[發明專利]基于氧化鉛的光敏設備及其制造方法

有效

• 申請號: 200680004364.0
• 申請日: 2006-01-26
• 公開（公告）號: CN101116189A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發明（設計）人: M·西蒙;D·U·韋徹特;C·菲爾德曼
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: H01L31/115
• 分類號: H01L31/115;H01L31/032;C01G21/06;H01L31/09
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 李靜嵐;劉紅

技術領域

本發明涉及一種用于制造光響應設備的方法。本發明還涉及一種具有光敏層的光響應設備，該光敏層完全由四方晶系的氧化鉛組成。

背景技術

光響應設備，特別是x射線檢測器，是在數字射線照相術日益變得重要的醫學放射學的關鍵部件。數字射線照相術呈現出提高圖像質量的潛力，并同時在醫學圖像管理、計算機輔助診斷和遠程放射學(teleradiology)中提供機會。圖像質量關鍵取決于患者所透射的x射線束的精確和準確檢測，因此其取決于x射線檢測器的性能。X射線檢測器的關鍵參數是空間分辨率、響應的均勻性、對比靈敏度、動態范圍、采集速度和幀速率。

在醫學應用領域中，平板狀動態x射線檢測器(flat?dynamic?x-ray?detector)(FDXD)起到重要的作用。幾個商業上可提供x射線設備的制造商將平板檢測器用于醫療診斷。目前，同時存在平板檢測器的兩種不同的技術。一種類型的檢測器依靠所謂的x射線的間接轉換，即將所吸收的x射線量子轉換成可見光，隨后轉換成電信號，這對于所捕獲的圖像的數字處理是必要的。另一種類型的檢測器依靠x射線的直接轉換，即將x射線量子直接轉換成電信號。一般來說，與間接轉換檢測器相比，直接轉換檢測器提供更高的空間分辨率和更高的信噪比。

平板狀直接轉換檢測器包括具有大的帶隙的半導體材料的吸收層。在該吸收層中，將所吸收的x射線量子轉換成電荷。通常，吸收或轉換層由硒、碘化鉛、碘化汞、氧化鉛、碲化鎘、碲鋅鎘制成。一般來說，轉換層直接沉積在薄膜電子電路的矩陣上。下面關于現有技術和本發明的描述都集中于將氧化鉛(PbO)作為轉換層的使用。

在如上面列出的直接轉換材料中，如果電荷載流子即空穴或電子在轉換層的靜電場中移動，那么生成電信號。但是，轉換層包含能夠捕獲自由電荷載流子的電子缺陷，如結晶缺陷、雜質等。所捕獲的電荷載流子也稱為“定域的(localised)”電荷載流子。對于檢測器的電輸出信號的生成來說，定域的電荷載流子是損失掉了。但是定域的電荷載流子可以再次變為可移動的，即它們變為“移位的(delocalised)”。移位的電荷載流子再對檢測器的輸出電信號作出貢獻。該過程的原理與用于電子(負電荷載流子)和空穴(正電荷載流子)的原理相同。在熱力學平衡中，變為定域的和移位的電荷載流子的平均數量是相等的。由于定域化和移位化過程分別需要一些時間，因此很明顯，電荷載流子的定域化和移位化對于x射線檢測器的動態響應時間有影響。

特別是在檢測器相對于被成像物體移動的x射線應用中，響應時間對于在不同物理性質的區域之間的過渡的分辨率是很關鍵的，所述不同物理性質的區域例如患者的軟組織和骨頭。該過渡在圖像中作為從暗到亮的對比是可見的，圖像的清晰度取決于x射線檢測器的響應時間。這種應用的例子是體積成像和流過血管的造影劑的檢測。

在實踐中，響應時間長必然伴有動態假象(artefact)，其例如出現在包括直接轉換材料的檢測器中。已經觀察到在x射線輻照終止之后的干擾的剩余信號以及在輻照開始時的延遲信號上升。動態假象作為在圖像之后的干擾是可見的，特別是在如體積成像的具有高重復率的動態成像過程中或熒光透視法應用中。動態假象也出現在對移動物體(例如跳動的心臟)的成像中；患者的呼吸運動同樣也能夠導致動態假象。

所提到的動態假象的形成原因常常是轉換層中用電荷載流子相對較慢地填充和排空電子缺陷。

電活性缺陷可能由電子性質在轉換層的生長方向上的不連續性而引起。特別是半導體材料氧化鉛(PbO)存在兩種不同的結晶相中，即四方晶系的PbO(紅鉛粉)和斜方晶系的PbO(鉛黃)。在根據常規方法的氧化鉛層的制造中，首先總是使黃色的斜方晶系的氧化鉛的籽晶層在襯底表面上生長。在籽晶層生長了幾μm厚度之后，氧化鉛繼續生長為紅色的四方晶系的氧化鉛。由于黃色的斜方晶系的PbO具有2.7eV的帶隙，紅色的四方晶系的PbO具有1.9eV的帶隙，因此在PbO的兩種不同結晶相之間的界面處存在不連續性。帶隙不連續性是完整的層的電子結構的顯著干擾，并代表能夠使自由電荷載流子定域的電子缺陷。如上面所述，定域的電荷載流子能夠隨一定時間的延遲而再次變為移位的，并且必然在圖像之后伴有干擾。