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硅基PIN型探测器可用于探测高能粒子能量以及鉴别粒子种类,高能粒子入射探测器中损失能量,电离产生电子空穴对,通过前置放大电路输出瞬间脉冲电流信号。这种探测器可在室温下工作、能量分辨率高、探测效率高、线性响应好、脉冲上升时间短、真空性能稳定,在核物理以及高能物理研究、军事、医疗、食品检验、太空探索中有重要的应用价值,其应用类型之一即ΔE-E望远镜。ΔE-E望远镜由一薄一厚两个探测器组成,而超薄探测器在ΔE-E望远镜系统中占有至关重要的作用,它的性能将直接影响ΔE-E望远镜的性能。针对应用的具体需求,本文研究用于ΔE-E望远镜系统的超薄硅PIN探测器的结构和制备工艺。 基于超薄基片易碎,器件性能及成品率较难控制等特点,同时为了后续的ΔE-E集成式探测器做一些准备工作,本文除了提供了一套优化的制备超薄硅PIN探测器的工艺,同时也针对前几次流片中存在的当N区面积小于P区面积时漏电流激增的现象,提出了合理的缺陷模型进行了分析模拟。在此基础上根据前期的准备工作开展了流片实验,制备完成了厚度为100μm的超薄硅PIN粒子探测器。本次流片制备的超薄PIN粒子探测器具有探测厚度确定、灵敏面积精确、背面腐蚀规则、能量分辨率高,漏电流小等优点。 本文的主要研究成果有: 1、进行了PIN探测器的结构研究,在模拟中我们发现基于键和的倒置结构PIN探测器,在超过一定的阈值电压时反向漏电流会有激增的现象,基于对该结构物理模型和电学性能参数的分析,我们提出了边角处的MOS模型。对常规结构PIN探测器性能进行了分析,发现当N区面积小于P区时,漏电流会激增的现象,本文基于应力缺陷模型,通过模拟给出了合理的解释。 2、开展了超薄探测器关键工艺研究,对TMAH腐蚀硅片工艺进行了单项工艺研究。确定了TMAH腐蚀高阻N(100)硅的最佳条件,如温度、浓度条件等。同时获得不同晶向腐蚀和横向钻蚀的速率参数和比率,从而可以精确地控制背面腐蚀挖孔的形状,并设计了一种腐蚀形成划片槽的工艺方法,降低了探测器在划片中引入应力损伤的可能性,有望提高效率和成品率。 3、设计了一套制备100μm超薄PIN探测器的工艺流程,实现了腐蚀方法形成划片槽的工艺,制备了直径Φ12mm的探测器;且探测器的厚度控制精度很好,偏差<0.5μm。 4.对制备的探测器进行了性能测试,探测器击穿电压大于100V,全耗尽条件下的漏电流<2nA,成品率达到90%。