DE2128488C3 - Boundary layer detector and process for its manufacture - Google Patents
Boundary layer detector and process for its manufactureInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Grenzschichtdetektor mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper aus η-leitendem Silizium, der auf einer Flachseite, deren Rand von einer die elektrische Ladung im angrenzenden Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers beeinflussenden elektrisch isolierenden Zwischenlage eingefaßt ist, mit einer Metallelektrode versehen ist, die auf einer Oxidschicht des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Die Zwischenlage dient zur Befestigung des Halbleiterkörpers in einer als Halterung dienenden Einfassung aus Keramik oder Kunststoff. Diese Zwischenlage besteht aus n-Araldit und bildet auf dem η-leitenden Silizium eine positive Oberflächenladung und im angrenzenden Silizium eine Anreicherungsrandschicht, die somit eine gegenüber dem übrigen hochohmigen η-Silizium wesentlich höhere Leitfähigkeit hat. Die der Strahlung ausgesetzte Oberfläche des Siliziumkörpers ist von einer Metallelektrode bedeckt, die im allgemeinen aus Gold bestehtThe invention relates to a boundary layer detector with a disk-shaped semiconductor body made of η-conductive silicon, which is on a flat side, the edge of which carries the electrical charge in the adjacent The electrically insulating intermediate layer influencing the surface area of the semiconductor body is enclosed, is provided with a metal electrode which is arranged on an oxide layer of the semiconductor body. the The intermediate layer is used to fasten the semiconductor body in an enclosure serving as a holder Ceramic or plastic. This intermediate layer consists of n-araldite and forms on the η-conductive silicon a positive surface charge and an enrichment edge layer in the adjoining silicon, which thus creates a has a significantly higher conductivity compared to the rest of the high-resistance η-silicon. That of radiation exposed surface of the silicon body is covered by a metal electrode, generally made of Gold is made
Ein solcher sogenannter Grenzschichtdetektor ist bekannt aus den »TransJRE« NS 9 (1962) Nr. 3, Seiten 213 bis 216. In diesen Strahlungsdetektoren wird die Grenzschicht durch den Metallhalbleiterübergang zwischen einer aufgedampften Goldschicht und dem hochohmigen η-leitenden Siliziumkörper gebildet Die Einfassung schließt nicht nur die Schmalse'te des Siliziumkörpers, sondern auch noch einen Randbereich der zum Empfang der Strahlung dienenden Flachseite ein. Dieser Randbereich wird somit ebenfalls von der n-Araldit-Zwischenlage bedeckt, deren innerer Rand die Metall-Halbleitergrenzschicht einschließt Unter der Gold-Elektrodenschicht entsteht eine Verarmungsrandschicht mit einer gegenüber dem übrigen Silizium-Körper wesentlich geringeren Leitfähigkeit, an der nahezu die gesamte Sperrspannung abfällt Die Sperrspannung solcher Detektoren wird begrenzt durch die elektrische Feldstärke am äußeren Rand der Metallhalbleitergrenzschicht Bei dem bekannten Detektor wird der steile Potentialgradient am äußeren Rand der Metall-Halbleitergrenzschicht durch eine ringförmige Auflage aus p-Araldit vermindert, die den an den inneren Rand der Zwischenlage grenzenden ringförmigen Oberflächenbereich bedeckt Diese p-Ieitende Auflage setzt die Feldstärke in diesem Oberflächenteil he.-ab und erhöht entsprechend die Durchschlagsfestigkeit des gesamten Detektors. Während der Herstellung des bekannten Detektors wird die zu bestrahlende Oberfläche des Halbleiterkörpers «ach einer Vorbehandlung oxidiert Zu diesem Zweck wird der Halbleiterkörper 15 Minuten bei einer Temperatur von 700C der Einwirkung einer 1 °/oigen Natrium-Bichromatli. sung ausgesetztSuch a so-called boundary layer detector is known from "TransJRE" NS 9 (1962) No. 3, pages 213 to 216. In these radiation detectors, the boundary layer is formed by the metal semiconductor junction between a vapor-deposited gold layer and the high-resistance η-conductive silicon body. The enclosure does not close only the narrow side of the silicon body, but also an edge area of the flat side serving to receive the radiation. This edge area is thus also covered by the n-araldite intermediate layer, the inner edge of which encloses the metal-semiconductor boundary layer. Below the gold electrode layer, a depletion boundary layer arises with a significantly lower conductivity compared to the rest of the silicon body, at which almost the entire reverse voltage drops The reverse voltage of such detectors is limited by the electric field strength at the outer edge of the metal-semiconductor boundary layer.In the known detector, the steep potential gradient at the outer edge of the metal-semiconductor boundary layer is reduced by a ring-shaped layer of p-araldite, which forms the ring-shaped surface area bordering the inner edge of the intermediate layer covered This p-conductive layer reduces the field strength in this part of the surface and increases the dielectric strength of the entire detector accordingly. During manufacture of the known detector, the ach surface to be irradiated of the semiconductor body "pretreatment oxidized For this purpose, the semiconductor body for 15 minutes at a temperature of 70 0 C to the action of a 1 ° / o sodium Bichromatli. sung exposed
Es wurde nun erkannt, daß diese ringförmige p-Aralditschicht während der Bestrahlung Photoleitung zeigt die eine Polarisation zur Folge hat Dadurch wird je nach Bestrahlungsintensität, anliegender Spannung und Dauer die Teilspannung an dieser Schicht vermindert und somit die Spannung am Silizium entsprechend erhöht Die Feldzone im Silizium dehnt sich entsprechend aus, und die Folge ist eine ÄnderungIt has now been recognized that this ring-shaped p-araldite layer conducts photoconductivity during irradiation shows which results in polarization. Depending on the irradiation intensity, the voltage applied and duration reduces the partial voltage on this layer and thus the voltage on the silicon correspondingly increased The field zone in the silicon expands accordingly, and the result is a change
der Zählrate.the count rate.
durch den p-Aralditring verursachten Nachteile vermieden werden können, wenn der Halbleiterkörper selbst durch geeignete Vorbehandlung die Funktion dieses Ringes erfüllt und damit der p-Aralditring überflüssig wird. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den Grenzschichtdetektor der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß er konstante Nachweisempfindlichkeit aufweist und zugleich eine hohe Durchschlagsfestigkeit hat Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genanntenAvoided disadvantages caused by the p-araldite ring can be if the semiconductor body itself by suitable pretreatment the function of this Ring and thus the p-araldite ring is superfluous. The invention is therefore based on the object to develop the boundary layer detector of the type mentioned in such a way that it has constant detection sensitivity and at the same time a high dielectric strength This task is accomplished by those mentioned in the characterizing part of claim 1
Ein Verfahren zur Herstellung des Detektors nach der Erfindung besteht darin, daß wenigstens der an die Zwischenlage angrenzende Oberflächenteil des Halbleiterkörpers mit einer so starken Oberflächenschicht aus Siliziumoxid oder Siliziumdioxid versehen wird, daß die von der Zwischenlage erzeugte Ladungsträgeranreicherung kompensiert wird. Die so gebildete Oxidschicht wirkt äquivalent der p-Aralditauflage in den bekannten Anordnungen. Da der p-Aralditring überflüssig ist, wird außerdem die aktive Fläche des Detektors entsprechend erhöht Eine zur Kompensation der Ladungsträgeranreicherung ausreichende Oxidschicht erhält man mit einer wenigstens etwa 5%igen Lösung ausA method for producing the detector according to the invention is that at least the to the Surface part of the semiconductor body adjoining the intermediate layer with such a thick surface layer of silicon oxide or silicon dioxide is provided that the charge carrier enrichment generated by the intermediate layer is compensated. The oxide layer formed in this way acts equivalent to the p-araldite layer in the known ones Arrangements. Since the p-araldite ring is superfluous, In addition, the active area of the detector is increased accordingly to compensate for the accumulation of charge carriers A sufficient oxide layer is obtained with at least a 5% solution
Kaliumbichromat KjCr&i bei etwa 700C in 15 Minuten. Den gleichen Effekt erreicht man mit einer geringeren Konzentration der Lösung, beispielsweise einer 2%igen Lösung bei der gleichen Temperatur, wenn man die Zeit um wenigstens das Doppelte verlängert, insbesondere auf etwa 1 Stunde ausdehnt. Wird die Konzentration der Lösung wesentlich erhöht, beispielsweise auf etwa 50%, so können bei erhöhter Temperatur schon wenige Minuten genügen, die für den technischen Effekt ausreichende Oxidation der Oberfläche herbeizuführen. Bei Zimmertemperatur und einer 5%igen Lösung kann dagegen eine Oxidation über mehrere Stunden erforderlich sein.Potassium bichromate KjCr & i at about 70 0 C in 15 minutes. The same effect can be achieved with a lower concentration of the solution, for example a 2% solution at the same temperature, if the time is extended by at least twice, in particular to about 1 hour. If the concentration of the solution is increased significantly, for example to about 50%, at an increased temperature just a few minutes can suffice to bring about the oxidation of the surface that is sufficient for the technical effect. At room temperature and a 5% solution, on the other hand, oxidation over several hours may be necessary.
Eine ausreichende Oxidation zur Kompensation der Oberflächenladung erreicht man auch mit der erwähnten Natrium-Bichromatlösung, wenn die Konzentration um den mehrfachen Betrag erhöht wird, d. h. eine wenigstens 3%ige, insbesondere etwa 5°/oige Lösung verwendet wird, sofern man mit wirtschaftlich tragbaren Zeiten für den Oxidationsvorgang auskommen will.A sufficient oxidation to compensate for the surface charge can also be achieved with the aforementioned Sodium dichromate solution, if the concentration is increased by several times, d. H. one at least 3%, in particular about 5%, solution is used, provided that it is economically viable Times for the oxidation process wants to get by.
Eine ausreichende Oxidation erhält man auch durch eine Hochdruckdampfbehandlung bei wenigstens 2000C, vorzugsweise mehr als 3000C, insbesondere bei etwa 400° C.A sufficient oxidation are also obtained by a high-pressure steam treatment at at least 200 0 C, preferably more than 300 0 C, particularly at about 400 ° C.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel eines Grenzschichtdetektors dargestellt ist To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which an exemplary embodiment of a boundary layer detector is shown
Ein strahlungsempfindlicher Halbleiterkörper 2 aus n-Ieitendem Silizium, dessen Oberfläche in üblicher Weise vorbehandelt sein kann, ist auf seiner oberen Flachseite und der Schmalseite mit einer Oxidschicht 4 versehen, die aus Siliziumoxid SiO oder Siliziumdioxid S1O2 oder auch aus einer Mischung solcher Oxide bestehen kann. Die Schmalseite des Halbleiterkörpers und der Außenrand der oberen Flachseite ist mittels einer Zwischenlage in einer als Halterung dienenden ringförmigen Einfassung 8 befestigt, die auch noch einen Randbereich der zum Empfang der Strahlung vorgesehenen Oberfläche überdeckt. Die Zwischenlage 6 besteht aus einem Material, das die entgegengesetzte Oberflächenladung wie die Majoritätsträger im Halbleiterkörper erzeugt Diese Zwischenlage 6 kann zweckmäßig aus Kunststoff mit entsprechenden Härtern, vorzugsweise aus n-Araldit, bestehen. Die ringförmige Fassung 8 kann aus Keramik, beispielsweise Aluminiumoxid oder Wonderstone oder auch aus einem polymerisierten Kunststoff bestehen. Die Grenzschicht wird durch den Obergang von einer Metallauflage 10 zum Halbleiterkörper 2 gebildet Die als Elektrode dienende Metallauflage 10 besteht aus einem Material mit großer Austrittsarbeit, vorzugsweise Gold. Auch Platin ist als Auflage geeignet Die untere Rachseite des Halbleiterkörpers 2 ist ebenfalls mit einer Metallauflage 12 versehen, die vorzugsweise aus einem Material mit niedriger Austrittsarbeit, insbesondtai- aus Aluminium, bestehen kann. Neben Aluminium ist auch Magnesium geeignet Die Metallelektrode 12 ist mit einem dünnen elektrisch leitenden Anschluß 14 versehen. Die zweite Elektrode kann beispielsweise durch das Metallgehäuse 16 gebildet werden, das mit einer in der Figur nur angedeuteten Steckervorrichtung verbunden sein kann und das über eine metallische Kapsel 18, beispielsweise aus Nickel, Silber oder Kupfer, mit der Metallauflage 10 elektrisch leitend verbunden istA radiation-sensitive semiconductor body 2 made of n-conductive silicon, the surface of which is in the usual It can be pretreated in a way that is on its upper flat side and the narrow side with an oxide layer 4 provided, which consists of silicon oxide SiO or silicon dioxide S1O2 or a mixture of such oxides can exist. The narrow side of the semiconductor body and the outer edge of the upper flat side is by means of an intermediate layer in a serving as a holder ring-shaped enclosure 8, which also has a Covered the edge area of the surface provided for receiving the radiation. The intermediate layer 6 consists of a material that is the opposite Surface charge generated by the majority carriers in the semiconductor body. This intermediate layer 6 can suitably made of plastic with appropriate hardeners, preferably made of n-araldite. The ring-shaped Socket 8 can be made of ceramic, for example aluminum oxide or Wonderstone, or from a polymerized plastic. The boundary layer is formed by the transition from a metal layer 10 to the semiconductor body 2 as an electrode Serving metal coating 10 consists of a material with a large work function, preferably gold. Even Platinum is suitable as a support. The lower throat side of the semiconductor body 2 is also provided with a metal support 12, which are preferably made of a material with a low work function, in particular aluminum, can exist. In addition to aluminum, magnesium is also suitable. The metal electrode 12 is thin electrically conductive terminal 14 is provided. The second electrode can, for example, through the metal housing 16 are formed, which can be connected to a connector device only indicated in the figure and that via a metallic capsule 18, for example made of nickel, silver or copper, with the metal coating 10 is electrically connected
In dem Detektor nach der Erfindung ist die gesamte vom inneren Rand der Zwischenlage 6 eingeschlossene Oberfläche a!s aktive Fläche wirksam.In the detector according to the invention all of the inner edge of the intermediate layer 6 is enclosed Surface effective as active surface.
Claims (6)
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Family Applications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |