NO327619B1

NO327619B1 - Halvlederdetektor med optimert stralingsinngangsvindu

Info

Publication number: NO327619B1
Application number: NO20035710A
Authority: NO
Inventors: Gerhard Lutz; Lothar Strueder; Peter Lechner
Original assignee: Max Planck Gesellschaft
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2009-08-31
Also published as: DE50302519D1; DE10260229B3; NO20035710L; ATE319108T1; NO20035710D0; EP1431779A1; US7105827B2; US20040149919A1; EP1431779B1

Description

Oppfinnelsen angår en halvlederdetektor for deteksjon av elektromagnetisk stråling eller partikkelstråling, særlig en halvlederdetektor for påvisning av eller for spektroskopi av ioniserende stråling eller ladede partikler.

Det er kjent å benytte halvleder-driftdetektorer (også: halvleder-driftkamre, halvleder-driftdioder, særlig silisium-driftdetektorer, silisium-driftkamre eller silisium-driftdioder) for strålingsdeteksjon (se f.eks. US 4 688 067). En driftdetektor er et halvlederbyggeelement som har stor overflate og lav kapasitet, og som består av et halvlederlegeme av en første ledningstype, f.eks. n-type, hvis innbyrdes motstående hovedoverflater oppviser sjiktformede områder av den motsatte, andre ledningstype, altså f.eks. p-type. Disse områder danner forspente sperresjikt som benyttes som elektroder for i halvlederlegemet å utforme et bestemt potensial for samling av strålingsgenererte ladningsbærere.

En tradisjonell driftdetektor, særlig for spektroskopisk, dvs. energioppløst måling, f.eks. av røntgenstråling, er skjematisk vist på fig. 6. Driftdetektoren 100' omfatter et halvlederlegeme 10' av f.eks. n-type, på hvis (på figuren) øvre hovedoverflate 11' p-dopede driftelektroder 20' er ringformet anordnet. På midten av den første hovedoverflate 11' er det anordnet en signalelektrode 40' (utlesningselektrode) som danner en ohmsk tilkopling til halvlederlegemet 10'. På den motstående, andre hovedoverflate 12' er det anordnet et ustrukturert, sperrepolet område med stor overflate, som danner en motelektrode 30' som også er p-dopet. Motelektroden 30' som utgjør en flate med konstant potensial, danner et strålingsinngangsvindu gjennom hvilken strålingen som skal påvises, innfaller (se f.eks. WO 85/04987).

For detektordriften er driftelektrodene 20' og motelektroden 30' i forhold til halvlederlegemet 10' polet i sperreretningen på en slik måte at tilnærmet hele tverrsnittet av halvlederlegemet 10' utarmes av bevegelige ladningsbærere og det i det indre av halvlederlegemet 10' oppstår et potensialminimum for majoritetsladningsbærere av den første ledningstype, altså f.eks. elektroner. Ved påtrykning av en utad tiltakende spenning på driftelektrodene 20' dannes potensialminimumet som kontinuerlig potensialgradient 13'.

På grunn av absorpsjonen av ioniserende stråling i det utarmede volum av halvlederlegemet 10' genereres majoritetsladningsbærere (her: elektroner) som i potensialgradientens elektriske felt driver mot signalelektroden 40' hvor de avgir et målesignal. Målesignalet blir med en forsterker 41', som eventuelt er integrert i halvlederlegemet 10', forsterket og deretter vurdert. De ved strålingsabsorpsjonen genererte minoritetsladningsbærere (her: hull) trekkes bort på grunn av de sperrepolede områder og bidrar ikke til signalet. Da signalelektrodens 40' kapasitet er ekstremt liten, tillates på grunn av driftdetektorstrukturen på fordelaktig måte en støysvak og rask utlesning av signalet. Driftdetektorer er derved særlig egnet for enkeltfotonstråling (måling av enkeltstående strålingskvanta eller partikler), hvorved det ved anvendelse av den flatemessig utstrakte motelektrode 30' oppnås homogene absorpsjonsforhold i halvlederlegemet 10' og det derved oppnås en energetisk smal signalsvarfunksjon for driftdetektoren med liten undergrunn. Anvendelsen av en ustrukturert motelektrode 30' med stor overflate som strålingsinngangsvindu har imidlertid en vesentlig ulempe for potensialfordelingen i det indre av halvlederlegemet 10', og denne skal i det følgende forklares under henvisning til fig. 7A og 7B. På fig. 7A er det vist et snittriss av halvlederlegemet 10' med driftelektrodene 20' og motelektroden 30'. Fig. 7B illustrerer de tilsvarende potensialforhold i halvlederlegemet 10'.

Ved påvirkning av driftelektrodene 20' med en spenningsgradient mellom eksempelvis -250 V ved den ytre driftelektrode 22' og -10 V ved den indre driftelektrode 21', og en påvirkning av motelektroden 30' med en konstant spenning på -125 V, fremkommer det tilnærmet diagonale forløp av potensialminimumet 13' i halvlederlegemet 10'. Ved den ytre kant av driftdetektoren oppstår det imidlertid i forhold til det ytre, ikke utarmede område sterke elektriske felt som griper forstyrrende inn i potensialforløpet i halvlederlegemet 10' mellom elektrodene. I området for den sperrende driftelektrode med den størrelsesmessig høyeste sperrespenning, dvs. ved kanten av den følsomme detektorflate, oppstår det nær motelektroden 30' parallelt med den andre hovedoverflate 12' et område 14' med tilnærmet konstant potensial og liten elektrisk feltstyrke. Majoritetsladningsbærere som genereres i dette område 14', oppholder seg på grunn av den lave elektriske feltstyrke en forholdsvis lang tid i dette nesten feltfrie rom. I denne oppholdstid ekspanderer den romlige fordeling av signalladningene betydelig på grunn av diffusjon. Derved forlenges ladningssamlingstiden og følgelig også signalstigetiden. Derved dannes en romlig inhomogen svarfunksjon for driftdetektoren. For en spektroskopisk vurdering er målesignalene bare begrenset anvendbare.

Et ytterligere problem består i at det ved den ytre kant av driftdetektoren nær strålingsinngangssiden (motelektroden 30') ikke finnes noen eller bare en liten potensialbarriere overfor det ikke utarmede, ytre område av halvlederlegemet. Den lave potensialbarriere mot det ikke utarmede område begunstiger et delvis tap av signalladninger. På fig. 7 er forløpet av grensen inntegnet med en strekpunktert linje 15' langs hvilken de genererte ladningsbærere enten flyter inn i det utarmede område mot signalelektroden 40' eller går tapt mot kanten av detektoren. Det er også en ulempe at grensen 15' på grunn av de sterke elektriske felter ved detektorkanten i halvlederlegemet 10' forskyves under motelektroden 30'. Dermed kan ladningsbærere, selv om de er blitt generert under strålingsinngangsvinduet, gå tapt for målingen.

Begge de uheldige virkninger, altså variasjonene av signalstigetiden alt etter stedet for ladningsbærergenerering og signalladningstapene, skader driftdetektorens energioppløsning. Ved tradisjonelle driftdetektorer har man forsøkt å utelukke absorpsjonen av ioniserende stråling og dermed ladningsbærergenereringen i de feltfrie områder ved å dekke kantområdet ved hjelp av en kollimator. Anbringelsen av en kollimator med en teknisk betinget justeringstoleranse fører imidlertid til et betydelig tap av følsom detektorflate. Forholdet mellom geometrisk og virkelig utnyttbar detektorflate forringes.

Det er også kjent flerkanal-driftdetektorer ved hvilke et stort antall detektor-strukturer ifølge fig. 6 er anordnet f.eks. på bikakeliknende måte som detektorceller ved siden av hverandre. Mens det for alle detektorceller er anordnet en felles motelektrode, oppviser hver enkelt detektorcelle en egen signalelektrode. Dette muliggjør den samtidige energiselektive deteksjon av enkeltstående strålingskvanta. Ved flerkanal-driftdetektorer opptrer de ovennevnte problemer ikke bare ved detektorkanten, men også langs cellegrensene. Ved cellegrensene, fra hvilke respektive potensialgradienter begynner i retning mot signalelektrodene i midten av de tilgrensende celler, oppstår overflatenært nesten feltfrie områder i hvilke ladningssamlingstiden øker. Videre kan signalladninger vandre inn i de tilgrensende detektorceller og dermed forfalske målesignalet.

Det skal også vises til US 4 885 620 som angir en fullt ut uttømt n-type halvleder omfattende en første hovedside med en rekke p-områder, og tilsvarende på en andre hovedside hvor det også er angitt en rekke p-områder.

Den nevnte ulempe med et tap av signalladningsbærere kan foruten ved kant-områdene av en detektor eller ved cellegrensene til flerkanaldetektorer likeledes opptre når det i den øvre hovedoverflate 11' innenfor driftelektrodene 20' er integrert ytterligere detektorkomponenter som har et område med lokalt redusert ladningsbærersamlings-effektivitet som resultat. Slike områder kan eksempelvis oppstå på grunn av integrasjonen av elementer i forsterkerelektronikken.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbedret halvlederdetektor med hvilken ulempene ved de tradisjonelle detektorer overvinnes og som utmerker seg ved en økt effektivitet, reproduserbarhet og nøyaktighet av strålingsdeteksjonen. Detektoren skal spesielt bibeholde fordelene med anvendelsen av et ikke strukturert strålingsinngangsvindu (motelektrode med stor overflate) og derved unngå ulempene med de ovenfor beskrevne, feltfrie områder. Et formål med oppfinnelsen er spesielt å tilveiebringe en forbedret halvlederdetektor som utmerker seg ved en forbedret utnyttelse av strålings-inngangsvinduets flate og dermed ved en forhøyet deteksjonseffektivitet. Detektoren skal spesielt egne seg for å energioppløse målinger med en smal spektral svarfunksjon ved ubetydelig lavenergetisk undergrunn.

Dette formål oppnås ved hjelp av en halvlederdetektor med særtrekkene ifølge patentkrav 1. Fordelaktige utførelsesformer og anvendelser av oppfinnelsen fremgår av de avhengige krav.

En grunnidé med oppfinnelsen er å videreutvikle en halvlederdetektor for deteksjon av elektromagnetisk stråling eller av partikkelstråling med et halvlederlegeme

(halvledersubstrat) på hvis hovedoverflate på den ene side driftelektroder og på den annen side en motelektrodeanordning er dannet som forspente sperresjikt, i en slik retning at motelektrodeanordningen omfatter en flatemessig utstrakt, ustrukturert hovedelektrode og minst én barriereelektrode som i forhold til halvlederlegemet er polet eller forspent sterkere i sperreretningen enn hovedelektroden. Hovedelektroden og den minst ene barriereelektrode danner strålingsinngangsvinduet i halvlederdetektoren ifølge oppfinnelsen. Den for deteksjonen utnyttbare flate av strålingsinngangsvinduet forstørres på fordelaktig måte ved hjelp av en reduksjon av de feltfrie områder og disses forskyvning inn i dybden av halvlederlegemet og en skjerping av gradientene ved grensen mellom utarmet og ikke utarmet område av halvlederlegemet under virkningen av den minst ene barriereelektrode. Virkemåten til den minst ene barriereelektrode skal forklares med ytterligere detaljer nedenfor.

Med en flatemessig utstrakt (tysk: flachig) og ustrukturert dannet hovedelektrode skal det her forstås et elektrodesjikt eller en gruppe av med hverandre elektrisk forbundne elektrodesjikt som i hvert tilfelle har en flate som svarer til den flate som en gruppe driftelektroder inntar på den motstående overflate av halvlederlegemet, og i hvert tilfelle danner et lukket sjikt uten delstrukturer.

Ifølge oppfinnelsen kan halvlederelektrodene (drift- og motelektroder) være p-dopet, mens halvlederlegemet er n-dopet. Alternativt kan halvlederelektrodene være n-dopet, mens halvlederlegemet er p-dopet.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er hovedelektroden i planet for den andre hovedoverflate av halvlederlegemet helt eller delvis omsluttet av barriereelektroden. Eksempelvis danner barriereelektroden ved en enkanal-driftdetektor en ring rundt hovedelektroden. Alternativt kan det ifølge oppfinnelsen være sørget for at den minst ene barriereelektrode stykkevis helt eller delvis omgir enkelte delområder (celleområder) av hovedelektroden. Denne utforming er eksempelvis anordnet ved flerkanal-driftdetektorer. Med barriereelektroder som omslutter delområdene av hovedelektroden i overensstemmelse med utvidelsene av detektorcellene, oppnås en forbedret tilordning av de detekterte ladningsbærere til de enkelte celler.

Den minst ene barriereelektrode kan være avbrutt av en ledende, i forhold til barriereelektroden isolert bro på en slik måte at det dannes en elektrisk forbindelse av et celleområde av hovedelektroden med andre celleområder, eller av et ikke dopet område mellom barriereelektroden og hovedelektroden med halvlederlegemet. Sammenknyttingen av forskjellige delområder av hovedelektroden kan særlig ved tilkopling av hovedelektrodene i en flerkanal-driftdetektor til en ekstern spenningsforskyvning være av praktisk fordel. Sammenknyttingen av det ikke dopede område med halvlederlegemet kan være av fordel for unngåelse av termisk genererte lekkasje- eller mørkestrømmer.

Ifølge en modifisert utførelsesform av oppfinnelsen kan den minst ene barriereelektrode i den andre hovedoverflate være anordnet i områder som ligger overfor ytter ligere potensialpåvirkende elementer (f.eks. sjiktformede koplingskomponenter, så som eksempelvis en signalforsterkende transistor) på den første hovedoverflate. Dermed kan ladningsbærersamlingstiden og ladningsbærereffektiviteten forbedres på fordelaktig måte.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen har den minst ene barriereelektrode en lateral bredde (utstrekning i planet for den andre hovedoverflate) som er minst lik en firedel av halvlederlegemets tykkelse. Derved kan det feltfrie område (sadelpunktet) forskyves fra overflaten inn i dybden av halvlederlegemet. Dermed kan signalladningstapene på fordelaktig måte reduseres, da de fleste ladningsbærere ved absorpsjonen av elektromagnetisk stråling genereres nær overflaten.

Den minst ene barriereelektrode kan ifølge oppfinnelsen bestå av dopet halvledermateriale med den andre ledningstype eller alternativt av metall, slik at det med halvlederlegemet dannes en Schottky-overgang. Den første variant kan ha fordeler med hensyn til fremstillingen av barriereelektroden fortrinnsvis med det samme dopingsstoff som hovedelektroden.

Ifølge oppfinnelsen kan det være sørget for at hovedelektroden er anordnet uten elektrisk forbindelse med andre spenningsførende deler av detektoren. Ved denne utforming drives hovedelektroden i en "flytende" tilstand, hvorved fordeler kan frem-komme med hensyn til forenkling av detektoroppbygningen.

Ifølge en ytterligere modifikasjon kan det utenfor strålingsinngangsvinduet, som dannes av hovedelektroden og den minst ene barriereelektrode, være anordnet ytterligere avskjermingselektroder eller til og med sikkerhetselektroder. Avskjermingselektrodene kan innvirke fordelaktig på unngåelsen av høye elektriske felt ved detektorkanten.

Halvlederdetektoren ifølge oppfinnelsen har på fordelaktig måte et vidt anvendelsesområde ved påvisning og ved den spektroskopiske, dvs. energioppløste, måling av ioniserende stråling (f.eks. ladede partikler) eller elektromagnetisk stråling i bølgelengdeområdet for gamma-, røntgen- eller UV-stråling eller for det synlige lys. En foretrukket anvendelse består i anskaffelsen av en driftdetektor for røntgenspektroskopi. Alternativt kan halvlederdetektoren ifølge oppfinnelsen også danne en PAD-detektor eller en annen pikselbasert halvlederdetektor.

Ytterligere fordeler og detaljer ved oppfinnelsen skal beskrives i det følgende under henvisning til de vedlagte tegninger, der

fig. 1 viser et skjematisk planriss av en enkanaldetektor ifølge oppfinnelsen,

fig. 2A, B viser en illustrasjon av potensialforholdende i detektoren ifølge fig. 1 langs linjen II-II,

fig. 3 viser et skjematisk planriss av en flerkanaldetektor ifølge oppfinnelsen,

fig. 4A, B viser en illustrasjon av potensialforholdene i detektoren ifølge fig. 3 langs linjen IV-IV,

fig. 5 viser en skjematisk illustrasjon av anordningen av feltplater, og

fig. 6, 7 viser illustrasjoner av oppbygningen av og potensialforholdene for en tradisjonell driftdetektor.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives som eksempel under henvisning til en halvleder-driftdetektor for røntgenspektroskopi. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til denne anvendelse, men er tilsvarende anvendelig ved andre halvlederdetektorer. Oppfinnelsen er spesieltkarakterisert vedutformingen av strålingsinngangsvinduet til en halvlederdetektor med en motelektrode og minst én barriereelektrode. Ytterligere særtrekk ved halvlederdetektorer, så som utformingen av halvlederlegemet, driftelektrodene, utlesningselektrodene eller ytterligere koplingskomponenter, er i og for seg kjent fra tradisjonelle halvlederdetektorer, og blir derfor her ikke beskrevet i detalj.

Fig. 1 viser som eksempel en driftdetektor 100 i skjematisk, forstørret planriss med blikk på den andre hovedoverflate 12 med strålingsinngangsvinduet 30. Driftdetektoren 100 er oppbygget som enkanaldetektor med sylindersymmetri svarende til den i og for seg kjente konstruksjon av en enkeltdriftdetektor av standardtype. Strålingsinngangsvinduet 30 er anordnet som motelektrodeanordning til driftdetektoren 100 i stedet for motelektroden 30' til eksempelvis en tradisjonell driftdetektor ifølge fig. 5. Strålingsinngangsvinduet 30 omfatter ifølge oppfinnelsen den flate, ustrukturerte hovedelektrode 31 og den ringformede barriereelektrode 32 som omgir hovedelektroden 31. Begge elektroder 31, 32 er dannet som dopede sperresjikt på en av halvlederlegemets 10 hovedoverflater. Elektrodene 31, 32 er anordnet på avstand fra hverandre. Mellom disse befinner det seg en isolerende ring av udopet halvledermateriale.

Barriereelektroden 32 er ifølge oppfinnelsen via den elektriske forbindelsesledning 33 forbundet med en spenningskilde 50. Spenningskilden 50 er anordnet for å påvirke barriereelektroden 32 med en sperrespenning som er større enn hovedelektrodens 31 sperrespenning i forhold til halvlederlegemet 10.

Halvlederlegemet 10 er eksempelvis n-ledende silisium, mens elektrodene 31, 32 oppviser den motsatte ledningstype, altså p-ledning. Elektrodene 31, 32 dannes fortrinnsvis ved doping av det halvledermateriale på grunnlag av hvilket halvlederlegemet er fremstilt. Alternativt kan halvlederlegemet være dannet f.eks. av germanium, gallium-arsenid, kadmium-tellurid eller kadmium-sink-tellurid.

Tykkelsen av halvlederlegemet 10 er fortrinnsvis valgt i området fra 200 um til 500 um. Utstrekningen av hovedelektroden 31 er eksempelvis 1 mm til 5 mm. Den laterale bredde av barriereelektroden 32 er eksempelvis 100 um og er i det minste valgt slik at en kontaktering med en forbindelsesledning 33 blir mulig. Den laterale bredde er fortrinnsvis minst lik Va av halvlederlegemets 10 tykkelse. Ved en tykkelse på f.eks. 450 um er bredden eksempelvis ca. 225 um. Den isolerende avstand mellom elektrodene har en bredde på eksempelvis 10 um. Den totale overflate av strålingsinngangsvinduet 30 er eksempelvis 12 mm<2>.

Virkningen av barriereelektroden 32 skal i det følgende forklares under henvisning til fig. 2A, B. På fig. 2A er det vist en forstørret snittfremstilling av driftdetektoren ifølge fig. 1 langs linjen II-II. På den første hovedoverflate 11 av halvlederlegemet 10 er driftelektrodene 20 og signalelektroden 40 anordnet. Hovedelektroden 31 og barriereelektroden 32 som er forbundet med spenningskilden 50, befinner seg på den motstående, andre hovedoverflate 12. Driftelektrodene 20 på den ene side og elektrodene 31, 32 på den annen side inntar tilnærmet samme overflate. For strålingsdeteksjon innstilles eksempelvis følgende spenninger i driftdetektorens driftstilstand: hovedelektrode 31: -125 V, barriereelektrode 32: -150 V, driftelektroder 20: spenningsgradient stigende fra -10 V ved den innerste driftelektrode 21 til -250 V ved den ytterste driftelektrode 22. Spenningsgradienten ved driftelektrodene innstilles slik at det dannes et i det vesentlige diagonalt gjennom halvlederlegemet 10 forløpende potensialfall 13 for samling av de strålingsgenererte ladningsbærere.

På fig. 2B er de tilsvarende potensialforhold vist. Frie ladningsbærere beveger seg loddrett på de inntegnede linjer med konstant potensial. Majoritetsladningsbærerne (i eksempelet: elektroner) flyter ved potensialminimumet 30 i retning mot signalelektroden 40 (utlesningselektrode) i midten av halvlederlegemet 10, mens minoritetsladnings-bærerne flyter tilnærmet loddrett på de to hovedoverflater 11, 12.1 områdene med en høy tetthet av potensiallinjer hersker et sterkt elektrisk felt som akselerer ladningsbærerne.

På grunn av virkningen av barriereelektroden 32 fremkommer det til forskjell fra potensialbildet for den tradisjonelle driftdetektor ifølge fig. 6 ifølge oppfinnelsen en tydelig reduksjon av utstrekningen av det nesten feltfrie område 14, og dermed en raskere drift av der genererte majoritetsladningsbærere mot utlesningselektroden 40. Signalløpe-tidene fra dette kritiske område blir forkortet. Videre blir potensialbarrieren gjennom hvilken majoritetsladningsbærerne kunne difundere inn i det ikke utarmede område av halvlederlegemet 10, og således den effektive detektorflate, forstørret. Potensial-skillelinjen 15 (strekpunktert linje) griper på fordelaktig måte mindre dypt inn i halvlederlegemet 10 under strålingsinngangsvinduet 30. Sammenliknet med den tradisjonelle driftdetektor forstørres den effektivt utnyttbare flate av strålingsinngangsvinduet 30. Videre skjerpes potensial veggen, slik at genereringssstedene for ladningsbærere, på hvilke driftretningen først er ubestemt, forminskes.

En viktig fordel består i at sadelpunktet for det feltfrie område 15 forskyves inn i dybden av halvlederlegemet 10 under den andre hovedoverflate 12. Da absorpsjonssann-synligheten for fotoner og dermed hyppigheten av ladningsbærergenereringsprosesser særlig ved deteksjonen av elektromagnetisk stråling avtar eksponentielt med den gjennomstrålte veistrekning, og dermed de fleste ladningsbærere genereres umiddelbart under overflaten, bevirker forskyvningen av området 15 inn i dybden en betraktelig reduksjon av det ladningsbærertall som overhodet genereres i området 15. Forskyvningen av området 15 inn i dybden av halvlederlegemet 10 tilsvarer omtrent den laterale bredde av barriereelektroden.

Det er særlig fordelaktig at til og med ladningsbærere som genereres utenfor hovedelektroden 31 under barriereelektroden 32, delvis bidrar til målesignalet, da potensial-skillelinjen ender først under barriereelektroden 32. Sammenliknet med det tradisjonelle bilde fremkommer det en tilvekst av den nyttbare flate på ca. 20 %. Ladningsbærersamlingseffektiviteten er sprangvis forbedret.

Fig. 3 viser en modifisert utførelsesform av en driftdetektor 200 ifølge oppfinnelsen, som er dannet som flerkanaldetektor med et stort antall bikakeformet anord-nede detektorceller 210, 220, 230.... Det skjematiske planriss av den andre hovedoverflate 12 viser et strålingsinngangsvindu 30 med en hovedelektrode 31 og en barriereelektrode 32. Hovedelektroden 31 består av et antall heksagonale elektrodesjikt svarende til antallet av detektorceller. De heksagonale elektrodesjikt betegnes også som celleområder 34, 35,.... Celleområdene 34, 35,... er via elektrisk ledende forbindelsesbroer (f.eks. ved 36), som er isolert i forhold til barriereelektroden 32, elektrisk forbundet med hverandre, slik at alle celleområder av hovedelektroden 31 oppviser et felles potensial.

Barriereelektroden 32 er sammensatt av et stort antall rette elektrodestrimler som i heksagonal form inneslutter celleområdene av hovedelektroden 31. Barriereelektroden 32 er via forbindelsesledningene 33 forbundet med spenningskilden 50. Størrelsen av celleområdene og bredden av elektrodestrimmelen er valgt analogt med dimensjoneringen ifølge fig. 1. En forstørret snittfremstilling langs linjen IV-IV og de tilhørende potensialforhold er vist på fig. 4A, B.

Fig. 4A viser de til hverandre grensende halvdeler av detektorcellene 210, 230 på hvis første hovedoverflate 12 analogt med det foran beskrevne eksempel driftelektrodene 20 og signalelektrodene 42, 43 er anordnet, og på hvis andre hovedoverflate hovedelektroden 31 og barriereelektroden 32 er anordnet. Ved detektordriften påvirkes elektrodene med følgende potensialer: hovedelektrode 31: -125 V, barreriereelektrode 32: -150 V, driftelektroder: spenningsgradienter begynnende fra de laveste sperrespenninger -10 V ved driftelektrodene 21, 23 som grenser til signalelektrodene 42, 43, over den maksimale sperrespenning -250 V i den midtre driftelektrode 22 ved cellegrensen mellom de tilgrensende detektorceller 210, 230. I det fullstendig utarmede, n-ledende substrat danner det seg diagonalt forløpende potensialgradienter 13 ved hvis minima ladningsbærerne samles mot signalelektrodene 42,43.

Virkningen av barriereelektroden 32 er vist i potensialbildet på fig. 4B. Det nesten feltfrie område 14 med sadelpunktet mellom potensialforløpene er forminsket og forskjøvet inn i dybden av halvlederlegemet 10. Dessuten er potensialbarrieren mellom de tilgrensende detektorceller skjerpet. På fordelaktig måte kan derved detekterte delbegiv-enheter som tilhører et foton, atskilles bedre i signalvurderingen.

Driftsdetektorer ifølge oppfinnelsen kan oppvise følgende ytterligere særtrekk. Rundt strålingsinngangsvinduet 30 kan det i tillegg være anordnet ytterligere avskjerm-ingsringer for potensialreduksjon i forhold til omgivelsene. Ved strålingsinngangsvinduet kan det være anordnet en kollimator som imidlertid til forskjell fra kollimatorene ved tradisjonelle detektorer frigir en større flate som følsom detektorflate.

Videre kan det være sørget for å forbinde alle overflateområder av halvlederlegemet 10 i planet for den andre hovedoverflate 12 mellom hoved- og barriereelektrodene 31, 32 elektrisk med hverandre, og bestemme potensialet både for disse overflateområder og for avbrytelsene (se f.eks. fig. 3, henvisningstallene 36, 37) av barriereelektroden ved hjelp av feltplater, for eksempel i en utførelse som metalloksid-halvlederelementer (se 61, 62 på fig. 5). På fordelaktig måte kan derved lekkasjestrømmer, som i øket grad kan oppstå i disse områder på grunn av støystedsunderstøttet, termisk generering av ladningsbærere, bortføres til det ikke utarmede område av halvlederlegemet, og detektorens energioppløsning dermed forbedres.

Den minst ene barriereelektrode kan i den andre hovedoverflate for eksempel være anordnet på midten, hvor det motsatt beliggende på den første hovedoverflate ved signalelektroden for eksempel er anordnet en forsterkende transistor som i et lokalt begrenset område kan forårsake en redusert ladningssamlingseffektivitet.

De i beskrivelsen, på tegningene og i kravene åpenbarte særtrekk ved oppfinnelsen kan være av betydning både enkeltvis og i kombinasjon for realisering av oppfinnelsen i dens forskjellige utførelser.

Claims

1. Halvlederdetektor (100, 200) for deteksjon av elektromagnetisk stråling eller partikkelstråling, omfattende et halvlederlegeme (10) av en første ledningstype med første og andre hovedoverflater (11, 12), en gruppe driftelektroder (20, 21, 22, 23) med en andre, motsatt ledningstype, som er anordnet på den første hovedoverflate (11) for frembringelse av minst ett driftfelt i halvlederlegemet (10), og en motelektrodeanordning (30) som er anordnet på den andre hovedoverflate (12), som oppviser den andre ledningstype og som danner et strålingsinngangsvindu,karakterisert vedat motelektrodeanordningen (30) omfatter en flatemessig utstrakt hovedelektrode (31) og minst én barriereelektrode (32) som er elektrisk isolert fra hverandre, hvorved den minst ene barriereelektrode (32) er forbundet med en spenningskilde (50) og er innrettet til i forhold til halvlederlegemet (10) å påvirkes med en sperrespenning som er større enn hovedelektrodens (31) sperrespenning.

2. Halvlederdetektor ifølge krav 1,karakterisert vedat den minst ene barriereelektrode (32) i planet for den andre hovedoverflate (12) helt eller delvis omgir hovedelektroden (31).

3. Halvlederdetektor ifølge krav 2,karakterisert vedat minst én barriereelektrode (32) i planet for den andre hovedoverflate helt eller delvis omgir celleområder (34, 35) av hovedelektroden (31).

4. Halvlederdetektor ifølge krav 2 eller 3,karakterisert vedat den minst ene barriereelektrode (32) delvis omgir hovedelektroden (31) eller dennes celleområder (33, 34) på en slik måte at det i barriereelektroden (32) er dannet en respektiv avbrytelse med en ledende bro (36, 37) som forbinder de forskjellige celleområder (34, 35) eller overflateområdene av halvlederlegemet (10) i planet for den andre hovedoverflate (12) mellom hovedelektrodene (31) og barriereelektrodene (32) elektrisk med hverandre.

5. Halvlederdetektor ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat halvlederlegemets (10) overflateområder i planet for den andre hovedoverflate (12) mellom hoved- og barriereelektrodene (31, 32) eller barriereelektrodens avbrytelser (36, 37) er helt eller delvis dekket med feltplater.

6. Halvlederdetektor ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat den minst ene barriereelektrode i planet for den andre hovedoverflate (12) er anordnet i områder ved hvilke det motsatt beliggende på den første hovedoverflate (11) består regioner med redusert ladningssamlingseffektivetet.

7. Halvlederdetektor ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat den minst ene barriereelektrode (32) oppviser en lateral bredde som minst lik Va av halvlederlegemets (10) tykkelse.

8. Halvlederdetektor ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat den minst ene barriereelektrode (32) består dopet halvledermateriale med den andre ledningstype.

9. Halvlederdetektor ifølge ett av kravene 1-7,karakterisert vedat den minst ene barriereelektrode (32) består av metall og danner en Schottky-overgang med halvlederlegemet (10).

10. Halvlederdetektor ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat hovedelektroden er anordnet uten elektrisk forbindelse med andre potensialførende deler av detektoren.

11. Halvlederdetektor ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat avskjermingselektroder er anordnet utenfor strålingsinngangsvinduet (30).

12. Halvlederdetektor ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat den omfatter en driftdetektor (100,200) for røntgenspektroskopi.

13. Halvlederdetektor ifølge krav 12,karakterisert vedat driftdetektoren omfatter en flerkanaldetektor (200) med flere detektorceller (210, 220, 230, ...) som slutter seg til hverandre.

14. Halvlederdetektor ifølge ett av kravene 1-11,karakterisert vedat den omfatter en PAD-detektor for partikkeldeteksjon.