当前位置: 首页 > 专利查询>湘潭大学专利>正文

拉斜式柱状三维探测器制造技术

技术编号:21955775 阅读:21 留言:0更新日期:2019-08-24 19:30
本发明专利技术公开了拉斜式柱状三维探测器,该探测器的探测单元呈斜四棱柱状,上下面为矩形,四个侧面中两对面形状相同,为两个矩形和两个平行四边形,探测单元是先在探测器基体上附着一层氧化层a,然后在氧化层a的四条边上延伸生长形成壳型电极,在壳型电极的中间离子注入形成中央收集电极,壳型电极和中央收集电极间形成灵敏区,最后在灵敏区顶部附着氧化层b,在中央收集电极和壳型电极顶部附着金属层,将制备的探测单元排列形成拉斜式柱状三维探测器;本发明专利技术制备的探测器中没有死区、电荷收集效率高、耗尽宽度小、耗尽电压低、位置分辨率高,对设备和技术的要求降低,读出电子学信号不会相互干扰,能量分辨率高。

Staggered cylindrical three-dimensional detector

【技术实现步骤摘要】
拉斜式柱状三维探测器本申请要求申请日为2019年04月01日申请号为201910255416.0,专利名称为“拉斜式柱状三维探测器”的中国专利申请的优先权。
本专利技术属于三维硅探测器
,涉及一种拉斜式柱状三维探测器。
技术介绍
探测器主要用于高能物理、天体物理、航空航天、军事、医学技术等领域;利用硅微条探测器与硅像素探测器对粒子的位置分辨率进行测量时,有以下不足:这两种探测器的耗尽方向都是由芯片上表面至芯片下表面,耗尽宽度等于芯片厚度(一般为300微米),因此,二维探测器的耗尽电压很高,在辐射环境下耗尽电压随着辐照变高,导致功耗变大,容易击穿,所以硅微条探测器和硅像素探测器虽然具有高位置分辨率,但不耐辐射;想获得高的位置分辨率,需要将微条或者像素做到很小,可能会导致击穿,在本身耗尽电压就高的情况下,更容易被击穿,同时将微条或者像素做到很小,受到工艺的限制。3D探测器的耗尽方向与芯片厚度无关,是贯穿于芯片的电极柱之间,减少电极间距就可以减少耗尽宽度,因此耗尽电压相比二维探测器极低,在高能物理实验等中广泛被应用,但3D探测器电极之间的几何中心点电场几乎为0,于是提出三维沟槽硅探测器对3D探测器进行改进,但三维沟槽硅探测器仍有些许不足之处,例如:电极没有贯穿硅体,探测单元底部有一层厚度为10%d的硅衬底(d为探测器整体厚度),硅衬底虽然有支撑硅体的作用,但死区比例大,由于弱电场的影响,粒子在硅衬底中漂移速度很小,被强辐射造成的深能级缺陷俘获的粒子很多,电荷收集效率不好;而且排成阵列后各个探测器单元之间,电学信号会通过10%d的硅衬底(低电场区)相互干扰,使得分辨率降低;在三维沟槽电极探测器中,只能检测到入射粒子的入射探测单元,却不能准确知道其在探测单元的入射位置;位置分辨率等于电极间距的长度,若想得到高位置分辨率,必须要将电极间距做到很小,不仅会有击穿的风险,也会受限于工艺设备与技术,同时带来电子学读出路数很多的问题,造成电子学复杂,成本高。综合来说,在提高探测器位置分辨率方面,二维探测器与三维沟槽硅探测器各具有优缺点,为了改善其缺点,提高探测器的位置分辨率,本专利技术提供一种拉斜式柱状三维探测器。
技术实现思路
为了达到上述目的,本专利技术提供一种拉斜式柱状三维探测器,使得探测器的耗尽电压降低,耐辐射且位置分辨率高,制备时对工艺设备和技术的要求低,探测器中各探测单元没有死区,电荷收集效率好,探测单元间不会相互干扰。本专利技术所采用的技术方案是,拉斜式柱状三维探测器,由探测单元排列组成,所述探测单元呈斜四棱柱状,上下底面为矩形,四个侧面中两对面为矩形,两对面为平行四边形,探测单元底面为探测器基体,在探测器基体上附有氧化层a,沿氧化层a的四条边倾斜延伸生长的探测单元的侧面形成壳型电极,氧化层a的中间离子注入形成中央收集电极,中央收集电极的延伸方向、厚度与壳型电极的延伸方向、厚度相同,壳型电极和中央收集电极间形成灵敏区,灵敏区上面附有氧化层b,壳型电极和中央收集电极上面附有金属层。进一步的,中央收集电极和壳型电极为掺杂浓度相同、掺杂类型相反的重掺杂半导体材料,所述探测器基体和灵敏区为轻掺杂半导体材料。进一步的,壳型电极和中央收集电极的重掺杂硅掺杂浓度为1×1018cm-3~5×1019cm-3,探测器基体和灵敏区的掺杂浓度为1×1012cm-3。进一步的,探测单元在排列时,相邻探测单元可以共用壳型电极壁,壳型电极的内顶部左侧与右侧相邻探测单元中壳型电极的内底部左侧位于同一平面内,且该平面垂直于氧化层a。进一步的,拉斜式柱状三维探测器的位置分辨率的计算如公式(1)所示:其中,σ为拉斜式柱状三维探测器的位置分辨率,Δy是ΔK引起的测量误差,K为入射粒子在相邻探测单元中产生信号的比重,ΔK是读出电子学造成的误差,Ki是第i次测得的测量值,1<i<n,n为测量的次数,θ为壳型电极与水平面的夹角,d为探测单元除氧化层a、氧化层b和探测器基体外的厚度,d2为探测器壳型电极竖向的厚度。进一步的,探测单元除氧化层a、氧化层b和探测器基体外的厚度d的取值范围为200~300μm;d2=w/cosθ,w为壳型电极的厚度,w取10μm;壳型电极与水平面的夹角θ的取值范围为(0.75rad,1.38rad)。本专利技术的有益效果是:1、本专利技术的耗尽方向贯穿芯片的电极之间,耗尽电压低,不容易击穿;2、本专利技术的探测单元中没有死区,电荷收集效率高,相邻探测单元的读出信号不会相互干扰;3、本专利技术能通过计算粒子在相邻探测单元的信号比重,得知粒子的精确入射位置,使得探测器的位置分辨率高;4由于本专利技术中探测单元的电极壁是倾斜的,因此探测单元的面积很大,对于探测器制备设备和技术要求降低,并且芯片上探测单元总数少,读出电子学少,减少了成本。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是拉斜式柱状三维探测器结构图。图2是拉斜式柱状三维探测器探测单元阵列图。图3是拉斜式柱状三维探测器探测单元的结构图。图中,1.灵敏区,2.中央收集电极,3.壳型电极,4.金属层,5.氧化层a,6.探测器基体,7.氧化层b。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。拉斜式柱状三维探测器的探测单元结构如图1所示,外形呈斜四棱柱状,上下底面为矩形,四个侧面中两对面形状相同,为两个矩形和两个平行四边形,由探测器基体6、壳型电极3、灵敏区1和中央收集电极2组成;拉斜式柱状三维探测器的探测单元的结构示意图如图3所示,在矩形的探测器基体6上附着氧化层a5,然后沿氧化层a5的四条边斜向延伸生长重掺杂半导体材料,形成壳型电极3,在壳型电极3的中间离子注入重掺杂半导体材料形成中央收集电极2,中央收集电极2的延伸方向、厚度与壳型电极3的延伸方向、厚度相同,壳型电极3和中央收集电极2间形成灵敏区1,在壳型电极3与中央收集电极2顶部附着金属层4,在灵敏区1上附着氧化层b7,形成探测单元;探测单元按照图2所示方式排列形成拉斜式柱状三维探测器。相邻探测单元可以共用壳型电极3壁,探测单元壳型电极3的内顶部左侧与右侧相邻探测单元壳型电极3的内底部左侧位于同一平面内,且该平面垂直于氧化层a5;将探测单元按照图2所示方式排列形成拉斜式柱状三维探测器,其中壳型电极3和中央收集电极2为掺杂浓度相同、掺杂类型相反的重掺杂半导体材料,探测器基体6和灵敏区1为轻掺杂半导体材料;若离子注入掺杂形成的壳型电极3为n型重掺杂半导体材料,则外接阳极,中央收集电极2为p型重掺杂半导体材料,外接阴极,其余部分形成灵敏区1;若离子注入掺杂形成的壳型电极3为p型重掺杂半导体材料,则外接阴极,中央收集电极2为n型重掺杂半导体材料,外接阳极,其余部分形成灵敏区1。可掺杂材料为硅、硅、锗、硒、砷化镓本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.拉斜式柱状三维探测器,其特征在于,由探测单元排列组成,所述探测单元呈斜四棱柱状,上下底面为矩形,四个侧面中两对面为矩形,两对面为平行四边形,探测单元底面为探测器基体(6),在探测器基体(6)上附有氧化层a(5),沿氧化层a(5)的四条边倾斜延伸生长的探测单元的侧面形成壳型电极(3),氧化层a(5)的中间离子注入形成中央收集电极(2),中央收集电极(2)的延伸方向、厚度与壳型电极(3)的延伸方向、厚度相同,壳型电极(3)和中央收集电极(2)间形成灵敏区(1),灵敏区(1)上面附有氧化层b(7),壳型电极(3)和中央收集电极(2)上面附有金属层(4)。

【技术特征摘要】
2019.04.01 CN 20191025541601.拉斜式柱状三维探测器,其特征在于,由探测单元排列组成,所述探测单元呈斜四棱柱状,上下底面为矩形,四个侧面中两对面为矩形,两对面为平行四边形,探测单元底面为探测器基体(6),在探测器基体(6)上附有氧化层a(5),沿氧化层a(5)的四条边倾斜延伸生长的探测单元的侧面形成壳型电极(3),氧化层a(5)的中间离子注入形成中央收集电极(2),中央收集电极(2)的延伸方向、厚度与壳型电极(3)的延伸方向、厚度相同,壳型电极(3)和中央收集电极(2)间形成灵敏区(1),灵敏区(1)上面附有氧化层b(7),壳型电极(3)和中央收集电极(2)上面附有金属层(4)。2.根据权利要求1所述的拉斜式柱状三维探测器,其特征在于,所述中央收集电极(2)和壳型电极(3)为掺杂浓度相同、掺杂类型相反的重掺杂半导体材料,所述探测器基体(6)和灵敏区(1)为轻掺杂半导体材料。3.根据权利要求1所述的拉斜式柱状三维探测器,其特征在于,所述壳型电极(3)和中央收集电极(2)的重掺杂硅掺杂浓度为1×1018cm-3~5×1019cm-3,探测器基体(6)和灵敏区(1)的掺杂...

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

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1