一种X射线探测器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种X射线探测器及其制造方法，所述X射线探测器包括基片、制备于基片之上的底电极、覆盖在底电极和基片之上的绝缘层、设置于绝缘层之上的宽带隙半导体薄膜有源层和形成于宽带隙半导体薄膜有源层上或者形成于所述绝缘层与所述宽带隙半导体薄膜有源层之间的收集电极，收集电极具体包括分立设置的第一电极和第二电极；X射线探测器工作时，在第一电极和第二电极上施加工作电压，宽带隙半导体薄膜有源层根据来自辐射源的X射线辐射能产生光生载流子；关闭辐射源后对底电极施加脉冲偏压，通过绝缘层耗尽光生载流子，以控制X射线探测器在辐照后的恢复时间。

A X-ray Detector and Its Manufacturing Method

The invention discloses an X-ray detector and a manufacturing method thereof. The X-ray detector comprises a substrate, a bottom electrode prepared on the substrate, an insulating layer covering the bottom electrode and the substrate, a broadband gap semiconductor film active layer arranged on the insulating layer, a broadband gap semiconductor film active layer formed on the broadband gap semiconductor film active layer, or a broadband gap semiconductor film active layer formed on the insulating layer and the broadband gap semiconductor. The collector electrodes between the active layers of thin films include the first and second electrodes separately arranged; the working voltage is applied on the first and second electrodes when the X-ray detector works, and the broad-band gap semiconductor thin film active layer generates photogenerated carriers according to the X-ray radiation from the radiation source; after closing the radiation source, the pulse bias is applied to the bottom electrodes, and through the isolation. The edge layer depletes the photogenerated carriers to control the recovery time of X-ray detectors after irradiation.

【技术实现步骤摘要】
一种X射线探测器及其制造方法
本专利技术涉及X射线探测
，尤其涉及一种X射线探测器及其制造方法。
技术介绍
X射线探测技术在医学、工业、安检、核安全、空间通信等方面有着广泛而重要的应用。常用的X射线探测器主要包括直接转换型(DirectDR)和间接转换型(IndirectDR)两类。其中，直接转换型X射线探测器多是利用含重原子序数半导体材料如CdZnTe、PbI2、非晶Se等吸收入射X射线能量，激发电子-空穴对获得光电流，从而获得与X射线相关的信号。然而目前直接转换型X射线探测器的半导体材料带隙较窄，在工作温区、信噪比、耐辐照强度等方面面临挑战。宽带隙半导体材料因具有较宽的带隙、较低的噪声电流、较强的耐辐照特性，近年来逐渐受到辐照探测领域的广泛关注，已有文献报道使用金刚石(J.Appl.Phys.87(2000)3360)、GaN(J.Appl.Phys.105(2009)114512)、β相单晶氧化镓(Appl.Phys.Lett.112(2018)103502)、非晶氧化镓(ACSPhotonics6(2019)351)等材料制作X射线探测器。然而这些材料中因为存在有大量的深能级缺陷，辐照后电流需要很长时间(几十秒以上)才能恢复至初始状态，极大地影响探测器成像阵列的扫描速度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种X射线探测器及其制造方法。有鉴于此，在第一方面，本专利技术实施例提供了一种X射线探测器，包括：基片；底电极，制备于所述基片之上；绝缘层，覆盖在所述底电极和所述基片之上；宽带隙半导体薄膜有源层，设置于所述绝缘层之上；收集电极，包括形成于所述宽带隙半导体薄膜有源层上或者形成于所述绝缘层与所述宽带隙半导体薄膜有源层之间，且分立设置的第一电极和第二电极；所述X射线探测器工作时，在所述第一电极和第二电极上施加工作电压，所述宽带隙半导体薄膜有源层根据来自辐射源的X射线辐射能产生光生载流子；关闭辐射源后对所述底电极施加脉冲偏压，通过所述绝缘层耗尽所述光生载流子，以控制所述X射线探测器在辐照后的恢复时间。优选的，所述基片为刚性基片、柔性有机基片和柔性有机薄膜中的一种；其中，所述刚性基片包括：Si、蓝宝石、石英玻璃中的任一种；所述柔性有机基片包括：聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯或有机玻璃中的任一种；所述柔性有机薄膜包括：聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜或有机玻璃薄膜中的任一种。优选的，所述基片的厚度为0.01～1毫米。优选的，所述底电极和所述收集电极的电极材料分别包括：氧化铟锡ITO、Ti/Au、Al、镓锌氧、铝锌氧、氟锡氧、Cr、碳纳米管、石墨烯、银、导电银胶、纳米银透明导电薄膜、铜或钼中的一种或多种。进一步优选的，所述电极材料的厚度为0.02～0.3微米。优选的，所述绝缘层的材料为氧化铝、氧化硅、氮化硅或氧化铪中的一种或多种。优选的，所述绝缘层的厚度为0.02～0.3微米。优选的，所述宽带隙半导体薄膜有源层为Ga2O3、ZnO、In-Ga-Zn-O、GaN以及金刚石等中的一种。优选的，所述宽带隙半导体薄膜有源层厚度为0.02～5微米。第二方面，本专利技术实施例提供了一种X射线探测器的制造方法，包括：在基片上制备底电极；制备覆盖所述底电极和所述基片的绝缘层；在所述绝缘层上制备宽带隙半导体薄膜有源层；以及在所述宽带隙半导体薄膜有源层上制备收集电极；或者在基片上制备底电极；制备覆盖所述底电极和所述基片的绝缘层；在所述绝缘层上制备收集电极；以及在带有收集电极的绝缘层上制备宽带隙半导体薄膜有源层。本专利技术提供的X射线探测器，在探测时通过宽带隙半导体薄膜有源层中的深能级缺陷捕获光生载流子，阻碍光生载流子的复合，实现高增益高信噪比的X射线探测；在探测结束后通过对所述底电极施加脉冲偏压，使得通过绝缘层能够快速耗尽载流子或中和缺陷，实现X射线探测器在辐照后的快速恢复。附图说明下面通过附图和实施例，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。图1为本专利技术实施例提供的X射线探测器在光学显微镜下的结构图；图2为本专利技术实施例提供的X射线探测器的一种纵向结构示意图图3为本专利技术实施例提供的X射线探测器的另一种纵向结构示意图图4为本专利技术实施例提供的一种X射线探测器的制备方法流程图；图5为本专利技术实施例提供的另一种X射线探测器的制备方法流程图；图6为本专利技术实施例提供的X射线探测器在管电压为40kV、管电流为200mA的X射线照射下的响应性能图；图7为本专利技术对比例中无底电极的X射线探测器在管电压为40kV、管电流为200mA的X射线照射下的响应性能图。具体实施方式本专利技术实施例提供了一种X射线探测器，如图1和图2所示。其中，图1为X射线探测器在光学显微镜下的结构图；本实施例所举图1为一种可实现的具体结构，并不限定本专利技术提出的X射线探测器只能是这一种结构，需要明确的，该结构由微电子工艺制程产生，底电极12、绝缘层13、宽带隙半导体薄膜有源层14和收集电极151、152的具体形状及位置结构关系可以根据版图设计确定，但只要其设计思想与本专利技术一致，应都属本专利技术保护范围内。图2为X射线探测器纵向结构示意图，仅用于说明基片11、底电极12、绝缘层13、宽带隙半导体薄膜有源层14和收集电极151、152在纵向方向上的位置示意，与其在横向结构上的实际位置关系无关。如图1、图2所示，本专利技术的X射线探测器包括基片11、制备于基片11之上的底电极12、覆盖在底电极12和基片11之上的绝缘层13、设置于绝缘层13之上的宽带隙半导体薄膜有源层14和形成于宽带隙半导体薄膜有源层14上的收集电极，收集电极具体包括分立设置的第一电极151和第二电极152。基片11可以具体为刚性基片、柔性有机基片和柔性有机薄膜中的一种。基片11的厚度优选为0.01～1毫米。刚性基片可以包括Si、蓝宝石、石英玻璃等；柔性有机基片可以包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)或有机玻璃等；柔性有机薄膜也可称为柔性衬底材料，如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜、聚酰亚胺薄膜(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、有机玻璃薄膜等。特别地，商业化的SiOx/Si衬底可直接作为含有基片/底电极/绝缘层的结构使用。绝缘层13的材料为氧化铝、氧化硅、氮化硅或HfO2、ZrO2、Ta2O5等其它高介电常数绝缘化合物中的一种或多种。形成绝缘层13的方式包括磁控溅射、化学气相沉积、电子束蒸积、脉冲激光沉积、原子层沉积等真空沉积方式以及旋涂、印刷、喷涂等常压沉积方式。宽带隙半导体薄膜有源层14为在入射X射线辐射的激发下存在光响应的宽带隙半导体薄膜有源层。宽带隙氧化物薄膜有源层14具体采用Ga2O3、GaN、ZnO、金刚石等宽带隙半导体材料以及In-Ga-Zn-O、MgZnO、CaZnO等三元、四元及多元固溶体宽带隙材料。形成宽带隙半导体薄膜材料的方式包括磁控溅射、分子束外延、化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种X射线探测器，其特征在于，所述X射线探测包括：基片；底电极，制备于所述基片之上；绝缘层，覆盖在所述底电极和所述基片之上；宽带隙半导体薄膜有源层，设置于所述绝缘层之上；收集电极，包括形成于所述宽带隙半导体薄膜有源层上或者形成于所述绝缘层与所述宽带隙半导体薄膜有源层之间，且分立设置的第一电极和第二电极；所述X射线探测器工作时，在所述第一电极和第二电极上施加工作电压，所述宽带隙半导体薄膜有源层根据来自辐射源的X射线辐射能产生光生载流子；关闭辐射源后对所述底电极施加脉冲偏压，通过所述绝缘层耗尽所述光生载流子，以控制所述X射线探测器在辐照后的恢复时间。

【技术特征摘要】
1.一种X射线探测器，其特征在于，所述X射线探测包括：基片；底电极，制备于所述基片之上；绝缘层，覆盖在所述底电极和所述基片之上；宽带隙半导体薄膜有源层，设置于所述绝缘层之上；收集电极，包括形成于所述宽带隙半导体薄膜有源层上或者形成于所述绝缘层与所述宽带隙半导体薄膜有源层之间，且分立设置的第一电极和第二电极；所述X射线探测器工作时，在所述第一电极和第二电极上施加工作电压，所述宽带隙半导体薄膜有源层根据来自辐射源的X射线辐射能产生光生载流子；关闭辐射源后对所述底电极施加脉冲偏压，通过所述绝缘层耗尽所述光生载流子，以控制所述X射线探测器在辐照后的恢复时间。2.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于，所述基片为刚性基片、柔性有机基片和柔性有机薄膜中的一种；其中，所述刚性基片包括：Si、蓝宝石、石英玻璃中的任一种；所述柔性有机基片包括：聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯或有机玻璃中的任一种；所述柔性有机薄膜包括：聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜或有机玻璃薄膜中的任一种。3.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于，所述基片的厚度为0.01～1毫米。4.根据权利要求1所述的X射线...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁会力，韩祖银，梅增霞，杜小龙，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11