專利名稱：輻射線探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將輻射線能表示為電信號的輻射線探測器，特別涉及一種非常實用的、具有高能量分辨率和高探測效率的輻射線探測器。
附

圖13示出相關(guān)技術(shù)中使用輻射線探測器的輻射線測量系統(tǒng)。在附圖13中用一整塊板表示一個輻射線探測器21。輻射線探測器21通過線4與外部驅(qū)動電路3相連，以獲取作為電信號的輻射線1的能量。輻射線探測器21提供一個探測區(qū)22，用來在輻射線輻射到該區(qū)域時獲取電信號。此外，為了防止輻射到探測區(qū)22以外的區(qū)域，輻射線探測器提供一個準(zhǔn)直儀23，準(zhǔn)直儀23上具有一個直徑為D的開口。在距離探測區(qū)22為H處由一個獨立于輻射線探測器21的支持物支撐準(zhǔn)直儀23。
輻射線探測器獲取到的信號波形由輻射線的輻射位置決定。準(zhǔn)直儀屏蔽探測區(qū)以外部分的輻射，這樣準(zhǔn)直儀成為一個限制輻射到探測區(qū)以外部分而引起電信號變化的有效手段?？墒?，取決于準(zhǔn)直儀開口和探測區(qū)之間的位置關(guān)系，輻射線可能被準(zhǔn)直儀遮蔽，如輻射線1A，或輻射線位于探測區(qū)22的旁邊，如輻射線1B。為了向探測區(qū)22內(nèi)輻射更多輻射線，獲得更高的探測效率，必需一個更大的立體角度，該角度由開口的直徑和開口與探測區(qū)之間的距離決定。此外，開口與探測區(qū)之間的對準(zhǔn)精度以及它們之間的距離控制也是重要的因素。
輻射線測量需要高能量分辨率和高探測效率。通過給探測區(qū)安裝一個準(zhǔn)直儀而縮小輻射區(qū)，可以獲得對探測區(qū)的準(zhǔn)確輻射。但是在這種情況下，由準(zhǔn)直儀開口直徑和開口與探測區(qū)之間距離決定的立體角度比較小，導(dǎo)致的問題是得不到高探測效率。
此外，準(zhǔn)直儀開口與探測區(qū)之間的對準(zhǔn)精度也是一個限制探測效率的因素。由于要實現(xiàn)由外部支持物支撐的準(zhǔn)直儀與探測區(qū)的精確對準(zhǔn)并控制它們之間的距離是很困難的，因而探測效率一直未得到提高。
為了制作本發(fā)明中的輻射線探測器，可采取如下的不同方法。
(1)提供一個隔離件，位于板和準(zhǔn)直儀的開口之間，保持兩者之間為一定距離，并通過膠粘固定它們。
(2)在一個Si基片上形成一個能/電轉(zhuǎn)換器，用硼硅酸鹽玻璃制作隔離件，另一個Si基片用作準(zhǔn)直儀，能/電轉(zhuǎn)換器和準(zhǔn)直儀將硼硅酸鹽玻璃制成的隔離件夾在中間，然后給它們施加一溫度和一負(fù)荷，通過陽極連接法給Si材料施加一正電壓，從而直接將它們連接。
(3)在準(zhǔn)直儀上形成一個空腔，用來保持板和開口之間為一定距離，并通過膠粘固定它們。
(4)在一個Si基片上形成一個能/電轉(zhuǎn)換器，用硼硅酸鹽玻璃制作準(zhǔn)直儀，將能/電轉(zhuǎn)換器和準(zhǔn)直儀制成層疊片，然后給它們施加一溫度和一負(fù)荷，通過陽極連接法給能/電轉(zhuǎn)換器施加一正電壓，從而直接將它們連接。
(5)主要由玻璃、剛玉等制成的透光材料用來制作準(zhǔn)直儀。
(6)準(zhǔn)直儀為一雙層結(jié)構(gòu)，由兩種對被探測輻射線具有不同吸收系數(shù)s的材料組成，其中具有較小吸收系數(shù)的材料固定在板上，用作支撐件，在具有較大吸收系數(shù)的材料上形成開口，用來傳送輻射線。準(zhǔn)直儀固定在作為能/電轉(zhuǎn)換器的板上，然后通過聚焦離子束(FIB)蝕刻形成開口。能/電轉(zhuǎn)換器為一個形成在板上的超導(dǎo)躍遷邊界傳感器(TES)，用作吸熱器，吸收輻射線，將輻射線轉(zhuǎn)換為熱量，然后測量它的溫度變化，以獲取輻射線作為電信號。
發(fā)明詳述下面結(jié)合附圖詳述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。第一實施例附圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例使用輻射線探測器的輻射線測量系統(tǒng)的示意圖。輻射線探測器是一個能/電轉(zhuǎn)換器，其將入射輻射線的能量轉(zhuǎn)換成一個電信號。在附圖1中，由一個整塊板11表示輻射線探測器，輻射線探測器11通過線4與外部驅(qū)動電路3相連，以獲取作為電信號的輻射線1的能量。輻射線探測器11提供一個探測區(qū)12，這樣在輻射線輻射到該區(qū)域時獲得一個電信號。為了阻止輻射線輻射到探測區(qū)12以外的區(qū)域，提供一個具有直徑為D的開口的準(zhǔn)直儀13，準(zhǔn)直儀13設(shè)置在板10上，并將一個隔離件16夾在準(zhǔn)直儀13和輻射線探測器11之間，以保持與探測區(qū)12的距離為H。
附圖2是輻射線探測器的俯視圖。相對于準(zhǔn)直儀13的開口15與探測區(qū)12之間的位置關(guān)系，準(zhǔn)直儀13的開口直徑D要比探測區(qū)的尺寸S稍小。
附圖3是輻射線探測器的制作過程示意圖。附圖3A示出準(zhǔn)直儀13、隔離件16和構(gòu)成輻射線探測器的板11，它們被分別制備。使用一種能吸收作為被探測對象的輻射線的材料，作為準(zhǔn)直儀的制作材料。材料厚度根據(jù)材料的吸收系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。對于X射線探測器，則使用一種金屬材料例如Au、Pt、Pb、Cu、Al、Sn、Si。主要由玻璃或剛玉制成的透光材料也可用于準(zhǔn)直儀。使用一種能加工成小尺寸、均勻厚度的材料例如Si作為隔離件的制作材料。
附圖3B示出準(zhǔn)直儀13與隔離件16、隔離件16與板11粘合，這樣形成一個集成有準(zhǔn)直儀的輻射線探測器。使用一種粘合劑例如環(huán)氧樹脂或清漆用于粘合?；蛘撸谝粋€Si基片上形成輻射線探測器，使用硼硅酸鹽玻璃(耐熱玻璃)制作隔離件，將另一個Si基片用作準(zhǔn)直儀，這里通過陽極連接法實現(xiàn)連接。在陽極連接法中，硼硅酸鹽玻璃制成的隔離件夾在Si基片和準(zhǔn)直儀之間，給它們施加一溫度和一負(fù)載，無需使用粘合劑，通過給Si材料施加一正電壓迅速實現(xiàn)它們的連接。
將輻射線探測器和準(zhǔn)直儀集成在一起，使用一個Si基片和一個玻璃基片，這使設(shè)置準(zhǔn)直儀開口靠近探測區(qū)成為可能。此外，對準(zhǔn)開口與探測區(qū)變得容易了，這樣開口直徑可以更接近探測區(qū)的尺寸。從而由準(zhǔn)直儀開口直徑以及開口與探測區(qū)之間的距離決定的立體角度就能更大，這樣就可以獲得高探測效率。
由于提高了開口與探測區(qū)的對準(zhǔn)精度，輻射線可以精確地輻射到探測區(qū)，這樣可以減小獲取信號的變化，從而獲得高能量分辨率。
此外，在使用諸如玻璃或剛玉透光材料作為準(zhǔn)直儀的制作材料時，采用光學(xué)對準(zhǔn)裝置，可進(jìn)一步提高開口與探測區(qū)的對準(zhǔn)精度。這樣就可以得到一個具有更高能量分辨率和更高探測效率的輻射線探測器。
另外，使用陽極連接法的加工方法可以使晶片上的多個元件與同一尺寸晶片上形成的準(zhǔn)直儀之間實現(xiàn)連接，給出了發(fā)展大批量生產(chǎn)的預(yù)想。在這種情況下，可以應(yīng)用批處理，先用光學(xué)對準(zhǔn)儀對準(zhǔn)器件、隔離件和準(zhǔn)直儀，然后使用陽極連接法連接。
第二實施例附圖4是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例使用輻射線探測器的輻射線測量系統(tǒng)的示意圖。在附圖4中，由一個整塊板11表示輻射線探測器11，輻射線探測器11通過線4與外部驅(qū)動電路3相連，以獲取作為電信號的輻射線1的能量。輻射線探測器11提供一個探測區(qū)12，這樣在輻射線輻射到該區(qū)域時獲得一個電信號。此外，為了阻止輻射線輻射到探測區(qū)12以外的區(qū)域，提供一個具有直徑為D的開口的準(zhǔn)直儀13，準(zhǔn)直儀13直接設(shè)置在板上。
附圖5示出輻射線探測器的制作過程。附圖5A示出準(zhǔn)直儀13和構(gòu)成輻射線探測器的板11，它們被分別制備。準(zhǔn)直儀13上預(yù)先形成一個空腔A，這樣準(zhǔn)直儀保持與探測區(qū)12的距離為H，避免與探測區(qū)12接觸。使用一種能吸收作為被探測對象的輻射線的材料作為準(zhǔn)直儀的制作材料。準(zhǔn)直儀的厚度根據(jù)材料的吸收系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。對于X射線探測器，則使用一種金屬材料例如Au、Pt、Pb、Cu、Al、Sn、Si。也可以使用主要由玻璃或剛玉制成的透光材料。
附圖5B示出準(zhǔn)直儀13與板11連接，以形成集成有準(zhǔn)直儀的輻射線探測器。為了連接，使用一種粘合劑例如環(huán)氧樹脂或清漆?；蛘?，在一個Si基片上形成輻射線探測器，使用硼硅酸鹽玻璃(耐熱玻璃)制作準(zhǔn)直儀13，這里通過陽極連接法實現(xiàn)連接。在陽極連接法中，設(shè)置Si輻射線探測器的與準(zhǔn)直儀相互接觸，給它們施加一溫度和一負(fù)載，這樣無需使用粘合劑，通過給Si材料施加一正電壓就可迅速實現(xiàn)它們的連接。
在本實施例中，可以獲得與第一實施例相同的效果。此外，不需要隔離件可簡化輻射線探測器的制作。特別是，由于只對Si基片與硼硅酸鹽玻璃基片進(jìn)行層疊連接，所以利用陽極連接法連接很容易。另外，可以使準(zhǔn)直儀與探測區(qū)之間的距離靠近，這樣可以更大地提高探測效率。
第三實施例附圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例使用輻射線探測器的輻射線測量系統(tǒng)的示意圖。在附圖6中，由一個整塊板11表示輻射線探測器，輻射線探測器11通過線4與外部驅(qū)動電路3相連，以獲取作為電信號的輻射線1的能量。輻射線探測器11提供一個探測區(qū)12，這樣在輻射線輻射到該區(qū)域時獲得一個電信號。此外，為了阻止輻射線輻射到探測區(qū)12以外的區(qū)域，提供一個具有直徑為D的開口的準(zhǔn)直儀13，準(zhǔn)直儀13與輻射線探測器11將隔離件16夾在中間，以保持準(zhǔn)直儀13與探測區(qū)12的距離為H。準(zhǔn)直儀13為一雙層結(jié)構(gòu)，由兩種對被探測輻射線具有不同吸收系數(shù)s的材料13A和13B組成，材料13A是屏蔽件，用來屏蔽輻射線，材料13B是支撐件，用來傳送輻射線和支撐屏蔽件，設(shè)計屏蔽件13A的吸收系數(shù)比支撐件13B的大，屏蔽件13A上形成一開口，用來傳送輻射線，這樣大部分輻射線被開口以外的區(qū)域吸收。
附圖7示出本實施例中輻射線探測器的制作過程。附圖7A示出具有用來傳送輻射線的開口的準(zhǔn)直儀13、構(gòu)成輻射線探測器的板11、和用來保持準(zhǔn)直儀13與探測區(qū)12之間距離H的隔離件16，它們被分別制備。在探測X射線時，對于屏蔽件13A，可以采用能充分吸收X射線的金屬材料例如Au、Pt、Pb、Cu、Al、Sn或Si。另一方面，對于支撐件13B，可以采用吸收輻射線少于屏蔽件13A的材料，例如玻璃、剛玉或聚合材料。支撐件13B的吸收系數(shù)越小，支撐件13B越厚，這樣形成一個耐用的準(zhǔn)直儀。對于準(zhǔn)直儀13的制作方法，除層疊屏蔽件13A和支撐件13B之外，可以通過薄膜形成方法(例如濺射法或氣相沉積法)在支撐件13B上形成屏蔽件13A。
為了形成準(zhǔn)直儀的開口，這里有一方法，可以利用一個掩模，不將構(gòu)成屏蔽件13A的材料沉淀到開口部分。此外，也可以預(yù)先形成雙層結(jié)構(gòu)，再將構(gòu)成屏蔽件13A的材料利用一個掩模，通過一種方法(例如濺射蝕刻法、離子束蝕刻法或聚焦離子束(FIB)蝕刻法)除去。
能加工成小尺寸、均勻厚度的材料(例如Si)用來制作隔離件。
附圖7B示出準(zhǔn)直儀13、隔離件16和隔離件16與板11連接后形成的輻射線探測器。使用諸如環(huán)氧樹脂或清漆的粘合劑來實現(xiàn)連接。或者，在一個Si基片上形成輻射線探測器11，使用硼硅酸鹽玻璃(耐熱玻璃)制作隔離件16，使用另一Si基片制作準(zhǔn)直儀13，隔離件16被夾在Si基片之間，給它們施加一溫度和一負(fù)載，通過陽極連接法，給Si材料施加一正電壓實現(xiàn)它們的直接連接。
在厚度很大的準(zhǔn)直儀上精確形成開口是很困難的。但是準(zhǔn)直儀又需要一定的強(qiáng)度。在本實施例中，具有高傳導(dǎo)性的材料形成支撐件13B，具有高吸收率的材料在支撐件上形成屏蔽件13A，支撐件13B可以制得厚些，屏蔽件13A可以制得薄些。對于要形成的開口，只需除去薄些的屏蔽件13A的一部分即可，這樣就可以制成易于開口的準(zhǔn)直儀了。
第四實施例附圖8示出本發(fā)明第四實施例中輻射線探測器的制作過程。雖然該輻射線探測器的結(jié)構(gòu)與第三實施例中的相同，但制作過程卻不同。附圖8A示出形成開口前的準(zhǔn)直儀33、構(gòu)成輻射線探測器的板11和用來保持探測區(qū)12與準(zhǔn)直儀13之間距離H的隔離件16，它們被分別制備。準(zhǔn)直儀33為一雙層結(jié)構(gòu)，由兩種對被探測輻射線具有不同吸收系數(shù)s的材料13A和13B組成。
附圖8B示出連接準(zhǔn)直儀33與隔離件16、隔離件16與板11的連接過程，使用粘合劑(例如環(huán)氧樹脂或清漆)來實現(xiàn)連接?；蛘撸谝粋€Si基片上形成輻射線探測器11，使用硼硅酸鹽玻璃(耐熱玻璃)制作隔離件16，使用另一Si基片制作準(zhǔn)直儀13。隔離件16被夾在Si基片之間，給它們施加一溫度和一負(fù)載，無需使用粘合劑，通過陽極連接法給Si基片施加一正電壓迅速實現(xiàn)它們的連接。
附圖8C示出在準(zhǔn)直儀上形成開口的過程。開口可以通過除去具有較大吸收系數(shù)的屏蔽件13A的一部分形成。該去除可以利用掩模，通過一種諸如濺射蝕刻法或離子束蝕刻法的方法實現(xiàn)。此外也可不用掩模、通過聚焦離子束(FIB)蝕刻法形成開口。
依據(jù)本實施例，可以得到一個易于開口、耐用的準(zhǔn)直儀，另外，因為準(zhǔn)直儀開口與探測區(qū)之間的對準(zhǔn)是在板與準(zhǔn)直儀連接之后進(jìn)行，所以能提高對準(zhǔn)精度，這樣可獲得更高的能量分辨率和更高的探測效率。
第五實施例附圖9是根據(jù)本發(fā)明中第五實施例使用輻射線探測器的輻射線測量系統(tǒng)的示意圖。在本實施例中，一個超導(dǎo)躍遷邊界傳感器(TES)被用作輻射線探測器。附圖10A是超導(dǎo)躍遷邊界傳感器的俯視結(jié)構(gòu)圖，附圖10B為其剖面結(jié)構(gòu)圖，附圖9是超導(dǎo)躍遷邊界傳感器沿附圖10A中直線X-X′的剖面圖，附圖10B是其沿直線軸Y-Y′的剖面圖。
超導(dǎo)躍遷邊界傳感器設(shè)置在板10上，吸收輻射線，將能量轉(zhuǎn)換成熱量，提供一個電阻19，位于薄膜20上，用作測量那里溫度Tt的熱量轉(zhuǎn)換器，電極14與電阻19連接，用來給其提供一電流或電壓并讀出其電阻阻值。薄膜20的結(jié)構(gòu)比板的薄，薄膜在電阻19和吸熱器之間具有一熱導(dǎo)，用作熱連接。通常，板由Si制成，薄膜20由氧化硅或氮化硅制成，厚度大約為1μm。
電阻是超導(dǎo)躍遷邊界傳感器的探測區(qū)，為了阻止輻射到電阻以外的區(qū)域，提供一個具有直徑為D的開口的準(zhǔn)直儀13，準(zhǔn)直儀13設(shè)置在形成輻射線探測器11的板上，使隔離件16被準(zhǔn)直儀與薄膜夾在中間，用來保持準(zhǔn)直儀13與探測區(qū)12之間的距離H。準(zhǔn)直儀13由用作吸熱器的板10支撐，這樣準(zhǔn)直儀與薄膜之間熱隔離。
電阻19本身是超導(dǎo)，或者是具有超導(dǎo)和常導(dǎo)的雙層結(jié)構(gòu)，電阻19的阻值由Rt表示，其具有超導(dǎo)態(tài)、常導(dǎo)態(tài)和中間躍遷態(tài)，狀態(tài)由溫度Tt決定，它們之間的關(guān)系由附圖11中的阻值-溫度(R-T)曲線表示，該電阻在等于或低于溫度Tc時變成超導(dǎo)態(tài)，阻值變?yōu)?。
超導(dǎo)躍遷邊界傳感器設(shè)置于冷卻頭40上，冷卻頭將溫度下降到溫度Tb(＜Tc)時，電阻轉(zhuǎn)為超導(dǎo)態(tài)。電源產(chǎn)生的熱量(焦耳熱)提供給電阻19，以在中間躍遷態(tài)時保持電阻的溫度。如果X射線輻射到處于工作點OP(工作溫度To)的電阻上，溫度Tt上升，阻值Rt改變，外部驅(qū)動電路3讀出阻值的變化，這樣獲得入射輻射線的能量。
電阻上的熱量擴(kuò)散由位置決定，因此根據(jù)輻射線的輻射位置，獲得的電信號波形不同。通常在輻射線探測器中，通過輻射線的脈沖波形峰值獲得能量，因此，固定輻射位置或者在各輻射位置使熱擴(kuò)散過程相同是必須的。例如，在電阻中心的熱擴(kuò)散與在電阻邊緣的熱擴(kuò)散之間完全不同，從而探測到不同的波形。
由于輻射線探測器能與準(zhǔn)直儀集成在一起，此外還使用Si和玻璃基片，因此就能將準(zhǔn)直儀的開口與探測區(qū)靠近，開口與探測區(qū)的對準(zhǔn)也更易于實現(xiàn)，開口直徑接近探測區(qū)的尺寸。這樣由準(zhǔn)直儀開口直徑和開口與探測區(qū)之間距離決定的立體角度可以制得更大，從而獲得高探測效率。
由于開口與探測區(qū)對準(zhǔn)的精度提高，輻射線可以精確輻射到探測區(qū)，從而限制獲得信號的變化。除超導(dǎo)躍遷邊界傳感器的低噪聲特性之外，由于由輻射位置引起的探測信號變化得到限制，輻射線探測器具有極高的能量分辨率和SN。
準(zhǔn)直儀13由用作吸熱器的板10支撐，因此準(zhǔn)直儀13吸收的熱量對電阻沒有任何影響，并很快被吸熱器散去。
第六實施例附圖12A和12B示出本發(fā)明第六實施例的輻射線探測器，在本實施例中也使用超導(dǎo)躍遷邊界傳感器作為輻射線探測器。在超導(dǎo)躍遷邊界傳感器中，有時會在電阻19上提供一個吸收器18，用來提高對輻射線能量的吸收概率。附圖12A是由具有吸收器的超導(dǎo)躍遷邊界傳感器構(gòu)成的輻射線探測器的平面圖，附圖12B是其剖面圖。吸收器18的功能是吸收輻射線，將能量轉(zhuǎn)換為熱量，再傳送該熱量給電阻。在這種情況下，吸收器18是探測區(qū)。
雖然吸收概率很小，但是例如，如果輻射的是電阻19的主體，而不是吸收器，則產(chǎn)生不同于由吸收器18吸收的信號的波形。準(zhǔn)直儀用來阻止這些信號。根據(jù)本實施例，可以獲得更高的探測概率，輻射線探測器實現(xiàn)更高的能量分辨率和更高的探測效率。
發(fā)明效果如上所描述的發(fā)明，具有如下所述的效果。
在一個由能/電轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的輻射線探測器中，包括一個形成在板上的輻射線探測器以及用于與外部驅(qū)動電路相連的電極，作為一個屏蔽板具有一個開口用來傳送輻射線輻射到探測區(qū)的準(zhǔn)直儀設(shè)置在同一板上，這樣輻射線探測器與準(zhǔn)直儀集成在一起。另外采用Si和玻璃基片，這樣可以將準(zhǔn)直儀的開口與探測區(qū)靠得更近，開口和探測區(qū)的對準(zhǔn)也變得更容易了，從而使開口直徑更接近探測區(qū)尺寸成為可能，這樣由準(zhǔn)直儀開口直徑和開口與探測區(qū)之間距離決定的立體角度可以制得較大，而獲得高探測效率。
由于開口與探測區(qū)對準(zhǔn)的精度提高，輻射線可以精確輻射到探測區(qū)，這樣使獲得信號中的變化更小，從而得到高度的能量分辨率。
在使用透光材料(例如玻璃或剛玉)作為準(zhǔn)直儀的材料時，利用光學(xué)對準(zhǔn)裝置更大地提高開口與探測區(qū)的對準(zhǔn)精度，從而使輻射線探測器具有更高的能量分辨率和更高的探測效率。
輻射線探測器形成在Si基片上，使用硼硅酸鹽玻璃制作隔離件，使用另一Si基片制作準(zhǔn)直儀，這里通過陽極連接法實現(xiàn)連接。使用陽極連接法的加工方法可以使晶片上的多個元件與同一尺寸晶片上形成的準(zhǔn)直儀之間實現(xiàn)連接，給出了發(fā)展大批量生產(chǎn)的預(yù)想。
此外，在準(zhǔn)直儀上形成一個空腔，以保持板與準(zhǔn)直儀之間為一定距離，這樣不再需要隔離件，使加工更容易。具體而言，將陽極連接法用在Si基片與硼硅酸鹽玻璃基片的層疊連接上變得更容易。因此可以使準(zhǔn)直儀與探測區(qū)之間的距離靠得更近，這樣給出了更大提高探測效率的預(yù)想。
準(zhǔn)直儀為一雙層結(jié)構(gòu)，由兩種對被測輻射線具有不同吸收系數(shù)s的材料組成，其中具有較小吸收系數(shù)的材料固定在板上，用作支撐件，具有較大吸收系數(shù)的材料上形成開口，用來傳送輻射線，從而可以形成一個易于形成開口的耐用的準(zhǔn)直儀。另外，因為準(zhǔn)直儀開口與探測區(qū)之間的對準(zhǔn)是在板與準(zhǔn)直儀連接之后進(jìn)行，因此能提高對準(zhǔn)精度，從而可以獲得更高的能量分辨率和更高的探測效率。
另外，在輻射線探測器與準(zhǔn)直儀連接之后，可以形成與探測區(qū)對準(zhǔn)的開口，這樣使開口與探測區(qū)之間的對準(zhǔn)變得更容易和更精確了。特別地，采用聚焦離子束(FIB)蝕刻法可以不用掩模來形成開口。
能/電轉(zhuǎn)換器是一個設(shè)置在板上的超導(dǎo)躍遷邊界傳感器(TES)，用作吸熱器，吸收輻射線，將輻射線轉(zhuǎn)換成熱量，測量溫度的變化，從中獲取輻射線能量作為電信號。超導(dǎo)躍遷邊界傳感器(TES)與準(zhǔn)直儀集成在一起，這樣可以提高開口與探測區(qū)的對準(zhǔn)精度而使輻射線精確地輻射到探測區(qū)，因而使獲得信號的變化變得更小。除超導(dǎo)躍遷邊界傳感器的低噪聲特性之外，由于由輻射位置引起的探測信號變化得到限制，從而使輻射線探測器具有極高的能量分辨率和SN。
準(zhǔn)直儀15由用作吸熱器的板支撐，這樣由準(zhǔn)直儀15吸收的熱量對電阻沒有任何影響，并很快排到吸熱器。
通過給超導(dǎo)躍遷邊界傳感器(TES)提供一個吸收器，輻射線探測器可以得到高探測概率、高能量分辨率和高探測效率。
由于超導(dǎo)躍遷邊界傳感器(TES)的薄膜結(jié)構(gòu)，機(jī)械性能差，因此在輻射線探測器上設(shè)置準(zhǔn)直儀可以給探測區(qū)提供保護(hù)，這對提高超導(dǎo)躍遷邊界傳感器(TES)的可靠性和可行性特別有效。
權(quán)利要求
1.一種輻射線探測器，其包括一個探測區(qū)，用來探測入射輻射線；一個能/電轉(zhuǎn)換器，用來將輻射線能量轉(zhuǎn)換為一個電信號；形成在一個構(gòu)成能/電轉(zhuǎn)換器的板上的電信號電極，用來連接能/電轉(zhuǎn)換器與外部驅(qū)動電路；具有一個用來傳送輻射線以輻射探測區(qū)的開口的準(zhǔn)直儀，用作屏蔽板以阻止輻射線輻射到探測區(qū)以外的部分區(qū)域，準(zhǔn)直儀集成在構(gòu)成能/電轉(zhuǎn)換器的板上；和一個隔離件，用來保持探測區(qū)與準(zhǔn)直儀之間為一定距離，隔離件集成在構(gòu)成能/電轉(zhuǎn)換器的板上。
2.一種輻射線探測器，其包括一個探測區(qū)，用來探測入射輻射線；一個能/電轉(zhuǎn)換器，用來轉(zhuǎn)換輻射線能量；形成在能/電轉(zhuǎn)換器上的電信號電極，用來連接能/電轉(zhuǎn)換器與外部驅(qū)動電路；具有一個用來傳送輻射線以輻射探測區(qū)的開口的準(zhǔn)直儀，用作屏蔽板以阻止輻射線輻射到探測區(qū)以外的部分，準(zhǔn)直儀上形成一個空腔，用來保持探測區(qū)與準(zhǔn)直儀之間為一定距離，準(zhǔn)直儀集成在構(gòu)成能/電轉(zhuǎn)換器的板上。
3.如權(quán)利要求1所述的輻射線探測器，其特征在于準(zhǔn)直儀的材料是一種主要由玻璃或剛玉制成的透光材料。
4.如權(quán)利要求2所述的輻射線探測器，其特征在于準(zhǔn)直儀的材料是一種主要由玻璃或剛玉制成的透光材料。
5.如權(quán)利要求1所述的輻射線探測器，其特征在于輻射線探測器的制作過程是在一個Si基片上形成能/電轉(zhuǎn)換器，使用硼硅酸鹽玻璃制作隔離件，將Si用作準(zhǔn)直儀，能/電轉(zhuǎn)換器與準(zhǔn)直儀將隔離件夾在中間，給它們施加一溫度和一負(fù)載，通過陽極連接法給Si材料施加一正電壓實現(xiàn)能/電轉(zhuǎn)換器、準(zhǔn)直儀和隔離件之間的連接。
6.如權(quán)利要求2所述的輻射線探測器，其特征在于輻射線探測器的制作過程是在一個Si基片上形成能/電轉(zhuǎn)換器，使用硼硅酸鹽玻璃制作準(zhǔn)直儀，能/電轉(zhuǎn)換器與準(zhǔn)直儀層疊連接，給它們施加一溫度和一負(fù)載，通過陽極連接法給能/電轉(zhuǎn)換器施加一正電壓實現(xiàn)能/電轉(zhuǎn)換器和準(zhǔn)直儀之間的連接。
7.如權(quán)利要求1所述的輻射線探測器，其特征在于準(zhǔn)直儀為一雙層結(jié)構(gòu)，由兩種對被測輻射線具有不同吸收系數(shù)的材料組成，具有較小吸收系數(shù)的材料固定在板上，用作支撐件，具有較大吸收系數(shù)的材料上形成開口，用來傳送輻射線。
8.如權(quán)利要求2所述的輻射線探測器，其特征在于準(zhǔn)直儀為一雙層結(jié)構(gòu)，由兩種對被測輻射線具有不同吸收系數(shù)的材料組成，具有較小吸收系數(shù)的材料固定在板上，用作支撐件，具有較大吸收系數(shù)的材料上形成開口，用來傳送輻射線。
9.如權(quán)利要求7所述的輻射線探測器，其特征在于準(zhǔn)直儀固定在板上，之后通過聚焦離子束(FIB)蝕刻法形成開口。
10.如權(quán)利要求8所述的輻射線探測器，其特征在于準(zhǔn)直儀固定在板上，之后通過聚焦離子束(FIB)蝕刻法形成開口。
11.如權(quán)利要求1所述的輻射線探測器，其特征在于能/電轉(zhuǎn)換器是一個超導(dǎo)躍遷邊界傳感器，用來吸收輻射線，將輻射線轉(zhuǎn)換成熱量，然后通過測量溫度的變化，從中獲取輻射線能量作為電信號，超導(dǎo)躍遷邊界傳感器作為吸熱器形成在板上，并包括一個控制熱量散發(fā)到吸熱器的薄膜結(jié)構(gòu)，一個根據(jù)薄膜上形成的溫度而具有超導(dǎo)態(tài)、常導(dǎo)態(tài)和中間躍遷態(tài)的電阻，和用來連接外部驅(qū)動電路的電極。
12.如權(quán)利要求2所述的輻射線探測器，其特征在于能/電轉(zhuǎn)換器是一個超導(dǎo)躍遷邊界傳感器，用來吸收輻射線，將輻射線轉(zhuǎn)換成熱量，然后通過測量溫度的變化，從中獲取輻射線能量作為電信號，超導(dǎo)躍遷邊界傳感器形成在板上，用作吸熱量接收器，并包括一個控制熱量散發(fā)到吸熱器的薄膜結(jié)構(gòu)，一個根據(jù)薄膜上形成的溫度而具有超導(dǎo)態(tài)、常導(dǎo)態(tài)和中間躍遷態(tài)的電阻，和用來連接外部驅(qū)動電路的電極。
13.如權(quán)利要求11所述的輻射線探測器，其特征在于在電阻上提供一個吸收器。
14.如權(quán)利要求12所述的輻射線探測器，其特征在于在電阻上提供一個吸收器。
全文摘要
本發(fā)明提供一個能夠?qū)μ綔y區(qū)進(jìn)行精確輻射和具有高度探測性能的輻射線探測器。準(zhǔn)直儀具有一個用來傳送輻射線以輻射探測區(qū)的開口，準(zhǔn)直儀用作為屏蔽板用來阻止輻射線輻射到探測區(qū)以外的部分區(qū)域，設(shè)置在構(gòu)成能/電轉(zhuǎn)換器(輻射線探測器)的同一塊板上。這樣構(gòu)造輻射線探測器可使準(zhǔn)直儀開口與探測區(qū)的對準(zhǔn)變得容易，將探測區(qū)與準(zhǔn)直儀開口靠近可以提高探測性能。
文檔編號G01T1/26GK1451952SQ0313079
公開日2003年10月29日 申請日期2003年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月19日
發(fā)明者師岡利光, 田中啟一, 永田篤士, 茅根一夫, 石川達(dá)次 申請人:精工電子有限公司