光子计数半导体探测器制造技术

一种辐射探测器(10)，包括：半导体元件(1)，其用于生成正空穴和电子；阴极(2)，其被形成在所述半导体元件(1)的第一表面上；以及，多个分段式阳极(3)，其被形成在所述半导体元件(1)的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对。此外，多个分段式转向电极(5a)被定位为毗邻所述多个分段式阳极(3)。此外，多个掺杂原子被定位在所述多个分段式阳极(3)的至少部分之上，以降低所述多个分段式阳极(3)与所述多个分段式转向电极(5a)之间的电压差。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光子计数半导体探测器
本申请总体上涉及X射线光子计数探测器。尽管与针对计算机断层摄影(CT)的特殊应用一起描述本申请，但是本申请也涉及可期望对探测到的具有不同能量的光子进行能量解析的其他应用。
技术介绍
计算机断层摄影(CT)系统包括辐射源，所述辐射源发射穿过检查区域的多能量电离光子。这样的系统还包括辐射敏感探测器，所述辐射敏感探测器被定位在检查区域的对侧与辐射源相对，所述辐射敏感探测器探测穿过检查区域的光子。探测器产生针对每个探测到的光子的电信号，例如电流或电压。探测器还包括用于基于电信号对探测到的光子进行能量解析的电子器件。直接转换光子计数探测器包括在两个电极之间的半导体材料的块，高电压被施加到所述半导体材料的块。入射光子创建许多电子/空穴对。电荷在电场中被分离，即，电子朝向(最终分段式)阳极漂移，并且空穴朝向(最终分段式)阴极漂移。例如，探测器能够对X射线光子、伽马射线光子或光学光子敏感。例如，探测器能够包括专门用于X射线光子计数的CdTe或CZT。例如，光子能够通过阴极入射，并且电子能够被分段式(即，像素化的)阳极收集。一般而言，电荷的数量正比于原始光子能量。除纯粹探测吸收的光子之外，可能测量全部收集的电荷，以确定原始光子能量。在电荷的漂移期间，由于电容性耦合，电流被感应到任意电极中。穿过直接转换器由具有电荷q的电荷载体和轨迹在像素j中生成的电流脉冲Ij(t)解析性地由以下公式计算：其中，表示第j个电极(或像素)在电荷位置处的权重势(也被称为权重场)的梯度，并且表示电荷的速度向量。简单地说，电极感应到的电流越大，对应的电极的权重势梯度越大，并且电荷移动越快。为了实现快速计数性能，需要生成尽可能短的脉冲。通常，其目标是降低信号生成电极的尺寸，这是因为较小的尺寸能够实现对电极周围的权重势的约束，即，权重势梯度被局部地增强。在实践中，选择矩形或六边形像素阵列，其中，由于已知小像素效应的效应，每个像素生成尖锐脉冲。因此，就在漂移电荷进入像素电极之前感应到脉冲的主要部分，相比于连续层电极，所述像素电极引起严重的尖锐脉冲。然而，在不接受已知为电荷共享的重大退化效应的情况下，不能够降低像素周期，因为随着像素尺寸减小，电荷云被近邻像素部分收集的可能性增加，因此在像素中的每个中生成计数。在将脉冲用于光子能量测量的情况下，出现仅电荷的部分被每个像素收集，使得丢失原始能量信息。在转向电极的概念的情况下，进一步使像素尖锐化是可能的。在这一概念中，保持像素间距，但是进一步降低了收集像素电极的尺寸，使得提供甚至更好的约束的权重势。由所谓的转向电极围绕集电极，所述转向电极尽可能好地填充收集像素电极之间的间隙。为了避免电荷由转向电极收集，所述转向电极一般设置在与电荷相同极性的电势上。为了达到适当的势差，在半导体之内的电场被弯曲，使得电荷实质上被引导朝向集电极。能够通过使用不仅一个而是若干交错排列的转向电极改善该概念。本申请的各个方面解决了上述问题和其他问题。
技术实现思路
根据一个方面，一种装置，包括：集电极对，所述集电极对彼此相对；半导体，其被放置在所述集电极对之间；以及，转向电极，其被定位为毗邻所述集电极对中的一个。此外，空间调制的掺杂形态定位在所述转向电极的至少部分之上，并且在所述半导体之内。在另一方面中，一种辐射探测器，包括：半导体元件，其用于生成空穴和电子；阴极，其被形成在所述半导体元件的第一表面上；以及，多个分段式阳极，其被形成在所述半导体元件的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对。所述辐射探测器还包括：至少一个转向电极，所述至少一个转向电极被定位为毗邻所述多个阳极；以及，多个掺杂原子，其被创建在所述至少一个转向电极的至少部分之上并且在所述半导体元件之内。在另一方面中，一种方法，包括：提供彼此相对的集电极对；将半导体放置在所述集电极对之间；将转向电极定位为毗邻所述集电极对中的一个；并且在所述转向电极的至少部分之上直接产生隔离区域，使得空间调制的掺杂形态包括多个掺杂原子，所述多个掺杂原子定位在所述隔离区域之上并且在所述半导体之内。对本领域的普通技术人员而言，在阅读并理解了以下具体实施方式之后，本专利技术的其他方面将是显而易见的。附图说明本专利技术可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，而不应被解释为对本专利技术的约束。图1图示了装备有转向电极的半导体探测器的范例。图2图示了图1的半导体探测器的描绘阴极表面的侧视图的范例。图3图示了转向电极的范例，所述转向电极通过绝缘层与半导体晶体分开，并且具有之上的空间掺杂区域。图4图示了转向电极的范例，所述转向电极通过绝缘层与半导体晶体分开，并且具有之上的空间掺杂区域，偏置电压被施加在阴极和阳极之间。图5图示了用于在光子计数半导体设备中的电荷云引导的流程图。具体实施方式在转向电极的本概念中，需要在集电极与转向电极之间施加电压，所述电压引起由转向电极和/或由集电极注入的补偿电流。此外，两个不同电压需要被施加到彼此接近的电极这一事实增加了技术复杂性，例如，在将电极彼此电隔离方面，以及在结合基底上提供相对高的电压(例如，50-200V)方面。通过使用在探测器晶体之内的空间调制的掺杂形态，避免了向转向电极供应相对高的电压。掺杂实质上被定位在转向电极的表面之上，所述转向电极被置于与收集阳极相同或相似的电势上。在室温处，掺杂原子取决于其类型释放空穴或者释放电子，使得离子仍然固定在晶体结构之内。如果存在外部电场，则所释放的电子被移除并且被外部电极收集，使得剩下的离子创建背景电荷，所述背景电荷修改电场。选择电离的掺杂原子的位置和类型，使得得到的电场以等同于转向电极被置于相对高的电压上的情况的方式被修改。转向电极的几何结构被图示在图1和图2中。在图1中，探测器实质上包括半导电材料1的切片。半导体晶体1是高电阻率高阻抗半导体材料板或晶片。优选地，半导体晶体1包括高电阻率CdZnTe板，CdZnTe能够在室温下操作并且能够被制造为探测器。备选地，半导体晶体1可以由CdTe、HgI2、PbI或具有高电阻率并且能够被制造为探测器的其他半导体材料形成。当然，本领域的技术人员将认识到，实际上在本专利技术中可以使用任何半导体材料。在当前情况下，选择具有在“顶部”表面(光子通过其入射)上的阴极2的几何结构作为范例。对侧表面被通过约束的权重势4表征的收集阳极像素3进行分段，所述收集阳极像素通常由至少一个转向电极5a围绕。如在图2中指示的，收集阳极像素3通常是圆形，与具有转向电极5a(示出在图3和图4中)的区5相比其通常具有小的区。使用各种技术，转向电极5a可以被形成在半导体晶体1上或中。优选地，电极是通常用于CdZnTe探测器制造中被电化学地沉积在半导体晶体1的表面上的金膜。备选地，其他导电材料(包括铂、铑以及其他金属)能够被电化学地沉积在晶体表面上，以形成电极。本领域的技术人员将认识到，其他导体可以用于电极。作为对电化学沉积的备选，电极材料可以经由蒸发、溅射或表面合金化被沉积在晶体上。电极也可以通过其他技术形成，诸如导电材料的离子束沉积和化学气相沉积。电极可以被形成在各种构造中，包括台面、沟槽以及埋入构造。在普通转向电极探测器中，相较于通常是接地7的阳极像素3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置(10)，包括：集电极对(2、3)，所述集电极对彼此相对；半导体(1)，其被放置在所述集电极对之间；转向电极(5a)，其被定位为毗邻所述集电极对中的一个；以及空间调制的掺杂形态，其被定位于所述转向电极(5a)的至少部分之上，并且在所述半导体(1)之内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.23 US 61/692,4171.一种探测装置(10)，包括：集电极对(2、3)，所述集电极对彼此相对；半导体(1)，其被放置在所述集电极对之间；转向电极(5a)，其被定位为毗邻所述集电极对中的一个；以及所述半导体的掺杂区域，其具有空间调制的掺杂分布，并且被定位于所述转向电极(5a)的至少部分之上并且在所述半导体(1)之内。2.根据权利要求1所述的探测装置，其中，所述集电极对的第一集电极是阴极(2)，并且所述集电极对的第二集电极是阳极(3)。3.根据权利要求2所述的探测装置，其中，所述转向电极(5a)是被定位为毗邻所述第二集电极的多个电极(5)。4.根据权利要求1-3中的一项所述的探测装置，其中，所述掺杂分布包括至少一种掺杂材料的多个掺杂原子。5.根据权利要求4所述的探测装置，其中，所述多个掺杂原子经由扫描离子束而被植入；其中，所述多个掺杂原子经由通过预先被附着于所述半导体而使得仅转向电极区被覆盖的掩膜的蒸发而生成；或者其中，所述多个掺杂原子经由以下方式被植入：蒸发到预先被附着于所述半导体而使得仅转向电极区被覆盖的掩膜上，并且之后继而加热所述半导体以允许所述多个掺杂原子的局部深入扩散。6.根据权利要求2-3中的一项所述的探测装置，其中，所述空间调制的掺杂分布允许降低被施加在所述第二集电极与所述转向电极之间的电压差，所述第二集电极与所述转向电极被放置为毗邻于彼此。7.根据权利要求2-3中的一项所述的探测装置，其中，向所述第二集电极以及向所述转向电极的外部地施加的电势实质上相同。8.根据权利要求1-3中的一项所述的探测装置，其中，所述空间调制的掺杂分布与所述转向电极(5a)通过电绝缘区域(5b)而被分开。9.一种辐射探测器(10)，包括：半导体元件(1)，其用于生成正空穴和电子；阴极(2)，其被形成在所述半导体元件(1)的第一表面上；多个分段式阳极(3)，其被形成在所述半导体元件(1)的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·J·恩格尔，C·赫尔曼，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL