CS256124B1

CS256124B1 - Silicon X-ray Detector

Info

Publication number: CS256124B1
Application number: CS861310A
Authority: CS
Inventors: Ivo Benc; Jaroslav Kerhart; Josef Kopecky; Josef Kriz; Josef Ladnar; Jaroslav Mach; Jan Urbanec
Original assignee: Ivo Benc; Jaroslav Kerhart; Josef Kopecky; Josef Kriz; Josef Ladnar; Jaroslav Mach; Jan Urbanec
Priority date: 1986-02-26
Filing date: 1986-02-26
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS131086A1

Abstract

Řešení se týká provedení křemíkového detektoru vytvořeného jako PIN dioda plenární technologií na monokrystalickém křemíku. Účelem je dosažení větší citlivosti detektoru, umožněné dosaženým menším sériovým odporem PIN diody, a rovněž možnost zúžení detekovaného pásma záření. Podle způsobu připojení PIN diody též splnění požadavku rychlé detekce nebo možnost detekce velmi nízkých energií záření. Uvedeného účelu se dosáhne tím, že křemíková deska vodivosti typu N nebo P je ze strany odvrácené straně vytvořeného planárního přechodu NP nebo PN ztenčena na 30 až 100 yum a povrch alespoň jedné strany takto zhotovené PIN diody je opatřen kovovým filtrem. Výhodný je kovový filtr tvořený 1 až 100 nm tlustou hliníkovou vrstvou. Detektor lze využít při analýzách rentgenového záření, např. při analýze procesu nízkoteplotní a vysokoteplotní plazmy.The solution concerns the design of a silicon detector made as a PIN diode using plenary technology on monocrystalline silicon. The purpose is to achieve greater sensitivity of the detector, enabled by the achieved lower series resistance of the PIN diode, and also the possibility of narrowing the detected radiation band. Depending on the method of connecting the PIN diode, also to meet the requirement of fast detection or the possibility of detecting very low radiation energies. The stated purpose is achieved by thinning the silicon plate of N or P conductivity type from the side facing away from the formed planar NP or PN junction to 30 to 100 μm and the surface of at least one side of the PIN diode thus made is provided with a metal filter. A metal filter consisting of a 1 to 100 nm thick aluminum layer is preferred. The detector can be used in X-ray analyses, e.g. in the analysis of low-temperature and high-temperature plasma processes.

Description

Vynález se týká křemíkového detektoru měkkého rentgenového záření, vytvořeného jako PIN dioda planární technologií na desce monokrystalického křemíku.The invention relates to a silicon soft X-ray detector formed as a PIN diode by a planar technology on a single crystal silicon wafer.

Dosud známé elektronické detektory rentgenového záření využívají absorpce rentgenového záření v příslušném materiálu detektoru. Tak tomu je například u detektoru s křemíkovou diodou dotovanou lithiem. Tento a jemu podobné detektory jsou vhodné tam, kde se nekladou příliš velké nároky na rozlišení velmi krátkých pulsů rentgenového zářeni. Navíc i pracovní podmínky těchto detektorů bývají složitější. Některé typy těchto detektorů musí být například udržovány trvale na nízké teplotě, což vyžaduje chlazení, například tekutým dusíkem, má-li se docílit požadované správné funkce detektoru. U těchto a jiných běžně používaných detektorů bývají rovněž potíže se stabilitou a spektrální selektivitou.The prior art electronic X-ray detectors utilize X-ray absorption in the respective detector material. This is the case, for example, with a lithium-doped silicon-based detector. This and similar detectors are suitable where there are not too high demands on the resolution of very short X-ray pulses. Moreover, the working conditions of these detectors tend to be more complex. For example, some types of these detectors must be kept permanently at a low temperature, which requires cooling, for example with liquid nitrogen, in order to achieve the desired proper functioning of the detector. These and other commonly used detectors also have stability and spectral selectivity problems.

Podstata křemíkového detektoru podle vynálezu spočívá v tom, že křemíková deska detektoru vodivosti typu N nebo P je ze strany odvrácené straně vytvořeného planárního přechodu NP nebo PN ztenčena na tloušťku 30 až 100 jim a povrch alespoň jedné strany takto zhotovené PIN diody je opatřen kovovým filtrem, s výhodou tvořeným 1 až 100 nm silnou hliníkovou vrstvou.The principle of the silicon detector according to the invention is that the silicon plate of the N or P conductivity detector is thinned to the thickness of 30 to 100 µm on the side facing away from the NP or PN formed planar transition, and preferably comprised of 1 to 100 nm thick aluminum layer.

Jednou z výhod detektoru podle vynálezu je docílení menšího sériového odporu PIN diody, a tím dosažená větší citlivost detektoru, namísto jinak používané náročné epitaxní technologie. Další výhodou detektoru podle vynálezu je možnost zúžení pásma detekovaných vlnových délek rentgenového záření jen na sledovanou oblast záření, což je umožněno vhodnou volbou tlouštky intrinzické vrstvy PIN diody a volbou tlouštky kovového filtru absorbujícího nevyhovující vlnové délky zářeni.One of the advantages of the detector according to the invention is the achievement of a smaller series resistance of the PIN diode and thus a higher detector sensitivity, instead of the otherwise used demanding epitaxy technology. Another advantage of the detector according to the invention is the possibility of narrowing the detected X-ray wavelength band only to the observed radiation area, which is made possible by the appropriate choice of the intrinsic PIN diode layer thickness and the metal filter thickness absorbing non-conforming radiation wavelengths.

Uspořádání PIN diody podle vynálezu umožňuje navíc dvojí způsob použití a podle toho i zapojení. Při požadavku rychlé detekce pulsů, kde se zároveň připouští určité ztráty, zapojí se PIN dioda tak, že se k nosné základně detektoru připojí stranou N⁺ a záření se detekuje ze strany P-N přechodu. Naopak při požadavku detekce velmi nízkých energií rentgeno· vého záření se připojí PIN dioda k základně detektoru obráceně, to je stranou P-N přechodu a záření se detekuje ze strany N .In addition, the arrangement of the PIN diode according to the invention allows a dual use and, accordingly, wiring. When fast pulse detection is required, where some losses are also allowed, the PIN diode is connected by connecting it to the base of the detector with the N ⁺ side and detecting radiation from the PN junction side. Conversely, when the detection of very low X-ray energies is required, the PIN diode is connected to the detector base upside down, that is, the PN junction side, and the radiation is detected from the N side.

Příklad provedení detektoru podle vynálezu je na připojených obrázcích, kde na obr. 1 je řez kruhovou PIN diodou a na obr. 2 je pohled na tuto PIN diodu ze strany P-N přechodu.An exemplary embodiment of a detector according to the invention is shown in the accompanying figures, in which Fig. 1 is a cross-section of a circular PIN diode and Fig. 2 is a view of the PIN diode from the P-N transition.

V uvedeném provedení na kruhové křemíkové desce 2» o průměru 4 mm, monokrystalického křemíku typu N, překryté na okraji povrchu 6 000 nm tlustou vrstvou SiO₂ 2, je v kruhovém otvoru o průměru 2,5 mm této vrstvy SiO₂ 2 nadifundovaná vrstva vodivosti P, vytvářející P-N přechod 2· Vrstva vodivosti P je na povrchu překryta kovovým filtrem 4, tvořeným 50 nm tlustou hliníkovou vrstvou. Tato hlinková vrstva také překrývá odvrácenou stranu P-N přechodu 2» tvořenou vrstvičkou zesílené vodivosti N⁺ 2·In said embodiment, on a 4 mm diameter silicon wafer plate 2, monocrystalline silicon type N, overlaid on the edge of a surface of 6000 nm with a thick SiO ₂ layer, there is an overfused conductivity layer in the 2.5 mm circular hole of this SiO ₂ layer. P creating a PN junction 2 · The conductivity layer P is covered on the surface by a metal filter 4 consisting of a 50 nm thick aluminum layer. This clay layer also overlaps the opposite side of the PN junction 2 »consisting of a layer of reinforced conductivity N ⁺ 2 ·

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Silicon soft X-ray detector, formed as a PIN diode by planar technology on a monocrystalline silicon plate, characterized in that the silicon plate (1) of conductivity type N or P is attenuated from the side facing the planar transition (3) NP or PN. and the surface of at least one side of the PIN diode thus produced is provided with a metal filter (4), preferably comprised of a 1 to 100 nm thick aluminum layer.

1 drawing