CN107527961A - 最小死区的闭合式三维沟槽硅探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种最小死区的闭合式三维沟槽硅探测器，包括贯穿刻蚀的空心四棱环电极和中央电极空心柱，中央电极空心柱设于空心四棱环电极的内部，中央电极空心柱与空心四棱环电极的中心轴线相同，空心四棱环电极内嵌套有八边环电极，八边环电极与空心四棱环电极的四个直角相对应的边为四分之一圆弧环，八边环电极的四分之一圆弧环与空心四棱环电极的对应直角围合成死区，八边环电极的底部与空心四棱环电极平齐，八边环电极的顶部低于空心四棱环电极，空心四棱环电极、八边环电极与中央电极空心柱之间的区域为P型或N型硅填充实体区。本发明解决了现有技术中死区面积大，影响探测器综合性能的问题。
Description
技术领域
本发明属于高能物理、天体物理技术领域，涉及一种最小死区的闭合式三维沟槽硅探测器。
背景技术
探测器广泛应用于高能物理、天体物理、航空航天、军事、医学等技术领域，在高能物理及天体物理应用中，探测器处于强辐照条件下，因此对探测器本身有严格的要求，要求其具有较强的抗辐照能力，且漏电流以及全耗尽电压不能太大，对于其体积的大小也有不同的要求。传统的“三维沟槽电极硅探测器”有许多不足之处：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，传统的“三维沟槽电极硅探测器”在进行电极刻蚀时不能完全的贯穿整个硅体，使得探测器有一部分不能刻蚀，称该部分为“死区”，“死区”部分的电场较弱，电荷分布不均匀，进而影响探测器的性能；而且“死区”部分在单个探测器中占据10％-30％，如果是做成列阵，则会占据更大的比例。其三，传统的“三维沟槽电极硅探测器”只能是在单面进行刻蚀。最后，传统的“三维沟槽电极硅探测器”在工作时，粒子也只能是单面入射。因此提出一种新型的三维沟槽电极硅探测器显得尤为重要。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供一种最小死区的闭合式三维沟槽硅探测器，双面刻蚀，死区小，正负极之间的电场分布均匀，且电场线为直线，降低电信号的衰减，解决了现有技术中死区面积大，影响探测器综合性能的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种最小死区的闭合式三维沟槽硅探测器，包括贯穿刻蚀的空心四棱环电极和中央电极空心柱，中央电极空心柱设于空心四棱环电极的内部，中央电极空心柱与空心四棱环电极的中心轴线相同，空心四棱环电极内嵌套有八边环电极，八边环电极与空心四棱环电极的四个直角相对应的边为四分之一圆弧环，八边环电极的四分之一圆弧环与空心四棱环电极的对应直角围合成死区，八边环电极的底部与空心四棱环电极平齐，八边环电极的顶部低于空心四棱环电极，空心四棱环电极、八边环电极与中央电极空心柱之间的区域为P型或N型硅填充实体区，空心四棱环电极、八边环电极、中央电极空心柱的上表面设有电极接触层，中央电极空心柱接负极，空心四棱环电极、八边环电极均接正极，空心四棱环电极、八边环电极、中央电极空心柱的底面设置有二氧化硅保护层。
本发明的特征还在于，进一步的，所述八边环电极的四分之一圆弧环与空心四棱环电极的对应直角之间的距离为10μm。
进一步的，所述空心四棱环电极、八边环电极的宽度均为10μm。
进一步的，所述空心四棱环电极、八边环电极为重掺杂n+或p+型硅。
进一步的，所述中央电极空心柱为重掺杂p+或n+型硅。
本发明的有益效果是：与传统“三维沟槽电极硅探测器”相比，本发明探测器优化了结构类型，空心四棱环电极、中央电极空心柱完全贯穿了整个硅体，空心四棱环电极内嵌套有八边环电极，八边环电极与空心四棱环电极的四个直角相对应的边为四分之一圆弧环，八边环电极的四分之一圆弧环与空心四棱环电极的对应直角围合成死区，在满足工艺参数的前提下极大地减小了死区面积，提升了探测器的综合性能，有效的从工艺结构上避免了弱电场的问题；空心四棱环电极和中央电极空心柱均为贯穿刻蚀，能够从上下两面进行双面刻蚀，工作时，粒子能够双面入射，使得探测器反应更为灵敏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的俯视图。
图3是对比例一的结构示意图。
图4是对比例二的结构示意图。
图5是对比例二探测器阵列的结构示意图。
图中，1.中央电极空心柱，2.空心四棱环电极，3.八边环电极，4.空心八棱环电极，5.死区，6.下半部内跑道环死区，7.间隙死区。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的结构，如图1-2所示，包括贯穿刻蚀的空心四棱环电极2和中央电极空心柱1，中央电极空心柱1设于空心四棱环电极2的内部，中央电极空心柱1与空心四棱环电极2的中心轴线相同，空心四棱环电极2内嵌套有八边环电极3，八边环电极3与空心四棱环电极2的四个直角相对应的边为四分之一圆弧环，八边环电极3的四分之一圆弧环与空心四棱环电极2的对应直角围合成死区5，八边环电极3的底部与空心四棱环电极2平齐，八边环电极3的顶部低于空心四棱环电极2，空心四棱环电极2、八边环电极3与中央电极空心柱1之间的区域为P型或N型硅填充实体区，空心四棱环电极2、八边环电极3为重掺杂n+或p+型硅；中央电极空心柱1为重掺杂p+或n+型硅，空心四棱环电极2、八边环电极3、中央电极空心柱1的上表面设有电极接触层，中央电极空心柱1接负极，空心四棱环电极2、八边环电极3均接正极，空心四棱环电极2、八边环电极3、中央电极空心柱1的底面设置有二氧化硅保护层。
空心四棱环电极2、八边环电极3的宽度均为10μm，八边环电极3的四分之一圆弧环与空心四棱环电极2的对应直角之间的距离w，按照国际工艺技术要求w最小是10μm；在八边环电极3与空心四棱环电极2之间的距离一定的情况下，与八边环电极3与空心四棱环电极2的四个直角相对应的边为直线相比，当八边环电极3与空心四棱环电极2的四个直角相对应的边为四分之一圆弧环时，八边环电极3与空心四棱环电极2的四个直角围成的死区5的面积较小，在满足工艺参数的前提下极大地减小了死区面积，提升了探测器的综合性能，有效的从工艺结构上避免了弱电场的问题；空心四棱环电极2和中央电极空心柱1均为贯穿刻蚀，能够从上下两面进行双面刻蚀，工作时，粒子能够双面入射，使得探测器反应更为灵敏。
对比例一的结构，如图3所示，包括贯穿刻蚀的空心四棱环电极2和中央电极空心柱1，中央电极空心柱1设于空心四棱环电极2的内部，中央电极空心柱1与空心四棱环电极2的中心轴线相同，空心四棱环电极2内嵌套有空心八棱环电极4，空心八棱环电极4的底部与空心四棱环电极2平齐，空心八棱环电极4的顶部低于空心四棱环电极2，空心四棱环电极2、八边环电极3与中央电极空心柱1之间的区域为P型或N型硅填充实体区，空心四棱环电极2、空心八棱环电极4为重掺杂n+或p+型硅；中央电极空心柱1为重掺杂p+或n+型硅，空心四棱环电极2、空心八棱环电极4、中央电极空心柱1的上表面设有电极接触层，中央电极空心柱1为负极，空心四棱环电极2、八边环电极3均为正极，空心四棱环电极2、空心八棱环电极4、中央电极空心柱1的底面设置有二氧化硅保护层。
探测器的电极间距w均按照最小电极沟槽间距设置，对比例一的死区面积为而本发明的单元死区面积只有π(w+w)2，通过对比可知，对比例一探测器单元的死区面积是本发明探测器单元死区面积的3倍左右，本发明的结构极大程度的缩小了探测器的死区面积，在保证探测器抗辐射性的前提下，提升了探测器的综合性能。
对比例二可变中心收集电极的三维沟槽电极硅探测器的结构，如图4-5所示，此结构的死区包括下半部内跑道环死区6、上半部跑道环各部分之间的间隙死区7，下半部内跑道环死区6的长为120μm、宽为20μm；下半部内跑道环死区6的面积为：120×20+πw2，当w＝10μm时，面积为2714μm2；下半部内跑道环死区6的面积已明显大于本发明单元死区面积，再加上半部跑道环各部分之间的间隙死区7的面积，明显大于本发明死区面积，至少是本发明死区面积的两倍多。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种最小死区的闭合式三维沟槽硅探测器，其特征在于，包括贯穿刻蚀的空心四棱环电极(2)和中央电极空心柱(1)，中央电极空心柱(1)设于空心四棱环电极(2)的内部，中央电极空心柱(1)与空心四棱环电极(2)的中心轴线相同，空心四棱环电极(2)内嵌套有八边环电极(3)，八边环电极(3)与空心四棱环电极(2)的四个直角相对应的边为四分之一圆弧环，八边环电极(3)的四分之一圆弧环与空心四棱环电极(2)的对应直角围合成死区(5)，八边环电极(3)的底部与空心四棱环电极(2)平齐，八边环电极(3)的顶部低于空心四棱环电极(2)，空心四棱环电极(2)、八边环电极(3)与中央电极空心柱(1)之间的区域为P型或N型硅填充实体区，空心四棱环电极(2)、八边环电极(3)、中央电极空心柱(1)的上表面设有电极接触层，中央电极空心柱(1)接负极，空心四棱环电极(2)、八边环电极(3)均接正极，空心四棱环电极(2)、八边环电极(3)、中央电极空心柱(1)的底面设置有二氧化硅保护层。
2.根据权利要求1所述的一种最小死区的闭合式三维沟槽硅探测器，其特征在于，所述八边环电极(3)的四分之一圆弧环与空心四棱环电极(2)的对应直角之间的距离为10μm。
3.根据权利要求1所述的一种最小死区的闭合式三维沟槽硅探测器，其特征在于，所述空心四棱环电极(2)、八边环电极(3)的宽度均为10μm。
4.根据权利要求1所述的一种最小死区的闭合式三维沟槽硅探测器，其特征在于，所述空心四棱环电极(2)、八边环电极(3)为重掺杂n+或p+型硅。
5.根据权利要求1所述的一种最小死区的闭合式三维沟槽硅探测器，其特征在于，所述中央电极空心柱(1)为重掺杂p+或n+型硅。
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