CS273388B1 - Silicon radiation detector - Google Patents

Description

Vanález se týká křemíkového detektoru záření, určeného k detekci energetických elektronů a záření v oblasti 200 až 1 100 nm, tvořeného fotodiodou typu PIK nebo PNN⁺.

Pro detekci záření hlavně v oblasti krátkých vlnových délek se používá fotonasobičů citlivých v této oblasti. Tento způsob však je dosti složitý pro vetší rozměry detektoru a náročnější elektroniku, což způsobuje také větší náklady. Proto se místo něho v poslední době častěji používá detekce pomocí fotodiod na bázi křemíku typu PUT, U běžně vyráběných PUT fotodiod se používá pro dosažení požadovaných průrazných napětí poměrně hlubokých přechodů PN, oož v případě detekce záření s krátkou vlnovou délkou způsobuje snížení účinnosti detekce tohoto záření v důsledku malé hloubky průniku záření. U PIK fotodiod s malou hloubkou přechodu je sice dosaženo větší účinnosti, ale na úkor malého průrazného napětí á častého výskytu poruch vzniklých při kontaktování. Proto se přistupuje k provedení popsanému například v práci Hirobumi Ouchi: IEEE Electron Devices No.12, 1979. Zde se navrhuje řešení, ve kterém účinná plocha fotodiody s mělkou difusí vytvořená ve vrstvě křemíku, epitaxí nanesené na základní křemíkovém substrátu, je ohraničena sběrným pásem s hlubokou difusí, což za určitých optimálních parametrů účinné plochy s mělkou difusí a sběrného pásu s hlubokou difusí umožní dosáhnout většího závěrného napětí, nižších proudů za tmy a také vyšší responsivity pro UV záření. Podobné řešení je také v patentním spise NSRí DE 2734726. Zde se však jedná o lavinové fotodiody, které mají jiné zaměření a jinou funkci, a tedy také jiné požadované parametry než námi sledovaný detektor záření.

Další evropský patentní spis EP 0177918 sice pojednává o detektoru záření, ale tento je provedený zcela odlišnou MOCVD technologií na bázi struktur Ál_xGaj___xN na safírovém substrátu. V dalších dvou patentních spisech DD 216141 a DD 248000 se navrhuje řešení na jiném fyzikálním principu, ve kterém se nabízí dosažení efektivní detekce UV-záření pomocí tenké izolační oxidové vrstvy a vhodně volené implantace iontů, příměsi.

Nevýhodou předchozích řešení detektorů, pokud jsou na křemíkovém substrátu, je v prvém případě obtížné stanovení optimálních hodnot koncentrací příměsí pro kombinovanou difúzi a určení optimálního prostorového uspořádání a profilu nadifundovaňých vrstev. Také způsob výroby detektoru vyžadující nanášení epitaxních vrstev je technologicky složitější. Také u dalších postupů, vyžadujících vytváření tenkých isolačních vrstev a využívajících implantace jde o postupy technologicky dosti složité a náročné. Výroba detektorů zhotovených MOCVD technologií na bázi struktur Al_xGaj___xN vyžaduje značně drahé a málo dostupné technologické zařízení, oož se nutně projeví v ceně detektoru.

Uvedené nevýhody odstraňuje křemíkový detektor záření podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že detekční plocha mělké difúze typu P s koncentrací akceptorů ÍO¹³ aŽ !O¹⁷ atomu/cm³ je vytvořena do hloubky 40 až 100 nm, přičemž o jednu šestinu až osminu šířky sběrného pásu překrývá sběrný pás P o šířce 150 až 300 jum s končenprs PT trací akceptorů 10 až 10 atomů/cnr do hloubky 0,5 až 3 ,iim, který je pokryt vodivou vrstvou, s výhodou NiCr.

Výhodou detektoru řešeného podle vynálezu je jeho účinnost detekce s možností volby v poměrně široké oblasti záření 200 až 1 100 nm, při jeho poměrně jednoduchém technologickém provedení, nevyžadujícím mimo jiné například vytváření epitaxní vrstvy, protože přechody se vytváří přímo na křemíkovém substrátu, oož navíc podle volby umožní dosažení velmi rychlé odezvy signálu zmenšením kapacity přechodu, využitím celé tloušťky desky křemíkového substrátu z vysokoohmického materiálu. Navíc se tak zabrání vzniku případných přídavných ohmických odporů. Ve vynálezu uvedené velikosti a hloubky koncentrací a uspořádání sběrného pásu umožňuje dosažení velkých závěrných napětí a nízkých proudů za tmy, což má za následek možnost použití většího pracovního napětí. To je umožněno tím, že se vzniklým zvětšením profilu sběrného pásu hluboké

CS 273388 Bl

Ά

Λ' difúze sníží jeho křivost, a tím se také sníží velikost intensity elektrického pole, a tedy také zvýší průrazné-ujapští, a to aniž by se snížila účinnost detekce. Výhodou je také to, že detektor lze zhotovit buš pro detekci záření v oblasti UV záření, opatří-li se povrch detektoru antireflexní vrstvou, anebo pro detekci energetických elektronů, ponechá-li se povrch bez antireflexní vrstvy.

Jako příklad lze uvést křemíkový detektor záření pro detekci energetických elektronů. Vlastní detektor je tvořen deskou monokrystalického křemíku o rozměrech:

3,8 x, 3,8 x 0,3 mm, vodivosti typu N a specifické vodivosti 1/1 000 Λ cm. Celní strana této desky je opatřena kruhovou detekční plochou typu P o průměru 2,5 mm a hloubce 40 nm, o koncentraci akceptorů ÍO¹*’ atomů bóru na cnp. Tato detekční plocha je ohraničena kruhovým sběrným pásem typu P⁺ o vnějším průměru 2,52 mm, šířce 200 jam, a hloubce 1,5jum. Tento kruhový sběrný pás je na svém povrchu překryt 500 nm silnou vrstvou NiCr. Odvrácená strana desky detektoru je opatřena 0,4 jum silnou vrstvou N⁺, s koncentrací donorů 2,10²θ atomů fosforu na cnP. Také tato N⁺ vrstva jé celá překryta 500 nm silnou vrstvou NiCr.

Detektorů podle vynálezu lze využít na příklad v laboratorních měřicích přístrojích v systémech kapalinové chromatografie. Dále lze vynálezu využít v zařízeních s detekcí rentgenového, elektronového a jiného záření.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Křemíkový detektor záření pro detekci energetických elektronů nad 500 eV a detekci záření v oblasti 200 až 1 100 nm, tvořený fotodiodou typu PIN nebo PNN⁺, jejíž akceptorová aktivní oblast je tvořena detekční plochou mělké difúze akceptorů obklopenou sběrným pásem hluboké difúze akceptorů, vyznačující se tím, že detekční plocha mělké difúze typu P s koncentrací akceptorů 10^ _až 10^ atomů/cm*³ je vytvořena do hloubky 40 až 100 nm, přičemž o jednu šestinu až osminu šířky Sběrného pásu překrývá sběrný pás P⁺ o šířce 150 až 300 jum s koncentrací akceptorů 10²θ až 10²^ atomů/cnr³ do hloubky 0,5 až 3 μτα, který je pokryt vodivou vrstvou, s výhodou NiCr.