硅探测器及前置放大器的设计

发布时间：2021-11-25 00:22

　　目前在微纳电子器件工艺快速发展的背景下,各种结构的半导体探测器层出不穷,在核能谱分析、医学、矿物分析等领域有着广泛应用。硅基高阻半导体（Si-PIN）探测器用于能量和物质探测时,需要对半导体外加全耗尽电压。但是由于反向偏压过高时探测器会发生击穿行为,故合理设计探测器的结构是保证半导体探测器工作条件的关键。论文在介绍了通用的探测器保护手段诸如平面结终端和场板的基础上,结合以往经验,首先借助仿真软件模拟了反向偏压二极管和条形探测器的电学参数随灵敏区间距和氧化层电荷的变化情况,模拟表明,对于反向偏压PN二极管,其灵敏区与浮空保护环的距离存在最优值使其击穿电压最高；对于条形探测器,其相邻探测条间距的减小会降低探测器漏电流同时提高击穿电压；而对于以上两种探测器来说,本征区与氧化层之间的电荷密度减小会提高击穿电压,但是输出漏电流却相应升高。再者通过流片测试实验验证了探测器的I-V特性,论文从中总结出减小硅基二极管探测器的拐角曲率会提高其击穿电压,但是增加的趋势逐渐变缓；并提到了硅基材料的刻蚀实验中实验参数对刻蚀结果的影响,实验结果表明,硅<111>的反应速率随着四甲基氢氧化铵（TMAH... 

【文章来源】：北方工业大学北京市

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
        1.1.1 半导体辐射探测器简介
        1.1.2 半导体辐射探测器的分类
        1.1.3 半导体辐射探测器的应用领域
    1.2 硅基半导体辐射探测器的发展现状
        1.2.1 国际上硅基探测器的发展趋势
        1.2.2 国内硅基探测器的科技水平与发展现状
    1.3 论文研究内容以及章节安排
    1.4 本章小结
第二章 半导体探测器的原理和结构
    2.1 半导体辐射探测器工作原理
        2.1.1 半导体PN结基本原理
        2.1.2 反偏压探测器的工作原理
        2.1.3 位置灵敏探测器的工作原理
    2.2 硅基探测器电学参数指标与改进方案
    2.3 硅基探测器的击穿现象与保护
        2.3.1 击穿原理
        2.3.2 改进探测器击穿电压的手段
    2.4 本章小结
第三章 击穿电压与漏电流的模拟分析
    3.1 Sentaurus TCAD器件模拟的相关研究
        3.1.1 仿真流程
        3.1.2 网格文件与命令文件
        3.1.3 模拟要注意的问题
    3.2 二极管辐射探测器的间距模拟
        3.2.1 仿真结构
        3.2.2 击穿电压结果与分析
    3.3 条形探测器的间距模拟
        3.3.1 仿真结构
        3.3.2 击穿电压结果与分析
        3.3.3 漏电流结果与分析
    3.4 界面电荷对探测器性能的结果与分析
        3.4.1 界面电荷密度对击穿电压的影响
        3.4.2 界面电荷密度对漏电流的影响
    3.5 本章小结
第四章 实验验证击穿电压的结果,探讨拐角曲率的影响
    4.1 耐压器件结构版图设计
    4.2 硅半导体刻蚀工艺的探讨
        4.2.1 硅湿法刻蚀操作简介
        4.2.2 刻蚀液温度对刻蚀速率和反应后表面粗糙度的影响
        4.2.3 刻蚀液浓度对刻蚀速率和反应后表面粗糙度的影响
        4.2.4 黑点和裂纹效应
    4.3 测试数据分析
        4.3.1 测试设备
        4.3.2 圆形结构保护环距离变化
        4.3.3 方形结构拐角曲率的变化
    4.4 主探测器击穿电压的数据分析
    4.5 本章小结
第五章 硅基探测器输出信号分析
    5.1 探测器输出信号与噪声分析
        5.1.1 探测器的噪声源
        5.1.2 探测器应用电路的噪声源
    5.2 电荷灵敏前置放大器
        5.2.1 电荷灵敏放大器的基本介绍
        5.2.2 电子设计自动化软件Multisim
        5.2.3 电荷灵敏放大器模块介绍
        5.2.4 电荷灵敏放大器的仿真结果
    5.3 带通滤波电路
        5.3.1 滤波电路的分类
        5.3.2 用作探测器滤波的带通滤波电路设计及效果简析
    5.4 本章小结
第六章 硅基探测器的稳定性分析
    6.1 电学稳定性分析
        6.1.1 电迁移现象的条件与改善
        6.1.2 硅基探测器的电迁移现象判断
        6.1.3 电迁移现象对硅基探测器其它影响
        6.1.4 铝膜的生存时间
    6.2 动力学系统分析
        6.2.1 硅基探测器结构力学分析简介
        6.2.2 材料的安全裕度
        6.2.3 硅基探测器在准静态环境中的安全裕度分析
        6.2.4 硅基探测器的共振频率和模态
        6.2.5 硅基探测器在时变载荷作用下的谐响应分析
    6.3 本章小结
第七章 论文总结和展望
参考文献
申请学位期间的研究成果及发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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[2]硅薄膜微结构及悬挂键缺陷研究[D]. 黄香平.中南大学 2010
[3]基于电荷灵敏放大器的辐射测量电路设计与仿真[D]. 尹静.南京理工大学 2010
[4]CdSe探测器晶片表面处理和钝化研究[D]. 钟雨航.四川大学 2007
[5]偏移场板和场限环终端结构设计方法的研究[D]. 李瑞贞.北京工业大学 2003
[6]降低高阻硅探测器漏电流的方法研究[D]. 施志贵.中国工程物理研究院北京研究生部 2000



本文编号：3517046