[发明专利]三维沟槽硅电极探测器及其制备方法

权利要求书

1.三维沟槽硅电极探测器，其特征在于，由数个探测单元拼接而成，所述探测单元包括横截面为四边形的二氧化硅保护层(5)，二氧化硅保护层(5)上设有中空的直四棱柱状的外围电极(1)，二氧化硅保护层(5)上和外围电极(1)内设置有硅基体和中心电极(2)，所述硅基体包括基体部分(6)和嵌套部分(3)，基体部分(6)的横截面尺寸与二氧化硅保护层(5)的横截面相同，所述嵌套部分(3)内嵌在外围电极(1)内且位于基体部分(6)上，所述中心电极(2)与外围电极(1)之间、嵌套部分(3)与外围电极(1)之间均填充隔离体(7)，所述外围电极(1)、中心电极(2)和隔离体(7)顶部均设有电极接触铝层(4)，其中外围电极(1)和中心电极(2)两个电极接触铝层(4)上均设有电极接触端口。

2.根据权利要求1所述的三维沟槽硅电极探测器，其特征在于，所述外围电极(1)是p⁺重掺杂硼硅/n⁺重掺杂磷硅，掺杂浓度为10¹⁸～5×10¹⁹cm^-3；所述基体部分(6)是P型轻掺杂硼硅，其掺杂浓度为10¹²～10¹⁴cm^-3。

3.根据权利要求1所述的三维沟槽硅电极探测器，其特征在于，所述探测器的高度为300-500μm；二氧化硅保护层(5)厚度为1μm；基体部分(6)的高度为20-50μm；嵌套部分(3)高度为30-50μm，且嵌套部分(3)的高度是探测器高度的10％；外围电极(1)的电极宽度为10μm；中心电极(2)的电极直径是10μm；隔离体(7)是二维光催化材料ZnO/C₂N异质结，其宽度是50μm。

4.根据权利要求1所述的三维沟槽硅电极探测器，其特征在于，所述探测器顶部呈棋格状凸起，其中凸起部分以及每个凸起位置的四个侧面均为正方形，正方形凸起的每个侧面的尺寸为10×10μm。

5.根据权利要求1所述的三维沟槽硅电极探测器，其特征在于，所述隔离体(7)是二维光催化材料ZnO/C₂N异质结，ZnO/C₂N异质结由5×5ZnO超晶胞和2×2C₂N超晶胞组成。

6.根据权利要求5所述的三维沟槽硅电极探测器，其特征在于，通过固定C₂N平移ZnO到高对称位置的手段来构建ZnO/C₂N异质结。

7.一种三维沟槽硅电极探测器的制备方法，其特征在于，包括：

S1，氧化：将氧化炉清洗干净，取出芯片垂直放入石英石，在1000℃条件下，使氧气与硅经过化学反应生成氧化硅；

S2，标记和光刻：将芯片匀胶后放在光刻机下不断微调使得芯片上的标记与掩膜版上的标记精准吻合；将对准的芯片用紫外线曝光，最后将探测器图案转移至芯片上，通过显影价格探测器图案显现出来；

S3，电极制备：在20℃的环境条件下，用ICP刻蚀工艺在芯片表面刻蚀出中空的沟槽，刻蚀深度为探测器高度的80％-90％，将杂质气体加入SiH₄气体，使混合气体在沟槽中化学沉积，不断扩散填满沟槽形成电极，电极包括中心电极(2)和外围电极(1)；在芯片另外一面刻蚀嵌套部分(3)并制备电极，其中嵌套部分(3)的刻蚀深度为探测器高度的10％；

S4，退火：将芯片放入退火炉，在600℃干燥的氮气环境下退火30分钟；

S5，电极金属化：在电极表面镀金属以便后续加压；

S6，封装：在芯片上划出探测器单元或阵列，用金属线把探测器上的电极点和外部管脚焊接起来，最后用塑料管壳密封包装。

8.根据权利要求7所述的三维沟槽硅电极探测器的制备方法，其特征在于，所述S1中，干法氧化为Si+O₂＝SiO₂，湿法氧化为Si+2H₂O＝SiO₂+2H₂，加入少量的氯化氢以及三氯乙烯作为杂质的吸附中心。