近日，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所科研團(tuán)隊(duì)研制出具有良好抗輻照性能的硅超快傳感器。該傳感器基于低增益雪崩放大二極管（Low-Gain Avalanche Diode, LGAD)。經(jīng)ATLAS合作組與RD50合作組測(cè)試，該傳感器是目前抗輻照性能最好的LGAD硅超快傳感器，達(dá)到ATLAS實(shí)驗(yàn)高顆粒度高時(shí)間分辨探測(cè)器項(xiàng)目（High Granularity Timing Detector，HGTD）的要求，其結(jié)果已在CERN的探測(cè)器講座（CERN detector seminar）和歐洲核子中心（CERN）的實(shí)驗(yàn)新聞（EP Newsletter）上公布。

該研究在原有LGAD硅超快傳感器工藝上增加了碳摻雜工藝，降低了輻照引起硅傳感器中硼摻雜的移除速率，提高了抗輻照性能。在經(jīng)過(guò)高亮度LHC要求的超高輻照量（2.5×1015/cm2/s等效中子通量）后，仍能實(shí)現(xiàn)30-40皮秒的時(shí)間分辨率，并且可以工作在300-400V的較低電壓下。經(jīng)CERN束流測(cè)試驗(yàn)證，低工作電壓避免了由單粒子擊穿導(dǎo)致的輻照損傷。該LGAD硅超快傳感器由中科院高能所與微電子研究所合作研制。

ATLAS合作組的HGTD項(xiàng)目是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)高亮度II期升級(jí)（LHC Phase-II）升級(jí)的一部分。其目標(biāo)是研制6.4平方米的抗輻照超快硅探測(cè)器，利用高精度的時(shí)間信息來(lái)區(qū)分空間上距離較近的對(duì)撞事例，從而提高探測(cè)器物理性能。該項(xiàng)目研發(fā)的硅超快傳感器，超快讀出芯片和大面積超快探測(cè)器集成等均是國(guó)際前沿的新技術(shù)。以高能所為主體的中國(guó)組將承擔(dān)HGTD項(xiàng)目超過(guò)1/3的傳感器研制，近一半的探測(cè)器模塊研制，與全部的前端電路板研制。

HGTD項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等的支持。

硅超快傳感器