[实用新型]硅三维沟槽电极探测器

说明书

本实用新型公开了一种硅三维沟槽电极探测器，其结构包括二氧化硅保护层，所述二氧化硅保护层上依次设有硅基体和外围电极，所述外围电极为中空的直六棱柱状，所述硅基体包括基体部分和嵌套部分，所述基体部分的横截面尺寸与二氧化硅保护层的相同，所述嵌套部分的一半横截面尺寸与二氧化硅保护层的相同，另一半为半腰圆形，内嵌在外围电极内，所述外围电极内还设有中心电极，外围电极与中心电极间、外围电极与嵌套部分间填充有隔离硅体；本实用新型的内部电势分布均匀，响应时间短，电荷收集效率、抗辐射性能均有所提高。

技术领域

本实用新型属于高能物理及天体物理技术领域，涉及一种硅三维沟槽电极探测器。

背景技术

基于科研人员对探测器的研究与设计，硅探测器的类型逐渐趋于多样化，现有的硅探测器可根据工艺方法分为二维硅探测器和三维硅探测器，基于二维平面的二维硅探测器有硅微条探测器、硅像素探测器和硅漂移探测器，其中硅微条探测器、硅像素探测器具有优异的位置分辨率，但耐辐射性能较差；硅漂移探测器因收集阳极面积小，具有优异的能量分辨率，但由于其结构设计的复杂性，其并不具备位置分辨率，且设计难度较大；基于三维深度刻蚀工艺的三维硅探测器有三维柱状电极硅探测器、三维沟槽电极硅探测器，此类硅探测器相较于二维硅探测器，采用深度刻蚀工艺将晶圆贯穿，再将外延生长与粒子注入技术相结合，将电极间距与晶圆厚度有效分离，形成重掺杂的N型或P型柱状电极，大大提升了硅探测器的抗辐照性能；但是受制备工艺的限制，沟槽电极不能贯穿刻蚀在隔离硅体外侧，其底部大多设有厚度为30～50μm的硅基体，导致探测器内死区面积较大，电荷收集效率和抗辐射性能等较低。

实用新型内容

为了达到上述目的，本实用新型提供一种硅三维沟槽电极探测器，其底部的基体部分尺寸较小，使得死区面积较小，探测器内部电势分布均匀，响应时间短，电荷收集效率、抗辐射性能均有所提高。

本实用新型所采用的技术方案是，硅三维沟槽电极探测器，包括横截面为六边形的二氧化硅保护层，所述二氧化硅保护层上依次设有硅基体和外围电极，所述外围电极为中空的直六棱柱状，所述硅基体包括基体部分和嵌套部分，所述基体部分设在二氧化硅保护层与外围电极之间，其横截面尺寸、外围电极的横截面尺寸均与二氧化硅保护层的横截面尺寸一致，所述嵌套部分的一半横截面尺寸与外围电极的横截面一致，另一半横截面为腰圆形的一半，内嵌在外围电极内；

所述外围电极内的二氧化硅保护层上还设有中心电极，所述外围电极与中心电极中间、外围电极与嵌套部分之间均填充有隔离硅体，所述隔离硅体、中心电极和外围电极的高度一致；

所述中心电极、外围电极顶部均设有铝层，两个所述铝层上均设有电极接触端口，所述隔离硅体顶部设有二氧化硅保护层。

进一步的，所述隔离硅体、中心电极、外围电极的高度均为300μm，所述基体部分的高度为10μm，所述嵌套部分的高度为20μm，所述铝层和二氧化硅保护层的厚度均为1μm；

所述外围电极和中心电极的厚度均为10μm，所述中心电极横截面的长度为117μm，所述隔离硅体的厚度为50μm。

进一步的，所述隔离硅体为P型轻掺杂硼硅，所述外围电极为N型重掺杂磷硅，所述中心电极为P型重掺杂硼硅，所述基体部分为P型轻掺杂硼硅，所述嵌套部分为N型重掺杂磷硅。

进一步的，所述隔离硅体的掺杂浓度为10¹⁴cm^-3，所述外围电极、中心电极、嵌套部分的掺杂浓度均为10¹⁸～5×10¹⁹cm^-3。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在基体部分上设置嵌套部分，对外围电极进行支撑，避免工艺限制导致的外围电极崩塌，减小了基体部分的高度，进而缩小了死区的面积，使探测器内部电势分布均匀，响应时间缩短，探测器的电荷收集效率、抗辐射能力和灵敏度提高。

附图说明