Un nuevo enfoque para mejorar la resistencia a la radiación en detectores de radiación nuclear avanzados sometidos a neutrones rápidos
Autores: Vakili, Aref; Farasat, Mahsa; La Magna, Antonino; Italia, Markus; Pancheri, Lucio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un nuevo enfoque para mejorar la resistencia a la radiación en detectores de radiación nuclear avanzados sometidos a neutrones rápidos
Categoría
Gestión y administración
Subcategoría
Gestión del conocimiento
Palabras clave
Crítico
Sensores
Tolerancia a la radiación
Capa de ganancia
Dopado con carbono
Dureza a la radiación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
Los diodos de avalancha de bajo ganancia (LGAD) son sensores críticos para los detectores de tiempo ATLAS y CMS en el Colisionador de Hadrones de Gran Luminosidad (HL-LHC), ofreciendo una resolución temporal mejorada con factores de ganancia de 20 a 50. Sin embargo, su tolerancia a la radiación se ve obstaculizada por el fenómeno de eliminación de aceptores (ARP), que desactiva el boro en la capa de ganancia, reduciendo la ganancia por debajo del umbral para una temporización precisa. Este estudio investiga la dureza a la radiación de sensores LGAD delgados dopados con carbono desarrollados por el Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL) para abordar las limitaciones inducidas por ARP. Se midieron los perfiles de dopantes activos en la capa de ganancia, la unión y el volumen utilizando un perfilómetro de sonda de resistencia de difusión (SRP), y se analizaron los efectos del recocido y la irradiación con neutrones a fluencias de 3 x 10, 1 x 10 y 3 x 10 neq/cm (equivalente a 1 MeV). Las tasas de dosis de carbono bajas mostraron una mejora mínima debido a la desactivación mejorada, mientras que dosis más altas mejoraron la dureza a la radiación, demostrando una relación de respuesta a la dosis no lineal. Estos hallazgos destacan el potencial de optimizar las capas de ganancia con altas dosis de carbono y boro de baja difusión para extender la vida útil de los LGAD en entornos de alta radiación. La investigación futura refinara las estrategias de implantación de carbono y explorará enfoques alternativos para mejorar aún más la dureza a la radiación de los LGAD.
Descripción
Los diodos de avalancha de bajo ganancia (LGAD) son sensores críticos para los detectores de tiempo ATLAS y CMS en el Colisionador de Hadrones de Gran Luminosidad (HL-LHC), ofreciendo una resolución temporal mejorada con factores de ganancia de 20 a 50. Sin embargo, su tolerancia a la radiación se ve obstaculizada por el fenómeno de eliminación de aceptores (ARP), que desactiva el boro en la capa de ganancia, reduciendo la ganancia por debajo del umbral para una temporización precisa. Este estudio investiga la dureza a la radiación de sensores LGAD delgados dopados con carbono desarrollados por el Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL) para abordar las limitaciones inducidas por ARP. Se midieron los perfiles de dopantes activos en la capa de ganancia, la unión y el volumen utilizando un perfilómetro de sonda de resistencia de difusión (SRP), y se analizaron los efectos del recocido y la irradiación con neutrones a fluencias de 3 x 10, 1 x 10 y 3 x 10 neq/cm (equivalente a 1 MeV). Las tasas de dosis de carbono bajas mostraron una mejora mínima debido a la desactivación mejorada, mientras que dosis más altas mejoraron la dureza a la radiación, demostrando una relación de respuesta a la dosis no lineal. Estos hallazgos destacan el potencial de optimizar las capas de ganancia con altas dosis de carbono y boro de baja difusión para extender la vida útil de los LGAD en entornos de alta radiación. La investigación futura refinara las estrategias de implantación de carbono y explorará enfoques alternativos para mejorar aún más la dureza a la radiación de los LGAD.