本發(fā)明屬于高能物理及天體物理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種開合式三維溝槽電極硅探測(cè)器。

背景技術(shù)：

探測(cè)器廣泛應(yīng)用于高能物理、天體物理、航空航天、軍事、醫(yī)學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域，在高能物理及天體物理之中，探測(cè)器處于強(qiáng)輻照條件下，因此對(duì)探測(cè)器本身有嚴(yán)格的要求，要求其具有較強(qiáng)的抗輻照能力，且漏電流以及全耗盡電壓不能太大，對(duì)于其體積的大小也有不同的要求。傳統(tǒng)的“三維溝槽電極硅探測(cè)器”有許多的不足之處，首先是在進(jìn)行電極刻蝕時(shí)不能完全的貫穿整個(gè)硅體，使得探測(cè)器有一部分不能刻蝕，稱該部分為“死區(qū)”，“死區(qū)”部分的電場(chǎng)較弱，電荷分布不均勻，進(jìn)而影響探測(cè)器的性能；而且“死區(qū)”部分在單個(gè)探測(cè)器中占據(jù)20％-30％，如果是做成列陣，則會(huì)占據(jù)更大的比例。其次，傳統(tǒng)的“三維溝槽電極硅探測(cè)器”只能是在單面進(jìn)行刻蝕。最后，傳統(tǒng)的“三維溝槽電極硅探測(cè)器”在工作時(shí)，粒子也只能是單面入射。因此亟需提出一種新型的三維溝槽電極硅探測(cè)器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種開合式三維溝槽電極硅探測(cè)器，使死區(qū)面積最小，工作時(shí)粒子能夠雙面入射，反應(yīng)更為靈敏。解決了現(xiàn)有技術(shù)中三維硅探測(cè)器只能單面刻蝕，粒子只能單面入射，且存在較大死區(qū)，影響探測(cè)器探測(cè)性能的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種開合式三維溝槽電極硅探測(cè)器，在硅體上貫穿刻蝕后經(jīng)過擴(kuò)散摻雜形成開合式溝槽電極、中央電極，開合式溝槽電極環(huán)繞于中央電極之外，中央電極接負(fù)極，開合式溝槽電極接正極，開合式溝槽電極為存在開口、不連續(xù)的圓柱結(jié)構(gòu)；探測(cè)器最底端設(shè)有二氧化硅保護(hù)層。

本發(fā)明的特征還在于，進(jìn)一步的，所述中央電極為空心的圓柱形，半徑是5μm。

進(jìn)一步的，所述中央電極由鋁層和重?fù)诫s硼硅層構(gòu)成，鋁層位于最上層，厚度為1μm；重?fù)诫s硼硅層位于鋁層下面，厚度為200μm～500μm。

進(jìn)一步的，所述開合式溝槽電極為空心圓柱環(huán)，開合式溝槽電極的寬度10μm。

進(jìn)一步的，所述開合式溝槽電極由鋁層和重?fù)诫s磷硅層構(gòu)成，鋁層位于最上層，厚度為1μm；重?fù)诫s磷硅層位于鋁層下面，厚度為200μm～500μm。

進(jìn)一步的，所述硅體為p型，硅體由二氧化硅層和輕摻雜硼硅層構(gòu)成，二氧化硅層位于最上層，厚度為1μm；輕摻雜硼硅層位于二氧化硅層下面，厚度為200μm～500μm。

進(jìn)一步的，所述二氧化硅保護(hù)層厚度為1μm。

進(jìn)一步的，所述開合式溝槽電極開口的內(nèi)側(cè)弧長(zhǎng)為3μm～10μm。

本發(fā)明的有益效果是：傳統(tǒng)的“三維溝槽電極硅探測(cè)器”中，硅體中心的n+型溝槽和邊緣的p+型溝槽是不完全貫穿于整個(gè)結(jié)構(gòu)的，結(jié)構(gòu)的底部就有p型硅基體(死區(qū))，與傳統(tǒng)的“三維溝槽電極硅探測(cè)器”相比，本發(fā)明的電極完全的貫穿于硅體，減少了死區(qū)的比例，另外，以圓柱形結(jié)構(gòu)為主，相對(duì)于其它結(jié)構(gòu)具有更大的優(yōu)勢(shì)，在工作中，電場(chǎng)分布，電勢(shì)分布等更加的均勻。由于是圓柱形，兩個(gè)電極之間的距離相等，與平板電容器十分相似，得出的結(jié)果與理論值更加的接近。通過合理的尺寸設(shè)計(jì)可以使得每個(gè)單元在組合成陣列時(shí)，每個(gè)單元之間沒有間隙，從而使得死區(qū)面積更小，無電勢(shì)低區(qū)，并且每個(gè)單元是獨(dú)立的不受影響，從而有更好的探測(cè)效果。并且探測(cè)器在工作中，粒子可以從上下底面同時(shí)入射，而傳統(tǒng)的“三維溝槽電極硅探測(cè)器”只能是單面入射，從而粒子探測(cè)效率更高，反應(yīng)更靈敏。在工藝上可以雙面刻蝕，傳統(tǒng)的三維溝槽只能單面刻蝕，簡(jiǎn)化了探測(cè)器制作工藝。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是傳統(tǒng)三維溝槽電極硅探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例探測(cè)器陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中開合式溝槽電極的俯視圖。

圖中，1.中央電極，2.溝槽電極，3.硅體，4.p型硅基體，5.二氧化硅保護(hù)層，6.開合式溝槽電極。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

傳統(tǒng)三維溝槽電極硅探測(cè)器結(jié)構(gòu)，如圖1所示，溝槽電極2環(huán)繞于中央電極1之外，溝槽電極2與中央電極1之間有硅體3，溝槽電極2的下面設(shè)有p型硅基體4，在整個(gè)結(jié)構(gòu)最底部設(shè)有1μm的二氧化硅保護(hù)層5；中央電極1接正極，其半徑是5μm，最上層是1μm的鋁，鋁層下面是180μm～450μm的重?fù)诫s磷的硅。溝槽電極2接負(fù)極，其寬度的10μm，最上層是1μm的鋁，鋁層下面是180μm～450μm的重?fù)诫s硼硅。硅體3最上層是1μm的二氧化硅，起隔開正負(fù)極的作用，二氧化硅層下面是180μm～450μm的輕摻雜硼硅。p型硅基體4為輕摻雜硼硅，其厚度為20μm～50μm。

實(shí)施例1，

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，如圖2、圖4所示，在硅體3上貫穿刻蝕后經(jīng)過擴(kuò)散摻雜形成開合式溝槽電極6、中央電極1，開合式溝槽電極6環(huán)繞于中央電極1之外，開合式溝槽電極6為存在開口、不連續(xù)的圓柱結(jié)構(gòu)，開合式溝槽電極6的開口內(nèi)側(cè)弧長(zhǎng)S為10μm，在整個(gè)結(jié)構(gòu)最底部設(shè)有1μm的二氧化硅保護(hù)層5。

中央電極1為空心的圓柱形，中央電極1接負(fù)極，其半徑是5μm，最上層是1μm的鋁，鋁層下面是200μm的重?fù)诫s硼硅，重?fù)诫s硼硅是施主，提供電子。開合式溝槽電極6為空心圓柱環(huán)，開合式溝槽電極6接正極，其寬度為10μm，最上層是1μm的鋁，鋁層下面是200μm的重?fù)诫s磷硅，重?fù)诫s磷硅是受主，接受電子。硅體3為p型，起隔開正負(fù)極的作用，其最上層是1μm的二氧化硅，二氧化硅層下面是200μm的輕摻雜硼硅，輕摻雜硼硅是為了形成PIN結(jié)，使耗盡電壓更低，不容易被擊穿。

傳統(tǒng)三維溝槽電極硅探測(cè)器，中央電極1接正極，本發(fā)明中中央電極1接負(fù)極，使耗盡電壓更低，電場(chǎng)分布更均勻。本發(fā)明開合式溝槽電極6(p+型溝槽)與中央電極1(n+型溝槽)均貫穿探測(cè)器底部，擴(kuò)散摻雜可以改變材料電學(xué)性能，并可以使參入的原子數(shù)量、分布形式和深度滿足改結(jié)構(gòu)工藝需求，從而使得得器件的電學(xué)性能達(dá)到最佳。開合式溝槽電極6上設(shè)置開口的作用是讓探測(cè)器不需要襯底，并且在工藝時(shí)可以雙面刻蝕，使探測(cè)器的性能更好。此外開合式溝槽電極6為互為對(duì)稱的兩半，使得探測(cè)器電場(chǎng)均勻，無電勢(shì)低區(qū)；有近似四菱柱的半導(dǎo)體基體沒有刻蝕，這樣就使探測(cè)器不需要襯底，避免了傳統(tǒng)的基底結(jié)構(gòu)設(shè)置，從而耗盡電壓就更低，探測(cè)器工作時(shí)不容易被擊穿。

實(shí)施例2，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，除了開合式溝槽電極6的開口內(nèi)側(cè)弧長(zhǎng)S為3μm，重?fù)诫s硼硅、重?fù)诫s磷硅、輕摻雜硼硅的厚度均為500μm以外，其余部分與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例3，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，除了開合式溝槽電極6的開口內(nèi)側(cè)弧長(zhǎng)S為8μm，重?fù)诫s硼硅、重?fù)诫s磷硅、輕摻雜硼硅的厚度均為300μm以外，其余部分與實(shí)施例1相同。

本發(fā)明陣列的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，是由圖2的單個(gè)探測(cè)器單元結(jié)構(gòu)組合而成。

在工藝上，溝槽電極是通過光刻機(jī)刻蝕，離子注入而成。傳統(tǒng)的“三維溝槽電極硅探測(cè)器”只能是單面刻蝕，粒子單面注入，而本發(fā)明開合式三維溝槽電極硅探測(cè)器的開合式溝槽電極6是在刻蝕溝槽時(shí)不完全刻蝕形成的六菱形或圓形結(jié)構(gòu)，是可以上下底面同時(shí)進(jìn)行刻蝕，同時(shí)通過離子注入而形成溝槽電極，且探測(cè)器在工作中，粒子可以從上下底面同時(shí)入射，而傳統(tǒng)的“三維溝槽電極硅探測(cè)器”只能是單面入射。

需要說明的是，在本文中，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。