本發(fā)明涉及屬于高能物理，天體物理，航空航天，軍事，醫(yī)學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器。

背景技術(shù)：

探測器主要用于高能物理、天體物理等，硅探測器探測靈敏度高、響應(yīng)速度快、具有很強(qiáng)的抗輻照能力，并且易于集成，在高能粒子探測與x光檢測等領(lǐng)域有重要應(yīng)用價(jià)值。但傳統(tǒng)“三維硅探測器”有許多不足，在高能物理及天體物理中，探測器處于強(qiáng)輻照條件下工作，這對(duì)探測器能量分辨率響應(yīng)速度等有高的要求，且需具有較強(qiáng)的抗輻照能力，低漏電流以及低全耗盡電壓，對(duì)于其體積的大小有不同的要求。

硅探測器是工作在反向偏壓下的，當(dāng)外部粒子進(jìn)入到探測器的靈敏區(qū)時(shí)，在反向偏壓作用下，產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)被分開，電子向正極運(yùn)動(dòng)，在到達(dá)正極后被收集，空穴向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，被負(fù)極收集，在外部電路中就能形成反映粒子信息的電信號(hào)。

現(xiàn)有的“三維溝槽電極硅探測器”在進(jìn)行電極刻蝕時(shí)不能完全的貫穿整個(gè)硅體，這就使得探測器有一部分不能刻蝕，這一部分對(duì)探測器的性能影響大，比如該部分電場較弱，電荷分布不均勻，探測效率降低等現(xiàn)象。我們稱這一部分為“死區(qū)”，而且“死區(qū)”在單個(gè)探測器中占據(jù)20％-30％，如果是做成列陣，則會(huì)占據(jù)更大的比例。其次，“三維溝槽電極硅探測器”只能是在單面進(jìn)行刻蝕。最后，這種探測器在工作時(shí)，粒子只能單面入射，影響探測效率。

為此，提供一種新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器，解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題就顯得尤為必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器，優(yōu)化結(jié)構(gòu)類型，消除死區(qū)，優(yōu)化單面刻蝕工藝為雙面刻蝕工藝，工作時(shí)，粒子可雙面入射，反應(yīng)更靈敏，探測效率更高。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器，有一立方柱半導(dǎo)體基體(1)，溝槽電極(2)和中央柱狀電極(3)由半導(dǎo)體基體(1)通過貫穿刻蝕、離子擴(kuò)散摻雜形成，中央柱狀電極(3)位于溝槽電極(2)正中，溝槽電極(2)環(huán)繞于中央柱狀電極(3)之外，其中，溝槽電極(2)為矩形框中空電極，溝槽電極(2)刻蝕成結(jié)構(gòu)相同且結(jié)構(gòu)上互為互補(bǔ)的兩瓣；溝槽電極(2)的一對(duì)平行邊正中有斜紋狀實(shí)體縫隙(6)，半導(dǎo)體基體(1)采用輕摻雜硅，溝槽電極(2)及中央柱狀電極(3)采用重?fù)诫s硅，其中，溝槽電極(2)與中央柱狀電極(3)的p/n型相反，所述新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器頂面的溝槽電極(2)和中央柱狀電極(3)上覆蓋有電極接觸層(4)，頂面未覆蓋電極接觸層(4)的其他半導(dǎo)體基體(1)表面覆蓋二氧化硅絕緣層(7)，底面設(shè)置有二氧化硅襯底層(5)；在溝槽電極(2)間沒有刻蝕成電極從而剩下斜紋狀實(shí)體縫隙(6)，新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器在斜紋狀半導(dǎo)體基體的基礎(chǔ)上以溝槽電極頂點(diǎn)為圓心，斜紋狀實(shí)體縫隙(6)的寬度為半徑做圓，圓弧外的半導(dǎo)體基質(zhì)都刻蝕成電極，從而留下帶弧狀的斜紋體半導(dǎo)體基體。

進(jìn)一步的，所述新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器通過共用溝槽電極(2)的電極壁形成m*n陣列探測器，其中m,n均為正整數(shù)，探測器是一個(gè)pin結(jié)：p型半導(dǎo)體-絕緣層-n型半導(dǎo)體形，其中，重?fù)诫s的p/n型半導(dǎo)體硅的電阻率與輕摻雜的p/n半導(dǎo)體硅不同，在半導(dǎo)體基體上進(jìn)行刻蝕，形成溝槽電極(2)和中央柱狀電極(3)，然后溝槽電極(2)采用n型硅重?fù)诫s，中央柱狀電極(3)采用p型硅重?fù)诫s，半導(dǎo)體基體(1)采用p型輕摻雜。進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體基體(1)的半導(dǎo)體材料采用si、ge、hgi2、gaas、tibr、cdte、cdznte、cdse、gap、hgs、pbi2和alsb中的一種或多種的組合。

進(jìn)一步的，所述新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器高度為100至300微米。

進(jìn)一步的，所述中央柱狀電極(3)寬度為10微米。

進(jìn)一步的，所述電極接觸層(4)為鋁電極接觸層。

進(jìn)一步的，所述電極接觸層(4)厚度為1微米，所述二氧化硅襯底層(5)厚度為1微米。

進(jìn)一步的，所述斜紋狀實(shí)體縫隙(6)的寬度小于10微米。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明一種新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器，專利優(yōu)化結(jié)構(gòu)類型，消除死區(qū)，優(yōu)化單面刻蝕工藝為雙面刻蝕工藝，工作時(shí)，粒子可雙面入射，反應(yīng)更靈敏，探測效率更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器的頂面示意圖。

圖3為本發(fā)明新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器帶弧狀斜紋狀半導(dǎo)體基體形成過程圖。

圖4為本發(fā)明新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器2x2陣列平面圖。

圖5為本發(fā)明的側(cè)視圖。

圖6為本發(fā)明設(shè)計(jì)與與圓形設(shè)計(jì)的死區(qū)面積對(duì)比圖。

其中，半導(dǎo)體基體-1，溝槽電極-2，中央柱狀電極-3，電極接觸層-4，二氧化硅襯底層-5，斜紋狀實(shí)體縫隙-6，二氧化硅絕緣層-7。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

如圖1-6所示，一種新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器，有一立方柱半導(dǎo)體基體1，溝槽電極2和中央柱狀電極3由半導(dǎo)體基體1通過貫穿刻蝕、離子擴(kuò)散摻雜形成，中央柱狀電極3位于溝槽電極2正中，溝槽電極2環(huán)繞于中央柱狀電極3之外，其中，溝槽電極2為矩形框中空電極，溝槽電極2刻蝕成結(jié)構(gòu)相同且結(jié)構(gòu)上互為互補(bǔ)的兩瓣；溝槽電極2的一對(duì)平行邊正中有斜紋狀實(shí)體縫隙6，半導(dǎo)體基體1采用輕摻雜硅，溝槽電極2及中央柱狀電極3采用重?fù)诫s硅，其中，溝槽電極2與中央柱狀電極3的p/n型相反，所述新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器頂面的溝槽電極2和中央柱狀電極3上覆蓋有電極接觸層4，頂面未覆蓋電極接觸層4的其他半導(dǎo)體基體1表面覆蓋二氧化硅絕緣層7，底面設(shè)置有二氧化硅襯底層5；在溝槽電極2間沒有刻蝕成電極從而剩下斜紋狀實(shí)體縫隙6，新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器在斜紋狀半導(dǎo)體基體的基礎(chǔ)上以溝槽電極頂點(diǎn)為圓心，斜紋狀實(shí)體縫隙6的寬度為半徑做圓，圓弧外的半導(dǎo)體基質(zhì)都刻蝕成電極，從而留下帶弧狀的斜紋體半導(dǎo)體基體。

進(jìn)一步的，所述新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器通過共用溝槽電極2的電極壁形成m*n陣列探測器，其中m,n均為正整數(shù)，探測器是一個(gè)pin結(jié)：p型半導(dǎo)體-絕緣層-n型半導(dǎo)體形，其中，重?fù)诫s的p/n型半導(dǎo)體硅的電阻率與輕摻雜的p/n半導(dǎo)體硅不同，在半導(dǎo)體基體上進(jìn)行刻蝕，形成溝槽電極2和中央柱狀電極3，然后溝槽電極2采用n型硅重?fù)诫s，中央柱狀電極(3)采用p型硅重?fù)诫s，半導(dǎo)體基體1采用p型輕摻雜。

進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體基體1的半導(dǎo)體材料采用si、ge、hgi2、gaas、tibr、cdte、cdznte、cdse、gap、hgs、pbi2和alsb中的一種或多種的組合。

進(jìn)一步的，所述新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器高度為100至300微米。

進(jìn)一步的，所述中央柱狀電極3寬度為10微米。

進(jìn)一步的，所述電極接觸層4為鋁電極接觸層。

進(jìn)一步的，所述電極接觸層4厚度為1微米，所述二氧化硅襯底層5厚度為1微米。

進(jìn)一步的，所述斜紋狀實(shí)體縫隙6的寬度小于10微米。

圖2是該結(jié)構(gòu)的截面圖。圖3所示是電極間所剩半導(dǎo)體基體的形成過程。圖4是新型方形開闔式殼型電極半導(dǎo)體探測器2x2陣列平面圖。該新型探測器除了適合一般的硅半導(dǎo)體材料外，也可使用各種其他半導(dǎo)體材料制作。如：自ge、hgi2、gaas、tibr、cdte、cdznte、cdse、gap、hgs、pbi2和alsb等。

相較于現(xiàn)有“三維溝槽電極探測器”，本發(fā)明的這種電極可以貫穿刻蝕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅可以從結(jié)構(gòu)優(yōu)化上使得探測器單元的電勢和電場分布更加均勻，且可以消除低電場區(qū)域，提高探測器單元的探測效率及電荷收集效率20％至30％。應(yīng)用到探測器陣列時(shí)，可更大幅度的提高探測效率。同時(shí)，因該新型結(jié)構(gòu)的電極可以通過貫穿刻蝕工藝得到，使得探測器從單面靈敏變?yōu)殡p面靈敏，粒子可以雙面入射，反應(yīng)更靈敏，探測效率更高。

在高能物理或者天體物理的應(yīng)用中，對(duì)于軟x射線的探測等，往往需要大面積的探測器陣列。相較于其他形狀設(shè)計(jì)的開闔式盒型電極探測器，其方正的形狀更有利于最小死區(qū)的探測器陣列的形成。如圖6所示，灰色部分為探測器靈敏區(qū)域，白色部分為形成陣列后晶圓片上余下的非靈敏區(qū)域，即“死區(qū)”。方形設(shè)計(jì)的探測器陣列死區(qū)面積最小，且排列成方正的陣列，空間排列利用率最好。

實(shí)際使用中，將每個(gè)探測器單元作為一個(gè)pin結(jié)：p型半導(dǎo)體-絕緣層-n型半導(dǎo)體形，其中，重?fù)诫s的p/n型半導(dǎo)體硅的電阻率與輕摻雜的p/n半導(dǎo)體硅不同，在半導(dǎo)體基體上進(jìn)行刻蝕，空心溝槽和空心中央柱，然后進(jìn)行重?fù)诫s以形成陰陽電極。為了得到最佳的探測器性能，取半導(dǎo)體基體為輕摻雜的p型半導(dǎo)體硅，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用pn結(jié)在外圍溝槽處。溝槽電極是n型硅重?fù)诫s，中央電極是p型硅重?fù)诫s，探測器材料是p型輕摻雜的硅。中央電極是負(fù)極，外部溝槽是正極。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。