[发明专利]大面积螺旋状圆柱形双面硅漂移探测器及其设计方法

摘要

本发明属于深空探测技术领域，公开了一种大面积螺旋状圆柱形双面硅漂移探测器及其设计方法，大面积螺旋状圆柱形双面硅漂移探测器设计方法包括以下步骤：确定硅漂移探测器前后表面的电势；拟采用数学变分法计算载流子在硅漂移探测器中漂移时从点S1到点S2的最佳漂移路径；确定最佳漂移路径的常数漂移电场；计算硅漂移探测器螺旋形状的阴极的宽度分布。本发明通过对SDD载流子漂移行为规律与重掺杂电极生长的分析，从新结构、新型工艺集成设计与光的粒子性理论计算方法入手，设计具有双面相关的既保持均匀电子漂移电场又提供平滑漂移轨迹的双面电极，建立强度在0.5～15keV软X射线粒子的高能量分辨率、高效收集SDD的创新设计制作方式。

主权项

1.一种大面积螺旋状圆柱形双面硅漂移探测器的设计方法，其特征在于，所述大面积螺旋状圆柱形双面硅漂移探测器的设计方法，包括以下步骤：(1)确定硅漂移探测器前后表面的电势：圆柱形双面硅漂移探测器的内部漂移电场与探测器的上下两个表面电势分布有关，圆柱形双面硅漂移探测器内部的任何一点(r,x,θ)的负电势应满足以下条件：其中，x为探测器厚度方向的坐标，r为沿着圆柱形半径方向的坐标，θ为角坐标，这样泊松方程可以简化为以下形式：其中Neff是SDD的有效掺杂浓度，方程(2)的解即为：其中，Vfd＝qNDd2/2ε0ε为全耗尽电压，d是SDD的厚度，Φ(r)和Ψ(r)分别是前后表面的电势(x＝0和x＝d)：Φ(r)＝φ(r,x＝0)andΨ(r)＝φ(r,x＝d)。(2)拟采用数学变分法计算载流子在硅漂移探测器中漂移时从点S1到点S2的最佳漂移路径：假定反面的电压分布与正面的电压分布是成正比的，有：Ψ(r)＝VB+γΦ(r) (0≤γ＜1)   (5)进而可得到最佳的漂移路径；(3)确定最佳漂移路径的常数漂移电场：满足沿着最佳漂移路径上的电场为一常数，即Edr,r(r,xch(r))＝Edr,r，而得到的常数漂移电场的表面电势分布须由如下方程确定：其对应的表面电场分布为：Vfd为全耗尽电压，分析可知，常数漂移电场完全由所加的电压决定：(4)计算硅漂移探测器螺旋形状的阴极的宽度分布：对于一个螺旋间距的特例，即间距p(r)与成正比：其中p1是第一圈的间距，r1是第一圈的半径，它们可以在设计时确定，在这种情况下，硅漂移探测器螺旋形状的阴极可由以下方程确定：其中是螺旋旋转时连续增加的旋转角度；硅漂移探测器螺旋形状的阴极的宽度分布为：其中，ρs是螺旋形状阴极离子注入层的方块电阻，I是螺旋形状阴极的总电流，α是由螺旋阴极的几何形状决定的，螺旋形状为近圆形。