用于制造用于x射线的直接转换的传感器芯片的方法、用于x射线的直接转换的传感器和...的制作方法

文档序号:8302920
用于制造用于x射线的直接转换的传感器芯片的方法、用于x射线的直接转换的传感器和 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种由半导体材料制造检测X射线的直接转换的芯片的方法。本发明 还涉及一种使用这样的芯片的X射线的直接转换检测器和一种使用至少一个这样的检测 器的牙科放射装置。
[0002] 最先进技术
[0003] 在现有技术中,已经提出了放射仪器,特别是牙科,其使得能够在口腔内以二维或 三维(2D或3D)获取图像。X射线源被放置使得其可以以下方式链接到X射线检测器:通 过患者的头部传输的图像形成于与X射线检测器连接的给定支架上。
[0004] 牙科放射特有的第一要求是用于获得图像所必要的X射线量必须尽可能低。事实 上,大剂量X射线可能对健康产生不利影响。根据非常严格的国际标准,不仅由患者接收的 X射线剂量必须严格减少,而且由操作员寄生地接收的那些计量也必须减少。
[0005] 在所有已知的X射线检测器中,会出现已知作为直接转换X射线检测器的特定类 型的X射线检测器。
[0006] 虽然间接转换检测器具有闪烁体(其作用是将接收的X光子转换为可见光子),但 是然后使用传统的光子转换器可将其转换为电荷。直接转换检测器将所接收的X射线光子 直接变换为电荷。这些电荷然后通过施加电场被收集。
[0007] 为了这个目的,直接转换检测器包括芯片。该半导体芯片由于通过吸收X光子产 生的电荷的电场效应的迁移而产生电流。
[0008] 本发明的目的是制造并将半导体材料一起放在陶瓷半导体晶片中以实施流入电 流的X光子流的直接检测,以用于产生由X射线源照射的场景的2D或3D图像的目的。
[0009] 然而,在牙科放射中,应理解,几种技术要求直接转换X射线检测器的特定特性。 事实上,全景放射照相的产生都充分暴露了两个牙弓,且图像的产生(特别通过OPG技术) 要求快速重复几个图像采集的能力且直接转换X射线检测器必须快速检测。
[0010] 本发明的另一个目的是制造新芯片,其用于进行将几个连续X光子流更快速地直 接转换成至少一个电流以通过照射的X射线源实现2D场景的图像序列。
[0011] 事实上,由现有技术产生的直接转换X射线检测器遭受与半导体材料相关的某些 限制。此外,用于获得半导体材料的当前方法具有某些缺点。
[0012] 理想的是,半导体材料应是便宜的且易于制造。
[0013] 在用于制备某些半导体材料的步骤中涉及的危险风险是对其开发的阻碍,特别是 其在X射线检测器中的用途。
[0014] 材料必须允许生产足够大的传感器。
[0015] 材料应具有低孔隙率,使得其不会降低X射线的吸收属性。此外,孔隙率构成对电 荷的移动的屏障且可以是这些电荷的捕获和退化的原因之一,因此退化了材料的电输送属 性。
[0016] 相对用这种材料制成的晶片的表面必须非常均匀以便于电极放置在两侧上并确 保其足够低的粗糙度以确保均匀电场。
[0017] 材料应具有尽可能接近HgI2的化学计量的组合物,其在其体积各处必须是可再生 并恒定的。事实上,与化学计量的偏差可产生寄生相,这将破坏结果会影响图像的清晰度且 可能产生可捕捉电荷并因此降低检测器的灵敏度的缺陷的电场线。
[0018] 在本申请的其余部分各处,将检测器灵敏度称为输出变量(以库仑为单位的电荷 量)与输入变量(离子化X光子能量的信号流,即以格雷X Cm2为单位的每面的输入剂量) 之间的比率。检测器的灵敏度可基于该比率以相对灵敏度来表达。
[0019] 一些半导体材料是各向异性的,诸如碘化汞HgI2。这些各向异性材料具有依赖于 材料的取向的一个或多个特性。在碘化汞的情况下,对电荷运动的抵抗沿晶轴"c"为低。因 此,重要的是,当各向异性半导体材料被集成到检测器中时,C轴在从材料的外表面到传感 器的电传导的方向上取向。
[0020] 单一 CdTe或HgI2类型晶体由单一晶粒构成且因此具有零孔隙率。这样的材料仍 然是繁琐的且难以制备。由单一晶棒生产具有清洁接触表面的薄晶片不是经济可行的。可 在气相(PVD法)中由真空沉积在CMOS型半导体衬底上进行取1 2层的生长。碘化汞蒸气 被带到90°C并在70°C下在冷衬底上冷凝。这种生长的优点是:半导体材料直接沉积在衬底 (电子读取电路)上,并且C轴(沿晶体生长的方向取向)垂直于衬底表面,因此该轴在由 此获得的传感器的操作模式下沿电荷的易传导方向取向。
[0021] 然而,这种方法具有许多缺点。制备模式对健康造成某些有害风险,这是由其涉 及在其气态下处理汞或HgI2。这在技术上难以生产,因为需要在真空和HgI 2的温度下严 格控制生产且衬底被非常精确地定义。组合物和化学计量在气相中高度依赖于HgI2的温 度,以及衬垫的温度和沉积的速度。最后,由于衬底的平坦度相对于晶体的网格尺寸是不完 美的,所以在生长开始期间,它可能会在某些区域受到干扰并防止传导到半导体界面材料/ 电极。
[0022] 用于获得单晶半导体材料(诸如HgI2)的现有技术中的第二种方法包括在热溶剂 中溶解HgI 2粉末。其然后被冷却且在收获单晶之前允许溶剂蒸发。这种方法比以前的方 法更容易实现,但它不是可重复的。所述方法不允许控制单晶的大小和形状。此外,由此生 产的单晶具有控制不佳的纯度和组成、使其与大面积检测器不相容的毫米级的较差表面光 洁度和尺寸。
[0023] 现有技术的第三种方法包括混合诸如具有聚合物粘合剂的取12的半导体材料的 粉末(称为"PIB"- "粘合剂中颗粒"的方法)。聚合物具有将取12晶粒粘合在一起从而形 成刚性材料的粘接性。这种方法的优点是容易制备和将由此获得的材料容易地胶合到CMOS 传感器上的可能性。本发明人进行由此获得的多晶体的缺点的分析。在各向异性半导体材 料的情况下,在半导体材料的晶粒和材料内的轴线C的取向的分散之间仍然存在特别高的 孔隙率。
[0024] 现有技术的第四种方法是通过烧结制备半导体材料。烧结是通过生长晶粒且然后 在不熔化所述晶粒的情况下通过加热粉末(通常通过按压预先压实)以能量输入将其焊接 在一起来制造陶瓷的方法。在热量的影响下,晶粒通过材料的相互扩散而焊接在一起,这允 许凝聚成单件。然而,这种方法无法获得具有满意的电输送属性的材料。事实上,由此获得 的材料将非常多孔且缺乏优先轴线C取向。
[0025] 在2000年11月16日出版的国际申请W0-A-00/68999中,描述了一种通过烧结生 产基于CdTe的陶瓷的现有技术的技术。在通过模具压实而烧结前塑形粒料之前提出了一 个步骤。该初始粉末压实是在加热并因此烧结前进行,并构成塑形芯片的简单方法。这种 类型的CdTe选择处理不会实现本发明的预期效果。
[0026] 在专利US-A-5. 892. 227(也于1996年4月4日出版为国际申请号W0-A96/10194) 与另外两种沉积技术(悬浮和气相沉积)中,描述了一种用于半导体产品或半导体产品的 混合物的粉末烧结技术。设定炉内温度伴随使用钢压机在晶片上施加压力。
[0027] 然而,在本文件中并未将烧结方法引用为几种方法(这些方法都保持为有利的) 中的一种,使得能够证明所述方法不是有利的。
[0028] 在测试中,事实上,能够识别这种现有技术的技术的一些缺点。第一个缺点是:半 导体材料是粉末状多晶体,诸如碘化汞HgI 2,并且其已被预处理以获得高程度的纯度。这导 致额外费用的来源,即,在晶片制造过程的开始使用的粉末必须首先被递送到净化过程。
[0029] 这种现有技术的第二个缺点是所提出的用于电极的材料中的一种(在这种情况 下是金)_这使得可在用于由此烧结的晶片的半导体材料中恢复X光子转换期间产生的电 荷-是在粉末状半导体材料的热烧结期间发生化学反应的金属,在这种情况下是HgI 2。这 导致电极的降解和甚至局部破坏。
[0030] 本发明的目的是解决现有技术的这些问题和缺点。 发明概要
[0031] 为了这个目的,本发明提出了一种用于直接转换X射线检测器的半导体晶片的制 造方法。该方法包括将压力施加到粉末状多晶半导体材料的步骤和在设定时段期间加热的 步骤。根据本发明,多晶半导体材料的杂质率等于或小于0.2%。
[0032] 根据所述方法的其它特征:
[0033] -施加压力的步骤包括将轴向压缩力施加到一定值的粉末状多晶半导体材料,这 将根据所述轴向压缩力的施加 C的方向确保多晶半导体材料晶粒的轴向取向C ;
[0034] -所述轴向压缩力的值介于IOOMPa和IOOOMPa之间,且在于热压的持续时间等于 或小于一小时;
[0035] -热量的温度介于70°C和200°C之间,且加热的持续时间等于或小于一小时;
[0036] -施加压力的步骤在开始加热步骤时实现;
[0037] -施加压力的步骤在整个加热步骤中实现;
[0038] -粉末状半导体材料包括选自Pbl2、Hgl2、PbO中的至少一种成分;
[0039] -掺杂剂被掺入多晶半导体材料中的步骤在施加压力的步骤之前。掺杂剂优选选 为自卤代化合物中的HgI2*PbI 2,且特别选自CsI、CdI2、SnCl2、AgI或扮13中,和选自氧 化物中的PbO。
[0040] 本发明还提出了一种包括根据本发明制造的半导体晶片的直接转换X射线检测 器。
[0041] 根据所述检测器的其它特征:
[0042] -其与集成半导体电路相关联,且其包括与晶片的输入表面接触的第一连续电极; 和由与晶片的相对表面接触的多个导电贴片构造的第二电极,以便
再多了解一些
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