辐射探测器和制造辐射探测器的方法技术

本发明专利技术涉及一种辐射探测器(10)，包括像素(1)的阵列，其中，每个像素(1)包括用于将入射辐射转换成电信号的半导体材料(4)的转换层，并且其中，每个像素(10)被至少部分填充有阻隔材料的沟槽(3)围绕，所述阻隔材料吸收所述入射辐射生成的光子的至少一部分。本发明专利技术还涉及一种制造这种辐射探测器(10)的方法。

Radiation detector and method of manufacturing radiation detector

【技术实现步骤摘要】
辐射探测器和制造辐射探测器的方法本申请是2009年06月09日提交的申请号为200980122524.5、名称为“辐射探测器和制造辐射探测器的方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种辐射探测器和制造辐射探测器的方法。此外，本专利技术涉及一种X射线探测器和包括此类辐射探测器的成像系统。
技术介绍
具有像素阵列的辐射探测器被应用于例如CT成像系统中，以便在辐射已经离开被扫描对象后提供对探测器上入射辐射的充分精确的测量。与例如将Cd(Zn)Te作为传感器材料相比，用于辐射探测器的易制造的半导体材料，诸如硅，在例如成本方面是有利的。尽管Cd(Zn)Te具有比硅高得多的阻止能力并表现出小得多的导致像素间串扰的康普顿(Compton)散射，但Cd(Zn)Te表现出很强的K荧光(K-fluorescence)，这使能量分辨率下降并且还可能导致像素间串扰。此外，Cd(Zn)Te是一种昂贵的材料，难以大尺寸制造，并且由于其易碎性，表现出层厚度方面的局限性。相反，基于诸如硅的半导体材料的辐射探测器的K-荧光可以忽略。尽管硅对于较高的X射线能量(100keV左右)几乎透明，但对低于35keV的光子能量却吸收良好。然而，对于中等光子能量而言极有可能存在康普顿散射，这会改变光子的方向及其能量，导致相邻以及较远像素之间的空间和频域串扰。同时，与Cd(Zn)Te相反，基于半导体的辐射探测器能够受益于工业中常规使用的成熟和周知的半导体技术。此类基于半导体的辐射探测器的一个主要缺点是像素间串扰的量，这主要是由于康普顿散射，其降低了图像质量。对于任何相关像素尺寸都是这种情况，因为康普顿散射光子在硅内部穿过长达数厘米范围的远距离，因此容易诱发不相邻像素之间的空间串扰。JP59065487公开了一种用于降低由X射线CT单元中辐射探测器上的放射性射线散射导致的相邻辐射探测器之间串扰的辐射探测器。将半导体辐射探测器和信号提取装置固定到金属制成的准直器板上，该金属对放射性射线具有较高的阻止能力。准直器板在衰减相邻辐射探测器间的放射性射线散射效应的同时，充当负电极，其大大降低了由散射的放射性射线导致的相邻辐射探测器之间的串扰。这种辐射探测器的缺点是仅降低了相邻辐射探测器之间的串扰，而未降低每个辐射探测器的像素之间的串扰。此外，它需要复杂的加工工艺，其中，辐射探测器被安装到降低辐射探测器之间串扰的准直器板上。WO2008/004547A1公开了一种光电二极管阵列，其在具有n型半导体层的n型衬底上形成有多个允许被探测的光进入的光探测通道。光电二极管阵列装备有形成于衬底上的n型半导体层上的p型半导体层以及光探测通道之间形成的n型隔离部分。P型半导体层在与衬底的界面处配置pn结，并与光探测通道对应，p型半导体层具有多个放大区域，用于对要探测的光的进入而生成的载流子进行雪崩放大。形成隔离区，使得对应于每个光探测通道形成p型半导体层的每个放大区域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种辐射探测器，其中，不仅降低了不同探测器之间的串扰，而且还降低了每个辐射探测器的不同像素之间的串扰，其制造容易整合到现有制造工艺中。本专利技术由独立权利要求限定。从属权利要求限定了有利的实施例。这一目的是通过在半导体材料中提供沟槽实现的，该沟槽围绕每个像素并至少部分地被阻隔材料填充，阻隔材料吸收由入射辐射生成的光子的至少一部分。于是，围绕每个像素的沟槽具有以下性质：其能够吸收一部分辐射生成的光子，从而降低像素之间入射辐射的串扰散射。通过这种方式，降低了从像素进入相邻像素的辐射串扰的量。此外，可以通过简单的方式将沟槽整合到标准半导体工艺中，用以制造根据本专利技术的辐射探测器。例如，用于制造根据本专利技术的辐射探测器的CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺实现了根据本专利技术的辐射探测器的简单和廉价的制造，其中，通过简单的方式整合了沟槽的制造。有利地，半导体材料包括硅，对于硅而言可利用标准而低成本的制造工艺。根据本专利技术，沟槽中阻隔材料的填充系数在整个探测器上可设计地变化。通过这种方式，实现了沟槽的第一部分具有这样的阻隔材料的填充系数或填充体积，即该填充系数或填充体积不同于沟槽的第二部分的填充系数或填充体积。例如，沟槽的第一部分围绕像素，而沟槽的第二部分围绕子像素或一群子像素。这有利地实现了对用于填充的材料、沟槽的尺寸和填充工艺所得质量之间的优化。在根据本专利技术的辐射探测器的实施例中，每个像素包括子像素的阵列并且每个子像素被沟槽围绕。这进一步降低了辐射探测器中串扰的量。在另一实施例中，一群相邻的子像素被沟槽围绕。这允许优化子像素的有效面积的尺寸并降低串扰，因为沟槽占据一定面积，这减少了像素和子像素的有效面积，但另一方面也降低了串扰。例如，这允许以接受阵列子像素之间的一些空间串扰为代价来提高子像素阵列有效面积的覆盖度。在根据本专利技术的辐射探测器的实施例中，阻隔材料包括在35keV能量以上不表现出K荧光的材料。由此可以使不希望的串扰效应最小化。在根据本专利技术的辐射探测器的实施例中，阻隔材料是具有中等原子序数Z的材料。这实现了入射辐射生成的光子在沟槽中的有效吸收。用于阻隔材料的有利材料是钼、银或钨。在根据本专利技术的辐射探测器的实施例中，沟槽在转换层中的深度处于20μm和600μm之间的范围内。这实现了与光子穿入到半导体材料层中的最大深度对应的沟槽深度，从而使串扰最小化。该目的还通过制造根据本专利技术的辐射探测器的方法实现，其中，在半导体材料衬底中提供沟槽，之后利用隔离层覆盖沟槽的表面。此后，在衬底上制造像素的阵列，从而使每个像素都被沟槽围绕。最后，利用阻隔材料至少部分地填充沟槽，阻隔材料吸收由入射辐射生成的光子的至少一部分。提供沟槽以及至少部分地填充沟槽所需的步骤都是可以整合到标准半导体制造工艺中的工艺步骤，从而实现了根据本专利技术的辐射探测器的廉价而简单的制造。例如，可以通过深度反应离子蚀刻(DRIE)在衬底内产生沟槽，其中，沟槽的形式或几何结构是大体上是垂直的。备选地，可以使用湿法蚀刻技术来在衬底中产生沟槽。可以应用这些不同的蚀刻技术来调节沟槽的形式以实现利用阻隔材料对沟槽的最佳填充。根据本专利技术，至少部分地填充沟槽的步骤包括由配给装置在沟槽内部选择性地设置阻隔材料的步骤。通过这种方式，可以在沟槽中相继地应用阻隔材料。例如，墨喷印刷机在沟槽内部设置阻隔材料。这是在沟槽内部应用阻隔材料的简单方式的范例。此外，这实现了利用不同体积的阻隔材料选择性地设置沟槽的各部分。例如，可以利用与沟槽的第二部分不同的阻隔材料填充体积来填充沟槽的第一部分。作为范例，在根据本专利技术的方法中，可以应用嵌入环氧胶中金属粉末作为阻隔材料。有利地，环氧胶可以同时被用作胶合剂，从而在沟槽顶部安装另一装置，例如抗散射网格。在根据本专利技术的方法的另一实施例中，至少部分地填充沟槽的步骤包括应用掩蔽层的步骤，掩蔽层为沟槽中要至少部分地被填充的那些部分限定开口。这样能够在一个工艺步骤中在整个衬底上的沟槽内应用阻隔材料。该目的还通过包括根据本专利技术的辐射探测器的X射线探测器以及通过包括根据本专利技术的X射线辐射探测器的成像系统，尤其是X射线、CT、PET、SPECT或核成像装置实现。根据本专利技术的辐射探测器可以用于电磁辐射，尤其是X辐射或γ辐射的定量和/或定性探测。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.辐射探测器(10)，包括像素(1)的阵列，其中，每个像素(1)包括用于将入射辐射转换成电信号的半导体材料的转换层(4)，并且其中，每个像素(10)被至少部分地填充有阻隔材料的沟槽(3)围绕，所述阻隔材料吸收由所述入射辐射生成的光子的至少一部分。

【技术特征摘要】
2008.06.16 EP 08158304.91.辐射探测器(10)，包括像素(1)的阵列，其中，每个像素(1)包括用于将入射辐射转换成电信号的半导体材料的转换层(4)，并且其中，每个像素(10)被至少部分地填充有阻隔材料的沟槽(3)围绕，所述阻隔材料吸收由所述入射辐射生成的光子的至少一部分。2.根据权利要求1所述的辐射探测器(10)，其中，每个像素(1)包括子像素(2)的阵列，并且其中，每个子像素(2)被所述沟槽(3)围绕。3.根据权利要求1所述的辐射探测器(10)，其中，每个像素(1)包括子像素(2)的阵列，并且其中，一群相邻的子像素(2)被所述沟槽(3)围绕。4.根据权利要求1到3中的任一项所述的辐射探测器(10)，其中，在所述沟槽(3)中的所述阻隔材料的填充系数在整个所述探测器(10)上能设计地变化。5.根据权利要求1所述的辐射探测器(10)，其中，所述阻隔材料包括在35keV能量以上不表现出K荧光的材料。6.根据权利要求1所述的辐射探测器(10)，其中，所述阻隔材料包括钼、银或钨。7.根据权利要求1到4中的任一项所述的辐射探测器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·福格特米尔，C·赫尔曼，K·J·恩格尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL