DE102013214575B3 - Halbleiterelement mit Lötstopplage und Verfahren zu seiner Erzeugung sowie Strahlungsdetektor und medizintechnisches Gerät mit einem solchen Strahlungsdetektor - Google Patents

Halbleiterelement mit Lötstopplage und Verfahren zu seiner Erzeugung sowie Strahlungsdetektor und medizintechnisches Gerät mit einem solchen Strahlungsdetektor Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterelement (1) mit einem Halbleitermaterial (5) auf CdTe-Basis und mit einer Anzahl von Verbindungsstellen (10) des Halbleiterelements (1) zu Elektronikbauteilen, wobei die Verbindungsstellen (10) mit einer speziellen Lötstopplage (20) versehen sind, die eine Mischung AB aus mindestens zwei Metallen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten umfasst. Außerdem betrifft die Erfindung einen Strahlungsdetektor (50) mit einem solchen Halbleiterelement (1) und optional mit einer Auswerteelektronik (13) zum Auslesen eines Detektorsignals, sowie ein medizintechnisches Gerät (70) mit einem solchen Strahlungsdetektor (50). Weiterhin wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Halbleiterelements (1) beschrieben, welches den Schritt des Aufbringens einer Lötstopplage (20) auf Verbindungsstellen (10) umfasst, wobei die Lötstopplage (20) eine Mischung AB aus mindestens zwei Metallen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Halbleiterelement mit einem Halbleitermaterial auf CdTe-Basis und mit einer Anzahl von Verbindungsstellen des Halbleiterelements zu Elektronikbauteilen mit einer speziellen Lötstopplage, Strahlungsdetektor mit einer Anzahl von solchen Halbleiterelementen sowie medizintechnisches Gerät mit einem solchen Strahlungsdetektor. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erzeugen eines Halbleiterelements mit einer solchen Lötstopplage.
  • In DE 10 2011 089 776 A1 werden Detektorelemente beschrieben, wobei Kontakte zwischen Detektorelementen aus CdTe und elektronischen Bauteilen mit mehreren Schichten aus verschiedenen Metallen ausgebildet sind. Allerdings kann es an den Kontaktstellen zu Verspannungen bei Temperaturänderungen und zu einer Ablösung der Metallschichten kommen.
  • In US 4 439 912 A ist ein Infrarot-Detektor beschrieben, wobei Kontakte zu dem Detektor aus Molybdän und einer Legierung aus Gold und Germanium ausgebildet sind.
  • In EP 0 635 892 A1 wird ein HgCdTe-Photodetektor mit Kontakten aus Molybdän beschrieben.
  • In EP 2 378 551 A2 werden CdTE-Detektoren mit Kontakten aus verschiedenen Metallen bzw. Gemischen aus verschiedenen Metallen beschrieben. Dabei ist die Differenz der Ausdehnungskoeffizienten der Materialen der Detektoren und des Substrats minimiert.
  • Generell werden zum Verbinden von Halbleiterelementen mit Elektronikbauteilen Lötprozesse eingesetzt. Bei diesen Lötprozessen werden in der Regel Metallisierungen an den Verbindungsstellen des Halbleiterelements und den Verbindungsstellen der Elektronikbauteile eingesetzt. Um diese in Verbindung miteinander zu bringen, wird eine Lotkugel zwischen diesen Metallisierungen kurz aufgeschmolzen. Beim Erkalten härtet das Lotmaterial wieder aus und verbindet dadurch die beiden Bauteile. Bei diesem Lötvorgang legieren Teile der Metallisierungen der Halbleiterelemente bzw. Elektronikbauteile mit dem Lot und stellen so eine dauerhafte, elektrisch leitfähige Verbindung her. Werden bei dem Lötprozess die Metallisierungen vollständig aufgelöst, kann es jedoch auch zu unerwünschten direkten Kontakten des Lots mit dem Halbleiter kommen. In Folge treten häufig Eindiffussionen von Fremdmetall in den Halbleitern auf, was somit zu einer Degradation des Bauteils führt.
  • Als Lösung hierfür werden bisher auf dem Halbleiter so genannte UBM („Under Bump Metallization”) auf den Verbindungsstellen des Halbleiterelements abgeschieden, welche einerseits die elektrische Verbindung mit dem Lot gewährleisten, andererseits auch den Halbleiter im Sinne einer Lötstopplage vor direkten Kontakt mit dem Lot schützen. Herkömmlicherweise wird hierfür das Metall Nickel wegen seiner hohen Schmelztemperatur für die Lötstopplage eingesetzt. Bei CdTe-basierten Halbleiterelementen kommt es bisher bei einem Einsatz von Nickel als Material für die Lötstopplage immer wieder zu Ablösungen der Lötstopplage vom Halbleiterelement auf Grund von Spannungen zwischen den unterschiedlichen Materialschichten, insbesondere wenn Schichtdicken von einigen Mikrometern abgeschieden werden.
  • Bisherige Lösungen für dieses Problem waren, dass eine sehr dünne Nickelschicht als Lötstopplage eingesetzt wurde oder ein spezielles Lotmaterial, z. B. In-Lot, eingesetzt wurde. Das Lot löst beispielsweise die Ni-Schicht nicht so gut, bringt dafür andere Probleme mit sich, wie zum Beispiel die geringe Flexibilität bei der Lotauswahl.
  • Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterelement mit einem Halbleitermaterial auf CdTe-Basis vorzusehen, welches eine vorteilhafte Lötstoppeigenschaft in Verbindung mit dem Halbleitermaterial, einer möglichst großen Vielfalt an Lötmaterialien und einer Temperaturfestigkeit mit sich bringt. Es ist weiter eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, einen Strahlungsdetektor sowie ein medizintechnisches Gerät mit einem verbesserten Halbleiterelement sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines solchen Halbleiterelements, insbesondere einer speziellen Lötstopplage in einem Halbleiterelement, bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird zum einen durch ein Halbleiterelement nach Anspruch 1, durch einen Strahlungsdetektor nach Anspruch 8 und ein medizintechnisches Gerät nach Anspruch 9 und zum anderen durch ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Der Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2011 089 776 A1 bekannt.
  • Das erfindungsgemäße Halbleiterelement besteht dabei grundsätzlich aus einem Halbleitermaterial auf CdTe-Basis (wie zum Beispiel CdTe oder CZT). Solche Halbleiterelemente sind im Unterschied zu Si-Halbleiterelementen insbesondere anfällig für die vorstehend erwähnten Ablösungserscheinungen bei dickeren Lötstoppschichten aus Nickel, da aufgrund des außergewöhnlichen Ausdehnungskoeffizienten des CdTe-basierten Halbleitermaterials vermehrt Verspannungen auftreten können. Wenn zum Beispiel Nickel bei hoher Temperatur auf das Halbleitermaterial aufgedampft wird, treten meist beim Abkühlen auf Raumtemperatur Verspannungen auf, wenn die Schichtdicke zu groß ist. Wenn andererseits bei Raumtemperatur Nickel abgeschieden wird, wodurch keine Verspannungen beim Aufbringen der Lötstopplage entstehen, treten jedoch gelegentlich beim Betrieb aufgrund der dann auftretenden höheren Temperatur Verspannungen auf.
  • Um die aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Halbleiter und UBM bei Temperaturschwankungen auftretenden Spannungen, insbesondere während des Prozesses des Aufbringens der UBM, des Hybridisierens (Der Begriff „Hybridisierung” wird in diesem Fachgebiet synonym zu Lötvorgang genutzt) oder auch im Betrieb, zu minimieren oder zu verhindern, umfasst die Lötstopplage in einem erfindungsgemäßen Halbleiterelement eine Mischung AB aus mindestens zwei Metallen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten. Die Mischung AB weist dabei einen Ausdehnungskoeffizienten auf, der von dem Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials um nicht mehr als 10 Prozent abweicht. A bzw. B steht hier als Platzhalter für jeweils ein aus dem Periodensystem der Elemente ausgewähltes Metall. Die Lötstopplage aus den mindestens zwei Metallen ermöglicht in dem erfindungsgemäßen Halbleiterelement, dass nur sehr geringe bzw. keine Verspannungen zum Halbleitermaterial in einem relevanten Temperaturbereich von etwa 20°C bis etwa 150°C auftreten. Dadurch wird eine Degradation oder Verschlechterung des Bauteils während des Herstellungsprozesses, des Hybridisierens oder auch im Betrieb verhindert.
  • Die Lötstopplage ist dabei in dem erfindungsgemäßen Halbleiterelement auf den Verbindungsstellen des Halbleiterelements vorgesehen, wobei das Halbleiterelement eine Anzahl (d. h. eine oder mehrere (z. B. 2, 3, 4, etc.), aber auch viele) von solchen Verbindungsstellen zur Verbindung des Halbleiterelements mit Elektronikbauteilen aufweist.
  • Die vorstehenden Vorteile und weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Halbleiterelements machen es für den Einsatz in Strahlungsdetektoren und insbesondere in Detektoren zur Zählratenerfassung von Röntgen- und/oder Gammabestrahlung geeignet. Deshalb richtet sich die Erfindung auch auf einen Strahlungsdetektor mit einer Anzahl von erfindungsgemäßen Halbleiterelementen. Optional kann der Strahlungsdetektor auch über eine Auswerteelektronik zum Auslesen eines Detektorsignals verfügen, die z. B. direkt als ein Bestandteil des Strahlungsdetektors ausgebildet sein kann. Alternativ kann die Auswerteelektronik auch als separates, mit dem Strahlungsdetektor verbindbares System ausgebildet sein.
  • Die erfindungsgemäßen Strahlungsdetektoren eignen sich auf Grund der vorstehend erläuterten Vorteile und insbesondere wegen der Verbesserung der Lötverbindungen auch bei gewöhnlichen Einsatzbedingungen für den Einsatz in medizintechnischen Geräten und insbesondere in Geräten mit einer Zählratenerfassung unter Röntgen- und/oder Gammabestrahlung, insbesondere mit höherer Strahlungsintensität. Deshalb richtet sich die Erfindung auch auf ein medizintechnisches Gerät mit einem erfindungsgemäßen Strahlungsdetektor, wie zum Beispiel einem flat-panel-Detektor (für z. B. Angiographiegeräte). Besonders bevorzugte Beispiele hierfür sind Röntgensysteme, Gammastrahlensysteme, CT-Systeme oder Radionuklid-Emissions-Tomographiesysteme wie z. B. PET-Systeme (Positronen-Emissions-Tomographie) oder SPECT-Systeme (single photon emission CT).
  • Das Halbleiterelement kann erfindungsgemäß durch ein Verfahren erzeugt werden, welches zumindest den Schritt des Aufbringens einer Lötstopplage auf Verbindungsstellen des Halbleiterelements umfasst, wobei die Lötstopplage aus einer Mischung aus mindestens zwei Metallen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten besteht. Die Mischung weist dabei einen Ausdehnungskoeffizienten auf, der von dem Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials um nicht mehr als 10% abweicht. Durch die Materialmischung der Lötstopplage kann dadurch ein Halbleiterelement erzeugt werden, welches sehr geringe bzw. keine Verspannungen zum Halbleitermaterial in einem relevanten Temperaturbereich von etwa 20°C bis etwa 150°C aufweist.
  • Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung, wobei explizit darauf hingewiesen wird, dass der erfindungsgemäße Strahlungsdetektor, das erfindungsgemäße medizintechnische Gerät und das erfindungsgemäße Verfahren auch entsprechend den abhängigen Ansprüchen zum Halbleiterelement weitergebildet sein können und umgekehrt.
  • In einer ersten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Halbleiterelement ein Halbleitermaterial, das aus Halbleiterverbindungen aufgebaut ist, welche bevorzugt aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: CdTe, CdxZn1-xTe (mit 0 ≤ x ≤ 1) (sogenanntes „CZT”), CdxZn1-xTeySe1-y (mit 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1) und CdxMn1-xTeySe1-y (mit 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1). In bevorzugt für Detektoren eingesetzten Halbleitermaterialien liegt x bei Werten zwischen etwa 0,01 und etwa 0,3, weiter bevorzugt zwischen etwa 0,02 und 0,2. Der Wert y liegt in bevorzugten Halbleitermaterialien zwischen 0,9 und 1. Der Wärmeausdehnungskoeffizient, im Folgenden auch einfach als Ausdehnungskoeffizient bezeichnet, beträgt beispielsweise bei Cadmiumtellurid 5,9 × 10–6/K bei 293 K, während der von Nickel mit 13,4 × 10–6/K bei 293 K deutlich höher ist. CZT ist eine Legierung aus CdTe und ZnTe, wobei ZnTe typischerweise einen kleinen Anteil von etwa 5% bis 10% Daher wird, wenn man die lineare Mischungsregel zu Grunde legt, der Ausdehnungskoeffizient von CZT recht nahe dem des CdTe liegen. Genaue Werte für die Wärmeausdehnungskoeffizienten kann der Fachmann entweder gemäß Standardprozeduren bestimmen oder der Fachliteratur entnehmen.
  • Um als Lötstopplage zweckmäßig eingesetzt werden zu können, besitzen das Metall A und das Metall B bzw. deren Mischung einen Schmelzpunkt von bevorzugt mehr als 150°C, weiter bevorzugt von mehr als 160°C und insbesondere von 170°C oder höher. Typische Löttemperaturen liegen üblicherweise bei etwa 200°C. Der Schmelzpunkt der Lötstopplage sollte aber bei mindestens 300°C liegen, um Temperaturschädigungen der Halbleiterelemente zu minimieren bzw. ganz zu verhindern. Generell gilt, dass je höher der Schmelzpunkt der eingesetzten Metalle A und B ist, desto flexibler das Lotmaterial für den Lötprozess ausgewählt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterelements ist das Metall A aus der Gruppe der Metalle ausgewählt, die einen kleineren Ausdehnungskoeffizienten als das Halbleitermaterial aufweisen. Beispiele solcher Metalle, die bevorzugt gleichzeitig einen hohen Schmelzpunkt aufweisen, sind unter anderem Wolfram (4,5 × 10–6/K bei der 293 K), Chrom (4,9 × 10–6/K bei 293 K), und Germanium (5,8 × 10–6/K bei 293 K).
  • Die Metalle A werden gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einem Metall B in Mischung eingesetzt, welches bevorzugt aus der Gruppe der Metalle ausgewählt ist, die einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als das Halbleitermaterial aufweisen. Beispiele solcher Metalle B, die bevorzugt gleichzeitig einen hohen Schmelzpunkt aufweisen, sind unter anderem Nickel (13,4 × 10–6/K bei 293 K), Kupfer (16,5 × 10–6/K bei 293 K) und Titan (8,6 × 10–6/K bei 293 K).
  • Die Metalle A und B liegen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterelements in einem Mischungsverhältnis vor, so dass der Ausdehnungskoeffizient der Mischung im bevorzugten Fall gleich oder zumindest sehr ähnlich zu dem Ausdehnungskoeffizienten von dem eingesetzten Halbleitermaterial ist. Er weicht von dem Ausdehnungskoeffizienten des eingesetzten Halbleitermaterials, wie bereits erwähnt, um nicht mehr als 10% (±10%) ab. Für reines CdTe bzw. CZT liegt der Ausdehnungskoeffizient der Lötstopplage somit bevorzugt bei etwa 5,3–6,5 × 10–6/K (bei 293 K).
  • Unter einer Mischung versteht man hierbei, dass die Lötstopplage aus einer Legierung aus den beiden Metallen A und B besteht, wobei optional auch eine Legierung aus mehreren Metallen mit jeweils mindestens einem Metall A und mindestens einem Metall B eingesetzt werden kann. Der Ausdehnungskoeffizient dieser Legierung wird dabei bevorzugt wie vorstehend erläutert an den Ausdehnungskoeffizienten des jeweils eingesetzten Halbleitermaterials angepasst.
  • Alternativ zu dem Verwenden einer Legierung als Lötstopplage kann diese auch einen mehrlagigen Aufbau aus abwechselnden Schichten aus dem Metall A und dem Metall B aufweisen. Ein solcher mehrlagiger Aufbau besteht aus wenigstens zwei Schichten, bevorzugt aber aus mindestens jeweils zwei Schichten des Metalls A und des Metalls B, weiter bevorzugt aus einer Vielzahl, d. h., drei oder mehreren Schichten des jeweiligen Metalls A bzw. B. Diese sind dabei bevorzugt abwechselnd angeordnet, wobei auch Zwischenschichten aus anderen Materialien, zum Beispiel aus einer Legierung aus dem Metall A und B und optional weiteren Metallen, eingesetzt werden können. Auch bei einem solchen mehrlagigen Schichtenaufbau wird bevorzugt ein Mischungsverhältnis der Metalle A und B wie in dem Beispiel der Legierung eingesetzt, so dass der Gesamtausdehnungskoeffizient der Lötstopplage in etwa identisch zu dem des eingesetzten Halbleitermaterials ist. Die Mischungsverhältnisse A/B werden hierbei bevorzugt über die entsprechenden Schichtdickenverhältnisse eingestellt.
  • Durch das Einstellen der entsprechenden Mischungsverhältnisse der Metalle A und B in der Lötstopplage, einerseits zum Beispiel durch den Legierungsanteil andererseits zum Beispiel über die Schichtdicke der jeweiligen Schichten, können die Unterschiede der Ausdehnungskoeffizienten der Verbindungsstellen des Halbleiterelements zu der UBM der Art ausgeglichen werden, dass es sowohl beim Auftragen der UBM als auch beim späteren Betrieb zu wenigen oder gar keinen Verspannungen kommt. Dadurch wird eine Degradation, d. h. ein Ablösen, der Metallisierungen verhindert. Somit haben die erfindungsgemäßen Halbleiterelemente, insbesondere auf Grund der verbesserten Lotstellen, eine verbesserte Lebensdauer.
  • Eine allgemeine Formel für das Mischungsverhältnis bietet die Gleichung 1: hl = x·a + (1 – x)·b Gl.1 mit:
    • hl
    = Ausdehnungskoeffizient des Halbleiters
    a
    = Ausdehnungskoeffizient des Metalls A
    b
    = Ausdehnungskoeffizient des Metalls B
    und wobei gilt: a < hl und b > hl
  • Besonders bevorzugte Mengenanteile der Metalle A liegen bei etwa 65–95% und die der Metalle B bei etwa 5–35% bezüglich der Gesamtmischung. Hierbei kann jeweils ein Metall A bzw. B den Mischungsanteil ausmachen oder zwei oder mehrere Metalle A bzw. B können diese Mengenanteile zusammen ausmachen. Für eine temperaturstabile UBM aus Wolfram und Titan auf CdTe eignet sich bevorzugt eine Legierung mit einem Mischungsverhältnis W/Ti von etwa 2:1. Weitere spezielle Beispiele von bevorzugten Mischungskombinationen sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angeführt. Tabelle 1:
    W Cr Ge Ni Ti Cu CdTe
    Ausdehnungskoeffizient [10–6/K] 4,5 4,9 5,8 13,4 8,6 16,5 5,9
    Optimale Mischung [%]
    Beispiel 1 66 34
    Beispiel 2 73 27
    Beispiel 3 84 16
    Beispiel 4 88 12
    Beispiel 5 91 9
    Beispiel 6 40 40 10 10
  • Die in der vorstehenden Tabelle angegebenen Mischungsverhältnisse sind speziell bevorzugte Werte, von denen etwa 20%, bevorzugt etwa 10%, weiter bevorzugt etwa 5% abgewichen werden kann, ohne von der erfindungsgemäßen Grundidee abzuweichen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens eines erfindungsgemäßen Halbleiterelements kann eine Mischung aus dem Metall A und B in Form einer Legierung auf den Verbindungsstellen des Halbleiterelements abgeschieden werden. Bevorzugt weist diese abgeschiedene Legierung einen Ausdehnungskoeffizienten auf, der von dem Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials nicht mehr als 10%, bevorzugt um nicht mehr als 8%, weiter bevorzugt um nicht mehr als 5%, insbesondere um weniger als 3% abweicht. Dadurch können Verspannungen an den Schnittstellen zwischen dem Halbleiterelement und den damit in Verbindung gebrachten Elektronikbauteilen vermieden bzw. verringert werden.
  • Bei der Aufbringung einer Legierung aus A und B im entsprechenden Verhältnis wird bevorzugt eine Legierung mit dem Mischungsverhältnis A/B gebildet. Dieser Legierung wird auf den Halbleiter an den entsprechenden Verbindungsstellen des Halbleiterelements gesputtert, d. h. bei Raumtemperatur aufgebracht, so dass es nicht zu einer Entmischung von A und B kommt.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann die Lötstopplage aus mehreren abwechselnden Schichten aus den Metallen A und B auf den jeweiligen Verbindungsstellen des Halbleitermaterials abgeschieden werden, und zwar so, dass die Lötstopplage einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der von dem Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials um nicht mehr als 10 Prozent%, bevorzugt um nicht mehr als 8%, weiter bevorzugt um nicht mehr als 5%, insbesondere um weniger als 3% abweicht.
  • Zur Ausbildung eines mehrlagigen Schichtenaufbaus aus den Metallen A bzw. B wird bevorzugt ein Aufdampfprozess (oder auch Sputterprozess) zur Deposition/Aufbringung auf den Halbleiter eingesetzt. Die einzelnen Schichten werden vorteilhafterweise so dünn aufgebracht, dass die auftretenden Spannungen zwischen den Schichten nicht zur Delamination führen. Eine hinreichende Gesamtdicke der Schicht wird dann über eine entsprechend hohe Anzahl einzelner Schichten erreicht, ohne den Nachteil der dünnen Schichten hinsichtlich einer Delamination mit sich zu bringen. Die Schichtdicke der einzelnen abwechselnden Schichten aus den Metallen A bzw. B wird bevorzugt so gewählt, dass das Mischungsverhältnis einem Mischungsverhältnis A/B entspricht, welches den gleichen oder im Wesentlichen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie das eingesetzte Halbleitermaterial aufweist. Durch die erzielte Gesamtdicke des mehrlagigen Aufbaus der Lötstoppschicht wird eine hinreichende Dicke erzielt, so dass es nicht zu einem Auflösen der Schicht während des Lötprozesses kommt. Die somit erzielte Lötstopplage kann mit einer nahezu beliebigen Dicke aufgebracht werden, so dass eine gute Trennung zwischen Halbleiter und Lot erreicht werden kann. Durch die gleichzeitige Anpassung der Ausdehnungskoeffizienten von Halbleiter und UBM kommt es bei Temperaturänderungen nicht mehr zu Verspannungen der Schicht.
  • Demgemäß genügen die erfindungsgemäß hergestellten Lötstoppschichten hinsichtlich der Dicke und der Temperaturbeständigkeit sowie hinsichtlich des Auftretens von Verspannungen bei Temperaturänderungen den Erfordernissen für eine Vielfalt von einsetzbaren Lotmaterialien.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei sollen die Zeichnungen lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung dienen, aber die Erfindung soll nicht darauf eingeschränkt werden. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterelements mit einer Lötstopplage auf Basis einer Legierung A/B,
  • 2 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterelements mit einer mehrlagigen Lötstopplage,
  • 3 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors und
  • 4 einen schematischen Aufbau eines medizintechnischen Geräts.
  • In der 1 ist ein Halbleiterelement 1 mit einer Verbindungsstelle 10 veranschaulicht. An der Verbindungsstelle 10 ist eine Legierung aus den Metallen A und B als einzelne Lötstopplage 20 aufgebracht. Die Lötstopplage 20 dient als Verbindung des Halbleiterelements 10 mit einem Elektronikbauteil (nicht gezeigt) über eine Lotverbindung.
  • In der 2 ist ein Halbleiterelement 1 mit einer Verbindungsstelle 10 veranschaulicht, wobei hier eine mehrlagige Lötstopplage 20 aufgebracht ist. Die Lötstopplage 20 besteht abwechselnd aus Lagen 22 des Metalls A und Lagen 24 des Metalls B. Das Mischungsverhältnis A/B wird dabei durch die Dicke der Lagen 22 und 24 bestimmt. In diesem Beispiel liegt die Schichtdicke der einzelnen Lagen bei wenigen Mikrometern, kann je nach Anwendungsgebiet aber auch nur wenige Atomlagen betragen oder eine größere Stärke aufweisen.
  • Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Strahlungsdetektor 50, welcher hier mit einer Auswerteelektronik 13 ausgestattet ist. Zur Ausbildung des Detektors sind hier erfindungsgemäße Halbleiterelemente 1 mit einem Halbleitermaterial 5 und einer Lötstoppschicht 20 matrixartig nebeneinander angeordnet und durch Septen 4 voneinander getrennt. Die zu detektierende ionisierende Strahlung, z. B. Röntgenstrahlung R, trifft hier auf das Halbleiterelement 1. Grundsätzlich kann ein erfindungsgemäßer Strahlungsdetektor aber auch so ausgebildet sein, dass die zu detektierende Strahlung R von einer anderen Einfallsrichtung aus auf den Strahlungsdetektor fällt.
  • Der Strahlungsdetektor 50 ist hier mit einer Auswerteelektronik 13 versehen, welche für jedes Halbleiterelement 1 einen Vorverstärker 14 aufweist, um ein in diesem Halbleiterelement 1 entstehendes Signal zunächst vorzuverstärken. Die Kopplung der Vorverstärker 14 an die Halbleiterelemente 1 erfolgt über die Lötstoppschicht 20 und ist in der 3 sehr vereinfacht dargestellt. Dem Fachmann sind die grundsätzlichen Methoden, wie Signale von einem Strahlungsdetektor ausgelesen und weiterverarbeitet werden können, bekannt. Die Vorverstärker 14 sind mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 15 verbunden, in der die Signale weiter verarbeitet und dann z. B. an eine Auswerteeinheit (nicht dargestellt) weitergegeben werden.
  • Die 4 zeigt ein sehr einfaches Ausführungsbeispiel für ein medizintechnisches Gerät 70, hier ein Röntgensystem. Dieses weist einen Röntgenstrahler 31, einen erfindungsgemäßen Strahlungsdetektor 50 mit einer Auswerteelektronik 13 sowie eine Systemsteuereinrichtung 33 auf. Der Röntgenstrahler 31 und der Strahlungsdetektor 50 sind im Betrieb so einander gegenüberliegend angeordnet, dass die Abstrahlrichtung des Röntgenstrahlers 31 in Richtung des Strahlungsdetektors 50 weist. Ein Untersuchungsobjekt P, beispielsweise ein Patient bzw. ein Körperteil des Patienten, wird dann passend zwischen dem Röntgenstrahler 31 und dem Strahlungsdetektor 50 positioniert, um zur Aufnahme eines Röntgenbildes mit dem Strahlungsdetektor 50 die vom Röntgenstrahler 31 ausgesendete und durch das Untersuchungsobjekt P abgeschwächte Röntgenstrahlung R ortsaufgelöst zu erfassen. Die Ansteuerung des Röntgenstrahlers 31 erfolgt hier mittels einer sehr vereinfacht dargestellten Systemsteuereinrichtung 33, welche auch die von der Auswerteelektronik 13 verarbeiteten Detektorsignale zur weiteren Bearbeitung übernimmt, um beispielsweise ein Bild aus den Detektorsignalen zu rekonstruieren und einem Benutzer auszugeben oder in einem Speicher zu hinterlegen.

Claims (12)

  1. Halbleiterelement (1) mit einem Halbleitermaterial (5) auf CdTe-Basis und einer Anzahl von Verbindungsstellen (10) des Halbleiterelements (1) zu Elektronikbauteilen, wobei die Verbindungsstellen (10) mit einer Lötstopplage (20) versehen sind, umfassend eine Mischung AB aus mindestens zwei Metallen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung AB einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der von dem Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials (5) um nicht mehr als 10 Prozent abweicht.
  2. Halbleiterelement nach Anspruch 1, wobei das Halbleitermaterial (5) aus Halbleiterverbindungen aufgebaut ist, welche bevorzugt aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: CdTe, CdxZn1-xTe (mit 0 ≤ x ≤ 1), CdxZn1-xTeySe1-y (mit 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1), und CdxMn1-xTeySe1-y (mit 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1).
  3. Halbleiterelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Metall A aus der Gruppe der Metalle ausgewählt ist, die einen kleineren Ausdehnungskoeffizienten als das Halbleitermaterial (5) aufweisen.
  4. Halbleiterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Metall B aus der Gruppe der Metalle ausgewählt ist, die einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als das Halbleitermaterial (5) aufweisen.
  5. Halbleiterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lötstopplage (20) aus einer Legierung aus den beiden Metallen A und B besteht.
  6. Halbleiterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Lötstopplage (20) einen mehrlagigen Aufbau aus abwechselnden Schichten (22, 24) aus dem Metall A und dem Metall B aufweist.
  7. Halbleiterelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Metall A und das Metall B bzw. deren Mischung einen Schmelzpunkt von mehr als 150°C aufweist.
  8. Strahlungsdetektor (50) mit einer Anzahl von Halbleiterelementen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und optional mit einer Auswerteelektronik (13) zum Auslesen eines Detektorsignals.
  9. Medizintechnisches Gerät (70) mit einem Strahlungsdetektor (50) nach Anspruch 8.
  10. Verfahren zum Erzeugen eines Halbleiterelements (1) mit einem Halbleitermaterial (5) auf CdTe-Basis und mit einer Anzahl von Verbindungsstellen (10) des Halbleiterelements (1) zu Elektronikbauteilen, umfassend den Schritt des Aufbringens einer Lötstopplage (20) auf Verbindungsstellen (10), wobei die Lötstopplage (20) eine Mischung AB aus mindestens zwei Metallen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung AB einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der von dem Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials (5) um nicht mehr als 10% abweicht.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine Mischung aus den Metallen A und B in Form einer Legierung als Lötstopplage (20) abgeschieden wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine Lötstopplage (20) aus mehreren abwechselnden Schichten (22, 24) aus den Metallen A und B abgeschieden wird.
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