本申請(qǐng)總地涉及被配置用于電磁輻射感測(cè)的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，并且特別地但不排他地涉及x射線檢測(cè)器結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

本節(jié)說(shuō)明了有用的背景信息，而不承認(rèn)此處所述的任何技術(shù)就代表現(xiàn)有技術(shù)。

圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。它已被廣泛應(yīng)用于各種成像設(shè)備。圖像傳感器的示例包括cmos(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)傳感器和ccd(電荷耦合器件)傳感器。取決于圖像傳感器的特性，傳感器例如可以被配置為在可見(jiàn)光波長(zhǎng)上、在紫外或紅外波長(zhǎng)上、或在x射線波長(zhǎng)上操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的示例的各個(gè)方面。

根據(jù)本發(fā)明的第一示例方面，提供了一種包括傳感器結(jié)構(gòu)的裝置，所述傳感器結(jié)構(gòu)包括：

至少兩個(gè)電磁輻射傳感器單元，傳感器單元包括作為電磁輻射吸收材料的石墨烯；和

至少兩個(gè)傳感器單元之間的電連接，其中，電連接至少部分地由石墨烯制成。

在示例實(shí)施例中，電連接完全由石墨烯制成。

在示例實(shí)施例中，裝置包括由石墨烯制成的多個(gè)電連接和多個(gè)所述傳感器單元。

在示例實(shí)施例中，傳感器單元形成傳感器單元行或傳感器單元陣列。

在示例實(shí)施例中，傳感器單元之間的電連接包括延伸到傳感器單元中的石墨烯層。

在示例實(shí)施例中，所述傳感器單元形成傳感器單元行，并且所述傳感器單元之間的電連接包括延伸穿過(guò)傳感器單元行的傳感器單元的石墨烯層。

在示例實(shí)施例中，傳感器單元形成傳感器單元行，并且傳感器單元之間的電連接包括在傳感器單元行的傳感器單元之上延伸的石墨烯層。

在示例實(shí)施例中，傳感器結(jié)構(gòu)包括延伸穿過(guò)該結(jié)構(gòu)的多個(gè)傳感器單元的石墨烯層。

在示例實(shí)施例中，延伸穿過(guò)該結(jié)構(gòu)的多個(gè)傳感器單元的石墨烯層在傳感器單元之間形成電連接。

在示例實(shí)施例中，傳感器單元包括多個(gè)堆疊的電磁輻射感測(cè)單元，其中，每個(gè)感測(cè)單元包括由石墨烯制成的電磁輻射感測(cè)層。

在示例實(shí)施例中，傳感器單元包括20-40個(gè)所述堆疊的電磁輻射感測(cè)單元，并且其中，每個(gè)感測(cè)單元中的電磁輻射感測(cè)層包括10-30個(gè)石墨烯層。

在示例實(shí)施例中，傳感器單元是x射線傳感器單元。

在示例實(shí)施例中，該裝置是x射線檢測(cè)器。

根據(jù)本發(fā)明的第二示例方面，提供了一種方法，包括：

在包括至少兩個(gè)傳感器單元的傳感器結(jié)構(gòu)的傳感器單元中檢測(cè)電磁輻射，該傳感器單元包括作為電磁輻射吸收材料的石墨烯；和

通過(guò)至少部分由石墨烯制成的電連接遞送去往和來(lái)自傳感器單元的電信號(hào)。

在上文中已經(jīng)說(shuō)明了本發(fā)明的不同的非約束性的示例方面和實(shí)施例。上文中的實(shí)施例僅用于解釋在本發(fā)明的實(shí)施中可使用的所選方面或步驟。一些實(shí)施例可以僅參考本發(fā)明的某些示例方面來(lái)呈現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，相應(yīng)的實(shí)施例也可以應(yīng)用于其他示例方面。

附圖說(shuō)明

為了更全面地了解本發(fā)明的示例實(shí)施例，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖做出的以下描述，其中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的傳感器結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖2a示出根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的傳感器結(jié)構(gòu)的截面圖；

圖2b示出根據(jù)本發(fā)明的另一示例實(shí)施例的傳感器結(jié)構(gòu)的截面圖；

圖3示出示例傳感器單元的俯視圖；

圖4a示出示例傳感器單元的截面圖；

圖4b示出另一示例傳感器單元的截面圖。

圖5a示出示例傳感器單元的俯視圖；

圖5b示出具有行和列電極的示例傳感器單元的俯視圖；

圖5c示出示例傳感器單元的電路圖；

圖6a-圖6d示出具有兩個(gè)傳感器單元的示例傳感器結(jié)構(gòu)的截面圖；

圖7示出圖示根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的方法的流程圖；和

圖8示出圖示根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的制造方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

通過(guò)參考圖1至圖8，可以理解本發(fā)明的示例實(shí)施例及其潛在的優(yōu)點(diǎn)。在本文檔中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分或步驟。

圖像傳感器通常包括像素網(wǎng)格。每個(gè)像素的面積通常從1μm×1μm(一平方微米)至100μm×100μm。傳感器單元覆蓋一個(gè)像素的區(qū)域，并且將傳感器單元組合成單元陣列以形成傳感器。也可以使用單行的傳感器單元。

在x射線成像中，需要可彎曲或可拉伸的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，因?yàn)閷⒁M(jìn)行x射線照射的主體在各種應(yīng)用領(lǐng)域中可以具有各種不同的形式。除了x射線成像之外，可彎曲或可拉伸的結(jié)構(gòu)一般可以適用于電磁輻射檢測(cè)器。在一個(gè)示例實(shí)施例中，去往或來(lái)自諸如x射線檢測(cè)器結(jié)構(gòu)之類的電磁輻射檢測(cè)器結(jié)構(gòu)的傳感器單元的電連接(互連)由石墨烯制成。以這種方式，由于石墨烯是強(qiáng)韌且柔性的材料，因此實(shí)現(xiàn)了柔性或可彎曲或可拉伸的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)。如果檢測(cè)器結(jié)構(gòu)需要可彎曲到小的半徑，則可以使用小的像素尺寸。

例如，本發(fā)明的實(shí)施例可以應(yīng)用于醫(yī)療或安全的x射線攝像機(jī)。

在一個(gè)示例實(shí)施例中，電磁輻射檢測(cè)器結(jié)構(gòu)的傳感器單元也由石墨烯制成，更具體地，傳感器單元包括多層石墨烯結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器單元是由石墨烯制成的x射線傳感器單元。在一個(gè)實(shí)施例中，將通過(guò)薄電介質(zhì)隔開(kāi)的多層石墨烯用作x射線吸收材料。在一個(gè)實(shí)施例中，x射線傳感器單元包括通過(guò)薄電介質(zhì)隔開(kāi)的若干石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管(gfet)層。

在示例實(shí)施例中，傳感器單元包括多個(gè)石墨烯層或多個(gè)石墨烯層堆疊。在下文中，討論了x射線傳感器，但是所公開(kāi)的結(jié)構(gòu)也可以用于其他電磁輻射的檢測(cè)。例如，當(dāng)檢測(cè)到的x射線具有低于1kev的能量時(shí)，200nm厚的石墨烯層吸收入射輻射的足夠大的部分。傳感器單元的每個(gè)石墨烯層的像素漏電極和源電極處于一定距離處，使得當(dāng)熱電子和空穴生成到一些石墨烯層或石墨烯層堆疊中時(shí)，x射線光子被吸收，并且產(chǎn)生出的電子和空穴或者從石墨烯原子中被敲出的電子到達(dá)源電極和漏電極而沒(méi)有顯著的重組。當(dāng)吸收的x射線發(fā)射電子并且使碳原子離子化時(shí)，電子在附近的石墨烯層中被迅速吸收。目標(biāo)x射線能量處的吸收方法是光電吸收、非彈性散射和彈性散射，從而為傳感器結(jié)構(gòu)提供能量。在源電極和漏電極之間施加小的電壓差偏置，該電壓差偏置通過(guò)外部電源電壓而產(chǎn)生，通過(guò)從具有不同功函數(shù)的適當(dāng)材料選擇電極而產(chǎn)生，或者通過(guò)電極附近區(qū)域的化學(xué)摻雜而產(chǎn)生。

在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)用如有源傳感器的類似分層結(jié)構(gòu)組成的柔性箔來(lái)覆蓋傳感器單元的表面，制造出環(huán)境光吸收過(guò)濾器——所謂的x射線窗口，使得x射線窗口可彎曲和柔性但沒(méi)有電極和電子。在替代實(shí)施例中，傳感器結(jié)構(gòu)中包括更多的石墨烯層，并且取決于環(huán)境光條件，傳感器單元外表面附近的石墨烯層不用于信號(hào)檢測(cè)，而僅用作x射線窗口。

在一個(gè)示例實(shí)施例中，使用系統(tǒng)范圍(system-wide)的石墨烯層，使得在傳感器單元之間形成互連的石墨烯層延伸到傳感器單元中。形成互連并延伸到傳感器單元中的石墨烯層可以形成傳感器單元的一部分。例如，行訪問(wèn)電極和/或列訪問(wèn)電極和/或由石墨烯制成的其它電連接延伸穿過(guò)傳感器結(jié)構(gòu)的行或列中的所有像素或傳感器單元。替換地或另外地，電連接可以在像素或傳感器單元上方或下方延伸。

在示例實(shí)施例中，傳感器結(jié)構(gòu)包括從結(jié)構(gòu)的傳感器單元延伸到傳感器單元之間的電連接的石墨烯層。石墨烯層可以延伸穿過(guò)傳感器結(jié)構(gòu)的多個(gè)傳感器單元。這樣的石墨烯層可以在傳感器單元之間形成電連接。

在一個(gè)實(shí)施例中，到傳感器單元的源電極和漏電極的連接被實(shí)施為邊緣接觸，頂部接觸，底部接觸，或者通過(guò)使用這些接觸的任何組合來(lái)實(shí)施。這些連接可用于從石墨烯互連形成到傳感器單元的源電極和漏電極的連接。例如，可以使用石墨烯邊緣連接在傳感器單元電極和石墨烯行和列訪問(wèn)互連條之間創(chuàng)建金屬到石墨烯連接。

在示例實(shí)施例中，傳感器單元的源電極和漏電極由與實(shí)際的傳感器相同的石墨烯層制成。在這種情況下，例如可以使用化學(xué)摻雜使電極功能進(jìn)入石墨烯感測(cè)層。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的傳感器結(jié)構(gòu)100的俯視圖。結(jié)構(gòu)100包括傳感器單元140-144、行訪問(wèn)功能130和列訪問(wèn)功能131、以及可用于遞送去往和來(lái)自傳感器單元140-144的電信號(hào)的電連接或互連153-156。

傳感器單元140-144被配置為感測(cè)特定波長(zhǎng)區(qū)域中的光子。在一個(gè)示例中，傳感器單元140-144被配置為感測(cè)x射線信號(hào)。在另一示例中，傳感器單元140-144被配置為感測(cè)電磁輻射。傳感器單元被排列成陣列，單元140-142形成行1，單元140和143形成列1，單元141和144形成列2，諸如此類。

電連接150-155由石墨烯制成。電連接150-152提供列訪問(wèn)并且可用于從傳感器單元140-144讀取檢測(cè)到的信號(hào)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，列訪問(wèn)連接駐留于傳感器單元140-144的之下或下方，或者在傳感器單元140-144的背面上。電連接153-155提供行訪問(wèn)，并且可用于將例如復(fù)位信號(hào)、行信號(hào)和電源(vdd)信號(hào)遞送到傳感器單元。在示例實(shí)施例中，行訪問(wèn)連接駐留于傳感器單元140-144的頂部上或之中。

必須注意的是，圖1僅示出五個(gè)傳感器單元140-144和相關(guān)聯(lián)的互連。顯然，這只是一個(gè)說(shuō)明性的示例，實(shí)際上可以有更多的單元和互連。至少有兩個(gè)傳感器單元。應(yīng)當(dāng)注意，傳感器單元形成具有行和列的陣列不是強(qiáng)制性的。替代地，其他形式也是可能的。例如，在實(shí)施例中，存在傳感器單元的單行或單列。

圖2a示出根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的傳感器結(jié)構(gòu)的截面圖。該截面圖圖示了示出互連153和傳感器單元140的示例實(shí)施。在該示例中，互連153由兩層石墨烯153-1和153-2形成。

圖2b示出根據(jù)本發(fā)明的另一示例實(shí)施例的傳感器結(jié)構(gòu)的截面圖。該截面圖圖示了示出互連153和傳感器單元140的示例實(shí)施。在該示例實(shí)施中，傳感器單元140由多個(gè)石墨烯層250和石墨烯層250之間的電極251、252形成。電極可由蒸發(fā)金屬、印刷金屬或印刷的氧化石墨烯油墨制成。同樣在該示例中，互連由兩個(gè)石墨烯層153-1和153-2形成。例如，可以將互連的石墨烯層153-1和153-2附接到傳感器單元140的電極251。實(shí)際上，可以通過(guò)控制電子器件(控制電子器件105的示例在圖3中示出)將石墨烯層153-1和153-2附接到傳感器單元140。

注意，圖2a和圖2b是可能不能反映精確的實(shí)施細(xì)節(jié)的示意圖示。在各種實(shí)施例中，互連153可以在傳感器單元頂部上、穿過(guò)傳感器單元或在傳感器單元下方連接到傳感器單元140。在示例實(shí)施中，在傳感器140的頂部或者從傳感器單元140的正面進(jìn)行行訪問(wèn)連接，而在傳感器單元140的下方或者從傳感器單元140的背面進(jìn)行列訪問(wèn)連接。連接的確切位置可以影響傳感器結(jié)構(gòu)的整體柔韌性或彎曲性。

必須注意的是，圖2a和圖2b僅示出作為說(shuō)明性示例的兩層石墨烯互連。實(shí)際上可能有更多層或只有一層。

在下面的示例中，討論了由多個(gè)石墨烯層形成的x射線傳感器單元。然而，所公開(kāi)的結(jié)構(gòu)也可以用于其他電磁輻射的檢測(cè)。

圖3示出示例傳感器單元的俯視圖。在示例實(shí)施例中，傳感器單元覆蓋一個(gè)像素的區(qū)域。在所示的示例中，在傳感器中沿垂直方向重復(fù)檢測(cè)結(jié)構(gòu)和放大器層的序列，從而最終可以檢測(cè)(或獲得)進(jìn)入的x射線輻射(或其他電磁輻射)的足夠大的部分。這將結(jié)合圖4a和圖4b進(jìn)行更詳細(xì)地描述。在圖3中示出具有前置放大器的第一或最高檢測(cè)結(jié)構(gòu)。檢測(cè)結(jié)構(gòu)的源電極和漏電極106和107駐留于石墨烯的光子感測(cè)層之上(在圖4中更清楚地示出)。源電極和漏電極106和107具有指狀物幾何形狀。電極的指狀物形成交錯(cuò)圖案。附圖標(biāo)記1061示出源電極106的指狀物之一，附圖標(biāo)記1071示出漏電極107的指狀物之一。源電極106和漏電極107可以由金屬制成。它們收集光子感測(cè)層中通過(guò)光子生成的空穴和電子。

檢測(cè)結(jié)構(gòu)的源電極106和漏電極107充當(dāng)檢測(cè)結(jié)構(gòu)上方的放大器層中的基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fet)的柵極。因此，石墨烯fet用作放大由檢測(cè)結(jié)構(gòu)生成的光電流的檢測(cè)結(jié)構(gòu)的前置放大器。石墨烯fet放大器溝道104可以由石墨烯納米帶來(lái)實(shí)施，由此石墨烯fet(gfet)形成石墨烯納米帶場(chǎng)效應(yīng)晶體管(gnr-fet)。石墨烯納米帶可以由石墨烯的單層或雙層組成。

在示例實(shí)施例中，放大器層附加地包括復(fù)位晶體管108。在示例實(shí)施例中，復(fù)位晶體管108也由石墨烯制成。復(fù)位晶體管的邏輯操作可以對(duì)應(yīng)于常規(guī)的復(fù)位晶體管。它用作配置為在需要時(shí)去除生成的電荷的開(kāi)關(guān)。這里生成的電荷例如是指由泄漏電流和/或由來(lái)自檢測(cè)器的源電極106和漏電極107的較早的光電流生成的電荷。復(fù)位晶體管108和石墨烯fet溝道104被連接到控制電子器件105。控制電子器件105可以駐留在像素的一側(cè)或多側(cè)處。

第二放大器溝道103和第二復(fù)位晶體管109的功能類似于溝道104和復(fù)位晶體管108，并且類似地被連接到控制電子器件105。然后，放大的信號(hào)可以作為差分信號(hào)被獲得，即，作為放大器溝道103和104的信號(hào)之和。

在替代實(shí)施例中，電極106和107之一(源電極106或漏電極107)被連接到信號(hào)接地。在該示例實(shí)施例中，不需要放大器溝道103和104中的另一個(gè)。

圖3示出在像素的一側(cè)上的行訪問(wèn)電極153。行訪問(wèn)電極通過(guò)控制電子器件105連接到像素，并且可用于選擇性地將來(lái)自像素的放大信號(hào)連接到例如放置在像素下方的列訪問(wèn)電極(列訪問(wèn)電極在圖中未示出)。

圖4a示出根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的圖3的傳感器單元的截面圖。沿著圖3中所示的線a-a截取了橫截面。在頂部上，檢測(cè)器包括實(shí)施第一檢測(cè)結(jié)構(gòu)的第一檢測(cè)層，和在第一檢測(cè)層上方實(shí)現(xiàn)第一前置放大器的第一放大器層。更詳細(xì)地，第一檢測(cè)層包括由石墨烯制成的第一光子感測(cè)層211?？赡艽嬖诒舜硕询B的多于一層或若干層的石墨烯。在示例實(shí)施例中，堆疊中可以存在多達(dá)二十個(gè)石墨烯層。例如，可以有5、10、20或30個(gè)石墨烯層。在第一光子感測(cè)層211的上方，該結(jié)構(gòu)包括第一檢測(cè)結(jié)構(gòu)的源電極106和漏電極107。在源電極106和漏電極107上方并且在第一放大器層的石墨烯fet溝道103和104下方的電介質(zhì)層241將第一檢測(cè)結(jié)構(gòu)與第一放大器層隔開(kāi)。第一檢測(cè)結(jié)構(gòu)的源電極106和漏電極107充當(dāng)?shù)谝粰z測(cè)結(jié)構(gòu)上方的第一放大器層中的石墨烯fet的頂柵。因此，石墨烯fet用作放大由第一檢測(cè)結(jié)構(gòu)生成的光電流的用于第一檢測(cè)結(jié)構(gòu)的前置放大器。

在第一檢測(cè)結(jié)構(gòu)之下，檢測(cè)器包括實(shí)施第二檢測(cè)結(jié)構(gòu)的第二檢測(cè)層以及在第二檢測(cè)層上方實(shí)施第二前置放大器的第二放大器層。第二檢測(cè)層和第二檢測(cè)結(jié)構(gòu)以及第二放大器層和前置放大器在結(jié)構(gòu)和操作上都基本分別對(duì)應(yīng)于第一檢測(cè)層和第一檢測(cè)結(jié)構(gòu)以及第一放大器層和前置放大器。更詳細(xì)地，第二檢測(cè)層包括由石墨烯制成的第二光子感測(cè)層212?？赡艽嬖诒舜硕询B的多于一層或幾層的石墨烯，例如，5、10、20或30層。在第二光子感測(cè)層212上方，該結(jié)構(gòu)包括第二檢測(cè)結(jié)構(gòu)的源電極206和漏電極207。在源電極206和漏電極207之上并且在第二放大器層的石墨烯fet溝道203和204之下的電介質(zhì)層242將第二檢測(cè)結(jié)構(gòu)與第二放大器層隔開(kāi)。第二檢測(cè)結(jié)構(gòu)的源電極206和漏電極207充當(dāng)?shù)诙z測(cè)結(jié)構(gòu)上方的第二放大器層中的石墨烯fet的頂柵。因此，石墨烯fet用作放大由第二檢測(cè)結(jié)構(gòu)生成的光電流的用于第二檢測(cè)結(jié)構(gòu)的前置放大器。

在第二檢測(cè)結(jié)構(gòu)之下，檢測(cè)器包括實(shí)施第三檢測(cè)結(jié)構(gòu)的第三檢測(cè)層和在第三檢測(cè)層上方實(shí)施第三前置放大器的第三放大器層。第三檢測(cè)層和第三檢測(cè)結(jié)構(gòu)以及第三放大器層和前置放大器在結(jié)構(gòu)和操作中都基本分別對(duì)應(yīng)于第一和第二檢測(cè)層和檢測(cè)結(jié)構(gòu)以及第一和第二放大器層和前置放大器。更詳細(xì)地，第三檢測(cè)層包括由石墨烯制成的第三光子感測(cè)層213。可能存在彼此堆疊的多于一層或幾層石墨烯，例如，5、10、20或30層。在第三光子感測(cè)層213之上，該結(jié)構(gòu)包括第三檢測(cè)結(jié)構(gòu)的源電極306和漏電極307。在源電極306和漏電極307之上并且在第三放大器層的石墨烯fet溝道303和304之下的電介質(zhì)層243將第三檢測(cè)結(jié)構(gòu)與第三放大器層隔開(kāi)。第三檢測(cè)結(jié)構(gòu)的源電極306和漏電極307用作第三檢測(cè)結(jié)構(gòu)上方的第三放大器層中的石墨烯fet的頂柵。因此，石墨烯fet用作放大由第三檢測(cè)結(jié)構(gòu)生成的光電流的用于第三檢測(cè)結(jié)構(gòu)的前置放大器。

圖4b示出根據(jù)本發(fā)明的另一示例實(shí)施例的傳感器單元的截面圖。在該實(shí)施例中，通過(guò)傳感器層的化學(xué)摻雜來(lái)制備傳感器單元的電極。通過(guò)使用這種結(jié)構(gòu)，可以消除傳感器和電極之間的可能接觸問(wèn)題。

圖4b的傳感器單元包括以與圖4a中所示相似的方式彼此堆疊的三個(gè)檢測(cè)結(jié)構(gòu)。最上面或第一個(gè)檢測(cè)結(jié)構(gòu)包括位于電介質(zhì)層241頂部的放大器層的石墨烯fet溝道103和104。在介質(zhì)層241下方存在由石墨烯制成的光子感測(cè)層211，并且源電極106和漏電極107形成在感測(cè)層211中。

在第一檢測(cè)結(jié)構(gòu)下面的第二檢測(cè)結(jié)構(gòu)包括在電介質(zhì)層242的頂部上的放大器層的石墨烯fet溝道203和204。在電介質(zhì)層242的下方存在由石墨烯制成的光子感測(cè)層212以及形成在感測(cè)層212中的源電極206和漏電極207。

在第二檢測(cè)結(jié)構(gòu)下面的第三檢測(cè)結(jié)構(gòu)包括在電介質(zhì)層243頂部的放大器層的石墨烯fet溝道303和304。在電介質(zhì)層243的下方存在由石墨烯制成的光子感測(cè)層213以及形成在感測(cè)層213中的源電極306和漏電極307。

感測(cè)層211、212和213可以包括多個(gè)石墨烯層?？赡苡欣?、10、20或30個(gè)石墨烯層。

除了圖4a和圖4b所示的層之外，實(shí)施例的傳感器單元可以包括在檢測(cè)結(jié)構(gòu)之間(例如在感測(cè)層211與下方放大器層的石墨烯fet溝道203和204之間)的過(guò)濾器層。過(guò)濾器層可以是例如x射線過(guò)濾器。應(yīng)注意，過(guò)濾器層不是強(qiáng)制性的。

在一個(gè)實(shí)施例中，使用由多層石墨烯制成的x射線傳感器單元，使得若干x射線光子的總能量相加在一起以形成與攝影應(yīng)用類似的信號(hào)。

圖4a和圖4b示出彼此堆疊的三個(gè)檢測(cè)結(jié)構(gòu)或檢測(cè)單元，但是應(yīng)當(dāng)理解，這僅是說(shuō)明性示例，并且檢測(cè)單元的數(shù)量不限于該示例。在示例實(shí)施例中，存在20-40個(gè)檢測(cè)單元。替換地，可以有2-20或40-60個(gè)檢測(cè)單元。如果每個(gè)檢測(cè)單元包括20個(gè)石墨烯層，并且存在20-40個(gè)檢測(cè)單元，則可以存在總共200-400個(gè)石墨烯層來(lái)吸收電磁輻射，例如x射線。

圖5a示出示例傳感器單元的俯視圖。傳感器單元包括在單元的一個(gè)邊緣上(在所示示例中的頂部或上部邊緣)的前置放大器507、源電極106和漏電極107以及石墨烯感測(cè)層211。源電極106和漏電極107具有指狀物幾何形狀。電極的指狀物形成交錯(cuò)圖案。

注意，圖5a示出一種可能的布局，但是其他替代方案也是可能的。例如，前置放大器507可以放置在單元的右側(cè)或左側(cè)，如圖3所示。此外，源電極和漏電極也可以具有不同的幾何形狀。

圖5b示出具有行電極153和列電極150的示例傳感器單元的俯視圖。圖5b的傳感器單元類似于圖5a的傳感器單元。圖5b示出在傳感器單元的頂部或正面上的行訪問(wèn)電極153以及在傳感器單元下方或背面上的列訪問(wèn)電極150。在傳感器結(jié)構(gòu)中，行訪問(wèn)電極153可以延伸穿過(guò)一行中的所有像素，而列訪問(wèn)電極150可以延伸穿過(guò)一列中的所有像素。

圖5c示出示例傳感器單元的電路圖。該圖包括復(fù)位晶體管mrst、讀出晶體管msf和選擇晶體管msel，和表示具有源電極和漏電極的傳感器的二極管522，以及行電極153和列電極150。

行訪問(wèn)電極，例如傳感器層頂部上的圖5b的行訪問(wèn)電極153被連接到選擇晶體管msel柵極。傳感器的源電極和漏電極，例如，圖5a和圖5b的源電極106和漏電極107被連接到前置放大器，前置放大器在行訪問(wèn)電極153的控制下將放大的信號(hào)連接到列電極150。

圖6a-圖6d示出具有兩個(gè)傳感器單元140和141(例如圖1的對(duì)應(yīng)單元)的示例傳感器結(jié)構(gòu)的截面圖。為了說(shuō)明的目的，示出兩個(gè)傳感器單元，但是顯然可以存在任何適當(dāng)數(shù)量的單元。例如，傳感器單元可以是圖5a的傳感器單元。傳感器單元140和141的結(jié)構(gòu)相同。

圖6a示出例如包括圖5a的傳感器單元的傳感器結(jié)構(gòu)的前置放大器區(qū)域處的截面圖。可以認(rèn)為沿著圖6a所示的線b-b截取橫截面。在頂部上，所示結(jié)構(gòu)包括行訪問(wèn)電極153。行訪問(wèn)電極153可延伸穿過(guò)一行中的所有傳感器單元。在行訪問(wèn)電極下方存在隔離電介質(zhì)層601。隔離電介質(zhì)層601可以延伸穿過(guò)一行中的所有傳感器單元或者穿過(guò)傳感器陣列或其它傳感器結(jié)構(gòu)中的所有傳感器單元。在隔離電介質(zhì)層601的下方存在放大器層602和605。放大器層不一定在傳感器單元140和141的外部延伸。放大器層602包括源電極106和漏電極107。在放大器層602和605下方存在形成到隔離電介質(zhì)層中的隔離層610和列訪問(wèn)電極150。隔離電介質(zhì)層610可以延伸穿過(guò)一行中的所有傳感器單元，或者穿過(guò)傳感器陣列或其它傳感器結(jié)構(gòu)中的所有傳感器單元。列訪問(wèn)電極150可延伸穿過(guò)一列中的所有傳感器單元。

源電極106和漏電極107下方的灰色區(qū)域604圖示了可用于在放大器區(qū)域與源電極106和漏電極107之間創(chuàng)建接觸的頂部/底部接觸區(qū)域。

圖6b示出在例如包括圖5a的傳感器單元的傳感器結(jié)構(gòu)的前置放大器區(qū)域處的截面圖?？梢哉J(rèn)為沿著圖5a所示的線b-b截取橫截面。在頂部上，所示結(jié)構(gòu)包括行訪問(wèn)電極153。行訪問(wèn)電極153可延伸穿過(guò)一行中的所有傳感器單元。在行訪問(wèn)電極下方存在隔離電介質(zhì)層601。隔離電介質(zhì)層601可以延伸穿過(guò)一行中的所有傳感器單元，或者穿過(guò)傳感器陣列或其它傳感器結(jié)構(gòu)中的所有傳感器單元。在隔離電介質(zhì)層601的下方存在放大器層602和605。放大器層不一定在傳感器單元140和141的外部延伸。放大器層602包括源電極106和漏電極107。在放大器層602和605下方存在形成到隔離電介質(zhì)層中的隔離層610和列訪問(wèn)電極150。隔離電介質(zhì)層610可以延伸穿過(guò)一行中的所有傳感器單元或者穿過(guò)傳感器陣列或其它傳感器結(jié)構(gòu)中的所有傳感器單元。列訪問(wèn)電極150可延伸穿過(guò)一列中的所有傳感器單元。

源電極106和漏電極107旁邊的灰色區(qū)域603圖示了可用于在放大器區(qū)域與源電極106和漏電極107之間創(chuàng)建接觸的邊緣接觸區(qū)域。在該示例中，傳感器的源電極和漏電極不一定要延伸到放大器區(qū)域。由于在放大器區(qū)域與源電極106和漏電極107之間使用邊緣接觸，因此不需要將電極延伸到放大器區(qū)域以提供接觸。

必須注意的是，為了說(shuō)明的目的，圖6a和圖6b示出示例接觸區(qū)域603和604。在替代實(shí)施例中，可以使用這兩者，和/或也可以使用其他接觸區(qū)域。

圖6c示出例如包括圖5a的傳感器單元的傳感器結(jié)構(gòu)的傳感器區(qū)域處的截面圖。可以認(rèn)為沿著圖5a所示的線c-c截取橫截面。在頂部上，所示的結(jié)構(gòu)包括隔離電介質(zhì)層601，隔離電介質(zhì)層601可以是與圖6a和圖6b中所示相同的隔離電介質(zhì)層。隔離電介質(zhì)層601可以延伸穿過(guò)一行中的所有傳感器單元，或者穿過(guò)傳感器陣列或其它傳感器結(jié)構(gòu)中的所有傳感器單元。在隔離電介質(zhì)層601的下方存在電介質(zhì)層608，電介質(zhì)層608包含形成在其中的源電極106和漏電極107。電介質(zhì)層608不一定在傳感器單元140和141的外部延伸。在電介質(zhì)層608下面存在感測(cè)層609。感測(cè)層609可以延伸穿過(guò)一行中的所有傳感器單元，或者穿過(guò)傳感器陣列或其他傳感器結(jié)構(gòu)中的所有傳感器單元。在傳感器層609的下方存在形成到隔離電介質(zhì)層中的隔離層610和列訪問(wèn)電極150。隔離電介質(zhì)層610可以延伸穿過(guò)一行中的所有傳感器單元，或者穿過(guò)傳感器陣列或其它傳感器結(jié)構(gòu)中的所有傳感器單元。列訪問(wèn)電極150可延伸穿過(guò)一列中的所有傳感器單元。

源電極106和漏電極107下方的灰色區(qū)域604圖示了可用于在源電極106和漏電極107與感測(cè)層609之間創(chuàng)建接觸的頂部/底部接觸區(qū)域。

圖6d示出例如包括圖5a的傳感器單元的傳感器結(jié)構(gòu)的傳感器區(qū)域處的截面圖?？梢哉J(rèn)為沿著圖5a所示的線c-c截取橫截面。在頂部上，所示的結(jié)構(gòu)包括隔離電介質(zhì)層601，隔離電介質(zhì)層601可以是與圖6a和圖6b中所示相同的隔離電介質(zhì)層。隔離電介質(zhì)層601可以延伸穿過(guò)一行中的所有傳感器單元，或者穿過(guò)傳感器陣列或其它傳感器結(jié)構(gòu)中的所有傳感器單元。在隔離電介質(zhì)層601下方存在電介質(zhì)層608。電介質(zhì)層608不一定在傳感器單元140和141的外部延伸。在電介質(zhì)層608下方存在感測(cè)層609，感測(cè)層609包括形成在其中的源電極106和漏電極107。感測(cè)層609可以延伸穿過(guò)一行中的所有傳感器單元，或者穿過(guò)傳感器陣列或其它傳感器結(jié)構(gòu)中的所有傳感器單元。在傳感器層609的下方存在形成到隔離電介質(zhì)層中的隔離層610和列訪問(wèn)電極150。隔離電介質(zhì)層610可以延伸穿過(guò)一行中的所有傳感器單元，或者穿過(guò)傳感器陣列或其它傳感器結(jié)構(gòu)中的所有傳感器單元。列訪問(wèn)電極150可延伸穿過(guò)一列中的所有傳感器單元。

源電極106和漏電極107旁邊的灰色區(qū)域603圖示了可用于在源電極106和漏電極107與感測(cè)層609之間創(chuàng)建接觸的邊緣接觸區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，源電極106和漏電極107由與通過(guò)化學(xué)摻雜形成的感測(cè)層609相同的石墨烯層形成。

有用的是，認(rèn)識(shí)到在本文檔中使用的術(shù)語(yǔ)裝置有不同的范圍。在一些更寬泛的權(quán)利要求和示例中，該裝置可以僅指在圖1中呈現(xiàn)的特征的子集。

圖7示出圖示根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的方法的流程圖。該方法例如在圖1的傳感器結(jié)構(gòu)100中執(zhí)行。方法在步驟701開(kāi)始。在步驟702中，在由石墨烯制成的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)的傳感器單元中檢測(cè)電磁輻射/光子。在步驟703中，通過(guò)由石墨烯制成的電連接或互連遞送去往和來(lái)自傳感器單元的電信號(hào)。例如，電信號(hào)可以包括被傳遞到傳感器單元的復(fù)位信號(hào)、行信號(hào)和電源(vdd)信號(hào)以及從傳感器單元讀取的檢測(cè)信號(hào)。該方法在步驟704結(jié)束。

圖8是示出圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例實(shí)施例的制造方法的流程圖。該方法被執(zhí)行例如以制作圖1的傳感器結(jié)構(gòu)100。該方法開(kāi)始于步驟801。在步驟802中，為傳感器結(jié)構(gòu)提供由石墨烯制成的傳感器單元。在步驟803中，在傳感器單元之間提供由石墨烯制成的電連接或互連。在一個(gè)實(shí)施例中，將互連分別制造成延伸穿過(guò)傳感器結(jié)構(gòu)的行或列中的所有像素。該方法在步驟804結(jié)束。

不以任何方式限制下面出現(xiàn)的權(quán)利要求的范圍、解釋或應(yīng)用，本文公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施例的技術(shù)效果是新的x射線檢測(cè)器結(jié)構(gòu)(或更一般來(lái)說(shuō)是新的電磁輻射檢測(cè)器結(jié)構(gòu))。本文公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施例的另一技術(shù)效果是柔韌的或可彎曲的或可拉伸的傳感器結(jié)構(gòu)。石墨烯是非常堅(jiān)固和柔韌的材料，并且通過(guò)使用石墨烯互連可以獲得柔韌和堅(jiān)固的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)。通過(guò)使用由多層石墨烯制成的傳感器單元，可以進(jìn)一步改善檢測(cè)器結(jié)構(gòu)的特性，例如柔韌性。本發(fā)明的各種實(shí)施例允許使用系統(tǒng)范圍的石墨烯層。這可以進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的柔韌性或彎曲性。本文公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施例的另一個(gè)技術(shù)效果是可以獲得柔韌或可彎曲的傳感器結(jié)構(gòu)，而不需要使用在柔韌或可彎曲或可拉伸組件中通常需要的加強(qiáng)件，以避免柔性/可彎曲/可拉伸的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和較少的剛性零件或部件之間的開(kāi)裂或斷開(kāi)。本文公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施例的另一個(gè)技術(shù)效果在于由于gfet的石墨烯溝道用作x射線吸收體和前置放大器而不需要閃爍體。

如果需要，本文討論的不同功能可以以不同的順序執(zhí)行和/或彼此同時(shí)地執(zhí)行。此外，如果需要，前述功能中的一個(gè)或多個(gè)可以是可選的，或者可以被組合。

盡管在獨(dú)立權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的各個(gè)方面，但是本發(fā)明的其它方面包括來(lái)自所描述的實(shí)施例和/或從屬權(quán)利要求的特征與獨(dú)立權(quán)利要求的特征的其它組合，而不僅僅是權(quán)利要求中明確闡述的組合。

這里還要注意的是，盡管前面描述了本發(fā)明的示例實(shí)施例，但是這些描述不應(yīng)被視為限制性的。相反，在不脫離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行若干變化和修改。