專利名稱：輻射探測器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療、工業(yè)、核及其它領(lǐng)域所用的直接轉(zhuǎn)換型輻射探測器件，具體地說，涉及一種抑制因加給輻射靈敏半導(dǎo)體層的偏壓所致蠕緩放電的技術(shù)。
輻射(如X射線)探測器件包括間接轉(zhuǎn)換型的，它先把輻射(如X射線)轉(zhuǎn)換成光，再通過光電轉(zhuǎn)換把光轉(zhuǎn)換成電信號；還包括直接轉(zhuǎn)換型的，它利用輻射靈敏半導(dǎo)體層把射入的輻射直接轉(zhuǎn)換成電信號。后一種直接轉(zhuǎn)換型的器件具有在所述輻射靈敏半導(dǎo)體層前表面上形成的加壓電極，將預(yù)定的偏壓加于其上，還具有在所述輻射靈敏半導(dǎo)體層后表面上形成的載流子收集電極，用于收集因入射輻射所產(chǎn)生的載流子。這些載流子作為輻射檢測信號被取出，從而能夠檢測該輻射。
某些現(xiàn)有的直接轉(zhuǎn)換型輻射探測器件采用厚的非晶形半導(dǎo)體層，如非晶形硒作為輻射靈敏半導(dǎo)體層?？赏ㄟ^真空鍍膜等使非晶形半導(dǎo)體材料受到簡單的處理，形成一個寬的厚層，因而適合于所需較大厚層的二維矩陣結(jié)構(gòu)。
如

圖1所示，一種普通二維矩陣型輻射探測器件包括一個厚的非晶形半導(dǎo)體層1，用于響應(yīng)入射的輻射產(chǎn)生電子-空穴對(載流子)；半導(dǎo)體層1的前表面上形成的加壓電極2，給它加以一定的偏壓；半導(dǎo)體層1的后表面上形成的多個載流子收集電極3，它們排成一個二維矩陣。每個載流子收集電極3接有一個電荷儲存電容器Ca和一個電荷取出開關(guān)元件(如薄膜晶體管)4，它一般是斷開的。電容器Ca中積累的電荷作為入射輻射的結(jié)果，通過接通開關(guān)元件4，使得它作為輻射檢測信號被取出。
具有圖1所示之二維矩陣結(jié)構(gòu)的輻射探測器件可被用于熒光裝置，用以檢測所發(fā)射的X射線圖像。在這種情況下，根據(jù)輻射探測器件輸出的輻射檢測信號得到熒光圖像。
但是，上述這種普通輻射探測器件的缺點在于，加給厚的非晶形半導(dǎo)體層1的偏壓往往會導(dǎo)致蠕緩放電的結(jié)果。如圖1所示，蠕緩放電是由于在接地之前，沿著從加壓電極2的邊緣2a到厚的非晶形半導(dǎo)體層1的邊緣的表面發(fā)生的介電擊穿引起的。
例如，在熒光圖像的情況下，這種蠕緩放電造成輻射檢測信號中的噪聲，從而有損檢測圖像的質(zhì)量。通過降低所述偏壓，可使這種蠕緩放電受到抑制。然而，非晶形半導(dǎo)體材料在載流子傳輸特性方面不如單晶半導(dǎo)體材料，而且不能以低偏壓顯示出足夠的檢測靈敏度。
考慮到上述現(xiàn)有技術(shù)的情況得出本發(fā)明，其目的在于提供一種輻射探測器件，它能抑制因加給輻射靈敏半導(dǎo)體層的偏壓所致的蠕緩放電。
按照本發(fā)明，由一種輻射探測器件實現(xiàn)上述目的，它具有一個輻射靈敏半導(dǎo)體層，用以響應(yīng)入射的輻射產(chǎn)生載流子，即電子-空穴對；一個加壓電極形成于所述半導(dǎo)體層的前表面上，用于接受加給的偏壓；多個載流子收集電極形成于所述半導(dǎo)體層的后表面上；以及連到各載流子收集電極的多個電荷儲存電容器和多個電荷取出開關(guān)元件，各開關(guān)元件一般為斷開的，各電容器中積累的電荷作為入射輻射的結(jié)果，通過接通開關(guān)元件，它作為輻射檢測信號被取出，其中所述輻射靈敏半導(dǎo)體層是厚的非晶形半導(dǎo)體層；一個載流子選擇高阻薄膜形成于所述厚的非晶形半導(dǎo)體層與加壓電極之間，完全覆蓋所述厚的非晶形半導(dǎo)體層的表面；無電極區(qū)在加壓電極的邊緣與厚的非晶形半導(dǎo)體層邊緣之間的厚非晶形半導(dǎo)體層四周。
采用本發(fā)明的器件，當(dāng)把偏壓加給所述非晶形輻射靈敏半導(dǎo)體層的前表面上形成的加壓電極時，發(fā)射擬被檢測的輻射。然后，對應(yīng)于非晶形半導(dǎo)體層內(nèi)入射輻射所產(chǎn)生的載流子的量，電荷積累在與載流子收集電極相連的電荷儲存電容器中。當(dāng)接通電荷取出開關(guān)元件時，已積累的電荷作為輻射檢測信號通過這些開關(guān)元件被取出。
于是，當(dāng)檢測輻射時，載流子選擇高阻薄膜的載流子選擇性地阻擋那些不對輻射檢測產(chǎn)生貢獻而成為暗電流的載流子(電子或空穴)的注入，從而抑制暗電流。那些對輻射的檢測有貢獻的載流子的注入不受阻擋，因而保持各種信號響應(yīng)特性。
非晶形半導(dǎo)體層的表面完全被所述載流子選擇高阻薄膜覆蓋。這種結(jié)構(gòu)避免了由于非晶形半導(dǎo)體層的受潮濕等所致的結(jié)晶，從而避免表面電阻的降低。另外，加壓電極邊緣與非晶形半導(dǎo)體層邊緣之間的整個周圍形成無電極區(qū)。加壓電極被具有較高表面電阻的載流子選擇高阻薄膜所圍繞。由于在加壓電極與接地側(cè)之間提供足夠的表面電壓耐受能力，所以使因所述偏壓所致非晶形輻射靈敏半導(dǎo)體層的蠕緩放電受到抑制。因此，通過加給較高的偏壓得到足夠的檢測靈敏度。
按照本發(fā)明的器件，可按大量的且被排成二維矩陣的方式形成所述載流子收集電極，每個載流子收集電極有一個電荷儲存電容器和一個電荷取出開關(guān)元件，構(gòu)成二維矩陣結(jié)構(gòu)。繼而，每個輻射探測單元都能夠局部地檢測輻射，從而能夠測定輻射強度的二維分布。
載流子選擇高阻薄膜為p型導(dǎo)電膜，將負偏壓加于所述加壓電極。這就避免了那些對輻射檢測沒有貢獻而成為暗電流的電子注入。那些對輻射檢測有貢獻的空穴的注入被允許，從而能夠可靠地檢測輻射。
載流子選擇高阻薄膜為n型導(dǎo)電膜，將正偏壓加于所述加壓電極，n型載流子選擇高阻薄膜防止那些對輻射檢測沒有貢獻而成為暗電流的空穴注入，而允許那些對輻射檢測有貢獻的電子的注入。從而能夠可靠地檢測輻射。
進而，無電極區(qū)的寬度最好在Bmm到3Bmm范圍，B是偏壓的絕對值按千伏(kV)表示時的數(shù)值。隨著將無電極區(qū)的寬度設(shè)定在上述最佳范圍，得到足夠的表面電壓耐受能力，以可靠地阻止因偏置電流所致的蠕緩放電。上述范圍實質(zhì)上并不減小所述非晶形半導(dǎo)體層的靈敏區(qū)域(即檢測范圍的大小)。因此，使因偏置電壓所致的蠕緩放電受到抑制，同時，使得充分利用適于實現(xiàn)擴大范圍的非晶形半導(dǎo)體層。
按照本發(fā)明的器件，所述厚的非晶形半導(dǎo)體層的厚度最好在0.5mm到1mm范圍。隨著非晶形半導(dǎo)體層的厚度設(shè)定在上述優(yōu)選范圍，輻射被該半導(dǎo)體層充分吸收，而沒有透過的。所述非晶形半導(dǎo)體層最好由非晶形硒(a-Se)制成。這種厚的非晶形硒層特別適于實現(xiàn)擴大的探測范圍。
所述載流子選擇高阻薄膜的表面電阻至少為108Ω/□。隨著載流子選擇高阻薄膜的表面電阻設(shè)定在上述優(yōu)選范圍，蠕緩放電受到這一高表面電阻的抑制。
所述載流子選擇高阻薄膜的厚度最好在0.01μm到10μm范圍。隨著載流子選擇高阻薄膜的厚度設(shè)定在上述優(yōu)選范圍，不需要的載流子注入受到抑制，同時充分允許所需要的載流子的注入。
為了說明本發(fā)明，附圖表示幾種目前為優(yōu)選的形式，不過應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于所表示的這種陳規(guī)的結(jié)構(gòu)。
圖1是表示普通輻射探測器件主要部分的截面示意圖；圖2是表示本發(fā)明第一實施例輻射探測器的截面示意圖；圖3是第一實施例輻射探測器的平面視圖；圖4是表示第一實施例中輻射探測單元的檢測操作的說明性示意圖；圖5是表示第一實施例整個器件的方框圖；圖6是表示測試用輻射探測器件的檢測輸出變化與時間關(guān)系的曲線；圖7是表示比較用輻射探測器件的檢測輸出變化與時間關(guān)系的曲線；圖8是表示本發(fā)明第二實施例中輻射探測器的截面示意圖；圖9是第二實施例輻射探測器的平面視圖；圖10是表示第二實施例中輻射探測單元的檢測操作的說明性示意圖。
以下將參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖2是表示按照第一實施例輻射探測器件的輻射探測器的截面示意圖。圖3是第一實施例輻射探測器的平面視圖。圖4是表示第一實施例中輻射探測單元的檢測操作的說明性示意圖。圖5是表示第一實施例整個器件的方框圖。
如圖2所示，按照第一實施例的輻射檢測器件包括一個輻射探測器，它有一個厚的輻射靈敏非晶形半導(dǎo)體層1，用以響應(yīng)入射的輻射(如X射線)產(chǎn)生載流子；加壓電極2被置于半導(dǎo)體層1的前表面，即輻射入射側(cè)上的加壓電極2；多個載流子收集電極3排列在半導(dǎo)體層1的后表面，即沒有輻射入射的一側(cè)(與輻射入射側(cè)相對的一側(cè))，電荷儲存電容器Ca用以儲存由所述電荷收集電極3收集的電荷，薄膜晶體管(TFT)作為開關(guān)元件4一般是被斷開的(不導(dǎo)通)，用于取出電容器Ca中儲存的電荷。第一實施例的器件還包括偏壓源(電源)Ve，用于把一個負偏壓-VA加給加壓電極2。通過把偏壓加給加壓電極2，使得由入射的輻射產(chǎn)生的載流子從載流子收集電極3傳送給電容器Ca，積累在那里。取出時，開關(guān)元件4被接通(導(dǎo)通)，從而使所述電荷被取出，作為輻射檢測信號。以下特別描述每個部件。
第一實施例的器件中厚的非晶形半導(dǎo)體層1是高純非晶形硒(a-Se)層，它具有較高的特定電阻109Ωcm，或者更高(最好為1011Ωcm或更高)，厚度為0.5mm到1mm。厚的非晶形硒層1特別適于實現(xiàn)擴大的探測區(qū)域。非晶形半導(dǎo)體層1最好像0.5mm到1mm那樣厚，因為輻射將穿過薄層，而不會在其中有明顯的吸收。
加壓電極2和載流子收集電極3可由選自Au，Pt，Ni，In等金屬或者ITO制成。當(dāng)然，所述非晶形半導(dǎo)體材料和所述電極并不限于上面引述的材料。
如圖2所示，第一實施例的器件作為它的特點包括在所述非晶形半導(dǎo)體層1與加壓電極2之間形成的p型載流子選擇高阻薄膜1A，以覆蓋所述非晶形半導(dǎo)體層1的整個表面。如圖3所示，無電極區(qū)2A以均勻的寬度d延伸通過加壓電極2的邊緣與非晶形半導(dǎo)體層1的邊緣之間的四周。
P型載流子選擇高阻薄膜1A的表面電阻最好為108Ω/□，或者更大，薄膜厚度0.01μm至10μm(通常為0.1μm量級)。所述薄膜1A可以適當(dāng)?shù)赜蒘b2S3、SbTe、ZnTe、CdTe或AsSe制成，或者可以為有機薄膜。薄膜厚度小于0.01μm，將使得它難于防止不需要的載流子的注入。薄膜厚度超過10μm將導(dǎo)致阻礙所需載流子的注入。最好所述載流子選擇高阻薄膜1A整個覆蓋所述非晶形半導(dǎo)體層1(100％)。不過，為了制造方便等，可以保持較小的半導(dǎo)體層1的邊緣部分不被覆蓋。
按照發(fā)明人通過實驗所做的證實，無電極區(qū)的寬度d最好在Bmm至3Bmm的范圍。在上述范圍內(nèi)，B是由偏壓源Ve所加偏壓的絕對值為以kV(千伏)方式表示時的數(shù)值。例如，在載流子選擇高阻薄膜1A長為500mm、寬為500mm的情況下，通常按-10，000V(=-10kV)加給所述的偏壓。在這種情況下，由于“-10”絕對值是10，所以B為10，于是，無電極區(qū)的寬度在10mm至30mm范圍。
如圖2所示，第一實施例的器件的輻射探測器包括用作為開關(guān)元件4的(FET型)薄膜晶體管和電荷儲存電容器Ca，除非晶形半導(dǎo)體層1和電極2與3外，它們都形成于一個絕緣基板6上。電容器Ca為SiO2等形式。絕緣基板6為玻璃基板等形式。
此外，如圖2和5所示，第一實施例器件的輻射探測器有許多按一個二維矩陣形式排列的載流子收集電極3。每個載流子收集電極3都有一個電荷儲存電容器Ca和一個電荷取出開關(guān)元件4，構(gòu)成一個輻射探測元件DU，作為輻射探測單元。許多這樣的輻射探測單元沿X方向和Y方向排列(如1024×1024)，形成一個二維矩陣結(jié)構(gòu)的平面輻射探測器(面探測器)。
這就是說，加壓電極2整個形成為所有探測單元DU的一個公共電極。載流子收集電極3作為各個探測單元DU的單獨的電極排成一個二維矩陣。每個載流子收集電極3都連接有一個電荷儲存電容器Ca和一個電荷取出開關(guān)元件4。因此，每個輻射探測單元都能局部地探測輻射，從而能夠測量輻射強度的二維分布。
如圖2和5所示，在第一實施例的輻射探測器中，形成各探測單元DU之開關(guān)元件4的薄膜晶體管都有它的漏極，它們連接到沿水平方向(X)排布的傳感線7上，還有連接到沿豎直方向(Y)排布的傳感線8上的柵極。各傳感線7通過一組電荷-電壓轉(zhuǎn)換器(前置放大器組)9連到多路調(diào)制器10。各傳感線8連到門驅(qū)動器11。在電荷-電壓轉(zhuǎn)換器組9中，將有如圖4所示的一個電荷-電壓轉(zhuǎn)換器5連到每條傳感線7上。
在第一實施例的輻射探測器中，為了取出信號，把掃描信號輸入到多路調(diào)制器10和門驅(qū)動器11中。通過沿X及Y方向依序分配給各探測單元DU的地址(如0到1023)識別所述輻射探測器的各探測單元DU。于是，取出的掃描信號用作指示沿X方向或Y方向地址的信號。
響應(yīng)Y方向的掃描信號，柵極末級前置放大器11將一取出電壓加給沿Y方向排布的檢測線8。繼而，按照一列接一列的辦法選擇各探測單元DU。當(dāng)由X方向的掃描信號開關(guān)多路調(diào)制器10時，儲存在被選定列中的各探測單元DU的電容器Ca中的電荷通過電荷-電壓轉(zhuǎn)換器組9和多路調(diào)制器10被依次輸出。
這里的第一實施例的輻射探測器被用作熒光這種的X射線探測器，例如，圖5中的點劃線表示的各探測單元DU的檢測信號作為象素信號依次從多路調(diào)制器10被取出。繼而，圖象處理器DT進行包括噪聲處理在內(nèi)的必要的信號處理，圖象顯示器MT顯示一個二維圖象(熒光圖象)。
于是，可以說第一實施例輻射探測器的檢測信號取出方式完全類似于普通成象裝置，如TV攝像機的所述取出方式。
在第一實施例中，除所述電荷-電壓轉(zhuǎn)換器組9、多路調(diào)制器10和門驅(qū)動器11外，如果需要，所述輻射探測器可包括一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(未示出)，成為一個整體結(jié)構(gòu)。不過，所述電荷-電壓轉(zhuǎn)換器組9、多路調(diào)制器10、門驅(qū)動器11和模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以整個地或者部分地被分開設(shè)置。
在制作第一實施例的輻射探測器時，利用以各種真空沉積法為基礎(chǔ)的薄膜形成技術(shù)或以光刻法為基礎(chǔ)的圖樣形成技術(shù)，依次將開關(guān)元件4的薄膜晶體管、電容器Ca、載流子收集電極3、非晶形半導(dǎo)體層1、載流子選擇高阻薄膜1A及加壓電極2疊置于絕緣基板6的表面上。
接下去將參照圖4描述第一實施例輻射探測器件的輻射檢測操作過程。如圖4所示，對于采用第一實施例的器件的檢測輻射而言，在加給負(-)偏壓(-VA)的同時，發(fā)射要被檢測的輻射。這一偏壓的極性用于在入射的輻射所產(chǎn)生的載流子中間將空穴h移向非晶形半導(dǎo)體層1的前表面上的加壓電極2。
一方面，p型載流子選擇高阻薄膜1A的載流子選擇性阻擋那些對輻射檢測沒有貢獻卻成為暗電流的電子e的注入，從而抑制所述的暗電流。對輻射檢測有貢獻的空穴h的注入不受阻擋，從而保持各種信號響應(yīng)特性。具有較高特定電阻的厚的非晶形半導(dǎo)體層1也抑制因空穴h所致的暗電流，因而將整個暗電流抑制到極低的水平。
另一方面，相應(yīng)于入射的輻射所產(chǎn)生的載流子，通過載流子收集電極3大量注入對輻射檢測有貢獻(而且不引起暗電流)的空穴h，從而給出足夠的檢測靈敏度。隨著空穴h的發(fā)生和注入，電荷積累在與載流子收集電極3相連的電荷儲存電容器Ca中。當(dāng)電荷取出開關(guān)元件4被接通時，已積累的電荷通過該開關(guān)元件4作為輻射檢測信號被取出，再通過電荷-電壓轉(zhuǎn)換器5被轉(zhuǎn)換成電壓信號。
另如圖3所示，第一實施例的輻射探測器件中，非晶形半導(dǎo)體層1的表面完全被載流子選擇高阻薄膜1A所覆蓋。這種結(jié)構(gòu)防止因所述非晶形半導(dǎo)體層1的受潮濕等而結(jié)晶，以避免所述表面電阻的降低。另外，在加壓電極2的邊緣與非晶形半導(dǎo)體層1的邊緣之間的整個四周形成無電極區(qū)2A。加壓電極2為具有較高表面電阻的載流子選擇高阻薄膜1A所圍繞。由于在加壓電極2與接地側(cè)之間提供有足夠的表面電壓耐受能力，就使因偏壓(-VA)所致的蠕緩放電受到抑制。
如上所述，無電極區(qū)的寬度d最好在Bmm和3Bmm范圍內(nèi)。這個范圍實質(zhì)上不消減非晶形半導(dǎo)體層1的靈敏范圍(即檢測區(qū)域的大小)，同時得到表面電壓耐受能力，以可靠地抑制所述蠕緩放電。于是，使因所述偏壓所致的蠕緩放電受到抑制，同時還充分利用適于實現(xiàn)一個擴大范圍的非晶形半導(dǎo)體層1。這就是說，無電極區(qū)的寬度d小于Bmm，就會減小具有較高表面電阻并圍繞加壓電極2的載流子選擇高阻薄膜1A的長度，這將使得難于得到足夠的絕緣電壓的耐受能力。相反，在無電極區(qū)的寬度d限于輻射探測范圍超過3Bmm的情況下，非晶形半導(dǎo)體層1將具有減小了的靈敏區(qū)域(即探測范圍的大小)。
為了證實采用第一實施例的器件使蠕緩放電實際上受到了抑制，構(gòu)造一個類似于第一實施例輻射探測器件的用于實驗?zāi)康牡妮椛涮綔y器件。具體地說，這種實驗的器件是由采用厚度為500μm的a-Se層作為非晶形半導(dǎo)體層1、以厚度在0.1μm量級的Sb2S3薄膜作為載流子選擇高阻薄膜1A、形成于非晶形半導(dǎo)體層1前表面上的加壓電極2、剩余寬度為5mm的無電極區(qū)以及在非晶形半導(dǎo)體層1后表面上形成的載流子收集電極3構(gòu)成的。另外，構(gòu)成一種輻射探測器件用于比較，除了不形成載流子選擇高阻薄膜1A外，它類似于所述實驗用的輻射探測器件。
將1kV的負偏壓加給每個實驗用及比較用的輻射探測器件的加壓電極2，而且在開始加給偏壓之后，持續(xù)輻射(X射線)發(fā)射60秒到120秒的同時，使載流子收集電極3的檢測輸出(電流值)受到測量。圖6表示來自實驗用的輻射探測器件的測量結(jié)果。圖7表示來自比較用的輻射探測器件的測量結(jié)果。接下去，在按1kV的分階提高偏壓的同時，得到類似的測量。采用超過6kV的偏壓對實驗用輻射探測器件，而采用超過5kV的偏壓對比較用輻射探測器件實行這種測量。
如圖6所示，采用實驗用輻射探測器件，當(dāng)加給-6kV的偏壓時，對第一段時間，蠕緩放電表現(xiàn)為成簇形的脈沖電流。如圖7所示，采用比較用輻射探測器件，當(dāng)加給-3kV的偏壓時，蠕緩放電作為尖銳的簇形脈沖電流，頻繁地出現(xiàn)。
這些結(jié)果表示，作為第一實施例的輻射探測器件，可以通過以載流子選擇高阻薄膜1A覆蓋非晶形半導(dǎo)體層1而使蠕緩放電被充分地抑制。
圖6中采用5kV的偏壓也未出現(xiàn)蠕緩放電。將能看到，在偏壓絕對值為BkV(如5kV)的情況下，通過將無電極區(qū)的寬度d設(shè)定為Bmm(如5mm)或更大，能使蠕緩放電可靠地受到抑制。另外，即使采用在無輻射的時間提高偏壓，檢測輸出也接近0，這清楚地表明暗電流明顯受到抑制。檢測輸出按與偏壓對應(yīng)的關(guān)系增加，這表明通過加以較高的偏壓，得到明顯的檢測靈敏度。第二實施例圖8是表示第二實施例輻射探測器件的輻射探測器的截面示意圖。圖9是第二實施例輻射探測器的平面視圖。圖10是表示第二實施例中輻射探測單元的檢測操作的說明性示意圖。
如圖8至10所示，第二實施例的輻射探測器件在非晶形半導(dǎo)體層1與加壓電極2之間包括一個n型載流子選擇高阻薄膜1B，這是與第一實施例中的p型相反的導(dǎo)電類型。如圖8所示，將一正偏壓VA加給加壓電極2。其它方面本實施例的器件與第一實施例的器件相同。下面將只描述不同的方面。n型載流子選擇高阻薄膜1B的表面電阻(片電阻)最好為108Ω/□，或者更大，薄膜厚度0.01μm至10μm(通常為0.1μm量級)。所述薄膜1B可以適當(dāng)?shù)赜蒀dS或CeO2制成。
為了以第二實施例的器件檢測輻射，有如圖10所示那樣，在加給正(+)偏壓(+VA)的同時發(fā)射擬探測的輻射。這一偏壓的極性用于在入射的輻射所產(chǎn)生的載流子中間將電子e移向非晶形半導(dǎo)體層1的前表面上的加壓電極2。
一方面n型載流子選擇高阻薄膜1A的載流子選擇能力阻擋那些對輻射檢測沒有貢獻卻成為暗電流的空穴h的注入，從而抑制所述暗電流。對輻射檢測有貢獻的電子e的注入不受阻擋，從而保持各種信號響應(yīng)特性。具有較高特定電阻的厚的非晶形半導(dǎo)體層1也抑制因電子e所致的暗電流，因而將整個暗電流抑制到極低的水平。
另一方面，相應(yīng)于入射的輻射所產(chǎn)生的載流子，通過載流子收集電極3大量注入對輻射檢測有貢獻(而且不引起暗電流)的電子e，從而給出足夠的檢測靈敏度。隨著電子e的發(fā)生和注入，電荷積累在與載流子收集電極3相連的電荷儲存電容器Ca中。當(dāng)電荷取出開關(guān)元件4被接通時，已積累的電荷通過該開關(guān)元件4作為輻射檢測信號被取出，再通過電荷-電壓轉(zhuǎn)換器5被轉(zhuǎn)換成電壓信號。
另如圖9所示，第二實施例的輻射探測器件中，非晶形半導(dǎo)體層1的表面完全被載流子選擇高阻薄膜1B所覆蓋。這種結(jié)構(gòu)防止因所述非晶形半導(dǎo)體層1的受潮濕等而結(jié)晶，以避免所述表面電阻的降低。另外，在加壓電極2的邊緣與非晶形半導(dǎo)體層1的邊緣之間的整個四周形成無電極區(qū)2A。加壓電極2為具有較高表面電阻的載流子選擇高阻薄膜1B所圍繞。由于在加壓電極2與接地側(cè)之間提供有足夠的表面電壓耐受能力，就使因偏壓(VA)所致的蠕緩放電受到抑制。
本發(fā)明并不限于上述實施例，而可有如下之改型(1)在前述各實施例中，厚的非晶形半導(dǎo)體層為一厚的高純a-Se層。本發(fā)明的所述厚的非晶形半導(dǎo)體層可以是具有抑制結(jié)晶作用的摻雜As或Te的厚a-Se層，或者可為Se混合物的厚的非晶形半導(dǎo)體層。
(2)在前述各實施例中，Sb2S3、SbTe、ZnTe、CdTe或AsSe被引用作為用以形成p型載流子選擇高阻薄膜1A材料的實例，而CdS或CeO2是作為形成n型載流子選擇高阻薄膜1B材料的實例。上述各實施例并非限制性的，因為這些高阻薄膜與形成方法有關(guān)常變?yōu)橄喾磳?dǎo)電類型。例如，對于n型載流子選擇高阻薄膜1B，可采用Sb2S3。
(3)在上述各實施例中，所述加壓電極的邊緣與非晶形半導(dǎo)體層的邊緣之間形成的無電極區(qū)的整個周圍均有均勻的寬度。這種無電極區(qū)的寬度無需對整個周圍都相同，而是在一定的位置可以變化的。不過，在這種無電極區(qū)具有變化寬度的區(qū)域處，所述器件作為整體的表面電壓耐受能力由無電極區(qū)的寬度相同位置處的表面電壓耐受能力確定。
(4)前述各實施例已被描述為提供包含許多排成矩陣形式之檢測單元DU的二維陣列結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以改型為一種具有多個檢測單元DU的直線探測器，這些檢測單元只按列或行排列，或者改成具有單個檢測單元DU的結(jié)構(gòu)。
(5)可由本發(fā)明輻射探測器件檢測的輻射并不限于X射線，而可為所有各類輻射。
本發(fā)明可被按其它特定的形式具體實施，而不脫離其精髓或其基本特性，因此，除前述說明書外，還應(yīng)當(dāng)參照所附各權(quán)利要求，確定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1．一種輻射探測器件，具有一個輻射靈敏半導(dǎo)體層，用以響應(yīng)入射的輻射產(chǎn)生載流子，即電子-空穴對；一個加壓電極形成于所述半導(dǎo)體層的前表面上，用于接受所加的偏壓；多個載流子收集電極形成于所述半導(dǎo)體層的后表面上；以及連到各載流子收集電極的多個電荷儲存電容器和多個電荷取出開關(guān)元件，各開關(guān)元件一般為斷開的，各電容器中積累的電荷作為入射輻射的結(jié)果，通過接通開關(guān)元件，它作為輻射檢測信號被取出，其特征在于所述輻射靈敏半導(dǎo)體層是厚的非晶形半導(dǎo)體層；一個載流子選擇高阻薄膜形成于所述厚的非晶形半導(dǎo)體層與加壓電極之間，完全覆蓋所述厚的非晶形半導(dǎo)體層的表面；無電極區(qū)在所述加壓電極的邊緣與厚的非晶形半導(dǎo)體層邊緣之間的所述厚的非晶形半導(dǎo)體層四周。
2．一種如權(quán)利要求1所述的輻射探測器件，其特征在于所述載流子選擇高阻薄膜是p型導(dǎo)電膜，并將負偏壓加到所述加壓電極。
3．一種如權(quán)利要求1所述的輻射探測器件，其特征在于所述載流子選擇高阻薄膜是n型導(dǎo)電膜，并將正偏壓加到所述加壓電極。
4．一種如權(quán)利要求1所述的輻射探測器件，其特征在于所述無電極區(qū)的寬度在Bmm至3Bmm范圍，B是偏壓的絕對值按千伏(kV)表示時的數(shù)值。
5．一種如權(quán)利要求1所述的輻射探測器件，其特征在于按大量的且被排成二維矩陣的方式形成所述載流子收集電極，每個所述載流子收集電極各有所述多個電荷儲存電容器和所述電荷取出開關(guān)元件當(dāng)中的一個，構(gòu)成二維矩陣結(jié)構(gòu)。
6．一種如權(quán)利要求1所述的輻射探測器件，其特征在于所述厚的非晶形半導(dǎo)體層的厚度在0.5mm至1mm范圍。
7．一種如權(quán)利要求1所述的輻射探測器件，其特征在于所述厚的非晶形半導(dǎo)體層由非晶形硒形成。
8．一種如權(quán)利要求1所述的輻射探測器件，其特征在于所述載流子選擇高阻薄膜的表面電阻至少為108Ω/□。
9．一種如權(quán)利要求1所述的輻射探測器件，其特征在于所述載流子選擇高阻薄膜的厚度在0.01μm至10μm范圍。
全文摘要
在厚的非晶形半導(dǎo)體層與加壓電極之間的整個區(qū)域形成載流子選擇高阻薄膜,無電極區(qū)在加壓電極四周。于是,利用載流子選擇高阻薄膜的載流子選擇性,使暗電流受到抑制,而不消弱信號響應(yīng)特性。被載流子選擇高阻薄膜覆蓋的厚的非晶形半導(dǎo)體層保持有效的表面電阻。在加壓電極四周的無電極區(qū)產(chǎn)生足夠的表面電壓耐受能力,抑制因偏壓所致的蠕緩放電。因此,通過給加壓電極加以較高的偏壓而得到充分的檢測靈敏度。
文檔編號H01L27/146GK1286406SQ0012384
公開日2001年3月7日 申請日期2000年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月26日
發(fā)明者佐藤賢治, 佐藤正仁 申請人:株式會社島津制作所, 新電元工業(yè)株式會社, 山梨電子工業(yè)株式會社