[發明專利]具有直接轉換的半導體層的射線轉換器及其制造方法

有效

• 申請號: 201110134901.6
• 申請日: 2011-05-23
• 公開（公告）號: CN102254983A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 克里斯琴.施羅特
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H01L31/115
• 分類號: H01L31/115;H01L31/18;G01T1/24
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 謝強

技術領域

本發明涉及一種具有直接轉換的半導體層的射線轉換器。此外，本發明還涉及一種用于制造這種射線轉換器的方法。

背景技術

具有直接轉換的半導體層的射線轉換器使得能夠對通過檢測面進入半導體層的單個量子吸收事件進行計數的和/或能量選擇的采集。在此，射線量子，例如伽馬射線量子或X射線量子，在半導體層中被吸收并轉換為自由的載流子。這些被釋放的載流子在通過施加在反電極和像素化的讀取電極之間的電壓而產生的電場中被加速。通過與此相關的在半導體層中的載流子傳輸在讀取電極上感應出電流，該電流由讀取電路(Ausleseelektronik)量取并作為電信號采集。

通過與制造半導體層的半導體材料的部分為多級的交互作用過程來實現將射線量子轉換為自由的載流子。作為半導體材料采用具有高原子序數的材料，以便在可實現的材料層厚下達到對射線量子的近乎完全的吸收。除了高吸收能力，該材料還必須具備高載流子運動性，以保證能夠將載流子完全轉換為電信號。具有這樣特性的半導體材料例如基于CdTe、CdZnTe、CdZnTeSe、CdMnTeSe或GaAs化合物。

由這樣的材料制成的半導體層傳統上是作為立體晶體來培養并在相應的處理和施加電極之后通過焊接過程與讀取電路(如ASIC)電連接。

由于制造過程在晶格中產生的例如空位或格間原子形式的缺陷位置(Defektstellen)而使量化的和能量選擇的采集受到限制。這些缺陷位置是造成極化效應的原因，該極化效應導致載流子壽命移動性乘積(μτ乘積)降低并因此導致在半導體材料中載流子的壽命降低的同時平均停留時間上升。由此降低了釋放的載流子的分離效率。尤其是存在著這樣的風險：信號被在時間上先后密集入射的量子覆蓋，使得不能唯一地分離事件。但釋放出的載流子還能與現有的、相反帶電的缺陷位置完全重新組合，從而使這些載流子在轉換為電信號的過程中完全丟失。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于，提出一種能夠更好地實現對吸收事件進行計數的和/或能量選擇的采集的、具有直接轉換的半導體層的射線轉換器。此外，要提出一種用于制造這種射線轉換器的方法。

上述技術問題是通過一種按照本發明的具有直接轉換的半導體層的射線轉換器，以及通過一種按照本發明的用于制造這種射線轉換器的方法來解決的。

由半導體材料來培育用在射線轉換器中的單晶由于在此能實現的很小的生長率而在實踐中帶來很大的缺點。用于將射線量子直接轉換為電信號的半導體層具有多晶的結構，其中晶粒的界面由于制造的原因而為隨機分布地取向的，沒有優選的方向。

作為晶粒，在材料科學中被稱為微晶。在此，晶粒是實際的晶體形狀不能或僅能部分地再現的晶體。它們產生于晶體在熔化狀態下變硬之時，在熔化狀態下它們的自由生長被周圍的晶體所妨礙。在此，界面表示從一個晶粒到下一個晶粒的過渡。在界面上通過打開的或不規則的晶體結構形成作為釋放的載流子的再組合的中心的、正載荷和負載荷的缺陷位置。因此，通過這樣的界面的載流子傳輸具有極大降低的載流子壽命移動性乘積并因此而與半導體層的高度極化相關聯。

吸收事件可以通過半導體層中釋放的載流子的傳輸來證明。通過載流子傳輸可以在讀取電極上感應出電流，該電流由讀取電路量取并作為電信號來采集。通過由于載流子壽命移動性乘積的減小而造成的載流子的可達范圍的降低，還同時限制了半導體層的最大可能厚度，利用該厚度還可以對影響進行這樣的證明。另一方面，根據所使用的半導體材料的原子序數，為完全吸收入射的射線量子需要特定的層厚。這在1mm至2mm層厚的范圍內。目前這兩個針對層厚的選擇對抗的優化措施限制了在人類醫學領域中直接轉換的射線檢測器的應用，因為在這樣的應用中會出現非常高的流速。

從該認知出發，為改進對吸收事件的計數的和/或能量選擇的采集，提出了一種射線檢測器，其中使得在釋放的載流子通過半導體層傳輸的方向上穿過盡可能少的晶粒界面。按照本發明的射線轉換器包括相應的直接轉換的半導體層，其中，該半導體層具有晶粒，這些晶粒的界面至少在主要部分上平行于在該半導體層中釋放的電子的通過電場強制的漂移方向延伸。