光子计数半导体探测器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本申请总体上设及X射线光子计数探测器。尽管与针对计算机断层摄影（CT)的 特殊应用一起描述本申请，但是本申请也设及可期望对探测到的具有不同能量的光子进行 能量解析的其他应用。
【背景技术】
[0002] 计算机断层摄影（CT)系统包括福射源，所述福射源发射穿过检查区域的多能量 电离光子。该样的系统还包括福射敏感探测器，所述福射敏感探测器被定位在检查区域的 对侧与福射源相对，所述福射敏感探测器探测穿过检查区域的光子。探测器产生针对每个 探测到的光子的电信号，例如电流或电压。探测器还包括用于基于电信号对探测到的光子 进行能量解析的电子器件。
[0003] 直接转换光子计数探测器包括在两个电极之间的半导体材料的块，高电压被施加 到所述半导体材料的块。入射光子创建许多电子/空穴对。电荷在电场中被分离，即，电子 朝向（最终分段式）阳极漂移，并且空穴朝向（最终分段式）阴极漂移。例如，探测器能够 对X射线光子、伽马射线光子或光学光子敏感。例如，探测器能够包括专口用于X射线光子 计数的CdTe或CZT。例如，光子能够通过阴极入射，并且电子能够被分段式（即，像素化的） 阳极收集。一般而言，电荷的数量正比于原始光子能量。除纯粹探测吸收的光子之外，可能 测量全部收集的电荷，W确定原始光子能量。
[0004] 在电荷的漂移期间，由于电容性禪合，电流被感应到任意电极中。穿过直接转换器 由具有电荷q的电荷载体和轨迹在像素j中生成的电流脉冲I^t)解析性地由W下公 式计算；/,= (叩)).非），其中，表示第j个电极（或像素）在电荷位 置?^(0处的权重势（也被称为权重场）的梯度，并且表示电荷的速度向量。简单地说， 电极感应到的电流越大，对应的电极的权重势梯度越大，并且电荷移动越快。
[0005] 为了实现快速计数性能，需要生成尽可能短的脉冲。通常，其目标是降低信号生成 电极的尺寸，该是因为较小的尺寸能够实现对电极周围的权重势的约束，即，权重势梯度被 局部地增强。在实践中，选择矩形或六边形像素阵列，其中，由于已知小像素效应的效应，每 个像素生成尖锐脉冲。
[0006] 因此，就在漂移电荷进入像素电极之前感应到脉冲的主要部分，相比于连续层电 极，所述像素电极引起严重的尖锐脉冲。然而，在不接受已知为电荷共享的重大退化效应的 情况下，不能够降低像素周期，因为随着像素尺寸减小，电荷云被近邻像素部分收集的可能 性增加，因此在像素中的每个中生成计数。在将脉冲用于光子能量测量的情况下，出现仅电 荷的部分被每个像素收集，使得丢失原始能量信息。
[0007] 在转向电极的概念的情况下，进一步使像素尖锐化是可能的。在该一概念中，保持 像素间距，但是进一步降低了收集像素电极的尺寸，使得提供甚至更好的约束的权重势。由 所谓的转向电极围绕集电极，所述转向电极尽可能好地填充收集像素电极之间的间隙。为 了避免电荷由转向电极收集，所述转向电极一般设置在与电荷相同极性的电势上。为了达 到适当的势差，在半导体之内的电场被弯曲，使得电荷实质上被引导朝向集电极。能够通过 使用不仅一个而是若干交错排列的转向电极改善该概念。
[000引本申请的各个方面解决了上述问题和其他问题。
【发明内容】
[0009] 根据一个方面，一种装置，包括：集电极对，所述集电极对彼此相对；半导体，其被 放置在所述集电极对之间；W及，转向电极，其被定位为邮邻所述集电极对中的一个。此外， 空间调制的渗杂形态定位在所述转向电极的至少部分之上，并且在所述半导体之内。
[0010] 在另一方面中，一种福射探测器，包括：半导体元件，其用于生成空穴和电子；阴 极，其被形成在所述半导体元件的第一表面上；W及，多个分段式阳极，其被形成在所述半 导体元件的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对。所述福射探测器还包括；至少 一个转向电极，所述至少一个转向电极被定位为邮邻所述多个阳极；W及，多个渗杂原子， 其被创建在所述至少一个转向电极的至少部分之上并且在所述半导体元件之内。在另一 方面中，一种方法，包括；提供彼此相对的集电极对；将半导体放置在所述集电极对之间； 将转向电极定位为邮邻所述集电极对中的一个；并且在所述转向电极的至少部分之上直接 产生隔离区域，使得空间调制的渗杂形态包括多个渗杂原子，所述多个渗杂原子定位在所 述隔离区域之上并且在所述半导体之内。
[0011] 对本领域的普通技术人员而言，在阅读并理解了 W下【具体实施方式】之后，本发明 的其他方面将是显而易见的。
【附图说明】
[0012] 本发明可W采取各种部件和部件的布置，W及各种步骤和步骤安排的形式。附图 仅出于图示优选实施例的目的，而不应被解释为对本发明的约束。
[0013] 图1图示了装备有转向电极的半导体探测器的范例。
[0014] 图2图示了图1的半导体探测器的描绘阴极表面的侧视图的范例。
[0015] 图3图示了转向电极的范例，所述转向电极通过绝缘层与半导体晶体分开，并且 具有之上的空间渗杂区域。
[0016] 图4图示了转向电极的范例，所述转向电极通过绝缘层与半导体晶体分开，并且 具有之上的空间渗杂区域，偏置电压被施加在阴极和阳极之间。
[0017] 图5图示了用于在光子计数半导体设备中的电荷云引导的流程图。
【具体实施方式】
[001引在转向电极的本概念中，需要在集电极与转向电极之间施加电压，所述电压引起 由转向电极和/或由集电极注入的补偿电流。此外，两个不同电压需要被施加到彼此接近 的电极该一事实增加了技术复杂性，例如，在将电极彼此电隔离方面，W及在结合基底上提 供相对高的电压（例如，50-200V)方面。
[0019] 通过使用在探测器晶体之内的空间调制的渗杂形态，避免了向转向电极供应相对 高的电压。渗杂实质上被定位在转向电极的表面之上，所述转向电极被置于与收集阳极相 同或相似的电势上。在室温处，渗杂原子取决于其类型释放空穴或者释放电子，使得离子仍 然固定在晶体结构之内。如果存在外部电场，则所释放的电子被移除并且被外部电极收集， 使得剩下的离子创建背景电荷，所述背景电荷修改电场。选择电离的渗杂原子的位置和类 型，使得得到的电场W等同于转向电极被置于相对高的电压上的情况的方式被修改。
[0020] 转向电极的几何结构被图示在图1和图2中。在图1中，探测器实质上包括半导 电材料1的切片。半导体晶体1是高电阻率高阻抗半导体材料板或晶片。优选地，半导体 晶体1包括高电阻率C旭nTe板，C旭nTe能够在室温下操作并且能够被制造为探测器。备 选地，半导体晶体1可W由CdTe、Hgl2、Pbl或具有高电阻率并且能够被制造为探测器的其 他半导体材料形成。当然，本领域的技术人员将认识到，实际上在本发明中可W使用任何半 导体材料。
[0021] 在当前情况下，选择具有在"顶部"表面（光子通过其入射）上的阴极2的几何结 构作为范例。对侧表面被通过约束的权重势4表征的收集阳极像素3进行分段，所述收集 阳极像素通常由至少一个转向电极5a围绕。如在图2中指示的，收集阳极像素3通常是圆 形，与具有转向电极5a (示出在图3和图4中）的区5相比其通常具有小的区。
[0022] 使用各种技术，转向电极5a可W被形成在半导体晶体1上或中。优选地，电极是通 常用于C旭nTe探测器制造中被电化学地沉积在半导体晶体1的表面上的金膜。备选地，其 他导电材料（包括销、锭W及其他金属）能够被电化学地沉积在晶体表面上，W形成电极。 本领域的技术人员将认识到，其他导体可W用于电极。作为对电化学沉积的备选，电极材料 可W经由蒸发、瓣射或表面合金化被沉积在晶体上。电极也可W通过其他技术形成，诸如导 电材料的离子束沉积和化学气相沉积。电极可W被形成在各种构造中，包括台面、沟槽W及 埋入构造。
[0023] 在普通转向电极探测器中，相较于通常是接地7的阳极像素3,转向电极5a被设 置为负电势。如在图4中示出的，在该一构造中，电场线6被弯曲，使得其实质上结束在阳 极3上。换言之，电子（几乎循着电场线的路径）被带负电荷的转向电极5a排斥，并且被 带更多正电荷的阳极像素3 (相对于阴极2和转向电极5a)吸引。
[0024] 因此，由在转向电极5a之上的区域5d中的负电荷替换在转向电极5a上的负电 荷，同时转向电极5a能够被设置为与阳极像素3的电势十分相似的几乎中性的电势。如图 3所示，该能够通过将渗杂原子引入在转向电极之上而实现。本领域的技术人员能够设想 若干技术，例如，在仅转向电极区被渗杂材料覆盖的条件下，通过将渗杂物材料蒸发到掩膜 上，W及持续地加热半导体，W允许渗杂材料的局部深入扩散。另一种方法是借助于扫描离 子束植入渗杂物。第=种方法是适当渗杂的半导体材料通过附着于原始晶体而使得仅转向 电极区被覆盖的掩膜的蒸发。
[0025] 在本公开内容的示范性实施例中，使用P型渗杂。换言之，使用受主原子，其均能 够分别释放空穴，并且成为固定在晶体矩阵之内的带负电荷的离子。
[0026] 参考图3和图4,假设建立了渗杂形态，贝Ij一旦偏置电压被施加在阴极2和阳极 像素3之间，就出现自组织电离过程（假设转向电极5被设置在与阳极像素3相同的电势 上）。只要电场存在于渗杂的区域的特定部分之内，自由空穴就被电场从所述区域移除，使 得剩下带负电荷的离子的区域（被称为在半导体之内的耗尽的过程）。只要离子的背景电 荷不足W大到生成补偿原始场的极化场，则耗尽"生长"到渗杂的区域中。
[0027] 本公开内容的示范性实施例可W是在两种静态情况之间有区别的。在第一种情况 下，渗杂的区域是部分带负电荷5c的，使得得到的极化场在渗杂的区域之内的部分5d中补 偿了外部施加的电场，使得该些区域没有电场（即，未耗尽的）。在该一情况下，电场线并不