RU189681U1 - Монолитный алмазный ΔE-Е детектор - Google Patents
Монолитный алмазный ΔE-Е детектор Download PDFInfo
- Publication number
- RU189681U1 RU189681U1 RU2018146573U RU2018146573U RU189681U1 RU 189681 U1 RU189681 U1 RU 189681U1 RU 2018146573 U RU2018146573 U RU 2018146573U RU 2018146573 U RU2018146573 U RU 2018146573U RU 189681 U1 RU189681 U1 RU 189681U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diamond
- substrate
- detector
- contact
- thickness
- Prior art date
Links
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000005658 nuclear physics Effects 0.000 description 1
- 229910001392 phosphorus oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- VSAISIQCTGDGPU-UHFFFAOYSA-N tetraphosphorus hexaoxide Chemical compound O1P(O2)OP3OP1OP2O3 VSAISIQCTGDGPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Полезная модель может применяться для создания полупроводниковых детекторов ядерных излучений. Сущность полезной модели заключается в том, что монолитный алмазный ΔЕ-Е детектор содержит высокоомную алмазную подложку толщиной от 50 мкм до 500 мкм, на рабочей стороне которой последовательно сформированы сильнолегированный слой алмаза р-типа толщиной 1-5 мкм, к которому сформирован омический контакт с торцевой стороны подложки, и эпитаксиальный нелегированный слой алмаза от 1 мкм до 10 мкм, к которому сформирован выпрямляющий контакт, к обратной стороне высокоомной алмазной подложки сформирован выпрямляющий контакт. Технический результат: обеспечение возможности идентификации тяжелых частиц по схеме ΔЕ-Е. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к полупроводниковым детекторам ядерных излучений. Область применения - эксперименты ядерной, ускорительной физики и дозиметрические приложения, требующие идентификации тяжелых заряженных частиц.
Известен интегральный ΔЕ-Е детектор с M/n-/n++/n-/M структурой [Kim С. et al. «Epitaxial integrated E-dE silicon detector with a buried low-resistive diffused layer», IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 27, NO. 1, pp. 258-265, 1980]. С рабочей стороны высокоомной (8 кОм⋅см) кремниевой подложки толщиной 200 мкм проводится диффузия Sb при температуре 1250°С для создания n++-слоя толщиной порядка 8 мкм. Поверх n++-слоя выращивается эпитаксиальный n-слой толщиной 8-10 мкм. Контакты к обеим поверхностям подложки и торцевой поверхности (n++-слою) создаются с использованием Au. Основным недостатком данной конструкции является невоспроизводимость технологии создания контакта к торцевой поверхности подложки.
Известна конструкция тонкого ΔЕ детектора для спектроскопических применений [
G., Westerberg L., Spohr R., Petersson С.S. ((Fabrication and characterization of thin ΔЕ detectors for spectroscopic application)), Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, vol. 546, pp. 312-318, 2005], который предназначен для работы в качестве первой ступени ΔЕ-Е детектора. Изготовление детектора производится на основе высокоомных подложек кремния n-типа ориентации (100) с удельным сопротивлением от 1000 до 5000 Ом⋅см и толщиной 380 мкм. Утонение активной области с обратной стороны производится анизотропным травлением. Затем с рабочей стороны пластины из нанесенного на поверхность оксида фосфора при 900°С в течение 30 минут производится диффузия фосфора для создания n+-слоя толщиной 0.6 мкм. В качестве маски используется оксид кремния. Затем с обратной стороны в предварительно нанесенном SiO2 производится вскрытие окон площадью 4 мм квадратной формы. Затем проводится легирование бором путем диффузии из твердого источника оксида бора при 950°С в течение 30 минут в атмосфере азота для создания р+-области. Сразу после этого к обеим сторонам формируются контакты на основе алюминия толщиной 0.1 мкм. Используемая технология позволяет изготовить активную область детектора толщиной не менее 4.5 мкм.
Недостатком представленной конструкции является сложность технологических операций по утонению активной области детектора, сложности получения однородной толщины по всей активной площади. Также к серьезным недостаткам стоит отнести повышенную хрупкость детектора при увеличении размеров активной области и высокую стоимость по причине использования операций трудно воспроизводимых в промышленном производстве.
Известен монолитный ΔЕ-Е детектор, изготовленный на основе планарной кремниевой технологии [Cardella G. et al. «А monolithic silicon detector telescope», Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, V. 378, pp. 262-266, 1996], а также детекторы, изготовленные на основе данной конструкции [Agosteo S. et al. «А feasibility study of a solid-state microdosimeter», Applied radiation and isotopes, V. 63, pp. 529-535, 2005; Amorini F. et al. ((Performance and perspectives of silicon detector telescopes», Nuclear Physics В, V. 150, pp. 227-230, 2006]. Детектор изготавливается на высокоомной кремниевой подложке, контакт к обратной стороне подложки изготавливается с использованием имплантации мышьяка с последующей диффузией при низкой температуре (900°С). Далее, вокруг области скрытого анода (заглубленная p-область) создаются р+-окна с использованием низкоэнергетической имплантацией бора с последующей высокотемпературной (1050°С) диффузией до глубины 2 мкм. Анод формируется имплантацией бора с высокой энергией (900 кэВ) с флюенсом 1014 см-3. Верхний ΔЕ-контакт изготавливается с использованием имплантации фосфора. На следующем этапе производится пассивация структуры и создание контактов к активным областям прибора. Представленная конструкция лишена недостатков описанных ранее приборов: во-первых ее производство основано на основе стандартной планарной кремниевой технологии, что делает ее значительно более дешевой; во-вторых она позволяет создавать ΔЕ слои порядка 1 мкм, что не возможно для ранее рассмотренных конструкций; в-третьих, решается проблема создания воспроизводимого контакта к нижнему электроду ΔЕ-детектора.
Недостатком кремниевой технологии является более низкая (на один-два порядка) радиационная стойкость по сравнению с материалами с большей шириной запрещенной зоны, а также значительное ухудшение характеристик кремниевых приборов при температурах выше комнатной.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является детектор на основе CVD алмазных слоев [Marinelli М. et al. «High performance 6LiF-diamond thermal neutron detectors», Applied physics letters, vol. 89, №. 14, p.143509, 2006], используемый в качестве сенсора продуктов взаимодействия по реакции 6Li(n,α)3H. В качестве подложки используются монокристаллические пластины, полученные методом НРНТ типа Ib толщиной около 400 мкм. На рабочей поверхности с использованием CVD метода формируется алмазный буферный слой толщиной 15 мкм и удельным сопротивлением 5 Ом⋅см, в дальнейшем CVD методом осаждается пленка нелегированного алмаза толщиной от 15 до 20 мкм. Этот этап проводится в отдельном CVD-реакторе, чтобы избежать непреднамеренного загрязнения внутреннего слоя бором. Затем к торцевым поверхностям формируется контакт на основе Ag, а к рабочей поверхности создается алюминиевый контакт толщиной 100 нм. Описанная выше геометрия необходима для того, чтобы отделить отклик от высококачественного собственного CVD слоя от сигнала, возникающего от материала подложки НРНТ, если таковой имеется, без необходимости ее механического удаления.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является достижение возможности идентификации тяжелых заряженных частиц с использованием алмазных детекторов.
Технический результат достигается тем, что детектор заряженных частиц на основе CVD алмазных слоев, содержащий НРНТ-подложку типа На, либо подложку на основе нелегированного CDV алмаза, на рабочей стороне которой последовательно сформированы сильнолегированный слой алмаза р-типа, к которому сформирован омический контакт с торцевой стороны подложки, и эпитаксиальный нелегированный слой алмаза, к которому сформирован выпрямляющий контакт, дополнительно содержит выпрямляющий контакт к обратной стороне подложки. Добавление нижнего контакта позволяет использовать такой детектор, как двухканальный для идентификации частиц по схеме ΔЕ-Е.
Полезная модель поясняется приведенным ниже чертежом.
На фиг. 1 показана принципиальная конструкция монолитного алмазного ΔЕ-Е детектора, содержащего высокоомную алмазную подложку 1 толщиной от 50 до 500 мкм, на рабочей стороне которой последовательно сформированы сильнолегированный слой алмаза p-типа 2, к которому сформирован омический контакт с торцевой стороны подложки 3, и эпитаксиальный нелегированный слой алмаза 4, к которому сформирован выпрямляющий контакт 5, к обратной стороне высокоомной алмазной подложки 1 сформирован выпрямляющий контакт 6.
Принцип работы монолитного алмазного ΔЕ-Е детектора состоит в следующем: заряженная частица попадает в детектор со стороны эпитаксиального нелегированного слоя алмаза 4 и создает электронно-дырочные пары вдоль своего пробега. В слое эпитаксиального нелегированного слоя алмаза 4 частица теряет часть своей кинетической энергии (ΔЕ), тогда как оставшуюся часть (Е) она полностью теряет в сильнолегированном слое алмаза р-типа 2 и высокоомной алмазной подложке 1. Создав сильнолегированный слой р-типа 2 достаточно тонким, для снижения потерь энергии в нем, заряженную частицу можно идентифицировать исходя из зависимости потерь энергии ΔЕ от полных потерь ΔЕ+Е.
Далее представлен один из примеров реализации предлагаемой полезной модели. Детектор изготавливается с помощью стандартных технологических операций микроэлектроники. На рабочей стороне высокоомной алмазной подложки 1 толщиной от 50 до 500 мкм типа IIa, выращенной НРНТ методом, либо выращенной методом CVD последовательно с использованием CVD метода выращиваются сильнолегированный слой алмаза р-типа 2, к которому формируется омический контакт с торцевой стороны подложки 3 на основе системы Ti/Au, и эпитаксиальный нелегированный слой алмаза 4, к которому изготавливается выпрямляющий контакт 5 на основе Pt, к обратной стороне высокоомной алмазной подложки 1 изготавливается выпрямляющий контакт 6 на основе Pt/Au.
Основные технологические операции изготовления детектора:
1) Выращивание на рабочей стороне высокоомной алмазной подложки толщиной от 50 до 500 мкм, полученной НРНТ методом (IIa), либо методом CDV сильнолегированного слоя р-типа толщиной от 1 до 5 мкм;
2) Рост нелегированного CVD алмазного слоя толщиной от 1 до 10 мкм в отдельном реакторе;
3) Создание контакта к торцевой стороне подложки с использованием системы Ti/Au с последующим отжигом при температуре 850°С;
4) Формирование контакта обратной стороне подложки на основе системы Pt/Ti/Au с использованием магнетронного и термического распыления;
5) Формирование контакта к рабочей стороне подложки на основе Pt толщиной 20 нм с использованием магнетронного напыления.
Claims (1)
- Монолитный алмазный ΔЕ-Е детектор, содержащий высокоомную алмазную подложку толщиной от 50 мкм до 500 мкм, на рабочей стороне которой последовательно сформированы сильнолегированный слой алмаза р-типа толщиной 1-5 мкм, к которому сформирован омический контакт с торцевой стороны подложки, и эпитаксиальный нелегированный слой алмаза от 1 мкм до 10 мкм, к которому сформирован выпрямляющий контакт, к обратной стороне высокоомной алмазной подложки сформирован выпрямляющий контакт.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018146573U RU189681U1 (ru) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Монолитный алмазный ΔE-Е детектор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018146573U RU189681U1 (ru) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Монолитный алмазный ΔE-Е детектор |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU189681U1 true RU189681U1 (ru) | 2019-05-30 |
Family
ID=66792725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018146573U RU189681U1 (ru) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Монолитный алмазный ΔE-Е детектор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU189681U1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0777277A1 (en) * | 1995-09-07 | 1997-06-04 | Santa Barbara Research Center | Ionizing radiation detector |
| RU2386982C1 (ru) * | 2009-01-30 | 2010-04-20 | ФГУП "Научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В. Лукина" | Детектор ионизирующих излучений |
| US8183655B2 (en) * | 2006-06-05 | 2012-05-22 | Stmicroelectronics S.R.L. | Radiation detector of the ΔE-E type with insulation trenches |
| RU2522772C1 (ru) * | 2012-12-27 | 2014-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Алмазный детектор |
| RU2532241C1 (ru) * | 2013-05-15 | 2014-10-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Монолитный быстродействующий координатный детектор ионизирующих частиц |
| RU169457U1 (ru) * | 2016-12-06 | 2017-03-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" | Детектор нейтронов на основе синтетического алмаза |
-
2018
- 2018-12-26 RU RU2018146573U patent/RU189681U1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0777277A1 (en) * | 1995-09-07 | 1997-06-04 | Santa Barbara Research Center | Ionizing radiation detector |
| US8183655B2 (en) * | 2006-06-05 | 2012-05-22 | Stmicroelectronics S.R.L. | Radiation detector of the ΔE-E type with insulation trenches |
| RU2386982C1 (ru) * | 2009-01-30 | 2010-04-20 | ФГУП "Научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В. Лукина" | Детектор ионизирующих излучений |
| RU2522772C1 (ru) * | 2012-12-27 | 2014-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Алмазный детектор |
| RU2532241C1 (ru) * | 2013-05-15 | 2014-10-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Монолитный быстродействующий координатный детектор ионизирующих частиц |
| RU169457U1 (ru) * | 2016-12-06 | 2017-03-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" | Детектор нейтронов на основе синтетического алмаза |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8008626B2 (en) | Neutron detector with gamma ray isolation | |
| US5719414A (en) | Photoelectric conversion semiconductor device with insulation film | |
| CN101599308B (zh) | 具有保护环结构的微型核电池及其制作方法 | |
| CN109686812B (zh) | 基于隧穿氧化层的键合硅pin辐射响应探测器及制备方法 | |
| WO2010011859A2 (en) | Layered semiconductor neutron detectors | |
| JPS6184075A (ja) | 光起電力太陽電池 | |
| Brillson | An essential guide to electronic material surfaces and interfaces | |
| US8729656B2 (en) | Yttrium contacts for germanium semiconductor radiation detectors | |
| US7060523B2 (en) | Lithium-drifted silicon detector with segmented contacts | |
| CN101630537A (zh) | 具有保护环结构的肖特基结核电池及其制作方法 | |
| RU189681U1 (ru) | Монолитный алмазный ΔE-Е детектор | |
| JP2854550B2 (ja) | 半導体粒子検出器およびその製造方法 | |
| WO2019019054A1 (en) | RADIATION DETECTOR WITH INTEGRATED DEPOLARIZATION DEVICE | |
| Apresyan et al. | Buried layer low gain avalanche diodes | |
| Foulon et al. | A new technique for the fabrication of thin silicon radiation detectors | |
| CN100405083C (zh) | 核辐射探测器及其制作工艺 | |
| Alexiev et al. | High purity liquid phase epitaxial gallium arsenide nuclear radiation detector | |
| JPS6135384A (ja) | 中性子検出装置 | |
| Sammak et al. | Chemical vapor deposition of Ga dopants for fabricating ultrashallow pn junctions at 400 C | |
| Koirala et al. | Electrophoretic deposition of 10B nano/micro particles in deep silicon trenches for the fabrication of solid state thermal neutron detectors | |
| RU2378738C1 (ru) | Способ изготовления детектора короткопробежных частиц | |
| Protic et al. | Development of transmission Si (Li) detectors | |
| Kordyasz et al. | Monolithic silicon E–ΔE telescope produced by the quasi-selective epitaxy | |
| US20230065356A1 (en) | Simplified Structure for a Low Gain Avalanche Diode with Closely Spaced Electrodes | |
| CN102683490A (zh) | 在碲锌镉晶体表面制备In重掺杂的Au/In欧姆接触电极的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC91 | Official registration of the transfer of exclusive right (utility model) |
Effective date: 20210920 |