[發明專利]一種螺旋環電極硅陣列探測器

在審

• 申請號: 202010903799.0
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN112071945A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 劉曼文;李正;李鑫卿
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: H01L31/115
• 分類號: H01L31/115;H01L31/0352;H01L31/0224
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發明公開了一種螺旋環電極硅陣列探測器，涉及輻射探測技術領域，其螺旋環電極面積遠小于傳統的整面電極面積，漏電流和電容更小，噪聲小能量分辨率高；根據現有工藝，像素可以做到微納級別，位置分辨率很高；探測器可以靈活設置加壓方式，螺旋環的設計使得該電極有足夠的空間來作為讀出電極或者施加偏置電壓，具體方案為：包括柱形基體，基體頂面上設有摻雜形成的螺旋環電極和中央電極共同構成的陰極，中央電極位于螺旋環電極正中，螺旋環電極環繞于中央電極之外，螺旋環電極的螺旋環數量為K，K為正整數，基體底面為摻雜形成的陽極；基體頂面電極上設有電極接觸層，在沒有電極接觸層的地方覆蓋有SiO₂，基體底面整面電極設有電極接觸層。

技術領域

本發明涉及輻射探測技術領域，更具體地說，它涉及一種螺旋環電極硅陣列探測器。

背景技術

探測器主要用于高能物理、天體物理等，硅探測器探測靈敏度高、響應速度快、具有很強的抗輻照能力，并且易于集成，在高能粒子探測與X光檢測等領域有重要應用價值。

硅探測器是在反向偏壓下工作的，當外部粒子入射到探測器內部的靈敏區時，在外加電壓作用下產生電子-空穴對，正極收集漂移到正極的電子，而空穴會向負極運動被負極收集，然后向外部電路輸出反映粒子信息的電信號。

像素探測器是通過像素單元有序陣列而成，其基本原理和很多其他類型的探測器原理一樣是PN結或者PIN結。每個像素探測器的單元都由起傳感作用的靈敏區和外端電子讀出部分構成，當有帶電粒子入射進入靈敏區時會產生電子-空穴對，在外加電場作用下向正負兩極作漂移運動，被兩極收集后通過外端集成電路對反饋的電流信號進行處理后，可以得到有關入射粒子的能量、位置、運動軌跡等信息。

相比于其他類型探測器像素探測器的制作技術逐漸成熟并且在制作工藝上相較于其它復雜結構的探測器(例如硅漂移室探測器、三維柱狀探測器等)更為容易，也有相對低成本，仍然在工作中保持有比較突出的性能，這使得像素探測器在應用上更為廣泛，并且在選擇適當的耗盡層厚度后，可獲得的輸出電流較大、靈敏度較高、頻率響應特性也較好，位置的分辨率也較高。

在硅探測器中的一個敏感因素是電容的大小，因為電容會直接影響到在探測器工作時的噪聲與串擾。傳統像素硅探測器的整個平面的陽極、陰極均被金屬電極覆蓋，雖然三角形與正方形形狀的陣列使得電極排列非常有序，但是這種探測器有效電極面積會很大，而大的電極面積又會導致探測器有較大電容。電容太大對探測器是不利的，電容越大會增加漏電流和更多的噪聲，最終降低了探測器的能量分辨率。因此提高硅探測器性能的主要研究方向之一就是減小電容。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種螺旋環電極硅陣列探測器，對比傳統像素探測器，其螺旋環電極面積遠小于傳統的整面電極面積，漏電流和電容更小，噪聲小能量分辨率高；根據現有工藝，像素可以做到微納級別，位置分辨率很高；探測器可以靈活設置加壓方式，螺旋環的設計使得該電極有足夠的空間來作為讀出電極或者施加偏置電壓。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種螺旋環電極硅陣列探測器，包括柱形基體，基體頂面上設有摻雜形成的螺旋環電極和中央電極共同構成的陰極，中央電極位于螺旋環電極正中，螺旋環電極環繞于中央電極之外，螺旋環電極的螺旋環數量為K，K為正整數，基體底面為摻雜形成的陽極；基體頂面電極上設有電極接觸層，在沒有電極接觸層的地方覆蓋有SiO₂，基體底面整面電極設有電極接觸層。

在上述方案中，當K值越小，則整個螺旋電極所需要的的面積就越小，但是就需要更高的電壓，且耗盡效果更差；故針對不同的情形，需對K值進行取舍性選擇。

作為一種優選方案，螺旋電極為圓形螺旋環形、方形螺旋環形或正多邊形螺旋環形；柱形基體為圓柱形、方柱形或正多邊柱形。

在上述優選方案中，螺旋電極的形狀和柱形基體可以任意組合，均可實現探測的目的。