[實用新型]一種圓形開闔式盒型電極半導體探測器

有效

• 申請號: 201720888228.8
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN206878010U
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 李正;劉曼文
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/0352;H01L31/115
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司43210
• 代理人: 趙登高

技術領域

本實用新型涉及高能物理，天體物理，航空航天，軍事，醫學等技術領域的半導體探測器領域，特別涉及一種圓形開闔式盒型電極半導體探測器。

背景技術

半導體探測器主要應用于高能物理、天體物理等領域，具有高能量分辨率、高靈敏度、響應時間快、抗輻照能力強等特點，且易于集成，在X射線、高能粒子探測等領域有顯著應用價值。在高能物理和天體物理等領域，探測器處于強輻射條件下工作，對半導體探測器能量分辨率響應速度等要求高，且具有低漏電流及低全耗盡電壓，對于其體積大小等有不同要求。

半導體探測器在反向偏壓下工作，當粒子射入探測器靈敏區時，在反向偏壓下，產生電子-空穴對，其中電子對向正極運動，到達正極后被收集，空穴對向負極運動，被負極收集，在外部讀出電路中形成電信號等。

相對于傳統“三維柱狀電極半導體探測器”，美國布魯克海文實驗室最新提出的“三維溝槽電極半導體探測器”克服了電勢分布及電場分布的“鞍點”，使電場分布更加均勻。然而，“三維溝槽電極半導體探測器”因設計的局限性，工藝上為形成襯底，在電極刻蝕時不能完全貫穿整個半導體，未刻蝕的部分電場分布較弱，電荷分布不均勻，探測效率低，對探測器的性能影響大。我們稱這部分為“死區”，“死區”在單個探測器單元中占20％-30％。若做成列陣，則會占據更大的比例。而且，“三維溝槽電極半導體探測器”工作時，粒子僅能單面入射，會降低探測效率。

因此，提供一種圓形開闔式盒型電極半導體探測器，解決上述現有技術存在的問題。

實用新型內容

為解決上述現有技術存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種圓形開闔式盒型電極半導體探測器。優化結構類型，消除死區，優化單面刻蝕工藝為貫穿刻蝕工藝，工作時，粒子可雙面入射，反應更靈敏，探測效率更高。

為達到上述目的，本實用新型的技術方案為：

一種圓形開闔式盒型電極半導體探測器，該圓形開闔式盒型電極半導體探測器，由半導體基體1，及半導體基體1刻蝕而成的溝槽電極2和中央柱狀電極3嵌套構成，溝槽電極2為圓柱形框中空電極，溝槽電極2刻蝕成結構相似且結構上互為呼應的幾瓣；溝槽電極2的兩對側有斜紋狀實體縫隙，溝槽電極2及中央柱狀電極3為中空電極，經刻蝕之后再進行離子擴散形成，半導體基體1采用輕摻雜硅，溝槽電極2及中央柱狀電極3采用重摻雜硅，其中，溝槽電極2與中央柱狀電極3的P/N型相反，所述圓形開闔式盒型電極半導體探測器頂面的溝槽電極2和中央柱狀電極3上覆蓋有電極接觸層4，頂面未覆蓋電極接觸層4的其他半導體基體1表面覆蓋二氧化硅絕緣層5，底面設置有二氧化硅襯底層6。

進一步的，所述溝槽電極2和中央柱狀電極3由半導體基體1通過貫穿刻蝕、擴散摻雜的方法制備形成；探測器是一個PIN結：P型半導體-絕緣層-N型半導體形，其中，重摻雜的P/N型半導體硅的電阻率與輕摻雜的P/N半導體硅不同，在半導體基體上進行刻蝕，形成溝槽電極2和中央柱狀電極3，然后溝槽電極2采用N型硅重摻雜，中央柱狀電極3采用P型硅重摻雜，半導體基體1采用P型輕摻雜。

進一步的，所述探測器厚度即電極高度為100-300微米。

進一步的，所述探測器厚度為150微米。

進一步的，所述探測器圓形半徑為5-100微米。

進一步的，中央柱狀電極3和溝槽電極2寬度均為5-10微米。

進一步的，溝槽電極2刻蝕成結構相似且結構上成中心對稱的兩瓣，其中間形成縫隙，縫隙是在平行線段與嵌套圓柱相切的基礎上，以突出一側的尖端為圓心，半徑為電極寬度0.5至0.7倍做圓，刻蝕掉相切部分外的半導體基體，從而留下的半導體基體；

以探測器半徑為R，電極寬度為r，縫隙寬度為g，則存在，相對突出一側尖端縫隙邊緣與圓周夾角θ滿足α≥90-θ；

sinα＝(R-r/2-g/2)/R。

進一步的，所述電極接觸層4為鋁電極接觸層；所述電極接觸層厚度為1微米，所述二氧化硅襯底層厚度為1微米，所述二氧化硅絕緣層5厚度為1微米。

進一步的，所述圓形開闔式盒型電極半導體探測器通過共用溝槽電極2的電極壁能拼合組成M*N陣列探測器，其中M,N均為正整數。單個圓形晶格中兩個縫隙與圓心的連線與其他晶格兩個縫隙與圓心的連線均平行。

進一步的，所述半導體基體1的半導體材料采用Si、Ge、HgI₂、GaAs、TiBr、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI₂和AlSb中的一種或多種的組合。