辐射探测装置及制造方法

专利名称：辐射探测装置及制造方法
技术领域：
本发明涉及具有空间分辨率的致电离辐射探测装置，以及这样的装置的制造方法，致电离辐射例如Y辐射。所述装置能被用于安全领域中，或者用于科学成像研究或医学成像研究，如单光子发射X线断层摄影(TEMP)。
背景技术：
已知使用半导体晶体例如碲化镉(CdTe)或碲化镉锌(CdZnTe)的探测器，在其内部由设置在晶体两侧的一阳极和一阴极施加一电场。与晶体相互作用的该致电离辐射引起电荷的分离，也就是说，电子-空穴对的形成，最初在同一部位形成的电子和空穴在电场的作用下沿着相反的方向迅速地迁移。因此能收集电子和/或空穴，也就是说从流向阳极的电荷和/或流向阴极的电荷形成电信号，因此测得的电信号反映该半导体中致电离辐射的相互作用。要明确的是，除Y辐射外，α、β、X射线和中子能借助这样的半导体探测器被探测出来。已知的具有二维空间分辨率的半导体探测器与应用较广的基于晶体闪烁的探测器或者基于与光子、X或Y射线反应的塑料闪烁的探测器相比，在空间分辨率方面提供较好的透视。具有空间分辨率的半导体探测器，尤其能够允许实现基于作为Y辐射发射体的放射性产物的使用上的医学成像，放射性产物被注入病人或牲畜并选择性地固定在其机体中。因此知道半导体探测器，这些半导体探测器利用在半导体晶体一个面上的阴极和在另一面上形成阳极的像素矩形阵列，每个像素同时定义X坐标和Y坐标。一个这样的结构被称为“η2”结构，η表示沿着视为正方形的半导体的其中一边排列的阳极像素的数目。η的值一旦增大，所述结构的实现就复杂，因为需要设置触点和电导体以从每个像素提取信号，并需要安装大量的信号处理路径。因此，空间分辨率的需求和探测面积的需求一旦增大，这个解决方案就变得不太可行。然而，在医学方面，希望的空间分辨率是小于毫米的，并需要得益于数平方厘米的视场(例如对于在小动物上的应用，为h5cm2的视场)。另外，希望探测器和探测器所装载的电子器件占有紧凑体积，以便使它们在受约束的空间中更易于操纵，如在医学成像领域中， 在该领域中，需要把探测器尽量接近所研究的器官布置，而靠近器官却是困难的。因而，一些允许安装尽量少的电子路径同时保留良好的空间分辨率的结构是被寻求的。尤其知道以一般术语“2η”结构来表示的结构。在电子和空穴不以相同速度迁移的半导体的情况下——CdZnTe或CdTe就是这种情况，这些结构一般包括在半导体晶体的一个面上的阴极，并且这些结构使用在相对面上的两系列电极，所述电极沿着晶体表面的其中一维或另一维铺展。因而名称“2η”意味着，若希望实现一个具有η2像素的成像器，则在半导体材料的表面上使用的不是η2像素化阳极， 而使用η个细长的电极，这些电极形成第一系列电极；以及η个其他同样细长的电极，这些电极形成第二系列电极。第一系列的电极确定X坐标，并且就被淀积在半导体材料上。这涉及收集电极，因为这些电极收集在探测器中迁移的载流子。当这些载流子是电子时，这些收集电极是阳极。第二系列的电极被以横向于收集电极的方式布置，并且第二系列的电极确定Y坐标。这些电极与半导体晶体不是电接触而是电容连接。这些电极不收集载流子，但这些电极产生由载流子在探测器材料中的移动所感应的信号，其包括最大电位和最小电位。因而， 这些电极被称为非收集电极。在文献US6037595中，示出被称为“交叉带探测器(cross-strip detector) ”的这样的“2η”系统。第一系列电极的这些电极是通过利用点状阳极建立的，这些点状电极被淀积在半导体材料上，且彼此之间在列的内部通过远离半导体材料通行的导体缆线连接。一些电极最初被布置在半导体表面上用来使点状阳极防护静电效应，而所述静电效应是由电子和空穴在半导体体积中的位移在远处感应的，这些电极被用来形成第二系列电极。这些电极以行的形式被组织，同时这些电极也通过远离半导体材料通行的导体缆线连接。这些电极不收集电子，而只测量感应效应，这些电极被称为“非收集电极”。在该文献中描述的一变型使用一绝缘材料层来分隔开探测器材料和非收集电极; 这个绝缘材料层被淀积在探测器的面上。因而非收集电极或者在绝缘层上形成，或者在一分离衬底上形成，接着分离衬底被附接在绝缘层上。文献WO 2008/0544862也描述一探测器，其具有“2η”型结构并包括一半导体材料体积件(volume) 2 ；在该体积件的一个面上的一阴极4 ；在相对的面上的一阳极结构6， 这个阳极结构包括半导体材料的该面上的一第一系列导体条带8 (收集阳极)和通过一绝缘材料层沈与收集阳极隔开的一第二系列导体条带12(非收集阳极)，绝缘材料可以是 AlN(氮化铝)、Al2O3 (三氧化二铝)或Si3N4 (四氮化三硅)。该绝缘材料通过雾化或蒸发被淀积。雾化可导致获得一个布满空气泡和具有不均勻厚度的异质绝缘层。蒸发只在高温下产生并因而对于其特性是一般对温度非常敏感的半导体晶体不无危险。因而，所提出的制造方法不能令人满意。此外，为了保证电子被点状阳极有效地收集，被保持在介于阴极电位和阳极电位之间的一中间电位的聚焦栅格有时被用于给电子定向。这个聚焦栅格也能被称为非收集电极，因为它通过一绝缘层与半导体隔开并且不收集任何电子。尤其从文献US2002/0036269知道一种重合(coincidence)探测装置，其包括至少两个半导体探测器晶体，每个晶体在第一面上承载一些像素化阳极和在第二面上承载一些分段阴极，每个像素化阳极连接至一电子路径，以收集表示在该晶体中相互作用的光子的能量的信号，每个分段阴极都被连接至一电子路径，以收集重合断路信号(signaux declencheurs de coincidence )。在该文献的图3A和表示的一实施方式中，非收集聚焦栅格212在像素化阳极之间形成。一绝缘层210(以栅格的形式)在晶体第一面和聚焦栅格之间延伸。如第W068]段所指出的，该绝缘材料能通过钝化化学式连接、粘结式连接或者蒸镀式连接，被涂抹、喷雾、淀积、装配在晶体的面上。如上面所说明的，这些方法不能完全地令人满意。在文献US2002/0036269的图7表示的另一实施方式中，该探测器如上所述包括一晶体和一些像素化阳极。另外，一印刷电路板卡承载一些像素化触点612，一聚焦栅格616 是与探测器并置的触点612借助于传导黏结剂被粘合在探测器的像素化阳极606上。触点612、阳极606和栅格616之间的空间，借助于芯子被液态的绝缘聚合材料622填充(第
段)。这个绝缘层622在探测器602和印刷电路板卡610装配的期间或装配后被形成(第W099]段)。被带至高温的该绝缘材料因而进入并与探测器接触，这可能会损坏探测器。另外，在用于接收绝缘材料的狭窄空间中喷注绝缘材料的操作不方便，并且难于以工业方式实现。为便于绝缘材料的分布而分开探测器与印刷电路板卡，会导致获得一过厚的绝缘层。在文献Single-sided CZT Strip detectors (单面 CZT 带探测器)(J. Macri et al. ,IEEE, Vol 51,n° 5,oct 2004)中，不使用聚焦栅格，而是非收集电极自身被带到一在阴极电位和阳极电位之间的中间电位。在这两种情况下，在点状阳极平面外的导体缆线的安装极大地使制造复杂化，尤其当对空间分辨率或表面的需求增加时。对于两个系列的阳极或者对于聚焦栅格使用不同的电位也构成一困难，因为一旦半导体的或所使用的其他材料的表面状态不完美表面电流就会出现。另外，按照文献US6037595的变型的一实施方法必须使用一种介电材料，该介电材料能在半导体材料能够承受的温度下被淀积，而介电材料的淀积是在该半导体材料上被实施的。若无这样的介电材料，该半导体材料被损坏。在半导体材料包括CdTe或CdSiTe 的情况下，这个温度条件是特别约束性的，一旦温度超过80°C，这样的材料会退化(尤其是损失光谱特性)。从文献EP1739458还知道一探测器，它使用两个系列的电极，两系列的电极总在该半导体材料的同侧、平行于半导体表面地被布置在两个不同平面中，这些电极呈条带的形式，而且这两个系列的电极被电绝缘材料隔开。调整电绝缘材料的厚度，以便在感应信号的探测和非收集电极的绝缘之间获得折衷。在这样的装置的制造过程中，将绝缘材料淀积在半导体表面上是不方便的，因为在低的温度下，有黏结力不足和厚度控制不良的危险，而在高的温度下，半导体有被损坏的危险。另外，自然希望改善由非收集电极测得的信号与非收集电极所承受的噪声、尤其是由于位于附近的收集阳极进行电荷收集而因电容效应出现的噪音之间的比率。

发明内容
在此背景下，本发明旨在提供半导体探测器的制造方法，在该方法中，所述半导体不经受会使其特性退化的温度。本发明尤其旨在提出特别适于制造具有“2η”型结构的探测器的制造方法，该方法允许获得一均勻的、无空气泡的和厚度受控的(在收集电极和非收集电极之间的)绝缘层， 而且这没有使半导体退化的危险。这样的方法也对制造“η2”型结构的(像素化阳极)具有聚焦栅格的探测器是有利的。
本发明还旨在提供新型探测器，在非收集电极处所获得的信噪比方面，所述新型探测器具有改善的性能。本发明的另一目标是提供半导体探测器的一种制造方法，所述方法对于大批量的装置、空间分辨率高的装置和尺寸大的装置是易于实现的。最后，本发明提出致电离辐射探测装置的制造方法，所述装置包括-称为半导体块的半导体材料块，所述半导体块适于经受在致电离辐射的作用下在正电荷和负电荷之间的电荷的局部分离，-第一系列的至少两个电极，称为收集电极，所述收集电极与所述半导体块电接触，-第二系列的至少两个电极，称为非收集电极，所述非收集电极通过称为绝缘层的电绝缘材料层与所述半导体块隔开。按照本发明的方法包括下列步骤-在所述半导体块的一表面上形成所述收集电极，-在一载体的一表面上形成所述非收集电极。按照本发明的方法的特征在于，在所述载体上形成所述绝缘层以覆盖所述非收集电极之后，把承载所述收集电极的所述半导体块与承载所述非收集电极和所述绝缘层的所述载体装配在一起。借助该方法，能在高温下预先制备一具有受控厚度、受控平面度和受控附着力的绝缘层，而没有使所述半导体损坏的危险，因为所述绝缘层只被形成在所述载体上，而不挨靠着所述半导体块，这允许保护所述半导体材料的出色的特性。因此，所述方法还允许选择介电材料，而不受所述半导体材料可以承受的最高温度限制。最后，所述方法允许更好地控制所述非收集电极和所述半导体块之间的不受欢迎的物质、特别是空气泡的存在。由于所有这些原因，它导致使所述非收集电极处所获得的信噪比明显改善。有利地，所述收集电极是线性的；换句话说，它们呈条带形状。优选地，形成所述收集电极的所述条带通过平板印刷被淀积在所述半导体块的表面上。有利地，所述非收集电极按照印刷电路的制造方法被形成在所述载体的表面上。 例如，用丝网印刷进行两次相继的淀积。有利地和按照本发明，所述绝缘层通过在所述载体上淀积液态绝缘材料实现。按照本发明的方法的主要贡献之一是，所述方法允许自由选择绝缘材料。由此可使用一种介电材料，该介电材料的特性允许克服在现有技术所述的结构的使用中凭经验遇到的困难。尤其，本发明人已经发现，电绝缘材料具有高于或等于IO11Q^m的电阻率、以及超过5的相对介电常数是有利的，就非收集电极处所获得的信噪比方面，这些数值范围允许获得优异的结果。优选地，所述电绝缘材料具有在5和15之间的相对介电常数以及在 IO11 Ω. cm禾口 IO12 Ω. cm之间的电阻率。本发明扩展到可按照本发明的方法获得的装置，且尤其是扩展到一种致电离辐射探测装置，所述装置包括-称为半导体块的半导体材料块，所述半导体块适于经受在致电离辐射的作用下在正电荷和负电荷之间的电荷的局部分离；-第一系列的至少两个电极，称为收集电极，所述收集电极与所述半导体块电接触，-第二系列的至少两个电极，称为非收集电极，所述非收集电极由载体承载，并通过称为绝缘层的电绝缘材料层与所述半导体块隔开，所述装置的特征在于，形成所述绝缘层的电绝缘材料具有大于IO11Q^m的电阻率和大于5的相对介电常数。优选地，所述电绝缘材料具有在5和15之间的相对介电常数和在IO11 Ω. cm和IO12 Ω. cm之间的电阻率。这样一个装置在空间分辨率方面性能得到增强，对于使可用感应信号的测量成为可能的材料厚度，所述非收集电极所经受的噪声特别低。因而，由所述非收集电极测量的信号与由这些电极所经受的噪声之比特别高。所述装置便于制造，因为介电材料的厚度不需要特别小。具有这样特别特性的材料的选择与现有技术的教导背道而驰，现有技术或者教导要使材料的厚度适应于其介电常数，或者教导使用聚焦栅格来把电子引向收集电极，因此所述介电材料只是可选的。在某些实施方式中，所述介电材料的相对介电常数大于10。采用这样的介电常数， 在所述非收集电极上的感应信号较少取决于介电材料厚度的局部变化，或者较少取决于所述探测器材料和所述非收集电极之间的异质的存在，这样的异质是例如空气泡或者所述介电材料中的杂质。按照本发明的另一定义，所述绝缘材料的电阻率此外大于所述半导体材料电阻率的10倍。该特征允许所述非收集电极和所述半导体材料之间良好的电容耦合。按照本发明的另一方面，电极的几何形状、特别是所述非收集电极的形状，满足允许优化信噪比的某些条件。按照这方面，本发明在于一种致电离辐射探测装置，所述装置包括称为半导体块的半导体材料块，所述半导体块适于经受在电离辐射的作用下在正电荷和负电荷之间的电荷的局部分离；第一系列的至少两个电极，称为收集电极，所述收集电极与所述半导体块电接触；第二系列的至少两个电极，称为非收集电极，所述非收集电极由载体承载，并通过称为绝缘层的电绝缘材料制的层与所述半导体块隔开，所述装置的特征在于，至少一非收集电极包括至少两个宽部分，用以测量在所述半导体块中的电荷运动所感应的信号；以及，至少一收集电极延伸在所述两个宽部分之间的空间对面。该几何形状允许获得一立体角，通过该立体角，所述非收集电极看到所述半导体材料，与在现有技术的结构中相比，被所述收集电极以与所述非收集电极表面成比例地占用的所述半导体材料更少。相对于现有装置，所述非收集电极所经受的噪声被降低，并且所述非收集电极测得的感应信号被增大。若所述非收集电极被制造成淀积在一平表面上的印刷电路的形式，则通过减小所述两宽部分之间的电极宽度来实现前述特征，但要注意(在所述电极的窄部分处)保持一用于传导的足够的宽度。若所述电极以另一种方式，例如使用有线连接被制造，所述窄部分的宽度能被减小至零，因而传导在所述宽部分的平面之后的一平面中进行，其用来在所述半导体对面产生感应信号。按照本发明的再另一个方面，所述探测装置的特征在于，至少一收集电极呈条带形式，并且具有的宽度小于一非收集电极的宽度。优选地，所述收集电极的所有(相同的或者不同的)宽度都小于所述非收集电极的(相同的或者不同的)宽度。电极的这个几何形状还允许获得一立体角，通过该立体角，所述非收集电极看到所述半导体材料，与在按照现有技术的结构中相比，被所述收集电极以与所述非收集电极表面成比例地占用的所述半导体材料更少。因此，相对于现有的装置，所述非收集电极所产生的信号与所述非收集电极所受的噪声之比被增大。有利地，按照本发明的方法和/或所获得的装置还具有下列一个或几个特征-所述半导体块和所述载体的装配利用黏结剂进行；-所述载体是陶瓷制的，例如，氧化铝制的；-用来形成所述该绝缘层的材料是名称为ESL4909-mod的已知材料；-至少一个连接构件被布置在所述载体中，以便所述连接构件完全穿过所述载体并具有接触表面，所述接触表面在所述绝缘层形成后与该绝缘层的表面齐平；并且，进行所述装配，以便使一收集电极与连接构件电接触；可通过使用布置在所述收集电极的一连接区域和所述连接构件的所述接触表面之间的导电黏结剂，来进行所述装配。


现将参照附图描述本发明。图1是按照本发明的方法的一实施方式的一预备步骤结束时半导体晶体的正视图。图2是该预备步骤结束时图1的半导体晶体的3/4的视图。图3是按照本发明的方法的同一实施方式的另一预备步骤结束时一载体的正视图。图4是与图3所示载体类似的一载体的正视图，但在本发明的一变型的范围内。图5表示与图3和4中所示的载体类似的一载体在按照本发明的一实施方式的方法的后一阶段的剖面图。图6表示按照本发明的方法的一实施方式的实施过程中一组装步骤的结果。图7表示按照本发明的一实施方式的装置，为显示所述装置的两系列阳极，所述半导体被示为是透明的。图8表示图6装置的细节。图9表示按照本发明一实施方式的装置。图10表示在按照本发明一实施方式的装置的一非收集电极上获得的信号。图11表示一模拟人体器官的测试物体，该测试物体被用来测试按照本发明的装置。图12表示利用按照本发明的一实施方式的装置和图10的测试物体所获得的图像，这样模拟医学检验，并且在此，四个探测器被并置。
具体实施方式
在图1中，示出一半导体晶体体积件，所述半导体晶体体积件形成平行六面体状的、正方形截面的半导体块100，所述半导体块由俯视图示出，使得该图显示所述半导体块 100的正方形的上表面。半导体材料在此是碲化镉锌。也能使用其他半导体材料。所述正方形的边长为几个厘米，在此是2. 5cm。一些金属条带110被淀积在所述半导体块100的上表面上，就在半导体材料上，在此使用的金属是金，或者按照一变型，是钼。也能使用其他导体金属。在图1中，看到十二个金属条带110，这些金属条带沿着与正方形的一条边平行的方向105彼此平行地延伸，该方向为了陈述的需要称为第一方向。所述条带110在所述半导体块100的表面被直接形成在其上表面上；所述条带与该半导体材料电接触。因此，所述条带用于收集载流子，并且所述条带在下文将被称为收集条带或收集电极。当这些载流子是电子时，最经常的情况，这些收集条带是阳极。当载流子是空穴时，这些收集条带是阴极。 在以下的描述中，将处于这些收集条带是阳极、探测器材料是CdTe (碲化镉)的情况下。所述收集条带110分布在所述半导体块100的整个表面上。所述收集条带中的每一个具有一恒定的宽度，每个条带之间的间距在500 μ m和1毫米之间，在所示的该实施方式中更准确地是750 μ m，所述收集条带之间的间距被定义为相继的两个收集条带的中心轴线的分隔距离。每个收集条带110的宽度为150 μ m，即约为所述间距的1/5。所述收集条带110的宽度按照本发明确定。所述收集条带110在所述半导体块100的一边的整个长度上延伸。所述半导体块具有等于5mm的厚度。全部收集条带110构成第一系列电极130。在每个收集条带110的每个端部都存在一扩宽金属区域120，所述扩宽金属区域因其功能被称为连接区域120。所述收集条带110的厚度约为几个μ m，以及在所示的该实施方式中，该厚度为 3 μ m，所述收集条带通过传统的石印技术被淀积。承载所述收集条带110的半导体块的面具有表面160，该表面为陈述需要被称为第一表面。所述收集条带110的厚度相比于绝缘块的上表面的面积是较小的，所述表面160 由所述收集条带和半导体块上表面的在所述收集条带之间延伸的部分形成，其基本是平坦的。在未示出的某些变型中，所述收集条带110在其整个长度上具有不是恒定的宽度，以及在其他变型中，所述收集条带不都具有相同宽度或者相同形状。在图2中，示出类似于图1所示的半导体块的一半导体块100，在此看见其3/4。可看出一系列130电极，该一系列130电极这次包括宽度恒定的32个收集电极(阳极)110。 所述半导体块100具有边长2. 5cm的正方形前表面。所述阳极110之间的间距为750 μ m。 连接区域120在该图上由于其尺寸小没有出现。在图3中，示出一载体300，金属条带310被淀积在所述载体的表面上在此示出 10个金属条带310。构成所述金属条带的材料能够是金或钼或其它导体金属。所述条带310沿着平行于所述载体300的一条边的第二方向305延伸。在该示例中，在制造方法的过程中，所述第二方向305与所述第一方向105正交地设置。所述条带310 构成第二系列330电极。这些条带310不是用于收集载流子，而是用于与探测器材料绝缘， 以产生由载流子在该探测器材料中的位移所感应的信号。因而这涉及非收集电极。所述条带是彼此平行的并彼此以对应于间距750 μ m的距离被布置。所述条带的宽度为650 μ m。因而，相继的两个条带310的相邻边缘的分隔距离约为100 μ m，这保证两相邻条带310之间的电绝缘。按照本发明的一有利的方面，所述非收集条带310比所述收集条带110更宽，优选地，非收集条带宽是收集条带宽的2倍到5倍之间。在所示的该实施方式中，该比是4. 3， 一旦完成制造方法，这就允许在所述非收集电极处获得一特别高的信噪比。如同图1的半导体块，所述载体300是正方形截面的平行六面体状，具有边长约为 2. 5cm的正方形下表面，所述非收集条带310延伸在正方形的一边的整个长度上。要注意， 在图3中，所述非收集条带310的宽度是恒定的，但是按照一些变型，非收集条带的宽度在其整个长度上可以不是恒定的。这些条带的阻抗是有限的。所述载体300是一个陶瓷体积件，更准确的说在此涉及达96%的氧化铝。所述非收集条带310通过丝网印刷被淀积，所述非收集条带的制备包括导电浆料的焙烧步骤。如此，所述非收集条带310每个在载体300上都构成一印刷电路。所述载体300能构成读取回路用的箱的零件，其装载有信号处理所需的电子器件，所述信号在不同的电极处被接收。构成载体的材料根据其刚度及与高温淀积方法兼容的其良好的机械稳定性加以选择。按照一些变型，使用其他材料(用于集成电子装置的 SiO2、环氧或任何绝缘衬底)。在所述载体300的两边的边缘上，布置有传导接点320。在图3中示出两系列传导接点320，每系列各有12个传导接点320，这两系列传导接点平行于非收集条带310地在载体300的两边侧上规则地间隔开。在一个实施方式中，非收集条带310的厚度约为10 μ m。在另一个实施方式中，非收集条带分两道次被淀积，每道次以15 μ m的剩余厚度，即最终厚度为30 μ m。这允许降低每个条带的阻抗，在该实例中，所述阻抗约为2 Ω。在图4中，示出如图3所示的载体的一变型。载体300承载一系列330的彼此平行但其宽度不是恒定的非收集电极310。如此，每个非收集电极310按梳子形状包括一组宽部分312和窄部分313。这个梳子形状由在条带310的边缘之一上的材料连续和在条带 310的另一边缘上的齿形状来确定。条带310的宽度在窄部分313处仅为150 μ m,而条带 310的宽度在宽部分312处约为700 μ m。窄部分313的宽度是适合的，使得从载体300的一边缘到另一边缘即在约25mm 上、在条带310的整个长度上获得令人满意的传导。相继两个宽部分312之间的在一窄部分313处的距离约150μπι。在该图上看到18个宽部分312，但在一优选实施方式中，每个非收集电极具有32个宽部分。在每个非收集条带310上，窄部分313有规律地以一间距分布，该间距等于收集条带110分布在半导体体积件100上的间距(图1)。非收集条带310另外被布置成以使这些窄部分313组沿垂直于方向305的方向进行。在载体300的边缘之一上，可见18个传导接点320。一旦所述装置装配好，所述传导接点用于允许连接阳极110，如将在图6和8上可见的。电极340存在于该组传导接点320和齿状的第一非收集条带310之间，所述电极 340的功能类似于非收集电极310但由于靠近传导接点320而应面对特殊绝缘约束。所述电极340具有呈连续三角形的几何形状。在所示的该实施方式中，看出所述非收集电极以淀积在一平表面上的印刷电路的形式被制造。所述梳子形状是通过减小两宽部分312之间的电极宽度、但在窄部分313 处保持用于传导的足够的宽度而获得的。若所述非收集电极以另一种方式被制造，例如像文献US 6037595中所示的利用有线连接，窄部分的宽度能减小至零，这样传导在宽部分平面后的一平面中进行。参照图5，一旦载体300被制备有淀积在其表面的一组条带310，在整个的条带310 表面和将条带隔开的空间隙上、以及对应于窄部分313的缺口上，进行介电材料或电绝缘材料的淀积。在一实施方式中，这是通过在条带310之间淀积绝缘材料的第一步骤、然后通过在载体300的整个表面上淀积绝缘材料的第二步骤来实现的。被淀积在非收集条带310上方的介电材料的厚度约为10 μ m,且所述厚度尤其适合于保证所有电极被有效地覆盖。介电材料形成绝缘层500，所述绝缘层在背离载体300和条带310的方向上具有平坦表面560，该平坦表面的粗糙度不超过几个μπι。所述条带310 被埋置在该绝缘层500中。在一优选的实施方式中使用的介电材料是由Electro Science Laboratories (公司)销售的ESL 4909-mod，其电阻率为IO11 Ω . cm，相对介电常数ε ^等于9。在该情况下， 所述淀积在850°C下进行。在其他实施方式中，所述淀积在通常在高于100°C的其他温度下进行。与现有技术的装置相反的是，把绝缘材料淀积在与半导体块100分离的载体300 上的事实，允许摆脱由半导体块造成的温度限制。因此能选择在高温下淀积的绝缘材料，而没有破坏形成所述半导体块100的半导体材料的风险。这样一合适的淀积温度允许控制所述绝缘层的表面560的粗糙度，该表面用于承靠着半导体块的支承所述收集电极110(阳极)的面。所述半导体材料的电阻率约为101° Ω. cm，形成所述绝缘层500的介电材料的电阻率优选是其至少10倍。借助这个条件，所述非收集电极310探测到的信号不受载流子收集干扰。观察到，所述非收集电极310是足够地绝缘的。若选择的材料具有符合本发明条件的相对介电常数和电阻率，由非收集电极产生的信号则具有令人满意的信噪比。这样的材料允许非收集电极310相对于半导体块100有足够的电绝缘，同时允许这些非收集电极和所述半导体之间的电容耦合。在一些变型中，分隔非收集电极和收集电极的介电材料的厚度是几十个μπι，例如，2 μ m H 50 μ m。能判断，无论非收集电极的形状如何，前面所述实例的非收集电极在平行于所述平坦表面560的一平面中是沿所述第二方向305伸长的。在图5中，还示出用于所示条带310之一的一贯穿连接部510。该连接部510贯穿所述载体300两侧，以允许所述非收集电极310至电子读取路径的电连接以及允许由该条带探测到的信号的测量。尽管除最左边的连接部之外，其他连接部都没有被示出，但为每个非收集条带310均设置有一贯穿连接部510。在图5中还示出包括触点320和传导杆520的连接构件。所述传导杆520穿过载体300，以便能把所述触点320连接至一些读取电路，以测量由所述触点320传递的一些电信号。在所示的实施方式中，触点320的厚度等于条带310与淀积于条带上的绝缘材料的累积厚度，这样使得触点320具有接触表面(在该图上的上表面)，该接触表面位于绝缘层500的表面560的延长部分中。该接触表面还能相对所述表面560略微凹进(几个μ m)， 接着该凹进部能被黏结剂占据，如通过研究图6将能理解的。在图6中，示出图2的半导体块100与图5的层状载体的装配。所述第一方向105 和第二方向305彼此垂直地布置，表面160和560以彼此相面对地呈放。在一变型中，所述第一和第二方向没有彼此垂直地布置，而是彼此呈横向地布置。在使用图4的载体的一变型中，非收集电极的窄部分313直对收集条带110地布置，因而每个宽部分312经由介电材料500与半导体块100的没有收集电极110的表面部分相对。一旦制造方法完成，这便允许在非收集电极获得一特别高的信噪比。事实上，通过这样布置窄区域313，把收集电极和非收集电极之间的电容耦合最小化，这样的耦合是影响非收集电极所提供的信号的噪声源。图6的视图以与图5同样的角度示出图5的层状载体，所述半导体块100被布置成使得仅有一个第一条带110从该图的左边至右边可见。传导黏结剂610被预先放置在触点320的接触表面上，并因而参与所述触点320 与和所述触点面对的半导体块100的固定。表面160放置成使得每个连接区域120面对一触点320，因此黏结剂610保证收集条带110 (通过其连接区域)与触点320的固定以及电接触。该黏结剂厚度将选择成尽可能的小，例如，约几个μ m至十来个μπι。在一实施方式中，所使用的黏结剂610是在低温下可聚合的(意指在小于80°C的温度下可聚合的)传导黏结剂，更准确的说是黏结剂EG8050。借助所述表面560的小的粗糙度，避免在所述半导体块100和所述非收集电极310 之间的意外的空气泡的出现，这类空气泡易造成绝缘层的电阻率和介电常数的随机异质性。因此理解的是，利用这样的方法，该绝缘层的电阻率和介电常数被更好地控制。探测器还配有靠着半导体块100的下表面定位的、唯一的、平坦的并且正方形的阴极。在一个替代实施方式中，使用分段为几个基本阴极的一阴极。在图7中，示出如图6中获得的探测器的正视图。为了满足该图的需要，所述半导体块100被表示为透明的，以便显现电极110和310。在该图中示出这些电极的方向，分别为方向105和305。图8是图7视图的放大。看到在第一平面的一收集条带110，其垂直于一非收集条带310且收集条带110的宽度明显较小。还看到一用以回收通过收集电极110测得的信号的连接区域120。在图9中，以3/4视图表示出一探测装置，所述探测装置包括四个探测器，它们按照本发明实施并且彼此对接地设置在同一个载体300上。因而，最终的所述装置得益于一在其平面的两个方向中边长5cm的探测表面，没有死区，所述探测表面是对接的。与所有电极——无论这些电极是收集电极或者非收集电极——相关的连接位于载体300的内部，因而提供极大的紧凑性。通过在每个阴极和作为收集阳极的条带110之间施加电位差，所述装置被置于电压下。在一优选方式中，所述阴极被置于一大的负电位，且所述收集阳极被置于接近于大地电位的公共电位上。所述条带310将用作非收集电极，测量电荷在所述半导体块100中的移动所感应的信号。所述非收集电极全被置于同一电位，所述同一电位在一个实施方式中与收集阳极的电位相同。在一变型中，收集阳极和非收集电极被置于不同的电位。事实上，诸如前面所描述的介电材料的选择，使所述非收集电极同时与所述半导体块和收集阳极电绝缘。在图10中，在同一线图上示出由按照本发明的装置的一非收集电极所测得的信号1100和由该装置的一收集电极(阳极)测得的信号1150。横坐标轴表示时间，刻度为 μ s，而纵坐标轴表示测得的电位差。观察到，阳极的电位经受约50mV的骤降，而然后基本保持恒定，而非收集电极的电位经受约16mV的短暂下降，却迅速地恢复其初始值。非收集电极的电位变化略微在阳极电位变化开始之前开始，如对感应信号所期待的那样。观察到的在非收集电极的信噪比是极好的，这允许所述装置被用于强空间分辨率式的探测。在图11中，示出一测试装置，其模拟人体甲状腺，在该甲状腺内有伽马射线发射同位素，用以重现医学成像试验的条件。在图12中，示出按照本发明获得的成像的结果。值得注意的是，在该二维图像中， 以精细图像的高空间分辨率、高清晰度和高对比度精确地看出图11的甲状腺的结构。尽管上面利用碲化镉锌晶体进行了描述，但本发明能利用如砷化镓GaAs、硅、碘化汞HgI2、溴化钛TiBr的不同半导体材料或其它适当的、优选电阻率大于IO9 Ω . cm的材料来实施，这允许在任何致电离辐射不存在的情况下出现的电荷分离的数目仍是特别有限的。此外，在一些替代实施方式中，介电材料500是名为Dupont 5704的已知材料，该材料的相对介电常数在8和10之间，而电阻率接近IO12 Ω . cm,或者介电材料500是名为ESL 4905C的已知材料，该材料的电阻率为IO11 Ω. cm，而相对介电常数在7和10之间。对于这些介电材料中的每一个，在非收集电极处获得了可利用的信号。要提醒的是，CdSiTe型探测器材料的电阻率约为1(ΓΩ. cm、甚至10"Ω. cm。使用的绝缘材料有利地具有大于5、或优选大于6、甚至大于8并且小于10或15的相对介电常数，和在IO11 Ω . cm和IO12 Ω . cm之间的电阻率。在载体和半导体块可接合的情况下，该方法是有利的能够将它们两两地相结合并构成具有大表面积的探测装置，并把死区减到最小，死区是位于两相邻探测器之间的界面处、无助于探测的区。本发明不限于所描述的实施方式，而是延伸至本领域技术人员的能力范围内的所
有变型。
权利要求
1.致电离辐射探测装置的制造方法，所述装置包括半导体材料块(100)，称为半导体块，所述半导体块适于经受在致电离辐射的作用下在正电荷和负电荷之间的电荷的局部分离；第一系列的至少两个电极(130)，称为收集电极，所述收集电极与所述半导体块(100) 电接触；第二系列的至少两个电极(310)，称为非收集电极，所述非收集电极通过称为绝缘层的电绝缘材料层(500)与所述半导体块(100)隔开，所述方法包括下列步骤-在所述半导体块(100)的一表面上形成所述收集电极(130)，-在载体(300)的一表面上形成所述非收集电极(310)，所述方法的特征在于，在所述载体(300)上形成所述绝缘层(500)以覆盖所述非收集电极后，把承载所述收集电极(130)的所述半导体块(100)与承载所述非收集电极和所述绝缘层的所述载体(300)装配在一起。
2.按照权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述收集电极(110)呈条带形状。
3.按照权利要求2所述的制造方法，其特征在于，形成所述收集电极(110)的所述条带通过平板印刷被淀积在所述半导体块(100)的所述表面上。
4.按照上述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述非收集电极(310) 按印刷电路制造方法被形成于所述载体的所述表面(300)。
5.按照上述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述绝缘层(500)通过在所述载体(300)上淀积液态绝缘材料来实现。
6.按照上述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述半导体块和所述载体的装配借助黏结剂(610)进行。
7.按照上述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，至少一个连接构件 (320,520)被布置在所述载体(300)中，以便所述连接构件完全穿过所述载体并具有接触表面，所述接触表面在所述绝缘层形成后与该绝缘层(500)的表面(560)齐平；并且，进行所述装配，以便使一收集电极(110)与连接传导构件(320)电接触。
8.按照上一权利要求所述的制造方法，其特征在于，通过使用布置在所述收集电极 (110)的一连接区域(120)和所述连接构件的所述接触表面(320)之间的导电黏结剂，来进行所述装配。
9.按照上述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，用来形成所述绝缘层 (500)的材料具有在5和15之间的相对介电常数、以及在1011 Ω. cm和1012 Q.cm之间的电阻率。
10.按照上一权利要求所述的制造方法，用来形成所述绝缘层(500)的材料是ESL 4909-mocL
11.按照上述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，至少一收集电极(110) 具有的宽度小于一非收集电极(310)的宽度。
12.按照上述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，形成至少一具有至少两个扩宽部分(31 的非收集电极(310)，用以测量电荷在所述半导体块(100)中运动所感应的信号；并且，进行所述装配步骤，以使一收集电极(110)与一在所述两个扩宽部分(312) 之间的空间(313)相对。
13.按照上述权利要求中任一项所述的制造方法，所述载体(300)是陶瓷制的。
14.按照上一权利要求所述的制造方法，所述载体(300)是氧化铝制的。
15.致电离辐射探测装置，其包括-称为半导体块的半导体材料块(100)，所述半导体块适于经受在致电离辐射的作用下在正电荷和负电荷之间的电荷的局部分离，-第一系列的至少两个电极(110)，称为收集电极，所述收集电极与所述半导体块 (100)电接触，-第二系列的至少两个电极(310)，称为非收集电极，所述非收集电极由载体(300)承载，并通过称为绝缘层的电绝缘材料层(500)与所述半导体块(100)隔开；其特征在于，形成所述绝缘层的电绝缘材料具有大于或等于IO11Q^m的电阻率和大于5的相对介电常数。
16.致电离辐射探测装置，其包括-称为半导体块的半导体材料块(100)，所述半导体块适于经受在电离辐射的作用下在正电荷和负电荷之间的电荷的局部分离，-第一系列的至少两个电极(110)，称为收集电极，所述收集电极与所述半导体块 (100)电接触，-第二系列的至少两个电极(310)，称为非收集电极，所述非收集电极由载体(300)承载，并通过称为绝缘层的电绝缘材料层(500)与所述半导体块(100)隔开，其特征在于，至少一非收集电极(310)包括至少两个扩宽部分(312)，用以测量电荷在所述半导体块(100)中运动所感应的信号；并且，至少一收集电极(110)延伸在所述两个扩宽部分(312)之间的空间(313)对面。
17.致电离辐射探测装置，其包括-称为半导体块的半导体材料块(100)，所述半导体块适于经受在致电离辐射的作用下在正电荷和负电荷之间的电荷的局部分离，-第一系列的至少两个电极(110)，称为收集电极，所述收集电极与所述半导体块 (100)电接触，-第二系列的至少两个电极(310)，称为非收集电极，所述非收集电极由载体(300)承载，并通过称为绝缘层的电绝缘材料层(500)与所述半导体块(100)隔开，其特征在于，至少一收集电极(110)具有的宽度小于一非收集电极(310)的宽度。
全文摘要
本发明涉及致电离辐射探测装置的制造方法，所述装置包括称为半导体块的半导体材料块(100)，半导体块适于经受在电离辐射的作用下在正电荷和负电荷之间的电荷的局部分离；第一系列的至少两个电极(130)，称为收集电极，收集电极被形成在所述半导体块(100)的表面；第二系列的至少两个电极(310)，称为非收集电极，非收集电极由一载体(300)承载，并被称为绝缘层的介电材料或电绝缘材料制的层(500)与半导体块(100)隔开。所述方法的特征在于，在载体(300)上形成绝缘层(500)以覆盖非收集电极之后，把承载收集电极(130)的半导体材料块(100)与承载非收集电极和绝缘层的载体(300)装配在一起。
文档编号H01L27/146GK102393530SQ201110293900
公开日2012年3月28日 申请日期2011年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者G·蒙特蒙, L·韦尔热, M-C·让泰, O·莫内 申请人:原子能及能源替代委员会