一种高转换增益和低串扰的像素探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种高转换增益和低串扰的像素探测器，包括：低阻硅层(电路层)、埋氧层、高阻n型衬底、背部电极、n+探测阱、n+探测阱读出电极、埋p阱引出电极、埋p阱、背部深埋p阱；本发明专利技术可以有效抑制背栅效应以及传感器与电路之间的串扰；降低全耗尽电压；有效降低电荷收集端的敏感节点电容，提高转换增益。

【技术实现步骤摘要】
一种高转换增益和低串扰的像素探测器
本专利技术涉及有源像素传感器领域，主要是一种绝缘体上硅(SOI)像素探测器结构。
技术介绍
硅像素探测器分为混合型(Hybrid)和单片集成式(Monolithic)两大类。随着辐射探测器的发展，将传感层与电路层整合的单片集成式探测器，成为高性能辐射图像探测器的一种需求，也是对混合型探测器的改进：降低成本和减少物质量。而SOI技术很有希望满足上述要求。SOI像素探测器的传感层(高阻衬底)与电路层(低阻Si层)直接集成在单个芯片上，集成度非常高，消除了体硅CMOS的闩锁效应，不需要键合(BumpBonding)组装工艺，工艺难度和造价得到改善。但SOI像素探测器存在如背栅效应，电路与传感器间的串扰等问题。文章“F.F.Khalid,G.W.Deptuch,A.Shenai,etal.MonolithicActivePixelMatrixwithBinaryCounters(MAMBO)ASIC.NuclearScienceSymposiumConferenceRecordNSS/MIC)，2010IEEE.2010,1544-1550.”中提出嵌套阱结构(Nestedwellstructure)，该结构可以隔离电路与传感器间的串扰，抑制背栅效应，但P阱结构完全包含电路部分，敏感节点电容较大。文章“H.Kamehama,etal.,FullydepletedSOIpixelphotodetectorswithbackgatesurfacepotentialpinning,InternationalImageSensorWorkshop(IISW),2015.”提出了一种背栅钳位结构，但与本专利技术的结构并不相同，且本专利技术的性能更优。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种高转换增益和低串扰的像素探测器,包括：低阻硅层(电路层)、埋氧层、高阻n型衬底、背部电极、n+探测阱、n+探测阱读出电极、埋p阱引出电极、埋p阱、背部深埋p阱；所述的背部电极设置在背部深埋p阱下方；所述的高阻n型衬底设置在背部深埋p阱上方，n+探测阱和埋p阱设置在高阻n型衬底上方，所述的低阻硅层与高阻n型衬底由埋氧层隔开；所述的n+探测阱和埋p阱由埋氧层隔开；埋氧层设置在n+探测阱和埋p阱上方；埋p阱引出电极与埋p阱连接，n+探测阱读出电极与n+探测阱连接。所述的背部电极设置在高阻n型衬底区域下方，所述的背部深埋p阱为背部深掺杂形成。所述的整个高阻n型衬底耗尽形成电荷灵敏区。n+探测阱作为探测区，与读出电极相连。所述的埋p阱引出电极连接一个适当的电压可以屏蔽衬底电压对电路层的影响；所述的埋p阱位于埋氧层下方；由两次掺杂形成：一次浅掺杂，一次深掺杂；所述的埋p阱深掺杂，结深6-10μm，掺杂剂量1-3E10cm-2。所述的背部深埋p阱，结深6-10μm，掺杂剂量1-3E10cm-2。所述的高阻n型衬底电阻为700Ω·cm，也可为其他规格1KΩ·cm—7KΩ·cm。有益效果：本专利技术的提供了一种高转换增益和低串扰的像素探测器结构。该结构可以有效抑制背栅效应，进一步降低电路与传感器之间的串扰，降低全耗尽电压；有效降低电荷收集端的敏感节点电容，提高转换增益。附图说明图1为已提出的埋p阱(BPW)SOI像素结构；图2是本专利技术提出的SOI像素结构；图3为本专利技术与BPW结构的全耗尽电压对比；图4为本专利技术与BPW结构电荷收集端阱尺寸对比；具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本专利技术进行具体阐述。如图1所示，为已提出的埋p阱SOI像素结构，包括:低阻硅层(电路层)101、埋氧层102、高阻n型衬底103、背部电极104、埋p探测阱105、p+探测阱读出电极；针对图1SOI像素结构，提出一种降低电荷收集端敏感节点电容，提高转换增益，进一步改善探测器结构传感器部分与电路层之间的屏蔽性的SOI像素结构。SOI像素结构中，埋p阱连接一个适当的电压可以屏蔽衬底电压对电路层的影响，抑制背栅效应以及传感器与电路之间的串扰；较小的n+探测阱作为探测区，与读出电极相连。如图3所示，一种高转换增益和低串扰的像素探测器结构，包括低阻硅层201、埋氧层202、高阻n型衬底203、背部电极204、n+探测阱205、n+探测阱读出电极206、埋p阱引出电极207、埋p阱208、背部深埋p阱209；所述的背部电极204设置在背部深埋p阱209下方；所述的高阻n型衬底203设置在背部深埋p阱209上方，n+探测阱205和埋p阱208设置在高阻n型衬底203上方，所述的低阻硅层201与高阻n型衬底203由埋氧层202隔开；所述的n+探测阱205和埋p阱208由埋氧层202隔开；埋氧层202设置在n+探测阱205和埋p阱208上方；埋p阱引出电极207与埋p阱208连接，n+探测阱读出电极206与n+探测阱205连接；所述的整个高阻n型衬底203耗尽形成电荷灵敏区。n+探测阱205作为探测区，与读出电极相连。所述的埋p阱208引出电极连接一个适当的电压可以屏蔽衬底电压对电路层的影响；所述的埋p阱208位于埋氧层202下方；由两次掺杂形成：一次浅掺杂，一次深掺杂；所述的埋p阱深掺杂，结深6-10μm，掺杂剂量1-3E10cm-2。所述的背部电极204设置在高阻n型衬底203区域下方，所述的背部深埋p阱209为背部深掺杂形成，结深6-10μm，掺杂剂量1-3E10cm-2。所述的高阻n型衬底203电阻为700Ω·cm，也可为其他规格1KΩ·cm—7KΩ·cm。图3为本专利技术与BPW结构的全耗尽电压对比。本专利技术全耗尽电压约为33V，而BPW全耗尽电压约为44V。图4为本专利技术与BPW结构电荷收集端阱尺寸对比。电荷收集阱的尺寸与转换增益成反比，尺寸越小，转换增益越大。本专利技术电荷收集阱尺寸只有BPW结构的1/6，高转换增益得以提高。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，并非用以限定本专利技术。在不脱离本专利技术的实质和范围内，可做些许的调整和优化，本专利技术的保护范围以权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高转换增益和低串扰的像素探测器,其特征在于：低阻硅层、埋氧层、高阻n型衬底、背部电极、n+探测阱、n+探测阱读出电极、埋p阱引出电极、埋p阱、背部深埋p阱；所述的背部电极设置在背部深埋p阱下方；所述的高阻n型衬底设置在背部深埋p阱上方，n+探测阱和埋p阱设置在高阻n型衬底上方，所述的低阻硅层与高阻n型衬底由埋氧层隔开；所述的n+探测阱和埋p阱由埋氧层隔开；埋氧层设置在n+探测阱和埋p阱上方；埋p阱引出电极与埋p阱连接，n+探测阱读出电极与n+探测阱连接。

【技术特征摘要】
1.一种高转换增益和低串扰的像素探测器,其特征在于：低阻硅层、埋氧层、高阻n型衬底、背部电极、n+探测阱、n+探测阱读出电极、埋p阱引出电极、埋p阱、背部深埋p阱；所述的背部电极设置在背部深埋p阱下方；所述的高阻n型衬底设置在背部深埋p阱上方，n+探测阱和埋p阱设置在高阻n型衬底上方，所述的低阻硅层与高阻n型衬底由埋氧层隔开；所述的n+探测阱和埋p阱由埋氧层隔开；埋氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王颖，兰昊，曹菲，于成浩，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33