[发明专利]一种单面阴极为螺旋环结构的硅像素探测器及其阵列

说明书

本发明公开了一种单面阴极为螺旋环结构的硅像素探测器及其阵列，包括N型高阻硅衬底，N型高阻硅衬底的顶面上生成有SiO₂氧化层，SiO₂氧化层上经刻蚀、离子注入形成有P+重掺杂阴极螺旋环结构，P+重掺杂阴极螺旋环结构为平面螺旋环结构，且P+重掺杂阴极螺旋环结构的中心位置设置有与其连接的收集阴极，N型高阻硅衬底的底面经刻蚀、离子注入形成有n+重掺杂离子注入层。P+重掺杂阴极螺旋环结构以收集阴极作为起始位置逆时针呈方形或多边形向外螺旋延伸至SiO₂氧化层的任意一侧边缘。单面阴极为螺旋环结构的硅像素探测器组成单面阴极为螺旋环结构的硅像素探测器阵列。减小了探测器的有效工作面积，保证探测器低电容的优势。

技术领域

本发明属于辐射探测技术领域，涉及一种单面阴极为螺旋环结构的硅像素探测器及其阵列。

背景技术

硅像素探测器(Silicon Pixel Detector)是为原子物理、核物理和基本粒子物理而开发。现在，硅像素探测器已广泛用于深太空探测，医学成像，高能物理中的粒子轨迹探测，食品安全检测以及用于国家安全的辐射源探测等领域。

硅像素探测器是一个以硅为探测材料的粒子径迹探测器，用于探测轨迹及确定高能粒子能量的器件。这些高能粒子包括产生于核衰退，宇宙线辐射，产生于加速器相互作用中的粒子。为了探测辐射，探测器必须与物质相互作用，而且要记录此相互作用。硅像素探测器就是通过像素单元有序阵列而成，每个像素探测器的单元都由起传感作用的灵敏区和外端电子读出部分构成，当有小电离粒子入射灵敏区时会产生电子-空穴对，在外电场作用下向两极漂移，然后通过外端的集成电路对电流信号进行处理，获得入射粒子的能量、位置等信息。以其响应速度快、灵敏度高、易于集成等优异的性能，在X光检测与高能粒子探测等领域有广泛的应用。

随着科学技术的不断进步，新的探测器不断的被研制出来并应用于各行各业。但是像素探测器从未离开粒子探测的第一线——最靠近对撞中心，位置分辨率最高，设计最精密。像素探测器以其优异的空间分辨率和迅速的时间响应能力重新代表了粒子探测器领域的最前沿。因为像素探测器最靠近粒子对撞点，需要它有很强的抗辐射能力。像素探测器结构精细，面临诸多的挑战，它的设计和制造复杂而先进。由于一个像素探测器是由数千个像素单元阵列组成，导致探测器盲区、死区以及噪声成倍增大，从而使得探测器的有效工作区域及探测器的信噪比减小。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种单面阴极为螺旋环结构的硅像素探测器及其阵列，以解决现有探测器的有效面积较大导致探测器噪声较大、信噪比降低的问题。

本发明实施例所采用的技术方案是，一种单面阴极为螺旋环结构的硅像素探测器，包括N型高阻硅衬底，N型高阻硅衬底的顶面上生成有SiO₂氧化层，SiO₂氧化层上经刻蚀、离子注入形成有P+重掺杂阴极螺旋环结构，P+重掺杂阴极螺旋环结构为平面螺旋环结构，且P+重掺杂阴极螺旋环结构的中心位置设置有与其连接的收集阴极，N型高阻硅衬底的底面经刻蚀、离子注入形成有n+重掺杂离子注入层。

进一步的，所述收集阴极通过在N型高阻硅衬底顶面的SiO₂氧化层的中心位置内刻蚀、离子注入形成P+重掺杂离子注入层，并在P+重掺杂离子注入层上方全刻蚀形成全刻蚀区域后镀膜形成阴极螺旋环中心镀铝层而成；

所述P+重掺杂离子注入层与P+重掺杂阴极螺旋环结构的起始端连接，所述阴极螺旋环中心镀铝层底部与P+重掺杂离子注入层接触。

进一步的，所述收集阴极为方形结构，其尺寸为15μm×15μm。

进一步的，所述P+重掺杂阴极螺旋环结构以收集阴极作为起始位置，并由其起始位置开始逆时针呈方形或多边形向外螺旋延伸至SiO₂氧化层的任意一侧边缘位置。

进一步的，所述n+重掺杂离子注入层上镀设有阳极铝层。