[发明专利]六边形互扣式电极三维硅探测器

说明书

本发明公开了一种六边形互扣式电极三维硅探测器，包括六棱柱状的隔离硅体，隔离硅体的中心轴向设有中心电极，隔离硅体的六个侧面设有上下拼接的第一沟槽电极和第二沟槽电极，第一沟槽电极由两块C形沟槽电极卡扣而成，第一沟槽电极和中心电极的顶部设有金属接触层，金属接触层之间的隔离硅体顶部设有二氧化硅保护层，第二沟槽电极、中心电极和隔离硅体的底部设有二氧化硅保护层；本发明制备的六边形互扣式电极三维硅探测器死区小、内部电场分布均匀、电荷收集性能好，探测单元之间的单元独立性良好，探测效率高，对硅晶圆的利用率高。

技术领域

本发明属于高能物理及天体物理技术领域，涉及一种六边形互扣式电极三维硅探测器。

背景技术

1997年S.Parker等人率先提出了第一代三维柱状电极硅探测器，该探测器的电极附近存在高电场区，电极对称中心存在低电场区，电场分布不均匀使硅探测器在高辐射环境下使用时受到限制；为了进一步增强硅探测器的抗辐射性能，2009年美国布鲁克海文国家实验室的科学家提出一种新型三维硅探测器，即三维沟槽电极硅探测器，相对于三维柱状电极硅探测器，三维沟槽电极硅探测器的各探测单元更加独立，电场分布更加均匀，抗辐射性能提高。

但由于三维沟槽电极硅探测器底部有10％～30％厚的未刻蚀电极的“死区”，在“死区”内电场极低、电场分布不均匀、电压无法耗尽，电子和空穴在“死区”内移动缓慢甚至不能移动，导致电子和空穴的运动时间变长，在强辐射条件下电子和空穴容易被陷阱俘获，使得电信号衰减；“死区”不能定向收集电子和空穴，该区域基本失去探测功能，三维沟槽电极硅探测器工作时粒子只能单面入射，硅探测器的探测效率低，探测单元组成阵列时“死区”使得硅探测器单元的独立性变差。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种六边形互扣式电极三维硅探测器，通过双面刻蚀工艺消除了三维沟槽电极硅探测器底部的“死区”，使得硅探测器能够双面收集粒子，提高了硅探测器的单元独立性和探测效率。

本发明所采用的技术方案是，六边形互扣式电极三维硅探测器，包括呈六棱柱状的隔离硅体，隔离硅体的中心轴向贯穿刻蚀有中心电极，隔离硅体的六个侧面从上至下刻蚀有第一沟槽电极，所述隔离硅体的六个侧面从下至上刻蚀有第二沟槽电极，所述第一沟槽电极与第二沟槽电极拼接，所述第一沟槽电极由两块C形沟槽电极卡扣而成，两个C形沟槽电极的卡接处留有未刻蚀的S形隔离硅体；

所述第二沟槽电极、隔离硅体、中心电极的底面覆盖有二氧化硅保护层；

所述第一沟槽电极和中心电极的顶面覆盖有金属接触层，所述第一沟槽电极、中心电极之间的隔离硅体上覆盖有二氧化硅保护层，所述二氧化硅保护层与金属接触层等高。

进一步的，所述隔离硅体的总高度为300μm～500μm，所述第一沟槽电极的高度为隔离硅体总高度的10％，所述第二沟槽电极的高度为隔离硅体总高度的90％，所述第一沟槽电极和第二沟槽电极的壁厚均为10μm，所述S形隔离硅体的壁厚为3μm～4μm，所述二氧化硅保护层与金属接触层的厚度均为1μm。

进一步的，所述中心电极的横截面边长为5μm，所述中心电极横截面的侧边与第一沟槽电极顶面的侧边平行，中心电极的拐角与第一沟槽电极的拐角间距为50μm。

进一步的，所述中心电极通过以下过程构成：首先在隔离硅体的中心轴处从上至下贯穿刻蚀六棱柱，然后在六棱柱的内侧壁扩散掺杂硼，最后再在六棱柱内填充多晶硅。

进一步的，所述第一沟槽电极和第二沟槽电极通过以下过程构成：首先在隔离硅体的六个侧面刻蚀沟槽，然后在沟槽内壁扩散掺杂磷，最后再在沟槽内填充多晶硅。

进一步的，所述中心电极、第一沟槽电极和第二沟槽电极的重掺杂浓度均为1×10¹⁹cm^-3，隔离硅体由轻掺杂硼硅基构成，隔离硅体的轻掺杂浓度为1×10¹²cm^-3。