CN113658962A - 探测器及其制作方法以及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种探测器及其制作方法以及装置，所述探测器包括：在第一方向上相对设置的第一探测器单元和第二探测器单元；所述第一探测器单元包括：在所述第一方向上延伸的第一柱状电极；包围所述第一柱状电极的第一介质区；包围所述第一介质区的第一多边形电极；所述第二探测器单元包括：在所述第一方向上延伸的第二柱状电极；包围所述第二柱状电极的第二介质区；包围所述第二介质区的第二多边形电极；所述第一柱状电极与所述第二柱状电极为同一柱体在所述第一方向上相对的两部分。应用本发明提供的技术方案，通过双面刻蚀工艺，贯穿整个硅体，可以减少死区的比例，并且该探测器在工作时，粒子可双面入射，探测效率高，反应灵敏。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测、粒子探测、高能物理以及天体物理等技术领域，尤其是涉及一种探测器及其制作方法以及装置。
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中，探测器处于强辐射条件下工作，因此对探测器能量分辨率响应速度等要求较高，且需有较强的抗辐射能力，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”有许多的不足之处，首先是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，我们称这部分为“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20％-30％，如果是做成阵列，则会占据更大的比例。其次，传统的“三维沟槽电极硅探测器”只能是单面进行刻蚀。最后，这种探测器在工作时，粒子只能单面入射，影响探测效率。
目前，在减少“死区”的设计中，有三维开阖式盒型/壳型电极探测器等发明。然而，开阖式电极会影响探测器有效区域的电场分布，从而影响载流子的漂移和收集，从而降低探测器的探测效率。因此，亟需提出一种新型的三维沟槽电极探测器。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种探测器及其制作方法以及装置，通过双面刻蚀工艺，贯穿整个硅体，可以减少死区的比例，并且该探测器在工作时，粒子可双面入射，探测效率高，反应灵敏。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种探测器，其特征在于，包括：
在第一方向上相对设置的第一探测器单元和第二探测器单元；
所述第一探测器单元包括：在所述第一方向上延伸的第一柱状电极；包围所述第一柱状电极的第一介质区；包围所述第一介质区的第一多边形电极；
所述第二探测器单元包括：在所述第一方向上延伸的第二柱状电极；包围所述第二柱状电极的第二介质区；包围所述第二介质区的第二多边形电极；
所述第一柱状电极与所述第二柱状电极为同一柱体在所述第一方向上相对的两部分；
在所述第一方向上，所述第二多边形电极的外侧壁不超出所述第一多边形电极的外侧壁所包围的区域，至少部分所述第二多边形电极的外侧壁与所述第一多边形电极的外侧壁重合。
优选的，在上述的探测器中，所述第一多边形电极和所述第二多边形电极的形状相同，二者均为正n边形，n为大于2的正整数；
所述第一多边形电极的外侧壁与所述第二多边形电极的外侧壁完全重合。
优选的，在上述的探测器中，所述第一多边形电极为正n边形，n为大于2的正整数；
所述第二多边形电极为正m边形，m＝2n；
所述正m边形为所述正n边形的内接多边形。
优选的，在上述的探测器中，所述第一柱状电极和所述第二柱状电极均为圆柱形或正多边形。
优选的，在上述的探测器中，所述第一介质区的材料采用硅、氧化硅、Ge、GaN、SiC、HgI2、GaAs、TiBr、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI2或AlSb中的一种或多种的组合；
所述第二介质区的材料采用硅、氧化硅、Ge、GaN、SiC、HgI2、GaAs、TiBr、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI2或AlSb中的一种或多种的组合。
优选的，在上述的探测器中，所述第一探测器单元和所述第二探测器单元的厚度之和为200um至700um。
优选的，在上述的探测器中，所述第一探测器单元和所述第二探测器单元均为一个PIN结；
所述第一多边形电极和所述第二多边形电极采用P型硅重掺杂，所述第一柱状电极和所述第二柱状电极采用N型硅重掺杂，所述第一介质区和所述第二介质区采用N型硅轻掺杂；
或，所述第一多边形电极和所述第二多边形电极采用N型硅重掺杂，所述第一柱状电极和所述第二柱状电极采用P型硅重掺杂，所述第一介质区和所述第二介质区采用P型硅轻掺杂；
或，所述第一多边形电极和所述第二多边形电极采用N型硅重掺杂，所述第一柱状电极和所述第二柱状电极采用P型硅重掺杂，所述第一介质区和所述第二介质区采用N型硅轻掺杂；
或，所述第一多边形电极和所述第二多边形电极采用P型硅重掺杂，所述第一柱状电极和所述第二柱状电极采用N型硅重掺杂，所述第一介质区和所述第二介质区采用P型硅轻掺杂。
优选的，在上述的探测器中，所述第二多边形电极和所述第二柱状电极背离所述第一探测器单元的表面覆盖有电极接触层，所述第二介质区背离所述第一探测器单元的表面覆盖有绝缘层。
本发明还提供一种探测器的制作方法，所述制作方法包括：
提供一半导体基体，所述半导体基底具有在第一方向上相对的第一部分和第二部分；
在所述第一部分形成第一探测器单元，在所述第二部分形成第二探测器单元；
所述第一探测器单元包括：在所述第一方向上延伸的第一柱状电极；包围所述第一柱状电极的第一介质区；包围所述第一介质区的第一多边形电极；
所述第二探测器单元包括：在所述第一方向上延伸的第二柱状电极；包围所述第二柱状电极的第二介质区；包围所述第二介质区的第二多边形电极；
所述第一柱状电极与所述第二柱状电极为同一柱体在所述第一方向上相对的两部分；
在所述第一方向上，所述第二多边形电极的外侧壁不超出所述第一多边形电极的外侧壁所包围的区域，至少部分所述第二多边形电极的外侧壁与所述第一多边形电极的外侧壁重合。
本发明还提供一种装置，所述装置包括：如上述任一项所述的多个探测器，所述探测器阵列排布。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的探测器及其制作方法以及装置中，通过双面刻蚀工艺，贯穿整个硅体，可以减少死区的比例，并且该探测器在工作时，粒子可双面入射，探测效率高，反应灵敏。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种探测器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种探测器的俯视图；
图3为本发明实施例提供的一种探测器的侧视图；
图4为图2所示探测器在AA’方向上的切面图；
图5为图2所示探测器在BB’方向上的切面图；
图6为本发明实施例提供的另一种探测器的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种探测器的俯视图；
图8和图9为本发明实施例提供的一种探测器的制作方法工艺流程图；
图10为本发明实施例提供的一种装置的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的另一种装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
硅基探测器芯片因其响应速度快、灵敏度高、易于集成等特点，广泛应用于光子及辐射环境下高能粒子的探测。其应用范围主要包括航天航空、科学研究、深空探测、高能物理、生物医药(损伤前诊断、生物能、靶向药物)、军事、工业领域(X射线特征能谱分析仪、工业探伤)、核辐射监测等。典型的辐射环境应用为高能物理实验，如大型强子对撞机(LargeHadron Collider，LHC)装置中的ATLAS与CMS探测器。
目前，在X射线的探测中，由于X射线具有穿透性，因此人们总是希望寻求更厚的纯硅衬底，以及更高的探测效率，在减少死区的设计中，有三维开阖式盒型/壳型电极探测器等发明。然而，开阖式电极会影响探测器有效区域的电场分布，从而影响载流子的漂移和收集，从而降低探测器的探测效率。
因此，本发明技术方案提供了一种探测器及其制作方法以及装置中，通过双面刻蚀工艺，贯穿整个硅体，可以减少死区的比例，并且该探测器在工作时，粒子可双面入射，探测效率高，反应灵敏。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
参考图1-图5，图1为本发明实施例提供的一种探测器的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种探测器的俯视图，图3为本发明实施例提供的一种探测器的侧视图，图4为图2所示探测器在AA’方向上的切面图，图5为图2所示探测器在BB’方向上的切面图。
如图1-图5所示，所述探测器包括：
在第一方向上相对设置的第一探测器单元10和第二探测器单元20；
所述第一探测器单元10包括：在所述第一方向上延伸的第一柱状电极11；包围所述第一柱状电极11的第一介质区12；包围所述第一介质区12的第一多边形电极13；
所述第二探测器单元20包括：在所述第一方向上延伸的第二柱状电极21；包围所述第二柱状电极21的第二介质区22；包围所述第二介质区22的第二多边形电极23；
所述第一柱状电极11与所述第二柱状电极21为同一柱体在所述第一方向上相对的两部分；
在所述第一方向上，所述第二多边形电极23的外侧壁不超出所述第一多边形电极13的外侧壁所包围的区域，至少部分所述第二多边形电极23的外侧壁与所述第一多边形电极13的外侧壁重合。
进一步的，所述第二多边形电极23和所述第二柱状电极21背离所述第一探测器单元10的表面还覆盖有电极接触层(图中未示出)，所述电极接触层可以为铝电极接触层；所述第二介质区22背离所述第一探测器单元10的表面还覆盖有绝缘层(图中未示出)，所述绝缘层可以为二氧化硅绝缘层。其中，所述电极接触层和所述绝缘层的厚度可以均为1um。
相较于传统的三维沟槽电极探测器，本发明的这种可以双面贯穿刻蚀的探测器结构设计，不仅可以从结构优化上使得探测器的电势和电场分布得更加均匀，且可以消除低电场区域，提高各个探测器单元的探测效率以及电荷收集效率。并且在应用到探测器阵列时，可更大幅度的提高探测器效率，同时，本发明结构的电极可以通过双面贯穿刻蚀工艺得到，使得探测器从单面灵敏变为双面灵敏，粒子可以双面入射，反应更灵敏，探测效率更高。
本发明实施例中，为了更大程度的减小死区的比例，在对第一探测器单元10和第二探测器单元20的形状设计上可以相同也可以不同，可以基于需求设定。
一种方式中，所述第一多边形电极13可以为正n边形，n为大于2的正整数；所述第二多边形电极23可以为正m边形，m＝2n；其中，所述正m边形为所述正n边形的内接多边形。例如，在图1-图5所示方式中，所述第一多边形电极13为正四边形，所述第二多边形电极23为正八边形。在实际应用中，所述第一多边形电极13也可以为正三角形，所述第二多边形电极23为正六边形，或所述第一多边形电极13可以为正六边形，所述第二多边形电极23为正十二边形。可以基于需求设定，不限于本申请所述方式。
该方式中，所述第一探测器单元10和所述第二探测器单元20的厚度之和可以为200um至700um。根据现有深刻蚀工艺深宽比的深度极限50：1，即越厚越好。例如，第一探测器单元10和第二探测器单元20的厚度之和可以为700um。需要说明的是，所述第二探测器单元20的厚度小于所述第一探测器单元10的厚度，且越小越好，通用保留10％左右，即所述第二探测器单元20的厚度不大于所述第一探测器单元10和所述第二探测器单元20的厚度之和的10％。
另一种方式中，所述第一多边形电极13和所述第二多边形电极23的形状相同，二者可以均为正n边形，n为大于2的正整数；其中，所述第一多边形电极13的外侧壁与所述第二多边形电极23的外侧壁完全重合。如图6和图7所示，图6为本发明实施例提供的另一种探测器的结构示意图，图7为本发明实施例提供的另一种探测器的俯视图，该方式中，所述第一多边形电极13和所述第二多边形电极23的形状相同，二者均为正四边形。在实际应用中，所述第一多边形电极13和所述第二多边形电极23也可以均为正三角形。可以基于需求设定，不限于本申请所述方式。
该方式中，所述第一探测器单元10和所述第二探测器单元20的厚度之和可以为200um至700um，如可以为500um。该方式中第一探测器单元10和第二探测器单元20都是相同形状设计，这种形状在单元设计上可以实现100％的探测效率，不会存在死区，通过利用双面刻蚀工艺，第一探测器单元10和第二探测器单元20的厚度比例可以随意调整。
在上述两种方式中，所述第一柱状电极11与所述第二柱状电极21为同一柱体在第一方向上相对的两部分，可以均为圆柱形或是正多边形。例如，本发明实施例中，第一柱状电极11与第二柱状电极21均为正四边形。
需要说明的是，第一多边形电极13和第二多边形电极23的宽度相同，第一柱状电极11与第二柱状电极21的宽度相同；第一多边形电极13和第一柱状电极11的宽度可以相同也可以不同，第二多边形电极23和第二柱状电极21的宽度可以相同也可以不同，可基于需求设定。
本发明实施例中，所述第一探测器单元10和所述第二探测器单元20均可以为一个PIN结：P型半导体-结缘层-N型半导体形。其中，重掺杂的P/N型半导体硅的电阻率和轻掺杂的P/N型半导体硅的电阻率不同。
所述第一多边形电极13和所述第二多边形电极23采用P型硅重掺杂，所述第一柱状电极11和所述第二柱状电极21采用N型硅重掺杂，所述第一介质区12和所述第二介质区22采用N型硅轻掺杂；
或，所述第一多边形电极13和所述第二多边形电极23采用N型硅重掺杂，所述第一柱状电极11和所述第二柱状电极21采用P型硅重掺杂，所述第一介质区12和所述第二介质区22采用P型硅轻掺杂；
或，所述第一多边形电极13和所述第二多边形电极23采用N型硅重掺杂，所述第一柱状电极11和所述第二柱状电极21采用P型硅重掺杂，所述第一介质区12和所述第二介质区22采用N型硅轻掺杂；
或，所述第一多边形电极13和所述第二多边形电极23采用P型硅重掺杂，所述第一柱状电极11和所述第二柱状电极21采用N型硅重掺杂，所述第一介质区12和所述第二介质区22采用P型硅轻掺杂。
需要说明的是，每一个N型重掺杂周围都需要P离子注入，以解决表面缺陷和电场分布不均等问题。
进一步的，所述第一介质区12的材料可以采用硅、氧化硅、Ge、GaN、SiC、HgI2、GaAs、TiBr、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI2或AlSb中的一种或多种的组合；
所述第二介质区22的材料可以采用硅、氧化硅、Ge、GaN、SiC、HgI2、GaAs、TiBr、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI2或AlSb中的一种或多种的组合。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的探测器中，通过双面刻蚀工艺，贯穿整个硅体，可以减少死区的比例，并且该探测器在工作时，粒子可双面入射，探测效率高，反应灵敏。
基于上述实施例，本发明另一实施例还提供一种探测器的制作方法，如图8、图9和图1所示，图8和图9为本发明实施例提供的一种探测器的制作方法工艺流程图。所述制作方法包括:
步骤S11：如图8和图9所示，提供一半导体基体，所述半导体基底具有在第一方向上相对的第一部分01和第二部分02；
本发明实施例中，首先提供一半导体基体，然后如图8所示，对所述半导体基体进行刻蚀，形成在第一方向上形状相同的正四边形，再然后基于第一部分01，将第二部分02超出第一部分01的四个角去掉，形成如图9所示。
需要说明的是，所述第一部分01和所述第二部分02的形状可以基于需求设定，例如第一部分01可以为正n边形，n为大于2的正整数；第二部分02可以为正m边形，m＝2n；其中，所述正m边形为所述正n边形的内接多边形。或者，第一部分01和所述第二部分02的形状相同，二者可以均为正n边形，n为大于2的正整数；其中，所述第一部分01的外侧壁与所述第二部分02的外侧壁完全重合。
步骤S12：如图1所示，在所述第一部分01形成第一探测器单元10，在所述第二部分02形成第二探测器单元20；
其中，所述第一探测器单元10包括：在所述第一方向上延伸的第一柱状电极11；包围所述第一柱状电极11的第一介质区12；包围所述第一介质区12的第一多边形电极13；
所述第二探测器单元20包括：在所述第一方向上延伸的第二柱状电极21；包围所述第二柱状电极21的第二介质区22；包围所述第二介质区22的第二多边形电极23；
所述第一柱状电极11与所述第二柱状电极21为同一柱体在所述第一方向上相对的两部分；
在所述第一方向上，所述第二多边形电极23的外侧壁不超出所述第一多边形电极13的外侧壁所包围的区域，至少部分所述第二多边形电极23的外侧壁与所述第一多边形电极13的外侧壁重合。
进一步的，在第一探测器单元10和第二探测器单元20形成结束之后，在所述第二多边形电极23和所述第二柱状电极21背离所述第一探测器单元10的表面设置电极接触层，所述电极接触层可以为铝电极接触层；在所述第二介质区22背离所述第一探测器单元10的表面设置绝缘层，所述绝缘层可以为二氧化硅绝缘层。
本发明实施例中，所述第一多边形电极13、所述第一柱状电极11、所述第二多边形电极23以及所述第二柱状电极21均通过贯穿刻蚀、离子扩散掺杂的方式形成，如可以用深反应离子刻蚀的方式制作。
相较于现有技术，本发明通过双面刻蚀工艺，贯穿整个硅体，不仅可以从结构优化上使得探测器的电势和电场分布得更加均匀，且可以消除低电场区域，提高各个探测器单元的探测效率以及电荷收集效率，并且可以减少死区的比例，在探测器工作时，粒子可双面入射，探测效率高，反应灵敏。
基于上述实施例，本发明另一实施例还提供一种装置，如图10和图11所示，图10为本发明实施例提供的一种装置的结构示意图，图11为本发明实施例提供的另一种装置的结构示意图。所述装置包括：如上述实施例描述的多个探测器50，所述探测器50阵列排布。
图10所示方式中，该装置是由2×4个图1所示探测器50组成的阵列，30为探测器50形成阵列后晶圆片上余下的非灵敏区域，即死区。通过本发明方案设计的探测器形成的阵列，死区面积较小，且上下单元的形状设计使得空间排列利用率较好。
其中，阵列死区比例的计算方式如下：
其中，r为第一介质区12或第二介质区22的1/2宽度，d为探测器50的厚度，w为第一多边形电极13或第二多边形电极23的宽度，r0为第一柱状电极11或第二柱状电极21的宽度。当r0与w足够小的时候，死区比例仅为1/180，相比现有技术1/10的死区比例，缩小为之前的1/18。
图11所示方式中，该装置是由2×4个图6所示探测器50组成的阵列，通过本发明方案该阵列可以实现100％的探测效率，不存在死区，空间排列利用率最好。
通过上述描述可知，本发明的这种可以双面贯穿刻蚀的探测器结构设计，不仅可以从结构优化上使得探测器的电势和电场分布得更加均匀，且可以消除低电场区域，提高各个探测器单元的探测效率以及电荷收集效率。并且在应用到探测器阵列时，可更大幅度的提高探测器效率，同时，本发明结构的电极可以通过双面贯穿刻蚀工艺得到，使得探测器从单面灵敏变为双面灵敏，粒子可以双面入射，反应更灵敏，探测效率更高。
本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的制作方法以及装置而言，由于其与实施例公开的探测器相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见探测器部分说明即可。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种探测器，其特征在于，包括：
在第一方向上相对设置的第一探测器单元和第二探测器单元；
所述第一探测器单元包括：在所述第一方向上延伸的第一柱状电极；包围所述第一柱状电极的第一介质区；包围所述第一介质区的第一多边形电极；
所述第二探测器单元包括：在所述第一方向上延伸的第二柱状电极；包围所述第二柱状电极的第二介质区；包围所述第二介质区的第二多边形电极；
所述第一柱状电极与所述第二柱状电极为同一柱体在所述第一方向上相对的两部分；
在所述第一方向上，所述第二多边形电极的外侧壁不超出所述第一多边形电极的外侧壁所包围的区域，至少部分所述第二多边形电极的外侧壁与所述第一多边形电极的外侧壁重合。
2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述第一多边形电极和所述第二多边形电极的形状相同，二者均为正n边形，n为大于2的正整数；
所述第一多边形电极的外侧壁与所述第二多边形电极的外侧壁完全重合。
3.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述第一多边形电极为正n边形，n为大于2的正整数；
所述第二多边形电极为正m边形，m＝2n；
所述正m边形为所述正n边形的内接多边形。
4.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述第一柱状电极和所述第二柱状电极均为圆柱形或正多边形。
5.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述第一介质区的材料采用硅、氧化硅、Ge、GaN、SiC、HgI2、GaAs、TiBr、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI2或AlSb中的一种或多种的组合；
所述第二介质区的材料采用硅、氧化硅、Ge、GaN、SiC、HgI2、GaAs、TiBr、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI2或AlSb中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述第一探测器单元和所述第二探测器单元的厚度之和为200um至700um。
7.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述第一探测器单元和所述第二探测器单元均为一个PIN结；
所述第一多边形电极和所述第二多边形电极采用P型硅重掺杂，所述第一柱状电极和所述第二柱状电极采用N型硅重掺杂，所述第一介质区和所述第二介质区采用N型硅轻掺杂；
或，所述第一多边形电极和所述第二多边形电极采用N型硅重掺杂，所述第一柱状电极和所述第二柱状电极采用P型硅重掺杂，所述第一介质区和所述第二介质区采用P型硅轻掺杂；
或，所述第一多边形电极和所述第二多边形电极采用N型硅重掺杂，所述第一柱状电极和所述第二柱状电极采用P型硅重掺杂，所述第一介质区和所述第二介质区采用N型硅轻掺杂；
或，所述第一多边形电极和所述第二多边形电极采用P型硅重掺杂，所述第一柱状电极和所述第二柱状电极采用N型硅重掺杂，所述第一介质区和所述第二介质区采用P型硅轻掺杂。
8.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述第二多边形电极和所述第二柱状电极背离所述第一探测器单元的表面覆盖有电极接触层，所述第二介质区背离所述第一探测器单元的表面覆盖有绝缘层。
9.一种探测器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供一半导体基体，所述半导体基底具有在第一方向上相对的第一部分和第二部分；
在所述第一部分形成第一探测器单元，在所述第二部分形成第二探测器单元；
所述第一探测器单元包括：在所述第一方向上延伸的第一柱状电极；包围所述第一柱状电极的第一介质区；包围所述第一介质区的第一多边形电极；
所述第二探测器单元包括：在所述第一方向上延伸的第二柱状电极；包围所述第二柱状电极的第二介质区；包围所述第二介质区的第二多边形电极；
所述第一柱状电极与所述第二柱状电极为同一柱体在所述第一方向上相对的两部分；
在所述第一方向上，所述第二多边形电极的外侧壁不超出所述第一多边形电极的外侧壁所包围的区域，至少部分所述第二多边形电极的外侧壁与所述第一多边形电极的外侧壁重合。
10.一种装置，其特征在于，所述装置包括：如权利要求1-8任一项所述的多个探测器，所述探测器阵列排布。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN205542844U (zh) * | 2016-04-26 | 2016-08-31 | 湘潭大学 | 一种闭合式壳型电极硅探测器 |
| CN205666239U (zh) * | 2016-04-26 | 2016-10-26 | 湘潭大学 | 一种新型闭合式壳型电极硅探测器 |
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| CN110010591A (zh) * | 2019-04-01 | 2019-07-12 | 湘潭大学 | 三维双面硅微条探测器及其制备方法 |
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Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107256897A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-10-17 | 湘潭大学 | 一种圆形开阖式盒型电极半导体探测器 |
| CN110164990B (zh) * | 2019-04-01 | 2024-04-30 | 湘潭大学 | 拉斜式柱状三维探测器 |
| CN111969069A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-11-20 | 湖南正芯微电子探测器有限公司 | 一种多像素超小电容x射线探测单元及探测器 |
-
2021
- 2021-08-16 CN CN202110936536.4A patent/CN113658962B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN205542844U (zh) * | 2016-04-26 | 2016-08-31 | 湘潭大学 | 一种闭合式壳型电极硅探测器 |
| CN205666239U (zh) * | 2016-04-26 | 2016-10-26 | 湘潭大学 | 一种新型闭合式壳型电极硅探测器 |
| CN108428750A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-08-21 | 湘潭大学 | 一种方型开阖式盒型电极半导体探测器 |
| CN110010591A (zh) * | 2019-04-01 | 2019-07-12 | 湘潭大学 | 三维双面硅微条探测器及其制备方法 |
| CN111146298A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-12 | 湘潭大学 | 六边形互扣式电极三维硅探测器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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