低增益雪崩探测器(简称LGAD)是RD50合作组，提出的新型半导体探测技术。其主要特点是通过在传统的N-in-P硅像素探测器的PN结下注入高浓度的P型掺杂，实现可控的内部增益。该类探测器具有响应快，抗辐照的特点，很快得到了粒子物理实验领域内的重视。大强子对撞机上(LHC)的ATLAS实验的探测器升级高粒度时间探测器项目(High Granularity Timing Detector,简称HGTD)拟采用该方案，合作组内广泛研究LGAD。

        2019年1月23日中科大正式加入HGTD项目，赵政国院士团队开展相关的探测器技术，电子学读出技术及系统集成方案的研究。建成LGAD读出电子学芯片的测试系统，基于激光和放射源的探测器性能测试系统。中国科学院苏州纳米研究所和上海交通大学先后加入课题组。

       2020年9月中旬，欧洲粒子物理中心(CERN)科研委员会(Research board)经过评审，正式批准了HGTD项目，计划于2027年完成建造和安装。在预研制阶段,科大组利用探针台和性能测试系统完成了日本滨松提供的原型探测器样品的测试，并参与了束流测试工作。在大面积LGAD探测器的一致性，以及个别探测单元出现大漏电流问题的应对方案探讨上做出了出色的工作。苏州纳米所验证了大面积的LGAD阵列和读出电子学芯片的倒装焊可行性。这些工作很好地回答了技术设计报告评审委员会的问题。

       光电探测器是将光信号转变为电信号的器件，雪崩光电探测器采用的即是雪崩光电二极管(APD)，能够具有更大的响应度。APD将主要应用于长距离或接收光功率受到其它限制而较小的光纤通信系统。

       雪崩光电二极管指的是在激光通信中使用的光敏元件。在以硅或锗为材料制成的光电二极管的P-N结上加上反向偏压后，射入的光被P-N结吸收后会形成光电流。加大反向偏压会产生“雪崩”(即光电流成倍地激增)的现象，因此这种二极管被称为“雪崩光电二极管”。

       雪崩光电二极管是一种p-n结型的光检测二极管，其中利用了载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高检测的灵敏度。其基本结构常常采用容易产生雪崩倍增效应的Read二极管结构(即N+PIP+型结构，P+一面接收光)，工作时加较大的反向偏压，使得其达到雪崩倍增状态;它的光吸收区与倍增区基本一致(是存在有高电场的P区和I区)。

       P-N结加合适的高反向偏压，使耗尽层中光生载流子受到强电场的加速作用获得足够高的动能，它们与晶格碰撞电离产生新的电子一空穴对，这些载流子又不断引起新的碰撞电离，造成载流子的雪崩倍增，得到电流增益。在0.6～0.9μm波段，硅APD具有接近理想的性能。InGaAs(铟镓砷)/InP(铟磷)APD是长波长(1.3μn，1.55μm)波段光纤通信比较理想的光检测器。

       光的吸收层用InGaAs材料，它对1.3μm和1.55μn的光具有高的吸收系数，为了避免InGaAs同质结隧道击穿先于雪崩击穿，把雪崩区与吸收区分开，即P-N结做在InP窗口层内。鉴于InP材料中空穴离化系数大于电子离化系数，雪崩区选用n型InP，n-InP与n-InGaAs异质界面存在较大价带势垒，易造成光生空穴的陷落，在其间夹入带隙渐变的InGaAsP(铟镓砷磷)过渡区，形成SAGM(分别吸收、分级和倍增)结构。

       在APD制造上，需要在器件表面加设保护环，以提高反向耐压性能;半导体材料以Si为优(广泛用于检测0.9um以下的光)，但在检测1um以上的长波长光时则常用Ge和InGaAs(噪音和暗电流较大)。这种APD的缺点就是存在有隧道电流倍增的过程，这将产生较大的散粒噪音(降低p区掺杂，可减小隧道电流，但雪崩电压将要提高)。

       一种改进的结构是所谓SAM-APD：倍增区用较宽禁带宽度的材料(使得不吸收光)，光吸收区用较窄禁带宽度的材料;这里由于采用了异质结，即可在不影响光吸收区的情况下来降低倍增区的掺杂浓度，使得其隧道电流得以减小(如果是突变异质结，因为ΔEv的存在，将使光生空穴有所积累而影响到器件的响应速度，这时可在突变异质结的中间插入一层缓变层来减小ΔEv的影响)。

       半导体探测器是以半导体材料为探测介质的辐射探测器。最通用的半导体材料是锗和硅，其基本原理与气体电离室相类似，故又称固体电离室。半导体探测器的基本原理是带电粒子在半导体探测器的灵敏体积内产生电子-空穴对，电子-空穴对在外电场的作用下漂移而输出信号。常用半导体探测器有 P-N结型半导体探测器、 锂漂移型半导体探测器和高纯锗半导体探测器。词条详细介绍了上述三种半导体探测器的原理、特点、工作条件等等。

       随着科学技术不断发展需要，科学家们在锗锂Ge(Li)、硅锂Si(Li)、高纯锗HPGe、金属面垒型等探测器的基础上研制出许多新型的半导体探测器，如硅微条、Pixel、CCD、硅漂移室等，并广泛应用在高能物理、天体物理、工业、安全检测、核医学、X光成像、军事等各个领域。世界各大高能物理实验室几乎都采用半导体探测器作为顶点探测器。

       新闻来源：中国科学技术大学