[发明专利]高纯锗探测器

说明书

本发明公开了一种高纯锗探测器，该高纯锗探测器包括：高纯锗晶体，所述高纯锗晶体具有本征区裸露表面；第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极分别与高纯锗晶体的第一接触极和第二接触极相连；和导电保护环，所述导电保护环设置在所述本征区裸露表面中且环绕所述第一电极以将本征区裸露表面阻隔成内区域和外区域。该高纯锗探测器能够通过在高纯锗探测器的本征区裸露表面中设置导电保护环来将该表面的漏电流与检测电流隔离开从而抑制表面漏电流的干扰。

本申请是2013年12月27日向国家知识产权局递交的申请号为201310741367.4、发明创造名称为“高纯锗探测器”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体辐射探测器领域，尤其涉及一种高纯锗探测器。

背景技术

随着半导体制备技术的不断提高，基于大体积、良好性能的高纯锗(HPGe)单晶拉制成功，从而使HPGe探测器具备了良好的能量分辨和相对高的探测效率。高纯锗探测器可以用于γ射线测量、X射线测量、暗物质探测以及辐射成像技术等，并且在衰变纲图研究、内转换系数测定、核反应、短寿命核测量、活化分析、核燃料研究、井矿探测、原子核精细结构研究和暗物质探测等方面获得了极广泛的应用。

探测器本身的噪声是影响HPGe探测器的能量分辨率的关键因素之一。HPGe探测器本身的噪声主要来源于反向泄漏电流，它直接影响探测器的能量分辨率和灵敏度。另外，它也是鉴定工艺、判别成品好坏的一种简便方法。一般情况下，一个好的HPGe探测器的反向泄漏电流应该小于10pA。然而，使反向泄漏电流减小到这个水平并非易事。许多从事探测器研究的工作者围绕减小反向泄漏电流的课题展开了大量研究。

反向泄漏电流的来源有三个：体漏电流、扩散漏电流、表面漏电流。

具体地说，体漏电流是热激发生成的电子空穴引起的电流。由于HPGe晶体的能带间隙小，所以为了提高分辨率，在实际测量时，HPGe探测器会被制冷到70K至100K温区。在该温区中，体漏电流可以忽略不计。

扩散漏电流是掺杂接触引起的电流。在少数载流子寿命很长的情况下，扩散漏电流不随反向电压变化，因此这一部分漏电流也可以忽略不计。

表面漏电流是与HPGe晶体封装处理的表面状态有关的电流。它是在表面层产生的。一般情况下，表面漏电流随反向电压增加而增大，因此表面漏电流是不能忽略的，它是探测器的泄漏电流的主要来源。

在减小探测器的表面漏电流的现有技术中，一种最直接、最重要的方案是表面清洁，即，采用大量的复杂的工序对理想的表面进行清洁，以便严格地保证表面为高阻的状态。然而，即使事先做了最苛刻的清洁工作，由于晶格在晶体表面处突然终止，所以在表面的最外层的每个锗原子仍然将有一个未配对的电子，也就是有一个未饱和键。由于这些未饱和键的存在，所以在实际晶体表面上往往会形成微氧化膜或吸附着其他原子或分子。这导致表面情况变得复杂。还应指出的是，有研究表明，即使在高真空中，也只能在短时间内保持不附着任何原子或分子的洁净表面。经过数小时之后，表面上仍然会形成一层单原子层。除了上述表面悬挂键引起的表面态外，在表面处还存在由于晶体缺陷或吸附各种带电粒子等原因而引起的表面态。诸如吸附的各种粒子、表面的氧化层中的可动离子、固定电荷和陷阱等都可能引起HPGe半导体表面电阻的减小，或者在表面层中产生电场。这些因素将会对半导体表面的特征产生重大影响，尤其是会增大表面漏电流，导致分辨率降低和假信号。

另一种减小探测器的表面漏电流的技术是表面钝化技术，即，在已清洁好的HPGe半导体表面再沉积一层对带电粒子有阻挡作用的钝化膜，诸如非晶锗、氧化锗或二氧化锗膜等。钝化技术在控制表面漏电流方面起到了积极的作用，然而也存在一些缺点：首先是死层增加，在一些应用中死层增加到几百微米；其次是非晶态锗或氧化锗膜的沉积接触的加工也比较困难，需要很复杂的处理工艺。

因此，期望能够提供一种工艺简单、稳定有效的抑制HPGe表面漏电流的技术方案。

发明内容