[發明專利]X射線平板探測器及其制造方法

有效

• 申請號: 201210050414.6
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN103296035A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 殷華湘;王玉光;董立軍;陳大鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本發明涉及半導體器件及其制造方法，更具體地，涉及X射線平板探測器及其制造方法。

背景技術

X射線是一種波長約為10-0.01納米之間的超短電磁波，對應的頻率在3×10¹⁶Hz到3×10¹⁹Hz之間，波粒二相性對應的能量在120eV至120keV之間。X射線是中性高能光子流，對所輻射的物體具有超強的穿透作用以及熒光、加熱、感光、電離等作用。X射線穿過物體后，因物體吸收和散射而使其強度或者相位變化，其信號變化內容與物體的材料、結構、厚度、缺陷等特性有關，因此可以通過信號檢測應用于非接觸式的物體內部形貌成像、成分分析中，在醫療影像檢測、工業生產安全檢測、天文探測、高能粒子檢測、環境安全探測等多個領域中得到廣泛應用。

在過去的一個世紀里，X射線成像技術經歷了膠片一增感屏成像技術、影像增強器成像技術、計算機X射線成像技術(CR)、平板探測器成像(FPD)和計算機層析掃描技術(CT)的歷史。相比傳統的模擬膠片成像技術，數字化的X射線平板探測器(FPD：Flat?Panel?Detector)具有實時成像、清晰度高、后端處理方便等的特點：圖像動態范圍高；量子檢測效率高，超過50％；存貯文件介質為數字文件，可方便后端處理，提高信噪比及圖像質量，并進行存儲、修改、檢索與傳遞等。目前數字化的X射線平板探測器中對X射線信號的探測主要是半導體探測器，它通過檢測X射線與物體材料內層電子作用產生的光電效應來實現。

數字化的X射線平板探測器分為三種類型：電荷耦合器件(CCD)探測器11、間接轉換式TFT平板探測器12以及直接轉換式TFT平板探測器13，如圖1所示。

電荷耦合器件(CCD)探測器11包括用于接收X射線并產生熒光的閃爍體100、用于檢測熒光的CCD傳感器或102，以及位于閃爍體100和CCD傳感器102之間用于縮小圖像尺寸的透鏡101。閃爍體100可以由摻鉈碘化銫(CsI:Tl)、摻鋱硫氧化釓(Gd₂S₂O:Tb)、碲化鎘(CdTe)、高純硅等組成，入射X射線與閃爍體100交互反應發生光電作用產生強度不同的熒光。如果不需要縮小圖像尺寸，透鏡101可以由光導替代，以實現閃爍體100和CCD傳感器102之間的光耦合。CCD傳感器或102可以由CMOS成像傳感器(CMOS?Imager?Sensor，CIS)替代。電荷耦合器件(CCD)探測器11的缺點是光學耦合系統會降低到所產生的光子數，從而增加系統的噪聲并降低影像質量，同時產生幾何失真和，同時不能應用于大面積的探測器中，成本昂貴。

間接轉換式TFT平板探測器12包括用于接收X射線并產生熒光的閃爍體100、用于檢測熒光的光電二極管103、以及用于訪問特定的光電二極管103的薄膜晶體管(TFT)104。閃爍體100的組成材料及作用如上文所述。光電二極管103可以是非晶硅光電二極管或其他薄膜材料的光電二極管。TFT?104可以形成在大面積平板絕緣襯底(玻璃、塑料、氧化硅片、石英、絕緣層覆蓋鋼片等)，通常是M×N的重復陣列。間接轉換式TFT平板探測器12的每個像素擁有各自的TFT?104，作為開關晶體管，每個TFT?104與對應的光電二極管103相連。由此，可以對單個像素進行獨立控制，實現像素讀出與處理，有效地提高圖像質量與讀出速度。間接轉換式TFT平板探測器12的優點是大面積均勻、低成本。

直接轉換式TFT平板探測器13包括用于將X射線直接轉換成電荷信息的光電轉換層105、以及用于訪問特定的像素單元的薄膜晶體管(TFT)106。光電轉換層105可以由非晶硒(a-Se)、碘化汞(HgI₂)、鎘鋅碲(CZT)、碘化鉛(PbI₂)、氧化鉛(PbO)、溴化碲(TlBr)、高純硅、高純鍺等組成。該光電轉換層105的一個電極與TFT?106的一個電極相連，實現對探測信號的直接探測與控制。直接轉換式TFT平板探測器13的每個像素擁有各自的TFT?106，作為開關晶體管。直接轉換式TFT平板探測器13的優點是提高了圖像質量、空間分辨率，并且降低了噪聲。