RU2532241C1 - Monolithic rapid coordinate detector of ionising particles - Google Patents

Monolithic rapid coordinate detector of ionising particles Download PDF

Info

Publication number
RU2532241C1
RU2532241C1 RU2013122227/28A RU2013122227A RU2532241C1 RU 2532241 C1 RU2532241 C1 RU 2532241C1 RU 2013122227/28 A RU2013122227/28 A RU 2013122227/28A RU 2013122227 A RU2013122227 A RU 2013122227A RU 2532241 C1 RU2532241 C1 RU 2532241C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coordinate
detector
transistors
buses
common collector
Prior art date
Application number
RU2013122227/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Николаевич Мурашев
Сергей Александрович Леготин
Сергей Иванович Диденко
Геннадий Иосифович Кольцов
Федор Михайлович Барышников
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2013122227/28A priority Critical patent/RU2532241C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2532241C1 publication Critical patent/RU2532241C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: offered invention "Monolithic rapid coordinate detector of ionising particles" relates to semiconductor coordinate detectors of ionizing particles. The goals are achieved at the expense of the use of original circuit of the detector, where bipolar transistors, connected in a circuit with common collector, also due to functionally integrated monolithic design of the detector where the semiconductor substrate, generating the charge carriers, simultaneously appears to be a common collector area of bipolar structures of transistors.
EFFECT: purpose of invention is increase of speed and manufacturability of coordinate detector, that is especially important for creation of new generation of "detectors of trace neutrons" for detection of explosive substances, X-ray scanners for medical, customs and other applications characterised by higher quality of object images, compared with known analogues.
3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к полупроводниковым координатным детекторам (ПКД) ионизирующих частиц, применяемым в приборах ядерной физики, медицине, таможенном контроле и т.д.The invention relates to semiconductor coordinate detectors (PCD) of ionizing particles used in nuclear physics devices, medicine, customs control, etc.

Известны электрические схемы и конструкции гибридных детекторов, которые содержат детектирующую матрицу, состоящую из полосковых или р-/-«-структур и внешних усиливающих и кодирующих электронных устройств [1. D. Patti ot ab. «Semiconductor particle detector and method for IIS Manufacture)) Patent №US 6,465,857, Bl, Date of patent Oct. 15. 2002; 2. Jan S. Iwanczyk «Semiconductor radiation detector» Patent №6,455,858, Date of patent Sep.24. 2002; 3. Jan S. Iwanczyk «Semiconductor radiation detector with internal gain» Patent №US 6,541,836 B2, Date of patent: Apr. 1. 2003; 4. Y. Ikegami, et al., Nucl. Instr. and Meth. A (2007), in press.], либо монолитные детекторы, содержащие пиксельные матрицы на основе МОП структур и периферийные усиливающие и кодирующие электронные устройства на основе КМОП схем, размещенные в едином кристалле - чипе [5. Kemmer, J., Lutz, G. (1990) et al.: «Experimental confirmation of a new semiconductor detector principle)) Nucl. Instr. & Meth. A288 (1990) 92-98].Known electrical circuits and designs of hybrid detectors that contain a detecting matrix consisting of strip or p - / - "structures and external amplifying and encoding electronic devices [1. D. Patti ot ab. “Semiconductor particle detector and method for IIS Manufacture)) Patent No.US 6,465,857, Bl, Date of patent Oct. 15. 2002; 2. Jan S. Iwanczyk "Semiconductor radiation detector" Patent No. 6,455,858, Date of patent Sep. 24. 2002; 3. Jan S. Iwanczyk “Semiconductor radiation detector with internal gain” Patent No. US 6,541,836 B2, Date of patent: Apr. 2003; 4. Y. Ikegami, et al., Nucl. Instr. and Meth. A (2007), in press.], Or monolithic detectors containing pixel arrays based on MOS structures and peripheral amplifying and encoding electronic devices based on CMOS circuits, placed in a single crystal - chip [5. Kemmer, J., Lutz, G. (1990) et al .: “Experimental confirmation of a new semiconductor detector principle)) Nucl. Instr. & Meth. A288 (1990) 92-98].

Недостаткиdisadvantages

Первые имеют относительно высокую стоимость и сложный процесс сборки, поскольку требуется большое количество соединений между матрицей и внешней электроникой, например, для мега-пиксельной матрицы их число равно 2000.The former have a relatively high cost and complex assembly process, since a large number of connections between the matrix and external electronics are required, for example, for a mega-pixel matrix, their number is 2000.

Вторые не обеспечивают максимального быстродействия детекторов и получения наилучшего качества детектирования излучения, поскольку:The second ones do not provide the maximum speed of the detectors and obtain the best quality of radiation detection, because:

- МОП структуры пиксель матриц имеют высокое внутреннее сопротивление, что приводит к задержке сигналов на разрядных шинах матрицы;- MOS structures of pixel arrays have a high internal resistance, which leads to a delay of signals on the discharge buses of the arrays;

- конструкции матриц и периферийных электронных схем монолитного детектора существенно отличаются, что усложняет технологию их совместного изготовления в едином чипе, а главное, это приводит к ухудшению параметров детектирующей матрицы, а следовательно, и всего детектора.- the designs of the matrices and peripheral electronic circuits of the monolithic detector are significantly different, which complicates the technology of their joint manufacturing in a single chip, and most importantly, this leads to a deterioration in the parameters of the detecting matrix, and therefore the entire detector.

Наиболее близким по технической сущности является полупроводниковый координатный монолитный детектор на основе функционально-интегрированных биполярных транзисторных структур [6. Мурашев В.Н. и др. «Координатно-чувствительный детектор», патент на изобретение №2133524 от 20.07.1999 г.; 7. Мурашев В.Н. и др. «Координационный детектор релятивистских частиц», патент на изобретение», №2197036 приоритет от 19.02.2000 г.; 8. Мурашев В.Н., Леготин С.А., Диденко С.И. и др. «Интегральная ячейка детектора излучения на основе биполярного транзистора с сетчатой базой», патент на изобретение №2427942 от 08.04.2010 г.; 9. В.Н.Мурашев, С.А. Леготин, А.С.Корольченко, М.Н. Орлова «Технология изготовления координатных детекторов» - Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру, 2011., Выпуск №3, с.22-26], электрическая схема и конструкция которого выбирается в качестве прототипа [6. Мурашев В.Н. и др. «Координатно-чувствительный детектор», патент на изобретение №2133524 от 20.07.1999 г.; 9. В.Н. Мурашев, С.А. Леготин, А.С.Корольченко, М.Н. Орлова «Технология изготовления координатных детекторов» - Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру, 2011, Выпуск №3, с.22-26].The closest in technical essence is a semiconductor coordinate monolithic detector based on functionally integrated bipolar transistor structures [6. Murashev V.N. and others "Coordinate-sensitive detector", patent for the invention No. 2133524 from 07.20.1999; 7. Murashov V.N. and others. “Coordination detector of relativistic particles”, patent for invention ”, No. 2197036 priority of 02.19.2000; 8. Murashov V.N., Legotin S.A., Didenko S.I. and others. "Integrated cell radiation detector based on a bipolar transistor with a mesh base", patent for the invention No. 2427942 from 04/08/2010; 9.V.N. Murashev, S.A. Legotin, A.S. Korolchenko, M.N. Orlova "The technology of manufacturing coordinate detectors" - Questions of atomic science and technology. Series: Physics of Radiation Exposure to Electronic Equipment, 2011., Issue No. 3, p.22-26], the electrical circuit and design of which is selected as a prototype [6. Murashev V.N. and others "Coordinate-sensitive detector", patent for the invention No. 2133524 from 07.20.1999; 9. V.N. Murashev, S.A. Legotin, A.S. Korolchenko, M.N. Orlova "The technology of manufacturing coordinate detectors" - Questions of atomic science and technology. Series: Physics of Radiation Exposure to Radio-Electronic Equipment, 2011, Issue No. 3, p.22-26].

Электрическая схема прототипа содержит координатную матрицу пиксель, состоящую из двухэмиттерных биполярных транзисторов с общим коллектором [9. В.Н. Мурашев, С.А. Леготин, А.С.Корольченко, М.Н. Орлова «Технология изготовления координатных детекторов» - Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру, 2011., Выпуск №3, с.22-26], при этом первые эмиттеры транзисторов подключены к разрядным координатным шинам строк Xj, а вторые эмиттеры, соответственно, к разрядным координатным шинам столбцов а разрядные шины подсоединены к затворам МОП-транзисторов периферийных усилительных и кодирующих КМОП электронных схем, подсоединенных к соответствующим адресным шинам строк Zj и столбцов Wj.The electrical circuit of the prototype contains a coordinate matrix pixel, consisting of two-emitter bipolar transistors with a common collector [9. V.N. Murashev, S.A. Legotin, A.S. Korolchenko, M.N. Orlova "The technology of manufacturing coordinate detectors" - Questions of atomic science and technology. Series: Physics of Radiation Exposure to Electronic Equipment, 2011., Issue No. 3, pp.22-26], with the first emitters of transistors connected to the bit coordinate buses of the rows X j , and the second emitters, respectively, to the bit coordinate buses of the columns and bit the buses are connected to the gates of the MOS transistors of the peripheral amplifying and CMOS coding electronic circuits connected to the corresponding address buses of the rows Z j and columns W j .

Конструкция детектора-прототипа [7. Мурашев В.Н. и др. «Координационный детектор релятивистских частиц» патент на изобретение», №2197036 приоритет от 19.02.2000 г.; 9. В.Н.Мурашев, С.А.Леготин, А.С.Корольченко, М.Н. Орлова «Технология изготовления координатных детекторов» - Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру, 2011., Выпуск №3, с.22-26] состоит из полупроводниковой подложки 1-го типа проводимости, которая является общей коллекторной областью биполярных транзисторов, в которой расположены области базы пиксель матрицы детектора 2-го типа проводимости, в которых расположены области первого и второго эмиттера 1-го типа проводимости, на которых расположены соответствующие электроды, соответственно, подсоединенные к разрядным координатным шинам Xj и Yj, которые, в свою очередь, подсоединены к затворам МОП-транзисторов периферийных усилительных и кодирующих электронных схем, соединенных компьютером.The design of the prototype detector [7. Murashev V.N. and others. "Coordination detector of relativistic particles" patent for an invention ", No. 2197036 priority of 02/19/2000; 9. V.N. Murashov, S.A. Legotin, A.S. Korolchenko, M.N. Orlova "The technology of manufacturing coordinate detectors" - Questions of atomic science and technology. Series: Physics of Radiation Exposure to Electronic Equipment, 2011., Issue No. 3, pp.22-26] consists of a semiconductor substrate of the first type of conductivity, which is the common collector region of bipolar transistors, in which the base regions of the detector 2- pixel matrix are located the first conductivity type, in which there are regions of the first and second emitter 1st conductivity type, on which the respective electrodes are respectively connected to the bit buses coordinate X j and Y j, which in turn, subfamily dineny to the gates of the MOS transistors and the peripheral reinforcement encoding circuitry connected computer.

Недостаткиdisadvantages

Конструкция, например, кремниевого детектора сложна, поскольку содержит трудно реализуемые, даже на кремнии, периферийные КМОП схемы, причем при их изготовлении используются технологические операции (высокотемпературный термический отжиг и т.д.), приводящие к уменьшению времени жизни неосновных носителей заряда в подложке, а следовательно, и деградации параметров детектирующей матрицы.The design of, for example, a silicon detector is complicated, because it contains peripheral CMOS circuits that are difficult to implement, even on silicon, and their manufacturing uses technological operations (high-temperature thermal annealing, etc.), which lead to a decrease in the lifetime of minority charge carriers in the substrate, and, consequently, the degradation of the parameters of the detecting matrix.

При этом, следует отметить, что технически невозможна реализация детектора в одной подложке из, например, арсенида галлия, содержащего матрицу биполярных структур с общим коллектором и электрически изолированных от него полевых транзисторов периферийных схем.At the same time, it should be noted that it is technically impossible to implement the detector in one substrate from, for example, gallium arsenide containing a matrix of bipolar structures with a common collector and field transistors of peripheral circuits electrically isolated from it.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение быстродействия, уменьшение размеров матрицы, повышение технологичности и упрощение конструкции интегральной схемы координатного детектора.The technical result of the present invention is to increase the speed, reduce the size of the matrix, increase manufacturability and simplify the design of the integrated circuit of the coordinate detector.

Известно, что самой быстродействующей схемой является схема усилителя сигнала (мощности), реализуемая на биполярном транзисторе с «общим коллектором» - эмиттерном повторителе (например, в схемах ЭСЛ или БИ-КМОП логики и. т.д.). Поэтому данная монолитная интегральная схема имеет максимально возможное быстродействие.It is known that the fastest circuit is a signal (power) amplifier circuit implemented on a bipolar transistor with a “common collector” - emitter follower (for example, in ESL or BI-CMOS logic circuits, etc.). Therefore, this monolithic integrated circuit has the highest possible speed.

Технический результат - повышение быстродействия достигается, тем, что в электрической схеме матрицы детектора координатные шины Xj и Yj матрицы пиксель подсоединены к базам биполярных транзисторов с общим коллектором, периферийных усилительных и кодирующих электронных схем.EFFECT: improved performance is achieved by the fact that in the detector circuit electric circuit, the coordinate buses X j and Y j of the pixel matrix are connected to the bases of bipolar transistors with a common collector, peripheral amplifying and coding electronic circuits.

Технический результат - уменьшение размеров и упрощение матрицы, которое целесообразно для ряда применений, например «линейки сканера», достигается тем, что в электрической схеме детектора (представляющего собой предельный случай матрицы - состоящей из одной строки) координатные шины Yj матрицы пиксель подсоединены к базам биполярных транзисторов с общим коллектором, периферийных усилительных и кодирующих электронных схем, а единственная координатная шина X1 - к информационной шине Q.The technical result - reducing the size and simplification of the matrix, which is appropriate for a number of applications, for example, the “scanner line”, is achieved by the fact that in the electrical circuit of the detector (which is the limiting case of the matrix - consisting of one row), the coordinate buses Y j of the matrix pixel are connected to the bases bipolar transistors with a common collector, peripheral amplifying and coding electronic circuits, and the only coordinate bus X 1 - to the information bus Q.

Следует отметить, что в тех случаях, когда не требуется информация об энергии кванта (она заранее известна) электрическая схема «линейки» детектора и конструкция может быть еще больше упрощена и уменьшена и представлять собой строку пиксель одноэмиттерных транзисторов, эмиттеры которых подключены к координатным шинам Yj, которые соответственно подсоединены к базам биполярных транзисторов с общим коллектором, периферийных усилительных и кодирующих электронных схем.It should be noted that in cases where information about the quantum energy is not required (it is known in advance), the electric circuit of the detector line and the design can be further simplified and reduced to be a pixel line of single-emitter transistors whose emitters are connected to Y coordinate buses j , which are respectively connected to the bases of bipolar transistors with a common collector, peripheral amplifying and coding electronic circuits.

Технический результат - повышение технологичности и упрощение конструкции монолитной интегральной схемы детектора, разрядные координатные шины Xj и Yj подсоединены к базам соответствующих биполярных транзисторов периферийных усилительных и кодирующих электронных схем, при этом их коллектор также является общей коллекторной областью, образуемой подложкой 1-го типа проводимости.EFFECT: increased manufacturability and simplified design of a monolithic integrated circuit of the detector, bit coordinate buses X j and Y j connected to the bases of the corresponding bipolar transistors of peripheral amplifying and encoding electronic circuits, while their collector is also a common collector region formed by a type 1 substrate conductivity.

Отличие заявляемой конструкции от известных интегральных схем заключается в том, что транзисторы матрицы и периферийные транзисторы образуют единую функционально-интегрированную структуру массива совершенно одинаковых биполярных транзисторов (включенных по схеме эмиттерного повторителя), выполняемых по одной простой технологии, при этом не требуется дополнительных сложных и «грязных» технологических операций для формирования, например, КМОП схем.The difference of the claimed design from the known integrated circuits is that the matrix transistors and peripheral transistors form a single functionally integrated structure of an array of exactly the same bipolar transistors (included by the emitter follower circuit), performed using one simple technology, without the need for additional complex and dirty "technological operations for the formation, for example, CMOS circuits.

Достижение декларируемых целей особенно важно для создания нового поколения матричных «детекторов меченных нейтронов» для обнаружения взрывчатых веществ [10. Bystritsky V. М. et al., DViN - stationary setup for identification of explosives, JINR Commun. El8-2007-142. Dubna, 2007; Physics of Particles and Atomic Nuclei, Letters. 2008, Vol.5, No. 5, pp.743-751] и повышения качества изображения «линеек сканеров» рентгеновских лучей для приборов медицинского и таможенного применения.Achieving declared goals is especially important for creating a new generation of matrix “tagged neutron detectors” for detecting explosives [10. Bystritsky V. M. et al., DViN - stationary setup for identification of explosives, JINR Commun. El8-2007-142. Dubna, 2007; Physics of Particles and Atomic Nuclei, Letters. 2008, Vol.5, No. 5, pp.743-751] and improve the image quality of the "rulers of scanners" of x-rays for medical and customs applications.

Изобретение поясняется приведенными чертежамиThe invention is illustrated by the drawings.

На рис.1 приведена электрическая схема детектора. Она содержит пиксельную матрицу двухэмиттерных транзисторов - T1 первые эмиттеры, которые подключены к разрядным координатным шинам строк Xj, а вторые эмиттеры, соответственно, к разрядным координатным шинам столбцов Yj, разрядные координатным шины строк Xj и столбцов Yj подсоединены к базам соответствующих биполярных периферийных транзисторов - T2, коллектор, которых соединен с общей шиной питания (+Vdd), а эмиттеры к соответствующим адресным шинам строк Zj и столбцов Wj.Figure 1 shows the electrical circuit of the detector. It contains a pixel matrix of two-emitter transistors - T 1 the first emitters that are connected to the bit coordinate coordinate lines of the rows X j , and the second emitters, respectively, to the bit coordinate coordinate lines of the columns Y j , the bit coordinate lines of the columns X j and columns Y j are connected to the bases of bipolar peripheral transistors - T 2 , the collector, which is connected to a common power bus (+ V dd ), and emitters to the corresponding address buses of the rows Z j and columns W j .

На рис.2 приведена конструкция детектора.Figure 2 shows the design of the detector.

Она содержит полупроводниковую подложку - 1 первого (n) типа проводимости, которая образует области коллекторов биполярных транзисторов матрицы - T1 и периферийных устройств - Т2, в которых расположены области из баз - 2 второго (р) типа проводимости, в которых соответственно расположены области эмиттеров - 3 первого (n) типа проводимости, на которых расположены соответствующие электроды - 4, соединенные с соответствующими разрядными шинами - 5, которые соединены с электродами баз периферийных транзисторов - 6, электрод - 7 эмиттеры которых соединены соответственно с адресными шинами - 8. Элементы конструкции детектора - эмиттеры, разрядные шины, изолированные диэлектриками - 9, 10, а на обратной стороне подложки расположен контактный n+-слой -11.It contains a semiconductor substrate - 1 of the first (n) type of conductivity, which forms the collector region of the bipolar transistors of the matrix - T 1 and peripheral devices - T 2 , in which are located the areas from the bases - 2 of the second (p) type of conductivity, in which the regions are respectively located emitters - 3 of the first (n) type of conductivity, on which the corresponding electrodes are located - 4 connected to the corresponding discharge buses - 5, which are connected to the electrodes of the bases of peripheral transistors - 6, the electrode - 7 which emitters are connected us to address lines respectively - 8. The elements of the detector constructions - emitters bit lines isolated dielectrics - 9, 10, and the pin is n + -layer -11 on the reverse side of the substrate.

Монолитная интегральная схема быстродействующего координатного детектора ионизирующих частиц работает следующим образом.A monolithic integrated circuit of a high-speed coordinate detector of ionizing particles works as follows.

При прохождении через подложку - 1 ионизирующей частицы (см. рис.3, а), например, релятивистского электрона или альфа-частицы, вдоль ее трека образуются электронно-дырочные пары, которые собираются полем в основном в области пространственного заряда (ОПЗ), образованной в области p-n перехода коллектор-база транзистора матрицы T1, при подаче на коллектор относительно эмиттера положительного напряжения+Vdd, и частично в квазинейтральной области (КНО).When an ionizing particle passes through a substrate - 1 (see Fig. 3, a), for example, a relativistic electron or alpha particle, electron-hole pairs form along its track, which are collected by the field mainly in the space charge region (SCR) formed by in the pn region of the collector-base junction of the transistor of the matrix T 1 , when a positive voltage + Vdd is applied to the collector relative to the emitter, and partially in the quasi-neutral region (CCW).

Образованные ионизирующей частицей электронно-дырочные пары разделяются полем и образуют первичный ионизационный ток коллекторного р-n перехода - (Iи), который усиливается биполярной структурой транзистора (пиксели) в десятки-сотни раз, образуя токи первого и второго эмиттеров.The electron-hole pairs formed by the ionizing particle are separated by the field and form the primary ionization current of the collector pn junction - (I and ), which is amplified by the bipolar structure of the transistor (pixels) tens to hundreds of times, forming the currents of the first and second emitters.

Эти токи поступают по соответствующим j-пикселям разрядным шинам Xj и Yj в базы соответствующих периферийных усиливающих биполярных транзисторов - T2, которые, в свою очередь, быстро усиливают сигнал и шифруют его в двоичный адресный код строки и столбца пиксели, в которую попала ионизирующая частица.These currents flow through the corresponding j-pixels to the bit buses X j and Y j to the bases of the corresponding peripheral amplifying bipolar transistors - T 2 , which, in turn, quickly amplify the signal and encrypt it in the binary address code of the row and column of the pixels into which ionizing particle.

Величину ионизационного тока, а следовательно, выделенную ионизирующей частицей энергию можно измерить внешним, по отношению к интегральной схеме детектора, усилителем в цепи коллектора детектора, рис.3, б.The magnitude of the ionization current, and therefore the energy released by the ionizing particle, can be measured by an external amplifier with respect to the detector integrated circuit in the detector collector circuit, Fig. 3, b.

На рис.4 приведена электрическая схема детектора. Он состоит из одной строки, координатные шины Yj которой подсоединены к базам биполярных транзисторов с общим коллектором, периферийных усилительных и кодирующих электронных схем, а координатная шина X1 - к информационной шине - Q.Figure 4 shows the electrical circuit of the detector. It consists of one line, the coordinate buses Y j of which are connected to the bases of bipolar transistors with a common collector, peripheral amplifying and coding electronic circuits, and the coordinate bus X 1 to the information bus - Q.

Данная электрическая схема работает аналогичным образом, однако, в этом случае величина ионизационного тока измеряется в информационной шине - Q, что точнее из-за меньшего влияния токов утечек транзисторов матрицы и при этом не требуется внешний усилитель сигнала.This electrical circuit works in a similar way, however, in this case, the ionization current is measured in the information bus - Q, which is more accurate due to the less influence of the leakage currents of the matrix transistors and an external signal amplifier is not required.

На рис.5 приведена электрическая схема детектора, содержащая строку пиксель одноэмиттерных транзисторов, эмиттеры которых подключены к координатным шины Yj, которые соответственно подсоединены к базам биполярных транзисторов с общим коллектором, периферийных усилительных и кодирующих электронных схем.Figure 5 shows the electrical circuit of the detector containing a pixel string of single-emitter transistors, the emitters of which are connected to the coordinate bus Y j , which are respectively connected to the bases of bipolar transistors with a common collector, peripheral amplifying and encoding electronic circuits.

Данная электрическая схема работает аналогичным образом.This circuitry works in a similar way.

Пример конкретной реализации.An example of a specific implementation.

Детектор может быть выполнен по простой стандартной технологии, используемой при изготовлении биполярных интегральных схем, которая заключается в выполнении ниже перечисленных технологических операций:The detector can be made using a simple standard technology used in the manufacture of bipolar integrated circuits, which consists in performing the following technological operations:

а) формировании n+ - контактной области к коллектору - 11, например, диффузией фосфора в обратную сторону пластины кремния - 1 с удельным сопротивлением ρv~5 кОм·см;a) the formation of an n + - contact region to the collector - 11, for example, by diffusion of phosphorus in the opposite direction of the silicon wafer - 1 with a specific resistance ρ v ~ 5 kOhm · cm;

б) окисление поверхности кремния и формирование в оксиде - 10 окон для базовых областей - 2 с помощью процесса фотолитографии, формирование областей базы путем имплантации атомов бора с последующим отжигом и разгонкой базовой примеси в глубину подложки;b) oxidation of the silicon surface and formation in the oxide - 10 windows for the base regions - 2 using the photolithography process, the formation of base regions by implantation of boron atoms with subsequent annealing and acceleration of the base impurity into the depth of the substrate;

в) осаждение поликристаллического слоя кремния - 4 на поверхность пластины с последующей имплантацией в него, например, атомов мышьяка, термический обжиг и разгонка мышьяка из поликремния в подложку, т.е. формирование области эмиттера и проведение фотолитографии по поликремнию для формирования областей эмиттеров - 3 и электрода эмиттера - 4;c) deposition of a polycrystalline silicon-4 layer on the wafer surface followed by implantation of, for example, arsenic atoms, thermal firing and acceleration of arsenic from polysilicon to a substrate, i.e. formation of the emitter region and polysilicon photolithography for forming the emitter regions - 3 and the emitter electrode - 4;

г) осаждение 2-го слоя диэлектрика - 9, формирование в нем контактных окон, осаждение алюминия - 10 и формирование фотолитографией омических контактов к матрице: эмиттерам пиксели - 4, коллектору - 11 и базе - 6.d) deposition of the 2nd layer of the dielectric — 9, the formation of contact windows in it, the deposition of aluminum — 10 and the formation of ohmic contacts to the matrix by photolithography: emitters — 4 pixels, collector — 11 and base — 6.

Claims (3)

1. Монолитный быстродействующий координатный детектор ионизирующих частиц, электрическая схема которого содержит координатную матрицу пикселей, состоящую из двухэмиттерных биполярных транзисторов с общим коллектором, при этом первые эмиттеры транзисторов подключены к разрядным координатным шинам строк Xj, а вторые эмиттеры, соответственно, к разрядным координатным шинам столбцов Yj, которые подсоединены к транзисторам периферийных усилительных и кодирующих электронных схем, подсоединенных к соответствующим адресным шинам строк Zj и столбцов Wj, отличающиеся тем, что координатные шины Xj и Yj матрицы пикселей подсоединены к базам биполярных транзисторов с общим коллектором, периферийных усилительных и кодирующих электронных схем.1. A monolithic high-speed coordinate detector of ionizing particles, the electrical circuit of which contains a coordinate matrix of pixels consisting of two-emitter bipolar transistors with a common collector, while the first emitters of the transistors are connected to the bit coordinate buses of the lines X j , and the second emitters, respectively, to the bit coordinate buses columns Y j that are connected to transistors of peripheral amplifying and coding electronic circuits connected to the corresponding address line buses Z j and columns W j , characterized in that the coordinate buses X j and Y j of the matrix of pixels are connected to the bases of bipolar transistors with a common collector, peripheral amplifying and coding electronic circuits. 2. Детектор по п.1, отличающийся тем, что конструкция содержит в полупроводниковой подложке 1-го типа проводимости, которая является общей коллекторной областью биполярных транзисторов, в которой расположены области базы пикселей матрицы детектора 2-го типа проводимости, в которых расположены области первого и второго эмиттеров 1-го типа проводимости, на которых расположены соответствующие электроды, соответственно подсоединенные к разрядным координатным шинам Xj и Yj, которые, в свою очередь, подсоединены к транзисторам периферийных усилительных и кодирующих электронных схем подсоединенных к соответствующим адресным шинам строк Zj и столбцов Wj, при этом разрядные координатные шины Xj и Yj подсоединены к базам соответствующих биполярных транзисторов периферийных усилительных и кодирующих электронных схем, при этом их коллектор также является общей коллекторной областью, образуемой подложкой 1-ого типа проводимости.2. The detector according to claim 1, characterized in that the structure contains in a semiconductor substrate of the 1st type of conductivity, which is the common collector region of bipolar transistors, in which are located the pixel base region of the matrix of the detector of the 2nd type of conductivity, in which the regions of the first and second emitters 1st conductivity type, on which the respective electrodes are respectively connected to the bit buses coordinate X j and Y j, which in turn are connected to peripheral transistors Wuxi itelnyh and encoding circuitry connected to respective address lines of rows Z j and column W j, wherein the bit coordinate bus X j and Y j are connected to the bases of the respective bipolar transistors of peripheral reinforcement and coding circuitry, with their collector as a common collector region formed by a substrate of the first type of conductivity. 3. Детектор по п.1, отличающийся тем, что состоит из одной строки пиксель одноэмиттерных транзисторов, эмиттеры которых подключены к координатным шины Yj, которые, соответственно, подсоединены к базам биполярных транзисторов с общим коллектором, периферийных усилительных и кодирующих электронных схем. 3. The detector according to claim 1, characterized in that it consists of a single line pixel of single-emitter transistors, the emitters of which are connected to the coordinate bus Y j , which, respectively, are connected to the bases of bipolar transistors with a common collector, peripheral amplifying and encoding electronic circuits.
RU2013122227/28A 2013-05-15 2013-05-15 Monolithic rapid coordinate detector of ionising particles RU2532241C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013122227/28A RU2532241C1 (en) 2013-05-15 2013-05-15 Monolithic rapid coordinate detector of ionising particles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013122227/28A RU2532241C1 (en) 2013-05-15 2013-05-15 Monolithic rapid coordinate detector of ionising particles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2532241C1 true RU2532241C1 (en) 2014-10-27

Family

ID=53382274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013122227/28A RU2532241C1 (en) 2013-05-15 2013-05-15 Monolithic rapid coordinate detector of ionising particles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2532241C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU189681U1 (en) * 2018-12-26 2019-05-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Monolithic diamond ΔE-E detector
RU221951U1 (en) * 2023-07-07 2023-12-01 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Coordinate sensitive element of a high-speed electron flow detector

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2197036C2 (en) * 2000-09-13 2003-01-20 Такеши САИТО Coordinate detector of relativistic particles
RU71451U1 (en) * 2007-08-09 2008-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" TWO-ORDER RADIATION DETECTOR
RU94381U1 (en) * 2010-01-19 2010-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) COORDINATE DETECTOR

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2197036C2 (en) * 2000-09-13 2003-01-20 Такеши САИТО Coordinate detector of relativistic particles
RU71451U1 (en) * 2007-08-09 2008-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" TWO-ORDER RADIATION DETECTOR
RU94381U1 (en) * 2010-01-19 2010-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) COORDINATE DETECTOR

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Технология изготовления координатных детекторов//В.Н. Мурашев и др.//Вопросы атомной науки и техники, 2011, N3, с.22-26 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU189681U1 (en) * 2018-12-26 2019-05-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Monolithic diamond ΔE-E detector
RU221951U1 (en) * 2023-07-07 2023-12-01 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Coordinate sensitive element of a high-speed electron flow detector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10276610B2 (en) Semiconductor photomultiplier
CN105009289B (en) Detector, PET device and X ray CT device
US8723100B2 (en) Method of detecting impinging position of photons on a geiger-mode avalanche photodiode, related geiger-mode avalanche photodiode and fabrication process
US20090095887A1 (en) Avalanche pixel sensors and related methods
JP2015084392A (en) Photo-detector
JPWO2019098035A1 (en) Photodetector and its manufacturing method
WO2015093482A1 (en) Optical detector
US20140159180A1 (en) Semiconductor resistor structure and semiconductor photomultiplier device
RU2494497C2 (en) Mos-diode cell of solid radiation detector
RU2532241C1 (en) Monolithic rapid coordinate detector of ionising particles
JP2018538542A (en) Composite neutron and gamma ray detector and coincidence inspection method
CN213093204U (en) Silicon drift detector and junction field effect transistor integrated chip
Hu et al. Advanced back-illuminated silicon photomultipliers with surrounding P+ trench
Murashev et al. Monolithic ionizing particle detector based on active matrix of functionally integrated structures
RU2583857C1 (en) Bipolar cell coordinate sensor - radiation detector
Paolozzi et al. Fast pixel sensors for ionizing particles integrated in SiGe BiCMOS
RU2427942C1 (en) Integral cell for radiation detector based on bipolar transistor with cellular base
Legotin et al. Monolithic silicon photodetector-detector of ionizing radiation based on functional integrated MOS structures
EP4307655A1 (en) Semiconductor digital photomultiplier photon counter and imager and related technology
RU2197036C2 (en) Coordinate detector of relativistic particles
CN115020531B (en) Silicon drift detector
CN108417662A (en) A kind of included signal amplifying function gallium nitride base ray detector and preparation method thereof
US20230244449A1 (en) Random number generator
RU2528107C1 (en) Semiconductor avalanche detector
CN111769130B (en) CMOS pixel sensor