[实用新型]一种螺旋环电极硅阵列探测器

说明书

本实用新型公开了一种螺旋环电极硅阵列探测器，涉及辐射探测技术领域，其螺旋环电极面积远小于传统的整面电极面积，漏电流和电容更小，噪声小能量分辨率高；根据现有工艺，像素可以做到微纳级别，位置分辨率很高；探测器可以灵活设置加压方式，螺旋环的设计使得该电极有足够的空间来作为读出电极或者施加偏置电压，具体方案为：包括柱形基体，基体顶面上设有掺杂形成的螺旋环电极和中央电极共同构成的阴极，中央电极位于螺旋环电极正中，螺旋环电极环绕于中央电极之外，螺旋环电极的螺旋环数量为K，K为正整数，基体底面为掺杂形成的阳极；基体顶面电极上设有电极接触层，在没有电极接触层的地方覆盖有SiO₂，基体底面整面电极设有电极接触层。

技术领域

本实用新型涉及辐射探测技术领域，更具体地说，它涉及一种螺旋环电极硅阵列探测器。

背景技术

探测器主要用于高能物理、天体物理等，硅探测器探测灵敏度高、响应速度快、具有很强的抗辐照能力，并且易于集成，在高能粒子探测与X光检测等领域有重要应用价值。

硅探测器是在反向偏压下工作的，当外部粒子入射到探测器内部的灵敏区时，在外加电压作用下产生电子-空穴对，正极收集漂移到正极的电子，而空穴会向负极运动被负极收集，然后向外部电路输出反映粒子信息的电信号。

像素探测器是通过像素单元有序阵列而成，其基本原理和很多其他类型的探测器原理一样是PN结或者PIN结。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，当有带电粒子入射进入灵敏区时会产生电子-空穴对，在外加电场作用下向正负两极作漂移运动，被两极收集后通过外端集成电路对反馈的电流信号进行处理后，可以得到有关入射粒子的能量、位置、运动轨迹等信息。

相比于其他类型探测器像素探测器的制作技术逐渐成熟并且在制作工艺上相较于其它复杂结构的探测器(例如硅漂移室探测器、三维柱状探测器等)更为容易，也有相对低成本，仍然在工作中保持有比较突出的性能，这使得像素探测器在应用上更为广泛，并且在选择适当的耗尽层厚度后，可获得的输出电流较大、灵敏度较高、频率响应特性也较好，位置的分辨率也较高。

在硅探测器中的一个敏感因素是电容的大小，因为电容会直接影响到在探测器工作时的噪声与串扰。传统像素硅探测器的整个平面的阳极、阴极均被金属电极覆盖，虽然三角形与正方形形状的阵列使得电极排列非常有序，但是这种探测器有效电极面积会很大，而大的电极面积又会导致探测器有较大电容。电容太大对探测器是不利的，电容越大会增加漏电流和更多的噪声，最终降低了探测器的能量分辨率。因此提高硅探测器性能的主要研究方向之一就是减小电容。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种螺旋环电极硅阵列探测器，对比传统像素探测器，其螺旋环电极面积远小于传统的整面电极面积，漏电流和电容更小，噪声小能量分辨率高；根据现有工艺，像素可以做到微纳级别，位置分辨率很高；探测器可以灵活设置加压方式，螺旋环的设计使得该电极有足够的空间来作为读出电极或者施加偏置电压。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种螺旋环电极硅阵列探测器，包括柱形基体，基体顶面上设有掺杂形成的螺旋环电极和中央电极共同构成的阴极，中央电极位于螺旋环电极正中，螺旋环电极环绕于中央电极之外，螺旋环电极的螺旋环数量为K，K为正整数，基体底面为掺杂形成的阳极；基体顶面电极上设有电极接触层，在没有电极接触层的地方覆盖有SiO₂，基体底面整面电极设有电极接触层。

在上述方案中，当K值越小，则整个螺旋环电极所需要的的面积就越小，但是就需要更高的电压，且耗尽效果更差；故针对不同的情形，需对K值进行取舍性选择。

作为一种优选方案，螺旋环电极为圆形螺旋环形、方形螺旋环形或正多边形螺旋环形；柱形基体为圆柱形、方柱形或正多边柱形。

在上述优选方案中，螺旋环电极的形状和柱形基体可以任意组合，均可实现探测的目的。