[实用新型]基于漂浮电极的硅像素探测器

说明书

本实用新型公开了一种基于漂浮电极的硅像素探测器，所述硅像素探测器包括长方体状的硅基体，硅基体顶面中间设有收集阴极，收集阴极外侧的硅基体顶面设有第一漂浮电极环和第二漂浮电极环，收集阴极顶面设有金属铝，收集阴极外侧的硅基体顶面、第一漂浮电极环顶面和第二漂浮电极环顶面均设有二氧化硅层，硅基体底面依次设有阳极层和金属铝；所述硅像素探测器内部的电势分布均匀，死区面积小，电荷收集效率和探测效率较高，收集阴极的表面积较小，硅像素探测器的输入电容降低、噪声减小，分辨率较高。

技术领域

本实用新型属于光电探测器技术领域，涉及一种基于漂浮电极的硅像素探测器。

背景技术

目前半导体探测器主要用于高能核物理、航空航天、军事、医药、脉冲星导航等技术领域，传统硅像素探测器的单元体积较大，有效电极面积与像素单元的上表面积一致，而有效电极面积较大会相应增大探测单元的输入电容，进而增大探测单元的有效串联噪声、降低信噪比，降低硅像素探测器的能量分辨率，同时探测单元体积较大的传统硅像素探测器不易设计成阵列，位置分辨率较低，响应时间较长。

实用新型内容

为了达到上述目的，本实用新型提供一种基于漂浮电极的硅像素探测器，本实用新型的收集阴极面积较小，漏电流、电容较低，信噪比较高，电荷收集效率、能量分辨率和位置分辨率提高，响应时间缩短。

本实用新型所采用的技术方案是，基于漂浮电极的硅像素探测器，包括长方体状的硅基体，硅基体顶面中间设有正方形的收集阴极，收集阴极周围的硅基体顶面设有第一漂浮电极环和第二漂浮电极环，收集阴极、第一漂浮电极环和第二漂浮电极环的中心相同，收集阴极顶面设有金属铝，金属铝周围的硅基体顶面、第一漂浮电极环顶面、第二漂浮电极环顶面均设有二氧化硅层，硅基体底面依次设有阳极层和金属铝；

所述第一漂浮电极环和第二漂浮电极环的宽度相同，所述收集阴极与第一漂浮电极环之间、第一漂浮电极环和第二漂浮电极环之间的间距相同。

进一步的，所述硅基体的长×宽×高为80μm×80μm×300μm，收集阴极的顶面边长为15μm，第一漂浮电极环与第二漂浮电极环的宽度均为10μm，收集阴极与第一漂浮电极环的间距、第一漂浮电极环与第二漂浮电极环的间距均为5μm。

进一步的，收集阴极、第一漂浮电极环、第二漂浮电极环与阳极层的厚度均为1μm，金属铝和二氧化硅层的厚度均为1μm。

进一步的，所述硅基体为N型超纯高阻硅，收集阴极、第一漂浮电极环和第二漂浮电极环均为P型重掺杂材料，阳极层为N型重掺杂材料。

进一步的，所述硅基体的掺杂浓度为2×10¹¹/cm³，所述收集阴极、第一漂浮电极环、第二漂浮电极环和阳极层的掺杂浓度均为1×10¹⁹/cm³。

基于漂浮电极的硅像素探测器的设计方法，具体包括以下步骤：

S1，根据硅基体的尺寸和掺杂浓度确定硅像素探测器单元的全耗尽电压；

硅像素探测器内任意点的电势与该点空间电荷量q的泊松方程如公式(1)所示：

公式(1)中z为某点到硅基体(5)底面的距离，0≤z≤d，r为水平面内某点到硅基体横截面中心的距离，N_eff为硅基体的有效掺杂浓度，ε₀为真空介电常数，ε为硅的介电常数，泊松方程的解为V_fd为硅像素探测器的全耗尽电压，V_fd＝qN_Dd²/2ε₀ε，N_D为硅基体的掺杂浓度，d为硅基体的厚度，ψ(r)为硅像素探测器背面的电势，Φ(r)为硅像素探测器正面的电势，

S2，确定收集阴极的尺寸；