一种可变柱型阳极壳型阴极方形三维探测器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可变柱型阳极壳型阴极方形三维探测器，探测器由半导体基体单元阵列拼接而成，所述半导体基体单元的外形是四棱柱形，半导体基体单元包括半导体探测器单元基体，半导体探测器单元基体侧面和底部填充壳型阴极电极，壳型阴极电极的顶部附有第二铝电极接触层，半导体探测器单元基体顶部嵌入中心可变柱型阳极电极，中心可变柱型阳极电极上设有第一铝电极接触层，第一铝电极接触层和第二铝电极接触层之间填充有二氧化硅绝缘层。所述探测器的分辨率和灵敏度提高，制备过程中工艺流程简单，制成时间更短，性价比更高。性价比更高。性价比更高。

【技术实现步骤摘要】
一种可变柱型阳极壳型阴极方形三维探测器


[0001]本技术属于光电探测器
，涉及一种可变柱型阳极壳型阴极方形三维探测器。

技术介绍

[0002]随着半导体探测器技术的飞速发展，硅探测器种类丰富，包括硅微条探测器、硅像素探测器、硅漂移探测器等，硅探测器一经专利技术使用，便因其性能优势迅速取代气体探测器和闪烁体探测器，占据了探测器应用领域的半壁江山。例如，硅微条探测器被广泛用作世界主要高能物理实验中的核心探测器；硅像素探测器以其高位置和能量分辨率的特点，在医学成像领域也有不俗的表现；硅漂移探测器为低能量射线的航空航天探测做出了巨大的贡献。
[0003]1997年，S.Parker等人设计开发了一种完全不同于平面探测器的结构，称之为三维柱状电极硅探测器。2005年，美国Brookhaven实验室在三维柱状电极探测器的基础上提出了一种新型的三维电极探测器～三维沟槽电极硅探测器。这种沟槽状电极的探测器单元内电场分布更加均匀，形成阵列时各单元的独立性更强。沟槽的概念最早由C.Kenney 提出的，其电极被镶嵌在硅体中，对设计和工艺制作技术方面有更高的要求，也使得探测器单元及阵列具有更好的性能。但这种传统的三维探测器的有效工作区域较小，与传统三维探测器相比，本技术所提出的新型三维探测器结构即一种可变柱型阳极壳型阴极方形三维探测器，其电场分布更加均匀，有效工作区域更大即死区更小。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提出一种可变柱型阳极壳型阴极方形三维探测器，解决了现有三维探测器内部电场分布不均匀，探测器分辨率低，死区面积过大而造成的探测器灵敏度较低的问题。
[0005]本技术所采用的技术方案是，一种可变柱型阳极壳型阴极方形三维探测器，探测器由半导体基体单元阵列拼接而成，半导体基体单元的外形是四棱柱形，半导体基体单元包括半导体探测器单元基体，半导体探测器单元基体侧面和底部填充壳型阴极电极，壳型阴极电极的顶部附有第二铝电极接触层，半导体探测器单元基体顶部嵌入中心可变柱型阳极电极，中心可变柱型阳极电极上设有第一铝电极接触层，第一铝电极接触层和第二铝电极接触层之间填充有二氧化硅绝缘层。
[0006]进一步地，所述四棱柱形的半导体基体单元的长宽高为400um
×
400um
×
200um，壳型阴极电极和半导体探测器单元基体之间的垂直距离为10um，二氧化硅绝缘层高度为 5um。
[0007]进一步地，所述半导体探测器单元基体为N型轻掺杂，壳型阴极电极为P型重掺杂，中心可变柱型阳极电极为N型重掺杂。
[0008]进一步地，所述半导体探测器单元基体掺杂的浓度为8
×
10
11
～1
×
10
12
/cm2，壳型
阴极电极掺杂浓度为8
×
10
18
～1
×
10
19
/cm2，中心可变柱型阳极电极掺杂浓度为8
×
10
18
～1
×ꢀ
10
19
/cm2。
[0009]本技术的有益效果是：
[0010]1.探测器单元设计为四棱柱形，组成阵列后，各阴极紧密结合从而增大工作区域即没有死区。
[0011]2.对比现有传统硅微条探测器、硅像素探测器及硅漂移探测器，三维探测器的制作工艺更为简单，工艺层数更少，制成时间更短，性价比更高。
[0012]3.对可变柱型阳极壳型阴极方形三维探测器电学性能的研究发现，因其阳极嵌入深度可变，可以通过变化深度得到更加均匀的电势分布，且阵列电场分布与探测器结构单元的电场分布大致相同。
[0013]4.三维硅探测器单元的电容只与自身电极面积有关，本技术的电极面积相比于传统整面电极更小，拥有较小的电容，探测器电容越低相应的噪声也会越小，且未受到相邻单元的影响，相干性好。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本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。
[0015]图1是本技术的结构图。
[0016]图2是本技术的俯视图。
[0017]图3是图2的A
‑
A剖视图。
[0018]图4是本技术的阵列图。
[0019]图5a是探测器中心阳极嵌入深度50um的电势分布图。
[0020]图5b是探测器中心阳极嵌入深度100um的电势分布图。
[0021]图5c是探测器中心阳极嵌入深度150um的电势分布图。
[0022]图6是探测器中心阳极嵌入深度50um的电场分布图。
[0023]图7a是探测器中心阳极嵌入深度50um的电子浓度分布图。
[0024]图7b是探测器中心阳极嵌入深度100um的电子浓度分布图。
[0025]图7c是探测器中心阳极嵌入深度150um的电子浓度分布图。
[0026]图8是图4的电容模拟图。
[0027]图9是本技术三维探测器单元与传统三维探测器单元的电容对比图。
[0028]图中，1.二氧化硅绝缘层，2.第二铝电极接触层，3.壳型阴极电极，4.半导体探测器单元基体，5.中心可变柱型阳极电极，6.第一铝电极接触层。
具体实施方式
[0029]下面将结合本技术实施例中的附图，对本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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
[0030]一种可变柱型阳极壳型阴极方形三维探测器，结构如图4所示，由半导体基体单元阵列拼接而成，半导体基体单元结构如图1～图3所示，半导体基体单元包括半导体探测器单元基体4，半导体探测器单元基体4侧面和底部填充壳型阴极电极3，壳型阴极电极 3的顶部附有第二铝电极接触层2，半导体探测器单元基体4顶部嵌入中心可变柱型阳极电极5，中心可变柱型阳极电极5上设有第一铝电极接触层6，第一铝电极接触层6和第二铝电极接触层2之间填充有二氧化硅绝缘层1。
[0031]半导体基体单元图1～图3为顶部为正方形的四棱柱形，方便组成阵列而且没有死区；半导体基体单元图1～图3也可以为圆柱体形，可以在探测器内部会有更均匀的电场分布，但不可实现没有死区的阵列排布；半导体基体单元图1～图3还可以为六棱柱型，其单元电场最接近圆形性，并且可以实现没有死区的阵列排布，但其工艺难度大，不利于生产加工；方形形状相比六边形更为简单，工艺制成时图案越复杂，工艺难度越大，且半导体基体单元图1～图3为顶部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变柱型阳极壳型阴极方形三维探测器，其特征在于，探测器由半导体基体单元阵列拼接而成，所述半导体基体单元的外形是四棱柱形，半导体基体单元包括半导体探测器单元基体(4)，半导体探测器单元基体(4)侧面和底部填充壳型阴极电极(3)，壳型阴极电极(3)的顶部附有第二铝电极接触层(2)，半导体探测器单元基体(4)顶部嵌入中心可变柱型阳极电极(5)，中心可变柱型阳极电极(5)上设有第一铝电极接触层(6)，第一铝电极接触层(6)和第二铝电极接触层(2)之间填充有二氧化硅绝缘层(1)。2.根据权利要求1所述的一种可变柱型阳极壳型阴极方形三维探测器，其特征在于，所述四棱柱形的半导体基...

【专利技术属性】
技术研发人员：路顺茂，赵珍阳，
申请(专利权)人：山东光探芯半导体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：