三维沟槽电极硅探测器及其制备方法技术

本申请公开了一种三维沟槽电极硅探测器及其制备方法。三维沟槽电极硅探测器包括衬底、中央电极、沟槽电极以及多重漂浮环；中央电极设置在衬底中央；沟槽电极呈环形，设置在衬底外周并环绕中央电极；多重漂浮环设置在衬底上、位于中央电极和沟槽电极之间，且每一漂浮环环绕中央电极。本申请实施例提供的三维沟槽电极硅探测器，大幅减小了死区占比，大幅增加了有效探测灵敏区，多重漂浮环有效改善了硅

Three dimensional grooved electrode silicon detector and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
三维沟槽电极硅探测器及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体
，具体涉及一种三维沟槽电极硅探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]三维沟槽电极硅探测器摆脱了芯片厚度的限制，因此电极间距可以增大从而提高探测灵敏体积。由于理想的三维探测器电场几乎垂直于电极的径向分布，在探测穿透辐射如X射线、β辐射、高能粒子等具有独特的优势，因此大面积三维沟槽电极探测器有许多潜在的应用，例如，行星体表面的X射线的测量，布鲁克海文国家实验室提出的地外X射线光谱仪的硅漂移探测器阵列总面积需要500cm2，每个像素单元为0.2cm2，大面积三维硅探测器可能更适合这项任务。然而，如图1和图2所示，具有大面积(大电极间距)三维沟槽电极的硅探测器的耗尽电压会增加，在大面积三维沟槽电极探测器表面附近，由于Si
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SiO2界面系统中存在多种电荷和能态，沟槽电极表面会提前到达临界击穿场，发生雪崩击穿。

技术实现思路

[0003]本申请的目的是提供一种三维沟槽电极硅探测器。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
[0004]根据本申请实施例的一个方面，提供一种三维沟槽电极硅探测器，包括衬底、中央电极、沟槽电极以及多重漂浮环；
[0005]所述中央电极设置在所述衬底中央；
[0006]所述沟槽电极呈环形，设置在所述衬底外周并环绕所述中央电极；
[0007]所述多重漂浮环设置在所述衬底上、位于所述中央电极和所述沟槽电极之间，且每一所述漂浮环环绕所述中央电极。
[0008]在本申请的一些实施例中，所述漂浮环的上表面与所述衬底的上表面相齐平。
[0009]在本申请的一些实施例中，所述漂浮环埋藏于所述衬底中。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述三维沟槽电极硅探测器还包括分别电连接所述沟槽电极、中央电极的沟槽电极引出端和中央电极引出端，所述沟槽电极引出端和中央电极引出端分别设置在所述衬底的上表面。
[0011]在本申请的一些实施例中，所述三维沟槽电极硅探测器还包括位于所述衬底上表面和下表面上的介质层。
[0012]根据本申请实施例的另一个方面，提供一种三维沟槽电极硅探测器的制备方法，包括：
[0013]提供衬底；
[0014]在衬底的外周刻蚀环形沟槽；
[0015]在环形沟槽内形成环形的沟槽电极；
[0016]在衬底的中央刻蚀深沟槽，并在深沟槽内形成中央电极，且使所述中央电极被所述沟槽电极所环绕；
[0017]分别在衬底上形成多重漂浮环，使每一所述漂浮环位于中央电极和沟槽电极之间、且使每一所述漂浮环环绕所述中央电极。
[0018]在本申请的一些实施例中，所述分别在所述衬底上形成多重漂浮环，包括：
[0019]在所述衬底上注入离子制备漂浮环，使所述漂浮环的上表面与所述衬底的上表面相齐平。
[0020]在本申请的一些实施例中，所述分别在所述衬底上形成多重漂浮环，包括：
[0021]在所述衬底内注入离子制备漂浮环，使所述漂浮环埋藏于所述衬底中。
[0022]在本申请的一些实施例中，所述形成环形的沟槽电极包括：
[0023]对所述环形沟槽的侧壁进行离子注入，在环形沟槽的侧壁及底壁覆盖介质层，使所述环形沟槽内充满氧化物或留有空腔。
[0024]在本申请的一些实施例中，所述方法还包括：在所述衬底上分别形成所述沟槽电极的电极引出端、所述中央电极的电极引出端。
[0025]本申请实施例的其中一个方面提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0026]本申请实施例提供的三维沟槽电极硅探测器，大幅减小了死区占比，大幅增加了有效探测灵敏区，多重漂浮环有效改善了硅
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二氧化硅界面对探测器表面性能的严重不良影响，提升了探测器的击穿电压，大大降低了雪崩击穿的发生率，使探测器能够工作在较高的偏置电压，缩短了信号响应时间。
[0027]本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者，部分特征和优点可以从说明书中推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本申请实施例了解。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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。
[0029]图1示出了现有技术的P+PN+电场分布图；
[0030]图2示出了现有技术的平行于中央电极1μm电场分布图；
[0031]图3示出了本申请一个实施例的三维沟槽电极硅探测器的结构示意图；
[0032]图4示出了用于仿真实验的三维沟槽电极硅探测器的剖视图；
[0033]图5示出了仿真实验的三维沟槽电极硅探测器的电势分布图；
[0034]图6示出了仿真实验的三维沟槽电极硅探测器的表面与体内电势分布对比；
[0035]图7示出了仿真实验的三维沟槽电极硅探测器的电场分布图；
[0036]图8示出了仿真实验的三维沟槽电极硅探测器的表面与体内电场分布对比；
[0037]图9示出了相同面积下大面积单元与小面积单元阵列死区占比；
[0038]图10示出了本申请另一个实施例的三维沟槽电极硅探测器的结构示意图；
[0039]图11示出了图10所示的三维沟槽电极硅探测器的电场分布曲线；
[0040]图12(a)至图12(e)示出了不同形状或数量的沟槽电极的顶视图；
[0041]图13示出了本申请另一个实施例的三维沟槽电极硅探测器的制备方法流程图；
[0042]图14至图19示出了三维沟槽电极探测器的制备方法中各步骤形成的结构示意图。
[0043]本申请的目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0044]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本申请做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
[0045]本领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0046]专利技术人发现，以中央电极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维沟槽电极硅探测器，其特征在于，包括衬底、中央电极、沟槽电极以及多重漂浮环；所述中央电极设置在所述衬底中央；所述沟槽电极呈环形，设置在所述衬底外周并环绕所述中央电极；所述多重漂浮环设置在所述衬底上、位于所述中央电极和所述沟槽电极之间，且每一所述漂浮环环绕所述中央电极。2.根据权利要求1所述的三维沟槽电极硅探测器，其特征在于，所述漂浮环的上表面与所述衬底的上表面相齐平。3.根据权利要求1所述的三维沟槽电极硅探测器，其特征在于，所述漂浮环埋藏于所述衬底中。4.根据权利要求1所述的三维沟槽电极硅探测器，其特征在于，所述三维沟槽电极硅探测器还包括分别电连接所述沟槽电极、中央电极的沟槽电极引出端和中央电极引出端，所述沟槽电极引出端和中央电极引出端分别设置在所述衬底的上表面。5.根据权利要求1所述的三维沟槽电极硅探测器，其特征在于，所述三维沟槽电极硅探测器还包括位于所述衬底上表面和下表面上的介质层。6.一种三维沟槽电极硅探测器的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底；在衬底的外周...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘曼文，成文政，李志华，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：