检测器元件、辐射检测器和具有这样的检测器元件的医疗设备和用于制造检测器元件的方法技术

本发明专利技术涉及一种检测器元件，具有半导体转变器元件和在其上设置的用于至少一个阳极和至少一个阴极的金属触点，其中，至少一个所述金属触点包括由贵金属基和钌作为混合组成形成的接触材料所制成的接触层。此外，本发明专利技术涉及一种辐射检测器，其具有这样的具有含钌接触层的检测器元件和任选的具有用于读出检测器信号的分析电子设备，以及涉及具有这样的辐射检测器的医疗设备。此外，还说明了一种用于制造检测器元件的方法，其包括在转变器元件上涂覆至少一个金属触点的接触材料的步骤，其中该接触材料包括贵金属基和与钌作为混合组成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有半导体转变器元件和在其上设置的用于辐射检测器的金属触点的检测器元件、辐射检测器、医疗设备和用于制造这样的检测器元件的方法。
技术介绍
为检测离子辐射，特别是Y和X射线辐射，一般使用闪烁检测器或者基于半导体材料的直接转变的辐射检测器。在闪烁检测器中的入射辐射间接地通过激发电子和转变成其他波长的光子而转变。该光子然后由光子检测器采集，它的输出信号是入射辐射的量度。直接转变的辐射检测器与此不同，其能够把离子化的辐射直接转变为可读出的信号。通过特殊的半导体材料，直接转变的辐射检测器还可以对单个的光子进行计数。直接转变的辐射检测器为此通常具有检测器元件，它除了具有用于检测离子辐射 的辐射检测材料之外，还另外还具有由适宜触点材料制成的用于至少一个阳极和一个阴极的至少两个金属触点。在此，辐射检测材料和触点材料应该分别具有的特定的载流子激发能量，并且在理想的情况下在两种材料之间的界面处存在欧姆接触。因为通过电极(亦即阳极或阴极)与金属触点(例如钼触点或者金触点)接触，所以辐射检测材料与读出电子设备和检测器的电源以导电方式连接。迄今的直接转变辐射检测器基于半导体化合物如CdTe、CdZnTe、CdZnSe和CdZnTeSe所构成的辐射检测材料。然而在这些辐射检测材料的情况下，特别在具有高通量密度的X射线辐射和/或Y辐射的情况下，例如这在计算机断层扫描设备中是通常的或者必需的，用于在辐射检测器中通过慢空穴或者通过位置固定的电荷形成空间电荷区，这些慢空穴或者位置固定的电荷通常在深的或者所谓的本征缺陷处结合。这些深的晶格缺陷(具有直到带隙能量的一半)能够捕捉通过辐射产生的载流子并且与它们重新结合。由此产生的空间电荷区以及所有载流子的运动性的减小引起从外部施加的电场的减小，从而引起脉冲高度的减小，由此诱发辐射强度的显著减小。也就是说，谱在能量上向较小的值移动。该效应称为偏振，其限制直接转变辐射检测器的可检测的最大通量。然而除了通过偏振效应引起的内部电场的改变外，常规系统中的接触通常表现不理想的欧姆接触，因为该接触通常在金属触点和半导体材料之间的界面处具有不同的载流子激发能量。于是根据沉积方法例如在钼触点的情况下注入空穴的，在铟触点的情况下注入电子。该通过涂覆的金属触点产生的空间电荷也阻碍通过辐射产生的载流子的分离和输出。通过载流子运输特性的改变，检测器特性也改变。也就是说空间电荷导致偏振效应的放大。为减小偏振，可以提高在检测器上施加的外部电压。但是这不阻碍半导体内的电场变化。为使偏振最小化，同样尝试在金属和半导体材料的界面处产生金属和半导体材料之间的可导电跃迁(tibergang, transition)，理想的方式是欧姆跃迁，由此载流子能够不受大的电阻而通过界面。DE 10 2009 018 877 Al为此例如说明了一种X射线辐射检测器，特别用于计算机断层扫面系统中，其具有半导体材料和接触材料，它们各自具有特定的载流子激发能量。该X射线辐射检测器的特征在于，常规触点材料(例如Pt、Au、Ir或者Pd)的激发能量相应于半导体材料(例如CdTe、CdZnTe、CdZnSe和CdZnTeSe)的激发能量。然而对于某些应用，常规的接触材料是不够的。在直接转变的半导体材料具有较高的杂质离子组分或者数目减少的自由载流子中，例如为与应用相关的能量范围匹配辐射转变器时，尤其如此。本专利技术的任务在于，寻找一种具有半导体性的、优选直接转变性的转变器元件和在其上设置有金属触点用于检测离子辐射的改进的检测器元件，其特别具有在金属和接触层之间的可导电跃迁。此外本专利技术的任务在于寻找辐射检测器和具有这种检测器元件的医疗设备以及用于制造这种检测器元件的方法。
技术实现思路
该任务一方面通过根据权利要求I所述的检测器元件、通过根据权利要求8所述的辐射检测器和根据权利要求9所述的医疗设备解决，另一方面通过根据权利要求10所述的方法解决。这里本专利技术的检测器元件包括半导体转变器元件和在其上设置的用于至少一个阳极和至少一个阴极的金属触点。这里，半导体转变器元件由辐射检测材料构成，其中入射到该材料中的光子能够被直接或者间接地检测。在直接转变的材料的情况下，可以通过在辐射检测材料中产生载流子通过获得计数率而直接检测入射的辐射。通过X射线光子产生的载流子对(电子-空穴对)通过施加外部电场朝向各电极加速(电子朝向阳极，空穴朝向阴极)并且在它们撞击时在各电极上感生脉冲，其然后通过电子放大设备作为电流或者电压信号检测。此外本专利技术的检测器元件包括在转变器元件上设置的用于至少一个阳极和至少一个阴极的金属触点。为解决上述任务，至少一个金属触点包括一个由贵金属基触点材料和钌作为混合组成所制成的接触层。“贵金属基”在这里理解为接触材料中除钌成分外的基本成分由一种贵金属或者多种贵金属的混合物形成，所述贵金属特别是元素周期表的第8到第11副族的金属。也可以包含其他贵金属、次贵金属或者还有非金属的另外的混合组成或者合金组成，只要它们基本不影响转变器元件和接触材料之间的电接触即可。贵金属基和钌成分在这里可以以任意的含量存在，这里术语“贵金属基”不应该指贵金属成分在组分上必须比钌成分的含量高。上述检测器元件还定义为，仅在阳极侧或者仅在阴极侧在转变器元件上构造含钌金属触点，其中优选既在阳极侧也在阴极侧构造这样的金属触点。含钌金属触点的优点在于，与辐射检测器元件接触的金属触点的能级可以通过钌含量改变。由此特别能够通过钌含量使含钌金属触点中的载流子的逸出功如此适应，使得在金属和半导体材料之间产生改善的导电跃迁即理想方式的欧姆跃迁。欧姆接触是指，金属和半导体之间的接触电阻与半导体材料的电阻相比可以忽略。但是这里不单取决于两种要接触的材料的费米能级，而也取决于在与该跃迁相邻的边界层中在建立接触时出现的微观过程。例如在图4中示出了在钯(Pd)和半绝缘的p-CdTe之间在直接接触后例如借助溅射或者蒸发的沉积后实际的材料变化的带结构草图。虽然两种材料的费米能级位于同一高度，例如假定Pd中的载流子的逸出功为5. 2eV和CdTe的费米能级为O. 7eV，低于真空的价带间隔(Evb = 5. 9eV)，但是该接触不是欧姆接触，因为它具有对于载流子从半导体向金属触点跃迁的高的势鱼，所谓的“内建电压Vbi”。在欧姆接触的情况下，电子能够从金属的几乎无穷的库容中向半导体流动和反向流动，使得在辐射检测材料中产生的载流子例如电子向电极的继续移动不被阻碍。因为欧姆接触仅表示理想情况，它在实际中很难实现，所以在下文中将基本无势垒地设计跃迁时称为准欧姆接触。因为通常在金属触点中使用的贵金属例如金(Au)、钼(Pt)、钯(Pd)、铱(Ir)在室温(根据迈克尔逊约为25°C)下具有约5. 2eV或者更高的逸出功，所以它们仅适合少数半导体材料体系。然而近来对于转变器元件的要求如此改变，即相关的半导体转变器，例如在CdZnTe半导体体系或者相似的体系中的费米能级低于这些金属的逸出功，或者相对于由金、钼或者钯制的通常的金属触点，内建电压由于带电的缺陷特别是镉缺陷在中间的带隙 范围中过高。因此使用常规的金属触点例如钼或者金触点不能得到金属和半导体材料的能带的足够的平衡。在密集的研究中本专利技术人发现，能够降低用于金属触点本文档来自技高网...

【技术保护点】
检测器元件(1)，具有半导体转变器元件(3)和在其上设置的用于至少一个阳极(A)和至少一个阴极(K)的金属触点，其中，至少一个所述金属触点包括由贵金属基和钌作为混合组成形成的接触材料所制成的接触层(6)。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：F·迪尔，M·斯特拉斯伯格，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：