CN111668323B - 漂移探测器及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本说明书提供一种漂移探测器及其加工方法，漂移探测器包括：衬底；设置在所述衬底两个表面上，用于使所述衬底形成漂移区的的漂移电极；设置在所述衬底两个表面，并且位于所述漂移电极同侧的集电电极；所述集电电极用于收集经由所述漂移区的载流子。本说明书提供的漂移探测器在衬底的两个表面均设置有集电电极，而不再设置用于使得载流子向集电电极垂直移动的反向偏压。因为衬底的两个表面均设置集电集电电极，漂移电子在集电电极的电场作用下向集电电极漂移；因为没有反向偏压的影响，光生电子漂移因电压设置不合理而造成的损失。

Description

漂移探测器及其加工方法
技术领域
本说明书涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种漂移探测器及其加工方法。
背景技术
漂移探测器是用于检测高能射线的半导体探测器(一般情况下的漂移探测器均为硅基探测器)。在漂移探测器工作时，其中的漂移电极使得衬底处在完全耗尽状态，高能射线撞击入射窗口形成的多数载流子沿着器件表面的方向漂移至收集电极并被收集起来。
目前，硅漂移探测器的收集电极都是在器件的单面上形成，高能射线产生的载流子在横向漂移电场的作用下漂移至收集电极下方区域后，然后再通过与收集电极正对面的另一PN节施加合适的反向偏压，将载流子推向收集电极。如果在收集电极正对面PN节上施加的反向电压不合适，会造成载流子的损失。
发明内容
本说明书提供一种漂移探测器，用于解决背景技术提交的至少部分问题。
本说明书提供一种漂移探测器，包括：
衬底；
设置在所述衬底两个表面上，用于使所述衬底形成漂移区的的漂移电极；
设置在所述衬底两个表面，并且位于所述漂移电极同侧的集电电极；所述集电电极用于收集经由所述漂移区的载流子。
可选地，位于所述衬底两个表面上的所述集电电极短路连接。
可选地，位于所述衬底两个表面的所述集电电极相对于所述衬底对称；
位于所述衬底两个表面上的漂移电极相对于所述衬底也对称。
可选地，所述漂移电极为多个环绕所述集电电极的漂移环。
可选地，还包括设置在所述衬底上，并且位于相邻两个漂移环的高阻分压器；所述高阻分压器与所述衬底的掺杂特性相反；
所述高阻分压器与相邻的两个所述漂移环导电连接。
可选地，所述高阻分压器为设置在所述衬底上的高阻掺杂区。
可选地，各个所述漂移环上均设置有金属电极环。
可选地，所述漂移电极为环绕所述集电电极的螺旋漂移环。
可选地，还包括设置在所述衬底，环绕所述漂移电极外侧的保护区；所述保护区包括掺杂保护环和设置在所述掺杂保护环上的金属电极环。
本说明书提供一种漂移探测器的加工方法，包括在衬底上形成漂移电极的步骤和在衬底上形成集电电极的步骤；
其中，在形成所述集电电极的步骤中，在所述衬底的两个表面均形成所述集电电极。
本说明书提供的漂移探测器在衬底的两个表面均设置有集电电极，而不再设置用于使得载流子向集电电极垂直移动的反向偏压。因为衬底的两个表面均设置集电集电电极，漂移电子在集电电极的电场作用下向集电电极漂移；因为没有反向偏压的影响，光生电子漂移因电压设置不合理而造成的损失。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1是实施例提供的硅漂移探测器的俯视示意图；
图2是图1中的A-A截面示意图；
其中：11-衬底，12-漂移电极，13-集电电极，14-高阻分压器，15-保护环，16-金属环，17-阳极金属，18-接地电极。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
图1是实施例提供的硅漂移探测器的俯视示意图；图2是图1中的A-A截面示意图。请参见图1和图2，漂移探测器包括衬底11、漂移电极12和集电电极13。
漂移电极12设置在衬底11的两个表面上，使得衬底11上上能够形成漂移区。本实施例中，衬底11采用高阻的N型硅衬底11。对应的，漂移电极12为设置在衬底11上的P+掺杂区域；漂移电极12和衬底11之间形成PN节。
在漂移电极12和衬底11之间形成的PN节反向偏置时，衬底11上的耗尽层增加；通过调整合理的反向偏置电压，可以使得位于漂移区上的衬底11形成完全耗尽层。
本实施例中，在衬底的两个表面上均设置有集电电极13，并且集电电极均位于漂移电极12的同侧。本实施例中，集电电极13为设置在衬底11上的N+掺杂区域；在漂移探测器使用时，集电电极13连接电源正极，用于收集经由漂移区而来的载流子(此时，载流子为电子)。
本实施例中，漂移区的一个表面形成了漂移探测器的入射窗口。在漂移区中的衬底11形成完全耗尽层的情况下，完全耗尽层的中间区域为高电势区域。
高能射线经由入射窗口照射漂移区后，其激发形成的电子-空穴对中的空穴快速地被经由漂移电极12传递的电子快速地消耗，自由电子在电场作用下向完全耗尽层的中间区域移动。
另外，在漂移探测器工作时，漂移区电极靠近集电电极13的一侧的电压高于远离集电电极13一侧的电压。因为漂移电极12在靠近集电电极13一侧的电压高于远离集电电极13一侧的电压，自由电子在电场作用下向集电电极13侧移动。
如图2所示，因为在衬底的两个表面均设置有集电电极13，并且两个集电电极均为高电势区域，所以在经过漂移区后的电子向两个集电电极13之一移动，并被一个集电电极13吸收。
现有技术中的硅漂移探测器，集电电极仅设置在衬底11的一个表面，为了使得经过漂移区的电子向衬底11移动，需要在衬底11中与集电电极13相对的表面设置一施加反向偏压(即负电压)；而在反向偏压设置不合理的情况下，则可能造成光生电子的损失。
在本实施例提供的漂移探测器中，因为衬底11的两个表面均设置集电集电电极13，漂移电子在集电电极13的电场作用下向集电电极13漂移；因为没有反向偏压的影响，光生电子漂移因电压设置不合理而造成的损失。
因此，相比于现有结构的漂移探测器，本实施例提供的漂移探测器无需设置前述的反向偏压，也就避免了因为现有技术中反向偏压设置不合理造成的电子损失的问题；也就是说，本实施例提供的漂移探测器在实际使用中配置更为简便。
本实施例中，因为两个集电电极13均用于收集载流子，所以两个集电电极直接短接，并通过短接电路与外接的放大电路等连接。
本实施例中，两个集电电极13相对于衬底11对称地设置。因为两个集电电极直接短接，所以两个集电电极之间的电场相对于衬底中心区域对称。
请参见图2，本说明书实施例中，位于衬底11漂移区的漂移电极12相对于衬底11对称地设置；在两侧漂移电极12施加电压相同的情况下，衬底11中完全耗尽层中间区域的电势最高，并且完全耗尽层的电势相对于衬底11的中间区域两侧对称；相应的，被高能射线激发形成的电子更大概率地漂移至完全耗尽层的中间区域。请参见图1和图2，本实施例提供的漂移电极12为多个环绕集电电极13的漂移环，并且漂移环为以集电电极13为中心的同心圆环。在漂移探测器使用时，由最内侧的漂移环到最外侧的漂移环，加载在漂移环的电压依次降低，继而使得漂移区形成完全耗尽层，并使得漂移区内侧电势高于外侧电势。
本实施例中，为了方便地向各个漂移环施加电压，漂移探测器还包括设置在相邻两个漂移环之间的高阻分压器14。高阻分压器14与相邻的两个漂移环导电连接。在实际使用时，仅需要使得最内侧和最外侧的漂移环之间施加电压，通过高阻分压器14即可以实现各个漂移环的电压设置。
本实施例中，高阻分压器14也为设置在衬底11上的P型掺杂区域。高阻分压器14可以采用离子注入工艺、扩散工艺或者沉积掺杂的非晶硅、多晶硅薄膜工艺形成。具体应用中，分压器可以是直线型、折线型、弧线型等各种可能的形状，本说明实施例并不做限定。
当然，在一些应用中，也可以通过外接的分压电路实现各个漂移环之间的电压配置，而不再在衬底11上设置专门的高阻分压器14。
请参见图2，本实施例中，分压器为设置在漂移环间的直线型分压器，分压器仅与相邻的漂移环部分连接；由于此种连接结构，同一漂移环不同区域的电压并不完全不同(即一个漂移环对应的不同区域之间有压降)。为了使每个漂移环在各个位置处的电压基本相同，本实施例中，漂移环的表面设置有金属环16；金属环16实现漂移环上的短路而使得漂移环上各个区域电压相同。另外，金属环16还可以在实际应用中起到减小漏电的作用。
如前所述，本实施例中的各个漂移环为同心圆环；在其他实施例中，各个漂移环还可以设置成其他形状，诸如正六边型、正四边形等。
另外，在其他实施例中，漂移电极12还可以设置为螺旋型漂移电极12；螺旋型漂移电极12的两端施加电压；螺旋型漂移电极12相邻的两个螺旋之间通过漂移电极12的分压而形成电势差，以实现电子在漂移区的漂移。
如图2所示，本实施例中，衬底11上除了具有漂移区和集电电极13外，还包括设置在两侧漂移电极12外侧的保护区。保护区包括设置在衬底11上的掺杂保护环15，以及设置在在保护环15上的金属环16。其中，掺杂保护环15也为P型掺杂区。本实施例中，保护区中的保护环15、金属环16也许是相对于衬底11严格对称。
请继续参见图2，本实施例中在衬底11的外侧还设置有N掺杂的接地电极18以及与接地电极18连接的金属环16。
另外，本实施例中，为了实现集电电极13和最内侧漂移环，相邻漂移环之间，以及漂移环与外侧保护环15之间的隔离，在相应的电极之间还设置有绝缘介质层。绝缘介质层可以为氧化硅、氮化硅或者氧化铝等材料制成。
本实施例中的漂移探测器中，集电电极13、漂移环、分压器、保护环15可以通过半导体制造领域已有的各种工艺加工形成，诸如采用扩散工艺和沉积N型非晶硅再高温推进工艺等。
本实施例中，漂移探测器的衬底11为N型硅衬底11，其中掺杂剂为P或者As等五族元素；对应的，漂移电极12为P+掺杂区域，集电电极13为N+掺杂区域，保护环15也为P+掺杂区域。
在其他实施例中，漂移探测器也可以为P型硅衬底11，对应的，漂移电极12为N+掺杂区域，集电电极13为P+掺杂区域，保护环15也为N+掺杂区域。应当注意，在漂移探测器为P型衬底11的情况下，漂移的载流子为空穴，相应的漂移速率降低；考虑到漂移速率等问题，具体应用中优选采用N型半导体作为漂移探测器的衬底11。
除了提供前述的漂移探测器外，本说明书实施还提供一种加工前述漂移探测器的方法。加工前述探测器的方法至少包括在衬底11上形成漂移电极12的步骤和在衬底11上形成集电电极13的步骤；其中，在衬底11上形成集电电极13的步骤中，在衬底的两个表面均形成集电电极13；较为优选的，两个集电电极13相对衬底对称的设置。
具体加工过程中，集电电极13的形成方法可以包括：采用同样的加工工艺分别在两个衬底上形成掺杂的集电电极13。
实际应用中，集电电极13可以采用扩散工艺或者沉积掺杂非晶硅再高温推进的工艺实现。
类似的，前述的漂移电极12、分压器和保护环15也可以采用扩散工艺或者沉积掺杂非晶硅再高温推进的工艺实现。此外，各种电极的金属可以采用沉积工艺实现。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种漂移探测器，其特征在于，包括：
衬底；
设置在所述衬底两个表面上，用于使所述衬底形成漂移区的的漂移电极；
设置在所述衬底两个表面，并且位于所述漂移电极同侧的集电电极；所述集电电极用于收集经由所述漂移区的载流子；位于所述衬底两个表面上的所述集电电极短路连接。
2.根据权利要求1所述的漂移探测器，其特征在于，
位于所述衬底两个表面的所述集电电极相对于所述衬底对称；
位于所述衬底两个表面上的漂移电极相对于所述衬底也对称。
3.根据权利要求2所述的漂移探测器，其特征在于，
所述漂移电极为多个环绕所述集电电极的漂移环。
4.根据权利要求3所述的漂移探测器，其特征在于，
还包括设置在所述衬底上，并且位于相邻两个漂移环的高阻分压器；所述高阻分压器与所述衬底的掺杂特性相反；
所述高阻分压器与相邻的两个所述漂移环导电连接。
5.根据权利要求4所述的漂移探测器，其特征在于，
所述高阻分压器为设置在所述衬底上的高阻掺杂区。
6.根据权利要求4所述的漂移探测器，其特征在于，
各个所述漂移环上均设置有金属电极环。
7.根据权利要求2所述的漂移探测器，其特征在于，
所述漂移电极为环绕所述集电电极的螺旋漂移环。
8.根据权利要求3所述漂移探测器，其特征在于，
还包括设置在所述衬底，环绕所述漂移电极外侧的保护区；所述保护区包括掺杂保护环和设置在所述掺杂保护环上的金属电极环。
9.一种漂移探测器的加工方法，其特征在于，包括在衬底上形成漂移电极的步骤和在衬底上形成集电电极的步骤；
其中，在形成所述集电电极的步骤中，在所述衬底的两个表面均形成所述集电电极；位于所述衬底两个表面上的所述集电电极短路连接。
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