CN104619675A - 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用于使用这种传感器的牙科放射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造检测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射线直接转换检测器和使用至少一个这样的检测器的牙科放射仪器。所述制造晶片的方法包括：将压力(3、4、4a)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(5-9)的步骤。所述方法包括在所述多晶半导体材料中提供至少0.2％的杂质水平的初步步骤。

Description

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用于使用这种传感器的牙科放射装置
技术领域
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。
最先进技术
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
理想的是，半导体材料应是便宜的且易于制造。
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。
材料必须允许生产足够大的传感器。
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。
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。
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。
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。
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。
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HgI2层的生长。碘化汞蒸气被带到90℃并在70℃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。
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HgI2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。
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HgI2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。
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HgI2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HgI2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。
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。
在2000年11月16日出版的国际申请WO-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。
在专利US-A-5.892.227(也于1996年4月4日出版为国际申请号WO-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。
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。
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HgI2，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。
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HgI2。这导致电极的降解和甚至局部破坏。
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
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％。
根据所述方法的其它特征：
-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；
-所述轴向压缩力的值介于100MPa和1000MPa之间，且在于热压的持续时间等于或小于一小时；
-热量的温度介于70℃和200℃之间，且加热的持续时间等于或小于一小时；
-施加压力的步骤在开始加热步骤时实现；
-施加压力的步骤在整个加热步骤中实现；
-粉末状半导体材料包括选自PbI2、HgI2、PbO中的至少一种成分；
-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或PbI2，且特别选自CsI、CdI2、SnCl2、AgI或BiI3中,和选自氧化物中的PbO。
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。
根据所述检测器的其它特征：
-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，以便提供像素的一维或二维阵列，所述第一和第二电极与集成半导体电路电连接，所述集成半导体电路与半导体晶片已经沉积所在的表面相关联，集成半导体电路被布置为使得其产生多个电信号，所述信号代表在所述半导体芯片的不同像素中接收的X射线的强度。
本发明还提供了一种使用根据本发明的至少一个直接转换X射线检测器的用于X射线(包括牙科X射线)的装置。
这样的装置：
-包括根据本发明的至少一个直接转换X射线检测器，且其还包括至少一个受控X射线源和控制电路，以通过基于由所述至少一个直接转换X射线检测器产生的多个电信号查看、印刷和/或记录至少一个图形表示而在所述至少一个直接转换X射线检测器的方向上执行至少一次X射线曝光并用于从中推导。
-所述装置是口内或口外牙科X射线装置。
附图简述
使用具体实施方式和附图将更好地理解本发明的其它特征和优点，其中：
-图1示出利用其可实现根据本发明的方法的某些步骤的设备的示意图；
-图2a和图2b是解释由轴向压缩产生的效果的图；
-图3是使用根据本发明制造的半导体晶片的直接转换X射线检测器的示意图；和
-图4是使用根据本发明的直接转换X射线检测器的牙科X射线装置的特别实施方案的图。
根据本发明，制造方法使用了粉末状半导体材料。
根据科学文献，基于PbI2、HgI2和/或PbO的材料可能是最有效的。在一个优选实施方案中，所选择的材料是HgI2。此外，当材料具有其是上述材料的情况的各向异性电迁移率时，优选的是，所述材料优选被塑形形为使得电流在更大流动性的方向上流动。
在现有技术中，如上面所述，用于通过烧结产生检测芯片的粉末必须经受一系列净化步骤以使用尽可能最纯的半导体材料。
与此相反并令人惊讶地，发明人已经观察到最低水平杂质的存在使得能够获得X-光子的电转换的更高良率。
本发明人发现，在由不太纯粉末制造的HgI2晶片的情况下，在检测灵敏度方面可获得较好结果。
根据本发明的可取和可容许的杂质特别是包含在初始粉末中的金属废产物，或来自用于减少粉末并测量或校准粉末的颗粒的平均直径的工具和来自工业粉末制品的制造过程的那些废产物。
优选地，用于产生芯片的烧结的粉末状半导体材料应具有99.0％纯度，其中杂质率(尤其是金属)低于1.0％。
这样的“非纯”粉末可有利地商购，因此允许去除一系列纯化步骤中涉及的所有成本。具体而言，粉末制造商商业上在其产品中提供数十倍的纯度等级。由发明人进行的试验显示了用于从对应于0.2％的杂质的数十倍的直接X光子转换的烧结粉末的改善结果。这代表大于包括上述文献US-A-5892227的现有技术中所要求的杂质的两千倍的晶粒。
本发明人然后意识到对具有预定最小杂质率的这种材料施加轴向压缩负荷，也通过沿与组成初始粉末的晶粒共同的晶轴C重新取向晶粒而有利于电转换的良率的提高。在优选实施方案中，这个特征与最小杂质率特征组合。
在图1中，示出了使得能够实现制造方法的设备。
炉1由导热体2组成，所述导热体具有由下壁4a和放置在待烧结的粉末状半导体材料之上的轴向压缩压力机4限制的中心开口6。
其腔具有由半导体晶片材料占用的形状的模具被放置在壳体6或炉1的中心开口中。
例如，该模具使得能够生产具有至少两个相对和平行表面并具有圆形或矩形形状的晶片。
导热体2由通道5刺穿以用于循环来自存储库7的加热油。存储油由通过控制烧结的持续时间和/或温度的电路连接的电阻器8加热(未示出)。
加热的油由受烧结的持续时间和/或温度的控制电路控制的电泵9(未示出)抽吸。热油进入主体2的通道5中。这些通道以螺旋形状连接且加热油的流动然后重定向朝向存储库7。
优选地，上压力机4由机构3启动，所述机构调节施加到粉末然后施加到容纳在炉1的腔6中的半导体晶片的轴向压缩力的施加的值和持续时间。
该轴向压缩的实施优选在加热(即用于烧结粉末和然后被制造的晶片的加热)开始时进行。
在另一实施方案中，也通过进行冷轴向压缩(其在启动用于通过烧结由半导体材料制成的晶片的制造的加热之前实施)获得令人感兴趣的结果。特别而言，通过在前冷轴向压缩之后进行壳烧成长达一小时获得良好结果。
图2a是由半导体材料制成的晶片中的晶粒的示意图。这些晶粒(例如由晶粒10、11示出)具有平行六面体形式。在各向异性材料的情况下，这种形式不预先确定粒料中的晶粒的实际形状，但其目的是为了强调其电属性的各向异性。更大电迁移率的方向C对应于平行六面体的最小尺寸。
图2a中示出的晶粒在任何方向取向。其结果是，如果电荷流经材料，它们将根据其更大电流动性的方向横跨晶粒，且然后将在下部电流动性方向上行进到其它晶粒。这将导致材料的的总电迁移率不被最大化。
在图2b中，为了实施在给定方向C上的轴向压缩，粉末状半导体材料中的颗粒的晶粒表面10、11趋于几乎对准，使得更高电迁移率的方向C平行于轴向压缩的轴。
陶瓷的总电迁移率沿这个方向增加。这导致提高电荷沿这个方向的流动，并因此提高X光子的电转换的良率。
压缩或施加压力，或在待烧结粉末的压力下的烧结已经在现有技术中实行。但特别而言，应注意，所期望的效果则是粉末的简单压实以在由此“预先压实”的粒料被放置在烧结炉中之前赋予更好的机械强度。特别而言，压实仅导致粉末量减少，通过施加该压力减小粉末颗粒之间的空隙。
根据本发明，在与加热的同时施加轴向压缩超过容积减少的这种单一状态，以在其它晶粒的代价下促进具有平行于压缩轴的轴C的取向晶粒的生长并导致具有晶粒的优选取向的半导体芯片。
在根据本发明的制造方法中进行的压缩应优选在加热步骤的开始发生。这在设定时段期间且在设定温度值下通过设定值下的压缩负荷或力发生。
在完成轴向压缩步骤之后，特别根据粉末状半导体材料的灰度和/或希望生产的晶片的厚度，用于烧结的加热步骤可立即停止或者可继续持续设定时段或在维持温度或其它预定温度下继续。
也通过首先实行轴向冷压缩步骤且通过正好在烧结加热步骤本身之后进行所述步骤获得良好结果。在这样的实施方案中，发现有利的是使用壳烧成的技术；轴向压缩粒料被放置在非压实粉末层上并最后覆盖一层非压实粉末。
加热步骤使得晶粒能够在晶片内生长。烧结期间粉末床的存在可能限制在烧结期间晶片和大气之间的接触。物质在表面上的传输的现象受表面上的材料的逐渐蒸发和再冷凝限制。
壳烧成使得能够通过从晶片的相对侧的表面降低粗糙度获得更好表面，即，更好平整度。壳烧成也使得能够降低表面寄生相的形成(这可在退火期间晶片已经与炉气直接接触时发生)。
压机4的表面和模具4a的底部具有表面状态，其使得能够符合没有开口表面孔隙率的光滑表面状态，这可在烧结本身期间通过轴向压缩和加热获得。
因此，完全可能在相对由半导体材料制成的晶片的两个“有效”表面上直接沉积电极，并在集成CMOS电路上直接沉积电极和晶片的组件，这将在后面描述。
在一个特别实施方案中，在此期间掺杂剂掺入半导体材料中的步骤在轴向压缩步骤之前。在一个优选实施方案中，掺杂剂选自碘化合物且是例如CsI或BiI3。
在图3中，示出直接转换X射线检测器，其通过使用由本发明的方法获得的陶瓷或半导体材料晶片13产生。当从图3中观看时，由半导体材料制成的晶片13具有两个平行且相对的表面，一个下表面，一个上表面。所述表面具有完全平坦并且没有粗糙度的表面状态。
然后可能通过蒸镀或通过任何合适技术沉积一个或多个金属层(诸如钯)，这将分别构成由半导体材料制成的晶片的上表面上的第一电极14和下表面上的第二电极15。
在一个优选实施方案中，第一电极14是连续、平坦和二维的，其可由入射X光子流交叉。根据入射X光子的能量和波长，分离晶片13的下表面和上表面的轴向厚度通过最大化由第二电极15吸收X光子来确定。
该第二电极15不以二维连续的方式而是以贴片的形式产生，每个贴片将右侧限定于像素图像传感器。
根据所述情况，第二电极15然后以导体贴片被以以下方式布置的方式配置：
-在一个线性方向或另一个，但一维的方向上，以产生一个一维图象传感器；
-或在检测器的设计期间选择的不同布置下，以二维产生用于2D图像的二维传感器。
第二电极上的每个导电贴片然后通过导电线路网络连接到针对每个像素检测的信号的一组放大器。如已知，因此形成2D像素布置可直接或通过多路复用(包括以行和列的2D寻址机制)操作。为此，本发明的直接转换检测器还包括集成CMOS电路17，在其上沉积并固定由半导体材料制成的晶片13的上表面(具有其电极14和15)。
集成CMOS电路17主要由检测电路18和信号处理电路19组成。电路18连接到每个电荷像素传感器。每个像素传感器包括前置放大器和格式化电路，以响应于在晶片13的每个像素上产生的电荷。电路19设有用于产生代表在半导体芯片的各个像素中接收的X射线强度的电信号的构件。
为此目的，半导体芯片13的电极14和15通过电连接件电连接到集成CMOS电路17的导电输入贴片(未示出)。集成CMOS电路17的导电输入贴片电连接到如已知的适当偏振的传感器电路18。
并非所有为集成CMOS电路17开发的必要电路都在本文中描述，但仅描述那些必要的电路，使得本发明可被理解。代表由电路18产生的接收的X射线强度的电信号可用于由此形成的集成复合电路13-20(其构成直接转换X射线检测器)的输出端20上。
在图4中，牙科X射线装置被示意地示出，其有利地使用如参考图3描述的至少一个直接转换X射线检测器。
配备有本发明的晶片的传感器可用于口外牙科成像系统。一个X射线源21安装在其可在上面移动的支架24上的移动臂23上。关于X射线源21，臂23承载装置25，其被设计为产生通过使用具有根据上述构成的直接转换X射线检测器28的至少一个传感器所产生的至少一个图像信号。
配备有本发明的晶片的传感器可用于口内牙科成像系统。传感器然后定位在患者的待进行X光检查的牙齿后面的口腔内部。X射线源定位在可调节臂上。其在刚刚曝光之前抵靠患者的脸颊定位。
直接转换X射线检测器28相对配备有提供入射X射线的过滤和准直的组件22的X射线源21。X射线27然后穿过要通过介入X射线检测器27的直接转换28进行检查的分析区域26，诸如患者的头部，或者他的颚的一部分。
因此构成的牙科放射装置还包括计算器29，其用于进行这样的控制电路29、31以进行至少一个X射线曝光。计算器29主要包括：
-用于从X射线源21和过滤器和准直单元22产生控制信号30的构件；
-用于如所期望地产生启动臂23的控制信号31的构件，以便与由X射线源21确定的X射线曝光同步进行待分析的区域26的确定扫描；
-用于接收和处理代表在X射线的半导体传感器芯片直接转换28的各个像素中接收的X射线的强度的各种电信号32的构件；
-用以在由所述至少一个直接转换X射线检测器产生的多个电信号的基础上通过查看、打印和/或记录至少一个图形表示来推导的构件。
这些最新计算构件29连接到图形显示设备34、图形打印机35和/或存储系统36且直接会诊或通过通信网络连接。
应注意，这种类型的放射装置以需要由本发明的制造方法获得的半导体材料制成的晶片的性能的高频复发操作，这使得能够得到在后面章节示出的效果。
实施例
实施例1
对于多晶半导体材料，使用下列参数：
烧结温度：100℃。
轴向压缩负荷：300兆(3.108)帕。
在该温度下加压的持续时间：20个小时。
实施例2
对于多晶半导体材料，使用下列参数：
烧结温度：介于70℃和130℃之间。
轴向压缩负荷：介于100兆帕和800兆帕之间。
在该温度下加压的持续时间：至少1个小时。
实施例3
对于碘化汞HgI2，使用下列参数：
烧结温度：低于200℃。
轴向压缩载荷：大于1000兆帕。
在该温度下加压的持续时间：至少1个小时。
实施例4
对于碘化汞HgI2，使用下列参数：
烧结温度：介于70℃和130℃之间。
轴向压缩负荷：介于100兆帕和1000兆帕之间。
在该温度下加压的持续时间：至少1个小时。
实施例5
对于选自PbI2、HgI2的半导体材料，添加选自CsI、BiI3、CdI2、SnCl2和AgI的卤代化合物的掺杂剂。对于半导体材料，诸如PbO，通过添加复合氧化物进行掺杂。
所指示的浓度为数个百分数的量级。
测试晶片和直接转换检测器
起始粉末的纯度在X射线检测的灵敏度上的效果。
在一系列测试中，用于制造陶瓷的粉末是公司“SigmaAldrich”出售的纯度等于99.0％的商用粉末(参考221090ACS试剂，≥99.0％)。
为了进行比较，也使用99.999％纯度的市售粉末(供应商参考203785，99.999％痕量金属基点)产生晶片。
下面的表1示出用于由99.0％和99.999％纯度的粉末制成的晶片的暗电流和灵敏度的测量。由于物理原因，无法知道由样品接收的精确X射线剂量。仅由源发射的剂量可以是已知的。然而，对于相同尺寸和厚度的两个样品进行的灵敏度测量是可比较的。因此，我们比较了一个样品相对于另一个的相对灵敏度。
表1：纯度研究
暗电流(nA/cm2) 相对灵敏度
纯度99.0％ 251.6(±25％) 3.94
纯度99.999％ 215.9(±19％) 1.0
暗电流必须尽可能弱以具有最佳信噪比。灵敏度是指基于X射线剂量和电极表面收集的负荷量。最大化该数量是目标。
由99.0％纯的粉末制成的晶片，即具有“差”纯度，其暗电流等效于由非常纯粉末制备且特别是具有较高灵敏度的晶片。
晶体分析
晶体分析显示了根据本发明的方法具有促进晶粒生长和孔隙的再吸收的效果。晶粒不仅彼此焊接。较小晶粒往往由较大晶粒“吸收”。较大晶粒以较小晶粒为代价的这种生长发生在任何烧结操作中，但是根据本发明的方法由于所施加的负荷使得能够提高其效率。
因此，由此获得的多晶材料的孔隙率比在没有压力的情况下通过简单烧结或在不烧结的情况下通过压力的简单施加获得的材料低得多。
其次，当晶粒具有各向异性晶体结构时，在烧结期间保持轴向压缩或负荷可促进具有最小机械能并从而使得能够获得其中晶粒处于优选取向的多晶材料的晶粒的生长。
在HgI2的情况下，这使得能够获得其具有这样取向使得较大电导率的方向平行于压力轴的材料。较低孔隙率和通过在压力下烧结产生的晶粒的优选取向使得能够与在不烧结的情况下的简单烧结或压实相比提高电传输性。
第三，将晶片置于压力下，通过避免蒸镀，使得能够获得多晶材料的更好均匀性和更小表面粗糙度，其随后允许电极和材料的表面之间的更好接触，并降低其可能会降低电荷收集效率的材料的表面上的缺陷。
微观结构研究
比较由半导体材料制成的各种晶片的微观结构以通过轴向压缩得到取向的优点。比较HgI2粉末、烧结晶片和在压力下烧结的晶片。晶粒在压力下烧结的晶片中的优选取向和功率由X线衍射分析。为了比较沿结晶轴C取向的结构的比例，在结晶轴(类型(00x)其中x是非零正整数)线的衍射线特征下测量该结晶轴的衍射线特征下的区域。下面的表2示出HgI2粉末、现有技术的烧结晶片和根据本发明的在压力下烧结的晶片的结果。相对强度被计算为测量线(类型(00x))与参考线(线(102))的之间的比率。
表2：相对于轴线C的特征线的强度
相对强度 粉末 烧结 在压力下烧结
参考线(102) 1 1 1
线(002) 0.27 1.52 5.18
线(004) 0.22 1.23 3.13
线(006) 0.06 1.37 1.57
在根据本发明的在压力下制成的陶瓷或烧结晶片的情况下，可获得结晶轴C(即类型(00x)(2a和2b))的特征线的最大值。因此具有其根据该轴是最重要的优选取向。
在X射线脉冲(“滞后”)之后返回到平衡时间
如在图4的描述中所公开，在成像脉冲检测器(例如3D成像)的情况下显著重要的是返回到平衡或“滞后”的时间，即在脉冲结束之后由X射线脉冲产生的电流所需的时间返回到零。为了能够产生快速图像，这种“滞后”必须尽可能地短。
根据本发明以及参考所产生的半导体晶片上的“滞后”：测量CdTe单晶和HgI2单晶。下面的表3示出结果。
表3：滞后测量
HgI2晶片 CdTe单晶 HgI2单晶
滞后 1ms 66ms 15ms
根据按照本发明的制造方法在压力下由轴向烧结产生的HgI2晶片展示最低“滞后”。
时间的线性。
另一个性能标准是随时间推移的直接转换X射线检测器的线性。
由半导体芯片所收集的电荷必须与接收的X射线剂量成比例。晶片的线性通过使其经受一系列X射线(即具有插入暂停的一系列X射线曝光)来测量。通过曝光直接转换X射线检测器、X射线波流(由脉冲序列组成)测量由半导体材料制成的晶片收集的电荷量、随时间推移的累积量。X射线波流过程的特征是：
脉冲持续时间：50Ms。
下面的暗电流的持续时间：50Ms。
收集的电荷CCC随时间的积累符合直接转换X射线检测器的曝光时间间隔[0.28s]期间的线性关系的高精度：
CCC＝a*t，其中a＝35000/28，每单位时间(秒)收集的电荷单位。
累积收集的CCC电荷的量从曝光之前的零值增加到随时间推移以线性方式开始的X射线波流。这对于在3D成像中使用是优点，即，进行的所有X射线曝光使得能够收集相同数量的电荷。
直接转换X射线检测器的生产
由本发明的方法生产的半导体材料制成的晶片的厚度取决于起始粉末的颗粒大小和所施加压缩力的值。
在直接转换X射线检测器的一个实施例中，得到其非常接近HgI2单晶体的密度的密度(98％)。
由比率：粉末质量＝截面×厚度×密度(其密度是6.36g/cm3)确定粉末量。
在本实施方案中，没有必要制造初制品。在压力下在烧结期间使用放置在炉(图1)中的模具以给出根据本发明制造的晶片的最终形状。
应注意，烧结越长，晶粒的密度越高且晶粒的尺寸越大。
晶片以圆柱形式退出炉。晶片被切割和修整以形成尺寸为15cm×15cm×500μm(厚度)的长方体。通过在其表面状态如使用图3所描述被预先适当清洗的晶片的两个相对面上蒸镀50nm的两个导电电极产生直接转换X射线检测器，且单元沉积在集成CMOS电路上。

Claims (12)

1.一种制造用于直接转换X射线检测器的半导体芯片的方法，所述方法包括将压力(3、4、4a)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(5-9)的步骤，其特征在于所述多晶半导体材料的杂质率等于或小于0.2％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于施加压力的所述步骤包括将轴向压缩力(4、4a)施加(3)到一定值的所述粉末状多晶半导体材料，这将根据所述轴向压缩力的所述施加(C)的方向确保所述多晶半导体材料晶粒的轴向取向(C)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述轴向压缩力的值介于100MPa和1000MPa之间，且在于加压的持续时间等于或小于一小时。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于热量的温度介于70℃和200℃之间，且在于所述加热的持续时间等于或小于一小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述施加压力的步骤在开始所述加热步骤时实现。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述施加压力的步骤在整个加热步骤中实现。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于所述粉末状半导体材料包括选自PbI2、HgI2、PbO中的至少一种成分。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于掺杂剂被掺入所述多晶半导体材料中的步骤在所述施加压力的步骤之前，所述掺杂剂优选选为自卤代化合物的HgI2或PbI2，且特别选自：CsI、CdI2、SnCl2、AgI或BiI3,和选自氧化物的PbO。
9.一种直接转换X射线检测器，其特征在于其包括根据权利要求1至8中任何权利要求制造的半导体晶片(13)。
10.根据权利要求9所述的检测器，其特征在于其与集成半导体电路相关联，且在于其包括与所述晶片(13)的输入表面接触的第一连续电极(14)；和由与所述晶片(13)的相对表面接触的多个导电贴片构造的第二电极(15)，以便提供像素的一维或二维阵列，所述第一和第二电极与所述集成半导体电路(17)电(16)连接，所述集成半导体电路(17)与所述半导体晶片(13)已经沉积所在的表面相关联，所述集成半导体电路(17)被布置(18、19)为使得其产生多个电信号(20)，所述信号代表在所述半导体芯片的不同像素中接收的X射线的强度。
11.一种使用根据权利要求9或10中的一项所述的至少一个直接转换X射线检测器且特别用于牙科放射的放射装置，其特征在于其还包括至少一个受控X射线源(21、22)和控制电路(29、30)，以通过基于由所述至少一个直接转换X射线检测器(28)产生的多个电信号查看(34)、印刷(35)和/或记录(36)至少一个图形表示而在所述至少一个直接转换X射线检测器(28)的方向上执行至少一次X射线曝光并用于从中推导(33)。
12.根据权利要求11所述的放射装置，其特征在于所述装置是口内或口外牙科X射线装置。
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