DE102011083424B3 - Röntgenstrahlungsdetektor zur Verwendung in einem CT-System - Google Patents

Röntgenstrahlungsdetektor zur Verwendung in einem CT-System Download PDF

Info

Publication number
DE102011083424B3
DE102011083424B3 DE201110083424 DE102011083424A DE102011083424B3 DE 102011083424 B3 DE102011083424 B3 DE 102011083424B3 DE 201110083424 DE201110083424 DE 201110083424 DE 102011083424 A DE102011083424 A DE 102011083424A DE 102011083424 B3 DE102011083424 B3 DE 102011083424B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor
semiconductor material
ray detector
contact
work function
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE201110083424
Other languages
English (en)
Inventor
Fabrice Dierre
Matthias Strassburg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Healthineers Ag De
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE201110083424 priority Critical patent/DE102011083424B3/de
Priority to CN201210344540.2A priority patent/CN103022180B/zh
Application granted granted Critical
Publication of DE102011083424B3 publication Critical patent/DE102011083424B3/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/115—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation

Landscapes

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahlungsdetektor, insbesondere zur Verwendung in CT-Systemen, zumindest aufweisend ein zur Detektion verwendetes Halbleitermaterial, vorzugsweise einen Verbindungshalbleiter, und mindestens einen ohmschen Kontakt zwischen dem Halbleitermaterial (HL) und einem Kontaktmaterial (KM), wobei das Halbleitermaterial (HL) und das Kontaktmaterial (KM) jeweils eine Austrittsarbeit (WHL, WKM) der Ladungsträger aufweisen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Halbleitermaterial (HL) und dem Kontaktmaterial (KM) eine Mittlerschicht aus einem Mittlermaterial (Z) eingebracht ist, wobei eine Austrittsarbeit (WZ) des Mittlermaterials (Z) zwischen der Austrittsarbeit (WHL) des Halbleitermaterials (HL) und der Austrittsarbeit (WKM) des Kontaktmaterials (KM) liegt.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein CT-System, in welchem ein Röntgenstrahlungsdetektor, welcher vorteilhafterweise mindestens einen erfindungsgemäßen idealen ohmschen Kontakt aufweist, verwendet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen direktkonvertierenden Röntgenstrahlungsdetektor, insbesondere zur Verwendung in CT-Systemen, zumindest aufweisend ein zur Detektion verwendetes Halbleitermaterial, vorzugsweise einen Verbindungshalbleiter, und mindestens einen ohmschen Kontakt zwischen dem Halbleitermaterial und einem Kontaktmaterial, wobei das Halbleitermaterial und das Kontaktmaterial jeweils eine Austrittsarbeit der Ladungsträger aufweisen.
  • Für die Detektion von Gamma- und Röntgenstrahlung werden, insbesondere in CT- und Dual-Energy-CT-Systemen, Szintillationsdetektoren oder direktkonvertierende Halbleiterdetektoren verwendet. In den Szintillationsdetektoren wird die einfallende Strahlung indirekt über die Anregung von Elektronen und die Umwandlung in Photonen nachgewiesen. Dahingegen sind die auf Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel CdTe, CdZnTe, CdZnSe und CdZnTeSe, basierenden direktkonvertierenden Detektoren in der Lage, einzelne Photonen zu zählen, folglich die Strahlung direkt nachzuweisen. Hierbei wird das halbleitende Detektormaterial mittels Metallkontakten, beispielsweise aus Platin oder Gold, elektrisch leitend mit der Ausleseelektronik und der Spannungsversorgung des Detektors verbunden.
  • Bei diesen Kontakten handelt es sich um nicht-ideale ohmsche Kontakte. Ein idealer ohmscher Kontakt zwischen zwei verschiedenen Materialien zeichnet sich grundsätzlich dadurch aus, dass die Austrittsarbeiten für beide Materialien gleich sind. In der Praxis ist dies schwierig, da oftmals kleine Unterschiede bereits zu injizierenden oder blockierenden Kontakten führen. Dies gilt insbesondere für Halbleiter mit hoher Austrittarbeit, wie zum Beispiel p-CdTe oder p-CdZnTe.
  • Ohmsche Kontakte sind jedoch die Grundvoraussetzung für einen Photowiderstand, wie er zum Beispiel bei der Umwandlung von Strahlung in elektrische Pulse, also auch in direktkonvertierenden Detektoren, verwendet wird. Je höher der Strahlungsfluss, desto wichtiger ist der ungehinderte Transport der Ladungsträger über die Halbleiter-Metall-Grenzfläche.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bisher bekannt, Schottky-Kontakte oder quasi-ohmsche Kontakte in direktkonvertierenden Detektoren einzusetzen. Als Metall wird hierbei Platin oder Gold verwendet. Bei diesen Metallen tritt jedoch im Betrieb das Problem der Polarisation auf, das heißt eine Veränderung des internen elektrischen Feldes aufgrund von Raumladungen im Halbleiter. Eine Ursache dieser Raumladungen sind gerade die nicht-idealen ohmschen Kontakte.
  • Vor allem bei einer intensiven Bestrahlung, wie sie beispielsweise in der Computertomographie vorkommt, tritt die Polarisation verstärkt auf. Die Leistungsfähigkeit des Detektors ist dadurch stark eingeschränkt. Hohe Strahlungsdichten sind somit nicht direkt und verlustfrei in elektrische Impulse wandelbar, so dass der Einsatz von direktkonvertierenden Halbleiterdetektoren in CT-Systemen noch keine vollständig exakten Messergebnisse liefert.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung; einen idealen ohmschen Kontakt in einem direktkonvertierenden Detektor zur Detektion von ionisierender Strahlung zu finden, so dass polarisationsbedingte Effekte vermieden werden und der Detektor für Hochfluss-Messungen geeignet ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
  • Die Erfinder haben erkannt, dass ein idealer ohmscher Kontakt an einer Metall-Halbleiter-Grenzfläche erzeugt werden kann, indem zwischen das als Kontaktmaterial verwendete Metall und dem Halbleiter eine Mittlerschicht aus einem Mittlermaterial eingebracht wird. Durch diese Mittlerschicht wird der Unterschied der Austrittsarbeiten des Kontaktmaterials und des Halbleiters, welcher selbst bei quasi-ohmschen Kontakten vorhanden ist, verringert.
  • Die Mittlerschicht besteht vorzugsweise aus einem Mittlermaterial, dessen Austrittsarbeit zwischen denen des Halbleiters und des Kontaktmaterials liegt. Die Barrieren an den Grenzflächen beziehungsweise die Unterschiede in den Austrittarbeiten der jeweils aneinander angrenzenden Materialien werden somit verringert, sodass die Grenzflächen von den Ladungsträgern leichter überwindbar sind. Ausschlaggebend für die Mittlerschicht ist, dass das Material eine höhere Mobilität für die jeweils langsamere und somit für die Polarisation verantwortliche Ladungsträgersorte besitzt als der Halbleiter (Photowiderstand). Dadurch werden diese Ladungsträger an der Grenzfläche Halbleiter-Mittlerschicht „abgesaugt“, was eine Verringerung bis hin zu einer Vermeidung der Polarisation bedeutet. Gleichzeitig fließen Ladungsträger mit entgegen gesetztem Vorzeichen aus dem Kontaktmaterial über die Mittlerschicht in den Halbleiter und reduzieren die Raumladung durch Rekombination mit den dort angesammelten langsamen Ladungsträgern. Beide Prozesse zusammen führen zu einer effektiven Vermeidung der Raumladung und damit zu einer Reduktion der Polarisation.
  • Für die Ausführung der Mittlerschicht und die Wahl des Mittlermaterials gibt es weitere, verschiedene Möglichkeiten. Bei allen Ausführungsformen liegt die Austrittsarbeit des Mittlermaterials jedoch zwischen den Austrittsarbeiten des Kontaktmaterials und des Halbleitermaterials. Das Mittlermaterial ist beispielsweise aus einem Element des Halbleitermaterials ausgebildet oder aus mehreren verschiedenen Materialschichten mit jeweils unterschiedlichen Austrittsarbeiten. Alternativ ist die Mittlerschicht aus einem Mittlermaterial ausgebildet, welches zumindest in einem oberflächennahen Bereich des Halbleiters eine stoffliche Verbindung mit diesem eingeht.
  • Zum Abscheiden des Mittlermaterials auf dem Halbleitermaterial eignen sich herkömmliche Abscheideverfahren, wie beispielsweise Sputtern oder Evaporation. Optional kann eine Oberfläche des Halbleiters vor dem Abscheiden des Mittlermaterials angeätzt werden.
  • Der Grundgedanke besteht also darin, durch eine neuartige Konfiguration eines nicht ohmschen Metall-Halbleiter-Kontaktes, das heißt durch das Einbringen einer Mittlerschicht zwischen das Metall und dem Halbleiter, einen nicht blockierenden ohmschen Kontakt zu erzeugen.
  • Demgemäß schlagen die Erfinder vor, einen direktkonvertierenden Röntgenstrahlungsdetektor, insbesondere zur Verwendung in CT-Systemen, zumindest aufweisend ein zur Detektion verwendetes Halbleitermaterial, vorzugsweise einen Verbindungshalbleiter, und mindestens einen ohmschen Kontakt zwischen dem Halbleitermaterial und einem Kontaktmaterial, wobei das Halbleitermaterial und das Kontaktmaterial jeweils eine Austrittsarbeit der Ladungsträger aufweisen, dahingehend zu verbessern, dass zwischen dem Halbleitermaterial und dem Kontaktmaterial eine Mittlerschicht aus einem Mittlermaterial eingebracht ist, wobei eine Austrittsarbeit des Mittlermaterials zwischen der Austrittsarbeit des Halbleitermaterials und der Austrittsarbeit des Kontaktmaterials liegt.
  • Mit einem derartigen direktkonvertierenden Röntgenstrahlungsdetektor werden auch bei intensiver Bestrahlung, also auch in der Computertomographie, exakte Messergebnisse erzeugt. Die Leistungsfähigkeit des Detektors ist durch die Verringerung beziehungsweise Vermeidung der Polarisation nicht eingeschränkt. Hohe Strahlungsdichten sind somit direkt und verlustfrei in elektrische Impulse wandelbar.
  • Eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen ohmschen Kontaktes sieht als Kontaktmaterial beispielsweise Platin (Pt) oder Gold (Au) vor. Als Halbleiter, vorzugsweise als Verbindungshalbleiter, sind beispielsweise CdTe-, CdZnTe-, CdZnSe- oder CdZnTeSe-Halbleitermaterialien einsetzbar.
  • Im Folgenden werden die verschiedenen Ausführungen des Mittlermaterials und der Mittlerschicht beschrieben. Bei allen Ausführungen liegt die Austrittsarbeit des Mittlermaterials zwischen der Austrittsarbeit des Kontaktmaterials und der des Halbleitermaterials. Beispielsweise ist die Austrittsarbeit des Halbleiters, zum Beispiel CdTe, kleiner als die des Kontaktmaterials, beispielsweise einem Metall wie Pt, so dass die Austrittsarbeit des Mittlermaterials kleiner als die des Kontaktmaterials aber größer als die des Halbleiters ist. Alternativ ist die Austrittsarbeit des Halbleiters größer als die des Kontaktmaterials. Dies ist beispielsweise bei einem n-dotierten Halbleiter der Fall. Hier kehrt sich die Energieskala um, da nun nicht mehr das Valenzband des Halbleiters, in dem sich die Löcher frei bewegen können, sondern das Leitungsband des Halbleiters, in dem sich die Elektronen frei bewegen können, der Bezugspunkt ist. Je nach Dotierungsgrad und Nachprozessierung eines n-dotierten Halbleiters gibt es zum Beispiel für In-dotiertes CdTe oder CdZnTe sowohl eine p- als auch n-Leitung für semi-isolierende, also hochohmige, Detektormaterialien.
  • Eine vorteilhafte Ausführung der Mittlerschicht besteht darin, dass das Mittlermaterial ein Material des Verbindungshalbleiters ist. Vorzugsweise entspricht das Mittlermaterial einem Nichtmetall des Verbindungshalbleiters. Zum Beispiel ist das Mittlermaterial bei einem CdTe-Verbindungshalbleiter das Nichtmetall Te.
  • In einer anderen Ausführung ist das Mittlermaterial ein Material aus der gleichen Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente wie das im Verbindungshalbleiter vorkommende Nichtmetall. Als Mittlermaterial bei einem beispielhaften CdTe-Verbindungshalbleiter wären demnach vorteilhafterweise Se (Selen) oder Te (Tellur) aus der 6. Hauptgruppe möglich.
  • In noch einer anderen Ausführung der Mittlerschicht ist vorgesehen, dass das Mittlermaterial aus mindestens zwei Schichten aus mindestens zwei verschiedenen Materialien ausgebildet ist. Beispielsweise werden in dieser Ausführung zwei, drei oder mehr Schichten ausgeführt. Durch die Materialschichten mit jeweils unterschiedlichen Austrittsarbeiten ändert sich die Austrittsarbeit vom Halbleiter zum Kontaktmaterial in mehreren, kleineren Stufen. Je mehr Schichten ausgebildet sind, umso kleiner sind die Stufen, sodass die jeweiligen Barrieren an den einzelnen Grenzflächen für die Ladungsträger einfacher zu überwinden sind. Dabei gilt weiterhin, je leichter die Barrieren an den Stufen überwunden werden können, umso geringer ist der Effekt der Polarisation beziehungsweise kann ganz vermieden werden. Eine Variante der Mittlermaterialschichten sind zum Beispiel abwechselnde Schichten aus Te und Se zwischen Pt als Kontaktmaterial und CdTe als Halbleitermaterial.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht im Abscheiden einer stofflichen Verbindung aus mindestens zwei Elementen auf eine Oberfläche des Halbleiters. Dabei werden die mindestens zwei Elemente vorzugsweise als Verbindung, beispielsweise als Legierung, abgeschieden. In einer Ausführungsvariante sind genau zwei Elemente vorgesehen, in anderen Ausführungsvarianten sind mehr als zwei, zum Beispiel drei oder vier, Elemente vorgesehen. Dabei kann die Zusammensetzung der stofflichen Verbindung, das heißt der Anteile der einzelnen Elemente an der Verbindung, derart über die Tiefe der Mittlerschicht variiert werden, dass die Stufen zwischen den verschiedenen Austrittsarbeiten entsprechend klein werden. Kleine Stufen/Barrieren sind wie vorstehend erläutert leichter für die Ladungsträger zu überwinden, sodass das Risiko der Polarisation stark sinkt. In einer Variante dieser Ausführungsform wird die Zusammensetzung der Verbindung in diskreten Schritten variiert, sodass definierte Schichten von Verbindungen mit stufenweise veränderten Zusammensetzungen und damit unterschiedlichen Austrittsarbeiten gebildet werden. In anderen Varianten wird die Zusammensetzung graduell variiert, sodass sich auch die Austrittsarbeit kontinuierlich ändert. Die graduelle Änderung erfolgt linear oder alternativ nicht-linear. Zum Beispiel wird eine Se/Te-Legierung auf einen CdTe-Halbleiter aufgebracht, wobei die stoffliche Zusammensetzung dieser Legierung sowohl in diskreten Schritten als auch kontinuierlich verändert werden kann.
  • Gemäß einer anderen Ausführung reagiert zumindest ein oberflächennaher Bereich des Halbleitermaterials mit dem Mittlermaterial und bildet vorteilhafterweise eine neue Materialverbindung. Diese Materialverbindung aus Halbleitermaterial und Mittlermaterial übernimmt dann die Aufgabe einer Mittlerschicht. Hierbei liegt tatsächlich eine Mittlerschicht aus zwei Schichten vor, dem eigentlichen, ursprünglichen Mittlermaterial und der neuen Materialverbindung aus dem Mittlermaterial. Die Austrittsarbeit wird vorteilhafterweise in dieser Ausführung ebenfalls stufenweise variiert.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführung liegt darin, dass eine Halbleiteroberfläche vor dem Abscheiden der Mittlerschicht angeätzt wird, sodass vorteilhafterweise nicht nur Verunreinigungen auf der Oberfläche entfernt werden, sondern auch eine Sorte der Elemente des Halbleitermaterials zumindest in einem oberflächennahen Bereich entfernt wird. Die so gewonnene oberflächennahe Schicht fungiert dabei als Mittlerschicht und dient als zusätzliche Schicht zwischen Mittlermaterial und Halbleitermaterial. Hierbei ändert sich die Austrittsarbeit vorteilhafterweise stufenweise.
  • Durch die Mittlerschicht wird vorzugsweise die Adhäsion des Kontaktmaterials, insbesondere bei einem Metall, auf dem Halbleitermaterial verstärkt. Das Abscheiden des Mittlermaterials auf dem Halbleitermaterial erfolgt vorzugsweise mit einem Abscheideverfahren wie Evaporation, Sputtern, stromlosem Abscheiden, Elektrolyse und/oder chemische Reaktion. In einer vorteilhaften Ausführung erfolgt das Abscheiden mittels einer Kombination von mindestens zwei der vorstehend genannten Abscheideverfahren.
  • Aus den erfindungsgemäßen Ausführungen des direktkonvertierenden Röntgenstrahlungsdetektors ergeben sich insgesamt die folgenden Vorteile:
    • – Durch die Ausbildung von ohmschen Kontakten wird die Polarisation an den Grenzflächen reduziert und somit die Messung hoher Strahlenflüsse ermöglicht, wie sie zum Beispiel in der Computertomographie vorkommen.
    • – Die Mittlerschicht kann mit Hilfe der herkömmlichen Abscheideverfahren auf das Halbleitermaterial ausgebracht werden, beispielsweise mittels Sputtern, Evaporation etc..
    • – Es erfolgt eine Reduktion von Verschmierungen der gemessenen Pulse, die damit eine gauß-ähnlichere Pulsform annehmen und einfacher weiterverarbeitet werden können, zum Beispiel in einer Zählelektronik.
    • – Ohmsche Kontakte haben eine geringere Wärmeverlustleistung als nicht-ohmsche Kontakte, sodass weniger Aufwand bezüglich einer Kühlung der Systeme notwendig ist.
    • – Der Einsatz der ohmschen Kontakte als Kontaktstruktur in Computertomographie-, Röntgenstrahlungs- und Gammastrahlungsdetektoren ist ebenfalls möglich, und
    • – die Überprüfung und der Nachweis der Zusammensetzung des Kontaktes kann durch Tiefenprofilanalysen in Form von einfachen Stoff- und Konzentrationsmessungen erfolgen, zum Beispiel mittels Sekundärionen-Massenspektroskopie (SIMS), Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX), Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie (RBS) oder Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICPMS).
  • Weiterhin zählt zum Rahmen der Erfindung auch ein CT-System, in welchem ein Röntgenstrahlungsdetektor aus mindestens einem Detektorelement, vorteilhafterweise mit dem erfindungsgemäßen idealen ohmschen Kontakt zwischen den halbleitenden Detektormaterial und einem Kontaktmaterial, verwendet werden kann, mit dem tomographische Aufnahmen eines Untersuchungsobjektes erstellt werden können.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: HL: Halbleitermaterial; KM: Kontaktmaterial; WHL: Austrittsarbeit des Halbleitermaterials; WKM: Austrittsarbeit des Kontaktmaterials; WZ: Austrittsarbeit des Mittlermaterials; Z: Mittlermaterial.
  • Es zeigen im Einzelnen:
  • 1 bis 4: Jeweils ein Diagramm der Austrittsarbeiten der Materialien bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten idealen ohmschen Kontakt in verschiedenen Ausführungen.
  • Die 1 bis 4 zeigen jeweils ein Diagramm der verschiedenen Austrittsarbeiten von einem Kontaktmaterial KM, einem Mittlermaterial Z und einem Halbleitermaterial HL bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten idealen ohmschen Kontakt in verschiedenen Ausführungen. Auf der Ordinate ist die Austrittsarbeit W in der Einheit eV aufgetragen und auf der Abszisse die Ortskoordinate x. Als Halbleitermaterial HL wird jeweils der Verbindungshalbleiter CdTe und als Kontaktmaterial KM das Metall Pt verwendet. Das Halbleitermaterial HL und das Kontaktmaterial KM weisen jeweils eine Austrittsarbeit WHL beziehungsweise WKM der Ladungsträger auf, wobei die Austrittsarbeit WKM größer ist als die Austrittsarbeit WHL.
  • Erfindungsgemäß ist zwischen dem Halbleitermaterial HL und dem Kontaktmaterial KM eine Mittlerschicht aus dem Mittlermaterial Z eingebracht. Die Austrittsarbeit WZ des Mittlermaterials Z liegt weiterhin erfindungsgemäß zwischen der Austrittsarbeit WHL des Halbleitermaterials HL und der Austrittsarbeit WKM des Kontaktmaterials KM. Die 1 bis 4 unterscheiden sich jeweils in der Ausführung der Mittlerschicht und des Mittlermaterials Z.
  • In der 1 ist das Mittlermaterial Z ein Material aus der gleichen Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente wie das im Verbindungshalbleiter vorkommende Nichtmetall. Das Nichtmetall des Verbindungshalbleiters ist Te aus der 6. Hauptgruppe, entsprechend ist als Mittlermaterial Z polykristallines Se ausgeführt. Erfindungsgemäß liegt die Austrittsarbeit WZ von Se zwischen der Austrittsarbeit WHL und der Austrittsarbeit WKM. Das Abscheiden von polykristallinem Se auf dem Halbleiter CdTe (Cd1-xZnxTe, 0 ≤ x ≤ 1) bewirkt eine Se-reiche Mittlerschicht. Bei semi-isolierendem CdTe ist die Austrittsarbeit WZ von Se (ca. 5,6 ± 0,3 eV) geringfügig größer als die Austrittsarbeit WHL des Halbleiters CdTe (5,4 eV) und gleichzeitig kleiner als die Austrittsarbeit WKM von Pt (5,65 eV), da die Anzahl der im Halbleitermaterial HL vorhandenen Ladungsträger so gering ist, dass sie die mittels Strahlung, wie beispielsweise Röntgenstrahlung, erzeugten Ladungsträger nicht beziehungsweise nur unwesentlich beeinflusst. Des Weiteren ist die Mobilität der Löcher mit 230 cm2/Vs im polykristallinen Se deutlich höher als die von CdTe mit 50–80 cm2/Vs. Durch Einlegieren oder Eindiffundieren ist es möglich, diesen Übergang nahezu stufenlos zu realisieren. Ein solcher Übergang ist bei Raumtemperatur ohmsch und verhindert das Ansammeln von Ladungsträgern an einer Barriere beziehungsweise Kontakt aufgrund unterschiedlicher Austrittsarbeiten.
  • Das Mittlermaterial Z der Mittlerschicht der 2 und 3 ist jeweils aus einer Legierung aus den Materialien Se und Te gebildet. Die Se-Te-Mittlerschicht wird mittels Abscheiden auf das Halbleitermaterial HL, hier CdTe (Cd1-xZnxTe, 0 ≤ x ≤ 1), aufgebracht. Dabei ist die Zusammensetzung der Legierung, beziehungsweise der Anteil der beiden Komponenten Se und Te, in der Mittlerschicht variiert. An der mit dem Kontaktmaterial KM kontaktierten Seite des Mittlermaterials Z ist die Legierung Se-reicher ausgebildet als an der mit dem Halbleitermaterial HL kontaktierten Seite. Entsprechend umgekehrt ist die mit dem Halbleitermaterial HL kontaktierte Seite Te-reicher als die mit dem Kontaktmaterial KM kontaktierte Seite ausgebildet.
  • Gemäß der Ausführung der 2 ändert sich die Zusammensetzung kontinuierlich über die Tiefe der Mittlerschicht, sodass die Austrittsarbeit WZ der jeweiligen „Schicht“ sich ebenfalls kontinuierlich ändert und die einzelnen „Barrieren“ von den Ladungsträgern leicht überwunden werden können. Eine kontinuierliche, lineare Änderung ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt, eine kontinuierlich, nicht-lineare Änderung ist gestrichelt dargestellt.
  • Dahingegen ändert sich die Zusammensetzung der Legierung gemäß der 3 in diskreten Schritten, das heißt stufenweise. Dies wird beispielsweise durch nacheinander Abscheiden einzelner Schichten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen erreicht. Bei einer einzelnen Schicht ist es durch Einlegieren oder Eindiffundieren möglich, den Übergang nahezu stufenlos zu realisieren. Ein solcher Übergang ist – wie auch der in der 1 gezeigte – bei Raumtemperatur ohmsch und verhindert das Ansammeln von Ladungsträgern an einer Barriere beziehungsweise Kontakt aufgrund unterschiedlicher Austrittsarbeiten.
  • Bei der Ausführung des idealen ohmschen Kontaktes der 4 ist eine Oberfläche des Halbleitermaterials HL, hier CdTe (Cd1-xZnxTe, 0 ≤ x ≤ 1), angeätzt. Der angeätzte, oberflächennahe Bereich des Halbleitermaterials HL ist Te-reich. Dies erleichtert ein Abscheiden von Se oder Te und deren Anbindung auf der Oberfläche des Halbleitermaterials HL. Diese Te-reiche Schicht bildet einen entsprechend der Ätzwirkung ausgebildeten kontinuierlichen Übergang, der wie eine Mittlerschicht wirkt (gestrichelter Bereich). Das Ätzen erfolgt beispielsweise mittels Br- oder J-haltigen organischen Lösungsmitteln. Die gestrichelten Kurven stellen jeweils die Veränderung der Austrittsarbeit in Abhängigkeit der Veränderung der Konzentration des jeweiligen Mittlermaterials Z dar, wobei dies auch als Konzentrationsverlauf interpretiert werden kann, der für Cd genau umgekehrt ist wie für Te. Die beiden Kurven spiegeln somit ein relatives Verhältnis von Te zu Cd wieder. Je näher man an der Oberfläche des Halbleitermaterials HL ist, umso größer ist die Te-Konzentration und kleiner die Cd-Konzentration und je tiefer man in das Halbleitermaterial HL eindringt, umso kleiner ist die Te-Konzentration und größer die Cd-Konzentration.
  • Insgesamt wird mit der Erfindung also ein Röntgenstrahlungsdetektor, insbesondere zur Verwendung in CT-Systemen zumindest aufweisend ein zur Detektion verwendetes Halbleitermaterial, vorzugsweise ein Verbindungshalbleiter, und mindestens einen ohmschen Kontakt zwischen dem Halbleitermaterial und einem Kontaktmaterial, vorgeschlagen, wobei das Halbleitermaterial und das Kontaktmaterial jeweils eine Austrittsarbeit der Ladungsträger aufweisen, welcher derart weiter verbessert wurde, dass zwischen dem Halbleitermaterial und dem Kontaktmaterial eine Mittlerschicht aus einem Mittlermaterial eingebracht ist, wobei eine Austrittsarbeit des Mittlermaterials zwischen der Austrittsarbeit des Halbleitermaterials und der Austrittsarbeit des Kontaktmaterials liegt.
  • Weiterhin zeigt die Erfindung ein CT-System, in welchem ein Röntgenstrahlungsdetektor, welcher vorteilhafterweise mindestens einen erfindungsgemäßen idealen ohmschen Kontakt aufweist, verwendet wird.

Claims (8)

  1. Direktkonvertierender Röntgenstrahlungsdetektor, insbesondere zur Verwendung in CT-Systemen, zumindest aufweisend: 1.1. ein zur Detektion verwendetes Halbleitermaterial, vorzugsweise einen Verbindungshalbleiter, und 1.2. mindestens einen ohmschen Kontakt zwischen dem Halbleitermaterial (HL) und einem Kontaktmaterial (KM), wobei 1.3. das Halbleitermaterial (HL) und das Kontaktmaterial (KM) jeweils eine Austrittsarbeit (WHL, WKM) der Ladungsträger aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass 1.4. zwischen dem Halbleitermaterial (HL) und dem Kontaktmaterial (KM) eine Mittlerschicht aus einem Mittlermaterial (Z) eingebracht ist, wobei eine Austrittsarbeit (WZ) des Mittlermaterials (Z) zwischen der Austrittsarbeit (WHL) des Halbleitermaterials (HL) und der Austrittsarbeit (WKM) des Kontaktmaterials (KM) liegt.
  2. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittlermaterial (Z) ein Material des Verbindungshalbleiters, vorzugsweise ein Nichtmetall, ist. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittlermaterial (Z) ein Material aus der gleichen Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente wie das im Verbindungshalbleiter vorkommende Nichtmetall ist.
  3. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittlermaterial (Z) mindestens zwei Schichten aus mindestens zwei verschiedenen Materialien aufweist.
  4. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittlermaterial (Z) eine stoffliche Verbindung aus mindestens zwei Elementen mit unterschiedlicher Austrittsarbeit (WZ1–WZ4) ist.
  5. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittlerschicht zumindest in einem oberflächennahen Bereich des Halbleitermaterials (HL) eine Materialverbindung zwischen dem Mittlermaterial (Z) und dem Halbleitermaterial (HL) aufweist.
  6. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittlerschicht einen oberflächennahen Bereich des Halbleitermaterials (HL) umfasst, aus dem durch Anätzen eine Sorte von Atomen aus dem Halbleitermaterial (HL) entfernt ist.
  7. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittlerschicht durch ein Abscheideverfahren, insbesondere Evaporation, Sputtern, stromloses Abscheiden, Elektrolyse und/oder chemische Reaktion, auf einer Oberfläche des Halbleitermaterials (HL) ausgebildet ist.
  8. CT-System, aufweisend einen Röntgenstrahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8.
DE201110083424 2011-09-26 2011-09-26 Röntgenstrahlungsdetektor zur Verwendung in einem CT-System Active DE102011083424B3 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201110083424 DE102011083424B3 (de) 2011-09-26 2011-09-26 Röntgenstrahlungsdetektor zur Verwendung in einem CT-System
CN201210344540.2A CN103022180B (zh) 2011-09-26 2012-09-17 用于ct系统的x射线辐射检测器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201110083424 DE102011083424B3 (de) 2011-09-26 2011-09-26 Röntgenstrahlungsdetektor zur Verwendung in einem CT-System

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102011083424B3 true DE102011083424B3 (de) 2013-01-17

Family

ID=47425840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201110083424 Active DE102011083424B3 (de) 2011-09-26 2011-09-26 Röntgenstrahlungsdetektor zur Verwendung in einem CT-System

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN103022180B (de)
DE (1) DE102011083424B3 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012215041A1 (de) * 2012-08-23 2014-02-27 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelementes eines direktkonvertierenden Röntgendetektors

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040007671A1 (en) * 2002-06-27 2004-01-15 Metorex International Oy. Imaging X-ray detector based on direct conversion
DE60305049T2 (de) * 2002-09-20 2006-11-30 Commissariat à l'Energie Atomique Verfahren zur Herstellung von Elektroden auf einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2088451B1 (de) * 2008-02-05 2016-01-06 PANalytical B.V. Bildgebungsdetektor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040007671A1 (en) * 2002-06-27 2004-01-15 Metorex International Oy. Imaging X-ray detector based on direct conversion
DE60305049T2 (de) * 2002-09-20 2006-11-30 Commissariat à l'Energie Atomique Verfahren zur Herstellung von Elektroden auf einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial

Also Published As

Publication number Publication date
CN103022180A (zh) 2013-04-03
CN103022180B (zh) 2016-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69617608T2 (de) Detektor für ionisierende Strahlung
DE2347271C2 (de) Strahlungsempfindliche Halbleiteranordnung
DE19616545B4 (de) Schneller Strahlungsdetektor
WO1985004986A1 (en) Depleted semi-conductor element with a potential minimum for majority carriers
DE102005022496A1 (de) CT-Detektor-Herstellungsverfahren
DE102016205818A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Detektieren von Röntgenstrahlung
DE102006035005A1 (de) Megavolt-Bildgebung mit einem Photoleiter-basiertem Sensor
DE102012215041A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelementes eines direktkonvertierenden Röntgendetektors
DE102009018877B4 (de) Röntgenstrahlungsdetektor zur Verwendung in einem CT-System
DE102010006452B4 (de) Strahlenwandlermaterial, Strahlenwandler, Strahlendetektor, Verwendung eines Strahlenwandlermaterials und Verfahren zur Herstellung eines Strahlenwandlermaterials
DE102011081322B4 (de) Detektorelement, Strahlungsdetektor und medizinisches Gerät mit solchen Detektorelementen und Verfahren zum Erzeugen eines Detektorelements
DE102011083424B3 (de) Röntgenstrahlungsdetektor zur Verwendung in einem CT-System
DE112017003591T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE60223358T2 (de) Halbleiter-strahlungsdetektionselement
Chen et al. CZT device with improved sensitivity for medical imaging and homeland security applications
DE19618465C1 (de) Strahlungsdetektor mit verbessertem Abklingverhalten
DE102008011280B4 (de) Strahlungsempfangendes Halbleiterbauelement, Verfahren zum Betreiben und Verwendung desselben sowie Strahlungsdetektor und Halbleiteranordung mit dem Halbleiterbauelement
DE19711849C2 (de) Röntgendetektoren mit semi-isolierendem Halbleiter-Substrat
DE102011083532A1 (de) Wandlerschicht für Strahlungsdetektoren
DE102008013413B4 (de) Röntgendetektor in Schichtbauweise sowie Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbilds
DE3427476A1 (de) Halbleiterelement
DE2943143A1 (de) Infrarotempfindler x-y-ccd-sensor und verfahren zu seiner herstellung
DE102018008959B4 (de) Vorrichtung zum Erfassen von Röntgenstrahlung und Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung zum Erfassen von Röntgenstrahlung
DE102012012296A1 (de) Vorrichtung zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung
WO2011018287A2 (de) Röntgendetektormodul

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: G01T0001240000

Ipc: H01L0031115000

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20130418

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: SIEMENS HEALTHCARE GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AG, 80333 MUENCHEN, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: SIEMENS HEALTHINEERS AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS HEALTHCARE GMBH, MUENCHEN, DE