一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器制造技术

一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器，该三角形开阖式盒型电极半导体探测器，由半导体基体，及半导体基体刻蚀而成的沟槽电极和中央柱状电极嵌套构成，沟槽电极为由两个等边三角形底边重叠形成的菱形柱，每个沟槽电极对应两个中央柱状电极，两个中央柱状电极设置在两个等边三角形的中心，沟槽电极及中央柱状电极为中空电极，经刻蚀之后再进行离子扩散形成，所述三角形开阖式盒型电极半导体探测器顶面的沟槽电极和中央柱状电极上覆盖有电极接触层，顶面其他半导体部分覆盖二氧化硅绝缘层，底面设置有二氧化硅衬底层。本发明专利技术消除死区，刻蚀工艺为贯穿刻蚀工艺，工作时，粒子可双面入射，反应更灵敏，探测效率更高。

A triangular opening closing type box type electrode semiconductor detector

A triangular opening closing type box type electrode semiconductor detector, the triangular opening and closing type box type electrode semiconductor detector, a semiconductor substrate, and semiconductor substrate etched into the trench electrode and the central electrode columnar nested structure, the trench electrode is made up of two equilateral triangle bottom edge overlap to form diamond column, each groove corresponding to the electrodes two a central cylindrical electrode, the two electrode is arranged on the central column of two equilateral triangle center, the trench electrode and central column electrode is a hollow electrode, by etching and ion diffusion formation, the triangle shaped opening and closing type box type electrode semiconductor detector the top surface of the trench electrode and the central cylindrical electrode is covered electrode contact layer, the top cover part of other semiconductor silicon dioxide insulating layer, a substrate layer is arranged on the bottom surface of silica. The invention eliminates the dead zone, and the etching process is a penetrating etching process. When the work is carried out, the particles can be two-sided incident, the reaction is more sensitive, and the detection efficiency is higher.

【技术实现步骤摘要】
一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器
本专利技术涉及高能物理，天体物理，航空航天，军事，医学等
的半导体探测器领域，特别涉及一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器。
技术介绍
半导体探测器主要应用于高能物理、天体物理等领域，具有高能量分辨率、高灵敏度、响应时间快、抗辐照能力强等特点，且易于集成，在X射线、高能粒子探测等领域有显著应用价值。在高能物理和天体物理等领域，探测器处于强辐射条件下工作，对半导体探测器能量分辨率响应速度等要求高，且具有低漏电流及低全耗尽电压，对于其体积大小等有不同要求。半导体探测器在反向偏压下工作，当粒子射入探测器灵敏区时，在反向偏压下，产生电子-空穴对，其中电子对向正极运动，到达正极后被收集，空穴对向负极运动，被负极收集，在外部读出电路中形成电信号等。相对于传统“三维柱状电极半导体探测器”，美国布鲁克海文实验室最新提出的“三维沟槽电极半导体探测器”克服了电势分布及电场分布的“鞍点”，使电场分布更加均匀。然而，“三维沟槽电极半导体探测器”因设计的局限性，工艺上为形成衬底，在电极刻蚀时不能完全贯穿整个半导体，未刻蚀的部分电场分布较弱，电荷分布不均匀，探测效率低，对探测器的性能影响大。我们称这部分为“死区”，“死区”在单个探测器单元中占20％-30％。若做成列阵，则会占据更大的比例。而且，“三维沟槽电极半导体探测器”工作时，粒子仅能单面入射，会降低探测效率。因此，提供一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器，解决上述现有技术存在的问题。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器。优化结构类型，消除死区，优化单面刻蚀工艺为贯穿刻蚀工艺，工作时，粒子可双面入射，反应更灵敏，探测效率更高。为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器，该三角形开阖式盒型电极半导体探测器，由半导体基体1，及半导体基体1刻蚀而成的沟槽电极2和中央柱状电极3嵌套构成，沟槽电极2为由两个等边三角形底边重叠形成的菱形柱，每个沟槽电极2对应两个中央柱状电极3，两个中央柱状电极3设置在两个等边三角形的中心，沟槽电极2及中央柱状电极3为中空电极，经刻蚀之后再进行离子扩散形成，半导体基体1采用轻掺杂硅，沟槽电极2及中央柱状电极3采用重掺杂硅，其中，沟槽电极2与中央柱状电极3的P/N型相反，所述三角形开阖式盒型电极半导体探测器顶面的沟槽电极2和中央柱状电极3上覆盖有电极接触层4，顶面未覆盖电极接触层4的其他半导体基体1表面覆盖二氧化硅绝缘层5，底面设置有二氧化硅衬底层6。沟槽电极2菱形柱的四个侧边正中有斜纹状实体缝隙，三角形开阖式盒型电极半导体探测器在斜纹状半导体基体的基础上以沟槽电极顶点为圆心，斜纹状实体缝隙的宽度为半径做圆，圆弧外的半导体基质都刻蚀成电极，从而留下带弧状的斜纹体半导体基体。进一步的，所述沟槽电极2和中央柱状电极3由半导体基体1通过贯穿刻蚀、扩散掺杂的方法制备形成；探测器是一个PIN结：P型半导体-绝缘层-N型半导体形，其中，重掺杂的P/N型半导体硅的电阻率与轻掺杂的P/N半导体硅不同，在半导体基体上进行刻蚀，形成沟槽电极2和中央柱状电极3，然后沟槽电极2采用N型硅重掺杂，中央柱状电极3采用P型硅重掺杂，半导体基体1采用P型轻掺杂。进一步的，所述探测器厚度即电极高度为100-300微米。进一步的，所述探测器厚度为150微米。进一步的，中央柱状电极3和沟槽电极2宽度均为10微米。进一步的，所述电极接触层4为铝电极接触层；所述电极接触层厚度为1微米，所述二氧化硅衬底层厚度为1微米，所述二氧化硅绝缘层5厚度为1微米。进一步的，所述三角形开阖式盒型电极半导体探测器通过共用沟槽电极2的电极壁能拼合组成M*N阵列探测器，其中M,N均为正整数。进一步的，所述半导体基体1的半导体材料采用Si、Ge、HgI2、GaAs、TiBr、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI2和AlSb中的一种或多种的组合。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术优化了电极半导体探测器的结构类型，消除了死区，优化单面刻蚀工艺为贯穿刻蚀工艺，工作时，粒子可双面入射，反应更灵敏，探测效率更高。附图说明图1为本专利技术三角形开阖式盒型电极半导体探测器的三维结构示意图。图2为本专利技术三角形开阖式盒型电极半导体探测器的顶面电极接触层和二氧化硅绝缘层示意图。图3为本专利技术三角形开阖式盒型电极半导体探测器4x4阵列平面图。图4为本专利技术三角形开阖式盒型电极半导体探测器4x4三维阵列图。图5为本专利技术三角形开阖式盒型电极半导体探测器的侧视图。其中，1-半导体基体，2-沟槽电极，3-中央柱状电极，4-电极接触层，5-二氧化硅绝缘层，6-二氧化硅衬底层。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术技术方案做进一步详细描述：如图1-5所示，一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器，该三角形开阖式盒型电极半导体探测器，由半导体基体1，及半导体基体1刻蚀而成的沟槽电极2和中央柱状电极3嵌套构成，沟槽电极2为由两个等边三角形底边重叠形成的菱形柱，每个沟槽电极2对应两个中央柱状电极3，两个中央柱状电极3设置在两个等边三角形的中心，沟槽电极2及中央柱状电极3为中空电极，经刻蚀之后再进行离子扩散形成，半导体基体1采用轻掺杂硅，沟槽电极2及中央柱状电极3采用重掺杂硅，其中，沟槽电极2与中央柱状电极3的P/N型相反，所述三角形开阖式盒型电极半导体探测器顶面的沟槽电极2和中央柱状电极3上覆盖有电极接触层4，顶面未覆盖电极接触层4的其他半导体基体1表面覆盖二氧化硅绝缘层5，底面设置有二氧化硅衬底层6。沟槽电极2菱形柱的四个侧边正中有斜纹状实体缝隙，三角形开阖式盒型电极半导体探测器在斜纹状半导体基体的基础上以沟槽电极顶点为圆心，斜纹状实体缝隙的宽度为半径做圆，圆弧外的半导体基质都刻蚀成电极，从而留下带弧状的斜纹体半导体基体。这样做的目的是便于多个组合阵列形成一个整体，同时又尽量不影响其探测效果，通过斜纹状实体缝隙的连接，避免因蚀刻而导致结构脱落。进一步的，所述沟槽电极2和中央柱状电极3由半导体基体1通过贯穿刻蚀、扩散掺杂的方法制备形成；探测器是一个PIN结：P型半导体-绝缘层-N型半导体形，其中，重掺杂的P/N型半导体硅的电阻率与轻掺杂的P/N半导体硅不同，在半导体基体上进行刻蚀，形成沟槽电极2和中央柱状电极3，然后沟槽电极2采用N型硅重掺杂，中央柱状电极3采用P型硅重掺杂，半导体基体1采用P型轻掺杂。进一步的，所述探测器厚度即电极高度为100-300微米。进一步的，所述探测器厚度为150微米。进一步的，中央柱状电极3和沟槽电极2宽度均为10微米。进一步的，所述电极接触层4为铝电极接触层；所述电极接触层厚度为1微米，所述二氧化硅衬底层厚度为1微米，所述二氧化硅绝缘层5厚度为1微米。进一步的，所述三角形开阖式盒型电极半导体探测器通过共用沟槽电极2的电极壁能拼合组成M*N阵列探测器，其中M,N均为正整数。进一步的，所述半导体基体1的半导体材料采用Si、Ge、HgI2、GaAs、TiBr、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI2和AlSb中的一种或多种的组合。本专利技术的工作原理为：如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器，其特征在于，该三角形开阖式盒型电极半导体探测器，由半导体基体(1)，及半导体基体(1)刻蚀而成的沟槽电极(2)和中央柱状电极(3)嵌套构成，沟槽电极(2)为由两个等边三角形底边重叠形成的菱形柱，每个沟槽电极(2)对应两个中央柱状电极(3)，两个中央柱状电极(3)设置在两个等边三角形的中心，沟槽电极(2)及中央柱状电极(3)为中空电极，经刻蚀之后再进行离子扩散形成，半导体基体(1)采用轻掺杂硅，沟槽电极(2)及中央柱状电极(3)采用重掺杂硅，其中，沟槽电极(2)与中央柱状电极(3)的P/N型相反，所述三角形开阖式盒型电极半导体探测器顶面的沟槽电极(2)和中央柱状电极(3)上覆盖有电极接触层(4)，顶面未覆盖电极接触层(4)的其他半导体基体(1)表面覆盖二氧化硅绝缘层(5)，底面设置有二氧化硅衬底层(6)，沟槽电极(2)菱形柱的四个侧边正中有斜纹状实体缝隙，三角形开阖式盒型电极半导体探测器在斜纹状半导体基体的基础上以沟槽电极顶点为圆心，斜纹状实体缝隙的宽度为半径做圆，圆弧外的半导体基质都刻蚀成电极，从而留下带弧状的斜纹体半导体基体。

【技术特征摘要】
1.一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器，其特征在于，该三角形开阖式盒型电极半导体探测器，由半导体基体(1)，及半导体基体(1)刻蚀而成的沟槽电极(2)和中央柱状电极(3)嵌套构成，沟槽电极(2)为由两个等边三角形底边重叠形成的菱形柱，每个沟槽电极(2)对应两个中央柱状电极(3)，两个中央柱状电极(3)设置在两个等边三角形的中心，沟槽电极(2)及中央柱状电极(3)为中空电极，经刻蚀之后再进行离子扩散形成，半导体基体(1)采用轻掺杂硅，沟槽电极(2)及中央柱状电极(3)采用重掺杂硅，其中，沟槽电极(2)与中央柱状电极(3)的P/N型相反，所述三角形开阖式盒型电极半导体探测器顶面的沟槽电极(2)和中央柱状电极(3)上覆盖有电极接触层(4)，顶面未覆盖电极接触层(4)的其他半导体基体(1)表面覆盖二氧化硅绝缘层(5)，底面设置有二氧化硅衬底层(6)，沟槽电极(2)菱形柱的四个侧边正中有斜纹状实体缝隙，三角形开阖式盒型电极半导体探测器在斜纹状半导体基体的基础上以沟槽电极顶点为圆心，斜纹状实体缝隙的宽度为半径做圆，圆弧外的半导体基质都刻蚀成电极，从而留下带弧状的斜纹体半导体基体。2.根据权利要求1所述的一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器，其特征在于，所述沟槽电极(2)和中央柱状电极(3)由半导体基体(1)通过贯穿刻蚀、扩散掺杂的方法制备形成，探测器是一个PIN结：P型半导体-绝缘层-N型半导体形，其中，重掺杂的P/N型半导体硅的电阻率与轻掺杂的P/N半导体硅不同，在半导体基体上进行刻蚀，形成沟槽电极(2)和中央柱状...

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