多隙阻性板室(MRPC)的性能和工作气体关系的模拟研究

多气隙阻性板室(MRPC)以其优良的时间分辨率在粒子物理实验中被用作飞行时间(TOF)探测器. 国际合作项目RHIC-STAR采用MRPC作TOF. 我们已成功地制作出30多个MRPC, 并安装在RHIC-STAR上. 通过模拟计算软件Magboltz,计算了MRPC常用工作气体的物理参数, 并根据气体探测器物理机制, 重点分析了MRPC性能与其工作气体之间的相互关系, 此分析对优化RPC与MRPC混合气体组分是有益的.     

工作气体对MRPC性能影响的研究

多气隙电阻板室(MRPC)飞行时间探测器模型从2003年2月开始在美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的AGS束流上顺利完成了为期10周的测试(共28个MRPC模块168路读出,其中12个模块即72个读出道配置了读出电子学).实验表明工作气体的选择对MRPC的工作性能有很大影响.测量了几种不同成分的混合气体(A)90%C₂H₂F₄+5%iso-C₄H₁₀+5%SF6、(B)95.3%C₂H₂F₄+47%iso-C₄H₁₀及(C)100%C₂H₂F₄下MRPC探测效率和时间分辨等特性的变化,并给出了相应条件下的流光信号几率     

高时间分辨MRPC的位置灵敏读出方法

根据MRPC工作机制和高时间分辨的特性, 研制一种位置灵敏MRPC原型及读出方法. 该探测器具有10个220μm气隙, 有效探测面积为20cm×20cm. 前端电子学采用专用ASIC芯片, 具有快时间响应和输入电荷-输出信号宽度的转换功能. 采取同时读取信号传输时间差和感应信号分布的方法实现两维读出. 对该探测器性能的束流测试结果显示: 沿着读出条方向及其垂直方向的位置分辨分别为4.5mm和1.6mm, 其时间分辨达到63ps, 探测效率>95%.     

MRPC探测不同带电粒子的输出信号与工作气体中dE/dx之间的关系

由28个多气隙电阻板室(MRPC)模块组成的探测阵列-STAR/TOFr, 在相对论重离子对撞机(RHIC)实验上获得了大量的数据. 利用质心能量62.4GeV Au+Au对撞的实验数据, 分析了MRPC探测不同带电粒子(K介子、π介子、质子等)时的输出信号与气体中的电离能损(dE/dx)之间的关系, 给出了MRPC的气体电离和雪崩放大一些新的实验结果. 为了进一步解释实验结果, 针对工作条件下MRPC输出信号的特点, 对MRPC的气体电离和雪崩过程进行Monte Carlo模拟, 深入探讨了影响MRPC输出信号幅度的原因.     

毫米波频段下MOSFET漏极电流噪声的统一模型

纳米级金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)精确的高频噪声模型是毫米波集成电路低功耗设计的重要基础,而现有的高频漏极噪声模型不仅没有融合器件的衬底效应和栅电阻效应,也没有充分考虑器件的频率和偏置依赖性。针对上述问题,基于纳米MOSFET器件的物理特性,并结合漂移扩散方程和有效栅极过载,建立统一表征强反区到弱反区的频率和偏置依赖性的漏极噪声模型,使之便于移植到先进设计系统(ADS)仿真设计。通过所建模型的仿真结果与实验测试结果进行比较,验证所建模型的准确性。同时比较所建模型对130 nm和40 nm MOSFET两种不同工艺器件的实用性,验证其对表征40 nm MOSFET的毫米波噪声特性的优越性。     

毫米波频段下MOSFET漏极电流噪声的统一模型

纳米级金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)精确的高频噪声模型是毫米波集成电路低功耗设计的重要基础,而现有的高频漏极噪声模型不仅没有融合器件的衬底效应和栅电阻效应,也没有充分考虑器件的频率和偏置依赖性。针对上述问题,基于纳米MOSFET器件的物理特性,并结合漂移扩散方程和有效栅极过载,建立统一表征强反区到弱反区的频率和偏置依赖性的漏极噪声模型,使之便于移植到先进设计系统(ADS)仿真设计。通过所建模型的仿真结果与实验测试结果进行比较,验证所建模型的准确性。同时比较所建模型对130 nm和40 nm MOSFET两种不同工艺器件的实用性,验证其对表征40 nm MOSFET的毫米波噪声特性的优越性。     

晶格匹配InAlN/GaN异质结肖特基接触反向电流的电压与温度依赖关系

ln(I/E)-E 1/2 ln(I/E2)-E?1测量了晶格匹配InAlN/GaN异质结肖特基接触的反向变温电流-电压特性曲线,研究了反向漏电流的偏压与温度依赖关系.结果表明:1)电流是电压和温度的强函数,饱和电流远大于理论值,无法采用经典热发射模型解释;2)在低偏压区,数据满足线性依赖关系,电流斜率和激活能与Fre...     

强反型区下纳米MOSFET的射频噪声机理分析

为了有效地表征纳米MOSFET强反型区下的射频噪声特性,研究了其噪声建模的方法。在分析45 nm MOSFET射频小信号等效电路参数提取结果的基础上,建立了该器件漏极电流噪声的简洁模型。该模型完整地表征了决定45 nm器件噪声机理的三个组成部分：本征漏极电流噪声、栅极管脚寄生电阻热噪声和栅漏衬底寄生电磁耦合噪声。噪声测量在验证所建模型准确性和精度的同时,还表明：45 nm MOSFET的本征漏极电流噪声为受抑制的散粒噪声,并且随着栅源偏压的降低受抑制性逐渐减弱直至消失。     

一个高时间分辨的多间隙电阻板室原型

研制了一种多气隙电阻板室原型并建立了相关的测试系统.利用宇宙线测试系统和欧洲核子中心的试验束装置T1?0对其性能进行了测试,给出了初步结果.时间分辨达到70ps,对最小电离粒子的探测效率大于95%.     

温度和压力对Au反射特性影响及动高压下的测温应用分析

基于金属电子气模型,进行了温度、压力对Au反射率变化影响的研究与分析。利用DAC装置开展了压力对Au反射率变化测量实验,以及激光加热的动态温升条件下温度对Au反射率变化测量实验,获得了探测光束波长为488 nm条件下,温度(室温至350 ℃)和压力(11 GPa范围内)对Au反射特性影响的实验结果。结果表明:在11 GPa压力范围内,与温度因素相比,压力对Au的反射率变化影响可忽略;Au对488 nm波长激光的反射率变化趋势为单调递增,变化幅值达约10%,且具有反射率与温度的一一对应特性。通过动高压加载下材料温度瞬态测量要求分析,认为基于Au在488 nm波长下的反射变化特性,可建立一种适用于动高压加载下低温段(低于1000 K)的瞬态测温方法,用于解决材料动高压领域的瞬态测温技术难点。     

MRPC宇宙线测试及温度效应

建造了一套MRPC单元的宇宙线测试系统.在数据处理过程中实现对入射宇宙线的方向选择.实验结果表明:MRPC的时间分辨可以达到约84ps,对应的触发系统参考时间分辨可以达到约75ps.对MRPC的温度特性进行了研究,得到了一些初步结论.     

红外四象限探测器暗电流自动测量技术研究

简要介绍了红外四象限探测器的暗电流参数特性,针对多元探测器的特点,设计了温度控制电路以及多路切换开关电路,实现了在不同温度和电压下对暗电流的全自动化测量.通过实验数据得出探测器在不同偏压下的温度特性曲线图,证明本测量系统是可行的,并且可以用于其他多元探测器的暗电流检测.     

第二代高温超导长带传输临界电流表征及其对电压引线间距的依赖性

传输法(或四引线法)测量可直观、准确的体现超导材料临界电流特性.为表征第二代高温超导长带临界电流及其沿长度方向均匀性特征,本文以四引线法为基础,建立了动态传输法测量装置,并对该装置的重复稳定性进行了评估,同时,表征了第二代高温超导长带临界电流对电压引线间距的依赖关系.实验结果发现,重复性测量不确定度为0.74%(<1%),该装置具有良好重复稳定性,且测量速度达200～300 m/h,满足高温超导产业化测量需求;随着电压引线间距增加,第二代高温超导长带各测试段临界电流的最大值和最小值分别呈现逐渐减小和增加的趋势,平均值变化不大,保持稳定,其中最大值和最小值向平均值收敛;各测试段临界电流的标准偏差随电压引线间距的增加而减小,通过线性拟合得,标准偏差与电压引线间距关系为:s=3.47/L₂^0.36.传输法测量装置的建立及其关键参数电压引线间距对临界电流表征的影响研究,对推动第二代高温超导产业化进程具有重大意义.     

量子点红外探测器的噪声表征

为了表征噪声对量子点红外探测器性能的影响, 本文推导了噪声的理论模型. 该模型通过考虑纳米尺度电子传输和微米尺度电子传输对激发能的共同影响, 并结合噪声增益, 实现了对噪声的估算. 得到的结果与实验的数据相比, 显示了很好的一致性, 从而验证了这个模型的正确性. 关键词： 电子传输 暗电流 增益 噪声     

GaN基p-i-n和肖特基紫外探测器的响应光谱及暗电流特性

研究了p-i-n型和肖特基型Ga N基紫外探测器的响应光谱和暗电流特性。实验发现,随着p-Ga N层厚度的增加,p-i-n型紫外探测器的响应度下降,并且在短波处下降更加明显。肖特基探测器的响应度明显比pi-n结构高,主要是由于p-Ga N层吸收了大量的入射光所致。肖特基型紫外探测器的暗电流远远大于p-i-n型紫外探测器的暗电流,和模拟结果基本一致,主要是肖特基型探测器是多子器件,而p-i-n型探测器是少子器件。要制备响应度大、暗电流小的高性能Ga N紫外探测器,最好采用p-Ga N层较薄的p-i-n结构。     

MRPC宇宙线批量测试方法探讨

通过分析33个多气隙电阻板室(MRPC)的宇宙线测试结果, 得到了雪崩信号比例和 平均幅度与时间分辨的关系, 计算得出了MRPC的分辨时间随测试事例数的变化 趋势. 据此提出了~MRPC~的宇宙线批量测试方法.     

光电效应实验中的伏安特性曲线

给出了光电效应中伏安特性及响应时间的理论关系。同时也给出了同时确定普朗克常数及电子电荷的一种方法。     

基于周期反转模式的表面暗电流抑制

为了抑制电子倍增CCD的表面暗电流,运用Shockley-Read-Hall理论解释了表面暗电流的产生过程,通过曲线拟合建立了表面暗电流的理论模型,定量分析了电子倍增CCD从反转模式切换到非反转模式后表面暗电流的恢复特征时间.根据这一时间特性提出了周期反转模式的概念,在信号积分期里对成像区时钟进行调制,加入周期反转脉冲,使器件以小于表面暗电流恢复特征时间的周期在反转与非反转模式之间切换.仿真结果表明,随着周期反转频率的提高.表面暗电流明显减小.当时钟周期为0.2 ms时,平均表面暗电流降低到0.051 nA/cm2,接近反转模式的水平,与理论分析完全一致,验证了周期反转模式的可行性.     

科学级光学CCD暗电流及机械快门时间响应特性测试

暗电流在科学级电荷耦合器件(CCD)长时间曝光测试实验中是主要的噪声之一。实验测试了暗电流信号平均计数随曝光时间的变化关系,并经过计算得出-10℃和-20℃下暗电流分别为2.43ADU/(s.pixel)和0.4854ADU/(s.pixel),同时测试了暗电流随CCD制冷温度的变化特性,结果显示暗电流随温度类似指数函数形式变化。由于CCD机械快门的时间响应特性对科学级光学CCD的短时曝光计数的影响比较大,实验测试了CCD平均计数和曝光时间的关系,得出实验所用的TEK 512pixel×512pixel DB CCD的机械快门在18ms时能够完全打开。