超薄硅PIN探测器工艺与性能研究

来源 :北京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenman1982
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随着航天事业的发展,空间辐射探测的重要性越来越突出。以超薄PIN探测器和厚探测器组成的望远镜系统在粒子种类鉴别领域应用广泛,同时超薄PIN探测器具有体积小、结构简单、性能好、可靠性高等优点,这使得超薄PIN探测器成为核辐射探测领域研究的一个热点。但是由于超薄PIN探测器厚度薄且易碎,因此要制造出高性能高成品率的超薄PIN探测器面临着许多困难。  本文在总结以往超薄PIN探测器研制经验的基础上,设计出了一套将传统IC工艺与MEMS工艺相结合的新的制备工艺方法,之后对器件性能进行了测试,包括电学特性,辐照特性,并找出了影响漏电流的关键因素。通过该方法制备出的超薄PIN探测器具有漏电流低、机械性能好、成品率高等优点。  本文的研究工作及成果主要有:  1.在减薄方案的选取上,通过对比分析不同方法的优劣,确定了用TMAH溶液进行腐蚀挖孔的减薄方案。即在80℃条件下,用20wt%TMAH溶液腐蚀(100)晶向硅片,将硅片减薄至100μm,并结合传统IC工艺,成功研制出100μm厚超薄PIN探测器。  2.设计了划片槽结构,保证了探测器形状为八边形,同时有效地避免了刀片划片方式对探测器可能造成的损伤。探测器的成品率达到90%以上。  3.测试结果表明,这次研制出的超薄PIN探测器性能较为理想。直径为Φ12mm的探测器,全耗尽电压平均值为28.3V,击穿电压平均值为269.5V,分辨率平均值为16.62KeV,噪声平均值为12.29KeV。30V工作电压下,Φ12mm的探测器漏电流平均值为1.6nA。  4.确定了影响漏电流的关键因素。通过对比不同尺寸探测器漏电流和灵敏区周长、面积的关系,发现超薄PIN探测器漏电流主要来自灵敏区的边沿漏电。
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