一种具有低电容、简化加压方式的硅像素探测器制造技术

本发明专利技术公开一种具有低电容、简化加压方式的硅像素探测器，包括n

【技术实现步骤摘要】
一种具有低电容、简化加压方式的硅像素探测器


[0001]本专利技术属于高能物理和天体物理领域，特别是涉及一种具有低电容、简化加压方式的硅像素探测器。

技术介绍

[0002]大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)是粒子物理科学家为了探索新的粒子和微观量化粒子的“新物理”机制设备，是一种将质子加速对撞的高能物理设备。欧洲大型强子对撞机是现在世界上最大、能量最高的粒子加速器。在位于欧洲核子研究中心(Conseil Europ
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aire，CERN)大型强子对撞机(LHC)的探测器中，主顶点表示初始硬度交互的位置，次顶点是粒子衰变发生的点，通常反映重离子(底夸克，轻子)的存在。
[0003]在大型强子对撞机(LHC)的ATLAS试验中，像素探测器作为最靠近粒子对撞点的粒子径迹探测器，所承受的辐射强度极大。很强的抗辐射能力也是像素探测器的一个特点，在高能物理实验领域像素探测器的应用已越来越成熟，像素探测器的模块也越来越经得起极端环境的考验。但是传统像素探测器是通过直接耦合读出芯片的电流信号的，所以在将探测器连接到芯片之前偏置以及测试传感器的特性是困难的。且传统硅像素探测器单元的有效面积与像素单元的上表面面积一致，由于有效面积越大探测器电容越大，而电容是检验探测器性能的一个重要指标，减小电容，会相应的减小噪声，提高信噪比，从而提高探测器的位置分辨率和能量分辨率。电容在硅半导体探测器中是一个敏感因素，它直接影响探测器工作的噪声和串扰。为了优化像素探测器的信噪比，必须在频率响应和电容的限制下，寻找最小化电容、最小化漏电流。而攻克小电容的设计和制备技术是亟待解决的问题。一旦小电容像素探测器单元的设计与制造技术瓶颈攻破，对于中国探测器的发展和使用探测器的各个领域均会得到极大发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种具有低电容及简化加压方式的硅像素探测器，解决了传统硅像素探测器位置分辨率和能量分辨率低，读取电路数据难度高的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是，
[0006]一种具有低电容、简化加压方式的硅像素探测器，包括n
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n个硅像素探测器的像素单元；
[0007]其中硅像素探测器的像素单元包括硅体，硅体其中一端的中间设置有中心阴极电极，中心阴极电极外围有间隔的设置有两个同心方形环阴极电极，依次是第一层方形环阴极电极和第二层方形环阴极电极，中心阴极电极、第一层方形环阴极电极和第二层方形环阴极电极外面均包有阴极电极表面外的电极金属层；阴极电极表面外的电极金属层两两之间设置有二氧化硅保护层；连接部电极金属层通过连接中心阴极电极、第一层方形环阴极电极、第二层方形环阴极电极外包裹的阴极电极表面外的电极金属层，从而将中心阴极电
极、第一层方形环阴极电极、第二层方形环阴极电极连接起来；使得加压时只需在三个阴极中的其中一个上加压；硅体另一端设置有下表面阳极电极，下表面阳极电极外面包有阳极电极表面外的电极金属层。
[0008]进一步的，所述硅体掺杂方式为轻掺杂n。
[0009]进一步的，所述中心阴极电极、第一层方形环阴极电极和第二层方形环阴极电极掺杂方式为重掺杂p+。
[0010]进一步的，所述下表面阳极电极掺杂方式为n+。
[0011]进一步的，所述二氧化硅保护层厚度与电极金属层等厚。
[0012]进一步的，所述连接部电极金属层为杆型。
[0013]进一步的，所述阳极电极表面外的电极金属层、阴极电极表面外的电极金属层、连接部电极金属层为铝材质。
[0014]进一步的，所述硅像素探测器的像素单元是下表面为正方形的四棱柱，高为300微米，边长为80微米，上表面中心阴极电极边长为15微米，连接部电极金属层宽度为2微米，中心部以及两个同心方形环，其相邻两个之间的间隙宽度为G微米，两个同心方形环的宽度为W微米；其中，W＝βG，其中β是一个常数，需要通过仿真模拟找到最合适的β；中心阴极电极、第一层方形环阴极电极、第二层方形环阴极电极的厚度均为1微米；二氧化硅保护层厚度为1微米，重掺杂p+和重掺杂n+的掺杂厚度均为1微米。
[0015]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过对硅像素探测器的合理设计，在保持探测器的有效体积不变的前提下，通过减小探测器电极的有效面积达到减小探测器的电容、减小噪声，进而提高信噪比，也进一步提高了硅像素探测器位置分辨率和能量分辨率，将其应用于能谱仪可提高能谱仪对能量的分辨率。同时使用连接部将中心部与两个同心方形环的外围部连接起来，极大简化了加压方式，大大降低了读出电路的难度。
附图说明
[0016]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。
[0017]图1是硅像素探测器的像素单元内部构造图
[0018]图2是硅像素探测器的像素单元的二维剖面图；
[0019]图3是Sentaurus TCAD半导体仿真软件计算出的电容大小图；
[0020]图4是将本专利技术的像素单元做成阵列后的形状。
[0021]1-阳极电极表面外的电极金属层；2-下表面阳极电极，为重掺杂的N型半导体硅；3-硅体，为轻掺杂的N型半导体硅；4-中心阴极电极，为重掺杂的P型半导体硅；5-第一层方形环阴极电极，为重掺杂的P型半导体硅；6-第二层方形环阴极电极，为重掺杂的P型半导体硅；7-二氧化硅保护层；8-阴极电极表面外的电极金属层，9-连接部电极金属层。
具体实施方式
[0022]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。
[0023]如图1-4所示，硅像素探测器的像素单元包括硅体3，硅体3掺杂方式为轻掺杂n，硅体3其中一端的中间设置有中心阴极电极4，中心阴极电极4外围有间隔的设置有两个同心方形环阴极电极，依次是第一层方形环阴极电极5和第二层方形环阴极电极6，中心阴极电极4、第一层方形环阴极电极5和第二层方形环阴极电极6掺杂方式为重掺杂p+，外面均包有阴极电极表面外的电极金属层8；阴极电极表面外的电极金属层8两两之间设置有二氧化硅保护层7，其厚度与电极金属层8等厚；连接部电极金属层9通过连接中心阴极电极4、第一层方形环阴极电极5、第二层方形环阴极电极6外包裹的电极金属层8，从而将中心阴极电极4、第一层方形环阴极电极5、第二层方形环阴极电极6连接起来。使得加压时只需在三个阴极中的其中一个上加压，由此简化了加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有低电容、简化加压方式的硅像素探测器，其特征在于，包括n
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n个硅像素探测器的像素单元；其中硅像素探测器的像素单元包括硅体(3)，硅体(3)其中一端的中间设置有中心阴极电极(4)，中心阴极电极(4)外围有间隔的设置有两个同心方形环阴极电极，依次是第一层方形环阴极电极(5)和第二层方形环阴极电极(6)，中心阴极电极(4)、第一层方形环阴极电极(5)和第二层方形环阴极电极(6)外面均包有阴极电极表面外的电极金属层(8)；阴极电极表面外的电极金属层(8)两两之间设置有二氧化硅保护层(7)；连接部电极金属层(9)通过连接中心阴极电极(4)、第一层方形环阴极电极(5)、第二层方形环阴极电极(6)外包裹的阴极电极表面外的电极金属层(8)，从而将中心阴极电极(4)、第一层方形环阴极电极(5)、第二层方形环阴极电极(6)连接起来；硅体(3)另一端设置有下表面阳极电极(2)，下表面阳极电极(2)外面包有阳极电极表面外的电极金属层(1)。2.根据权利要求1所述的一种具有低电容、简化加压方式的硅像素探测器，其特征在于，所述硅体(3)掺杂方式为轻掺杂n。3.根据权利要求1所述的一种具有低电容、简化加压方式的硅像素探测器，其特征在于，所述中心阴极电极(4)、第一层方形环阴极电极(5)和第二层方形环阴极电极(6)掺杂方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪，李正，龚跃球，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：