本发明专利技术公开了一种基于碳化硅PIN二极管结构的β射线闪烁体探测器及其制作方法，主要解决现有技术探测率低、不利于集成、抗辐射性差的问题。本发明专利技术的碳化硅PIN二极管型β射线探测器自下而上包括N型欧姆接触电极(8)、N型SiC衬底(7)、N型缓冲层(6)、掺杂浓本征吸收层(5)；该本征吸收层(5)中间区域开有窗口，窗口内埋入塑料闪烁体(1)，窗口内部区域及窗口上方淀积有一层SiO2反射层(2)，本征吸收层(5)两侧上方为P+薄层(4)，P+薄层(4)上方为P型欧姆接触电极(3)。该β射线探测器探测率高，利于集成，抗辐射型好，可用于核能中对β射线的探测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子
，尤其涉及一种β射线闪烁体探测器，可用于β射线电离辐射探测领域。
技术介绍
固体β射线探测器大体可以分为半导体型和闪烁型两种。闪烁体探测器是目前应用最多，最广泛的电离辐射探测器之一，其工作原理是利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测的。闪烁体材料具有探测效率高、分辨时间短、使用方便、适用性广等特点。传统的Si，GaAs等材料由于其热导率较低、击穿电压较低、功率密度低、抗辐照性能不佳。因此，为了得到高性能高可靠性的探测器，需要设计新型半导体材料的辐射探测器。2.0×107cm·s-1半导体材料的SiC具有2.6eV～3.2eV较宽的禁带宽度、2.0×107cm·s-1的高饱和电子漂移速度、2.2MV·cm-1的高击穿电场、3.4W·cm-1～4.9W·cm-1的高热导率等性能，并且具有较低的介电常数，这些性质决定了其在高温、高频、大功率半导体器件、抗辐射、数字集成电路等方面都存在极大的应用潜力。具体地说，就是SiC材料的宽带隙决定了器件能在500℃这样相当高的温度下工作，并且在高温下暗电流仍然很低，灵敏度高，再加上它的原子临界位移能大，这使得SiC器件有着很好的抗辐照能力，尤其是在高温和辐照并存的情况下，SiC器件成了唯一的选择。因此基于SiC材料的抗辐射半导体器件在辐射探测领域将会有更好的应用前景。文献“NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchA583(2007)157-161”《SiliconcarbideforUV，alpha，betaandX-raydetectors：Resultsandperspectives》介绍了意大利的FrancescoMoscatelli提出的SiC肖特基结构的β探测器的设想。这种结构是在碳化硅半绝缘衬底上外延一层p型碳化硅，之后在p型碳化硅上外延一层n型碳化硅，通过n+高掺杂形成源漏区，在中间区域形成栅极，如图1所示。但是这种基于传统SiC肖特基结构场效应晶体管存在高密度表面陷阱，在SiC材料中，受主表面陷阱俘获电子形成表面电荷，使一部分电力线终止在表面电荷上，由于在栅漏区高电场作用下，源极流向漏极的电子在经过沟道时会被表面陷阱俘获，从而在表面形成耗尽层，使得电流传输的有效沟道厚度变薄，从而影响到了金属半导体场效应晶体管器件的电学性能。同时当β射线到达探测器表面后，由于受到较厚的栅极金属层的阻挡，只有部分β射线能进入器件内部。只有进入耗尽区的β粒子才会对电流输出有贡献。因此这种较厚的栅极结构导致入射粒子能量损失大，能量转换效率较低。同时肖特基势垒结构的探测器的制作工艺不适合在单片上的集成，探测范围较小，无法满足低剂量射线探测的需求。单纯pn结型碳化硅伽马射线探测器，β射线的吸收系数太小，需要厚外延，难度大，而且薄pn结碳化硅β射线探测器探测效率低。传统闪烁体发光探测β射线的方法中，闪烁体体积大，不利于集成。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免已有技术上的不足，提出一种基于碳化硅PIN二极管的β射线闪烁体探测器，以减小探测器的烁体体积，利于集成，并提高探测效率。为实现上述目的，本专利技术的β辐照探测器，包括塑料闪烁体1、SiO2反射层2、P型欧姆接触电极3，P+型薄层4、本征吸收层5，N型缓冲层6、N型衬底7和N型欧姆接触电极8；所述本征吸收层5、N型缓冲层6、N型衬底7和N型欧姆接触电极8自上而下依次排列；所述P+型薄层4位于本征吸收层5两侧上方，P型欧姆电极3位于P+型薄层4的上方；其特征在于：本征吸收层5的中间区域开有深度为1.5μm～2.5μm的窗口，窗口宽度为6.0μm～8.0μm，塑料闪烁体1埋入该窗口的中心区域，SiO2反射层2淀积在整个窗口区域内及窗口的上方。作为优选，塑料闪烁体1的厚度为1.5μm～2.5μm。作为优选，塑料闪烁体两侧的SiO2厚度为1.9μm～3.1μm，掺铈溴化镧闪烁体上方的SiO2厚度为0.4μm～0.6μm。作为优选，P型欧姆接触层3的厚度为50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金。作为优选，N型欧姆接触层8为厚度为200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金。为实现上述目的，本专利技术基于碳化硅PIN二极管的β辐照探测器的制作方法，包括如下步骤：1)在掺杂浓度为5.0×1018cm-3～1.0×1020cm-3的N型4H-SiC衬底上外延一层厚度为1.0μm～2.0μm，掺杂浓度为1.0×1017cm-3～1.0×1018cm-3的N型缓冲层；2)在N型缓冲层上外延一层厚度为2.5μm～3.5μm，掺杂浓度为1.0×1015cm-3～5.0×1016cm-3的本征吸收层；3)在本征吸收层中心区域光刻出深1.5μm～2.5μm的窗口，并在窗口中心区域通过PVD工艺溅射厚度为1.5μm～2.5μm的塑料闪烁体；4)在包括窗口区域的整个本征吸收层(5)上方通过PECVD工艺淀积SiO2反射层(2)，窗口两侧的SiO2反射层在闪烁体两侧的厚度为1.9μm～3.1μm，在闪烁体上方的厚度为0.4μm～0.6μm；5)采用湿法刻蚀工艺刻蚀掉两侧的本征吸收层上方的SiO2；6)在两侧的本征吸收层上外延一层厚度为0.1μm～0.5μm，掺杂浓度为1.0×1019cm-3～1.0×1020cm-3的P+型薄层；7)通过磁控溅射，在两侧P+薄层区域形成厚度分别为50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金；同时在器件背面通过磁控溅射形成厚度分别为200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金；8)在高温下进行退火处理，形成P型欧姆接触电极和N型欧姆接触电极。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：1.本专利技术利用碳化硅结构抗辐照能力强的特点，可以保证在核辐射和宇宙射线的辐射下，电子装备仍可以正常工作，非常有利与β射线的探测；2.本专利技术的β辐照探测器基于PIN二极管结构，由于增加了N型缓冲层，可以使得表面陷阱效应得到有效的削弱，从而削弱了表面陷阱对器件的电学性能的影响，提高了器件的性能。3.本专利技术通过窗口耦合闪烁体的结构，有效避免了传统闪烁体发光探测β射线的方法中，闪烁体体积大，不利于集成的弊端，有效的提高了集成度，适应了工艺技术的发展。4.本专利技术将闪烁体埋进本征吸收层，使β射线直接照射闪烁体，避免了P+薄层对辐照的吸收，同时SiO2反射层也有效提高了本征吸收层对β射线的吸收率，提升了探测效率。5.本专利技术采用了塑料闪烁体，有利于β射线的探测。附图说明图1是传统的肖特基二极管β射线探测器示意图；图2是本专利技术的结构示意图；图3是本专利技术制作图2结构的流程示意图。具体实施方式本专利技术利用SiC半导体材料的独特优势，对β射线的吸收系数高，抗辐射能力强，基于SiC的探测器暗电流小，在高温下仍然可以保持很小的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于碳化硅PIN二极管结构的β辐照探测器，包括塑料闪烁体(1)、SiO2反射层(2)、P型欧姆接触电极(3)，P+型薄层(4)、本征吸收层(5)，N型缓冲层(6)、N型衬底(7)和N型欧姆接触电极(8)；所述本征吸收层(5)、N型缓冲层(6)、N型衬底(7)和N型欧姆接触电极(8)自上而下依次排列；所述P+型薄层(4)位于本征吸收层(5)两侧上方，P型欧姆电极(3)位于P+型薄层(4)的上方；其特征在于：本征吸收层(5)的中间区域开有深度为1.5μm～2.5μm、宽度为6.0μm～8.0μm的窗口，塑料闪烁体(1)埋入该窗口区域内，SiO2反射层(2)淀积在整个窗口区域内及窗口的上方。
【技术特征摘要】
1.一种基于碳化硅PIN二极管结构的β辐照探测器，包括塑料闪烁体(1)、
SiO2反射层(2)、P型欧姆接触电极(3)，P+型薄层(4)、本征吸收层(5)，
N型缓冲层(6)、N型衬底(7)和N型欧姆接触电极(8)；
所述本征吸收层(5)、N型缓冲层(6)、N型衬底(7)和N型欧姆接触
电极(8)自上而下依次排列；
所述P+型薄层(4)位于本征吸收层(5)两侧上方，P型欧姆电极(3)位
于P+型薄层(4)的上方；
其特征在于：
本征吸收层(5)的中间区域开有深度为1.5μm～2.5μm、宽度为6.0μm～8.0μm
的窗口，塑料闪烁体(1)埋入该窗口区域内，SiO2反射层(2)淀积在整个窗
口区域内及窗口的上方。
2.根据权利要求1所述的β辐照探测器，其特征在于塑料闪烁体(1)的厚度
为1.5μm～2.5μm。
3.根据权利要求1所述的β辐照探测器，其特征在于窗口两侧的SiO2反射层
在闪烁体两侧的厚度为1.9μm～3.1μm，在闪烁体上方的厚度为0.4μm～0.6μm。
4.根据权利要求1所述的β辐照探测器，其特征在于P型欧姆接触层(3)为
厚度为50nm/100nm/100nm的Ti/Al/Au合金。
5.根据权利要求1所述的β辐照探测器，其特征在于N型欧姆接触层(8)
为厚度为200nm/50nm/100nm的Ni/Cr/Au合金。
6.一种基于碳化硅PIN二极管的β辐照探测器的制作方法，包括如下步骤：
1)在掺杂浓度为5.0×1018cm-3～1.0×1020cm-3的N型4H-SiC衬底(7)上外
【专利技术属性】
技术研发人员：郭辉，刘博睿，张玉明，陈小青，张晨旭，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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