一种点状三维球状超小电容半导体探测器模型及应用制造技术

本发明专利技术属于电极探测技术领域，公开了一种点状三维球状超小电容半导体探测器模型及应用，探测器模型中央电极的半径约为10微米，球状外围电极的宽度约为10微米，探测器的半径约为60微米。硅体即球体，可以是n型或者p型硅基，电极由1×10

【技术实现步骤摘要】
一种点状三维球状超小电容半导体探测器模型及应用
本专利技术属于X射线探测
，尤其涉及一种点状三维球状超小电容半导体探测器模型及应用。
技术介绍
目前，三维电极探测器较之传统的二维/平面探测器具有诸多优势，比如其耗尽电压不再受到探测器晶元厚度的影响，可以使探测器厚度增加至几个毫米而不增加探测器的耗尽电压(现有探测器较厚的厚度也仅为几百微米)。探测器的耗尽电压不受其厚度限制，将会给探测器带来很多优势，比如现存超纯高阻硅探测器在50KeV能量以上的探测效率可以增加至30％左右，而平面探测器由于其厚度限制，探测效率仅约为15％。随着三维电极探测器的提出，如何将电场优化至理想模型一直是三维电极探测器的困扰。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的三维电极探测器无法将电场优化至理想模型。解决以上问题及缺陷的难度为：传统二维探测器将电极制作在晶元的上下两个表面，其全耗尽电压与电极间距有关，因此晶元的厚度对探测器的全耗尽电压(耗能)有很大的限制。传统三维电极探测器分为柱状电极与沟槽电极两种，不管是哪一种设计，都会由于探测器柱状电极的对称排布或者沟槽电极的非贯穿刻蚀而存在至少10％的死区，在死区区域内，探测器的电场分布极不均匀，严重影响探测器的探测效率。解决以上问题及缺陷的意义为：本专利技术专利针对上述问题进行了创新设计，将中央柱状电极进一步优化为一个点状电极，大大减少了探测器在读出过程中的体电容与输出电容，减少噪声，提高探测器的分辨率。另外，我们将沟槽电极优化为球状设计，如此一来，球状电极至中央点状电极的间距在任何一个位置都是相等的，使得探测器单元摆脱了角度的困扰，同时可以完全去掉死区，整个球体(灵敏区域)的电场分布都非常均匀，有效提高探测效率和收集效率。由于其能量分辨率的提升，抗辐射性能的提升，噪声的减少，该探测器可以用于大型粒子加速器的顶点和径迹探测器上，比如欧洲核子研究中心的大型强子对撞机LHC，当中的ATLAS加速器，以及中国在建的大型光源系统等。除此之外，可以实现各种类型探测器的替代，其中小型仪器比如能谱光谱仪上的X射线探测器的替代。另外，由于探测器的全耗尽电压不再受到晶元厚度的限制，只与探测器电极间距有关，因此可以做成厚度几个毫米的探测器件芯片，这样一来对于较高能量的X射线探测效率可以提高约20％，因此可以将这种探测器应用于医疗仪器，比如说核医学成像等。另外，该探测器还可以用于航天航空(深空射线探测，应用于脉冲星X射线探测等)、空间物理研究(用于宇宙射线辐射探测等)、安检(应用机场、安全通道、行李检测的X射线检测等)、核辐射监测(用于测量辐射剂量、强度、能量等)等领域。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种点状三维球状超小电容半导体探测器模型及应用，该模型可以将探测器的电场分布呈现完全角度对称的理想状态。本专利技术是这样实现的，一种点状三维球状超小电容半导体探测器模型，所述点状三维球状超小电容半导体探测器模型为：结合具体实例，上述公式中，φ代表电势，r为探测器的半径，θ为角度参数，为另一个角度参数，组成了一组空间坐标。其他参数均为电学参数。通过对上述公式加边界条件求解，电势与电场如下：whereAandBareconstantstobedeterminedbyboundaryconditions.。进一步，所述探测器模型中央电极的半径约为10微米，球状外围电极的宽度约为10微米，探测器的半径约为60微米。进一步，所述硅体即球体若是n型硅基，球状电极由1×1019/cm3的p型重掺杂组成，中央点状电极由1×1019/cm3的n型重掺杂组成，这种探测器用于无辐射环境下的光子探测，低能X射线探测等。进一步，所述硅体即球体若是p型硅基，球状电极由1×1019/cm3的n型重掺杂组成，中央点状电极由1×1019/cm3的p型重掺杂组成，这种设计可用于辐射环境下的电子、高能粒子探测等，通常这种情况下的探测器半径设计与无辐射环境不一致，根据应用场合可能更大也可能更小。本专利技术的另一目的在于提供一种半导体硅的探测方法，所述半导体硅的探测方法使用所述的点状三维球状超小电容半导体探测器模型。本专利技术的另一目的在于提供一种半导体锗的探测方法，所述半导体锗的探测方法使用所述的点状三维球状超小电容锗探测器模型。本专利技术的另一目的在于提供一种三五族化合物的探测方法，所述三五族化合物的探测方法使用所述的点状三维球状超小电容化合物半导体探测器模型。结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：本专利技术中点状三维球状超小电容半导体探测器模型对比二维探测器，耗尽电压将不会再受到探测器晶元厚度的限制，仅与电极间距，即本专利探测器的半径有关。对比其他三维电极探测器，电场分布不会有因无法耗尽而存在的低电场区。对比其他三维电极探测器，本专利技术探测器的电场分布更均匀，更理想。探测器厚度可作为一个参数灵活设计，可大大增加探测器的探测效率。由于探测器收集电极为点状设计，其体积非常小，因此该设计体电容将非常小，可以到飞法级别。因此本专利技术中点状三维球状超小电容半导体探测器模型对比二维探测器是一个理想模型。初步设计探测器的制作方法为激光制作，在晶元上用激光刻蚀球状电极，这样一来即使破坏了探测器球状电极外的晶元，也不会对探测器球体内的部分产生影响，无需退火等复杂步骤，可以简化制作工艺，提高制作效率。其制作流程如下：晶元氧化--激光刻蚀球状电极--抛光--激光刻蚀中央点状电极--光刻刻蚀镀金属层--恒温恒湿条件存储。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本专利技术实施例提供的点状三维球状超小电容半导体探测器模型结构示意图。图2是本专利技术实施例提供的计算时使用的带坐标轴的维度图。图3是本专利技术实施例提供的点状三维球状超小电容半导体探测器模型正视图。图4是本专利技术实施例提供的截面的电场分布图。图5是本专利技术实施例提供的六边形电场分布图。图6是本专利技术实施例提供的方形电场分布图。图7是本专利技术实施例提供的探测器厚度对探测效率的影响示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种点状三维球状超小电容半导体探测器模型及应用，下面结合附图对本专利技术作详细的描述。如图1所示，本专利技术提供的点状三维球状超小电容半导体探测器模型为：电势与电场如下：whereAandBareconstantstobedeterminedbyboundaryc本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种点状三维球状超小电容半导体探测器模型，其特征在于，所述点状三维球状超小电容半导体探测器模型为：/n

【技术特征摘要】
1.一种点状三维球状超小电容半导体探测器模型，其特征在于，所述点状三维球状超小电容半导体探测器模型为：



电势与电场如下：





2.如权利要求1所述的点状三维球状超小电容半导体探测器模型，其特征在于，所述探测器模型中央电极的半径约为10微米，球状外围电极的宽度为10微米，探测器的半径为60微米。


3.如权利要求1所述的点状三维球状超小电容半导体探测器模型，其特征在于，所述硅体即球体若是n型硅基，球状电极由1×1019/cm3的p型重掺杂组成，中央点状电极由1×1019/cm3的n型重掺杂组成，这种探测器用于无辐射环境下的光子探测，低能X射线探测。


4.如权利要求1所述的点状三维球状超小电容半导体探测器模型，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘曼文，李正，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37