[發明專利]一種基于鈣鈦礦雪崩管的高靈敏度探測結構及制備方法

在審

• 申請號: 202111208207.4
• 申請日: 2021-10-18
• 公開（公告）號: CN113889548A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 雷威;周建明;朱瑩
• 申請（專利權）人: 蘇州億現電子科技有限公司
• 主分類號: H01L31/115
• 分類號: H01L31/115;H01L31/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于鈣鈦礦雪崩管的高靈敏度探測結構，其特征在于：包括本征鈣鈦礦晶體、p型外延層、空間電荷層、寬帶隙鈣鈦礦倍增層、窄帶隙鈣鈦礦倍增層；

所述本征鈣鈦礦晶體為X射線/γ射線光子的吸收和轉換層；

所述鈣鈦礦本征吸收層下端設置p型鈣鈦礦晶體外延層，p型鈣鈦礦晶體外延層下端設置入射端電極，所述p型鈣鈦礦晶體外延層與鈣鈦礦本征吸收層之間的界面形成耗盡內建電場，用于阻擋外部載流子的注入以及抑制暗態電流；

所述鈣鈦礦本征吸收層上端設置重摻雜n型鈣鈦礦晶體外延層作為雪崩管的空間電荷層，所述鈣鈦礦本征吸收層與空間電荷層之間的界面形成耗盡層，用于鈣鈦礦本征吸收層與空間電荷層之間形成很大的電壓降；

所述空間電荷層上面設置高阻寬帶隙鈣鈦礦倍增層，高阻寬帶隙鈣鈦礦倍增層的電壓降大于高阻寬帶隙鈣鈦礦倍增層的雪崩擊穿閾值電壓，通過碰撞電離，提高探測電流增益；

所述寬帶隙鈣鈦礦倍增層上面設置窄帶隙鈣鈦礦倍增層，所述窄帶隙鈣鈦礦倍增層增大倍增載流子濃度，進一步提高探測電流增益；

所述窄帶隙鈣鈦礦倍增層上端設置出射端電極，所述入射端電極接地，所述出射端電極施加正電壓構成反向偏壓的吸收、空間電荷和倍增分離的雪崩二極管。

2.根據權利要求1所述的一種基于鈣鈦礦雪崩管的高靈敏度探測結構，其特征在于：所述鈣鈦礦本征吸收層的厚度一般達到數毫米至一厘米，所述鈣鈦礦本征吸收層具有高電阻率和大載流子遷移率；

所述鈣鈦礦本征吸收層維持大于10⁵ V/m的電場強度，用于光生載流子有效分離以及降低噪聲電流。

3.如權利要求1所述的一種基于鈣鈦礦雪崩管的高靈敏度探測結構的制備方法，其特征在于，包括如下制備步驟：

1）采用溶液逆溫結晶法，制備厚度超過1厘米的本征鈣鈦礦晶體；

2）采用溶液外延法在本征鈣鈦礦晶體上下兩端生長外延層，并在前驅液中添加適當的金屬離子，使得這些外延層分別呈現p型和n型；

3）通過晶體切割的方法暴露出p型外延層和n型外延層的晶面，在p型外延層上真空蒸鍍的方法沉積入射端金屬電極；

4）在n型外延層上再通過溶液外延的方法生長另外一層外延層，在前驅液中調控摻雜金屬鹽濃度，獲得重摻雜特性；

5）在重摻雜n型外延層上，采用溶液外延法分別生長高阻的寬帶隙鈣鈦礦倍增層和窄帶隙鈣鈦礦倍增層；

6）在窄帶隙鈣鈦礦倍增層上，采用真空蒸鍍的方法制備出射面電極。