可变中心收集电极的三维沟槽电极硅探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种可变中心收集电极的三维沟槽电极硅探测器，外围电极由第一直线部、第二直线部和弯曲部构成，第一直线部和第二直线部平行，第一直线部的端部和第二直线部的端部通过弯曲部封闭连接，长中心电极位于外围电极的中间，长中心电极与第一直线部、第二直线部平行，第一直线部与第二直线部的长度相同；外围电极与长中心电极之间有隔离硅体，外围电极、长中心电极的下面为p型硅基体，在p型硅基体的底部镀有二氧化硅保护层。本发明专利技术的结构简单合理，抗辐射性能强，解决了现有技术中正负电极间的电场分布不均匀，存在弱电场区，单个探测器单元结构的大小对抗辐射性能影响大而使得体积不方便调节的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高能物理及天体物理
，涉及一种可变中心收集电极的三维沟槽电极硅探测器。
技术介绍
探测器广泛应用于高能物理、天体物理、航空航天、军事、医学等
，在高能物理及天体物理之中，探测器处于强辐照条件下，因此对探测器本身有严格的要求，要求其具有较强的抗辐照能力，且漏电流以及全耗尽电压不能太大，对于其体积的大小也有不同的要求。传统的“三维沟槽电极硅探测器”有许多不足之处：其一，在其正负极之间的电场分布并不均匀，且电场线多是曲线，不是最短的直线，而电子在电场中的运动是沿着电场方向的，进而导致电子的漂移距离增加，随着电子漂移距离的增加，辐射产生的缺陷能级对电子的影响越大，导致电信号的衰减；其二，三维沟槽电极硅探测器常常有弱电场区，电子的速度在弱电场区是很小的，在弱电场区运动的时间长，在强辐射条件下，电信号会迅速衰减；其三，三维沟槽电极硅探测器电极间距的大小变化会影响其抗辐射性能，单个沟槽单元的大小对抗辐射性能影响大，所以三维沟槽电极硅探测器在做成阵列时，探测器单元结构的大小不能随意的增大，不方便调节，这样对其应用产生了很大的局限性。
技术实现思路
为了达到上述目的，本专利技术提供一种可变中心收集电极的三维沟槽电极硅探测器，结构简单合理，抗辐射性能强，解决了现有技术中正负电极间的电场分布不均匀，存在弱电场区，单个探测器单元结构的大小对抗辐射性能影响大而使得体积不方便调节的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种可变中心收集电极的三维沟槽电极硅探测器，外围电极由第一直线部、第二直线部和弯曲部构成，第一直线部和第二直线部平行，第一直线部的端部和第二直线部的端部通过弯曲部封闭连接，长中心电极位于外围电极的中间，长中心电极与第一直线部、第二直线部平行，第一直线部与第二直线部的长度相同；外围电极与长中心电极之间有隔离硅体，外围电极、长中心电极的下面为p型硅基体，在p型硅基体的底部镀有二氧化硅保护层。本专利技术的特征还在于，进一步的，所述长中心电极接负极，外围电极接正极；长中心电极由铝层和重掺杂硼硅层构成，铝层位于最上层，重掺杂硼硅层位于铝层下面；外围电极由铝层和重掺杂磷硅层构成，铝层位于最上层，重掺杂磷硅层位于铝层下面。进一步的，所述长中心电极接正极，外围电极接负极；长中心电极由铝层和重掺杂磷硅层构成，铝层位于最上层，重掺杂磷硅层位于铝层下面；外围电极由铝层和重掺杂硼硅层构成，铝层位于最上层，重掺杂硼硅层位于铝层下面。进一步的，所述铝层厚度为1μm，重掺杂硼硅层厚度为200μm～500μm，重掺杂磷硅层厚度为200μm～500μm。进一步的，所述长中心电极的宽度为10μm，外围电极的宽度为10μm。进一步的，所述弯曲部为半圆形，弯曲部的半径等于电极间距，电极间距不超过50μm。进一步的，所述隔离硅体由二氧化硅层和轻掺杂硼硅层构成，二氧化硅层位于最上层，厚度为1μm；轻掺杂硼硅层位于二氧化硅层下面，厚度为200μm～500μm。进一步的，所述p型硅基体为轻掺杂硼硅，其厚度为20μm～50μm。本专利技术的有益效果是：本专利技术的结构简单合理，抗辐射性能强，探测器单元结构体积的增大，对其抗辐射性能影响小，这就意味着可以在不影响其抗辐射性能的条件下，调节探测器的结构大小按长度方向进行调整，有很大的可调节空间，其实用性大大增强，解决了传统的三维沟槽电极硅探测器单元结构大小调节不方便的问题；此外，本专利技术的长中心电极的大小随着探测器单元结构体积变化而变化，解决了传统的三维沟槽电极硅探测器电场分布不均匀，导致电信号会迅速衰减的问题；本专利技术的外围电极为圆柱与长方体相结合的结构，避免存在弱电场的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是传统三维沟槽电极硅探测器结构示意图。图2是本专利技术的结构示意图。图3是本专利技术电极硅探测器阵列的结构示意图。图中，1.中央柱电极，2.沟槽电极，3.隔离硅体，4.p型硅基体，5.二氧化硅保护层，6.长中心电极，7.外围电极，8.第一直线部，9.第二直线部，10.弯曲部。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。传统三维沟槽电极硅探测器结构，如图1所示，沟槽电极2环绕于中央柱电极1之外，沟槽电极2与中央柱电极1之间有隔离硅体3，沟槽电极2、中央柱电极1的下面有p型硅基体4，在电极硅探测器最底部设有1μm的二氧化硅保护层5；中央柱电极1接负极，其半径是5μm，最上层是1μm的铝，铝层下面是180μm～450μm的重掺杂硼硅。沟槽电极2接正极，其宽度的10μm，最上层是1μm的铝，铝层下面是180μm～450μm的重掺杂磷硅。隔离硅体3最上层是1μm的二氧化硅，起隔开正负极的作用，二氧化硅层下面是180μm～450μm的轻掺杂硼硅。p型硅基体4为轻掺杂硼硅，其厚度为20μm～50μm。实施例1，本专利技术的结构，如图2-3所示，外围电极7由第一直线部8、第二直线部9和弯曲部10构成，第一直线部8和第二直线部9平行，第一直线部8的端部和第二直线部9的端部通过弯曲部10封闭连接，弯曲部10优选为半圆形；长中心电极6位于外围电极7的中间，长中心电极6与第一直线部8、第二直线部9平行，外围电极7与长中心电极6之间有隔离硅体3，外围电极7、长中心电极6的下面为p型硅基体4，在p型硅基体4的底部镀有厚1μm的二氧化硅保护层5。长中心电极6接负极，外围电极7接正极，也可以长中心电极6接正极，外围电极7接负极；当长中心电极6接负极时，长中心电极6由铝层和重掺杂硼硅层构成，铝层位于最上层，重掺杂硼硅层位于铝层下面；当长中心电极6接正极时，长中心电极6由铝层和重掺杂磷硅层构成，铝层位于最上层，重掺杂磷硅层位于铝层下面。外围电极7接正极时，外围电极7由铝层和重掺杂磷硅层构成，铝层位于最上层，重掺杂磷硅层位于铝层下面；外围电极7接负极时，外围电极7由铝层和重掺杂硼硅层构成，铝层位于最上层，重掺杂硼硅层位于铝层下面；铝层厚度均为1μm。其中，重掺杂硼硅层、重掺杂磷硅层的厚度均为200μm，根据探测器硅片厚度(不考虑铝层与二氧化硅保护层5的厚度)而定，重掺杂硼硅层厚度、重掺杂磷硅层厚度均与探测器硅片厚度的比为9：10；这样做的目的主要是两个：其一，保证探测器结构单元的封闭性，进而增加抗辐射性能，其二，完全刻蚀，会使工艺上刻蚀时穿透硅片，穿透后单元会从硅片中掉出。综合这两个因素最终确立的重掺杂硼硅层厚度、重掺杂磷硅层厚度均为200μm。长中心电极6、外围电极7的宽度均为10μm，因为探测器的电极宽度越小，电容越小，探测器的稳定性越好，但工艺上最小只能做到10μm。二氧化硅保护层5主要是起两个作用：其一，保护总用，因为其上面为轻掺杂的基体，故而会有电信号产生，直接与探测器的外围电子设备接触电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变中心收集电极的三维沟槽电极硅探测器，其特征在于，外围电极(7)由第一直线部(8)、第二直线部(9)和弯曲部(10)构成，第一直线部(8)和第二直线部(9)平行，第一直线部(8)的端部和第二直线部(9)的端部通过弯曲部(10)封闭连接，长中心电极(6)位于外围电极(7)的中间，长中心电极(6)与第一直线部(8)、第二直线部(9)平行，第一直线部(8)与第二直线部(9)的长度相同；外围电极(7)与长中心电极(6)之间有隔离硅体(3)，外围电极(7)、长中心电极(6)的下面为p型硅基体(4)，在p型硅基体(4)的底部镀有二氧化硅保护层(5)。

【技术特征摘要】
1.一种可变中心收集电极的三维沟槽电极硅探测器，其特征在于，外围电极(7)由第一直线部(8)、第二直线部(9)和弯曲部(10)构成，第一直线部(8)和第二直线部(9)平行，第一直线部(8)的端部和第二直线部(9)的端部通过弯曲部(10)封闭连接，长中心电极(6)位于外围电极(7)的中间，长中心电极(6)与第一直线部(8)、第二直线部(9)平行，第一直线部(8)与第二直线部(9)的长度相同；外围电极(7)与长中心电极(6)之间有隔离硅体(3)，外围电极(7)、长中心电极(6)的下面为p型硅基体(4)，在p型硅基体(4)的底部镀有二氧化硅保护层(5)。2.根据权利要求1所述的一种可变中心收集电极的三维沟槽电极硅探测器，其特征在于，所述长中心电极(6)接负极，外围电极(7)接正极；长中心电极(6)由铝层和重掺杂硼硅层构成，铝层位于最上层，重掺杂硼硅层位于铝层下面；外围电极(7)由铝层和重掺杂磷硅层构成，铝层位于最上层，重掺杂磷硅层位于铝层下面。3.根据权利要求1所述的一种可变中心收集电极的三维沟槽电极硅探测器，其特征在于，所述长中心电极(6)接正极，外围电极(7)接负极；长中心电极(6)由铝层和重掺杂磷硅层构成，铝层位于最上层，重掺杂磷硅层位于铝层下面；外围电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正，廖川，唐立鹏，张亚，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43