一种开合式三维沟槽电极硅探测器的制作方法

本发明属于高能物理及天体物理技术领域，涉及一种开合式三维沟槽电极硅探测器。

背景技术：

探测器广泛应用于高能物理、天体物理、航空航天、军事、医学等技术领域，在高能物理及天体物理之中，探测器处于强辐照条件下，因此对探测器本身有严格的要求，要求其具有较强的抗辐照能力，且漏电流以及全耗尽电压不能太大，对于其体积的大小也有不同的要求。传统的“三维沟槽电极硅探测器”有许多的不足之处，首先是在进行电极刻蚀时不能完全的贯穿整个硅体，使得探测器有一部分不能刻蚀，称该部分为“死区”，“死区”部分的电场较弱，电荷分布不均匀，进而影响探测器的性能；而且“死区”部分在单个探测器中占据20％-30％，如果是做成列阵，则会占据更大的比例。其次，传统的“三维沟槽电极硅探测器”只能是在单面进行刻蚀。最后，传统的“三维沟槽电极硅探测器”在工作时，粒子也只能是单面入射。因此亟需提出一种新型的三维沟槽电极硅探测器。

技术实现要素：

为了达到上述目的，本发明提供一种开合式三维沟槽电极硅探测器，使死区面积最小，工作时粒子能够双面入射，反应更为灵敏。解决了现有技术中三维硅探测器只能单面刻蚀，粒子只能单面入射，且存在较大死区，影响探测器探测性能的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种开合式三维沟槽电极硅探测器，在硅体上贯穿刻蚀后经过扩散掺杂形成开合式沟槽电极、中央电极，开合式沟槽电极环绕于中央电极之外，中央电极接负极，开合式沟槽电极接正极，开合式沟槽电极为存在开口、不连续的圆柱结构；探测器最底端设有二氧化硅保护层。

本发明的特征还在于，进一步的，所述中央电极为空心的圆柱形，半径是5μm。

进一步的，所述中央电极由铝层和重掺杂硼硅层构成，铝层位于最上层，厚度为1μm；重掺杂硼硅层位于铝层下面，厚度为200μm～500μm。

进一步的，所述开合式沟槽电极为空心圆柱环，开合式沟槽电极的宽度10μm。

进一步的，所述开合式沟槽电极由铝层和重掺杂磷硅层构成，铝层位于最上层，厚度为1μm；重掺杂磷硅层位于铝层下面，厚度为200μm～500μm。

进一步的，所述硅体为p型，硅体由二氧化硅层和轻掺杂硼硅层构成，二氧化硅层位于最上层，厚度为1μm；轻掺杂硼硅层位于二氧化硅层下面，厚度为200μm～500μm。

进一步的，所述二氧化硅保护层厚度为1μm。

进一步的，所述开合式沟槽电极开口的内侧弧长为3μm～10μm。

本发明的有益效果是：传统的“三维沟槽电极硅探测器”中，硅体中心的n+型沟槽和边缘的p+型沟槽是不完全贯穿于整个结构的，结构的底部就有p型硅基体(死区)，与传统的“三维沟槽电极硅探测器”相比，本发明的电极完全的贯穿于硅体，减少了死区的比例，另外，以圆柱形结构为主，相对于其它结构具有更大的优势，在工作中，电场分布，电势分布等更加的均匀。由于是圆柱形，两个电极之间的距离相等，与平板电容器十分相似，得出的结果与理论值更加的接近。通过合理的尺寸设计可以使得每个单元在组合成阵列时，每个单元之间没有间隙，从而使得死区面积更小，无电势低区，并且每个单元是独立的不受影响，从而有更好的探测效果。并且探测器在工作中，粒子可以从上下底面同时入射，而传统的“三维沟槽电极硅探测器”只能是单面入射，从而粒子探测效率更高，反应更灵敏。在工艺上可以双面刻蚀，传统的三维沟槽只能单面刻蚀，简化了探测器制作工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是传统三维沟槽电极硅探测器结构示意图。

图2是本发明实施例的结构示意图。

图3是本发明实施例探测器阵列的结构示意图。

图4是本发明实施例中开合式沟槽电极的俯视图。

图中，1.中央电极，2.沟槽电极，3.硅体，4.p型硅基体，5.二氧化硅保护层，6.开合式沟槽电极。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

传统三维沟槽电极硅探测器结构，如图1所示，沟槽电极2环绕于中央电极1之外，沟槽电极2与中央电极1之间有硅体3，沟槽电极2的下面设有p型硅基体4，在整个结构最底部设有1μm的二氧化硅保护层5；中央电极1接正极，其半径是5μm，最上层是1μm的铝，铝层下面是180μm～450μm的重掺杂磷的硅。沟槽电极2接负极，其宽度的10μm，最上层是1μm的铝，铝层下面是180μm～450μm的重掺杂硼硅。硅体3最上层是1μm的二氧化硅，起隔开正负极的作用，二氧化硅层下面是180μm～450μm的轻掺杂硼硅。p型硅基体4为轻掺杂硼硅，其厚度为20μm～50μm。

实施例1，

本发明的结构，如图2、图4所示，在硅体3上贯穿刻蚀后经过扩散掺杂形成开合式沟槽电极6、中央电极1，开合式沟槽电极6环绕于中央电极1之外，开合式沟槽电极6为存在开口、不连续的圆柱结构，开合式沟槽电极6的开口内侧弧长S为10μm，在整个结构最底部设有1μm的二氧化硅保护层5。

中央电极1为空心的圆柱形，中央电极1接负极，其半径是5μm，最上层是1μm的铝，铝层下面是200μm的重掺杂硼硅，重掺杂硼硅是施主，提供电子。开合式沟槽电极6为空心圆柱环，开合式沟槽电极6接正极，其宽度为10μm，最上层是1μm的铝，铝层下面是200μm的重掺杂磷硅，重掺杂磷硅是受主，接受电子。硅体3为p型，起隔开正负极的作用，其最上层是1μm的二氧化硅，二氧化硅层下面是200μm的轻掺杂硼硅，轻掺杂硼硅是为了形成PIN结，使耗尽电压更低，不容易被击穿。

传统三维沟槽电极硅探测器，中央电极1接正极，本发明中中央电极1接负极，使耗尽电压更低，电场分布更均匀。本发明开合式沟槽电极6(p+型沟槽)与中央电极1(n+型沟槽)均贯穿探测器底部，扩散掺杂可以改变材料电学性能，并可以使参入的原子数量、分布形式和深度满足改结构工艺需求，从而使得得器件的电学性能达到最佳。开合式沟槽电极6上设置开口的作用是让探测器不需要衬底，并且在工艺时可以双面刻蚀，使探测器的性能更好。此外开合式沟槽电极6为互为对称的两半，使得探测器电场均匀，无电势低区；有近似四菱柱的半导体基体没有刻蚀，这样就使探测器不需要衬底，避免了传统的基底结构设置，从而耗尽电压就更低，探测器工作时不容易被击穿。

实施例2，本发明的结构，除了开合式沟槽电极6的开口内侧弧长S为3μm，重掺杂硼硅、重掺杂磷硅、轻掺杂硼硅的厚度均为500μm以外，其余部分与实施例1相同。

实施例3，本发明的结构，除了开合式沟槽电极6的开口内侧弧长S为8μm，重掺杂硼硅、重掺杂磷硅、轻掺杂硼硅的厚度均为300μm以外，其余部分与实施例1相同。

本发明阵列的结构，如图3所示，是由图2的单个探测器单元结构组合而成。

在工艺上，沟槽电极是通过光刻机刻蚀，离子注入而成。传统的“三维沟槽电极硅探测器”只能是单面刻蚀，粒子单面注入，而本发明开合式三维沟槽电极硅探测器的开合式沟槽电极6是在刻蚀沟槽时不完全刻蚀形成的六菱形或圆形结构，是可以上下底面同时进行刻蚀，同时通过离子注入而形成沟槽电极，且探测器在工作中，粒子可以从上下底面同时入射，而传统的“三维沟槽电极硅探测器”只能是单面入射。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。