[發明專利]泄露電流收集結構及具有該結構的輻射檢測器

有效

• 申請號: 201310222544.8
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103515468B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: P·科斯塔莫
• 申請（專利權）人: 牛津儀器分析公司
• 主分類號: H01L31/115
• 分類號: H01L31/115;H01L31/0224;G01T1/29
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 蘇娟,朱利曉

技術領域

本發明整體涉及半導體裝置領域。更具體地，本發明涉及在具有處于不同電勢的多個電極的半導體輻射檢測器中的表面產生泄漏電流的產生和收集。

背景技術

圖1示意性示出了一種簡化的、部分切去的硅漂移檢測器(SDD)，它是用于檢測電磁輻射、特別是X射線的半導體輻射檢測器的一個例子。半導體材料的主體層101接收和吸收輻射，造成自由電荷載體出現。主體層101的一個表面包括多個同心的P型植入環的配置，其中的環102作為一個例子展示。同心環設置成具有絕對值逐漸增加的電勢，這樣如果SDD中心的電勢只有幾伏，最外環可能有如-150V的電勢。環的數量在圖1中被極度簡化，現實的檢測器可能有幾十個環。

與主體層的相對表面上的陰極層103一起，同心環在主體層內形成內部電場，其朝向SDD的中心驅動輻射感應的電子。位于或接近中心，有一個陽極用來收集輻射感應的電子。圖1的SDD包括集成的場效應晶體管(FET)，其電極顯示為植入物104、105和106。最里面的植入環，即最靠近FET的那一個是陽極。從它到FET的門形成連接107。選擇性的結構是已知的，其中陽極在SDD的正中心，外部FET例如通過將單獨的FET芯片結合到SDD芯片的合適部分聯接到陽極。

帶有位于或者靠近SDD芯片中心的陽極和FET的圓形SDD有著固有的缺點，即一些測量的輻射會碰到FET，它會干擾FET的運作并且會對制造FET的結晶材料造成輻射損傷。如圖1所示的結構中，FET也會保留一些活性表面區域。作為一個選擇，已經提出了所謂的微滴形式檢測器，也被稱為SD³或SDDD(硅漂移檢測器微滴)。圖2示意示出微滴形式檢測器的表面，再次為了圖形清晰度故意扭曲了結構元件的數量和相對大小。植入環的階梯式增加的電勢形成電場，它們是不對稱的，因此，其拱形形式在一側(圖2中的左側)相對較寬，但在另一側(圖2中的右側)變窄并變尖。最外層的植入環如201所示，用于此目的。

陽極區通常如202所示，它包括用于結合外部FET的導電貼片(如同圖2中的)和/或植入物，它們至少部分構成集成檢測和放大元件，例如FET。植入環的非對稱形式使陽極區202脫離檢測器的活性區域，因此它比圖1中的結構更少得暴露給輻射，并且也不會引起檢測中的任何死區。

漂移檢測器中可能出現的一個問題是表面產生電荷載體與信號電荷的混合。W.Chen等人的現有技術公開文獻：“Large?Area?Cylindrical?Silicon?Drift?Detector”，IEEE?Transactions?on?Nuclear?Science，vol.39，no.4，pp.619-628，1992對該問題進行了討論。Chen建議，檢測器芯片的表面上的氧化層中出現的固定正電荷與電極環中的徑向取向間隙中的“河”一起可保持表面產生電子靠近表面并朝著檢測器的中心引導它們，在此中心處它們通過專門的電極收集。Chen的方案的缺點在于它需要仔細控制電極環中的間隙。這也意味著必須以從設計檢測器的其他視角來說可能不是最佳的特定方式選擇所謂的“氧化層電荷”的量和分布。

發明內容

根據本發明的一方面，提供了一種半導體輻射檢測器，其中表面產生電荷載體能夠有效地被收集。根據本發明的另一方面，表面產生電荷載體的收集可通過在制造可靠性和使用可靠性方面都牢靠的簡單結構實現。根據本發明的又一方面，提供一種用于能方便地適用于各種形式的半導體輻射檢測器的收集表面產生電荷載體的結構方案。

本發明的有利目的通過這樣的結構實現：其中場板用在漂移電極之間的間隔上方，該場板通過與緊挨的周圍充分區別開的電勢偏壓以吸引表面產生電荷載體。例如，場板可通過跳躍連接件從比限定由場板覆蓋的間隔的那些電極遠離的電極獲得其電勢。

根據本發明的輻射檢測器的特征在于涉及輻射檢測器的獨立權利要求中所述的特征。

這項專利申請中呈現的本發明的示例性實施例不可解釋為對所附權利要求的適用性有所限制。該專利申請中的動詞“包括”作為一個開放的限制，并不排除也存在沒有敘述的特征。從屬權利要求中記載的特征可相互自由結合，除非另外明確地說明。

被認為是本發明的特征的新穎特征特別在附加權利要求中進行了詳盡解釋。但本發明本身，就其結構及其操作方法，再加上其額外的目的和優點，將從結合附圖閱讀的具體實施例的以下描述得到最好理解。

附圖說明

圖1示出硅漂移檢測器；

圖2示出微滴形式硅漂移檢測器；

圖3示出表面電流和場板的概念；