辐射探测器件制造技术

在厚的非晶形半导体层与加压电极之间的整个区域形成载流子选择高阻薄膜，无电极区在加压电极四周。于是，利用载流子选择高阻薄膜的载流子选择性，使暗电流受到抑制，而不消弱信号响应特性。被载流子选择高阻薄膜覆盖的厚的非晶形半导体层保持有效的表面电阻。在加压电极四周的无电极区产生足够的表面电压耐受能力，抑制因偏压所致的蠕缓放电。因此，通过给加压电极加以较高的偏压而得到充分的检测灵敏度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种医疗、工业、核及其它领域所用的直接转换型辐射探测器件，具体地说，涉及一种抑制因加给辐射灵敏半导体层的偏压所致蠕缓放电的技术。辐射(如X射线)探测器件包括间接转换型的，它先把辐射(如X射线)转换成光，再通过光电转换把光转换成电信号；还包括直接转换型的，它利用辐射灵敏半导体层把射入的辐射直接转换成电信号。后一种直接转换型的器件具有在所述辐射灵敏半导体层前表面上形成的加压电极，将预定的偏压加于其上，还具有在所述辐射灵敏半导体层后表面上形成的载流子收集电极，用于收集因入射辐射所产生的载流子。这些载流子作为辐射检测信号被取出，从而能够检测该辐射。某些现有的直接转换型辐射探测器件采用厚的非晶形半导体层，如非晶形硒作为辐射灵敏半导体层。可通过真空镀膜等使非晶形半导体材料受到简单的处理，形成一个宽的厚层，因而适合于所需较大厚层的二维矩阵结构。如附图说明图1所示，一种普通二维矩阵型辐射探测器件包括一个厚的非晶形半导体层1，用于响应入射的辐射产生电子-空穴对(载流子)；半导体层1的前表面上形成的加压电极2，给它加以一定的偏压；半导体层1的后表面上形成的多个载流子收集电极3，它们排成一个二维矩阵。每个载流子收集电极3接有一个电荷储存电容器Ca和一个电荷取出开关元件(如薄膜晶体管)4，它一般是断开的。电容器Ca中积累的电荷作为入射辐射的结果，通过接通开关元件4，使得它作为辐射检测信号被取出。具有图1所示之二维矩阵结构的辐射探测器件可被用于荧光装置，用以检测所发射的X射线图像。在这种情况下，根据辐射探测器件输出的辐射检测信号得到荧光图像。但是，上述这种普通辐射探测器件的缺点在于，加给厚的非晶形半导体层1的偏压往往会导致蠕缓放电的结果。如图1所示，蠕缓放电是由于在接地之前，沿着从加压电极2的边缘2a到厚的非晶形半导体层1的边缘的表面发生的介电击穿引起的。例如，在荧光图像的情况下，这种蠕缓放电造成辐射检测信号中的噪声，从而有损检测图像的质量。通过降低所述偏压，可使这种蠕缓放电受到抑制。然而，非晶形半导体材料在载流子传输特性方面不如单晶半导体材料，而且不能以低偏压显示出足够的检测灵敏度。考虑到上述现有技术的情况得出本专利技术，其目的在于提供一种辐射探测器件，它能抑制因加给辐射灵敏半导体层的偏压所致的蠕缓放电。按照本专利技术，由一种辐射探测器件实现上述目的，它具有一个辐射灵敏半导体层，用以响应入射的辐射产生载流子，即电子-空穴对；一个加压电极形成于所述半导体层的前表面上，用于接受加给的偏压；多个载流子收集电极形成于所述半导体层的后表面上；以及连到各载流子收集电极的多个电荷储存电容器和多个电荷取出开关元件，各开关元件一般为断开的，各电容器中积累的电荷作为入射辐射的结果，通过接通开关元件，它作为辐射检测信号被取出，其中所述辐射灵敏半导体层是厚的非晶形半导体层；一个载流子选择高阻薄膜形成于所述厚的非晶形半导体层与加压电极之间，完全覆盖所述厚的非晶形半导体层的表面；无电极区在加压电极的边缘与厚的非晶形半导体层边缘之间的厚非晶形半导体层四周。采用本专利技术的器件，当把偏压加给所述非晶形辐射灵敏半导体层的前表面上形成的加压电极时，发射拟被检测的辐射。然后，对应于非晶形半导体层内入射辐射所产生的载流子的量，电荷积累在与载流子收集电极相连的电荷储存电容器中。当接通电荷取出开关元件时，已积累的电荷作为辐射检测信号通过这些开关元件被取出。于是，当检测辐射时，载流子选择高阻薄膜的载流子选择性地阻挡那些不对辐射检测产生贡献而成为暗电流的载流子(电子或空穴)的注入，从而抑制暗电流。那些对辐射的检测有贡献的载流子的注入不受阻挡，因而保持各种信号响应特性。非晶形半导体层的表面完全被所述载流子选择高阻薄膜覆盖。这种结构避免了由于非晶形半导体层的受潮湿等所致的结晶，从而避免表面电阻的降低。另外，加压电极边缘与非晶形半导体层边缘之间的整个周围形成无电极区。加压电极被具有较高表面电阻的载流子选择高阻薄膜所围绕。由于在加压电极与接地侧之间提供足够的表面电压耐受能力，所以使因所述偏压所致非晶形辐射灵敏半导体层的蠕缓放电受到抑制。因此，通过加给较高的偏压得到足够的检测灵敏度。按照本专利技术的器件，可按大量的且被排成二维矩阵的方式形成所述载流子收集电极，每个载流子收集电极有一个电荷储存电容器和一个电荷取出开关元件，构成二维矩阵结构。继而，每个辐射探测单元都能够局部地检测辐射，从而能够测定辐射强度的二维分布。载流子选择高阻薄膜为p型导电膜，将负偏压加于所述加压电极。这就避免了那些对辐射检测没有贡献而成为暗电流的电子注入。那些对辐射检测有贡献的空穴的注入被允许，从而能够可靠地检测辐射。载流子选择高阻薄膜为n型导电膜，将正偏压加于所述加压电极，n型载流子选择高阻薄膜防止那些对辐射检测没有贡献而成为暗电流的空穴注入，而允许那些对辐射检测有贡献的电子的注入。从而能够可靠地检测辐射。进而，无电极区的宽度最好在Bmm到3Bmm范围，B是偏压的绝对值按千伏(kV)表示时的数值。随着将无电极区的宽度设定在上述最佳范围，得到足够的表面电压耐受能力，以可靠地阻止因偏置电流所致的蠕缓放电。上述范围实质上并不减小所述非晶形半导体层的灵敏区域(即检测范围的大小)。因此，使因偏置电压所致的蠕缓放电受到抑制，同时，使得充分利用适于实现扩大范围的非晶形半导体层。按照本专利技术的器件，所述厚的非晶形半导体层的厚度最好在0.5mm到1mm范围。随着非晶形半导体层的厚度设定在上述优选范围，辐射被该半导体层充分吸收，而没有透过的。所述非晶形半导体层最好由非晶形硒(a-Se)制成。这种厚的非晶形硒层特别适于实现扩大的探测范围。所述载流子选择高阻薄膜的表面电阻至少为108Ω/□。随着载流子选择高阻薄膜的表面电阻设定在上述优选范围，蠕缓放电受到这一高表面电阻的抑制。所述载流子选择高阻薄膜的厚度最好在0.01μm到10μm范围。随着载流子选择高阻薄膜的厚度设定在上述优选范围，不需要的载流子注入受到抑制，同时充分允许所需要的载流子的注入。为了说明本专利技术，附图表示几种目前为优选的形式，不过应当理解，本专利技术并不限于所表示的这种陈规的结构。图1是表示普通辐射探测器件主要部分的截面示意图；图2是表示本专利技术第一实施例辐射探测器的截面示意图；图3是第一实施例辐射探测器的平面视图；图4是表示第一实施例中辐射探测单元的检测操作的说明性示意图；图5是表示第一实施例整个器件的方框图；图6是表示测试用辐射探测器件的检测输出变化与时间关系的曲线；图7是表示比较用辐射探测器件的检测输出变化与时间关系的曲线；图8是表示本专利技术第二实施例中辐射探测器的截面示意图；图9是第二实施例辐射探测器的平面视图；图10是表示第二实施例中辐射探测单元的检测操作的说明性示意图。以下将参照附图详细描述本专利技术的优选实施例。图2是表示按照第一实施例辐射探测器件的辐射探测器的截面示意图。图3是第一实施例辐射探测器的平面视图。图4是表示第一实施例中辐射探测单元的检测操作的说明性示意图。图5是表示第一实施例整个器件的方框图。如图2所示，按照第一实施例的辐射检测器件包括一个辐射探测器，它有一个厚的辐射灵敏非晶形半导体层1，用以响应入射的辐射(如X射线)产生载流子；加压电极2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辐射探测器件，具有一个辐射灵敏半导体层，用以响应入射的辐射产生载流子，即电子－空穴对；一个加压电极形成于所述半导体层的前表面上，用于接受所加的偏压；多个载流子收集电极形成于所述半导体层的后表面上；以及连到各载流子收集电极的多个电荷储存电容器和多个电荷取出开关元件，各开关元件一般为断开的，各电容器中积累的电荷作为入射辐射的结果，通过接通开关元件，它作为辐射检测信号被取出，其特征在于： 所述辐射灵敏半导体层是厚的非晶形半导体层； 一个载流子选择高阻薄膜形成于所述厚的非晶形半导体层与加压电极之间，完全覆盖所述厚的非晶形半导体层的表面； 无电极区在所述加压电极的边缘与厚的非晶形半导体层边缘之间的所述厚的非晶形半导体层四周。

【技术特征摘要】
JP 1999-8-26 240026/19991．一种辐射探测器件，具有一个辐射灵敏半导体层，用以响应入射的辐射产生载流子，即电子-空穴对；一个加压电极形成于所述半导体层的前表面上，用于接受所加的偏压；多个载流子收集电极形成于所述半导体层的后表面上；以及连到各载流子收集电极的多个电荷储存电容器和多个电荷取出开关元件，各开关元件一般为断开的，各电容器中积累的电荷作为入射辐射的结果，通过接通开关元件，它作为辐射检测信号被取出，其特征在于所述辐射灵敏半导体层是厚的非晶形半导体层；一个载流子选择高阻薄膜形成于所述厚的非晶形半导体层与加压电极之间，完全覆盖所述厚的非晶形半导体层的表面；无电极区在所述加压电极的边缘与厚的非晶形半导体层边缘之间的所述厚的非晶形半导体层四周。2．一种如权利要求1所述的辐射探测器件，其特征在于所述载流子选择高阻薄膜是p型导电膜，并将负偏压加到所述加压电极。3．一种如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤贤治，佐藤正仁，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，新电元工业株式会社，山梨电子工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]