本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種α射線閃爍體探測(cè)器，可用于α射線電離輻射探測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
探測(cè)器可大致分為氣體探測(cè)器，閃爍體探測(cè)器和半導(dǎo)體探測(cè)器。閃爍探測(cè)器具有探測(cè)效率高和靈敏體積大等優(yōu)點(diǎn)。其能量分辨率雖然不如半導(dǎo)體探測(cè)器好，但對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)。特別是有機(jī)閃爍體的定時(shí)性能和液體閃爍的內(nèi)計(jì)數(shù)本領(lǐng)均有其獨(dú)具的優(yōu)點(diǎn)。因此，它仍是使用最廣泛的輻射探測(cè)器之一。傳統(tǒng)的Si，GaAs等材料由于其熱導(dǎo)率較低、擊穿電壓較低、功率密度低、抗輻照性能不佳。因此，為了得到高性能高可靠性的探測(cè)器，需要設(shè)計(jì)新型半導(dǎo)體材料的輻射探測(cè)器。半導(dǎo)體材料的SiC具由2.6eV～3.2eV較寬的禁帶寬度、2.0×107cm·s-1的高飽和電子漂移速度、2.2MV·cm-1的高擊穿電場(chǎng)、3.4W·cm-1～4.9W·cm-1的高熱導(dǎo)率等性能，并且具有較低的介電常數(shù)，這些性質(zhì)決定了其在高溫、高頻、大功率半導(dǎo)體器件、抗輻射、數(shù)字集成電路等方面都存在極大的應(yīng)用潛力。具體地說(shuō)，就是SiC材料的寬帶隙決定了器件能在500℃這樣相當(dāng)高的溫度下工作，并且在高溫下暗電流仍然很低，靈敏度高，再加上它的原子臨界位移能大，這使得SiC器件有著很好的抗輻照能力，尤其是在高溫和輻照并存的情況下，SiC器件成了唯一的選擇。因此基于SiC材料的抗輻射半導(dǎo)體器件在輻射探測(cè)領(lǐng)域?qū)?huì)有更好的應(yīng)用前景。一般常用的光電探測(cè)器主要有四種：PN結(jié)光電探測(cè)器、金屬—半導(dǎo)體—金屬(MSM)光電探測(cè)器、PIN光電探測(cè)器和APD光電探測(cè)器。PN結(jié)光電探測(cè)器是結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的光電探測(cè)器，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)PN結(jié)，光電流在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)，但因?yàn)槠浜谋M區(qū)寬度很窄，所以其響應(yīng)速度很慢，其應(yīng)用范圍也很小。MSM光電探測(cè)器靈敏度低，這是因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的一部分面積被金屬電極占據(jù)了，所以有源區(qū)的面積也就減小了。APD探測(cè)器雖然可以達(dá)到較高的探測(cè)效率和探測(cè)靈敏度，但需要施加很高的電壓。傳統(tǒng)閃爍體探測(cè)器的閃爍體體積很大，不利于集成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于避免已有技術(shù)上的不足，提出一種基于碳化硅PIN二極管的α射線閃爍體探測(cè)器，以減小探測(cè)器的爍體體積，利于集成，并提高探測(cè)效率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的α輻照探測(cè)器，包括摻銀硫化鋅ZnS(Ag)閃爍體1、SiO2反射層2、P型歐姆接觸電極3，P+型薄層4、本征吸收層5，N型緩沖層6、N型襯底7和N型歐姆接觸電極8；所述本征吸收層5、N型緩沖層6、N型襯底7和N型歐姆接觸電極8自上而下依次排列；所述P+型薄層4位于本征吸收層5兩側(cè)上方，P型歐姆電極3位于P+型薄層4的上方；其特征在于：本征吸收層5的中間區(qū)域開有深度為3.0μm～5.0μm的窗口，窗口寬度為6.0μm～8.0μm，摻銀硫化鋅閃爍體1埋入該窗口的中心區(qū)域，SiO2反射層2淀積在整個(gè)窗口區(qū)域內(nèi)及窗口的上方。作為優(yōu)選，摻銀硫化鋅閃爍體1的厚度為3.0μm～5.0μm。作為優(yōu)選，摻銀硫化鋅閃爍體兩側(cè)的SiO2厚度為3.5μm～5.7μm，摻銀硫化鋅閃爍體上方的SiO2厚度為0.5μm～0.7μm。作為優(yōu)選，P型歐姆接觸層3的厚度為50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金。作為優(yōu)選，N型歐姆接觸層8為厚度為200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于碳化硅PIN二極管的α輻照探測(cè)器的制作方法，包括如下步驟：5.0×1019cm-3～5.0×1020cm-31)在摻雜濃度為5.0×1019cm-3～5.0×1020cm-3的N型4H-SiC襯底上外延一層厚度為1.0μm～2.0μm，摻雜濃度為1.0×1018cm-3～1.0×1019cm-3的N型緩沖層；2)在N型緩沖層上外延一層厚度為10.0μm～12.0μm，摻雜濃度為1.0×1015cm-3～5.0×1016cm-3的本征吸收層；3)在本征吸收層中心區(qū)域光刻出深3.0μm～5.0μm的窗口，并在窗口中心區(qū)域通過(guò)PVD工藝濺射厚度為3.0μm～5.0μm的摻銀硫化鋅ZnS(Ag)閃爍體；4)在包括窗口區(qū)域的整個(gè)本征吸收層(5)上方通過(guò)PECVD工藝淀積SiO2反射層(2)，窗口兩側(cè)的SiO2反射層在閃爍體兩側(cè)的厚度為3.5μm～5.7μm，在閃爍體上方的厚度為0.5μm～0.7μm；5)采用濕法刻蝕工藝刻蝕掉兩側(cè)的本征吸收層上方的SiO2；6)在兩側(cè)的本征吸收層上外延一層厚度為0.1μm～0.5μm，摻雜濃度為1.0×1019cm-3～1.0×1020cm-3的P+型薄層；7)通過(guò)磁控濺射，在兩側(cè)P+薄層區(qū)域形成厚度分別為50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金；同時(shí)在器件背面通過(guò)磁控濺射形成厚度分別為200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金；8)在高溫下進(jìn)行退火處理，形成P型歐姆接觸電極和N型歐姆接觸電極。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.本發(fā)明利用碳化硅結(jié)構(gòu)抗輻照能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可以保證在核輻射和宇宙射線的輻射下，電子裝備仍可以正常工作，非常有利與α射線的探測(cè)；2.本發(fā)明的α輻照探測(cè)器基于PIN二極管結(jié)構(gòu)，由于增加了N型緩沖層，可以使得表面陷阱效應(yīng)得到有效的削弱，從而削弱了表面陷阱對(duì)器件的電學(xué)性能的影響，提高了器件的性能。3.本發(fā)明通過(guò)窗口耦合閃爍體的結(jié)構(gòu)，有效避免了傳統(tǒng)閃爍體發(fā)光探測(cè)α射線的方法中，閃爍體體積大，不利于集成的弊端，有效的提高了集成度，適應(yīng)了工藝技術(shù)的發(fā)展。4.本發(fā)明將閃爍體埋進(jìn)本征吸收層，使α射線直接照射閃爍體，避免了P+薄層對(duì)輻照的吸收，同時(shí)SiO2反射層也有效提高了本征吸收層對(duì)α射線的吸收率，提升了探測(cè)效率。5.本發(fā)明采用摻銀硫化鋅ZnS(Ag)閃爍體，其對(duì)α射線的吸收率很高，提高了α射線探測(cè)器的本征能量分辨率。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明制作圖1結(jié)構(gòu)的流程示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明利用SiC半導(dǎo)體材料的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，對(duì)α射線的吸收系數(shù)高，抗輻射能力強(qiáng)，基于SiC的探測(cè)器暗電流小，在高溫下仍然可以保持很小的暗電流從而可以長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，由本征半導(dǎo)體層增加了靈敏體積，大大增強(qiáng)了探測(cè)靈敏度，從而避免了PN結(jié)型碳化硅α射線探測(cè)器需要厚外延，探測(cè)率低的弊端，通過(guò)設(shè)置緩沖層，減少輻照射線對(duì)器件表面陷阱效應(yīng)的影響，并且通過(guò)在器件窗口區(qū)域耦合一個(gè)閃爍體，從而避免了傳統(tǒng)閃爍體發(fā)光探測(cè)α射線閃爍體體積大，不利于集成的缺點(diǎn)，同時(shí)避免了P+對(duì)輻照的吸收，進(jìn)一步增強(qiáng)了探測(cè)效率，采用ZnS(Ag)閃爍體提高了本征能量分辨率。參照?qǐng)D2，本發(fā)明基于PIN二極管結(jié)構(gòu)的α輻照探測(cè)器，包括摻銀硫化鋅閃爍體1、SiO2反射層2、P型歐姆接觸電極3、P+型薄層4、本征吸收層5，N型緩沖層6、N型襯底7和N型歐姆接觸電極8；其中本征吸收層5，N型緩沖層6、N型襯底7和N型歐姆接觸電極8自上而下分布；本征吸收層5中間區(qū)域開有深度為3.0μm～5.0μm，寬度為6.0μm～8.0μm的窗口；ZnS(Ag)閃爍體1埋入該窗口內(nèi)，埋入深度為3.0μm～5.0μm；ZnS(Ag)閃爍體1的兩側(cè)和上方淀積有一層SiO2反射層2；本征吸收層兩側(cè)上方為P+型薄層4；P+型薄層4上方是P型歐姆接觸電極3。所述N型歐姆接觸電極8，由厚度為200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金構(gòu)成；所述N+型襯底7，其摻雜濃度為5.0×1019cm-3～5.0×1020cm-3；所述N型緩沖層6，其摻雜濃度為1.0×1018cm-3～1.0×1019cm-3，厚度為1.0μm～2.0μm；所述本征吸收層5，其摻雜濃度為1.0×1015cm-3～5.0×1016cm-3，厚度為10.0μm～12.0μm；所述P+型薄層4，其摻雜濃度為1.0×1019cm-3～1.0×1020cm-3，厚度為0.1μm～0.5μm；所述P型歐姆接觸電極3，由厚度為50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金構(gòu)成；所述SiO2反射層2，其在摻銀硫化鋅閃爍體1兩側(cè)的厚度為3.5μm～5.7μm，其在摻銀硫化鋅閃爍體1上方的厚度為0.5μm～0.7μm；所述ZnS(Ag)摻銀硫化鋅閃爍體1，其厚度為3.0μm～5.0μm。參照?qǐng)D2，本發(fā)明的制作圖2所示α輻照探測(cè)器的方法，給出如下三種實(shí)施例：實(shí)施例1：制作摻銀硫化鋅閃爍體埋入深度為3.0μm的α輻照探測(cè)器。第1步，選用摻雜濃度為5.0×1019cm-3的N型4H-SiC基片作為襯底7，清洗后，用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法LPCVD，在外延溫度為1570℃，壓力100mbar，生長(zhǎng)氣體為C3H8、SiH4和H2的條件下，在襯底上外延生長(zhǎng)厚度為1.0μm，摻雜濃度為1.0×1018cm-3的4H-SiC的N型緩沖層6，如圖2a所示；第2步，用低壓熱壁化學(xué)氣象淀積法LPCVD，在外延溫度為1570℃，壓力100mbar，生長(zhǎng)氣體為C3H8、SiH4和H2的條件下，在N型緩沖層6上外延一層厚度為10.0μm，摻雜濃度為1.0×1015cm-3的本征吸收層5，如圖2b所示；第3步，在本征吸收層5中心區(qū)域光刻出深度為3.0μm，寬度為6.0μm的窗口，如圖2c所示，并在窗口中心區(qū)域通過(guò)PVD濺射厚度為3.0μm的摻銀硫化鋅ZnS(Ag)1，如圖2d所示；第4步，通過(guò)PECVD在整個(gè)本征吸收層5和窗口區(qū)域淀積SiO2反射層2，其在摻銀硫化鋅閃爍體1兩側(cè)的厚度為3.5μm，在摻銀硫化鋅閃爍體1上方的厚度為0.5μm，在兩側(cè)的本征吸收層5上方的厚度為0.5μm，如圖2e所示；第5步，采用濕法刻蝕在SiO2反射層覆蓋本征吸收層5的兩側(cè)區(qū)域的SiO2，即選用濃度為5％的緩沖HF酸腐蝕10秒，將SiO2反射層兩側(cè)區(qū)域表面的SiO2刻蝕掉，如圖2f所示；第6步，在兩側(cè)的本征吸收層5上外延一層厚度為0.1μm的碳化硅，采用離子注入進(jìn)行摻雜，形成摻雜濃度為1.0×1019cm-3的P+型薄層4，如圖2g所示；第7步，通過(guò)磁控濺射，在兩側(cè)P+薄層區(qū)域形成厚度為50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金；同時(shí)在襯底背面通過(guò)磁控濺射形成厚度為200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金；第8步，在高溫下進(jìn)行退火處理，形成P型歐姆接觸電極3和N型歐姆接觸電極8，如圖2h所示，完成基于PIN二極管的α射線閃爍體探測(cè)器的制作。實(shí)施例2：制作摻銀硫化鋅閃爍體埋入深度為4.0μm的α輻照探測(cè)器。步驟一，外延N型緩沖層6，如圖2a所示；選用摻雜濃度為1.0×1020cm-3的N型4H-SiC基片作襯底7，清洗后，用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法LPCVD，在襯底上外延生長(zhǎng)厚度為1.5μm，摻雜濃度為5.0×1018cm-3的4H-SiC的N型緩沖層6；其外延工藝條件：溫度為1570℃，壓力為100mbar，生長(zhǎng)氣體為C3H8、SiH4和H2；步驟二，外延本征吸收層5，如圖2b所示。用低壓熱壁化學(xué)氣象淀積法LPCVD，在N型緩沖層6上外延一層厚度為11.0μm，摻雜濃度為1.0×1016cm-3的本征吸收層5。其外延工藝條件：溫度為1570℃，壓力為100mbar，生長(zhǎng)氣體為C3H8、SiH4和H2；步驟三，開窗并埋入摻銀硫化鋅閃爍體，如圖2c、圖2d所示。在本征吸收層5中心區(qū)域光刻出深度為4.0μm，寬度為7.0μm的窗口，并在窗口中心區(qū)域通過(guò)PVD濺射厚度為4.0μm的摻銀硫化鋅ZnS(Ag)1。步驟四，淀積SiO2反射層，如圖2e所示。通過(guò)PECVD在整個(gè)本征吸收層5和窗口區(qū)域淀積SiO2反射層2，其在摻銀硫化鋅閃爍體1兩側(cè)的厚度為4.6μm，在摻銀硫化鋅閃爍體1上方的厚度為0.6μm，在兩側(cè)的本征吸收層5上方的厚度為0.6μm。步驟五，刻蝕在SiO2反射層覆蓋本征吸收層5的兩側(cè)區(qū)域的SiO2，如圖2f所示。采用濕法刻蝕，選用濃度為5％的緩沖HF酸腐蝕10秒，將SiO2反射層兩側(cè)區(qū)域表面的SiO2刻蝕掉。步驟六，外延P+薄層，如圖2g所示。在本征吸收層5的兩側(cè)上外延一層厚度為0.3μm的碳化硅，采用離子注入進(jìn)行摻雜，形成摻雜濃度為5.0×1019cm-3的P+型薄層4。其外延工藝條件：溫度為1570℃，壓力為100mbar，生長(zhǎng)氣體為C3H8、SiH4和H2。步驟七，制作電極，如圖2h所示。1)制作通過(guò)磁控濺射，在P+薄層區(qū)域上方形成厚度為50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金；同時(shí)在襯底背面通過(guò)磁控濺射形成厚度為200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金。2)在高溫下進(jìn)行退火處理，形成P型歐姆接觸電極3和N型歐姆接觸電極8，完成基于PIN二極管的α射線閃爍體探測(cè)器的制作。實(shí)施例3：制作摻銀硫化鋅閃爍體埋入深度為5.0μm的α輻照探測(cè)器；第A步，N型緩沖層。選用摻雜濃度為5.0×1020cm-3的N型4H-SiC基片作襯底7，并清洗；用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法LPCVD，在外延溫度為1570℃，壓力100mbar，生長(zhǎng)氣體為C3H8、SiH4和H2的條件下，在襯底上外延生長(zhǎng)厚度為2.0μm，摻雜濃度為1.0×1019cm-3的4H-SiC的N型緩沖層6，如圖2a所示。第B步，本征吸收層。用低壓熱壁化學(xué)氣象淀積法LPCVD，在外延溫度為1570℃，壓力100mbar，生長(zhǎng)氣體為C3H8、SiH4和H2的條件下，在N型緩沖層6上外延一層厚度為12.0μm，摻雜濃度為5.0×1016cm-3的本征吸收層5，如圖2b所示。第C步，開窗并埋入摻銀硫化鋅閃爍體。在本征吸收層5中心區(qū)域光刻出深為5.0μm，寬度為8.0μm的窗口，如圖2c所示；在窗口中心區(qū)域通過(guò)PVD濺射厚度為5.0μm的摻銀硫化鋅ZnS(Ag)閃爍體1，如圖2d所示。第D步，淀積SiO2反射層。通過(guò)PECVD在整個(gè)本征吸收層5和窗口區(qū)域淀積SiO2反射層2，其在摻銀硫化鋅閃爍體1兩側(cè)的厚度為5.7μm，在摻銀硫化鋅閃爍體1上方的厚度為0.7μm，在兩側(cè)的本征吸收層5上方的厚度為0.7μm，如圖2e所示。第E步，刻蝕多余SiO2。采用濕法刻蝕在SiO2反射層覆蓋本征吸收層5的兩側(cè)區(qū)域的SiO2，即選用濃度為5％的緩沖HF酸腐蝕10秒，將SiO2反射層兩側(cè)區(qū)域表面的SiO2刻蝕掉，如圖2f所示。第F步，P+型薄層。在本征吸收層5的兩側(cè)上方外延一層厚度為0.5μm的碳化硅；采用離子注入對(duì)碳化硅進(jìn)行摻雜，形成摻雜濃度為1.0×1020cm-3的P+型薄層4，如圖2g所示。第G步，建設(shè)合金。通過(guò)磁控濺射，在P+薄層區(qū)域形成厚度為50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金；通過(guò)磁控濺射，在襯底背面形成厚度為200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金。第H步，形成電極。在高溫下進(jìn)行退火處理，形成P型歐姆接觸電極3和N型歐姆接觸電極8，如圖2h所示，完成基于PIN二極管的α射線閃爍體探測(cè)器的制作。以上描述僅是本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)例，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。顯然對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來(lái)說(shuō)，在了解了本發(fā)明內(nèi)容和原理后，都可能在不背離本發(fā)明原理、結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修正和改變，但是這些基于本發(fā)明思想的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。