一种多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器，包括高阻硅衬底，中心收集阳极嵌入于高阻硅衬底正面中心，由中心收集阳极向外依次等间距分布有中间位置收集阳极环、最外收集阳极环；阴极环位于中心收集阳极与最外收集阳极环之间且中间位置收集阳极环将阴极环分隔为内外两部分；中心阳极保护环位于中心收集阳极外和最内圈的阴极环之间，正面保护环位于最外收集阳极环外；中心阳极保护环和正面保护环均环绕中心收集阳极同心分布；高阻硅衬底反面为粒子入射窗口。本发明专利技术探测器的电子漂移路径短，探测器电容小，具有较高的电子收集效率，能够达到最佳分辨率。本发明专利技术还提供了一种多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器的制作方法。的制作方法。的制作方法。

【技术实现步骤摘要】
一种多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器及其制作方法


[0001]本专利技术属于抗辐射探测器
，涉及一种多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器及其制作方法。

技术介绍

[0002]探测器的种类很多，主要有正比计数器，闪烁体探测器、气体探测器、半导体探测器。各种探测器的探测原理不同。本专利技术的辐射探测器属于半导体探测器。
[0003]半导体探测器通常是由介于一个正电极(阳极)和一个负电极(阴极)之间的敏感半导体材料组成。入射的辐射或者带点粒子与半导体材料相互作用产生电子
‑
空穴对，电子
‑
空穴对在外电场的作用下漂移而输出信号被探测到。产生的电子
‑
空穴对的数量是由入射的辐射或者粒子的能量决定的。电极间加的偏压引起一个强的电场加在半导体上。在这个强电场里，电子和空穴分别漂移到阳极和阴极。在电子和空穴漂移的过程中，将引发电荷被电极收集。引发的电荷产生一个能被外加电路测量的电流，也就是信号。
[0004]硅漂移探测器(SDD)在1983年被E.Gatti和P.Pehak提出，因为其输出电容小，电子学噪声一般远小于同样面积和厚度的Si
‑
PIN探测器，使得该探测器在物质成分分析天体物理、核物理等领域有十分广泛的应用。
[0005]目前，对紧凑、高分辨率的伽玛射线和X射线探测，大多数商用探测器使用闪烁晶体或CdZnTe探测器。但是，这种探测的能量分辨率受限于高光输出晶体(LaBr3Ce或SrI2)的开发应用以及CdZnTe探测器的制造生产。随着硅漂移探测器的发展，对伽玛射线和X射线的探测提出了一种新的双量程光电探测方式，即：采用LaBr3Ce3闪烁体与硅漂移探测器组合形成。在这个闪烁体
‑
SDD探测系统中，SDD探测器在该探测过程中检测X射线和伽玛射线，提供卓越的能量分辨率；同时还作为闪烁体的读出器，有助于探测高能量范围的伽玛射线，提高了闪烁体的现有能量分辨率。
[0006]传统的硅漂移室探测器在该系统运用过程中有许多不足之处，当应用于闪烁体
‑
SDD探测系统，探测能量更高的伽马射线(60KeV到3MeV)时，由于收集电荷所需的时间较长，导致电荷收集效率降低，最佳能量分辨率下降，信号收集不完整。

技术实现思路

[0007]为了达到上述目的，本专利技术提供一种多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器及其制作方法，解决了现有技术中存在的闪烁体
‑
SDD探测系统探测高能放射性核素和高强度辐射源时，电荷收集效率降低，最佳能量分辨率下降，信号收集不完整等问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是，一种多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器，包括高阻硅衬底，中心收集阳极嵌入于高阻硅衬底正面中心，由中心收集阳极向外依次等间距分布有中间位置收集阳极环、最外收集阳极环；阴极环位于中心收集阳极与最外收集阳极环之间且中间位置收集阳极环将阴极环分隔为内外两部分；中心阳极保护环位于中心收集阳极外和最内圈的阴极环之间，正面保护环位于最外收集阳极环
外；中间位置收集阳极环、最外收集阳极环、阴极环、中心阳极保护环和正面保护环均环绕中心收集阳极同心分布；高阻硅衬底反面为粒子入射窗口；中心收集阳极、中间位置收集阳极环、最外收集阳极环、阴极环、粒子入射窗口的反面电极上方覆盖有铝层，铝层之间填充有二氧化硅氧化层；所述粒子入射窗口还包括反面离子注入区、反面保护环；反面离子注入区、反面电极均嵌入于高阻硅衬底反面；反面离子注入区、反面电极均位于反面保护环以内。
[0009]进一步地，所述高阻硅衬底为正六边体形；所述中间位置收集阳极环、最外收集阳极环、阴极环、正面保护环、反面保护环为正六边形。
[0010]进一步地，所述中心收集阳极、中心阳极保护环、中间位置收集阳极环、最外收集阳极环、阴极环、反面离子注入区的厚度为1um；所述高阻硅衬底厚度为0.5mm。
[0011]进一步地，所述中心收集阳极、中间位置收集阳极环、最外收集阳极环为硅中掺杂硼离子，均为阳极掺杂，掺杂浓度为10
16
cm
‑3～10
20
cm
‑3；阴极环通过为硅中掺杂磷离子，掺杂浓度为10
16
cm
‑3～10
20
cm
‑3；反面离子注入区与阴极环的掺杂类型和掺杂浓度均相同；高阻硅衬底与中心收集阳极的掺杂类型相同，高阻硅衬底的掺杂浓度为4
×
10
11
cm
‑3～2
×
10
12
cm
‑3。
[0012]本专利技术还提供了一种多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器的制作方法，包括以下步骤：
[0013]S1：制版：依据多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器的结构设计制备掩膜版；所述掩膜版包括做正反面标记掩膜版、正反面P+型离子注入掩膜版、正面N+型离子注入掩膜版、正反面CUT掩膜版和正反面铝电极掩膜版；
[0014]S2：氧化：通过氧化工艺将高阻硅衬底的正反面氧化一层二氧化硅氧化层；
[0015]S3：标记刻蚀；在氧化完成的高阻硅衬底上做标记，用以区分正反面；
[0016]S4：P+型离子掺杂；
[0017]S5：N+型离子掺杂；
[0018]S6：N+型离子和P+型离子掺杂完成后，通过退火激活注入的N+型离子和P+型离子；
[0019]S7：CUT刻蚀；
[0020]S8：镀铝：用磁控溅射仪进行镀铝，经过上片、抽真空、镀铝对整个高阻硅衬底正反面进行镀铝；
[0021]S9：铝刻蚀；
[0022]S10：退火。
[0023]进一步地，所述S2的具体方法为：依次经过匀胶、烘干、正反面标记掩膜版对准、曝光、显影、检查、后烘，然后将标记区域的二氧化硅刻蚀至最后进行光刻胶去除清洗。
[0024]进一步地，所述S4的具体方法为：依次经过匀胶、烘干、对准正反面P+型离子注入掩膜版、曝光、显影、检查、后烘，将中心阳极保护环、阴极环、正面保护环、反面保护环、反面电极和反面离子注入区以外的区域用光刻胶覆盖，然后将中心阳极保护环、阴极环、正面保护环、反面保护环、反面电极和反面离子注入区的二氧化硅刻蚀至刻蚀完成后注入掺杂P+型离子，形成阴极环、正面保护环、反面保护环、反面电极和反面离子注入区，最后进行光刻胶去除清洗；
[0025]所述S5的具体方法为：依次经过匀胶、烘干、正面N
+
注入掩膜版对准、曝光、显影、
检查、后烘，然后对N+型离子收集区域中心收集阳极、中间位置收集阳极环、最外收集阳极环进行刻蚀，刻蚀完成后注入掺杂N+型离子，形成阳极收集电极，最后进行光刻胶去除清洗。
[0026]进一步地，所述S7的具体方法为：经过匀胶、烘干、正反面CUT掩膜版对准、曝光、显影、检查、后烘，将探测器切割线、电极连接点、保护环以外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器，其特征在于，包括高阻硅衬底(12)，中心收集阳极(6)嵌入于高阻硅衬底(12)正面中心，由中心收集阳极(6)向外依次等间距分布有中间位置收集阳极环(8)、最外收集阳极环(9)；阴极环(10)位于中心收集阳极(6)与最外收集阳极环(9)之间且中间位置收集阳极环(8)将阴极环(10)分隔为内外两部分；中心阳极保护环(7)位于中心收集阳极(6)外和最内圈的阴极环(10)之间，正面保护环(11)位于最外收集阳极环(9)外；中间位置收集阳极环(8)、最外收集阳极环(9)、阴极环(10)、中心阳极保护环(7)和正面保护环(11)均环绕中心收集阳极(6)同心分布；高阻硅衬底(12)反面为粒子入射窗口；中心收集阳极(6)、中间位置收集阳极环(8)、最外收集阳极环(9)、阴极环(10)、粒子入射窗口的反面电极(17)上方覆盖有铝层(14)，铝层(14)之间填充有二氧化硅氧化层(13)；所述粒子入射窗口还包括反面离子注入区(15)、反面保护环(16)；反面离子注入区(15)、反面电极(17)均嵌入于高阻硅衬底(12)反面；反面离子注入区(15)、反面电极(17)均位于反面保护环(16)以内。2.根据权利要求1所述的一种多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器，其特征在于，所述高阻硅衬底(12)为正六边体形；所述中间位置收集阳极环(8)、最外收集阳极环(9)、阴极环(10)、正面保护环(11)、反面保护环(16)为正六边形。3.根据权利要求1所述的一种多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器，其特征在于，所述中心收集阳极(6)、中心阳极保护环(7)、中间位置收集阳极环(8)、最外收集阳极环(9)、阴极环(10)、反面离子注入区(15)的厚度为1um；所述高阻硅衬底(12)厚度为0.5mm。4.根据权利要求1所述的一种多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器，其特征在于，所述中心收集阳极(6)、中间位置收集阳极环(8)、最外收集阳极环(9)为硅中掺杂硼离子，均为阳极掺杂，掺杂浓度为10
16
cm
‑3～10
20
cm
‑3；阴极环(10)通过为硅中掺杂磷离子，掺杂浓度为10
16
cm
‑3～10
20
cm
‑3；反面离子注入区(15)与阴极环(10)的掺杂类型和掺杂浓度均相同；高阻硅衬底(12)与中心收集阳极(6)的掺杂类型相同，高阻硅衬底(12)的掺杂浓度为4
×
10
11
cm
‑3～2
×
10
12
cm
‑3。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的一种多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：制版：依据多段式阳极等间距分布的硅漂移室探测器的结构设计制备掩膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：程敏，李正，
申请(专利权)人：湖南脉探芯半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：