一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器的制作方法

本发明涉及高能物理，天体物理，航空航天，军事，医学等技术领域的半导体探测器领域，特别涉及一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器。

背景技术：

半导体探测器主要应用于高能物理、天体物理等领域，具有高能量分辨率、高灵敏度、响应时间快、抗辐照能力强等特点，且易于集成，在x射线、高能粒子探测等领域有显著应用价值。在高能物理和天体物理等领域，探测器处于强辐射条件下工作，对半导体探测器能量分辨率响应速度等要求高，且具有低漏电流及低全耗尽电压，对于其体积大小等有不同要求。

半导体探测器在反向偏压下工作，当粒子射入探测器灵敏区时，在反向偏压下，产生电子-空穴对，其中电子对向正极运动，到达正极后被收集，空穴对向负极运动，被负极收集，在外部读出电路中形成电信号等。

相对于传统“三维柱状电极半导体探测器”，美国布鲁克海文实验室最新提出的“三维沟槽电极半导体探测器”克服了电势分布及电场分布的“鞍点”，使电场分布更加均匀。然而，“三维沟槽电极半导体探测器”因设计的局限性，工艺上为形成衬底，在电极刻蚀时不能完全贯穿整个半导体，未刻蚀的部分电场分布较弱，电荷分布不均匀，探测效率低，对探测器的性能影响大。我们称这部分为“死区”，“死区”在单个探测器单元中占20％-30％。若做成列阵，则会占据更大的比例。而且，“三维沟槽电极半导体探测器”工作时，粒子仅能单面入射，会降低探测效率。

因此，提供一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器，解决上述现有技术存在的问题。

技术实现要素：

为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器。优化结构类型，消除死区，优化单面刻蚀工艺为贯穿刻蚀工艺，工作时，粒子可双面入射，反应更灵敏，探测效率更高。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器，该三角形开阖式盒型电极半导体探测器，由半导体基体1，及半导体基体1刻蚀而成的沟槽电极2和中央柱状电极3嵌套构成，沟槽电极2为由两个等边三角形底边重叠形成的菱形柱，每个沟槽电极2对应两个中央柱状电极3，两个中央柱状电极3设置在两个等边三角形的中心，沟槽电极2及中央柱状电极3为中空电极，经刻蚀之后再进行离子扩散形成，半导体基体1采用轻掺杂硅，沟槽电极2及中央柱状电极3采用重掺杂硅，其中，沟槽电极2与中央柱状电极3的p/n型相反，所述三角形开阖式盒型电极半导体探测器顶面的沟槽电极2和中央柱状电极3上覆盖有电极接触层4，顶面未覆盖电极接触层4的其他半导体基体1表面覆盖二氧化硅绝缘层5，底面设置有二氧化硅衬底层6。沟槽电极2菱形柱的四个侧边正中有斜纹状实体缝隙，三角形开阖式盒型电极半导体探测器在斜纹状半导体基体的基础上以沟槽电极顶点为圆心，斜纹状实体缝隙的宽度为半径做圆，圆弧外的半导体基质都刻蚀成电极，从而留下带弧状的斜纹体半导体基体。

进一步的，所述沟槽电极2和中央柱状电极3由半导体基体1通过贯穿刻蚀、扩散掺杂的方法制备形成；探测器是一个pin结：p型半导体-绝缘层-n型半导体形，其中，重掺杂的p/n型半导体硅的电阻率与轻掺杂的p/n半导体硅不同，在半导体基体上进行刻蚀，形成沟槽电极2和中央柱状电极3，然后沟槽电极2采用n型硅重掺杂，中央柱状电极3采用p型硅重掺杂，半导体基体1采用p型轻掺杂。

进一步的，所述探测器厚度即电极高度为100-300微米。

进一步的，所述探测器厚度为150微米。

进一步的，中央柱状电极3和沟槽电极2宽度均为10微米。

进一步的，所述电极接触层4为铝电极接触层；所述电极接触层厚度为1微米，所述二氧化硅衬底层厚度为1微米，所述二氧化硅绝缘层5厚度为1微米。

进一步的，所述三角形开阖式盒型电极半导体探测器通过共用沟槽电极2的电极壁能拼合组成m*n阵列探测器，其中m,n均为正整数。

进一步的，所述半导体基体1的半导体材料采用si、ge、hgi2、gaas、tibr、cdte、cdznte、cdse、gap、hgs、pbi2和alsb中的一种或多种的组合。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明优化了电极半导体探测器的结构类型，消除了死区，优化单面刻蚀工艺为贯穿刻蚀工艺，工作时，粒子可双面入射，反应更灵敏，探测效率更高。

附图说明

图1为本发明三角形开阖式盒型电极半导体探测器的三维结构示意图。

图2为本发明三角形开阖式盒型电极半导体探测器的顶面电极接触层和二氧化硅绝缘层示意图。

图3为本发明三角形开阖式盒型电极半导体探测器4x4阵列平面图。

图4为本发明三角形开阖式盒型电极半导体探测器4x4三维阵列图。

图5为本发明三角形开阖式盒型电极半导体探测器的侧视图。

其中，1-半导体基体，2-沟槽电极，3-中央柱状电极，4-电极接触层，5-二氧化硅绝缘层，6-二氧化硅衬底层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：

如图1-5所示，一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器，该三角形开阖式盒型电极半导体探测器，由半导体基体1，及半导体基体1刻蚀而成的沟槽电极2和中央柱状电极3嵌套构成，沟槽电极2为由两个等边三角形底边重叠形成的菱形柱，每个沟槽电极2对应两个中央柱状电极3，两个中央柱状电极3设置在两个等边三角形的中心，沟槽电极2及中央柱状电极3为中空电极，经刻蚀之后再进行离子扩散形成，半导体基体1采用轻掺杂硅，沟槽电极2及中央柱状电极3采用重掺杂硅，其中，沟槽电极2与中央柱状电极3的p/n型相反，所述三角形开阖式盒型电极半导体探测器顶面的沟槽电极2和中央柱状电极3上覆盖有电极接触层4，顶面未覆盖电极接触层4的其他半导体基体1表面覆盖二氧化硅绝缘层5，底面设置有二氧化硅衬底层6。沟槽电极2菱形柱的四个侧边正中有斜纹状实体缝隙，三角形开阖式盒型电极半导体探测器在斜纹状半导体基体的基础上以沟槽电极顶点为圆心，斜纹状实体缝隙的宽度为半径做圆，圆弧外的半导体基质都刻蚀成电极，从而留下带弧状的斜纹体半导体基体。这样做的目的是便于多个组合阵列形成一个整体，同时又尽量不影响其探测效果，通过斜纹状实体缝隙的连接，避免因蚀刻而导致结构脱落。

进一步的，所述沟槽电极2和中央柱状电极3由半导体基体1通过贯穿刻蚀、扩散掺杂的方法制备形成；探测器是一个pin结：p型半导体-绝缘层-n型半导体形，其中，重掺杂的p/n型半导体硅的电阻率与轻掺杂的p/n半导体硅不同，在半导体基体上进行刻蚀，形成沟槽电极2和中央柱状电极3，然后沟槽电极2采用n型硅重掺杂，中央柱状电极3采用p型硅重掺杂，半导体基体1采用p型轻掺杂。

进一步的，所述探测器厚度即电极高度为100-300微米。

进一步的，所述探测器厚度为150微米。

进一步的，中央柱状电极3和沟槽电极2宽度均为10微米。

进一步的，所述电极接触层4为铝电极接触层；所述电极接触层厚度为1微米，所述二氧化硅衬底层厚度为1微米，所述二氧化硅绝缘层5厚度为1微米。

进一步的，所述三角形开阖式盒型电极半导体探测器通过共用沟槽电极2的电极壁能拼合组成m*n阵列探测器，其中m,n均为正整数。

进一步的，所述半导体基体1的半导体材料采用si、ge、hgi2、gaas、tibr、cdte、cdznte、cdse、gap、hgs、pbi2和alsb中的一种或多种的组合。

本发明的工作原理为：

如图1所示是一种三角形开阖式盒型电极半导体探测器。图2是截面图，沟槽电极2和中央柱状电极3在半导体基体1上通过贯穿刻蚀、扩散掺杂的方法制备形成。根据现有工艺技术，探测器厚度即电极高度在100至300微米任意值均可。沟槽电极2环绕于中央柱状电极3之外，其中，中央柱状电极3和沟槽电极2宽度均为10微米，沟槽电极2为中空电极。沟槽电极2刻蚀成结构相似且结构上互相呼应的两瓣。所述新颖三角形开阖式盒型电极半导体探测器的顶面电极上覆盖有电极接触层，其他面积覆盖二氧化硅绝缘层，底面设置有二氧化硅衬底层。所述电极接触层为铝电极接触层。所述电极接触层厚度为1微米，所述二氧化硅衬底层厚度为1微米。所制备得到的半导体探测器可以通过共用沟槽电极2的电极壁可组成m*n阵列探测器，其中m,n均为正整数。

图3是新颖三角形开阖式盒型电极半导体探测器阵列平面图，其阵列可实现在空间排列介于方形探测器阵列及六边形探测器阵列之间。图4是新颖三角形开阖式盒型电极半导体探测器三维阵列图。该新型探测器除了适合一般的硅半导体材料外，也可使用各种其他半导体材料制作。如：自ge、hgi2、gaas、tibr、cdte、cdznte、cdse、gap、hgs、pbi2和alsb等。

沟槽电极2菱形柱的四个侧边正中有斜纹状实体缝隙，三角形开阖式盒型电极半导体探测器在斜纹状半导体基体的基础上以沟槽电极顶点为圆心，斜纹状实体缝隙的宽度为半径做圆，圆弧外的半导体基质都刻蚀成电极，从而留下带弧状的斜纹体半导体基体。是刻蚀电极时未完全刻蚀掉留下来的半导体基体，目的在于，电极贯穿刻蚀时，半导体基体1便可通过此部分的基体与其他单元或者外围晶片接触，从而不会掉落，从设计优化的源头上解决制作问题。

每个探测器单元是一个pin结：p型半导体-绝缘层-n型半导体形，其中，重掺杂的p/n型半导体硅的电阻率与轻掺杂的p/n半导体硅不同，在半导体基体上进行刻蚀，空心沟槽和空心中央柱，然后进行重掺杂以形成阴阳电极。为了得到最佳的探测器性能，取半导体基体为轻掺杂的p型半导体硅，结构设计上采用pn结在外围沟槽处。沟槽电极是n型硅重掺杂，中央电极是p型硅重掺杂，探测器材料是p型轻掺杂的硅。中央电极是负极，外部沟槽是正极。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。