GEM电场和电子轨迹的三维模拟研究*

秦娜娜，屠 彦，杨兰兰

(东南大学电子科学与技术学院显示技术研究中心，南京210096)

在各种不同类型新型气体探测器中，1997年由F.Sauli发明的气体电子倍增器GEM(Gas Electron Multiplier)具有其独特的特性。它可与其他气体探测器(如MSGC，MWPC等)联合使用，也可以单独制成位置灵敏气体探测器［1］。气体探测器以其优异的性价比一直在核辐射探测领域占有重要的地位，并得到不断的发展［2］。GEM气体探测器，由于具有高增益、结构简单、适用于高计数率环境以及具有更高的位置分辨等特点，已在高能物理、核技术、生命科学、材料科学等多个领域表现出广阔的应用前景，成为研究者关注的热点［3］。

由于微孔形状决定了微孔中电场的分布，从而影响电子的放大效果，进而影响GEM性能［4-5］。为准确了解GEM薄膜的几何微孔尺寸和电参数对电荷传输的影响，本文建立了双碗型GEM的三维结构模型，采用有限元算法，模拟了GEM的电场和电子轨迹，计算了不同几何尺寸和电参数下的静电场和电子轨迹，并进行比较，研究不同结构参数和电参数对电场分布和电子透过率的影响。

1GEM几何结构

GEM膜是用聚酰亚胺(Kapton)材料制成，厚度一般为50 μm，膜的两面都镀有铜电极，用化学蚀刻方法在这层薄膜电极上制成几十微米的小孔，小孔的布局一般为正六边形［6-9］。

基于双锥型结构，提出了一种双碗型结构，该结构可减小GEM孔内双锥型结构的尖端效应，提高GEM性能的稳定性。图1为基准的双碗型GEM几何结构和基本参数，其基准参数参照标准的双锥型结构［10-11］。……