一种像素型硅漂移探测器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种像素型硅漂移探测器，由像素单元阵列而成；所述像素单元包括中间收集电极、第一阴极环、第二阴极环、基体和反面入射窗口；所述中间收集电极为阳极，嵌入于基体顶部中心位置；第一阴极环和第二阴极环为阴极，嵌入于基体顶部，第一阴极环和第二阴极环沿相反方向环绕中间收集电极分布；反面入射窗口的电极为阴极，嵌入于基体底部；所述阳极和阴极上面均镀有铝膜；每个像素单元之间的第一阴极环之间相连，第二阴极环之间相连。本实用新型专利技术提供的探测器阳极电容小，功耗小，可以测量0.5到15keV之间的x射线，具有几微秒的时间分辨率和快速读出的特点，无死区，对低能量光子具有良好的探测器量子效率。光子具有良好的探测器量子效率。光子具有良好的探测器量子效率。

【技术实现步骤摘要】
一种像素型硅漂移探测器


[0001]本技术属于抗辐射探测器
，涉及一种像素型硅漂移探测器。

技术介绍

[0002]通过研究来自天体的高能辐射是获取和理解宇宙中最具活力和剧烈现象潜在机制的最有力方法之一。目前，成熟的探测器和光学技术探测的x射线范围为0.5
‑
10keV。在极端重力、密度或磁场条件下，通过探测这些能量的光谱和定时辐射特征是最直接的研究方法。在过去的几年里，对高灵敏度光谱和时间分辨率的需求激发了专注于创新、快速、像素化探测器的研发项目。事实上，当成像x射线时，光学点扩散函数(PSF)的大小通常在1毫米或更小的范围内。在成像不是主要科学目标的情况下，理想的像素大小与PSF的过采样所需的像素大小一样小，但通过减少所需电子读出通道的数量来尽可能减少电荷损耗和功耗。在这个能量范围内，由于硅的量子效率和先进的制造技术，硅可能是最合适的探测器材料。
[0003]不同的大像素探测器被提出作为用于研究天体的x射线光谱的焦平面传感器。广泛应用的Si
‑
PIN在x射线探测效率和有效面积方面有突出的优势。然而，其性能受到阳极电容的限制，使其不合适低能量分辨率的探测。类似地，具有大像素面积的电荷耦合器件(CCD)也面临同样的问题。此外，由于CCD是一种基于集成的成像探测器，它不适合用于高速率的光子的光谱和时间信息探测，不能达到天体物理研究的要求。近年来，p通道场效应晶体管(DePFET)已经被开发和制造。当需要10kHz左右的帧率时，DePFET在太空成像应用和高分辨率x射线光谱学有突出应用。DePFET所有像素都以几兆赫的速率同时读出，但高速读出需要高功耗和散热。

技术实现思路

[0004]为了达到上述目的，本技术提供一种像素型硅漂移探测器，解决了现有技术中像素探测器存在的阳极电容大、功耗大的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案是，一种像素型硅漂移探测器，由像素单元阵列而成；像素单元包括中间收集电极、第一阴极环、第二阴极环、基体和反面入射窗口；所述中间收集电极为阳极，嵌入于基体顶部中心位置；第一阴极环和第二阴极环为阴极，嵌入于基体顶部，第一阴极环和第二阴极环沿相反方向环绕中间收集电极分布；反面入射窗口的电极为阴极，嵌入于基体底部；所述阳极和阴极上面均镀有铝膜；每个像素单元之间的第一阴极环之间相连，第二阴极环之间相连。
[0006]进一步地，所述中间收集电极的面积为2500
‑
10000平方微米，厚度为1微米；所述第一阴极环和第二阴极环的宽度为10
‑
50微米，厚度为1微米；所述基体厚度为300—500微米；所述反面入射窗口的厚度为1微米。
[0007]本技术的有益效果是：
[0008]本技术提供的探测器阳极电容小，功耗小，可以测量0.5到15keV之间的x射线，具有几微秒的时间分辨率和快速读出的特点，无死区，对低能量光子具有良好的探测器
量子效率。
附图说明
[0009]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。
[0010]图1是本技术实施例的像素单元结构图。
[0011]图2是本技术实施例的像素单元正视图。
[0012]图3是本技术实施例的像素型硅漂移探测器的结构示意图。
[0013]图中，1.中间收集电极，2.第一阴极环，3.第二阴极环，4.基体，5.反面入射窗口。
具体实施方式
[0014]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。
[0015]本技术提供了一种像素型硅漂移探测器，由像素单元阵列而成；像素单元包括中间收集电极1、第一阴极环2、第二阴极环3、基体4和反面入射窗口5；所述中间收集电极1为阳极，嵌入于基体4顶部中心位置，面积为2500
‑
10000平方微米，厚度为1微米，可以使探测器的电容很小；第一阴极环2和第二阴极环3为阴极，嵌入于基体4顶部，沿相反方向环绕中间收集电极1分布，宽度为10
‑
50微米，厚度为1微米，可以提供一个横向电场，有利于电荷的快速收集；反面入射窗口5的电极为p
+
阴极，嵌入于基体4底部，掺杂厚度为1微米；基体4为n型硅，其为耗尽层，厚度为300—500微米。方形像素型阵列结构是由像素单元组合而成，每个像素单元之间的第一阴极环2之间相连、第二阴极环3之间相连，从而减少每个单元的功耗。
[0016]本技术的中间收集电极1被第一阴极环2和第二阴极环3围绕，在第一阴极环2和第二阴极环3上加的电压产生横向电场使电子漂移到中间收集电极1；在p
+
阴极加电压能够用来耗尽基片4，牵引载流子向中间收集电极1漂移。
[0017]在一些实施方式中，中间收集电极1跟第一阴极环2和第二阴极环3具有相反的掺杂类型，但是有相同数量级的掺杂浓度；反面电极5与第一阴极环2和第二阴极环3具有相同的掺杂类型(均为阴极掺杂)和相同数量级的掺杂浓度；基体4与中间收集电极1有相同的掺杂类型(均为阳极掺杂)，基体4的材料为硅晶圆，掺杂浓度为10
11
‑
10
14
cm
‑3，远低于中间收集电极1掺杂浓度；中间收集电极1的掺杂元素为硼，掺杂浓度为10
18
‑
10
19
cm
‑3。第一阴极环2和第二阴极环3的掺杂元素为磷，掺杂浓度为10
18
‑
10
19
cm
‑3。
[0018]在一些实施方式中，阳极和阴极上面均镀有铝膜，具有接触互联的作用。
[0019]相对于现有的像素探测器，本技术的收集阳极更小，从而具有更小的收集电容，具有几微秒的时间分辨率和快速读出等特点，并且继承了传统硅漂移探测器(SDD)典型的优越噪声特性。
[0020]本技术探测器的制作方法按八大工艺模块进行，包括硅晶圆吸杂氧化、第一阴极环2、第二阴极环3和反面入射窗口5的离子注入刻蚀、第一阴极环2、第二阴极环3和反面入射窗口5的p
+
型离子注入、中间收集电极1离子注入刻蚀和中间收集电极1离子注入、注入完成后退火、正反面注入区域氧化层全刻蚀、正反面电极制作、快速退火。以上八大工艺模块依次进行，最终制得所需要的探测器芯片，在所有模块中的任一工艺操作均尽量避免缺陷和杜绝失误，以下是对制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种像素型硅漂移探测器，其特征在于，由像素单元阵列而成；所述像素单元包括中间收集电极(1)、第一阴极环(2)、第二阴极环(3)、基体(4)和反面入射窗口(5)；所述中间收集电极(1)为阳极，掺杂于基体(4)顶部中心位置；第一阴极环(2)和第二阴极环(3)为阴极，掺杂于基体(4)顶部，第一阴极环(2)和第二阴极环(3)沿相反方向环绕中间收集电极(1)分布；反面入射窗口(5)的电极为阴极，掺杂于基体(4)底部；所述阳...

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