本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光電二極管、x射線探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)：

x射線檢測(cè)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、安全、無(wú)損檢測(cè)、科研等領(lǐng)域，在國(guó)計(jì)民生中日益發(fā)揮著重要作用。目前，比較常見(jiàn)的x射線檢測(cè)技術(shù)是20世紀(jì)90年代末出現(xiàn)了x射線數(shù)字照相(digitalradiography，dr)檢測(cè)技術(shù)。x射線數(shù)字照相系統(tǒng)中使用了平板探測(cè)器(flatpaneldetector)，其像元尺寸可小于0.1mm，因而其成像質(zhì)量及分辨率幾乎可與膠片照相媲美，同時(shí)還克服了膠片照相中表現(xiàn)出來(lái)的缺點(diǎn)，也為圖像的計(jì)算機(jī)處理提供了方便。

根據(jù)電子轉(zhuǎn)換模式不同，數(shù)字化x射線照相檢測(cè)可分為直接轉(zhuǎn)換型(directdr)和間接轉(zhuǎn)換型(indirectdr)。直接轉(zhuǎn)化型x射線平板探測(cè)器由射線接收器、命令處理器和電源組成。射線接收器中包含有大面積非晶硒傳感器陣列以及讀出電路等，x射線直接照射在非晶硒傳感器陣列上，通過(guò)非晶硒傳感器陣列將每個(gè)像素的電荷信號(hào)讀出并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并傳送到計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)集成為x射線影像。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問(wèn)題：非晶硒傳感器陣列是直接轉(zhuǎn)化型x射線平板探測(cè)器的關(guān)鍵組成，其限制了可見(jiàn)光的吸收效率，其對(duì)于x射線劑量、x射線成像的分辨率、圖像的響應(yīng)速度等關(guān)鍵指標(biāo)有很大不良影響，現(xiàn)有的直接轉(zhuǎn)化型x射線平板探測(cè)器的暗電流大，開關(guān)比低，器件電信號(hào)噪聲大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的直接轉(zhuǎn)化型x射線平板探測(cè)器的暗電流大，開關(guān)比低，器件電信號(hào)噪聲大的問(wèn)題，提供一種光電二極管、x射線探測(cè)器及其制備方法。

解決本發(fā)明技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種光電二極管，包括：

襯底；

位于襯底之上的第一結(jié)構(gòu)層；

位于第一結(jié)構(gòu)層之上的第二結(jié)構(gòu)層，所述第二結(jié)構(gòu)層具有第一摻雜劑；

位于第二結(jié)構(gòu)層之上的第三結(jié)構(gòu)層；

位于第三結(jié)構(gòu)層上的第四結(jié)構(gòu)層，所述第四結(jié)構(gòu)層具有第二摻雜劑；

一對(duì)電極，其中第一電極與所述第一結(jié)構(gòu)層和第二結(jié)構(gòu)層連接，且第二電極位于第四結(jié)構(gòu)層之上。

優(yōu)選的是，所述第一摻雜劑為n型摻雜劑，所述第二摻雜為p型摻雜劑。

優(yōu)選的是，所述第一結(jié)構(gòu)層、第二結(jié)構(gòu)層、第三結(jié)構(gòu)層、第四結(jié)構(gòu)層的材料包括氮化鎵。

優(yōu)選的是，所述第一結(jié)構(gòu)層的厚度為100-300nm；所述第二結(jié)構(gòu)層的厚度為100-300nm，所述第三結(jié)構(gòu)層的厚度為1000-2000nm，所述第四結(jié)構(gòu)層的厚度為100-300nm。

優(yōu)選的是，所述第一結(jié)構(gòu)層與第二結(jié)構(gòu)層的圖形至襯底的正投影的面積相同，所述第三結(jié)構(gòu)層與第四結(jié)構(gòu)層的圖形至襯底的正投影的面積相同，所述第三結(jié)構(gòu)層的圖形至襯底的正投影小于第二結(jié)構(gòu)層的圖形至襯底的正投影的面積，且落入第二結(jié)構(gòu)層的圖形至襯底的正投影的范圍內(nèi)。

本發(fā)明還公開一種x射線探測(cè)器，包括上述的電二極管；其中，所述襯底上還設(shè)有薄膜晶體管，所述第一電極作為所述薄膜晶體管的源漏極。

本發(fā)明還公開一種光電二極管的制備方法，包括在襯底上依次沉積形成第一結(jié)構(gòu)層，摻雜第一摻雜劑的第二結(jié)構(gòu)層，第三結(jié)構(gòu)層，以及摻雜第二摻雜劑的第四結(jié)構(gòu)層的步驟；

以及形成與所述第一結(jié)構(gòu)層和第二結(jié)構(gòu)層連接的第一電極的步驟，在第四結(jié)構(gòu)層上形成第二電極的步驟。

優(yōu)選的是，還包括形成所述第一結(jié)構(gòu)層，第二結(jié)構(gòu)層，第三結(jié)構(gòu)層，以及第四結(jié)構(gòu)層的圖形的步驟。

本發(fā)明還公開一種x射線探測(cè)器的制備方法，包括以下步驟：

采用上述的方法形成光電二極管；

再在所述襯底上形成薄膜晶體管。

優(yōu)選的是，所述薄膜晶體管包括柵極，其中，所述柵極與所述第二電極同層制備。

本發(fā)明的光電二極管包括多個(gè)結(jié)構(gòu)層，其中在第二結(jié)構(gòu)層與第四結(jié)構(gòu)層分別摻雜不同的摻雜劑，其作用是提高光電二極管的轉(zhuǎn)化效率，降低光電二極管暗電流，提高其開關(guān)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)光電二極管性能的有效控制。本發(fā)明的光電二極管適用于各種x射線探測(cè)器。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1、實(shí)施例2的光電二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的實(shí)施例3的x射線探測(cè)器的結(jié)構(gòu)截面示意圖；

圖3為本發(fā)明的實(shí)施例3的x射線探測(cè)器的結(jié)構(gòu)仰視示意圖；

圖4為本發(fā)明的實(shí)施例4的光電二極管的制備方法流程圖；

其中，附圖標(biāo)記為：100、襯底；11、第一結(jié)構(gòu)層；12、第二結(jié)構(gòu)層；13、第三結(jié)構(gòu)層；14、第四結(jié)構(gòu)層；15、第二電極；16、第一電極；21、有源層；22、柵極絕緣層；23、柵極；24、保護(hù)層；3、光刻膠。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例提供一種光電二極管，如圖1所示，包括襯底100；位于襯底100之上的第一結(jié)構(gòu)層11；位于第一結(jié)構(gòu)層11之上的第二結(jié)構(gòu)層12，所述第二結(jié)構(gòu)層12具有第一摻雜劑；位于第二結(jié)構(gòu)層12之上的第三結(jié)構(gòu)層13；位于第三結(jié)構(gòu)層13上的第四結(jié)構(gòu)層14，所述第四結(jié)構(gòu)層14具有第二摻雜劑；一對(duì)電極，其中第一電極16與所述第一結(jié)構(gòu)層11和第二結(jié)構(gòu)層12連接，第二電極15位于第四結(jié)構(gòu)層14之上。

本實(shí)施例的光電二極管包括多個(gè)結(jié)構(gòu)層，其中在第二結(jié)構(gòu)層12與第四結(jié)構(gòu)層14分別摻雜不同的摻雜劑，其作用是提高光電二極管的轉(zhuǎn)化效率，降低光電二極管暗電流，提高其開關(guān)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)光電二極管性能的有效控制。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例提供一種光電二極管，如圖1所示，包括襯底100；位于襯底100之上的第一結(jié)構(gòu)層11；位于第一結(jié)構(gòu)層11之上的第二結(jié)構(gòu)層12，所述第二結(jié)構(gòu)層12具有第一摻雜劑；位于第二結(jié)構(gòu)層12之上的第三結(jié)構(gòu)層13；位于第三結(jié)構(gòu)層13上的第四結(jié)構(gòu)層14，所述第四結(jié)構(gòu)層14具有第二摻雜劑；一對(duì)電極，其中第一電極16與所述第一結(jié)構(gòu)層11和第二結(jié)構(gòu)層12連接，第二電極15位于第四結(jié)構(gòu)層14之上。其中，一對(duì)電極中的一者為陽(yáng)極，另一者為陰極，電極的極性由向電極所施加的信號(hào)決定。

作為本實(shí)施例中的第一種可選實(shí)施方案，第一電極16作為陽(yáng)極，第二電極15作為陰極，所述第一摻雜劑為n型摻雜劑，所述第二摻雜為p型摻雜劑。或者作為本實(shí)施例中的第二種可選實(shí)施方案，第一電極16作為陰極，第二電極15作為陽(yáng)極，所述第一摻雜劑為p型摻雜劑，所述第二摻雜為n型摻雜劑。也就是說(shuō)，p型摻雜劑所在的結(jié)構(gòu)層與陰極相接觸，n型摻雜劑所在的結(jié)構(gòu)層與陽(yáng)極相接觸。本實(shí)施例以第一種方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

在本公開的實(shí)施例對(duì)應(yīng)的附圖中，顯示了第一結(jié)構(gòu)層11、第二結(jié)構(gòu)層12、第三結(jié)構(gòu)層13、第四結(jié)構(gòu)層14在襯底上的疊層分布關(guān)系。附圖所示各結(jié)構(gòu)層的大小、厚度等僅為示意。在工藝實(shí)現(xiàn)中，各結(jié)構(gòu)層在襯底上的投影面積可以相同，也可以不同，例如可以各結(jié)構(gòu)層在襯底上的投影面積可以是第一結(jié)構(gòu)層>第二結(jié)構(gòu)層>第三結(jié)構(gòu)層>第四結(jié)構(gòu)層，也可以是第一結(jié)構(gòu)層>第二結(jié)構(gòu)層>第三結(jié)構(gòu)層＝第四結(jié)構(gòu)層，也可以是第一結(jié)構(gòu)層＝第二結(jié)構(gòu)層>第三結(jié)構(gòu)層>第四結(jié)構(gòu)層，諸如此類，此處不再列舉，可以通過(guò)mask刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)所需的各結(jié)構(gòu)層投影面積；同時(shí)，附圖所示結(jié)構(gòu)也不限定各結(jié)構(gòu)層的幾何形狀，例如可以是附圖所示的矩形，還可以是梯形，或其它刻蝕所形成的形狀，同樣可通過(guò)mask刻蝕實(shí)現(xiàn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，為了減少mask工藝，所述第一結(jié)構(gòu)層11與第二結(jié)構(gòu)層12的圖形至襯底100的正投影的面積相同，所述第三結(jié)構(gòu)層13與第四結(jié)構(gòu)層14的圖形至襯底100的正投影的面積相同，所述第三結(jié)構(gòu)層13的圖形至襯底100的正投影小于第二結(jié)構(gòu)層12的圖形至襯底100的正投影的面積，且落入第二結(jié)構(gòu)層12的圖形至襯底100的正投影的范圍內(nèi)。

在一個(gè)實(shí)施例中，第二結(jié)構(gòu)層12相較于第三結(jié)構(gòu)層13在襯底100的正投影的面積的面積大，其作用是便于使第二結(jié)構(gòu)層12與陽(yáng)極連接。

優(yōu)選的是，所述第一結(jié)構(gòu)層11的厚度為100-300nm；所述第二結(jié)構(gòu)層12的厚度為100-300nm，所述第三結(jié)構(gòu)層13的厚度為1000-2000nm，所述第四結(jié)構(gòu)層14的厚度為100-300nm。

優(yōu)選的是，所述第一結(jié)構(gòu)層11、第二結(jié)構(gòu)層12、第三結(jié)構(gòu)層13、第四結(jié)構(gòu)層14的材料包括氮化鎵(gan)。

也就是說(shuō)，本實(shí)施例的光電二極管為氮化鎵基pin光電二極管，在第二結(jié)構(gòu)層12與第四結(jié)構(gòu)層14分別摻雜n型摻雜劑、p型摻雜劑，從而提高光電二極管的轉(zhuǎn)化效率，降低光電二極管暗電流，提高其開關(guān)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)光電二極管性能的有效控制。其中，開關(guān)比指的是光電二極管在x射線照射下的電流和暗電流的比值，一般現(xiàn)有技術(shù)中的非晶硒的照射電流為100na，本實(shí)施例的光電二極管的照射電流也為100na，但是本實(shí)施例的光電二極管的暗電流要比現(xiàn)有技術(shù)非晶硒小，所以本實(shí)施例的光電二極管的暗電流開關(guān)比較大。

基于本公開的技術(shù)方案，所述光電二極管暗電流可以降低到不高于1na，例如0.1～1na，所述光電二極管的開關(guān)比得到顯著提高，例如不低于1000。

在本領(lǐng)域，開關(guān)比這個(gè)術(shù)語(yǔ)通常簡(jiǎn)化為用數(shù)量級(jí)表示。例如，現(xiàn)有技術(shù)中非晶硒的光電二極管開關(guān)比一般為2個(gè)數(shù)量級(jí)，即電流和暗電流的比值為100倍或該級(jí)別的水平；以上述表述方式，本實(shí)施例的光電二極管的開關(guān)比為3個(gè)數(shù)量級(jí)。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例提供一種x射線探測(cè)器，如圖2、圖3所示，包括上述實(shí)施例的光電二極管；其中，所述襯底100上還設(shè)有薄膜晶體管，具體的，薄膜晶體管包括有源層21、柵極絕緣層22、柵極23，其中，所述第一電極16作為所述薄膜晶體管的源漏極。

作為本實(shí)施例中的一種優(yōu)選實(shí)施方案，如圖2所示，所述薄膜晶體管為頂柵型薄膜晶體管。

這樣，tft器件中的有源層21受到其上方柵極23金屬的保護(hù)，當(dāng)x射線探測(cè)基板工作時(shí)，不會(huì)有光照射到有源層21，避免了光照對(duì)有源層21性能的影響。具體的，參見(jiàn)圖2，柵極23至襯底的正投影的面積要大于有源層21至襯底的正投影的面積，這樣設(shè)計(jì)的作用是：柵極23可以保護(hù)有源層21不受到x-ray照射。

顯然，上述各實(shí)施例的具體實(shí)施方式還可進(jìn)行許多變化；例如：光電二極管的各結(jié)構(gòu)層的厚度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，具體工藝參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行改變。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例提供一種光電二極管的制備方法，如圖2-4所示，包括以下步驟：

s01a、在襯底100上，優(yōu)選采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀(metal-organicchemicalvapordeposition，mocvd)，依次沉積形成第一結(jié)構(gòu)層11，摻雜第一摻雜劑的第二結(jié)構(gòu)層12，第三結(jié)構(gòu)層13，以及摻雜第二摻雜劑的第四結(jié)構(gòu)層14的步驟；其中，第一結(jié)構(gòu)層11、第二結(jié)構(gòu)層12、第四結(jié)構(gòu)層14的厚度均為100-300nm，第三結(jié)構(gòu)層13的厚度為1000-2000nm。

在該步驟中，使用mocvd技術(shù)制備gan基pin光電二極管，能夠精確控制摻雜濃度，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光電二極管性能的有效控制。

s01b、形成所述第一結(jié)構(gòu)層11，第二結(jié)構(gòu)層12，第三結(jié)構(gòu)層13，以及第四結(jié)構(gòu)層14的圖形，優(yōu)選通過(guò)采用半色調(diào)工藝經(jīng)過(guò)涂光刻膠3、曝光、顯影、后烘形成各層的圖形。

其中，s01b的具體步驟參見(jiàn)圖4，采用bcl3+cl2的氣體組合以及o2為主的灰化氣體相結(jié)合的干法刻蝕技術(shù)一步工藝實(shí)現(xiàn)pin圖形化。采用半色調(diào)(halftone)工藝，單次干刻實(shí)現(xiàn)圖形化，減少一道掩膜，節(jié)約成本。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例提供一種x射線探測(cè)器的制備方法，如圖2-4所示，包括以下步驟：

s01、采用上述的s01a、s01b的方法形成光電二極管；

s02、再在所述襯底100上形成薄膜晶體管。

具體的，s02包括以下步驟：

s02a、在第四結(jié)構(gòu)層14上形成第一電極16(即源漏極)：具體的，沉積材料，例如mo/al/ti/cu/nd/nb，經(jīng)涂膠、曝光、顯影、后烘并刻蝕實(shí)現(xiàn)第一電極16的圖形化。

s02b、沉積有源層21的材料。例如α-si:h/ltps/igzo/itzo/znon，經(jīng)涂膠、曝光、顯影、后烘并刻蝕實(shí)現(xiàn)有源層21的圖形化。

s02c、涂膠、曝光、顯影、后烘并刻蝕實(shí)現(xiàn)柵極絕緣層22的材料，例如sixoy/sixny/sixoynz/alxoy/tixoy，圖形化。

s02d、沉積柵極23金屬層的材料，例如mo/al/ti/cu/nd/nb，經(jīng)涂膠、曝光、顯影、后烘并刻蝕實(shí)現(xiàn)柵極23金屬層以及第二電極15(即陰極)的圖形化。

其中，柵極23金屬層和陰極同時(shí)制備，減少一道掩膜，節(jié)約成本。

s02e、涂覆保護(hù)層24的材料，例如sixoy/sixny/sixoynz/alxoy/tixoy/樹脂等材料，并曝光、顯影、后烘實(shí)現(xiàn)圖形化。

由于光電二極管的制備溫度較高，達(dá)到500℃，因此在此先進(jìn)行光電二極管的制備，再進(jìn)行薄膜晶體管的制備，避免高溫工藝對(duì)薄膜晶體管性能造成不良影響。

可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。