基于键合技术的超薄硅PIN粒子探测器研究

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硅PIN探测器因其结构简单、高灵敏度、线性响应好、抗辐照性能强、真空性能稳定等优点,在核辐射探测领域中占有重要的地位。其中,超薄硅PIN高能粒子探测器因其在粒子能量测量和种类鉴别领域的重要应用,近些年来成为核辐射探测领域研究的一个热点,但制各难点在于超薄基片易碎,器件性能及成品率较难控制。本文开发了一套基于键合技术制备超薄硅PIN探测器的工艺,开展了流片实验工作,制备出了厚度为100μm的超薄硅PIN探测器,并对器件进行了封装测试,包括C-V测试,I-V测试,辐照测试,并对I-V测试结果进行了分析讨论。该技术制备的超薄探测器具有机械性能好,探测厚度确定,漏电流小等优点。  本研究主要内容包括:⑴通过实验研究了TMAH在不同水浴温度不同TMAH浓度下对低阻(100)硅的腐蚀特性,并确定了本文的键合法制备超薄探测器的TMAH腐蚀条件:20wt%,95℃。⑵开发了基于键合法制备超薄硅PIN探测器新的工艺,设计了工艺流程,并通过了流片验证。⑶制备的100μm超薄PIN器件机械性能优异,制备了最大尺寸Ф12mm的探测器,没有发生碎片;且探测器的厚度控制精度很好,偏差<0.5μm。⑷探测器电学性能、辐照探测性能好。器件漏电流非常低,面电流密度低至80nA/cm2,对于Ф12mm器件,漏电流低于1nA,器件的全耗尽电压为-9V,击穿电压大于-100V;对于241Am5.486Mevα射线粒子,器件的FWHM为18.6kev-25.2kev,能量分辨率达到0.34%-0.46%。
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