專利名稱：放射線檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在醫(yī)藥、工業(yè)、原子和其它領(lǐng)域中使用的直接轉(zhuǎn)換類型的放射線檢測器，它包括用于在放射線的入射時產(chǎn)生電荷的放射線感應(yīng)半導(dǎo)體。
背景技術(shù)：
非直接轉(zhuǎn)換類型放射線檢測器首先將放射線(例如X射線)轉(zhuǎn)換為光，然后通過光電轉(zhuǎn)換將光轉(zhuǎn)換為電信號。與非直接轉(zhuǎn)換類型明顯不同的是，直接轉(zhuǎn)換類型放射線檢測器利用放射線感應(yīng)半導(dǎo)體將入射放射線(例如X射線)直接轉(zhuǎn)換為電信號。
如圖1所示，直接轉(zhuǎn)換類型放射線檢測器包括有源矩陣襯底51，放射線感應(yīng)半導(dǎo)體52和用于施加偏置電壓的公共電極53。用于施加公共電壓的導(dǎo)線54與公共電極53的表面連接。許多收集電極(未示出)以二維矩陣排列的方式形成在有源矩陣襯底51的表面上，該二維矩陣排列設(shè)置在放射線檢測有效區(qū)域SA內(nèi)。在有源矩陣襯底51的表面上布置有電路(未示出)，用于存儲和和讀取在放射線入射時由各收集電極收集到的電荷。在有源矩陣襯底51的表面上形成收集電極的位置上層疊放射線感應(yīng)半導(dǎo)體52，用于在放射線入射時產(chǎn)生電荷。在放射線感應(yīng)半導(dǎo)體52的前表面上二維地形成用于施加偏置電壓的公共電極53。
在直接轉(zhuǎn)換類型放射線檢測器檢測放射線時，從偏置電壓源經(jīng)過用于提供偏置電壓的導(dǎo)線54向用于施加偏置電壓的公共電極53施加偏置電壓。在施加偏置電壓之后，放射線感應(yīng)半導(dǎo)體52在放射線入射時就會產(chǎn)生電荷。收集電極收集由該半導(dǎo)體52產(chǎn)生的電荷。利用包括電容器、開關(guān)元件和電線的存儲和讀取電路，可以從各收集電極中得到由收集電極收集到的電荷，并將其作為放射線檢測信號。
即，在直接轉(zhuǎn)換類型的放射線檢測器中，二維矩陣排列形式的各收集電極作為對應(yīng)射線照相圖像中的各像素的電極(像素電極)。根據(jù)投射到放射線檢測有效區(qū)域SA的放射線的二維強度分布，所獲得的放射線檢測信號可以用于創(chuàng)建放射線照相圖像。
但是，傳統(tǒng)放射線檢測器的問題在于由于用于提供偏置電壓的導(dǎo)線54與用于施加偏置電壓的公共電極53連接，而導(dǎo)致性能較低。
由于使用例如銅線等硬金屬作為用于偏置電源的導(dǎo)線54，因此當(dāng)導(dǎo)線54與公共電極53連接，會對放射線感應(yīng)半導(dǎo)體52造成損壞，從而導(dǎo)致例如電壓抵抗缺陷等性能降低。特別是當(dāng)半導(dǎo)體52為非晶體硒或非硒多晶半導(dǎo)體例如CdTe、CdZnTe、PbI2、HgI2或TlBr等時，利用真空沉積可以很容易形成大面積和厚度的放射線感應(yīng)半導(dǎo)體，但是這種非晶體硒和非硒多晶半導(dǎo)體由于相對較軟而容易擦傷。即使在放射線感應(yīng)半導(dǎo)體52和公共電極53之間布置了證明暗電流降低效應(yīng)的載流子選擇性中間層時，該載流子選擇性中間層也遠(yuǎn)比半導(dǎo)體52薄，因此當(dāng)導(dǎo)線54與公共電極53連接時，載流子選擇性中間層和半導(dǎo)體52會出現(xiàn)例如電壓抵抗缺陷等性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮到上述技術(shù)狀態(tài)而做出的，它的目的是提供一種放射線檢測器，它可以避免由于用于偏置電壓提供的導(dǎo)線和用于向放射線感應(yīng)半導(dǎo)體施加偏置電壓的公共電極連接而導(dǎo)致的性能降低。
根據(jù)本發(fā)明，利用一種放射線檢測器可以實現(xiàn)上述目的，該放射線檢測器具有用于在放射線入射時產(chǎn)生電荷的放射線感應(yīng)半導(dǎo)體，和在該放射線感應(yīng)半導(dǎo)體的前表面上二維形成的用于施加偏置電壓的公共電極，與該公共電極表面連接的用于提供偏置電壓的導(dǎo)線，該檢測器包括電絕緣緩沖器座，位于放射線感應(yīng)半導(dǎo)體的前表面上，處于放射線檢測有效區(qū)域以外的位置；公共電極用于施加偏置電壓，并覆蓋該緩沖座的至少一部分；其中，用于提供偏置電壓的導(dǎo)線與位于緩沖座上的公共電極的表面部分連接。
當(dāng)本發(fā)明的放射線檢測器檢測到放射線時，偏置電壓經(jīng)過用于提供偏置電壓的導(dǎo)線，施加到公共電極上。利用所施加的偏置電壓，放射線感應(yīng)半導(dǎo)體在所檢測的放射線入射時將產(chǎn)生電荷，并將該電荷作為放射線檢測信號的信號源。
本發(fā)明的放射線檢測器包括位于放射線感應(yīng)半導(dǎo)體的前表面上并處于放射線檢測有效區(qū)域以外的位置的電絕緣緩沖器座。用于施加偏置電壓的公共電極覆蓋該緩沖器做的至少一部分。用于提供偏置電壓的導(dǎo)線與位于緩沖器座上的公共電極的表面部分連接。該緩沖器座降低當(dāng)該導(dǎo)線與公共電極連接時發(fā)生的沖擊。因此，可以保護該放射線感應(yīng)半導(dǎo)體避免可能導(dǎo)致電壓抵抗缺陷的損壞。
該用于防止對放射線感應(yīng)半導(dǎo)體造成損壞的緩沖器座位于放射線檢測有效區(qū)域以外。因此，該緩沖器座不會削弱放射線檢測功能。
在本發(fā)明的一個具體例子中，放射線檢測器還包括有源矩陣襯底，該有源矩陣襯底包括多個收集電極，它們以位于放射線檢測有效區(qū)域內(nèi)的一維或二維排列的方式，形成在有源矩陣襯底的表面上；和位于有源矩陣襯底上的電路，用于存儲和讀取由各收集電極收集到的電荷；放射線感應(yīng)半導(dǎo)體層疊在有源矩陣襯底的、形成有收集電極的表面上。
在這種情況下，利用以位于放射線檢測有效區(qū)域內(nèi)的一維或二維排列的方式而形成在有源矩陣襯底的表面上的各收集電極，可以收集在放射線入射時放射線感應(yīng)半導(dǎo)體中產(chǎn)生的電荷。然后利用有源矩陣襯底上的存儲和讀取電路將這些電荷作為各收集電極的放射線檢測信號輸出。即在提供有源矩陣襯底的情況下，該檢測器是用于檢測投射到放射線檢測有效區(qū)域的放射線的一維或二維強度分布的一維或二維陣列類型的放射線檢測器。
在本發(fā)明中，用于提供偏置電壓的導(dǎo)線最好通過導(dǎo)電膏與公共電極連接。該緩沖器座可以防止導(dǎo)電膏中的導(dǎo)電材料向放射線感應(yīng)半導(dǎo)體移動(遷移)，該導(dǎo)電膏用于使提供偏置電壓的導(dǎo)線與公共電極電連接和機械連接。這可以有效避免由于導(dǎo)電膏中導(dǎo)電材料的遷移而導(dǎo)致電性能的衰減。
在本發(fā)明的一個實施例中，放射線檢測器還包括在放射線感應(yīng)半導(dǎo)體和公共電極之間形成的載流子選擇性中間層，該緩沖器座位于該載流子選擇性中間層上。
在該實施例中，由于在放射線感應(yīng)半導(dǎo)體和公共電極之間形成的載流子選擇性中間層可以防止可能形成暗電流的載流子滲透，因此可以減小暗電流。該緩沖器座位于載流子選擇性中間層上。該緩沖器座減小了當(dāng)用于提供偏置電壓的導(dǎo)線與公共電極連接時在載流子選擇性中間層和在它下面形成的其它薄膜或?qū)由鲜┘拥臎_擊。這可以有效避免對該載流子選擇性中間層和在它下面形成的其它薄膜或?qū)拥膿p壞。
在本發(fā)明的其它實施例中，在放射線感應(yīng)半導(dǎo)體的表面上直接形成公共電極和緩沖器座。
在本發(fā)明的另一實施例中，該放射線檢測器還包括放射線檢測有效區(qū)域內(nèi)的一維或二維排列的多個收集電極，和在放射線感應(yīng)半導(dǎo)體和收集電極之間形成的載流子選擇性中間層。
當(dāng)在公共電極上施加了正的偏置電壓時，半導(dǎo)體和公共電極之間的載流子選擇性中間層由電子貢獻率比空穴貢獻率大的材料制成。這可以防止從公共電極的空穴滲透，從而減小暗電流。
當(dāng)在公共電極上施加負(fù)的偏置電壓時，半導(dǎo)體和公共電極之間的載流子選擇性中間層由空穴貢獻率比電子貢獻率大的材料制成。這可以防止從公共電極的電子滲透，從而減小暗電流。
當(dāng)在公共電極上施加正的偏置電壓時，半導(dǎo)體和收集電極之間的載流子選擇性中間層由空穴貢獻率比電子貢獻率大的材料制成。這可以防止從收集電極的電子滲透，從而減小暗電流。
當(dāng)在公共電極上施加負(fù)的偏置電壓時，半導(dǎo)體和收集電極之間的載流子選擇性中間層由電子貢獻率比空穴貢獻率大的材料制成。這可以防止從收集電極的空穴滲透，從而減小暗電流。
本發(fā)明中的放射線感應(yīng)半導(dǎo)體最好為高純度非晶體硒(a-Se)，硒的非晶半導(dǎo)體或摻有例如Na的堿金屬、例如Cl、As或Te的鹵素的硒混合物的非晶半導(dǎo)體，或例如CdTe、CdZnTe、PbI2、HgI2或TlBr之類的非硒基體多晶體半導(dǎo)體。由于這些材料對大面積和大薄膜厚度具有很好的性能，因此是理想的材料。這些半導(dǎo)體通常具有4或更小的Mohs硬度，因此很柔軟并易于擦傷。但是，緩沖器座可以減小當(dāng)用于提供偏置電壓的導(dǎo)線與公共電極連接時所發(fā)生的沖擊，從而可以保護該半導(dǎo)體免受損壞。這可以有利于形成具有更大面積和厚度的放射線感應(yīng)半導(dǎo)體。
該載流子選擇性中間層的合適厚度的范圍為0.1到10um。該載流子選擇性中間層可以為例如Sb2S3、ZnTe、CeO2、CdS、ZnSe或ZnS之類的多晶體半導(dǎo)體、或硒的非晶半導(dǎo)體或摻有例如Na之類的堿金屬、例如Cl、As或Te之類的鹵素的硒混合物的非晶半導(dǎo)體。由于這些材料對增大的面積具有優(yōu)秀的性能，因此是理想的材料。
厚度在0.1到10um范圍內(nèi)的中間層可以在不妨礙放射線檢測的情況下完全抑制暗電流。厚度小于0.1um的中間層不能充分抑制暗電流。相反，厚度超過10um將會妨礙放射線檢測，例如導(dǎo)致靈敏度降低。這些半導(dǎo)體都很薄因此易于被擦傷。但是，緩沖器座可以減小當(dāng)用于提供偏置電壓的導(dǎo)線與公共電極連接時所發(fā)生的沖擊，從而可以保護該中間層免受損壞。這可以有利于形成具有更大面積的載流子選擇性中間層。
本發(fā)明的緩沖器座最好由具有高硬度的硬樹脂材料制成，例如環(huán)氧樹脂、聚氨基甲酸乙酯樹脂、丙烯酸(類)樹脂等。與由有機硅樹脂或合成橡膠基體這樣的軟聚合體材料形成的緩沖器座相比，由硬樹脂材料制成的緩沖器座不容易收縮，并具有優(yōu)秀的緩沖器功能。因此，該緩沖器座可以完全減小當(dāng)用于提供偏置電壓的導(dǎo)線與公共電極連接時所發(fā)生的沖擊。
本發(fā)明中，緩沖器座的高度最好在0.2到2mm的范圍內(nèi)，并包括向下傾斜的底座部分，該底座部分在該緩沖器座的側(cè)壁周圍形成，且它的厚度從緩沖器座開始向外逐步減小，該公共電極從放射線檢測有效區(qū)域沿著傾斜底座部分的表面向緩沖器座的頂部延伸。
緩沖器座的高度在0.2到2mm范圍內(nèi)將足以減小當(dāng)用于提供偏置電壓的導(dǎo)線與公共電極連接時所發(fā)生的沖擊，同時可以確保緩沖器座部分中的公共電極的足夠的導(dǎo)電可靠性。緩沖器座的高度小于0.2mm將導(dǎo)致厚度不足而使底座容易變形，從而不能確保足夠的緩沖功能。相反，超過2mm的高度很容易導(dǎo)致由于公共電極的步進而引起的不良導(dǎo)電，從而使導(dǎo)電可靠性降低。該公共電極沿著在緩沖器座側(cè)壁周圍形成的傾斜底座部分的表面向緩沖器座的頂部延伸。該結(jié)構(gòu)可以可靠地避免公共電極在緩沖器座區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的步進。
在本發(fā)明中，放射線檢測器最好還包括由硬樹脂材料形成的外涂層，以便至少覆蓋緩沖器座和傾斜底座部分。該外涂層修復(fù)并保護用于提供偏置電壓的導(dǎo)線的連接。即使當(dāng)施加外力時，例如當(dāng)用于提供偏置電壓的導(dǎo)線脫離時，也不會有外力能造成緩沖器座和傾斜底座部分上的公共電極破裂。從而可以提供穩(wěn)定的偏置電壓。
該傾斜底座部分可以由與緩沖器座相同的硬樹脂材料制成，或者由有機硅樹脂或合成橡膠基體的軟聚合材料制成。
放射線檢測器最好還包括用于防止入射在放射線檢測有效區(qū)域上的放射線在公共電極和緩沖器座的邊緣碰撞的準(zhǔn)直器。在這種情況下，該放射線可以在不在公共電極和緩沖器座的邊緣碰撞的情況下，入射在放射線檢測有效區(qū)域上。該檢測器可以防止由于放射線在電場集中的公共電極和緩沖器座邊緣上碰撞而產(chǎn)生的可能的強電流，該強電流將會導(dǎo)致檢測器故障。
該公共電極最好具有在緩沖器座上延伸的邊緣，該公共電極在緩沖器座以外的位置中具有對應(yīng)電極的傾斜部分，該傾斜部分由電絕緣聚合材料制成并沿公共電極的邊緣延伸，該傾斜部分的厚度沿公共電極向外逐步增加，且該公共電極的邊緣延伸到并被安裝在傾斜部分上。
在這種情況下，該公共電極的邊緣延伸經(jīng)過了電絕緣緩沖器座和由電絕緣聚合材料制成的對應(yīng)電極的傾斜部分。這樣消除了在公共電極邊緣上集中的電場，從而可靠地防止了由于放射線在公共電極和緩沖器座邊緣上碰撞而產(chǎn)生的可能的強電流，該強電流將會導(dǎo)致檢測器故障。


為了說明本發(fā)明，下面示出了幾個最佳的、容易理解的形式，但是本發(fā)明并不局限于所示的精確布局和方式。
圖1示出傳統(tǒng)放射線檢測器的外形的截面圖；圖2示出本發(fā)明第一實施例中放射線檢測器的主要部分的平面圖；
圖3示出第一實施例中檢測器的主要部分的截面圖；圖4示出第一實施例中位于檢測器的有源矩陣襯底上和周圍的電路的方塊圖；圖5示出第一實施例中檢測器的有源矩陣襯底結(jié)構(gòu)的示意性截面圖；圖6示出第一實施例中檢測器的一個放射線檢測單元的等效電路圖；圖7示出第一實施例中變化的檢測器的主要部分的平面圖；圖8示出第一實施例中變化的檢測器的主要部分的截面圖；圖9示出第二實施例檢測器的主要部分的截面圖；圖10示出第三實施例中檢測器的主要部分的平面圖；圖11示出第三實施例中檢測器的公共電極的邊緣的片段截面圖。
實施例說明下面將參考

本發(fā)明的最佳實施例。
第一實施例下面參照

本發(fā)明中的放射線檢測器。圖2示出第一實施例中放射線檢測器的主要部分的平面圖。圖3示出第一實施例中檢測器的主要部分的截面圖。圖4示出第一實施例中位于檢測器的有源矩陣襯底上和周圍的電路的方塊圖。圖5示出第一實施例中檢測器的有源矩陣襯底結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖6示出第一實施例中檢測器的一個放射線檢測單元的等效電路圖。
如圖2和3所示，第一實施例中的放射線檢測器包括放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1和用于施加偏置電壓的公共電極2。用于提供偏置電壓的導(dǎo)線3與該公共電極的表面連接。該放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1在放射線入射時產(chǎn)生電場。在放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1的前表面上二維形成用于施加偏置電壓的公共電極2。如圖4所示，第一實施例中的檢測器包括有源矩陣襯底4。如圖5所示，在有源矩陣襯底4的表面上以放射線檢測有效區(qū)域SA內(nèi)設(shè)定的二維矩陣排列的形式形成許多收集電極5。在有源矩陣襯底4的表面上設(shè)置有電路6，用于存儲和讀取由各收集電極5收集到的電荷。該放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1位于在有源矩陣襯底4上形成的收集電極5的表面上。在放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1和公共電極2之間形成載流子選擇性中間層7。在放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1和收集電極5之間形成其他載流子選擇性中間層8。
位于有源矩陣襯底4上的存儲和讀取電路6包括電容6A、作為開關(guān)元件的TFT(薄膜場效應(yīng)晶體管)6B、柵線6a和數(shù)據(jù)線6b。對應(yīng)各收集電極5提供一個電容6A和一個TFT 6B。在有源矩陣襯底4上的存儲和讀取電路6的周圍設(shè)有柵極驅(qū)動器9、電荷-電壓轉(zhuǎn)換放大器10、復(fù)用器11和作為外部設(shè)備連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器12。柵極驅(qū)動器9、電荷-電壓轉(zhuǎn)換放大器10、復(fù)用器11以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器12中的一些或全部都可以構(gòu)建在有源矩陣襯底4中，而不作為外部設(shè)備。
第一實施例中，當(dāng)檢測器進行放射線檢測時，經(jīng)過導(dǎo)線3將偏置電壓源輸出的幾千伏到幾萬伏的偏置電壓施加到公共電極2上。在施加偏置電壓后，放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1在檢測到放射線入射時產(chǎn)生電荷。利用各收集電極5收集到半導(dǎo)體1產(chǎn)生的電荷。詳細(xì)的說，通過向各收集電極5的移動，在收集電極5中感應(yīng)出電荷。有源矩陣襯底4上的存儲和讀取電路6得到各收集電極5中收集到的電荷，并將其作為各收集電極5的放射線檢測信號。
特別是，在柵極驅(qū)動器9連續(xù)通過柵線6a向各TFT 6B的柵極施加讀取信號時，與該TFT 6B的源極連接并接收讀取信號的數(shù)據(jù)線6b將被依次切換和連接到復(fù)用器11。通過該切換連接，電容6A中所存儲的電荷被從TFT 6B通過數(shù)據(jù)線6b轉(zhuǎn)移出來，由電荷-電壓轉(zhuǎn)換放大器10放大，并從復(fù)用器11作為對應(yīng)各收集電極5的放射線檢測信號輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器12，并在該模數(shù)轉(zhuǎn)換器12中數(shù)字化。
當(dāng)例如第一實施例的檢測器用于熒光鏡裝置時，將該檢測器輸出的放射線檢測信號傳送到下級的圖像處理電路，從而創(chuàng)建出二維熒光圖像等。
即，在第一實施例的檢測器中，二維矩陣排列形式的收集電極5中的每一個都作為對應(yīng)射線照相圖像中的各像素的電極(像素電極)。該檢測器為二維陣列類型檢測器，它用于提供放射線檢測信號，從而根據(jù)透射到放射線檢測有效區(qū)域SA的放射線的二維強度分布來創(chuàng)建射線照相圖像。
第一實施例中的檢測器可以被認(rèn)為是具有二維矩陣排列形式的檢測器，該二維矩陣排列是沿在圖6所示的等效電路中放射線檢測單元(放射線檢測元件)的放射線檢測有效區(qū)域SA中的縱向和橫向網(wǎng)格線形成的。
下面將更詳細(xì)的說明第一實施例中的檢測器的各部件。
第一實施例中的檢測器具有位于放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1的前表面上且處于放射線檢測有效區(qū)域SA以外的電絕緣緩沖器座13。用于施加偏置電壓的公共電極2形成覆蓋該緩沖器座13的大部分。用于提供偏置電壓的導(dǎo)線3與公共電極2表面中位于緩沖器座13上的部分連接。這是該結(jié)構(gòu)的顯著特征。即第一實施例中提供了載流子選擇性中間層7，且該緩沖器座13形成在該中間層7上且具有基本為橢圓平面的形狀。另一方面，部分公共電極2繼續(xù)從放射線檢測有效區(qū)域SA延伸出來并經(jīng)過緩沖器座13。在該部分上形成薄金屬膜(例如薄金膜)，從而限定出一個矩形導(dǎo)線連接區(qū)域2A，并將其作為公共電極2的整合部分。例如銅線的導(dǎo)線3通過導(dǎo)電膏(例如銀膏)14與導(dǎo)線連接區(qū)域2A的表面連接。當(dāng)沒有提供載流子選擇性中間層7時，公共電極2和緩沖器座13將直接在放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1的表面上形成。
利用第一實施例中的檢測器，當(dāng)用于提供偏置電壓的導(dǎo)線3與公共電極2的表面連接時，緩沖器座13可以減小直接施加到下面的載流子選擇性中間層7和該中間層7下面的放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1的沖擊。從而有效避免了對載流子選擇性中間層7和放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1的損壞。由于該避免對載流子選擇性中間層7和放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1損壞的緩沖器座13位于放射線檢測有效區(qū)域SA以外，因此該緩沖器座13不會削弱放射線檢測功能。
因此，第一實施例中的檢測器可以避免由于用于提供偏置電壓的導(dǎo)線3與用于向放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1施加偏置電壓的公共電極2連接而導(dǎo)致的性能降低。
另外，利用第一實施例中的檢測器，緩沖器座13可以防止導(dǎo)電膏14中的導(dǎo)電材料向放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1移動(遷移)，該導(dǎo)電膏14與公共電極2和用于提供偏置電壓的導(dǎo)線3電連接和機械連接。這可以有效避免由于導(dǎo)電膏14中的導(dǎo)電材料遷移而導(dǎo)致的電性能的衰減。
緩沖器座13的合適高度在0.2到2mm的范圍內(nèi)。該范圍足以減小當(dāng)用于提供偏置電壓的導(dǎo)線與公共電極連接時所施加的沖擊，同時可以確保緩沖器座部分中的公共電極具有足夠的導(dǎo)電可靠性。緩沖器座13的高度小于0.2mm將導(dǎo)致厚度不足而使底座13容易變形，從而不能確保足夠的緩沖功能。相反，超過2mm的高度很容易導(dǎo)致由于公共電極2的階梯而引起的不良導(dǎo)電，從而使導(dǎo)電可靠性降低。
如圖3所示，在第一實施例的檢測器中，緩沖器座13包括向下傾斜的底座部分13A，該底座部分13A在該緩沖器座13的側(cè)壁周圍形成，且它的厚度從緩沖器座13向外逐步減小。該公共電極2從放射線檢測有效區(qū)域SA沿著傾斜底座部分13A的表面向緩沖器座13的頂部延伸。因此，該公共電極2的形狀是在沿著位于該緩沖器座13側(cè)壁周圍向下傾斜的底座部分13A的表面延伸的同時，逐漸爬上緩沖器座13。該結(jié)構(gòu)可以有效避免在緩沖器座13區(qū)域中出現(xiàn)的公共電極2的階梯。
公共電極2的步進會導(dǎo)致由于不良導(dǎo)電而引起的偏置電壓的降低。然后，施加到導(dǎo)線連接區(qū)域2A上的同樣的電壓就不能被施加到公共電極2處于放射線檢測有效區(qū)域SA中的部分。因此為了避免偏置電壓不足，就需要防止公共電極2的階梯。
緩沖器座13最好由具有高硬度的硬樹脂材料制成，例如環(huán)氧樹脂、聚氨基甲酸乙酯樹脂、丙烯酸(類)樹脂等。由硬樹脂材料制成的緩沖器座13不容易收縮，并具有優(yōu)良的緩沖器功能。因此，該緩沖器座13可以完全減小當(dāng)用于提供偏置電壓的導(dǎo)線3與公共電極2連接時所發(fā)生的沖擊。
該傾斜底座部分13A可以由與緩沖器座13相同的硬樹脂材料制成，或者由有機硅樹脂或合成橡膠基體的軟聚合材料制成。
放射線感應(yīng)半導(dǎo)體最好為高純度非晶體硒(a-Se)；硒的非晶半導(dǎo)體或摻有例如Na之類的堿金屬、例如Cl、As或Te之類的鹵素的硒混合物的非晶半導(dǎo)體；或例如CdTe、CdZnTe、PbI2、HgI2或TlBr之類的非硒基體多晶體半導(dǎo)體。由于這些材料對大面積和大薄膜厚度具有很好的性能，因此是理想的材料。這些半導(dǎo)體通常具有4或更小的Mohs硬度，因此很柔軟并易于擦傷。但是，緩沖器座13可以減小當(dāng)用于提供偏置電壓的導(dǎo)線3與公共電極2連接時所發(fā)生的沖擊，從而可以保護該放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1免受損壞。這可以有利于形成具有更大面積和厚度的放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1。特別是，具有109Ω或更大阻抗，最好為1011Ω或更大阻抗的非晶硒對大面積和大薄膜厚度具有非常突出的性能。該放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1通常具有例如0.5-1.5mm的薄膜厚度和20cm到50cm乘以20cm到50cm的面積。
如圖5所示，有源矩陣襯底4在例如玻璃襯底的絕緣襯底上形成，電容6A和TFT 6B作為存儲和讀取電路6，柵線6a和數(shù)據(jù)線6b成交叉圖案。另外，收集電極5以二維矩陣排列形式在該表面上形成。載流子選擇性中間層8、放射線感應(yīng)半導(dǎo)體1、載流子選擇性中間層7和公共電極2按照上述順序?qū)盈B在有源矩陣襯底4具有收集電極5的表面上。
第一實施例中，具有載流子選擇性中間層7和8的檢測器可以減小暗電流。這里的載流子選擇性是指電子和空穴在電荷轉(zhuǎn)移運動中的貢獻率顯著不同的屬性，這些電子和空穴是半導(dǎo)體中電荷轉(zhuǎn)移媒介(載流子)。
半導(dǎo)體1和載流子選擇性中間層7和8可以以下面多個模式中的一種組合。當(dāng)在公共電極2上施加了正的偏置電壓時，載流子選擇性中間層7由電子貢獻率比空穴貢獻率大的材料制成。這可以防止從公共電極2的空穴滲透，從而減小暗電流。載流子選擇性中間層8由空穴貢獻率比電子貢獻率大的材料制成。這可以防止從收集電極5的電子滲透，從而減小暗電流。
相反，當(dāng)在公共電極2上施加負(fù)的偏置電壓時，載流子選擇性中間層7由空穴貢獻率比電子貢獻率大的材料制成。這可以防止從公共電極2的電子滲透，從而減小暗電流。載流子選擇性中間層8由電子貢獻率比空穴貢獻率大的材料制成。這可以防止從收集電極5的空穴滲透，從而減小暗電流。
并不絕對需要為本發(fā)明的檢測器提供載流子選擇性中間層。中間層7和8中的一個或兩個都可以被省略。
該載流子選擇性中間層7和8的合適厚度在0.1到10um的范圍內(nèi)。厚度小于0.1um的中間層7和8不能充分抑制暗電流。相反，厚度超過10um將會妨礙放射線檢測，例如導(dǎo)致降低的靈敏度。
用于載流子選擇性中間層7和8的半導(dǎo)體可以為例如Sb2S3、ZnTe、CeO2、CdS、ZnSe或ZnS等多晶體半導(dǎo)體、或硒的非晶半導(dǎo)體或摻有例如Na等堿金屬、Cl、As或Te等鹵素的硒混合物的非晶半導(dǎo)體。由于這些材料對更大面積具有優(yōu)秀的性能，因此是理想的材料。這些半導(dǎo)體都很薄因此易于被擦傷。但是，緩沖器座13可以減小當(dāng)用于提供偏置電壓的導(dǎo)線3與公共電極2連接時所發(fā)生的沖擊，從而可以保護該中間層7和8免受損壞。這可以有利于形成具有更大面積的載流子選擇性中間層7和8。
在可用作中間層7和8的半導(dǎo)體中，那些具有大的電子貢獻率的半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體，它們包括諸如CeO2、CdS、CdSe、ZnSe或ZnS等多晶體半導(dǎo)體或例如摻有堿金屬、As或Te以減小空穴貢獻率的非晶硒的非晶體材料。
那些具有大的空穴貢獻率的半導(dǎo)體為p型半導(dǎo)體，它們包括例如ZnTe等多晶體半導(dǎo)體，和例如摻有鹵素以減小電子貢獻率的非晶硒的非晶體材料。
另外，Sb2S3、CdTe、CdZnTe、PbI2、HgI2、TlBr、非摻雜非晶硒或硒混合物包括具有大電子貢獻率的類型和具有大空穴貢獻率的類型。只要調(diào)節(jié)薄膜形成條件，每一個類型都可以被選擇使用。
圖7和8示出了第一實施例的變化例。圖7示出檢測器的主要部分的平面圖。圖8示出檢測器主要部分的截面圖。與圖2和3所示結(jié)構(gòu)不同之處在于增加了一個由硬樹脂材料形成的外涂層17，它覆蓋緩沖器座13和傾斜底座部分13A。其它部分與第一實施例相同。
在圖7和8中，該外涂層17延伸到放射線檢測區(qū)域SA附近，它需要至少覆蓋緩沖器座13和傾斜底座部分13A。就像上面對傾斜底座部分13A說明的那樣，該用于形成外涂層17的硬樹脂材料可以是環(huán)氧樹脂、聚氨基甲酸乙酯樹脂、丙烯酸(類)樹脂等。即，當(dāng)傾斜底座部分13A由硬樹脂材料形成時，可以使用相同的材料形成外涂層17。
在該變化例中，該外涂層17修復(fù)并保護用于提供偏置電壓的導(dǎo)線3的連接。即使當(dāng)施加外力時，例如當(dāng)用于提供偏置電壓的導(dǎo)線3脫離時，也不會有外力能造成緩沖器座13和傾斜底座部分13A上的公共電極2破裂。從而可以提供穩(wěn)定的偏置電壓。
第二實施例下面將參照

第二實施例的放射線檢測器。圖9示出第二實施例中放射線檢測器的主要部分的截面圖。
如圖9所示，第二實施例中的檢測器包括位于放射線入射側(cè)的準(zhǔn)直儀15，它用于防止入射在放射線檢測有效區(qū)域SA上的放射線碰撞到公共電極2和緩沖器座13的邊緣。除了該準(zhǔn)直儀15，該檢測器與第一實施例中的檢測器完全一致。下面將不重復(fù)說明這些共同特征，僅對區(qū)別部分進行說明。
利用第二實施例中的檢測器，通過施加偏置電壓而形成的電場集中在公共電極2的邊緣和緩沖器座13的側(cè)壁。當(dāng)放射線碰撞在公共電極2的邊緣和緩沖器座13的側(cè)壁時，可能出現(xiàn)強電流，該強電流可能導(dǎo)致檢測器的故障(特別是，對存儲和讀取電路6的TFT6B的破壞)。
因此，在第二實施例中，準(zhǔn)直儀15具有一個開口15A，從而放射線可以正好進入放射線檢測有效區(qū)域SA而不會與公共電極2和緩沖器座13的邊緣碰撞。因此，第二實施例中的檢測器可以防止放射線碰撞公共電極2和緩沖器座13的邊緣。該檢測器可以防止由于放射線碰撞在電場集中的公共電極2的邊緣和緩沖器座13的側(cè)壁而產(chǎn)生可能的強電流，該強電流會導(dǎo)致檢測器故障。
第三實施例下面將參照

第三實施例的放射線檢測器。圖10示出第三實施例中檢測器的主要部分的平面圖。圖11示出第三實施例中檢測器的公共電極的邊緣的片段截面圖。
如圖10所示，在第三實施例的檢測器中，公共電極2的邊緣沿傾斜座部分13A的表面向緩沖器座13的頂部延伸。在緩沖器座13以外的位置，對應(yīng)電極的傾斜部分由電絕緣聚合體材料制成并沿公共電極2的邊緣延伸。該傾斜部分16的厚度從公共電極2向外逐步增加。且該公共電極2的邊緣延伸到并被安裝在傾斜部分16上。除了遠(yuǎn)離在緩沖器座13以外的位置沿公共電極2的邊緣延伸的傾斜部分16和向緩沖器座13的頂部延伸的公共電極2的邊緣以外，該檢測器與第一實施例中的檢測器一樣。下面將部隊相同部分進行描述，而只對區(qū)別部分進行說明。
該對應(yīng)電極的傾斜部分16與傾斜底座部分13A一樣，由例如環(huán)氧樹脂、聚氨基甲酸乙酯樹脂、丙烯酸(類)樹脂等硬樹脂材料制成，或由有機硅樹脂或合成橡膠基體等軟聚合材料制成。
因此，在第三實施例的檢測器中，公共電極2的邊緣延伸經(jīng)過了電絕緣緩沖器座13和由電絕緣聚合材料制成的對應(yīng)電極的傾斜部分16。這樣消除了在公共電極2邊緣上集中的電場，從而可靠地防止了由于放射線在公共電極2的邊緣和緩沖器座13的側(cè)壁上碰撞而產(chǎn)生的可能的強電流，該強電流將會導(dǎo)致檢測器故障。
本發(fā)明并不局限于上述實施例，也可以向下面一樣進行改進(1)第一到第三實施例中的檢測器為二維陣列類型。本發(fā)明的放射線檢測器可以是具有以一維矩陣陣列形式形成的收集電極的一維陣列類型，或者具有用于輸出放射線檢測信號的單電極的非陣列類型。(2)第一到第三實施例中的檢測器除了柵極驅(qū)動器9、電荷-電壓轉(zhuǎn)換放大器10和復(fù)用器11之外，還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器12。本發(fā)明可以提供具有與第一到第三實施例中相同結(jié)構(gòu)的改進的檢測器，只是將柵極驅(qū)動器9、電荷-電壓轉(zhuǎn)換放大器10、復(fù)用器11和模數(shù)轉(zhuǎn)換器12中的特定項或全部省略。
(3)第一到第三實施例中的檢測器具有部分延伸以覆蓋緩沖器座13的公共電極2。該公共電極2不僅可以在緩沖器座所處的位置延伸，也可以在其它維置延伸。例如，公共電極2可以從放射線檢測有效區(qū)域延伸到公共電極2周圍的所有位置，從而擴大導(dǎo)線連接區(qū)域2A。
(4)與第一實施例的變化例一樣，第二和第三實施例包括由硬樹脂材料形成的外涂層，它至少覆蓋緩沖器座13和傾斜底座部分13A。
在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式實現(xiàn)，因此，可以參照附加權(quán)利要求，而不是前面的說明書來限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種放射線檢測器，具有用于在放射線入射時產(chǎn)生電荷的放射線感應(yīng)半導(dǎo)體，和在該放射線感應(yīng)半導(dǎo)體的前表面上二維地形成的用于施加偏置電壓的公共電極，與該公共電極表面連接的用于提供偏置電壓的導(dǎo)線，該檢測器包括電絕緣緩沖器座，位于放射線感應(yīng)半導(dǎo)體的前表面上，并處于放射線檢測有效區(qū)域以外的位置；所述公共電極用于施加偏置電壓，并覆蓋該緩沖座的至少一部分；其中，用于提供偏置電壓的導(dǎo)線與位于緩沖座上的公共電極的表面部分連接。
2.如權(quán)利要求1所述的放射線檢測器，還包括有源矩陣襯底，所述有源矩陣襯底包括多個收集電極，所述多個收集電極以位于放射線檢測有效區(qū)域內(nèi)的一維或二維排列的方式，形成在有源矩陣襯底的表面上；和位于有源矩陣襯底上的電路，用于存儲和讀取由各收集電極收集到的電荷；所述放射線感應(yīng)半導(dǎo)體層疊在有源矩陣襯底的、形成有收集電極的表面上。
3.如權(quán)利要求1所述的放射線檢測器，其中用于提供偏置電壓的導(dǎo)線通過導(dǎo)電膏與公共電極連接。
4.如權(quán)利要求1所述的放射線檢測器，還包括在所述放射線感應(yīng)半導(dǎo)體和所述公共電極之間形成的載流子選擇性中間層，所述緩沖器座位于該載流子選擇性中間層上。
5.如權(quán)利要求1所述的放射線檢測器，其中在所述放射線感應(yīng)半導(dǎo)體的表面上直接形成所述公共電極和所述緩沖器座。
6.如權(quán)利要求1所述的放射線檢測器，還包括位于所述放射線檢測有效區(qū)域內(nèi)的一維或二維排列的多個收集電極，和在所述放射線感應(yīng)半導(dǎo)體和所述收集電極之間形成的載流子選擇性中間層。
7.如權(quán)利要求4所述的放射線檢測器，其中當(dāng)在所述公共電極上施加了正的偏置電壓時，所述載流子選擇性中間層由電子貢獻率比空穴貢獻率大的材料制成。
8.如權(quán)利要求4所述的放射線檢測器，其中當(dāng)在所述公共電極上施加負(fù)的偏置電壓時，所述載流子選擇性中間層由空穴貢獻率比電子貢獻率大的材料制成。
9.如權(quán)利要求6所述的放射線檢測器，其中當(dāng)在所述公共電極上施加正的偏置電壓時，所述載流子選擇性中間層由空穴貢獻率比電子貢獻率大的材料制成。
10.如權(quán)利要求6所述的放射線檢測器，其中當(dāng)在所述公共電極上施加負(fù)的偏置電壓時，所述載流子選擇性中間層由電子貢獻率比空穴貢獻率大的材料制成。
11.如權(quán)利要求1所述的放射線檢測器，其中所述放射線感應(yīng)半導(dǎo)體為高純度非晶體硒(a-Se)，硒的非晶半導(dǎo)體或摻有例如Na的堿金屬、例如Cl、As或Te之類的鹵素的硒混合物的非晶半導(dǎo)體，以及例如CdTe、CdZnTe、PbI2、HgI2或TlBr之類非硒基體多晶體半導(dǎo)體中的一種。
12.如權(quán)利要求4所述的放射線檢測器，其中所述載流子選擇性中間層的合適厚度的范圍為0.1到10um，該載流子選擇性中間層可以為例如Sb2S3、ZnTe、CeO2、CdS、ZnSe或ZnS之類的多晶體半導(dǎo)體，硒的非晶半導(dǎo)體或摻有例如Na等堿金屬、Cl、As或Te之類的鹵素的硒混合物的非晶半導(dǎo)體中的一種。
13.如權(quán)利要求1所述的放射線檢測器，其中所述緩沖器座由諸如環(huán)氧樹脂、聚氨基甲酸乙酯樹脂或丙烯酸樹脂之類的硬樹脂材料制成。
14.如權(quán)利要求1所述的放射線檢測器，其中所述緩沖器座的高度在0.2到2mm的范圍內(nèi)，并包括向下傾斜的底座部分，該底座部分在該緩沖器座的側(cè)壁周圍形成，且它的厚度從緩沖器座開始向外逐步減小，所述公共電極從放射線檢測有效區(qū)域沿著傾斜底座部分的表面向緩沖器座的頂部延伸。
15.如權(quán)利要求14所述的放射線檢測器，還包括由硬樹脂材料形成的外涂層，以便至少覆蓋所述緩沖器座和所述傾斜底座部分。
16.如權(quán)利要求14所述的放射線檢測器，其中該所述緩沖器座和所述傾斜底座部分由硬樹脂材料制成。
17.如權(quán)利要求14所述的放射線檢測器，其中所述緩沖器座由硬樹脂材料制成，所述傾斜底座部分由有機硅樹脂或合成橡膠基體的軟聚合材料制成。
18.如權(quán)利要求1所述的放射線檢測器，還包括用于防止入射在所述放射線檢測有效區(qū)域上的放射線在所述公共電極和所述緩沖器座的邊緣碰撞的準(zhǔn)直器。
19.如權(quán)利要求1所述的放射線檢測器，其中所述公共電極具有在所述緩沖器座上延伸的邊緣；所述公共電極在所述緩沖器座以外的位置中具有用于電極的傾斜部分，該傾斜部分由電絕緣聚合材料制成并沿所述公共電極的邊緣延伸，所述傾斜部分的厚度沿所述公共電極向外逐步增加；且所述公共電極的邊緣延伸到并被安裝在傾斜部分上。
全文摘要
本發(fā)明的放射線檢測器具有位于放射線感應(yīng)半導(dǎo)體的前表面上放射線檢測有效區(qū)域外側(cè)位置的電絕緣緩沖器座。用于施加偏置電壓的公共電極覆蓋緩沖器座。用于提供偏置電壓的導(dǎo)線與該公共電極表面上位于緩沖器座上的導(dǎo)線連接區(qū)域連接。緩沖器座減小當(dāng)導(dǎo)線與公共電極連接時產(chǎn)生的沖擊。這樣，就可以保護半導(dǎo)體和中間層免受損壞，從而避免性能降低。該緩沖器座位于放射線檢測有效區(qū)域以外。因此，該緩沖器座不會削弱放射線檢測功能。
文檔編號H04N5/369GK1595200SQ200410077119
公開日2005年3月16日 申請日期2004年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月10日
發(fā)明者佐藤賢治, 鈴木準(zhǔn)一, 長舟伸也, 渡谷浩司, 岸本榮俊 申請人:株式會社島津制作所