X光影像传感器制造技术

一种Ｘ光影像传感器，该传感器主要包含有电极层、转换层、间隙层及电荷收集层等元件，其特征在于： 在转换层与电荷收集极之间设置一间隙层； 依电极层而在转换层施加一适当电场，形成场发射模式，使转换层的场发射电子移向位于转换层对面的电荷收集极。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种X光影像传感器，具体地说是利用场发射模式，使场发射电子移向位于场发射层对面的电荷收集极，以移入电荷收集极电容的电荷量多寡推断原始入射在转换层的X光暴露量的数字X光影像传感器。将X光影像数字化并储存于数码记忆体中则可解决上述的储存空间及储存安全问题。数字资料易于携带及传送的特性也使得这些影像资料在调阅及远程医疗上变得相当方便。如果再加以处理，数字影像也可用来检测疾病。上述是数字X光影像优于传统X光底片的地方。目前取得数字X光影像最常见的方式为使用转换质材料将X光转换成光或电的信号，搭配光电二极管或电荷收集装置，将X光影像转换成电子信号输出，再通过A/D(模拟/数字转换器)之后取得数字X光影像资料。上述通过X光转换为可见光(或可见光附近波长)原理的方式称为非直接方式(In-direct)，通过X光转换为电子原理的方式者称为直接式(Direct)。上述直接式数字X光影像传感器，如图3所示，其使用半导体材料为X光转换层，如Se等等材料。其运作流程为转换层将入射X光信号转换成e--h+对，在外加偏压的作用下，存在上、下部电极的电场e--h+对分离，其中e-被往下部电极移动，同时在下方的电极引发一相等于移入电子电荷，这些电荷储存于由TFT所构成的电容内再通过TFT模组中栅极(Gate)来控制何时将上述电荷移出电容(即读出信号)，并通过外部时序控制来做每个输出单位的输出顺序，最后经ADC输出数字影像信号。上述转换层的厚度一般约有数百μm，须加于上部电极的电压约在～kV至10KV间，Se材料则是常用的转换层材料，这类材料多选择具有产生e--h+对特性的半导体材料。但是，由于此类X光影像传感器须施加相当高的电压(约数千伏特)，施加如此高电压主要是因为自由电子在Se的寿命(Lift Time)相当短及迁移率(Mobility)不够高，因此以高电场来使自由电子快速移动以提高其利用率，施加如此高的电压使传感器制作上相当困难，也使使用时所须的保护措施必须相当严格。另一类非直接式数字X光影像传感器，此类传感器不须使用高电压操作，而是以闪烁体(Scintillator)将X光吸收后转成可成见光，再以光电二极管(Photodiode)来感测可见光。但是以面板式X光影像传感器所须的此尺寸而言(4”×4”～7”×7”)，如此大的光电二极管在制作上合格率相当低且相当复杂，因此价格相当高。一种X光影像传感器，该传感器主要包含有电极层、转换层、间隙层及电荷收集层等元件，其特征在于在转换层与电荷收集极之间设置一间隙层；依电极层而在转换层施加一适当电场，形成场发射模式，使转换层的场发射电子移向位于转换层对面的电荷收集极。所述的X光影像传感器，其特征在于所述间隙层是在50μm～1000μm的范围。所述的X光影像传感器，其特征在于转换层材料是选择具有较大能带隙的材料。所述的X光影像传感器，其特征在于相邻于间隙层的转换层材料的表面形成凸出且具有相当小的曲率半径尖端的所谓粗燥形态。所述的X光影像传感器，其特征在于所述转换层粗燥面为针状、片状或管状形态。所述的X光影像传感器，其特征在于所述电荷收集层是以半导体材料制成。所述的X光影像传感器，其特征在于所述转换层表面另外生长有一场发射层，所施加的适当电场将使得所述场发射电子移向所述电荷收集极。所述的X光影像传感器，其特征在于场发射层材料是选择具有高能带隙及高导电性的材料。所述的X光影像传感器，其特征在于场发射层材料为DLC的复合材料。所述的X光影像传感器，其特征在于相邻于间隙层的场发射层材料的表面形成凸出且具相当小的曲率半径尖端的所谓粗燥面形态。上述转换层材料加工成表面呈现凸出且具相当小的曲率半径尖端的所谓粗燥面形态；并在转换层与电荷收集极之间设置一间隙层。因此，将使场发射层形成局部场集中的区域，以利于场发射发生，同时上述传感器可以低电压操作，且提供对电荷收集极电容保护作用。该传感器是利用“X光—电荷”转换层2在适当电场中运作“X光—电荷—场发射电子”模式，使场发射电子移向位于转换层2对面的电荷收集极3，并以移入电荷收集极3电容的电荷量多寡推断原始入射于“X光—电荷”转换层2的X光暴露量。本技术X光影像传感器的操作，首先是在上述电极层1上施加一负偏压(negative bias)，由于电极层1为良导体，故偏压可均匀分布于电极层1上，即转换层2所受到的偏压也是均匀的。由于转换层2为高阻抗(接近绝缘状态)物质半导体，而且厚度相当厚，因此偏压电压在转换层2中将产生压降。当X光开始作用于转换层2时，在转换层2中将生成许多电子-空穴对(e--h+pair)，而这些电子-空穴对将因加在电极层1之上的偏压所构成的电场而移动，此时自由电子移向相邻间隙层4的转换层2表面，而空穴则移到电极层1。由于上述电子—空穴对的生成及移动，使转换层1的阻抗下降，同时转换层2的压降也下降。因为上述所加偏压为固定值，且此时间隙层4的阻抗并没有改变，因此所改变的压降，使场发射作用将在转换层2的表面发生。上述场发射强度(发射电流)则与转换层2所生成或所提供的自由电子数目有关，而电子—空穴对的多少则与入射的X光强度有关(二者成正比)。上述转换层2材料选择的考虑，首先是X光转换为电子的转换效率，一般而言，具有较大能带隙(bandgap energy)的材料的转换效率较小，但这也并不意味着具有低能带隙的材料就适于使用在此用途，因为考虑在室温使用时，外界温度所提供的能量可能高于1.5eV，即使用环境就足以使材料生成电子—空穴对，这些电荷是背景杂信号的来源。在外加电场的作用下这些电荷将因碰撞其他原子而生成更多的电子—空穴对，因此杂信号将很大。采用较高能带隙的材料将更合适于现实的操作环境，转换层2材料除了具有上述的X光转换为电荷功能外，还有保护后部电路的功能，即转换层2将入射X光吸收，降低未被吸收X光的量，以降低这些穿透X光照射在后部电路所引起的杂信号及材料元件的辐射损伤。再者，场发射需要很大的场，为避免在高场作用下生成焦耳热，本技术使用减少局部区域曲率半径的方式，例如将转换层2材料的表面加工成具针状(Tip)或片状(Sheet)或管状(nanotube)等所谓的粗燥面形态，由于存在于材料内部的电子，其受到邻近原子核的吸引力无法轻易脱离原子核的束缚而成为可自由移动的电子(自由电子)。一般要得到自由电子可将材料施加适当的电场，使电子的能量提高到足以脱离原子的束缚，如此位于材料表面的电子将有可能脱离物质而成为自由电子。电子具有粒子及波动的特性，如果邻近原子与电子所在原子间的能障(Energy Well)厚度很薄，则电子的波动特性将使电子有较大的机率分布在能障以外。此时若适时地在电子周围施加一电场，则电子有机会脱离原子束缚成为自由电子(尤其是材料表面原子的电子)。上述方式产生的自由电子称为场发射电子。在规则排列的材料中，邻近原子所形成对电子的能障要以施加电场产生场发射所需的电场非常的大。位于材料内部的电子有来自四面八方邻近原子的作用力存在，但位于表面的电子因邻近原子较少因此所受的束缚也较少。因此表面的原子中的电子较易成为场发射电子。从减少电子束缚力的观点而言，减少原子周围邻近原子的数目是可以使用的方式。从材料表面的几本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖国富，
申请(专利权)人：廖国富，
类型：实用新型
国别省市：