[发明专利]X射线探测器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造方法，更具体地，涉及X射线探测器及其制造方法。

背景技术

X射线是一种波长约为10-0.01纳米之间的超短电磁波，对应的频率在3×10¹⁶Hz到3×10¹⁹Hz之间，波粒二相性对应的能量在120eV至120keV之间。X射线是中性高能光子流，对所辐射的物体具有超强的穿透作用以及荧光、加热、感光、电离等作用。X射线穿过物体后，因物体吸收和散射而使其强度或者相位变化，其信号变化内容与物体的材料、结构、厚度、缺陷等特性有关，因此可以通过信号检测应用于非接触式的物体内部形貌成像、成分分析中，在医疗影像检测、工业生产安全检测、天文探测、高能粒子检测、环境安全探测等多个领域中得到广泛应用。

在过去的一个世纪里，X射线成像技术经历了胶片一增感屏成像技术、影像增强器成像技术、计算机X射线成像技术(CR)、平板探测器成像(FPD)和计算机层析扫描技术(CT)的历史。相比传统的模拟胶片成像技术，数字化的X射线平板探测器(FPD：Flat Panel Detector)具有实时成像、清晰度高、后端处理方便等的特点：图像动态范围高；量子检测效率高，超过50％；存贮文件介质为数字文件，可方便后端处理，提高信噪比及图像质量，并进行存储、修改、检索与传递等。目前数字化的X射线平板探测器中对X射线信号的探测主要是半导体探测器，它通过检测X射线与物体材料内层电子作用产生的光电效应来实现。

数字化的X射线探测器分为四种类型：电荷耦合器件(CCD)探测器11、间接转换式TFT平板探测器12、直接转换式TFT平板探测器13、以及硅像素探测器14，如图1所示。

电荷耦合器件(CCD)探测器11包括用于接收X射线并产生荧光的闪烁体100、用于检测荧光的CCD传感器或102，以及位于闪烁体100和CCD传感器102之间用于缩小图像尺寸的透镜101。闪烁体100可以由掺铊碘化铯(CsI:Tl)、掺铽硫氧化钆(Gd₂S₂O:Tb)、碲化镉(CdTe)、高纯硅等组成，入射X射线与闪烁体100交互反应发生光电作用产生强度不同的荧光。如果不需要缩小图像尺寸，透镜101可以由光导替代，以实现闪烁体100和CCD传感器102之间的光耦合。CCD传感器或102可以由CMOS成像传感器(CMOS Imager Sensor，CIS)替代。电荷耦合器件(CCD)探测器11的缺点是光学耦合系统会降低到所产生的光子数，从而增加系统的噪声并降低影像质量，同时产生几何失真和，同时不能应用于大面积的探测器中，成本昂贵。

间接转换式TFT平板探测器12包括用于接收X射线并产生荧光的闪烁体100、用于检测荧光的光电二极管103、以及用于访问特定的光电二极管103的薄膜晶体管(TFT)104。闪烁体100的组成材料及作用如上文所述。光电二极管103可以是非晶硅光电二极管或其他薄膜材料的光电二极管。TFT 104可以形成在大面积平板绝缘衬底(玻璃、塑料、氧化硅片、石英、绝缘层覆盖钢片等)，通常是M×N的重复阵列。间接转换式TFT平板探测器12的每个像素拥有各自的TFT 104，作为开关晶体管，每个TFT 104与对应的光电二极管103相连。由此，可以对单个像素进行独立控制，实现像素读出与处理，有效地提高图像质量与读出速度。间接转换式TFT平板探测器12的优点是大面积均匀、低成本。

直接转换式TFT平板探测器13包括用于将X射线直接转换成电荷信息的光电转换层105、以及用于访问特定的像素单元的薄膜晶体管(TFT)106。光电转换层105可以由非晶硒(a-Se)、碘化汞(HgI₂)、镉锌碲(CZT)、碘化铅(PbI₂)、氧化铅(PbO)、溴化碲(TlBr)、高纯硅、高纯锗等组成。该光电转换层105的一个电极与TFT 106的一个电极相连，实现对探测信号的直接探测与控制。直接转换式TFT平板探测器13的每个像素拥有各自的TFT 106，作为开关晶体管。直接转换式TFT平板探测器13的优点是提高了图像质量、空间分辨率，并且降低了噪声。