本發(fā)明涉及屬于高能物理，天體物理，航空航天，軍事，醫(yī)學等技術領域，特別涉及一種新型方形開闔式殼型電極半導體探測器。

背景技術：

探測器主要用于高能物理、天體物理等，硅探測器探測靈敏度高、響應速度快、具有很強的抗輻照能力，并且易于集成，在高能粒子探測與x光檢測等領域有重要應用價值。但傳統(tǒng)“三維硅探測器”有許多不足，在高能物理及天體物理中，探測器處于強輻照條件下工作，這對探測器能量分辨率響應速度等有高的要求，且需具有較強的抗輻照能力，低漏電流以及低全耗盡電壓，對于其體積的大小有不同的要求。

硅探測器是工作在反向偏壓下的，當外部粒子進入到探測器的靈敏區(qū)時，在反向偏壓作用下，產(chǎn)生的電子-空穴對被分開，電子向正極運動，在到達正極后被收集，空穴向負極運動，被負極收集，在外部電路中就能形成反映粒子信息的電信號。

現(xiàn)有的“三維溝槽電極硅探測器”在進行電極刻蝕時不能完全的貫穿整個硅體，這就使得探測器有一部分不能刻蝕，這一部分對探測器的性能影響大，比如該部分電場較弱，電荷分布不均勻，探測效率降低等現(xiàn)象。我們稱這一部分為“死區(qū)”，而且“死區(qū)”在單個探測器中占據(jù)20％-30％，如果是做成列陣，則會占據(jù)更大的比例。其次，“三維溝槽電極硅探測器”只能是在單面進行刻蝕。最后，這種探測器在工作時，粒子只能單面入射，影響探測效率。

為此，提供一種新型方形開闔式殼型電極半導體探測器，解決上述現(xiàn)有技術存在的問題就顯得尤為必要。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新型方形開闔式殼型電極半導體探測器，優(yōu)化結構類型，消除死區(qū)，優(yōu)化單面刻蝕工藝為雙面刻蝕工藝，工作時，粒子可雙面入射，反應更靈敏，探測效率更高。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案為：

一種新型方形開闔式殼型電極半導體探測器，有一立方柱半導體基體(1)，溝槽電極(2)和中央柱狀電極(3)由半導體基體(1)通過貫穿刻蝕、離子擴散摻雜形成，中央柱狀電極(3)位于溝槽電極(2)正中，溝槽電極(2)環(huán)繞于中央柱狀電極(3)之外，其中，溝槽電極(2)為矩形框中空電極，溝槽電極(2)刻蝕成結構相同且結構上互為互補的兩瓣；溝槽電極(2)的一對平行邊正中有斜紋狀實體縫隙(6)，半導體基體(1)采用輕摻雜硅，溝槽電極(2)及中央柱狀電極(3)采用重摻雜硅，其中，溝槽電極(2)與中央柱狀電極(3)的p/n型相反，所述新型方形開闔式殼型電極半導體探測器頂面的溝槽電極(2)和中央柱狀電極(3)上覆蓋有電極接觸層(4)，頂面未覆蓋電極接觸層(4)的其他半導體基體(1)表面覆蓋二氧化硅絕緣層(7)，底面設置有二氧化硅襯底層(5)；在溝槽電極(2)間沒有刻蝕成電極從而剩下斜紋狀實體縫隙(6)，新型方形開闔式殼型電極半導體探測器在斜紋狀半導體基體的基礎上以溝槽電極頂點為圓心，斜紋狀實體縫隙(6)的寬度為半徑做圓，圓弧外的半導體基質(zhì)都刻蝕成電極，從而留下帶弧狀的斜紋體半導體基體。

進一步的，所述新型方形開闔式殼型電極半導體探測器通過共用溝槽電極(2)的電極壁形成m*n陣列探測器，其中m,n均為正整數(shù)，探測器是一個pin結：p型半導體-絕緣層-n型半導體形，其中，重摻雜的p/n型半導體硅的電阻率與輕摻雜的p/n半導體硅不同，在半導體基體上進行刻蝕，形成溝槽電極(2)和中央柱狀電極(3)，然后溝槽電極(2)采用n型硅重摻雜，中央柱狀電極(3)采用p型硅重摻雜，半導體基體(1)采用p型輕摻雜。進一步的，所述半導體基體(1)的半導體材料采用si、ge、hgi2、gaas、tibr、cdte、cdznte、cdse、gap、hgs、pbi2和alsb中的一種或多種的組合。

進一步的，所述新型方形開闔式殼型電極半導體探測器高度為100至300微米。

進一步的，所述中央柱狀電極(3)寬度為10微米。

進一步的，所述電極接觸層(4)為鋁電極接觸層。

進一步的，所述電極接觸層(4)厚度為1微米，所述二氧化硅襯底層(5)厚度為1微米。

進一步的，所述斜紋狀實體縫隙(6)的寬度小于10微米。

相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明一種新型方形開闔式殼型電極半導體探測器，專利優(yōu)化結構類型，消除死區(qū)，優(yōu)化單面刻蝕工藝為雙面刻蝕工藝，工作時，粒子可雙面入射，反應更靈敏，探測效率更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明新型方形開闔式殼型電極半導體探測器的三維結構示意圖。

圖2為本發(fā)明新型方形開闔式殼型電極半導體探測器的頂面示意圖。

圖3為本發(fā)明新型方形開闔式殼型電極半導體探測器帶弧狀斜紋狀半導體基體形成過程圖。

圖4為本發(fā)明新型方形開闔式殼型電極半導體探測器2x2陣列平面圖。

圖5為本發(fā)明的側(cè)視圖。

圖6為本發(fā)明設計與與圓形設計的死區(qū)面積對比圖。

其中，半導體基體-1，溝槽電極-2，中央柱狀電極-3，電極接觸層-4，二氧化硅襯底層-5，斜紋狀實體縫隙-6，二氧化硅絕緣層-7。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明技術方案做進一步詳細描述：

如圖1-6所示，一種新型方形開闔式殼型電極半導體探測器，有一立方柱半導體基體1，溝槽電極2和中央柱狀電極3由半導體基體1通過貫穿刻蝕、離子擴散摻雜形成，中央柱狀電極3位于溝槽電極2正中，溝槽電極2環(huán)繞于中央柱狀電極3之外，其中，溝槽電極2為矩形框中空電極，溝槽電極2刻蝕成結構相同且結構上互為互補的兩瓣；溝槽電極2的一對平行邊正中有斜紋狀實體縫隙6，半導體基體1采用輕摻雜硅，溝槽電極2及中央柱狀電極3采用重摻雜硅，其中，溝槽電極2與中央柱狀電極3的p/n型相反，所述新型方形開闔式殼型電極半導體探測器頂面的溝槽電極2和中央柱狀電極3上覆蓋有電極接觸層4，頂面未覆蓋電極接觸層4的其他半導體基體1表面覆蓋二氧化硅絕緣層7，底面設置有二氧化硅襯底層5；在溝槽電極2間沒有刻蝕成電極從而剩下斜紋狀實體縫隙6，新型方形開闔式殼型電極半導體探測器在斜紋狀半導體基體的基礎上以溝槽電極頂點為圓心，斜紋狀實體縫隙6的寬度為半徑做圓，圓弧外的半導體基質(zhì)都刻蝕成電極，從而留下帶弧狀的斜紋體半導體基體。

進一步的，所述新型方形開闔式殼型電極半導體探測器通過共用溝槽電極2的電極壁形成m*n陣列探測器，其中m,n均為正整數(shù)，探測器是一個pin結：p型半導體-絕緣層-n型半導體形，其中，重摻雜的p/n型半導體硅的電阻率與輕摻雜的p/n半導體硅不同，在半導體基體上進行刻蝕，形成溝槽電極2和中央柱狀電極3，然后溝槽電極2采用n型硅重摻雜，中央柱狀電極(3)采用p型硅重摻雜，半導體基體1采用p型輕摻雜。

進一步的，所述半導體基體1的半導體材料采用si、ge、hgi2、gaas、tibr、cdte、cdznte、cdse、gap、hgs、pbi2和alsb中的一種或多種的組合。

進一步的，所述新型方形開闔式殼型電極半導體探測器高度為100至300微米。

進一步的，所述中央柱狀電極3寬度為10微米。

進一步的，所述電極接觸層4為鋁電極接觸層。

進一步的，所述電極接觸層4厚度為1微米，所述二氧化硅襯底層5厚度為1微米。

進一步的，所述斜紋狀實體縫隙6的寬度小于10微米。

圖2是該結構的截面圖。圖3所示是電極間所剩半導體基體的形成過程。圖4是新型方形開闔式殼型電極半導體探測器2x2陣列平面圖。該新型探測器除了適合一般的硅半導體材料外，也可使用各種其他半導體材料制作。如：自ge、hgi2、gaas、tibr、cdte、cdznte、cdse、gap、hgs、pbi2和alsb等。

相較于現(xiàn)有“三維溝槽電極探測器”，本發(fā)明的這種電極可以貫穿刻蝕的結構設計，不僅可以從結構優(yōu)化上使得探測器單元的電勢和電場分布更加均勻，且可以消除低電場區(qū)域，提高探測器單元的探測效率及電荷收集效率20％至30％。應用到探測器陣列時，可更大幅度的提高探測效率。同時，因該新型結構的電極可以通過貫穿刻蝕工藝得到，使得探測器從單面靈敏變?yōu)殡p面靈敏，粒子可以雙面入射，反應更靈敏，探測效率更高。

在高能物理或者天體物理的應用中，對于軟x射線的探測等，往往需要大面積的探測器陣列。相較于其他形狀設計的開闔式盒型電極探測器，其方正的形狀更有利于最小死區(qū)的探測器陣列的形成。如圖6所示，灰色部分為探測器靈敏區(qū)域，白色部分為形成陣列后晶圓片上余下的非靈敏區(qū)域，即“死區(qū)”。方形設計的探測器陣列死區(qū)面積最小，且排列成方正的陣列，空間排列利用率最好。

實際使用中，將每個探測器單元作為一個pin結：p型半導體-絕緣層-n型半導體形，其中，重摻雜的p/n型半導體硅的電阻率與輕摻雜的p/n半導體硅不同，在半導體基體上進行刻蝕，空心溝槽和空心中央柱，然后進行重摻雜以形成陰陽電極。為了得到最佳的探測器性能，取半導體基體為輕摻雜的p型半導體硅，結構設計上采用pn結在外圍溝槽處。溝槽電極是n型硅重摻雜，中央電極是p型硅重摻雜，探測器材料是p型輕摻雜的硅。中央電極是負極，外部溝槽是正極。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書所限定的保護范圍為準。