崩二极管（SPAD）器件的影响。辐照活动已进行了20 MeV和24 MeV的质子上的几个样品的测试芯片包含SPAD阵列与两个不同的结布局。暗计数率分布已被分析作为位移损伤剂量的函数。退火和冷却已被研究作为可能的损害缓解方法。我们还讨论了，通过空间辐射模拟，这种设备的适用性在几个空间任务的案例研究。
2022-08-01 physics.ins-det
Performance and radiation damage mitigation strategy for silicon photomultipliers on LEO space missions
Université de Genève（日内瓦大学）；GSSI - Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；INFN - Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所-格兰萨索国家实验室）
本研究针对近地轨道空间任务中硅光电倍增管的辐射损伤问题，提出了一种退火策略以提高其抗辐射性能和可靠性。
2026-02-02 hep-ex physics.ins-det
Increased interference fringe visibility from the post fabrication heat treatment of a perfect crystal silicon neutron interferometer
硅中子干涉仪的结构需要一个完美的晶体硅锭（5厘米至30厘米长）被加工，使布拉格衍射“叶片”从一个共同的基础突出。使干涉仪叶片连接到相同的基座保持布拉格平面对准，但是如果干涉仪在叶片之间包含大于约10 nrad的晶体学未对准，则干涉条纹可见性开始受损。此外，平行度、厚度和叶片之间的距离必须加工到微米公差。传统上，直到30 $μ$ m至60 $μ$ m的加工表面损伤被化学蚀刻掉，干涉仪才表现出可用的干涉条纹可见度。然而，如果去除太多的材料，则干涉仪上的不均匀蚀刻速率会导致晶体叶片的形状超出所需的公差。因此，在类似条件下产生的中子干涉仪之间，最终干涉条纹的可见度变化很大。我们发现，退火先前蚀刻干涉仪在$800^\circ \mathrm{C}$显着增加干涉条纹的可见度从23%到90%。布拉格平面错位也测量退火前和退火后使用中子摇摆曲线干涉峰，表明布拉格平面对准提高退火后的干涉仪。这表明，目前的干涉仪与低条纹可见度可能是可挽救的，退火可能成为未来中子干涉仪的制造过程中的一个重要步骤，从而减少需要化学蚀刻和更大，更奇特的中子干涉仪。
2017-10-17 physics.ins-det
Annealing behaviour of charge collection of neutron irradiated diodes from 8-inch p-type silicon wafers
本研究针对高亮度LHC的CMS HGCAL探测器，测试了新型8英寸p型硅pad二极管在中子辐照下的电荷收集与60°C等温退火行为，为高注量区域传感器厚度选择及停机期退火效应评估提供依据。
2025-07-01 hep-ex physics.ins-det
Temperature dependence of the long-term annealing behavior of neutron irradiated diodes from 8-inch p-type silicon wafers
CERN（欧洲核子研究组织）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Heidelberg University（海德堡大学）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；Al-Farabi Kazakh National University（阿尔法拉比哈萨克国立大学）；An Najah National University（安纳贾赫国立大学）；HAN University of Applied Sciences（汉应用科学大学）
研究中子辐照二极管在不同温度下的退火行为，利用电特性测量和电荷收集测量，提取退火时间常数，改进HL-LHC通量范围内的退火建模。
2026-02-23 hep-ex physics.ins-det
Mitigating radiation damage of single photon detectors for space applications
太空中的单光子探测器必须保持有用的性能特征，尽管受到亚原子粒子的轰击。减轻这种空间辐射的影响对于实现需要高保真单光子探测的新的空间应用至关重要。为此，我们进行了质子辐射测试的各种型号的雪崩光电二极管（APD）和一个模型的光电倍增管可能适用于星载量子通信。这些样品用106 MeV质子辐照，剂量大约相当于在低地球极轨道上0.6、6、12和24个月的寿命。尽管大多数探测性能都得到了保留，包括效率、定时抖动和后脉冲概率，但由于辐射引起的损伤，所有APD样本的暗计数率（DCR）都显着增加，比地星量子通信所需的每秒200计数（cps）高出许多数量级。然后，我们成功地证明了通过使用深度冷却（低至-86摄氏度）来缓解这种DCR退化。这使得DCR在24个月的轨道持续时间内低于所需的200 cps。通过在+50至+100摄氏度的温度下进行热退火，DCR进一步降低。
2017-10-12 astro-ph.IM physics.ins-det quant-ph
Radiation Damage of $2 \times 2 \times 1 \ \mathrm{cm}^3$ Pixelated CdZnTe Due to High-Energy Protons
本研究通过61 MeV质子辐照实验，量化了像素化CdZnTe探测器在高达2.6×10^8 p/cm²通量下的辐射损伤，发现偏压依赖的退化效应，并评估了退火恢复效果。
2023-08-05 astro-ph.IM physics.ins-det
