CN102361027B

CN102361027B - 一种半导体探测器及其制造方法

Info

Publication number: CN102361027B
Application number: CN 201110247447
Authority: CN
Inventors: 代秋声
Original assignee: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2031-08-24
Also published as: CN102361027A

Abstract

本发明涉及一种半导体探测器及其制造方法，半导体探测器包括多个线阵探测器，线阵探测器包括第一侧面、第二侧面、与第一侧面相对的第三侧面、与第二侧面相对的第四侧面及连接第一、第二、第三与第四侧面的第一底面和第二底面。第一侧面和第三侧面上分别设置有负电极和正电极。多个线阵探测器沿第一侧面的法线方向相互叠置构成所述半导体探测器，且相邻的线阵探测器之间设置有绝缘层。本发明的半导体探测器将电极设置于线阵探测器中相对的侧面上，可解决因半导体探测器的厚度增加而使电子-空穴对漂移距离增长的问题，使半导体阵列探测器在较宽的能量范围内同时拥有高计数率和高探测效率。本发明另外提供一种半导体探测器的制造方法。

Description

一种半导体探测器及其制造方法

技术领域

本发明涉及临床CT领域和核医学成像领域，尤其涉及半导体探测器及其制造方法。

背景技术

碲锌镉（CdZnTe）晶体是半导体阵列探测器研制计数CT（Computed Tomography，电子计算机X射线断层扫描技术）、能量分辨CT或高分辨率SPECT（Single-Photon Emission Computed Tomography，单光子发射计算机断层成像术）成像系统的首选，还可用于PET(Positron Emission Tomography)成像系统。其具有可室温下使用、能量分辨率高、漏电流小、像素尺寸能够达到亚毫米级等优点，倍受业界关注。如图1所示，为现有正方体结构的碲锌镉阵列探测器，其由多个碲锌镉晶体探测单元1按阵列方式构成，每个碲锌镉晶体探测单元1均为长方体，其底面为边长等于d的正方形，底面设有电极A。每一个电极A即为碲锌镉阵列探测器的一个像素，两电极间的距离h为碲锌镉晶体的高，即探测器的厚度。

半导体探测器探测高能光子的过程如下：当X或γ光子进入探测器，与碲锌镉晶体发生相互作用后，产生电子-空穴对。电子、空穴在外加电场的作用下会分别向阳极和阴极漂移，阳极和阴极将收集到的电荷向外输出。由于X或γ光子在探测器内产生的电子-空穴对数目与光子自身能量近似成线性关系，所以通过测量电极向外输出的电荷脉冲就可以得到X或γ光子的能量。

然而，X和γ光子与探测器的作用是随机的，探测器必须具备一定的厚度，才会有一定比例的X或γ光子沉积在里面。如果探测器太薄，将难于探测到足够的入射光子用于成像。而且随着能量的增加，探测器所需要的厚度也逐渐增加。这就意味着，在探测较高能量的X或γ光子时，所需要的碲锌镉探测器的厚度会比较大。由此，采用现有技术中的碲锌镉探测器时，由于探测器厚度的增加，电子-空穴对漂移到电极的时间将会延长，进而限制探测器计数率的提高，影响探测效率。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种可以解决现有半导体阵列探测器存在的问题的半导体探测器及其制造方法。

一种半导体探测器，包括多个线阵探测器。所述线阵探测器包括第一侧面、第二侧面、与第一侧面相对的第三侧面、与第二侧面相对的第四侧面以及连接第一侧面、第二侧面、第三侧面与第四侧面的第一底面和第二底面，所述第一底面与第二底面相对，用于接收入射辐射。所述第一侧面和所述第三侧面上分别设置有负电极和正电极。所述多个线阵探测器沿所述第一侧面的法线方向相互叠置构成所述半导体探测器，且相邻的线阵探测器之间设置有一个绝缘层。

一种半导体探测器的制造方法，用于制造所述半导体探测器。所述半导体探测器的制造方法包括以下步骤：第一步，在每一所述线阵探测器的第一侧面和第三侧面上分别设置负电极和正电极；第二步，沿所述第一侧面的法线方向顺序叠置所述多个线阵探测器，并在相邻的线阵探测器之间设置一个绝缘层，构成所述半导体探测器。

与现有技术相比，本发明的半导体探测器将电极设置于所述线阵探测器的一对相对的侧面上，而非设置于所述线阵探测器厚度方向的两个底面。由此，可以有效地解决半导体探测器因厚度（即所述线阵探测器的第一底面与第二底面之间的距离）增加，而导致电子-空穴对漂移的距离增长的技术问题，进而可以消除现有碲锌镉阵列探测器高计数率与高探测效率之间相互制约关系的矛盾，最终使半导体探测器可以在较宽的能量范围内同时拥有高计数率和高探测效率。本发明提供的半导体探测器的制造方法步骤简单，无需复杂的工艺，易于实现，便于制造成型所述半导体探测器，有利于推广应用。

附图说明

图1为现有技术中半导体探测器的结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的半导体探测器的立体示意图，所述半导体探测器包括多个线阵探测器。

图3为图2所示半导体探测器的另一视角的示意图。

图4为图2所示半导体探测器的分解示意图。

图5为图2所示线阵探测器的立体示意图。

图6为图5所示线阵探测器的另一视角的示意图。

图7为图2所示半导体探测器的侧视图。

图8为图2所示半导体探测器的俯视图。

图9为本发明第二实施例提供的半导体探测器的侧视图。

图10为本发明第三实施例提供的半导体探测器制造方法的流程图。

附图标记说明：A.电极，100.半导体探测器，110.线阵探测器，111.第一侧面，112.第二侧面，113.第三侧面，114.第四侧面，115.第一底面，121.负电极，122.正电极，122a.子正电极，130.绝缘层。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例就本发明的技术方案做进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参照图2至图4，本发明第一实施例提供一种半导体探测器100，其包括多个线阵探测器110，多个线阵探测器110相互叠置构成半导体探测器100，相邻的线阵探测器110之间设置有一个绝缘层130。

每一线阵探测器110均由碲锌镉（CdZnTe）、碘化汞（HgI₂）、碘化铅（PbI₂）、砷化镓（GaAs）、碲化镉（CdTe）或者其他具有相似半导体特性的材料制成。本实施例中，所述线阵探测器110的材料优选为碲锌镉（CdZnTe）。

请一并参阅图5和图6，每一线阵探测器110均具有第一侧面111、第二侧面112、第三侧面113和第四侧面114，以及第一底面115和第二底面（图中未标示）。第一侧面111与第三侧面113相对，分别设置有负电极121和正电极122（图3或图6中虚线框所示）。第二侧面112与第四侧面114相对。第一底面115与第二底面相对，用于接收入射的辐射。本实施例中，第一侧面111与第二侧面112均垂直于第一底面115，即线阵探测器110为长方体结构。多个线阵探测器110沿第一侧面111（或第三侧面113）的法线方向相互叠置，即构成半导体探测器100。

本实施例中，所述负电极121布满整个第一侧面111，正电极122包括多个相互间隔的子正电极122a。多个子正电极122a以一维阵列的形式分布于第三侧面113，且相邻的子正电极122a之间相互绝缘。每一子正电极122a均呈长条状，从第一底面115向第二底面延伸。

本实施例中，所述负电极121和正电极122均采用离子溅射或蒸镀的方法形成于第一侧面111和第三侧面113。当然，负电极121和正电极122的形成方法并不局限于本实施例，如，正电极122也可以采用光刻的方法形成，即采用光刻工艺获得阵列分布的多个子正电极122a，只要能在第一侧面111和第三侧面113分别形成负电极121和正电极122即可。

优选地，负电极121和正电极122由金（Au）、银（Ag）或铂（Pt）等低电阻材料制成。

第一侧面111与第三侧面113之间的距离为0.25mm至4mm，第一底面115与第二底面之间的距离为1mm至30mm。

请参照图7及图8，优选地，第一侧面与所述第三侧面之间的距离为0.25mm，第一底面115与第二底面之间的距离为30mm。

绝缘层130设置于相邻线阵探测器110中第一侧面111的负电极121与第三侧面113的正电极122之间。

绝缘层130由可透光的塑料、橡胶、油漆或者某种物质的氧化物制成，其厚度小于0.5mm，电阻率大于10¹⁰Ωm。

本实施例中，线阵探测器110为长方体，即直四棱柱结构，当然，并不局限于此，如图9所示，为本发明第二实施例提供一种半导体探测器100，其中线阵探测器110也可以为斜四棱柱，此时第一底面115和第二底面均倾斜于第一侧面111和第三侧面113，由此，入射辐射垂直于第一底面115时，可以穿过绝缘层130而被有效地探测，进而提高半导体探测器100的探测效率。

半导体探测器100的工作原理如下：辐射X或γ光子从半导体探测器中用于接收入射辐射的第一底面115和/或第二底面射入时，X或γ光子与线阵探测器110发生相互作用，在线阵探测器110内产生电子-空穴对。在垂直于负电极121和正电极122的表面（即第一侧面111或第三侧面113）的外加电场作用下，电子-空穴对中的电子和空穴分别向两相对的负电极121和正电极122漂移；负电极121和正电极122分别收集电荷并向外输出。由于X或γ光子在半导体探测器100内产生的电子-空穴对数目与X或γ光子自身能量近似成线性关系，因此通过测量负电极121和正电极122向外输出的电荷脉冲便可以得到X或γ光子的能量。

半导体探测器100将负电极121和正电极122设置于线阵探测器110相对的第一侧面111和第三侧面113上，而非设置于线阵探测器110厚度方向的两个底面（第一底面115和/或第二底面）。由此，可以有效地解决半导体探测器100因厚度(即线阵探测器110的第一底面115与第二底面之间的距离)增加，而导致电子-空穴对漂移的距离增长的技术问题，进而可以消除探测器高计数率与高探测效率之间相互制约关系的矛盾，最终使半导体探测器100可以在较宽的能量范围内同时拥有高计数率和高探测效率。

请参阅图10，本发明第三实施例提供一种半导体探测器的制造方法，用于制造本发明第一实施例提供的半导体探测器100。半导体探测器的制造方法包括以下步骤：

第一步，在每一个线阵探测器110的第一侧面111与第三侧面113上分别设置负电极121和正电极122。

负电极121布满整个第一侧面111，正电极122包括多个相互间隔的子正电极122a。多个子正电极122a以一维阵列的形式分布于所述第三侧面113，且相邻的子正电极122a之间相互绝缘。每一子正电极122a均呈长条状，从第一底面115向第二底面延伸。

本实施例中，负电极121和正电极122均采用离子溅射或蒸镀的方法形成于第一侧面111和第三侧面113。当然，负电极121和正电极122的形成方法并不局限于本实施例，如，正电极122也可以采用光刻的方法形成，即采用光刻工艺获得预定阵列分布的所述多个子正电极122a，只要能在第一侧面111和第三侧面113分别形成负电极121和正电极122即可。

第二步，沿第一侧面111的法线方向，顺序叠置多个线阵探测器110，并在相邻的线阵探测器110之间设置一个绝缘层130，即构成半导体探测器110。

本发明的上述半导体探测器的制造方法步骤简单，无需复杂的工艺，易于实现，便于制造成型所述半导体探测器100，有利于推广应用。

需要说明的是，以上所述的本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的其他各种相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种半导体探测器，包括多个线阵探测器（110），其特征在于，所述线阵探测器包括第一侧面（111）、第二侧面（112）、与第一侧面（111）相对的第三侧面（113）、与第二侧面（112）相对的第四侧面（114）以及连接第一侧面（111）、第二侧面（112）、第三侧面（113）与第四侧面（114）的第一底面（115）和第二底面，所述第一底面（115）与第二底面相对，用于接收入射辐射；所述第一侧面（111）和所述第三侧面（113）上分别设置有负电极和正电极；所述多个线阵探测器（110）沿所述第一侧面（111）的法线方向相互叠置构成所述半导体探测器（100），且相邻的线阵探测器（110）之间设置有一个绝缘层（130），所述第一底面（115）和所述第二底面均倾斜于所述第一侧面（111）和所述第三侧面（113）。

2.根据权利要求1所述的半导体探测器，其特征在于，所述负电极（121）布满所述第一侧面（111）；所述正电极（122）包括多个相互间隔的子正电极（122a），所述多个子正电极（122a）呈一维阵列分布且相邻的子正电极（122a）之间相互绝缘。

3.根据权利要求1所述的半导体探测器，其特征在于，所述负电极和所述正电极（122）通过离子溅射的方法分别形成于所述第一侧面（111）与所述第三侧面（113）之上。

4.根据权利要求1所述的半导体探测器，其特征在于，所述第一侧面（111）与所述第三侧面（113）之间的距离为0.25mm至4mm，所述第一底面（115）与所述第二底面之间的距离为1mm至30mm。

5.根据权利要求1所述的半导体探测器，其特征在于，所述绝缘层（130）的厚度小于0.5mm，电阻率大于10¹⁰Ωm。

6.根据权利要求1所述的半导体探测器，其特征在于，所述绝缘层（130）可以透过射向所述第一底面（115）和/或所述第二底面的辐射。