一种方形复合式壳型电极半导体探测器制造技术

一种方形复合式壳型电极半导体探测器，包括正面沟槽电极、反面沟槽电极和中央柱状电极，其中正面沟槽电极、反面沟槽电极和中央柱状电极由半导体基体通过刻蚀、扩散掺杂的方法制备形成，正面沟槽电极和反面沟槽电极环绕于中央柱状电极之外，其中，正面沟槽电极和反面沟槽电极为矩形中空电极；正面沟槽电极刻蚀成结构相同，且结构上互为互补的两半，在正面沟槽电极间没有刻蚀的部分形成斜纹状半导体基体，且斜纹状半导体基体宽度小于10μm；正面沟槽电极和中央柱状电极上覆盖有电极接触层，正面未覆盖电极接触层的其他半导体基体表面覆盖二氧化硅绝缘层，底面设置有二氧化硅衬底层。

【技术实现步骤摘要】
一种方形复合式壳型电极半导体探测器
本技术专利属于高能物理，天体物理，航空航天，军事，医学等
，特别涉及一种方形复合式壳型电极半导体探测器。
技术介绍
探测器主要用于高能物理、天体物理等，硅探测器探测灵敏度高、响应速度快、具有很强的抗辐照能力，并且易于集成，在高能粒子探测与X光检测等领域有重要应用价值。但传统“三维硅探测器”有许多不足，在高能物理及天体物理中，探测器处于强辐照条件下工作，这对探测器能量分辨率响应速度等有高的要求，且需具有较强的抗辐照能力，低漏电流以及低全耗尽电压，对于其体积的大小有不同的要求。硅探测器是工作在反向偏压下的，当外部粒子进入到探测器的灵敏区时，在反向偏压作用下，产生的电子-空穴对被分开，电子向正极运动，在到达正极后被收集，空穴向负极运动，被负极收集，在外部电路中就能形成反映粒子信息的电信号。现有的“三维沟槽电极硅探测器”在进行电极刻蚀时不能完全的贯穿整个硅体，这就使得探测器有一部分不能刻蚀，这一部分对探测器的性能影响大，比如该部分电场较弱，电荷分布不均匀，探测效率降低等现象。我们称这一部分为“死区”，而且“死区”在单个探测器中占据20％-30％，如果是做成列阵，则会占据更大的比例。其次，“三维沟槽电极硅探测器”只能是在单面进行刻蚀。最后，这种探测器在工作时，粒子只能单面入射，影响探测效率。为此，提供一种方形复合式壳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
本技术公开了一种方形复合式壳型电极半导体探测器，本技术中制备得到的探测器少于百分之十的体积在刻蚀沟槽电极时留有斜纹状半导体基体，用于工艺实现时探测器单元直接的相互连接。其余部分均为贯穿的沟槽电极，进一步提高探测器的探测效率。本技术中将设计改进为少于百分之十的体积留有斜纹状半导体基体，这部分半导体基体可以作为连接两个探测器单元的工艺实现条件，相对于现有专利“一种开阖式盒型电极半导体探测器”，本专利的死区面积在之前的专利基础上减少90％。基于现有专利“一种开阖式盒型电极半导体探测器”(专利号：201620384599.8)，进一步优化探测器结构，将斜纹状半导体的厚度变薄，提高探测器的探测效率，并详细阐述该种方形开阖式盒型电极硅探测器的工艺实现方法。该探测器除了适合一般的硅半导体材料外，也可使用各种其他半导体材料制作。如：自Ge、HgI2、GaAs、TiBr、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI2和AlSb等。本工艺实现方法采用激光刻蚀三维沟槽技术。为达到上述目的，本技术的方案为：一种方形复合式壳型电极半导体探测器，包括正面沟槽电极(2)、反面沟槽电极(5)和中央柱状电极(3)，其中正面沟槽电极(2)、反面沟槽电极(5)和中央柱状电极(3)由半导体基体(1)通过刻蚀、扩散掺杂的方法制备形成，正面沟槽电极(2)和反面沟槽电极(5)环绕于中央柱状电极(3)之外，其中，正面沟槽电极(2)和反面沟槽电极(5)为矩形中空电极；正面沟槽电极(2)刻蚀成结构相同，且结构上互为互补的两半，在正面沟槽电极(2)间没有刻蚀的部分形成斜纹状半导体基体(4)，且斜纹状半导体基体(4)宽度小于10μm；正面沟槽电极(2)和中央柱状电极(3)上覆盖有电极接触层，正面未覆盖电极接触层的其他半导体基体(1)表面覆盖二氧化硅绝缘层，底面设置有二氧化硅衬底层。进一步的，所述正面沟槽电极(2)的厚度小于探测器整体高度的十分之一。进一步的，所述的方形复合式壳型电极半导体探测器能通过共用正面沟槽电极(2)的电极壁组成M*N阵列的探测器阵列。进一步的，所述半导体基体(1)材质采用硅、氧化硅、Ge、HgI2、GaAs、TiBr、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI2或AlSb中的一种或多种的组合。上述一种方形复合式壳型电极半导体探测器的制备方法，包括如下步骤：步骤一、在半导体晶圆片正面激光刻蚀三维沟槽，沟槽之间留下硅片缝隙，在长好一定厚度的氧化保护层F的晶圆片D正面激光刻蚀厚度为dtop的沟槽A，沟槽之间留有一定宽度的斜纹状硅体B；其中，斜纹状硅体B是晶圆片D被刻蚀后留下的小部分硅体；中央柱状电极C由激光贯穿刻蚀硅体后扩散掺杂得到；步骤二、在硅晶圆片反面激光刻蚀三维沟槽沟槽之间没有硅片缝隙：在长好一定厚度的二氧化硅的晶圆片D反面激光刻蚀厚度为dbottom的沟槽E，其中dbottom大于等于90％的硅晶圆片厚度d；反面激光刻蚀沟槽后没有留下斜纹状硅体；步骤三、利用抛光技术使沟槽壁周围平整：此步骤仅实施于硅半导体或在深刻蚀过程中会造成沟槽壁不平整的其他半导体，有些类型的半导体如氧化锌在激光刻蚀时没有损伤，故无需此步骤；步骤四、沿沟槽壁的硼扩散掺杂：此步骤仅实施在硅半导体或与硅性质类似的半导体上，掺杂厚度为1微米；步骤五、填充三维沟槽：使用多晶硅填充硅半导体晶圆，使用金属填充氧化锌半导体晶圆；填充后的区域用A’与E’表示，沟槽电极形成；步骤六、正面激光深刻蚀中央柱状电极：刻蚀厚度为整块晶圆的厚度d，刻蚀宽度为10微米；步骤七、用多晶硅或者金属填充中央柱状电极C；步骤八、给所有的电极镀金属层：正面为金属层K，反面为金属层L。进一步的，所述步骤一中，所述氧化保护层F为二氧化硅层。进一步的，所述步骤一中，所述沟槽A宽度为10微米。进一步的，所述步骤三中硅，金刚石类单物质元素半导体，需要抛光以及进行沟槽壁的扩散掺杂；氧化锌类化合物半导体则无需进行该工艺步骤。进一步的，所述步骤六中，所述中央柱状电极为方形。进一步的，所述方法在恒温恒湿百级洁净室中操作完成。进一步的，上述方法中所述探测器结构为：正面沟槽电极2和反面沟槽电极5和中央柱状电极3由半导体基体1通过刻蚀、扩散掺杂的方法制备形成，正面沟槽电极2和反面沟槽电极5环绕于中央柱状电极3之外，其中，正面沟槽电极2和反面沟槽电极5为矩形中空电极。正面少于百分之十的厚度沟槽电极2刻蚀成结构相同，且结构上互为互补的两半，在沟槽电极2间没有刻蚀部分形成斜纹状半导体基体4，且斜纹状半导体基体4宽度小于10μm。所制备得到的开阖式盒型电极半导体探测器可以通过共用沟槽电极2的电极壁可组成M*N阵列探测器。相对于现有技术，本技术的有益效果为：探测器少于百分之十的体积在刻蚀沟槽电极时留有斜纹状半导体基体，用于工艺实现时探测器单元直接的相互连接。其余部分均为贯穿的沟槽电极，进一步提高探测器的探测效率。本技术中将设计改进为少于百分之十的体积留有斜纹状半导体基体，这部分半导体基体可以作为连接两个探测器单元的工艺实现条件，相对于现有专利“一种开阖式盒型电极半导体探测器”，本专利的死区面积在之前的专利基础上减少90％。附图说明为了更清楚地说明本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为本技术晶圆片正面激光刻蚀三维沟槽(沟槽之间留下硅片缝隙)侧视图。图2晶圆片正面激光刻蚀三维沟槽(沟槽之间留下硅片缝隙)俯视图。图3晶圆片反面激光刻蚀三维沟槽(沟槽之间没本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方形复合式壳型电极半导体探测器，其特征在于，包括正面沟槽电极(2)、反面沟槽电极(5)和中央柱状电极(3)，其中正面沟槽电极(2)、反面沟槽电极(5)和中央柱状电极(3)由半导体基体(1)通过刻蚀、扩散掺杂的方法制备形成，正面沟槽电极(2)和反面沟槽电极(5)环绕于中央柱状电极(3)之外，其中，正面沟槽电极(2)和反面沟槽电极(5)为矩形中空电极；正面沟槽电极(2)刻蚀成结构相同，且结构上互为互补的两半，在正面沟槽电极(2)间没有刻蚀的部分形成斜纹状半导体基体(4)，且斜纹状半导体基体(4)宽度小于10μm；正面沟槽电极(2)和中央柱状电极(3)上覆盖有电极接触层，正面未覆盖电极接触层的其他半导体基体(1)表面覆盖二氧化硅绝缘层，底面设置有二氧化硅衬底层。

【技术特征摘要】
1.一种方形复合式壳型电极半导体探测器，其特征在于，包括正面沟槽电极(2)、反面沟槽电极(5)和中央柱状电极(3)，其中正面沟槽电极(2)、反面沟槽电极(5)和中央柱状电极(3)由半导体基体(1)通过刻蚀、扩散掺杂的方法制备形成，正面沟槽电极(2)和反面沟槽电极(5)环绕于中央柱状电极(3)之外，其中，正面沟槽电极(2)和反面沟槽电极(5)为矩形中空电极；正面沟槽电极(2)刻蚀成结构相同，且结构上互为互补的两半，在正面沟槽电极(2)间没有刻蚀的部分形成斜纹状半导体基体(4)，且斜纹状半导体基体(4)宽度小于10μm；正面沟槽电极(2)和中央柱状电极(3)上覆盖有电极接触层，正面未覆盖电极接触层...

【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：新型
国别省市：湖南,43