CN115732578A - 一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋型硅漂移探测器，其其包括正反两面为相同正六边形且平行对齐的基体，所述基体正面的中心为收集电子的阳极，该阳极外环绕有螺旋向外、沿六边形轨迹延伸的正面螺旋环阴极，所述基体反面的中心部设有反面阴极环，沿该阴极的边沿环绕有螺旋向外、沿六边形轨迹延伸的反面螺旋环阴极，所述正面螺旋环阴极和反面螺旋环阴极均位于基体边缘部的边界环内，且正面螺旋环阴极和反面螺旋环阴极的空间对应。本发明还公开了一种探测器的设计方法。本发明的探测器采用六边形的基体和双面螺旋环阴极，其上施加偏压能形成一个均匀的电压梯度，确保硅衬底中电子漂移通道的电子分布均匀，有利于提高探测性能。

Description

一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器及其设计方法

技术领域

本发明涉及半导体探测器技术领域，具体是一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器及其设计方法。

背景技术

硅漂移探测器是一种用于探测能量束的半导体探测器，基于硅材料自身结构的特殊性和优越的电学特性，随着科学技术的进步，工艺不断完善，硅漂移探测器在现代医学、核技术、高分辨X射线光谱等诸多方面都有重要应用。

硅漂移探测器在反偏电压的工作状态下，在漂移路径周围产生电子-空穴对，可以把能量束的能量转化为可以输出的电学信号，对电学信号进行信号分析后，这个信号就反应了能量束的特征，从而起到探测的目的。

螺旋型硅漂移探测器作为SDD家族的主要产品，其工作原理可以看作是一个PN结，运用其几何结构特点，离子植入作为整流结和分压器，需要为入射粒子产生的载流子漂移到收集阳极创建一个势梯度(或漂移场)。

螺旋型硅漂移探测器相对于其他类型的探测器(例如三维探测器、同心硅漂移探测器等)而言，在工艺制作方面更加简单，运用平面工艺，只在硅基体的表面进行重掺杂，通过离子注入的方式进行掺杂，通过掺杂浓度不同，形成P 极和N极，简单的工艺制作使得其工艺成本也相对较低。在工作时，给中心阳极加以适当的反偏电压使得整个硅衬底达到耗尽状态，从而在硅衬底中形成一条类似于电子通道的电子分布，通道十分明显，这让其工作灵敏度、频率响应速度、收集效率和位置分辨率都表现出很好的性能。

中国专利文献公开号为CN 109671797 B的《漂移探测器及其制作方法》，该漂移探测器包括：第一导电半导体衬底、隧穿氧化层、第二导电半导体层、第三导电半导体层、金属电极层和隔离层；其中，第二导电半导体层与第一导电半导体衬底的导电类型相反，第三导电半导体层与第一导电半导体衬底的导电类型相同，第二导电半导体层、位于其下方的隧穿氧化层和第一导电半导体衬底共同构成PN结，该PN结形成：漂移电极、第一保护环、入射窗口和第二保护环；第三导电半导体层、位于其下方的隧穿氧化层和第一导电半导体衬底共同构成高低结，该高低结形成：阳极、第一接地电极和第二接地电极。该漂移探测器实现大面积、低噪声、能量分辨率高。

上述同心环漂移探测器存在环间间隙较大，进而环间间隙上的氧化硅面积较大，增加了氧化硅和硅界面电子态引起的表面漏电流；同时同心环结构，不能自动分压，加压的时候为了保证环与环之间按照一定的电压梯度变化，需要给每个同心环加以不同的偏压，偏压施加过程复杂。

发明内容

针对上述现有技术中的不足之处，本发明提出一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器及其设计方法，用于解决现有技术偏压施加过程中不能自动分压的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器，其包括正反两面为相同正六边形且平行对齐的基体，所述基体正面的中心为收集电子的阳极，该阳极外环绕有螺旋向外、沿六边形轨迹延伸的正面螺旋环阴极，所述基体反面的中心部设有反面阴极环，沿该反面阴极环的边沿环绕有螺旋向外、沿六边形轨迹延伸的反面螺旋环阴极，所述正面螺旋环阴极和反面螺旋环阴极均位于基体边缘部的边界环内，且正面螺旋环阴极和反面螺旋环阴极的空间对应关系使得探测器在偏压下自动分压后于基体内形成的电子漂移通道趋于一个平面。

进一步地，所述正面螺旋环阴极和反面螺旋环阴极互为镜像，其相邻环级的螺旋环环间间隙均相等，螺旋环阴极的宽度沿向外延伸的螺旋轨迹逐渐增加。

进一步地，还包括位于阳极与正面螺旋环阴极之间的六边形阴极环，所述阳极为正六边形，所述反面阴极环为正六边形环，该六边形阴极环、反面阴极环与阳极同心相似。

进一步地，所述阳极、六边形阴极环、螺旋环阴极朝六个方向的对应角对齐，所述螺旋环阴极的起始点位于角的位置上。

进一步地，所述阳极、六边形阴极环、反面阴极环、边界环、正面螺旋环阴极的起始部位以及反面螺旋环阴极的起始部位的表面均覆盖有铝电极接触层，基体正面、反面的螺旋环阴极环间区域都覆盖有S_iO₂膜。

进一步地，所述基体尺寸为3000μm×3000μm×300μm，所述阳极的外切圆半径为60μm，所述六边形阴极环的内切圆半径为70μm且环宽20μm，正面螺旋环阴极的起始点距离基体正面中心的距离为100μm，正面螺旋环阴极的环级圈数为21圈，环间间隙为10μm，所述反面阴极环的外切圆半径为80μm且环宽19μm，所述边界环的内径为2940μm且环宽为60μm；

所述基体是掺杂浓度是4×10¹¹/cm³、掺杂深度为1μm的N型轻掺杂，所述阳极是掺杂浓度是1×10¹⁹/cm³、掺杂深度为1μm的N型重掺杂，所述六边形阴极环、反面阴极环、边界环是掺杂浓度是1×10¹⁹/cm³、掺杂深度为1μm的P型重掺杂。

本发明还公开了一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器的设计方法，其包括步骤：

S1、给定施加的表面电场E(r)，E(r)与环间间隙g、螺旋环阴极的螺距p(r)、螺旋环阴极的宽度ω(r)、电阻率ρ_s、电流I、螺旋环阴极的每级环长的常系数α之间的对应关系为：

则有螺距p(r)的计算式：

又依据螺旋环阴极的宽度ω(r)与螺旋环阴极的螺距p(r)、环间间隙g之间的关系，得到：

S2、通过表面电势φ(R)公式迭代解出计算式③中的σ，其中：

所述式⑤中，φ_I＝4ρ_sαI；x＝σ²r^2ε-1；x₁＝σ²r₁ ^2ε-1；n＝0,1,2,3Λ；

r为随螺旋环角度不断向外延伸的半径，r₁为最内环的半径，R为最外环的半径；

S3、根据S2中的算式，计算：

S4、根据S3中的算式，计算随螺旋环角度不断向外延伸的半径r：

式⑦中的

为正反两面螺旋旋转中连续递增的弧度；

S5、根据S3、S4中的计算结果σ、r，代入式③得到螺旋环阴极的宽度ω(r)；

S6、计算耗尽电压

其中N_eff为硅基体N型轻掺杂有效掺杂浓度， q为每个电子的电荷量q＝1.6×10^-19C，ε₀为真空介电常数ε₀＝8.854×10^-12F/m，ε_Si是硅的相对介电常数ε_Si＝11.9，d为基体的厚度d。

进一步地，所述表面电场E(r)＝120V，环间间隙g＝10μm，基体的厚度d＝300 μm，半径r₁＝100μm，最外环的半径R＝2500μm，电阻率ρ_s＝2000(ψ·cm），介电常数ε＝1，电流I＝0.05mA。

本方案采用的螺旋型结构具有自动分压的功能，在螺旋环最里面和最外面加上不同的偏压以后，就会自动形成一个均匀的电压梯度，从而达到自动分压。探测器正面中心做成收集电子的阳极，正反两面其他电极都做成阴极，从而达到一个最佳的对称效果，给定表面电场和等阴极环间隙，当粒子从探测器入射面打入时，在上下表面之间会形成一个与表面平行的电场分布，得到一个最优的电子漂移通道，可提高了探测器的探测性能。

附图说明

图1是本发明一种实施例中探测器的正面俯视图及局部放大图。

图2是本发明一种实施例中探测器的反面俯视图及局部放大图。

图3是本发明一种实施例中探测器的X轴截面图及局部放大图。

图4是本发明一种实施例中探测器在正面螺旋环阴极最外环84V、反面螺旋环阴极最外环75V电压下的电场仿真图。

图5是本发明一种实施例中探测器在正面螺旋环阴极最外环84V、反面螺旋环阴极最外环75V电压下的电势仿真图。

图6是本发明一种实施例中探测器在正面螺旋环阴极最外环84V、反面螺旋环阴极最外环75V电压下的电子浓度仿真图。

图7是本发明一种实施例中探测器与对比例在z＝150μm时的一维横截面的电场对比图。

图8是本发明一种实施例中探测器与对比例在Y＝0μm时的一维横截面的电子浓度对比图。

图中：1、阳极；2、六边形阴极环；3、正面螺旋环阴极；4、S_iO₂膜；5、正面螺旋环阴极的起始点；6、边界环；7、S_iO₂膜；8、反面阴极环；9、反面螺旋环阴极的起始点；10、反面螺旋环阴极；11、边界环；12、阳极上覆盖的铝电极接触层；13、六边形阴极环上覆盖的铝电极接触层；14、反面螺旋环阴极上覆盖的铝电极接触层。

具体实施方式

下面将结合本申请公开实施例中的附图，对本申请公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请公开及其应用或使用的任何限制。基于本申请公开中的实施例，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，都属于本申请公开保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。

一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器，如图1～图3所示，其包括正反两面为相同正六边形且平行对齐的基体，所述基体正面的中心为收集电子的阳极1，该阳极1外环绕有螺旋向外、沿六边形轨迹延伸的正面螺旋环阴极3，所述基体反面的中心部设有反面阴极环8，沿反面阴极环8的边沿环绕有螺旋向外、沿六边形轨迹延伸的反面螺旋环阴极10，所述正面螺旋环阴极3和反面螺旋环阴极10均位于基体边缘部的边界环6、11内，且正面螺旋环阴极3和反面螺旋环阴极10的空间对应关系使得探测器在偏压下自动分压后于基体内形成的电子漂移通道趋于一个平面。

本方案的阴极采用的螺旋型结构具有自动分压的功能，在螺旋环最里面和最外面加上不同的偏压以后，就会自动形成一个均匀的电压梯度，从而达到自动分压，探测器正面中心做成收集电子的阳极1，正反两面其他电极都做成阴极，从而达到一个最佳的对称效果，可以得到一个最优的电子漂移通道。探测器给定表面电场可有效的根据实际情况调整表面电场而实现最佳载流子漂移电场，从而实现探测器功能最优化。根据现有工艺，螺旋环可以达到微纳级别双面工艺，工艺技术成熟，其位置分辨率高。边界环6、11是保护环，是保护最外环电极处电压高而不至于击穿。本发明中为简化名称，螺旋环或螺旋环阴极均是指代正面螺旋环阴极3和反面螺旋环阴极10。

所述正面螺旋环阴极3和反面螺旋环阴极10互为镜像，即以基体的径向平面为对称面，正面螺旋环阴极3和反面螺旋环阴极10对称，两者在X轴向上的投影，环宽、螺旋环环间间隙均完全重叠。且相邻环级的螺旋环环间间隙均相等，螺旋环阴极的宽度沿向外延伸的螺旋轨迹逐渐增加。

本方案等阴极环间隙相对于已有的随阴级环半径增加而逐渐变大间隙的设计有诸多优势。首先可以控制和最大限度地减小阴极环间隙上的氧化硅面积，从而最大限度减少由于氧化硅和硅界面电子态引起的表面漏电流。其次有效可控式的调整此阴极间隙环可以达到更好的表面电场分布。而在设计中给定表面电场可有效的根据实际情况调整表面电场而实现最佳载流子漂移电场，从而实现探测器功能最优化。

相比于四边形的硅漂移探测器，本方案采用六边形的基体和螺旋环形状的阴极，其分布更接近圆形，阳极1到阴极间的距离更为均匀且对称性更好，其上施加偏压能形成一个均匀的电压梯度，确保硅衬底中电子漂移通道的电子分布均匀，得到一个较优的电子漂移通道，有利于提高探测性能。同时，相比于圆形的基体，本方案采用六边形，其作为阵列单元时，能够紧密排布，单元间无空隙，可以实现探测无死区。

作为一种优选实施例，还包括位于阳极1与正面螺旋环阴极3之间的六边形阴极环2，所述阳极1为正六边形，所述反面阴极环8为正六边形环，该六边形阴极环2、反面阴极环8与阳极1同心相似。

六边形阴极环2起到一个缓冲作用，自动调节阳极1与螺旋环之间的电压，使电场分布更加均匀。如在正面螺旋环阴极3最外环84V、反面螺旋环阴极10 最外环75V电压下时，其加压为6V，自动调节在阳极1(0V)和螺旋环阴极第一环之间的一个电压，同时使得电场分布更加均匀，从而得到更优的电子通道。

显然地，因为正反两面螺旋部分的对称性，为达到最佳的阴极排布密度和均匀性，所述阳极1、六边形阴极环2、螺旋环阴极朝六个方向的对应角对齐，所述螺旋环阴极的起始点位于角的位置上。

所述阳极1、六边形阴极环2、反面阴极环8、边界环6、11、正面螺旋环阴极3的起始点5以及反面螺旋环阴极10的起始点9的表面均覆盖有铝电极接触层，有电极接触的地方都是覆盖了厚度为1μm的铝膜，用于探测器正面电极接触。即阳极上覆盖的铝电极接触层12，六边形阴极环上覆盖的铝电极接触层 13，反面螺旋环阴极上覆盖的铝电极接触层14。基体正面、反面的螺旋环阴极环间区域覆盖有SiO2膜4、7，即两面没有电极接触的地方都覆盖了深度为0.5 μm的二氧化硅来防止硅基体氧化。

V_out＝-84v施加在正面螺旋环阴极3的最外环,V_E1＝-6v施加在正面螺旋环阴极3的起始部位,

施加在反面螺旋环阴极10的最外环，

施加在反面螺旋环阴极10的起始部位。

作为一种具体实施例，采用一个尺寸为3000μm×3000μm×300μm的基体，图1为探测器正面图，中央为收集阳极1，阳极1半径为60μm，阳极1是掺杂浓度1×10¹⁹/cm³的N型重掺杂，掺杂深度为1μm，阳极1外面为阴极环和螺旋环电极组成的阴极，阴极环半径为70μm，环宽为20μm，螺旋环最里起始位置半径为 100μm处，正面螺旋环最外末端位置半径与正面保护环一样，且和正面保护环构成一个部分，正面保护环半径为2940μm，环宽为60μm，阴极是掺杂浓度1×10¹⁹/cm³的P型重掺杂，掺杂深度为1μm；基体为N型轻掺杂，掺杂浓度为4×10¹¹/cm³；图 2为探测器反面图，反面无阳极1，阴极由阴极环和螺旋环组成，阴极环半径为 80μm，环宽为19μm，螺旋环最里起始位置半径为100μm处，螺旋环最外末端位置半径与反面保护环一样，且和反面保护环构成一个部分，反面保护环半径为 2940μm，环宽为60μm，掺杂浓度1×10¹⁹/cm³的P型重掺杂，掺杂深度为1μm；正反两面螺旋环圈数均为21圈。

螺旋环环间间隙为螺旋环状的阴极的某一环外边界与外侧相邻的一环内边界之间的距离，那么则有螺旋环阴极的螺距p(r)为当前螺旋环阴极的宽度ω(r) 与螺旋环环间间隙g的和。该种阴极结构可有效可控式地调整螺旋环的宽度ω(r) 和环级所占的螺距p(r)可以达到更好的表面电场分布，拉直漂移通道。而在设计中给定表面电场可有效的根据实际情况调整表面电场而实现最佳载流子漂移电场，从而实现探测器功能最优化。当粒子从探测器入射面打入时，在正、反面之间会形成一个与表面平行的电场分布，这样可以得到一个最优的电子漂移通道。

在设计上述探测器时，利用理论计算电子最佳的表面电位分布，给定表面电场和环间间隙公差，设计探测器具体结构尺寸和内部构造。通常，我们为了避免电场在r＝R处可能出现奇点，Vout和Vb的值会设一个上限，针对本文的双面对称螺旋SDD，Vout一般小于四倍耗尽电压Vfd,因为这种情况下Vout必须足够大来确保形成合适的漂移电场，尤其针对本文这种半径R超大的情况。在本文中探测器半径R＝3000μm，电极接触点加反向偏压， V_out＝-84v，V_E1＝-6v，

设计方法包括如下步骤：

S1、给定施加的表面电场E(r)，E(r)与环间间隙g、螺旋环阴极的螺距p(r)、螺旋环阴极的宽度ω(r)、电阻率ρ_s、电流I、螺旋环阴极的每级环长的常系数α之间的对应关系为：

则有螺距p(r)的计算式：

又依据螺旋环阴极的宽度ω(r)与螺旋环阴极的螺距p(r)、环间间隙g之间的关系，得到：

α是半径与单圈螺旋长度之间的系数，螺旋环每圈的长度的数值根据螺旋几何结构改变，本发明使用正六边型结构，螺旋环每圈的长度＝αr＝6r。

S2、通过表面电势φ(R)公式迭代解出计算式③中的σ，其中：

所述式⑤中，φ_I＝4ρ_sαI；x＝σ²r^2ε-1；x₁＝σ²r₁ ^2ε-1；n＝0,1,2,3Λ；

r为随螺旋环角度不断向外延伸的半径，r₁为最内环的半径，R为最外环的半径。

通过有效可控式的调整此阴极间隙g，来获得更优的表面电场分布，同时最优化减小间隙间氧化硅面积，最大限度减少由于氧化硅和硅界面电子态引起的表面漏电流。

S3、根据S2中的算式，计算：

S4、根据S3中的算式，计算随螺旋环角度不断向外延伸的半径r：

式⑦中的

为正反两面螺旋旋转中连续递增的弧度，可根据相关参数设计和计算式

得出。

S5、根据S3、S4中的计算结果σ、r，代入式③得到螺旋环阴极的宽度ω(r)；

S6、计算耗尽电压

其中N_eff为硅基体N型轻掺杂有效掺杂浓度， q为每个电子的电荷量q＝1.6×10^-19C，ε₀为真空介电常数ε₀＝8.854×10^-12F/m，ε_Si是硅的相对介电常数ε_Si＝11.9，d为基体的厚度d。

上述步骤的算式的给定参数也可根据实际情况，进行数据更改。如所述表面电场E(r)＝120V，环间间隙g＝10μm，基体的厚度d＝300μm，半径r₁＝100μm，最外环的半径R＝2500μm，电阻率ρ_s＝2000(ψ·cm)，介电常数ε＝1，电流I＝0.05mA。

在设计中给定表面电场可有效的根据实际情况调整表面电场而实现最佳载流子漂移电场，从而实现探测器功能最优化。结合上述各实施例的数据，可设计出一款具体产品的探测器，对其进行仿真测试，在施加偏压，在正面螺旋环阴极3最外环84V、反面螺旋环阴极10最外环75V电压下、最内环级的电压为 65V，其测试结果如图4～6所示，可以看到其电场分布均匀，电势分布为趋于平滑等梯度，电子漂移通道内的电子浓度一致。所得的电子漂移通道趋近平面，接近理论的最优的电子漂移通道形态。

我们可以采用单面型的螺旋型硅漂移探测器进行电子漂流通道的对比，在两者均形成最佳电子通道时进行对比，如图7所示双面和单面结构一维横截面的电场对比图(z＝150μm时)。从图7中我们可以看出，双面结构和之前的单面结构相比，双面结构的横向漂移电场更大且更加均匀，低电场区域更小，从而漂移轨道更加明显，电子收集时间更快。

图8为双面和单面结构一维横截面的电子浓度对比图(Y＝0μm时)，，从对比图中可以看出，双面结构曲线比单面结构更加恒定，入射粒子首先在双面结构高电场的驱动下移动到漂移通道中，然后在漂移通道中一个接近恒定的电场的驱动下漂移到中心集阳极1，提高了响应速度。

本发明的螺旋型硅漂移探测器具备自动分压功能，相比之下，同心环探测器因不具备这种自动分压功能，需要加压的时候为了保证环与环之间按照一定的电压梯度变化，需要给同心环探测器的每个同心环加以不同的偏压，显然本案的探测器运用时操作更简单。而三维探测器的制作工艺技术还存在一定的困难，在刻蚀的时候其刻蚀区域的效果不好，不同层级之间的掺杂位置也不一样，其过程十分繁琐，而且会导致硅基体出现电场很小的区域或者零电场区域；本方案在吸杂氧化工艺环节运用区熔法能够消除晶圆缺陷，在光刻标记制作环节运用双面光刻对准标记制作工艺，在光刻刻蚀之前加一套标记点掩模版用来对准探测器位置，在离子注入工艺环节运用双面工艺单面光刻，制作的时候正反两面分开完成，在进行正面工艺的时候将反面匀胶烘干保护起来。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器，其特征在于：包括正反两面为相同正六边形且平行对齐的基体，所述基体正面的中心为收集电子的阳极，该阳极外环绕有螺旋向外、沿六边形轨迹延伸的正面螺旋环阴极，所述基体反面的中心部设有反面阴极环，沿该反面阴极环的边沿环绕有螺旋向外、沿六边形轨迹延伸的反面螺旋环阴极，所述正面螺旋环阴极和反面螺旋环阴极均位于基体边缘部的边界环内，且正面螺旋环阴极和反面螺旋环阴极的空间对应关系使得探测器在偏压下自动分压后于基体内形成的电子漂移通道趋于一个平面。

2.根据权利要求1所述的一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器，其特征在于：所述正面螺旋环阴极和反面螺旋环阴极互为镜像，其相邻环级的螺旋环环间间隙均相等，螺旋环阴极的宽度沿向外延伸的螺旋轨迹逐渐增加。

3.根据权利要求2所述的一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器，其特征在于：还包括位于阳极与正面螺旋环阴极之间的六边形阴极环，所述阳极为正六边形，所述反面阴极环为正六边形环，该六边形阴极环、反面阴极环与阳极同心相似。

4.根据权利要求3所述的一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器，其特征在于：所述阳极、六边形阴极环、螺旋环阴极朝六个方向的对应角对齐，所述螺旋环阴极的起始点位于角的位置上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器，其特征在于：所述阳极、六边形阴极环、反面阴极环、边界环、正面螺旋环阴极的起始部位以及反面螺旋环阴极的起始部位的表面均覆盖有铝电极接触层，基体正面、反面的螺旋环阴极环间区域都覆盖有S_iO₂膜。

6.根据权利要求5所述的一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器，其特征在于：所述基体尺寸为3000μm×3000μm×300μm，所述阳极的外切圆半径为60μm，所述六边形阴极环的内切圆半径为70μm且环宽20μm，正面螺旋环阴极的起始点距离基体正面中心的距离为100μm，正面螺旋环阴极的环级圈数为21圈，环间间隙为10μm，所述反面阴极环的外切圆半径为80μm且环宽19μm，所述边界环的内径为2940μm且环宽为60μm；

所述基体是掺杂浓度是4×10¹¹/cm³、掺杂深度为1μm的N型轻掺杂，所述阳极是掺杂浓度是1×10¹⁹/cm³、掺杂深度为1μm的N型重掺杂，所述六边形阴极环、反面阴极环、边界环是掺杂浓度是1×10¹⁹/cm³、掺杂深度为1μm的P型重掺杂。

7.如权利要求1～6中任一项所述的一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器的设计方法，其特征在于，包括步骤：

S1、给定施加的表面电场E(r)，E(r)与环间间隙g、螺旋环阴极的螺距p(r)、螺旋环阴极的宽度ω(r)、电阻率ρ_s、电流I、螺旋环阴极的每级环长的常系数α之间的对应关系为：

则有螺距p(r)的计算式：

又依据螺旋环阴极的宽度ω(r)与螺旋环阴极的螺距p(r)、环间间隙g之间的关系，得到：

S2、通过表面电势φ(R)公式迭代解出计算式③中的σ，其中：

所述式⑤中，φ_I＝4ρ_sαI；x＝σ²r^2ε-1；x₁＝σ²r₁ ^2ε-1；n＝0,1,2,3Λ；

r为随螺旋环角度不断向外延伸的半径，r₁为最内环的半径，R为最外环的半径；

S3、根据S2中的算式，计算：

S4、根据S3中的算式，计算随螺旋环角度不断向外延伸的半径r：

式⑦中的

为正反两面螺旋旋转中连续递增的弧度；

S5、根据S3、S4中的计算结果σ、r，代入式③得到螺旋环阴极的宽度ω(r)；

S6、计算耗尽电压

其中N_eff为硅基体N型轻掺杂有效掺杂浓度，q为每个电子的电荷量q＝1.6×10^-19C，ε₀为真空介电常数ε₀＝8.854×10^-12F/m，ε_Si是硅的相对介电常数ε_Si＝11.9，d为基体的厚度d。

8.根据权利要求7所述的一种双面等阴极环间隙螺旋型硅漂移探测器的设计方法，其特征在于：所述表面电场E(r)＝120V，环间间隙g＝10μm，基体的厚度d＝300μm，半径r₁＝100μm，最外环的半径R＝2500μm，电阻率ρ_s＝2000(ψ·cm)，介电常数ε＝1，电流I＝0.05mA。

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