技术领域本发明属于微电子技术领域，尤其涉及一种β射线闪烁体探测器，可用于β射线电离辐射探测领域。
背景技术：
固体β射线探测器大体可以分为半导体型和闪烁型两种。闪烁体探测器是目前应用最多，最广泛的电离辐射探测器之一，其工作原理是利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测的。闪烁体材料具有探测效率高、分辨时间短、使用方便、适用性广等特点。传统的Si，GaAs等材料由于其热导率较低、击穿电压较低、功率密度低、抗辐照性能不佳。因此，为了得到高性能高可靠性的探测器，需要设计新型半导体材料的辐射探测器。2.0×107cm·s-1半导体材料的SiC具有2.6eV～3.2eV较宽的禁带宽度、2.0×107cm·s-1的高饱和电子漂移速度、2.2MV·cm-1的高击穿电场、3.4W·cm-1～4.9W·cm-1的高热导率等性能，并且具有较低的介电常数，这些性质决定了其在高温、高频、大功率半导体器件、抗辐射、数字集成电路等方面都存在极大的应用潜力。具体地说，就是SiC材料的宽带隙决定了器件能在500℃这样相当高的温度下工作，并且在高温下暗电流仍然很低，灵敏度高，再加上它的原子临界位移能大，这使得SiC器件有着很好的抗辐照能力，尤其是在高温和辐照并存的情况下，SiC器件成了唯一的选择。因此基于SiC材料的抗辐射半导体器件在辐射探测领域将会有更好的应用前景。文献“NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchA583(2007)157-161”《SiliconcarbideforUV，alpha，betaandX-raydetectors：Resultsandperspectives》介绍了意大利的FrancescoMoscatelli提出的SiC肖特基结构的β探测器的设想。这种结构是在碳化硅半绝缘衬底上外延一层p型碳化硅，之后在p型碳化硅上外延一层n型碳化硅，通过n+高掺杂形成源漏区，在中间区域形成栅极，如图1所示。但是这种基于传统SiC肖特基结构场效应晶体管存在高密度表面陷阱，在SiC材料中，受主表面陷阱俘获电子形成表面电荷，使一部分电力线终止在表面电荷上，由于在栅漏区高电场作用下，源极流向漏极的电子在经过沟道时会被表面陷阱俘获，从而在表面形成耗尽层，使得电流传输的有效沟道厚度变薄，从而影响到了金属半导体场效应晶体管器件的电学性能。同时当β射线到达探测器表面后，由于受到较厚的栅极金属层的阻挡，只有部分β射线能进入器件内部。只有进入耗尽区的β粒子才会对电流输出有贡献。因此这种较厚的栅极结构导致入射粒子能量损失大，能量转换效率较低。同时肖特基势垒结构的探测器的制作工艺不适合在单片上的集成，探测范围较小，无法满足低剂量射线探测的需求。单纯pn结型碳化硅伽马射线探测器，β射线的吸收系数太小，需要厚外延，难度大，而且薄pn结碳化硅β射线探测器探测效率低。传统闪烁体发光探测β射线的方法中，闪烁体体积大，不利于集成。
技术实现要素：
本发明的目的在于避免已有技术上的不足，提出一种基于碳化硅PIN二极管的β射线闪烁体探测器，以减小探测器的烁体体积，利于集成，并提高探测效率。为实现上述目的，本发明的β辐照探测器，包括塑料闪烁体1、SiO2反射层2、P型欧姆接触电极3，P+型薄层4、本征吸收层5，N型缓冲层6、N型衬底7和N型欧姆接触电极8；所述本征吸收层5、N型缓冲层6、N型衬底7和N型欧姆接触电极8自上而下依次排列；所述P+型薄层4位于本征吸收层5两侧上方，P型欧姆电极3位于P+型薄层4的上方；其特征在于：本征吸收层5的中间区域开有深度为1.5μm～2.5μm的窗口，窗口宽度为6.0μm～8.0μm，塑料闪烁体1埋入该窗口的中心区域，SiO2反射层2淀积在整个窗口区域内及窗口的上方。作为优选，塑料闪烁体1的厚度为1.5μm～2.5μm。作为优选，塑料闪烁体两侧的SiO2厚度为1.9μm～3.1μm，掺铈溴化镧闪烁体上方的SiO2厚度为0.4μm～0.6μm。作为优选，P型欧姆接触层3的厚度为50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金。作为优选，N型欧姆接触层8为厚度为200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金。为实现上述目的，本发明基于碳化硅PIN二极管的β辐照探测器的制作方法，包括如下步骤：1)在掺杂浓度为5.0×1018cm-3～1.0×1020cm-3的N型4H-SiC衬底上外延一层厚度为1.0μm～2.0μm，掺杂浓度为1.0×1017cm-3～1.0×1018cm-3的N型缓冲层；2)在N型缓冲层上外延一层厚度为2.5μm～3.5μm，掺杂浓度为1.0×1015cm-3～5.0×1016cm-3的本征吸收层；3)在本征吸收层中心区域光刻出深1.5μm～2.5μm的窗口，并在窗口中心区域通过PVD工艺溅射厚度为1.5μm～2.5μm的塑料闪烁体；4)在包括窗口区域的整个本征吸收层(5)上方通过PECVD工艺淀积SiO2反射层(2)，窗口两侧的SiO2反射层在闪烁体两侧的厚度为1.9μm～3.1μm，在闪烁体上方的厚度为0.4μm～0.6μm；5)采用湿法刻蚀工艺刻蚀掉两侧的本征吸收层上方的SiO2；6)在两侧的本征吸收层上外延一层厚度为0.1μm～0.5μm，掺杂浓度为1.0×1019cm-3～1.0×1020cm-3的P+型薄层；7)通过磁控溅射，在两侧P+薄层区域形成厚度分别为50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金；同时在器件背面通过磁控溅射形成厚度分别为200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金；8)在高温下进行退火处理，形成P型欧姆接触电极和N型欧姆接触电极。本发明与现有技术相比具有如下优点：1.本发明利用碳化硅结构抗辐照能力强的特点，可以保证在核辐射和宇宙射线的辐射下，电子装备仍可以正常工作，非常有利与β射线的探测；2.本发明的β辐照探测器基于PIN二极管结构，由于增加了N型缓冲层，可以使得表面陷阱效应得到有效的削弱，从而削弱了表面陷阱对器件的电学性能的影响，提高了器件的性能。3.本发明通过窗口耦合闪烁体的结构，有效避免了传统闪烁体发光探测β射线的方法中，闪烁体体积大，不利于集成的弊端，有效的提高了集成度，适应了工艺技术的发展。4.本发明将闪烁体埋进本征吸收层，使β射线直接照射闪烁体，避免了P+薄层对辐照的吸收，同时SiO2反射层也有效提高了本征吸收层对β射线的吸收率，提升了探测效率。5.本发明采用了塑料闪烁体，有利于β射线的探测。附图说明图1是传统的肖特基二极管β射线探测器示意图；图2是本发明的结构示意图；图3是本发明制作图2结构的流程示意图。具体实施方式本发明利用SiC半导体材料的独特优势，对β射线的吸收系数高，抗辐射能力强，基于SiC的探测器暗电流小，在高温下仍然可以保持很小的暗电流从而可以长期稳定工作，由本征半导体层增加了灵敏体积，大大增强了探测灵敏度，从而避免了PN结型碳化硅β射线探测器需要厚外延，探测率低的弊端，通过设置缓冲层，减少辐照射线对器件表面陷阱效应的影响，并且通过在器件窗口区域耦合一个闪烁体，从而避免了传统闪烁体发光探测β射线闪烁体体积大，不利于集成的缺点，同时避免了P+对辐照的吸收，进一步增强了探测效率，参照图2，本发明基于PIN二极管结构的β辐照探测器，包括塑料闪烁体1、SiO2反射层2、P型欧姆接触电极3、P+型薄层4、本征吸收层5，N型缓冲层6、N型衬底7和N型欧姆接触电极8；其中本征吸收层5，N型缓冲层6、N型衬底7和N型欧姆接触电极8自上而下分布；本征吸收层5中间区域开有深度为1.5μm～2.5μm，宽度为6μm～8μm的窗口；塑料闪烁体1埋入该窗口内，埋入深度为1.5μm～2.5μm；塑料闪烁体1的两侧和上方淀积有一层SiO2反射层2；本征吸收层两侧上方为P+型薄层4；P+型薄层4上方是P型欧姆接触电极3。所述N型欧姆接触电极8，由厚度为200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金构成；所述N+型衬底7，其掺杂浓度为5.0×1018cm-3～1.0×1020cm-3；所述N型缓冲层6，其掺杂浓度为1.0×1017cm-3～1.0×1018cm-3，厚度为1.0μm～2.0μm；所述本征吸收层5，其掺杂浓度为1.0×1015cm-3～5.0×1016cm-3，厚度为2.5～3.5μm；所述P+型薄层4，其掺杂浓度为1.0×1019cm-3～1.0×1020cm-3，厚度为0.1μm～0.5μm；所述P型欧姆接触电极3，由厚度为50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金构成；所述SiO2反射层2，其在塑料闪烁体1两侧的厚度为1.9μm～3.1μm，其在塑料闪烁体1上方的厚度为0.4μm～0.6μm；所述塑料闪烁体1，其厚度为1.5μm～2.5μm。参照图3，本发明的制作图2所示β辐照探测器的方法，给出如下三种实施例：实施例1：制作塑料闪烁体埋入深度为1.5μm的β辐照探测器。第1步，选用掺杂浓度为5.0×1018cm-3的N型4H-SiC基片作为衬底7，清洗后，用低压热壁化学气相淀积法LPCVD，在外延温度为1570℃，压力100mbar，生长气体为C3H8、SiH4和H2的条件下，在衬底上外延生长厚度为1.0μm，掺杂浓度为1.0×1017cm-3的4H-SiC的N型缓冲层6，如图3a所示；第2步，用低压热壁化学气象淀积法LPCVD，在外延温度为1570℃，压力100mbar，生长气体为C3H8、SiH4和H2的条件下，在N型缓冲层6上外延一层厚度为2.5μm，掺杂浓度为1.0×1015cm-3的本征吸收层5，如图3b所示；第3步，在本征吸收层5中心区域光刻出深度为1.5μm，宽度为6.0μm的窗口，如图3c所示，并在窗口中心区域通过PVD溅射厚度为1.5μm的塑料闪烁体，如图3d所示；第4步，通过PECVD在整个本征吸收层5和窗口区域淀积SiO2反射层2，其在塑料闪烁体1两侧的厚度为1.9μm，在塑料闪烁体1上方的厚度为0.4μm，在两侧的本征吸收层5上方的厚度为0.4μm，如图3e所示；第5步，采用湿法刻蚀在SiO2反射层覆盖本征吸收层5的两侧区域的SiO2，即选用浓度为5％的缓冲HF酸腐蚀10秒，将SiO2反射层两侧区域表面的SiO2刻蚀掉，如图3f所示；第6步，在两侧的本征吸收层5上外延一层厚度为0.1μm的碳化硅，采用离子注入进行掺杂，形成掺杂浓度为1.0×1019cm-3的P+型薄层4，如图3g所示；第7步，通过磁控溅射，在两侧P+薄层区域形成厚度为50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金；同时在衬底背面通过磁控溅射形成厚度为200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金；第8步，在高温下进行退火处理，形成P型欧姆接触电极3和N型欧姆接触电极8，如图3h所示，完成基于PIN二极管的β射线闪烁体探测器的制作。实施例2：制作塑料闪烁体埋入深度为2.0μm的β辐照探测器。步骤一，外延N型缓冲层6，如图3a所示；选用掺杂浓度为1.0×1019cm-3的N型4H-SiC基片作衬底7，清洗后，用低压热壁化学气相淀积法LPCVD，在衬底上外延生长厚度为1.5μm，掺杂浓度为5.0×1017cm-3的4H-SiC的N型缓冲层6；其外延工艺条件：温度为1570℃，压力为100mbar，生长气体为C3H8、SiH4和H2；步骤二，外延本征吸收层5，如图3b所示。用低压热壁化学气象淀积法LPCVD，在N型缓冲层6上外延一层厚度为3.0μm，掺杂浓度为1.0×1016cm-3的本征吸收层5。其外延工艺条件：温度为1570℃，压力为100mbar，生长气体为C3H8、SiH4和H2；步骤三，开窗并埋入塑料闪烁体，如图3c、3d所示。在本征吸收层5中心区域光刻出深度为2.0μm，宽度为7.0μm的窗口，并在窗口中心区域通过PVD溅射厚度为2.0μm的塑料闪烁体1。步骤四，淀积SiO2反射层，如图3e所示。通过PECVD在整个本征吸收层5和窗口区域淀积SiO2反射层2，其在塑料闪烁体1两侧的厚度为2.5μm，在塑料闪烁体1上方的厚度为0.5μm，在两侧的本征吸收层5上方的厚度为0.5μm。步骤五，刻蚀在SiO2反射层覆盖本征吸收层5的两侧区域的SiO2，如图3f所示。采用湿法刻蚀，选用浓度为5％的缓冲HF酸腐蚀10秒，将SiO2反射层两侧区域表面的SiO2刻蚀掉。步骤六，外延P+薄层，如图3g所示。在本征吸收层5的两侧上外延一层厚度为0.3μm的碳化硅，采用离子注入进行掺杂，形成掺杂浓度为5.0×1019cm-3的P+型薄层4。其外延工艺条件：温度为1570℃，压力为100mbar，生长气体为C3H8、SiH4和H2。步骤七，制作电极，如图3h所示。1)制作通过磁控溅射，在P+薄层区域上方形成厚度为50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金；同时在衬底背面通过磁控溅射形成厚度为200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金。2)在高温下进行退火处理，形成P型欧姆接触电极3和N型欧姆接触电极8，完成基于PIN二极管的β射线闪烁体探测器的制作。实施例3：制作塑料闪烁体埋入深度为2.5μm的β辐照探测器；第A步，N型缓冲层。选用掺杂浓度为1.0×1020cm-3的N型4H-SiC基片作衬底7，并清洗；用低压热壁化学气相淀积法LPCVD，在外延温度为1570℃，压力100mbar，生长气体为C3H8、SiH4和H2的条件下，在衬底上外延生长厚度为2.0μm，掺杂浓度为1.0×1018cm-3的4H-SiC的N型缓冲层6，如图3a所示。第B步，本征吸收层。用低压热壁化学气象淀积法LPCVD，在外延温度为1570℃，压力100mbar，生长气体为C3H8、SiH4和H2的条件下，在N型缓冲层6上外延一层厚度为3.5μm，掺杂浓度为5.0×1016cm-3的本征吸收层5，如图3b所示。第C步，开窗并埋入塑料闪烁体。在本征吸收层5中心区域光刻出深为2.5μm，宽度为8.0μm的窗口，如图3c所示；在窗口中心区域通过PVD溅射厚度为2.5μm的塑料闪烁体1，如图3d所示。第D步，淀积SiO2反射层。通过PECVD在整个本征吸收层5和窗口区域淀积SiO2反射层2，其在塑料闪烁体1两侧的厚度为3.1μm，在塑料闪烁体1上方的厚度为0.6μm，在两侧的本征吸收层5上方的厚度为0.6μm，如图3e所示。第E步，刻蚀多余SiO2。采用湿法刻蚀在SiO2反射层覆盖本征吸收层5的两侧区域的SiO2，即选用浓度为5％的缓冲HF酸腐蚀10秒，将SiO2反射层两侧区域表面的SiO2刻蚀掉，如图3f所示。第F步，P+型薄层。在本征吸收层5的两侧上方外延一层厚度为0.5μm的碳化硅；采用离子注入对碳化硅进行掺杂，形成掺杂浓度为1.0×1020cm-3的P+型薄层4，如图3g所示。第G步，建设合金。通过磁控溅射，在P+薄层区域形成厚度为50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金；通过磁控溅射，在衬底背面形成厚度为200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金。第H步，形成电极。在高温下进行退火处理，形成P型欧姆接触电极3和N型欧姆接触电极8，如图3h所示，完成基于PIN二极管的β射线闪烁体探测器的制作。以上描述仅是本发明的几个具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。