ПИКСЕЛЬНАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРИРОВАННАЯ СТРУКТУРА ДЕТЕКТОРА Российский патент 2009 года по МПК H01L31/115 

Изобретение относится к микроэлектронике и, в частности, к созданию матричных детекторов релятивистских частиц.

Известны ячейки детекторов релятивистских частиц, выполненных в виде диодных матриц [1]. Существенным недостатком таких ячеек является низкая чувствительность.

Наиболее близким по технической сущности решением (прототипом) является пиксельная структура детектора частиц, построенная на биполярном транзисторе [2].

Существенными недостатками известных пиксельных структур детекторов релятивистских частиц являются сравнительно невысокая плотность компоновки и сложность технологии.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение плотности компоновки пиксельных структур детекторов релятивистских частиц за счет функциональной интеграции усилительной транзисторной структуры и чувствительного элемента - первичного преобразователя типа излучение - напряжение.

Другим техническим результатом настоящего изобретения является упрощение технологии изготовления детекторов релятивистских частиц.

Эти технические результаты достигнуты в пиксельной функционально-интегрированной структуре детектора релятивистских частиц, содержащей в подложке транзисторную структуру, коллекторная область подключена к шине питания, а эмиттерная область - к выходному электроду, которая содержит p-i-n диод, область p-типа проводимости которого совмещена с базовой областью, область i-типа проводимости совмещена с подложкой, которая имеет омический контакт n⁺-типа проводимости, подключенный к дополнительному источнику напряжения.

В частном случае базовая область 3 может быть подсоединена через резистор к общей шине, имеющей нулевой потенциал.

Отличия пиксельных функционально-интегрированных структур детектора релятивистских частиц согласно настоящему изобретению заключаются в том, что она содержит p-i-n диод, область p-типа проводимости которого совмещена с базовой областью, область i-типа проводимости совмещена с подложкой, которая имеет омический контакт n⁺-типа проводимости, подключенный к дополнительному источнику напряжения.

На фиг.1а, б приведены электрические эквивалентные схемы пиксельной функционально-интегрированной структуры детектора релятивистских частиц согласно настоящему изобретению (без резистора и с резистором, подключенным к области соответственно).

Изобретение поясняется приведенными чертежами. На фиг.2 приведены чертежи сечений по ортогональным осям А-А и Б-Б пиксельной функционально-интегрированной структуры детектора релятивистских частиц согласно настоящему изобретению.

На фиг.3 показаны чертежи сечений пиксельной структуры, в которой база n-p-n биполярного транзистора объединена с p-областью p-i-n диода путем электрической связи через омический контакт.

Пиксельная функционально-интегрированная структура детектора релятивистских частиц согласно настоящему изобретению содержит в подложке 1 транзисторную структуру с коллекторной областью 2, базовой областью 3 и эмиттерной областью 4; коллекторная область 2 подключена к шине питания 5; эмиттерная область 4 подключена к выходному электроду 6; p-i-n диод, p⁺-область которого совмещена с базовой областью 3, i-область совмещена с подложкой 1, которая имеет омический контакт n⁺-типа проводимости 7, подключенный к электроду 8 дополнительного источника питания (Vcc), резистор R может быть подключен к базовому электроду 9 и общей шине 10.

Пиксельная функционально-интегрированная структура детектора релятивистских частиц согласно настоящему изобретению может быть выполнена в кремневой подложке с концентрацией примесей (10¹³-10¹⁴) см³ с помощью технологии, используемой для изготовления высоковольтных интегральных схем. Концентрация примесей бора в области базы 3 может составлять величину порядка 10 см³, а толщина этой области порядка (0.3-1) мкм. Концентрация примесей фосфора в области эмиттера 4 может составлять величину порядка 10²⁰ см³, а толщина этой области порядка (0.1-0.5) мкм. Омический контакт 9 к подложке 1 может быть выполнен с помощью диффузии фосфора или сурьмы на глубину порядка 0.1 мкм с концентрацией ~ 10¹⁹ см³.

Пиксельная функционально-интегрированная структура детектора релятивистских частиц согласно настоящему изобретению представляет собой схему эмиттерного повторителя с первичным преобразователем ионизирующего излучения в виде p-i-n диода, области которого совмещены с областями транзисторной структуры. Напряжение питания эмиттерного повторителя может составлять величину (5-10) В, а напряжение на шине 10 дополнительного источника напряжения должна быть (50-100) В. Высокое напряжение положительной полярности на шине 10 обеспечивает смещение p-i-n диода в обратном направлении и толщину области пространственного заряда (ее граница на фиг.1 показана пунктиром) порядка 100 мкм. Релятивистские частицы, попадая в область пространственного заряда p-i-n диода, генерируют электронно-дырочные пары, разделяемые p-i-n диодом, создавая тем самым ионизационный ток. Ионизационный ток протекает через базовую область 3, усиливаясь транзисторной структурой, создает ток эммитера, который регистрируется в цепи выходного электрода 6.

Пиксельная функционально-интегрированная структура детектора релятивистских частиц согласно настоящему изобретению может найти широкое применение при создании матричных интегральных детекторов релятивистских частиц с высокой разрешающей способностью.

ЛИТЕРАТУРА

1. W.Lange at of Contribution to International Conference on Instrumentation for Colliding Beam Physics, 15-21 March 1990, Novosibirsk (to be Published).

2. Мелешко Е.А., Мурашов В.Н., Павлов Д.В., Тарабрин Ю.А., Яковлев Г.В. Координатно-чувствительный детектор. Патент на изобретение №2133524 по заявке №98114584, приоритет от 29.07.98.

Изобретение относится к микроэлектронике, и в частности к созданию матричных детекторов релятивистских частиц. Наиболее чувствительными детекторами релятивистских частиц являются пиксельные структуры, построенные на биполярном транзисторе. Технический результат - повышение плотности компоновки пиксельных структур детекторов релятивистских частиц за счет функциональной интеграции усилительной транзисторной структуры и чувствительного элемента - первичного преобразователя типа излучение - напряжение, а также упрощение технологии изготовления детекторов релятивистских частиц. Указанный результат достигается тем, что пиксельная функционально-интегрированная структура детектора релятивистских частиц, содержащая в подложке биполярную n-p-n/p-n-p/-типа транзисторную структуру, базовая область которой через резистор подключена к общей шине, коллекторная область подключена к шине питания, а эмиттерная область - к выходному электроду, характеризуется тем, что содержит p-i-n диод, область p/n/-типа проводимости которого совмещена /соединена/ с базовой областью транзистора, область i-типа проводимости совмещена с подложкой, которая имеет омический контакт

n⁺-/p/-типа проводимости, подключенный к дополнительному источнику напряжения. 3 ил.

Пиксельная функционально-интегрированная структура детектора релятивистских частиц, содержащая в подложке биполярную n-p-n(p-n-p)-типа транзисторную структуру, базовая область которой через резистор подключена к общей шине, коллекторная область подключена к шине питания, а эмиттерная область - к выходному электроду, отличающаяся тем, что содержит p-i-n диод, область p(n)-типа проводимости которого совмещена (соединена) с базовой областью транзистора, область i-типа проводимости совмещена с подложкой, которая имеет омический контакт n⁺-(p)-типа проводимости, подключенный к дополнительному источнику напряжения.