一种全无机晶体管型X射线探测器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种全无机晶体管型X射线探测器及其制备方法。该探测器包括衬底、栅电极、栅绝缘层、沟道半导体层、源电极和漏电极、X射线吸收层和保护层，其中，在所述X射线吸收层和所述沟道半导体层建立异质结，在X射线照射下，该异质结使所产生的电子

【技术实现步骤摘要】
一种全无机晶体管型X射线探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及X射线探测器
，尤其涉及一种全无机晶体管型X射线探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前商用直接探测X射线平板探测器通常是基于非晶硒(a
‑
Se)的平板探测器，非晶硒X射线平板探测器具有较宽的动态范围，能够满足低能X射线成像，如乳房X线照相术的要求(～20keV)。然而非晶硒平板X射线探测器为两端结构，不具有电荷增益功能，因而不具有信号放大功能，导致信噪比低。为了增强电荷信号，通常会将X射线直接探测器与场效应管集成使用，利用晶体管放大电信号。并且为了提高信号响应，通常需要在X射线吸收层上形成一层顶部电极，在顶部电极上施加偏压，使得X光照射产生的电子空穴分离，并将载流子注入到导电沟通中。
[0003]在现有技术中，如图1所示，典型的探测器结构均需设置顶电极，例如专利申请CN201811094472.2、CN201810563401.6CN201710977868.0等。由于这类探测器结构需要额外电极，不利于简化制备工艺。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种全无机晶体管型X射线探测器及其制备方法，通过采用恰当的异质结结构，促进光生载流子分离，可在低电压条件下工作。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供一种全无机晶体管型X射线探测器。该探测器包括衬底、栅电极、栅绝缘层、沟道半导体层、源电极和漏电极、X射线吸收层和保护层，其中，在所述X射线吸收层和所述沟道半导体层建立异质结，在X射线照射下，该异质结使所产生的电子
‑
空穴对分离，并使所述X射线吸收层产生的载流子注入到所述沟道半导体层。
[0006]在一个实施例中，所述栅电极形成在所述衬底上；所述栅绝缘层形成在所述栅电极上；所述源电极和所述漏电极分别形成在所述栅绝缘层上；所述沟道半导体层形成在所述栅绝缘层、所述漏电极和所述源电极上；所述X射线吸收层形成并覆盖在所述沟道半导体层上。
[0007]在一个实施例中，所述栅电极的下表面与所述衬底相连；所述栅电极的上表面与所述栅绝缘层的下表面相连；所述栅绝缘层的上表面与所述沟道半导体层的下表面相连；所述源电极下表面、所述漏电极下表面与所述沟道半导体层的上表面相连；所述源电极上表面、所述漏电极上表面分别与所述X射线吸收层下表面相连；所述X射线吸收层的上表面与所述保护层相连。
[0008]在一个实施例中，本专利技术提供的探测器还包括电荷传输层，其中，所述栅电极形成在所述衬底上；所述栅绝缘层形成在所述栅电极上；所述源电极和所述漏电极分别形成在所述栅绝缘层上；所述沟道半导体层形成在所述栅绝缘层、所述漏电极和所述源电极上；所
述电荷传输层形成并覆盖在所述沟道半导体层上；所述X射线吸收层形成并覆盖在所述电荷传输层上。
[0009]在一个实施例中，所述栅电极的下表面与所述衬底相连，所述栅电极上表面与所述栅绝缘层的下表面相连；所述源电极下表面、所述漏电极下表面与所述栅绝缘层接触，所述沟道半导体层覆盖在所述漏电极、所述源电极和所述栅绝缘层之上；所述沟道半导体层与所述X射线吸收层下表面相连；所述X射线吸收层的上表面与所述保护层相连。
[0010]在一个实施例中，所述X射线吸收层形成在所述衬底上；所述源电极和所述漏电极分别形成在所述X射线吸收层上；所述沟道半导体层形成并覆盖在所述X射线吸收层、所述漏电极和所述源电极上；所述栅绝缘层形成在所述沟道半导体上；所述栅电极形成在所述栅绝缘层上；所述保护层形成在所述栅电极上。
[0011]在一个实施例中，所述栅电极、所述漏电极和所述源电极由金、银、铜、铝、钼、镍、氧化铟锡、氧化铟锌、透明导电塑料、导电化合物、重掺杂半导体材料中的一种或多种制成。
[0012]在一个实施例中，所述沟道半导体层由非晶硅、单晶硅、多晶硅、氧化锡、氧化锌、铟镓氧化锌、二硫化钼、碘化铅等半导体材料的一种或者多种制成。
[0013]在一个实施例中，所述X射线吸收层包含非晶硒、氧化铅，硫化铅、碘化汞、甲氨碘化铅、锑锌镉、铯铅碘、铯铅溴或混合阳离子/阴离子无机卤素钙钛矿的一种或多种。
[0014]根据本专利技术的第二方面，提供一种全无机晶体管型X射线探测器的制备方法，包括：在衬底上制备栅电极；在所述衬底和所述栅电极上制备栅绝缘层；在所述栅绝缘层上制备沟道半导体层；在所述沟道半导体层上制备源电极和漏电极；在所述沟道半导体层上制备X射线吸收层；制备覆盖整个探测器上表面的保护层。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的优点在于，无需设置顶电极，通过异质结界面将吸收层的非平衡载流子转移到晶体管沟道中，可在低电压条件下工作。本专利技术器件结构简单，易于制造，并且使用过程能够节省能量。
附图说明
[0016]以下附图仅对本专利技术作示意性的说明和解释，并不用于限定本专利技术的范围，其中：
[0017]图1是现有技术的典型探测器的结构示意图；
[0018]图2是根据本专利技术一个实施例的底栅底接触无电荷传输层的X射线探测器示意图；
[0019]图3是根据本专利技术一个实施例的底栅底接触有电荷传输层的X射线探测器示意图；
[0020]图4是根据本专利技术一个实施例的顶栅顶接触无电荷传输层的X射线探测器示意图；
[0021]图5是光电子注入型X射线探测器的等效电路图；
[0022]图6是根据本专利技术一个实施例的加X射线照射和不加X射线条件下，X射线探测器的转移曲线示意图。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0024]在本文示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不
是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0025]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0026]本专利技术提供的全无机晶体管型X射线探测器的原理是：利用X射线吸收层与沟道层(或称沟道半导体层)之间形成的异质结，直接将X光照射产生的电子/空穴注入沟道层。由于载流子的注入，会使漏电极和源电极之间的电流显著增加或使TFT(薄膜晶体管)的阈值电压偏移，从而实现对X射线的探测。
[0027]以下将具体介绍本专利技术提供的全无机晶体管型X射线探测器类型和对应的制备方法。
[0028]实施例一
[0029]参见图2，其是底栅底接触无电荷传输层的示例，该X射线探测器具体包括：衬底101；栅电极102，形成在衬底101上；栅绝缘层(或称介电层)103，形成在栅电极102上；源电极106和漏电极107，分别形成在栅绝缘层103上；沟道半导体层104，形成在栅绝缘层103、漏电极107、和源电极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全无机晶体管型X射线探测器，包括衬底、栅电极、栅绝缘层、沟道半导体层、源电极和漏电极、X射线吸收层和保护层，其中，在所述X射线吸收层和所述沟道半导体层建立异质结，在X射线照射下，该异质结使所产生的电子
‑
空穴对分离，并使所述X射线吸收层产生的载流子注入到所述沟道半导体层。2.根据权利要求1所述的全无机晶体管型X射线探测器，其中，所述栅电极形成在所述衬底上；所述栅绝缘层形成在所述栅电极上；所述源电极和所述漏电极分别形成在所述栅绝缘层上；所述沟道半导体层形成在所述栅绝缘层、所述漏电极和所述源电极上；所述X射线吸收层形成并覆盖在所述沟道半导体层上。3.根据权利要求2所述的全无机晶体管型X射线探测器，其中，所述栅电极的下表面与所述衬底相连；所述栅电极的上表面与所述栅绝缘层的下表面相连；所述栅绝缘层的上表面与所述沟道半导体层的下表面相连；所述源电极下表面、所述漏电极下表面与所述沟道半导体层的上表面相连；所述源电极上表面、所述漏电极上表面分别与所述X射线吸收层下表面相连；所述X射线吸收层的上表面与所述保护层相连。4.根据权利要求1所述的全无机晶体管型X射线探测器，还包括电荷传输层，其中，所述栅电极形成在所述衬底上；所述栅绝缘层形成在所述栅电极上；所述源电极和所述漏电极分别形成在所述栅绝缘层上；所述沟道半导体层形成在所述栅绝缘层、所述漏电极和所述源电极上；所述电荷传输层形成并覆盖在所述沟道半导体层上；所述X射线吸收层形成并覆盖在所述电荷传输层上。5.根据权利要求4所述的全无机晶体管型X射线探测器，其中，所述栅电极的下表面与所述衬底相连，所述栅电极上表面与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳，曹勇，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：