一种三维平行板电极半导体探测器及探测装置论文和设计-李正

全文摘要

本实用新型属于辐射探测技术领域，公开了一种三维平行板电极半导体探测器，设置有：两个电极板分别为阴极电极和阳极电极；电极板通过贯穿刻蚀，离子注入或扩散掺杂工艺形成在半导体基体上；半导体基体上通过贯穿刻蚀，离子注入或扩散掺杂工艺形成第一电极板、第二电极板。本实用新型抗辐射性能强，电极间即探测器内部电场分布均匀，解决了中正负电极间的电场分布不均匀，存在大面积弱电场区，单个探测器单元结构的大小对抗辐射性能影响大，不方便调节从而不能控制探测器位置分辨率的问题，减少了弱电场区域，提高探测器的单元及阵列探测效率。且电极在半导体内可以贯穿刻蚀，电极间距可以在可控范围内调整，从而使得探测器性能不受芯片厚度限制。

主设计要求

1.一种三维平行板电极半导体探测器，其特征在于，三维平行板电极半导体探测器设置有：阴极电极和阳极电极；阴极电极和阳极电极通过贯穿刻蚀，离子注入或扩散掺杂工艺形成在半导体基体上。

设计方案

1.一种三维平行板电极半导体探测器，其特征在于，三维平行板电极半导体探测器设置有：

阴极电极和阳极电极；

阴极电极和阳极电极通过贯穿刻蚀，离子注入或扩散掺杂工艺形成在半导体基体上。

2.如权利要求1所述的三维平行板电极半导体探测器，其特征在于，半导体基体上通过贯穿刻蚀，离子注入或扩散掺杂工艺形成第一电极板、第二电极板。

3.如权利要求2所述的三维平行板电极半导体探测器，其特征在于，第一电极板、第二电极板上面镀有用于引出信号或者加电压的金属层。

4.如权利要求2所述的三维平行板电极半导体探测器，其特征在于，三维平行板电极半导体探测器的底部长有与上面相同厚度的二氧化硅。

5.一种如权利要求1所述三维平行板电极半导体探测器的三维平行板电极半导体探测装置，其特征在于，三维平行板电极半导体探测阵列装置由多个三维平行板电极半导体探测器单元串联形成。

设计说明书

技术领域

本发明属于辐射探测技术领域，尤其涉及一种三维平行板电极半导体探测器及探测装置。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：半导体探测器在航天航空，军事，科研，民用等领域有着广泛应用，如航天器自主导航，高能物理，医疗器械等。现存半导体探测器如硅探测器具有灵敏度高、响应速度快、抗辐照能力强等特点，并且易于集成，在高能粒子探测与X光检测等领域应用广泛。硅探测器是工作在反向偏压下的，当外部粒子进入到探测器的灵敏区时，在反向偏压作用下，产生的电子-空穴对被分开，电子向正极运动，在到达正极后被收集，空穴向负极运动，被负极收集，在外部电路中就能形成反映粒子信息的电信号。现存的硅探测器具有以下不足：其一，在其正负极之间的电场分布并不均匀，且电场线多是曲线，不是最短的直线，而电子在电场中的运动是沿着电场方向的，进而导致电子的漂移距离增加，随着电子漂移距离的增加，辐射产生的缺陷能级对电子的影响越大，导致电信号的衰减；其二，三维沟槽电极硅探测器常常有弱电场区，电子的速度在弱电场区是很小的，在弱电场区运动的时间长，在强辐射条件下，电信号会迅速衰减；其三，三维沟槽电极硅探测器电极间距的大小变化会影响其抗辐射性能，单个沟槽单元的大小对抗辐射性能影响大，所以三维沟槽电极硅探测器在做成阵列时，探测器单元结构的大小不能随意的增大，不方便调节，这样对其应用产生了很大的局限性；其四，传统三维沟槽探测器存在20％～30％的死区，极大地限制了探测器的探测效率。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)电场分布不均匀，电子的漂移距离长，导致电信号的衰减；

(2)存在弱电场区，在强辐射条件下，电信号会迅速衰减；

(3)探测器单元结构的大小不方便调节；

(4)传统三维沟槽探测器存在20％～30％的死区，极大地限制了探测器的探测效率。

解决问题的意义是什么:

新型三维平行板探测器的提出：一，平行板电极的提出使得电极之间的电子漂移与收集更为高效，解决了探测器内部电场分布不均匀的问题，极大地提高了电荷收集效率；二，减少了弱电场区域，提高探测器的单元及阵列探测效率；三，该设计理念有效地使得探测器单元的结构便于调节，探测器的设计与使用不会再被探测器厚度与电极间距限制。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种三维平行板电极半导体探测器及探测装置。

本发明是这样实现的，一种三维平行板电极半导体探测器，所述三维平行板电极半导体探测器设置有：

两个电极板分别为阴极电极和阳极电极；

所述电极板通过贯穿刻蚀，离子注入或扩散掺杂工艺形成在半导体基体上。

进一步，半导体基体上通过贯穿刻蚀，离子注入或扩散掺杂工艺形成第一电极板、第二电极板。

进一步，第一电极板、第二电极板上面镀有用于引出信号或者加电压的金属层。

进一步，三维平行板电极半导体探测器的底部长有与上面相同厚度的二氧化硅或其他保护层。

本发明的另一目的在于提供一种所述三维平行板电极半导体探测器的三维平行板电极半导体探测装置，所述三维平行板电极半导体探测阵列装置由多个三维平行板电极半导体探测器单元串联形成。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明结构合理，抗辐射性能强，电极间即探测器内部电场分布均匀，解决了现有技术中正负电极间的电场分布不均匀，存在大面积弱电场区，单个探测器单元结构的大小对抗辐射性能影响大，不方便调节从而不能控制探测器位置分辨率的问题。且电极在半导体内可以贯穿刻蚀，电极间距可以在可控范围内调整，从而使得探测器性能不受芯片厚度限制。

附图说明

图1是本发明实施例提供的三维平行板电极半导体探测器结构示意图。

图中：1、第一电极板；2、第二电极板。

图2是本发明实施例提供的三维平行板电极半导体探测器共用电极形成3x1 阵列结构示意图；

图3是本发明实施例提供的三维平行板电极半导体探测器的三维仿真示意图；

图4是本发明实施例提供的三维平行板电极半导体探测器的半导体基体以及电极掺杂浓度截图，电极的掺杂分别为N型重掺杂(阳极)和P型重掺杂(阴极)；

图5是本发明实施例提供的三维平行板电极半导体探测器的电场分布截图，可以看出电场分布十分均匀，且基本上无低电场(死区)区域；

图6是本发明实施例提供的三维平行板电极半导体探测器的三维电势分布截图，电势分布均匀且成梯度，效果良好。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

如图1所示，本发明实施例提供的三维平行板电极半导体探测器包括：第一电极板 1、第二电极板2。

半导体基体上通过贯穿刻蚀，离子注入或扩散掺杂工艺形成第一电极板1、第二电极板2，电极的掺杂分别为N型重掺杂(阳极)和P型重掺杂(阴极)，第一电极板1、第二电极板 2上面镀有金属层，用于引出信号或者加电压，芯片上面的其他部分长有相同厚度的二氧化硅或其他保护层。

本发明实施例提供的三维平行板电极半导体探测器的底部长有与上面相同厚度的二氧化硅或其他保护层。

本发明实施例提供的三维平行板电极半导体探测器在半导体基体内通过刻蚀，扩散掺杂形成电极板，第一电极板1、第二电极板2为电极板A，B；电极板A，B分别形成阴极或阳极。在半导体基体上贯穿刻蚀阴阳电极，在阴阳电极间加电压形成电场，粒子进入探测器后漂移至阳极被收集。在探测器的阴阳电极上面镀有金属层，用于引出信号或者加电压，芯片上面的其他部分长有相同厚度的二氧化硅或其他保护层。探测器的底部长有与上面相同厚度的二氧化硅或其他保护层。

本发明的结构合理，抗辐射性能强，电极间即探测器内部电场分布均匀，解决了现有技术中正负电极间的电场分布不均匀，存在大面积弱电场区，单个探测器单元结构的大小对抗辐射性能影响大，不方便调节从而不能控制探测器位置分辨率的问题。且电极在半导体内可以贯穿刻蚀，电极间距可以在可控范围内调整，从而使得探测器性能不受芯片厚度限制。

图1是本发明实施例提供的三维平行板电极半导体探测器结构示意图。

探测器宽长均为500微米，电极板宽度10微米，长度400微米，探测器厚度300微米；