[发明专利]基于隧穿氧化层的键合硅PIN辐射响应探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于隧穿氧化层的键合硅PIN辐射响应探测器及其制备方法。该探测器包括键合在一起的探测层硅片和收集层硅片，以及二者之间的超薄二氧化硅层，其中：所述探测层硅片的正面有掺杂形成的P⁺区，所述P⁺区之外的硅表面覆盖有二氧化硅层，所述P⁺区上面覆盖有薄金属层，该薄金属层边缘具有场板结构；所述收集层硅片的背面全部为掺杂形成的N⁺区；所述N⁺区表面覆盖有厚金属层。本发明的辐射响应探测器可用于核辐射领域的超快响应测量，在辐射防护、空间监测等领域有着重要应用。

技术领域

本发明涉及硅PIN辐射响应探测器，特别涉及一种基于隧穿氧化层的键合硅PIN辐射响应探测器及其制备方法，可应用于核辐射探测领域的超快响应测量。

背景技术

随着核科学技术的发展，科学研究对脉冲辐射测量的需求不断增加，在辐射防护、航空航天、空间监测等领域有着重要的应用。与稳态、亚稳态辐射场相比，脉冲辐射场具有辐射强度大、辐射发生时间短、产生粒子种类多等特点。对于这种辐射发生时间很短的瞬态过程，难以再使用传统的脉冲计数方法来研究个体粒子的行为特征，而是需要通过电流型探测器测量其群体行为特征，获取被测辐射场的脉冲形状、辐射源强度等基本信息。

与其他辐射响应探测器相比，硅PIN辐射响应探测器具有体积小、结构简单、灵敏度高、响应时间快、抗辐照性能强、真空性能稳定等特点。它是通过收集辐射粒子射入探测器后产生的瞬间脉冲电流信号来对被测辐射场产生响应信息的，在脉冲辐射场的测量与诊断等核物理研究中有重要价值。

当辐射粒子入射到PIN辐射响应探测器中后，由于辐射能量大于探测器材料的禁带宽度，会在探测器的空间电荷区内产生大量非平衡载流子，这些电子空穴对在内建电场和外加反向偏压的作用下定向移动，在被分别收集到探测器两侧的过程中产生脉冲电流。若要提高探测器对辐射的响应速度，即减小输出脉冲电流的上升时间，一是可以减小PIN探测器中的本征区，减小载流子被收集时需要经过的距离，二是可以增大探测器上施加的反向偏压，使载流子达到更大的漂移速度，实现更快的被收集。

减薄PIN探测器的本征区最直接的办法是研磨硅片减薄至所需厚度，但由于这样的薄片在制造过程中极容易碎，导致无法正常制造出成品率高的探测器。为了增强探测器的机械性能，我们一般选择与衬底硅片键合后减薄的方法，但在这种方法中由于衬底层硅片和器件层硅片之间晶格的不连续性，当反向偏压达到一定程度使耗尽区边界接近键合界面处时，漏电流急剧增大。这样就造成了本征层越薄，能施加的反向偏压越小的矛盾。因此为了解决这一问题，制备出超快响应的辐射探测器，我们有必要开发出一种新的辐射响应探测器的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有半导体探测技术在快速辐射响应探测上的不足，提供一种响应速度较快，制备工艺简单的高性能辐射响应探测器及其制作方法，使得经此方法制备的辐射响应探测器具有漏电流小、响应速度快、成品率高、机械性能好等优点。这种基于隧穿氧化层的键合硅PIN辐射响应探测器可应用于核辐射探测领域的超快响应测量。

本发明的目的可通过下述技术方案来实现：

一种基于隧穿氧化层的键合硅PIN辐射响应探测器，包括键合在一起的探测层硅片和收集层硅片，以及二者之间的超薄二氧化硅层，其中：所述探测层硅片的正面有掺杂形成的P⁺区，所述P⁺区之外的硅表面覆盖有二氧化硅层，所述P⁺区上面覆盖有薄金属层，该薄金属层边缘具有场板结构；所述收集层硅片的背面全部为掺杂形成的N⁺区；所述N⁺区表面覆盖有厚金属层。