螺旋线性硅漂移探测器及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种螺旋线性硅漂移探测器及其设计方法，所述探测器包括长方体状的硅基底，硅基底顶面相对的两边缘处均设有收集阳极，收集阳极间设有链条状的正面漂移阴极，正面漂移阴极呈S形排布在硅基底上，硅基底底部设有反面漂移阴极，反面漂移阴极和收集阳极上附着有铝层，硅基底和正面漂移阴极顶部设有二氧化硅层，正面漂移阴极两端和中间的二氧化硅层被刻蚀掉，其上附有铝层；本发明专利技术能够自主分压，使用方便，有效探测面积较大，电荷收集效率、能量分辨率和灵敏度较好。能量分辨率和灵敏度较好。能量分辨率和灵敏度较好。

【技术实现步骤摘要】
螺旋线性硅漂移探测器及其设计方法


[0001]本专利技术属于辐射探测
，涉及一种螺旋线性硅漂移探测器及其设计方法。

技术介绍

[0002]新型半导体探测器的飞速发展和应用促进了高能物理的发展，在大量测量中，不仅要检测入射粒子的能谱，还要检测粒子的径迹，这就要求探测器具有较好的位置分辨率，现阶段大多都采用像素探测器、微调探测器和半导体漂移探测器实现位置分辨，如图1所示的线性硅漂移探测器是半导体漂移探测器的一种，其在N型硅基底两面通过离子注入生成P+阴极漂移电极，在探测器的边缘制作N+收集阳极，通过分压电阻链给各P+阴极漂移电极施加不同的电压，使其形成电势梯度，从而保证电子能沿水平方向漂移至收集阳极，通过检测载流子的漂移时间来检测入射粒子的位置信息。
[0003]然而现有线性硅漂移探测器中P+阴极漂移电极不能自主分压，需要设置电阻链条对各P+阴极漂移电极进行单独加压，而电子漂移通道中的电场与表面电场分布有关，现有的线性硅漂移探测器很难通过分压电阻链条实现电子漂移的最优化。

技术实现思路

[0004]为了达到上述目的，本专利技术提供一种螺旋线性硅漂移探测器，该探测器能够自主分压，使用方便，且探测器的有效探测面积增大，电荷收集效率和能量分辨率提高。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术还提供一种螺旋线性硅漂移探测器设计方法，使探测器能够自主分压，内部电场分布均匀，入射粒子漂移时间缩短，电荷收集效率提高。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，螺旋线性硅漂移探测器，包括长方体状的硅基底，硅基底顶面相对的两个边缘处都设有收集阳极，所述收集阳极之间设有链条状的正面漂移阴极，所述正面漂移阴极S形排布在硅基底顶面，所述硅基底底部设有反面漂移阴极，所述收集阳极、反面漂移阴极上均附着有铝层，所述硅基底顶面和正面漂移阴极顶面均附着有二氧化硅层，所述正面漂移阴极两端和中间的二氧化硅层被刻蚀掉，其上附有铝层。
[0007]进一步的，所述收集阳极为条状电极或数个等间距排列的块状电极。
[0008]进一步的，所述反面漂移阴极为片状电极或与正面漂移阴极结构相同的链条状电极。
[0009]进一步的，所述正面漂移阴极的宽度由中间向两边逐渐增加，所述相邻正面漂移阴极的间距为定值或从中间到两端逐渐增加。
[0010]进一步的，所述硅基底为N型高阻硅，掺杂浓度为4
×
10
11
cm
‑3～2
×
10
12
cm
‑3，所述收集阳极为N型重掺杂硅，所述正面漂移阴极和反面漂移阴极均为P型重掺杂硅，收集阳极、正面漂移阴极和反面漂移阴极的掺杂浓度均为10
16
cm
‑3～10
20
cm
‑3。
[0011]螺旋线性硅漂移探测器的设计方法，具体包括以下步骤：
[0012]步骤1，使用公式(1.1)计算探测器中粒子漂移通道的电场Edr，进而确定探测器的正面电势和正面电场E(y)；
[0013][0014]其中V
fd
表示探测器的全耗尽电压，l表示硅基底长度的一半，y1表示正面漂移阴极端部到收集阳极的垂直距离，γ表示反面电势调节参数，0≤γ≤1，Φ(y1)、Φ(l)分别表示y＝y1、y＝l时Φ(y)的取值，Φ(y)的计算如公式(1.2)所示；
[0015][0016]当y＝y1时为施加在正面漂移阴极两端的正偏压V
el
，当y＝l时为施加在正面漂移阴极中间的负偏压V
out
，将V
el
、V
out
分别代入公式(1.2)可以得到Φ(y1)、Φ(l)的值，再将Φ(y1)、Φ(l)代入公式(1.1)得到Edr的取值；
[0017]又有其中c为常量，令算得到Φ(y)，将Φ(y)代入公式(1.2)获得正面电势正面电场
[0018]步骤2，确定硅基底(4)的表面电场、电势分布；
[0019][0020]其中V
B
表示常数电势，V
out
表示正面漂移阴极中间施加的负偏压；
[0021]步骤3，确定正面漂移阴极的宽度及相邻正面漂移阴极条的间距；
[0022]定义正面漂移阴极相邻阴极条之间的电压降为
▽
V，其计算如公式(1.3)所示：
[0023][0024]正面漂移阴极的方块电阻ρ
s
＝ρ/t，令W(y)＝βP(y)可得其中I表示流经正面漂移阴极的电流，I取10μA～50μA，
▽
R表示正面漂移阴极上两点间的电阻值增量，ρ表示正面漂移阴极的电阻率，t表示正面漂移阴极的厚度，L表示探测器的宽度，W(y)表示正面漂移阴极的宽度，P(y)＝W(y)+G(y)，G(y)表示相邻正面漂移阴极条的间距，β表示涉及正面漂移阴极宽度的参数，1≥β≥0.6。
[0025]进一步的，所述步骤3中令相邻正面漂移阴极条间的间距G(y)为固定常数G，W(y)＝P(y)
‑
G，P(y)的计算如下：
[0026]本专利技术的有益效果是：本专利技术实施例将正面漂移阴极设计成链条状，S形排布在硅基底表面，在正面漂移阴极两端和中间施加电压，使其能够自主分压，避免了使用分压电阻链对其进行分压，使其使用更加方便；通过调整正面漂移阴极的宽度和间隔间距，使正面漂移阴极两端的电压值升高，探测器的漂移电场提高且分布均匀，缩短入射粒子的漂移时间，使尽量多的电子能顺利被收集阳极捕获，提高了电荷的收集效率和能量分辨率；本专利技术实施例将正面漂移阴极和收集阳极在硅基底上对称分布，使探测器的有效探测面积增加，提高了探测器的灵敏度。
附图说明
[0027]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。
[0028]图1是现有硅漂移探测器的三维图。
[0029]图2是本专利技术实施例的立体结构图。
[0030]图3是本专利技术实施例的局部剖面图。
[0031]图4是本专利技术一实施例的俯视图。
[0032]图5是本专利技术另一实施例的俯视图。
[0033]图中，1.收集阳极，2.正面漂移阴极，3.反面漂移阴极，4.硅基底，5.二氧化硅层，6.铝层。
具体实施方式
[0034]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。
[0035]螺旋线性硅漂移探测器结构如图2、图3所示，包括长方体状的硅基底4，硅基底4顶面相对的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.螺旋线性硅漂移探测器，其特征在于，包括长方体状的硅基底(4)，硅基底(4)顶面相对的两个边缘处都设有收集阳极(1)，所述收集阳极(1)之间设有链条状的正面漂移阴极(2)，所述正面漂移阴极(2)S形排布在硅基底(4)顶面，所述硅基底(4)底部设有反面漂移阴极(3)，所述收集阳极(1)、反面漂移阴极(3)上均附着有铝层(6)，所述硅基底(4)顶面和正面漂移阴极(2)顶面均附着有二氧化硅层(5)，所述正面漂移阴极(2)两端和中间的二氧化硅层(5)被刻蚀掉，其上附有铝层(6)。2.根据权利要求1所述的螺旋线性硅漂移探测器，其特征在于，所述收集阳极(1)为条状电极或数个等间距排列的块状电极。3.根据权利要求1所述的螺旋线性硅漂移探测器，其特征在于，所述反面漂移阴极(3)为片状电极或与正面漂移阴极(2)结构相同的链条状电极。4.根据权利要求1所述的螺旋线性硅漂移探测器，其特征在于，所述正面漂移阴极(2)的宽度由中间向两边逐渐增加，所述相邻正面漂移阴极(2)的间距为定值或从中间到两端逐渐增加。5.根据权利要求1所述的螺旋线性硅漂移探测器，其特征在于，所述硅基底(4)为N型高阻硅，掺杂浓度为4
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10
11
cm
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×
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12
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‑3，所述收集阳极(1)为N型重掺杂硅，所述正面漂移阴极(2)和反面漂移阴极(3)均为P型重掺杂硅，收集阳极(1)、正面漂移阴极(2)和反面漂移阴极(3)的掺杂浓度均为10
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‑3～10
20
cm
‑3。6.如权利要求1～5任一项所述的螺旋线性硅漂移探测器的设计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，使用公式(1.1)计算探测器中粒子漂移通道的电场Edr，进而确定探测器的正面电势和正面电场E(y)；其中V
fd
表示探测器的全耗尽电压，l表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正，熊波，龙涛，
申请(专利权)人：湖南正芯微电子探测器有限公司，
类型：发明
国别省市：