具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元及阵列的制作方法

本发明属于光电探测器领域，特别是涉及一种具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元及阵列。

背景技术：

1、电子轰击型微光成像器件利用光电阴极产生的光电子经过高压电场加速后轰击到光电探测器上直接成像，具有灵敏度高、响应速度快、体积小、重量轻等优点，已在微光夜视、高能物理、空间观察等领域得到广泛应用。电子轰击型微光成像器件的光电阴极与光电探测器之间的间距通常在0.5mm～1mm左右，光子入射到光电阴极上产生的光电子经过高压电场加速轰击到光电探测器上。由于光电阴极产生的光电子近似为高斯分布，20nm的光电子束通过0.5mm～1mm间距加速后，轰击到光电探测器上的光电子扩散直径可达十几微米及以上。现有技术的电子轰击型光电探测器结构中，为保证电子轰击型成像器件具有良好的空间分辨率，n+阱收集区的面积需要尽量覆盖光电子扩散直径，减少二次电子被邻近的n+阱区收集，从而会引入大的结电容，使得电荷转换增益降低，并降低了信号处理的带宽能力。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元及阵列。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元，包括入射区和设置在入射区上的电荷收集区，所述入射区的背面形成电子轰击入射面；所述电荷收集区的正面通过注入形成有中心注入区、第一环形注入区和第二环形注入区，所述第一环形注入区设置在第二环形注入区的内部，且所述第一环形注入区的外沿与第二环形注入区的内沿相接，所述中心注入区设置在第一环形注入区的内部，且所述中心注入区和第一环形注入区之间形成有环形的隔离区；所述入射区连接有第一电极，所述中心注入区连接有第二电极，所述第二环形注入区连接有第三电极，所述第一环形注入区连接有第四电极。

4、进一步的，所述入射区和第二环形注入区均为p+区，所述电荷收集区为n-区，所述中心注入区为n+区，所述第一环形注入区为p区。

5、进一步的，所述第二电极的电势高于第四电极的电势，所述第四电极的电势高于第一电极的电势，所述第一电极的电势高于第三电极的电势，从而使电荷收集区中除了中心注入区下方的p-i-n结区域之外的区域形成完全耗尽区，并使中心注入区下方的p-i-n结区域未完全耗尽，形成漏斗状的非完全耗尽区。

6、进一步的，所述第四电极位于第一环形注入区上远离第二环形注入区的一端，从而使第四电极与第三电极、第二环形注入区和第一环形注入区形成一个缓变的电阻分压结构。

7、进一步的，所述第二环形注入区的内沿的形状和尺寸与第一环形注入区的外沿的形状和尺寸均相同，从而使第二环形注入区和第一环形注入区连接为一个整体；或

8、所述第二环形注入区的内沿的形状与第一环形注入区的外沿的形状相同，且所述第二环形注入区的内沿的尺寸小于第一环形注入区的外沿的尺寸，从而使第二环形注入区和第一环形注入区通过交叠的方式连接为一个整体。

9、进一步的，所述中心注入区呈圆形，所述第一环形注入区和隔离区均为圆环状；或

10、所述中心注入区呈方形，所述第一环形注入区和隔离区均为方环状；或

11、所述中心注入区呈正n边形，所述第一环形注入区和隔离区均为正n边形环状；其中，n为大于或等于5的整数。

12、进一步的，所述第二环形注入区的深度大于中心注入区的深度和第一环形注入区的深度。

13、进一步的，所述入射区为通过衬底形成，所述电荷收集区为通过外延层形成。

14、进一步的，所述电荷收集区为通过单晶衬底减薄后形成，所述入射区为在单晶衬底的背面通过注入形成。

15、一种具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器阵列，包括按照二维阵列形式排布的多个探测单元，所述探测单元采用具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元。

16、本发明中，通过对探测器单元结构的改进，在探测器单元内部形成漏斗形状的电荷收集电场，有效地提高了电子轰击光电探测器的收集效率，从而可以减小电荷收集端的面积，进而降低节点电容，提高电荷转换增益和信号处理带宽能力；并能在探测器单元的边缘处形成一个电子势垒，阻止二次电子扩散到邻近的探测器单元，消除因电子扩散造成的信号串扰；能够用于电子轰击型微光成像，可获得高电荷收集效率、高转换增益、高带宽和低串扰的优良性能。

1.一种具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元，其特征在于：包括入射区和设置在入射区上的电荷收集区，所述入射区的背面形成电子轰击入射面；所述电荷收集区的正面通过注入形成有中心注入区、第一环形注入区和第二环形注入区，所述第一环形注入区设置在第二环形注入区的内部，且所述第一环形注入区的外沿与第二环形注入区的内沿相接，所述中心注入区设置在第一环形注入区的内部，且所述中心注入区和第一环形注入区之间形成有环形的隔离区；所述入射区连接有第一电极，所述中心注入区连接有第二电极，所述第二环形注入区连接有第三电极，所述第一环形注入区连接有第四电极。

2.如权利要求1所述的具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元，其特征在于：所述入射区和第二环形注入区均为p+区，所述电荷收集区为n-区，所述中心注入区为n+区，所述第一环形注入区为p区。

3.如权利要求2所述的具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元，其特征在于：所述第二电极的电势高于第四电极的电势，所述第四电极的电势高于第一电极的电势，所述第一电极的电势高于第三电极的电势，从而使电荷收集区中除了中心注入区下方的p-i-n结区域之外的区域形成完全耗尽区，并使中心注入区下方的p-i-n结区域未完全耗尽，形成漏斗状的非完全耗尽区。

4.如权利要求3所述的具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元，其特征在于：所述第四电极位于第一环形注入区上远离第二环形注入区的一端，从而使第四电极与第三电极、第二环形注入区和第一环形注入区形成一个缓变的电阻分压结构。

5.如权利要求1所述的具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元，其特征在于：所述第二环形注入区的内沿的形状和尺寸与第一环形注入区的外沿的形状和尺寸均相同，从而使第二环形注入区和第一环形注入区连接为一个整体；或

6.如权利要求1所述的具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元，其特征在于：所述中心注入区呈圆形，所述第一环形注入区和隔离区均为圆环状；或

7.如权利要求1所述的具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元，其特征在于：所述第二环形注入区的深度大于中心注入区的深度和第一环形注入区的深度。

8.如权利要求1～7任一项所述的具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元，其特征在于：所述入射区为通过衬底形成，所述电荷收集区为通过外延层形成。

9.如权利要求1～7任一项所述的具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元，其特征在于：所述电荷收集区为通过单晶衬底减薄后形成，所述入射区为在单晶衬底的背面通过注入形成。

10.一种具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器阵列，其特征在于：包括按照二维阵列形式排布的多个探测单元，所述探测单元采用如权利要求1～9任一项所述的具有电荷收集功能的电子轰击光电探测器单元。