[实用新型]一种圆形开阖式盒型电极半导体探测器

说明书

技术领域

本实用新型涉及高能物理，天体物理，航空航天，军事，医学等技术领域的半导体探测器领域，特别涉及一种圆形开阖式盒型电极半导体探测器。

背景技术

半导体探测器主要应用于高能物理、天体物理等领域，具有高能量分辨率、高灵敏度、响应时间快、抗辐照能力强等特点，且易于集成，在X射线、高能粒子探测等领域有显著应用价值。在高能物理和天体物理等领域，探测器处于强辐射条件下工作，对半导体探测器能量分辨率响应速度等要求高，且具有低漏电流及低全耗尽电压，对于其体积大小等有不同要求。

半导体探测器在反向偏压下工作，当粒子射入探测器灵敏区时，在反向偏压下，产生电子-空穴对，其中电子对向正极运动，到达正极后被收集，空穴对向负极运动，被负极收集，在外部读出电路中形成电信号等。

相对于传统“三维柱状电极半导体探测器”，美国布鲁克海文实验室最新提出的“三维沟槽电极半导体探测器”克服了电势分布及电场分布的“鞍点”，使电场分布更加均匀。然而，“三维沟槽电极半导体探测器”因设计的局限性，工艺上为形成衬底，在电极刻蚀时不能完全贯穿整个半导体，未刻蚀的部分电场分布较弱，电荷分布不均匀，探测效率低，对探测器的性能影响大。我们称这部分为“死区”，“死区”在单个探测器单元中占20％-30％。若做成列阵，则会占据更大的比例。而且，“三维沟槽电极半导体探测器”工作时，粒子仅能单面入射，会降低探测效率。

因此，提供一种圆形开阖式盒型电极半导体探测器，解决上述现有技术存在的问题。

实用新型内容

为解决上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种圆形开阖式盒型电极半导体探测器。优化结构类型，消除死区，优化单面刻蚀工艺为贯穿刻蚀工艺，工作时，粒子可双面入射，反应更灵敏，探测效率更高。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种圆形开阖式盒型电极半导体探测器，该圆形开阖式盒型电极半导体探测器，由半导体基体1，及半导体基体1刻蚀而成的沟槽电极2和中央柱状电极3嵌套构成，沟槽电极2为圆柱形框中空电极，沟槽电极2刻蚀成结构相似且结构上互为呼应的几瓣；沟槽电极2的两对侧有斜纹状实体缝隙，沟槽电极2及中央柱状电极3为中空电极，经刻蚀之后再进行离子扩散形成，半导体基体1采用轻掺杂硅，沟槽电极2及中央柱状电极3采用重掺杂硅，其中，沟槽电极2与中央柱状电极3的P/N型相反，所述圆形开阖式盒型电极半导体探测器顶面的沟槽电极2和中央柱状电极3上覆盖有电极接触层4，顶面未覆盖电极接触层4的其他半导体基体1表面覆盖二氧化硅绝缘层5，底面设置有二氧化硅衬底层6。

进一步的，所述沟槽电极2和中央柱状电极3由半导体基体1通过贯穿刻蚀、扩散掺杂的方法制备形成；探测器是一个PIN结：P型半导体-绝缘层-N型半导体形，其中，重掺杂的P/N型半导体硅的电阻率与轻掺杂的P/N半导体硅不同，在半导体基体上进行刻蚀，形成沟槽电极2和中央柱状电极3，然后沟槽电极2采用N型硅重掺杂，中央柱状电极3采用P型硅重掺杂，半导体基体1采用P型轻掺杂。

进一步的，所述探测器厚度即电极高度为100-300微米。

进一步的，所述探测器厚度为150微米。

进一步的，所述探测器圆形半径为5-100微米。

进一步的，中央柱状电极3和沟槽电极2宽度均为5-10微米。

进一步的，沟槽电极2刻蚀成结构相似且结构上成中心对称的两瓣，其中间形成缝隙，缝隙是在平行线段与嵌套圆柱相切的基础上，以突出一侧的尖端为圆心，半径为电极宽度0.5至0.7倍做圆，刻蚀掉相切部分外的半导体基体，从而留下的半导体基体；

以探测器半径为R，电极宽度为r，缝隙宽度为g，则存在，相对突出一侧尖端缝隙边缘与圆周夹角θ满足α≥90-θ；

sinα＝(R-r/2-g/2)/R。

进一步的，所述电极接触层4为铝电极接触层；所述电极接触层厚度为1微米，所述二氧化硅衬底层厚度为1微米，所述二氧化硅绝缘层5厚度为1微米。

进一步的，所述圆形开阖式盒型电极半导体探测器通过共用沟槽电极2的电极壁能拼合组成M*N阵列探测器，其中M,N均为正整数。单个圆形晶格中两个缝隙与圆心的连线与其他晶格两个缝隙与圆心的连线均平行。

进一步的，所述半导体基体1的半导体材料采用Si、Ge、HgI₂、GaAs、TiBr、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI₂和AlSb中的一种或多种的组合。