硅半导体探测器具有重量轻、响应速度快、灵敏度高、位置分辨率高、能量分辨率高、线性范围宽、易与其他探测器集成、抗辐照性能强等优点。硅半导体探测器广泛应用于高能物理,天体物理,航空航天,医学等领域。现今,三维沟槽电极硅探测器死区比例大、电极未贯穿硅体,本文提出开合式三维沟槽电极硅探测器可以有效解决这些缺点。以暗电流、电容、耗尽电压、电荷收集、响应时间等参数来对应噪声、能耗、能量分辨率、收集效率等探测器指标。本文的主要研究内容如下:(1)对开合式三维沟槽电极硅探测器的设计理念进行了阐述和研究。通过比较发现圆形结构的探测器其电场分布最均匀。当电极距离在22μm时各单元之间的间隙最小。探测器材料为p型硅时其电场分布更均匀。PN结位置在外围沟槽时其耗尽电压是PN结位置在中央电极时的三分之一,因此选择PN结在外围沟槽。在设计开口时,0 S≤10μm。通过这些讨论,最终确定了开合式三维沟槽电极硅探测器的结构。(2)在Silvaco TCAD中建立开合式三维沟槽电极硅探测器器件模型。仿真采用圆柱形开合式三维沟槽电极硅探测器单元结构,沟槽电极是掺杂浓度为1×1019 P/cm3n型硅重掺杂,中央电极是掺杂浓度为1×1019 B/cm3p型硅重掺杂,探测器材料是p型轻掺杂的硅。当仿真无辐射条件下时,其掺杂浓度为1×1012 B/cm3;当仿真强辐射条件下时,其有效掺杂浓度为1×1014 B/cm3。在仿真过程中,中央电极是负极,外部沟槽是正极。(3)通过模拟单元开合式三维沟槽电极硅探测器,在z=15μm处截取一个平面可以得到该探测器的二维电势和电场分布,电势和电场分布均匀,没有低电场处。开合式三维沟槽电极硅探测器的死区更小。获得不同辐照强度下的电流-电压(I-V)特性曲线,随着辐照强度的增加,漏电流逐渐变大。漏电流的大小可以表征探测器的信噪比。在无辐照时,漏电流为5.87×10-9 A;在辐照通量为1×1015 neq/cm2时,漏电流为6.28×10-8A;当辐照通量为1×1016 neq/cm2时,漏电流为5.38x10-7 A。随着单元未刻蚀弧长(S)的增加,漏电流稍微有增加。当表面电荷浓度为4×1011 cm-2、辐照强度为1×1016 neq/cm2时,探测器的击穿电压为230 V。在不同的辐照条件下,获得的电容-电压(C-V)特性曲线不同,但是饱和电容不变,都为122 fF。随着单元未刻蚀弧长(S)的增加,电容不变。探测器的几何电容也表征探测器信噪比。在无辐照的情况下的耗尽电压为2 V;在辐照通量为1×1015 neq/cm2时,耗尽电压为5 V;当辐照通量为1×1016 neq/cm2时,耗尽电压为23 V。开口处附近的电荷收集性能比其他位置好。随着辐照强度的增加,电荷收集性能变差。