[发明专利]大面积螺旋状圆柱形双面硅漂移探测器及其设计方法

权利要求书

1.一种大面积螺旋状圆柱形双面硅漂移探测器的设计方法，其特征在于，所述大面积螺旋状圆柱形双面硅漂移探测器的设计方法，包括以下步骤：

(1)确定硅漂移探测器前后表面的电势：

圆柱形双面硅漂移探测器的内部漂移电场与探测器的上下两个表面电势分布有关，圆柱形双面硅漂移探测器内部的任何一点(r,x,θ)的负电势应满足以下条件：

其中，x为探测器厚度方向的坐标，r为沿着圆柱形半径方向的坐标，θ为角坐标，这样泊松方程可以简化为以下形式：

其中N_eff是SDD的有效掺杂浓度，方程(2)的解即为：

其中，V_fd＝qNDd²/2ε₀ε为全耗尽电压，d是SDD的厚度，Φ(r)和Ψ(r)分别是前后表面的电势(x＝0和x＝d)：

Φ(r)＝φ(r,x＝0)andΨ(r)＝φ(r,x＝d)。

(2)拟采用数学变分法计算载流子在硅漂移探测器中漂移时从点S₁到点S₂的最佳漂移路径：

假定反面的电压分布与正面的电压分布是成正比的，有：

Ψ(r)＝V_B+γΦ(r) (0≤γ＜1) (5)

进而可得到最佳的漂移路径；

(3)确定最佳漂移路径的常数漂移电场：满足沿着最佳漂移路径上的电场为一常数，即E_dr,r(r,x_ch(r))＝E_dr,r，而得到的常数漂移电场的表面电势分布须由如下方程确定：

其对应的表面电场分布为：

V_fd为全耗尽电压，分析可知，常数漂移电场完全由所加的电压决定：

(4)计算硅漂移探测器螺旋形状的阴极的宽度分布：对于一个螺旋间距的特例，即间距p(r)与成正比：

其中p₁是第一圈的间距，r₁是第一圈的半径，它们可以在设计时确定，在这种情况下，硅漂移探测器螺旋形状的阴极可由以下方程确定：

其中是螺旋旋转时连续增加的旋转角度；硅漂移探测器螺旋形状的阴极的宽度分布为：

其中，ρ_s是螺旋形状阴极离子注入层的方块电阻，I是螺旋形状阴极的总电流，α是由螺旋阴极的几何形状决定的，螺旋形状为近圆形。

2.一种通过权利要求1所述的大面积螺旋状圆柱形双面硅漂移探测器的设计方法设计的大面积螺旋状圆柱形双面硅漂移探测器，其特征在于，所述大面积螺旋状圆柱形双面硅漂移探测器包括：正面阳极电极、正面阴极电极第一环、正面阴极电极最外环、硅体、反面阴极电极第一环、反面的阴极电极最后一环。

正面阳极电极，为重掺杂的N型半导体硅；正面阴极电极第一环，为重掺杂的P型半导体硅，形状为圆形的螺旋状；正面阴极电极最外环；硅体，为轻掺杂的N型半导体硅；反面阴极电极第一环，为重掺杂的P型半导体硅，形状为圆形的螺旋状；反面的阴极电极最后一环，为重掺杂的P型半导体硅，形状为圆形的螺旋状。