[发明专利]一种像素型硅漂移探测器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种像素型硅漂移探测器，由像素单元阵列而成；所述像素单元包括中间收集电极、第一阴极环、第二阴极环、基体和反面入射窗口；所述中间收集电极为阳极，掺杂于基体顶部中心位置；第一阴极环和第二阴极环为阴极，掺杂于基体顶部，第一阴极环和第二阴极环沿相反方向环绕中间收集电极分布；反面入射窗口的电极为阴极，掺杂于基体底部；所述阳极和阴极上面均镀有铝膜；每个像素单元之间的第一阴极环之间相连，第二阴极环之间相连。本发明提供的探测器阳极电容小，功耗小，可以测量0.5到15keV之间的x射线，具有几微秒的时间分辨率和快速读出的特点，无死区，对低能量光子具有良好的探测器量子效率。

技术领域

本发明属于抗辐射探测器技术领域，涉及一种像素型硅漂移探测器及其制作方法。

背景技术

通过研究来自天体的高能辐射是获取和理解宇宙中最具活力和剧烈现象潜在机制的最有力方法之一。目前，成熟的探测器和光学技术探测的x射线范围为0.5-10keV。在极端重力、密度或磁场条件下，通过探测这些能量的光谱和定时辐射特征是最直接的研究方法。在过去的几年里，对高灵敏度光谱和时间分辨率的需求激发了专注于创新、快速、像素化探测器的研发项目。事实上，当成像x射线时，光学点扩散函数(PSF)的大小通常在1毫米或更小的范围内。在成像不是主要科学目标的情况下，理想的像素大小与PSF的过采样所需的像素大小一样小，但通过减少所需电子读出通道的数量来尽可能减少电荷损耗和功耗。在这个能量范围内，由于硅的量子效率和先进的制造技术，硅可能是最合适的探测器材料。

不同的大像素探测器被提出作为用于研究天体的x射线光谱的焦平面传感器。广泛应用的Si-PIN在x射线探测效率和有效面积方面有突出的优势。然而，其性能受到阳极电容的限制，使其不合适低能量分辨率的探测。类似地，具有大像素面积的电荷耦合器件(CCD)也面临同样的问题。此外，由于CCD是一种基于集成的成像探测器，它不适合用于高速率的光子的光谱和时间信息探测，不能达到天体物理研究的要求。近年来，p通道场效应晶体管(DePFET)已经被开发和制造。当需要10kHz左右的帧率时，DePFET在太空成像应用和高分辨率x射线光谱学有突出应用。DePFET所有像素都以几兆赫的速率同时读出，但高速读出需要高功耗和散热。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种像素型硅漂移探测器及其制作方法，解决了现有技术中像素探测器存在的阳极电容大、功耗大的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种像素型硅漂移探测器，由像素单元阵列而成；像素单元包括中间收集电极、第一阴极环、第二阴极环、基体和反面入射窗口；所述中间收集电极为阳极，掺杂于基体顶部中心位置；第一阴极环和第二阴极环为阴极，掺杂于基体顶部，第一阴极环和第二阴极环沿相反方向环绕中间收集电极分布；反面入射窗口的电极为阴极，掺杂于基体底部；所述阳极和阴极上面均镀有铝膜；每个像素单元之间的第一阴极环之间相连，第二阴极环之间相连。

进一步地，所述中间收集电极的面积为2500-10000平方微米，厚度为1微米；所述第一阴极环和第二阴极环的宽度为10-50微米，厚度为1微米；所述基体厚度为300—500微米；所述反面入射窗口的厚度为1微米。

进一步地，所述中间收集电极的掺杂元素为硼，掺杂浓度为10¹⁸-10¹⁹cm^-3；所述第一阴极环、第二阴极环、反面入射窗口的掺杂元素为磷，掺杂浓度为10¹⁸-10¹⁹cm^-3；所述基体为n型硅，掺杂浓度为10¹¹-10¹⁴cm^-3。

本发明还提供了一种像素型硅漂移探测器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：硅晶圆吸杂氧化；

步骤2：第一阴极环、第二阴极环和反面入射窗口的离子注入刻蚀；