JP2023534229A - 単一ダイ直接捕捉歯科x線撮像センサを製作するための表面パターニングの使用 - Google Patents
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Abstract
本発明は一般的には、集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路が不規則表面を有する堆積基板として働く一方で、多結晶光活性材料が、集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路の上に単一連続堆積層として堆積されるデバイスに関し、多結晶光活性材料はII-VI半導体化合物又はII-VI化合物の合金で構成される。本発明はまた一般的には、集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路の上に単一連続堆積層として堆積された多結晶光活性材料を有する不規則表面を有する堆積基板として働くシリコンベース単一ダイ電荷蓄積/増幅/読み出し画素アレイ集積回路を有する、X線光子を検出するために有用なセンサに関する。【選択図】図2
Description
発明の分野
本発明の分野は、デジタル口内放射線写真術、及びデジタル放射線写真画像を取得する際に使用される固体センサの製作である。
本発明の分野は、デジタル口内放射線写真術、及びデジタル放射線写真画像を取得する際に使用される固体センサの製作である。
発明の背景
過去20年にわたって、歯科医術はフィルムベース放射線写真術からコンピュータベースデジタル放射線写真術への進化的シフトを経験してきた。この進化の中心は、歯科口内放射線写真術へのシリコンベース固体集積回路(IC)技術の適用であった。現行手法は、シリコンベース可視光撮像チップ(又はダイ)を医療X線領域へ改造することであった。
過去20年にわたって、歯科医術はフィルムベース放射線写真術からコンピュータベースデジタル放射線写真術への進化的シフトを経験してきた。この進化の中心は、歯科口内放射線写真術へのシリコンベース固体集積回路(IC)技術の適用であった。現行手法は、シリコンベース可視光撮像チップ(又はダイ)を医療X線領域へ改造することであった。
可視光撮像チップは、28の原子量及び1.1~1.2eVのバンドギャップエネルギーを有するシリコンが可視光光子と容易に相互作用して電子正孔対の生成を介し電荷キャリアを生成するという事実を活用する。したがって、個々の画素の大きなアレイ群(それぞれは光検出のための部品(例えばフォトレジスタ、フォトダイオード、フォトキャパシタなど)並びに電荷蓄積/増幅/読み出しのための部品を取り込む)へ編成される単一シリコンダイ回路構成を生成することは比較的単純明快である。シリコンウェハの表面上に現行技術により生成される回路構成がわずか数マイクロメートル厚さのものであっても、これは、光検出器部品が広範囲の可視光照射レベル下で動作するのに十分である。可視光撮像チップは、ICの光検出器部品にぶつかる光子が照射レベルに比例した電荷の生成に直接至るので「直接光子捕捉」デバイスと呼ばれる。
残念ながら、医療X線領域におけるシリコンの吸収(50~70keV範囲内のエネルギーを概して有する)は、その低原子番号(Z)に主に起因して非常に低く、したがって、十分に高い効率のためには1ミリメートル程度以上の厚さを必要とするだろう。高効率が患者X線線量を安全レベル内に維持するために医療用途において必要とされるということに留意されたい。したがって、可視光に関して働く撮像チップはX線とはうまくいかないことになり、したがって、光検出器内の主要光活性材料として、シリコンより著しく高いZを有する材料を使用する解決策が求められてきた。
歯科口内放射線写真術のために現在採用されている解決策は、チップの前に蛍光透視スクリーン又はシンチレータを置くことにより可視光撮像チップを改造することである。この手法は、光検出器が画素回路構成の直接的部分ではないのでしばしば「間接的光子捕捉」と呼ばれる。すなわち、X線光子が、最初に捕捉され、そして最終的に、蛍光発光のプロセスを介しヨウ化セシウム(Csl)又はガドリニウム酸硫化物(Gd2O2S)などの高Z材料で作られたシンチレータ層により電荷よりむしろ可視光光子へ変換される。次に、可視光光子は、CCD、CMOS又はTFTベース撮像チップなどの従来のシリコンベース可視光撮像デバイスにより捕捉される。シンチレータの表面上で生成される可視光画像の合焦はレンズ系の過剰嵩のおかげでない(これらのデバイスは口内に嵌る必要がある)。むしろ、画像転送はシンチレータと撮像チップとの間の直接的接触を介し実現される。
シンチレータの使用は、以下の課題を含む多くの欠点を有する。第1に、画像転送の忠実性は、2つの層間の良好な光結合に依存しており、延いては密接触を必要とする(写真接触印刷における印画紙に対するネガフィルムと全く同様に)。光結合における制限は何らかの画像劣化を生じる。第2に、蛍光は全方向性であるので、シンチレータ層により生成される可視光光子はすべての方向に発射され、画像ボケを生じる。これは、シンチレータ内の内部散乱及び他の影響によりさらに悪化される。これらの影響は、シンチレータがこれらの材料の高原子量にもかかわらず十分な捕捉効率のためには極めて厚くなければならない(100~300マイクロメートル)ので著しい。例えば導波管として働く傾向がある柱状Cslをシンチレータとして使用することにより光子の方向を下位画素へ制約しようとするいくつかの試みがあった。しかし、これはこの問題を完全にはなくさない。第3に、シンチレータ層剥離及び他の劣化が、乱暴な取扱い及び湿気への露出から発生し得、こうして物理的デバイスを劣化させる。さらに、シンチレーション層を製造すること及び可視光撮像チップとのその一体化は、多くの潜在的障害点を有する時間のかかる高価なプロセスであり、経済的及び技術的に不利にする。
直接光子捕捉を可能にするために高Z光活性材料(照射下で電荷を生成する材料など)を撮像チップの回路構成内に取り込むための方法が求められてきた。現在の方法は、ウェハの表面上のシリコンベース回路構成と同時に100~300マイクロメートル深さ(通常は10マイクロメートル深さ未満)の複雑な電気部品(光検出器など)を生成することの難しさ及び費用を認識している。したがって、各画素の光検出器部品を別の厚い層内に生成することが必要である。例えば、最大100~300マイクロメートルの多結晶テルル化カドミウム(CdTe)の非常に厚い層は、パノラマ円錐ビーム(3D)撮像システムなどの大型歯科X線撮像器における使用のために成長されてきた。鍵は500℃を超える高い堆積温度の使用であった。約500℃を超える温度はCMOS、CCD又はTFTなどのシリコン回路構成に対し破壊的であると一般的には考えられており、そして約350℃未満の温度は安全であると一般的には考えられている。350~500℃の範囲では、一般則は、露光が長くなれば長くなるほど回路構成に対する損傷のリスクはより大きくなるということである。開発者らは、撮像器のCdTe光検出器部品を別の基板上に、そして撮像器回路構成の残り(例えば電荷蓄積部品、増幅部品及び読み出し部品)とは異なる条件下で製作することにより高堆積温度の問題を克服した。次に、2つの基板から生成されたダイは、フリップチップボンディングとして知られるプロセスにおいてアライメントされ、そして物理的且つ電気的にボンディングされた。ボンディングの精度の制限は、撮像画素のサイズをより大きなサイズへ制限し、そして時間がかかる高価なプロセスである。何とかしてCdTeがシリコンベース回路構成の表面上へ十分な厚さでもって直接堆積されることができたとしても、複数ダイの使用が回避されることはできないだろう。しかし、現在、この考えを取り込んだいかなるセンサも生産されていない。この問題は歴史的に、シリコンベース基板上へ十分な厚さの物理的且つ電気的に安定した接着層を堆積することの難しさであった。層厚が増大すると、熱膨張の差、結晶欠陥、亀裂、剥離、不純物などの影響もまた、より顕著になり、最終的には厚さを所望レベル未満に制限する。例えば、10マイクロメートルが、太陽電池業界における何年もの研究に基づき多結晶CdTeの厚さの究極限界と一般的に考えられてきた。10マイクロメートルは、現在の「間接的捕捉」センサのものよりはるかに低い捕捉効率を生じるだろう。
したがって、電気的且つ物理的に安定しているシリコン回路構成の表面上に直接CdTeなどの光活性材料の非常に厚い層を堆積する手段の長年の要望があった。本発明はこの長年の要望を満たす。
発明の概要
本発明は一般的には、集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路が、不規則表面を有する堆積基板として働く一方で、多結晶光活性材料が、集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路の上に単一連続堆積層として堆積され、そしてII-VI半導体化合物又はII-VI化合物の合金で構成される、デバイスに関する。
本発明は一般的には、集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路が、不規則表面を有する堆積基板として働く一方で、多結晶光活性材料が、集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路の上に単一連続堆積層として堆積され、そしてII-VI半導体化合物又はII-VI化合物の合金で構成される、デバイスに関する。
本発明はまた一般的には、多結晶光活性材料の単一連続堆積層が、不規則表面を有する堆積基板として働く集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積され、多結晶光活性材料はII-VI半導体化合物又はII-VI化合物の合金で構成される、プロセスに関する。
本発明はまた一般的には、集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路の上に単一連続堆積層として堆積された多結晶光活性材料を有する不規則表面を有する堆積基板として働くシリコンベース単一ダイ電荷蓄積/増幅/読み出し画素アレイ集積回路を有する、X線光子を検出するために有用なセンサに向けられ、周期的パターンは少なくとも約0.1マイクロメートルの最小差及び約100マイクロメートルの最大差において2つ以上の交互隆起を有する非平坦面であり、所定サイズは、少なくとも約1マイクロメートルであるが最大で100マイクロメートルの繰り返し距離を有し;多結晶光活性材料はCdTe、HgxCd(1-x)Te及びZnxCd(1-x)Teからなる群から選択され、単一連続堆積層は500平方ミリメートルを超える全表面積を有する。
したがって、本発明の1つの目的は、デジタル放射線写真画像を取得する際に使用される固体センサの製作によりデジタル口内放射線写真術における改善を提供することであり、ここでは、CdTeなどの光活性材料の非常に厚い層が、電気的且つ物理的に安定したシリコン回路構成の表面上に直接堆積される。
この及び別の目的並びに利点は、添付図面に関連して、そして以下に記載される本発明の詳細説明に関連して当業者に明白になる。
図面の簡単な説明
図1及び図1Aは、本発明に従って使用される例示的テクスチャ化堆積面を示す全ウェハ図及びクローズアップ概略図である。
図1に示す繰り返しパターンの1つの角におけるウェハ上のCdTe膜面の顕微鏡写真(100×)である。
図1に示すものと同様なパターニングの正方形領域(3mm×3mm)内のCdTe(灰色エリア)の接着性の強調と非パターン化領域(輝くエリア)の上のCdTeの層剥離又は剥離の強調とを示す巨視的図である。
堆積のためのCMOS回路基板の一例(回路部品及び層厚は寸法に比例して描かれていない)を示す。画素間の絶縁は、図1に示すものと同様な交互隆起及び材料からなる反復表面パターンを生成する。
シリコン基板内へのアンダーカット壁(示すように0.25マイクロメートル)を呈示する特別に用意された溝を通る断面で切断されたウェハの走査型電子顕微鏡写真(SEM:scanning electron micrograph)である。
例示的CMOS回路のパターン化表面上に直接堆積された光活性材料を有する完成X線撮像器を示す(回路部品及び層厚は寸法に比例して描かれていない)。
発明の詳細な説明
本発明は、回路基板が滑らかであり且つ欠陥なしであるという現在の知恵に挑戦する。これは、エピタキシャル成長、マスキング技術の制限、回路連続性、チップボンディングなどを含む多くの要件から生じる。本発明は、光活性材料(好適には多結晶テルル化カドミウム(CdTe))の十分に厚い層を集積回路(好適にはシリコンベース集積回路(例えばCMOS、CCD、TFT))の表面上に直接生成する手段を提供する。光活性材料は、その下の画素回路構成と直接電気的接触状態にある。本発明は、読み出しエレクトロニクスのいかなる起こり得る劣化も回避するために比較的低い基板温度(すなわち350℃未満)での単一チップアーキテクチャの集積回路の表面上への高Z光活性材料の堆積を容易にする代替回路基板表面構造を採用する。これは、様々な層を別個に製作し、そして次にそれらを互いにボンディングするより複雑なプロセスを回避し、これにより製造コスト及び複雑性を低減し、そしてより少ないボンディング部品を有することにより耐久性を増加する。
本発明は、回路基板が滑らかであり且つ欠陥なしであるという現在の知恵に挑戦する。これは、エピタキシャル成長、マスキング技術の制限、回路連続性、チップボンディングなどを含む多くの要件から生じる。本発明は、光活性材料(好適には多結晶テルル化カドミウム(CdTe))の十分に厚い層を集積回路(好適にはシリコンベース集積回路(例えばCMOS、CCD、TFT))の表面上に直接生成する手段を提供する。光活性材料は、その下の画素回路構成と直接電気的接触状態にある。本発明は、読み出しエレクトロニクスのいかなる起こり得る劣化も回避するために比較的低い基板温度(すなわち350℃未満)での単一チップアーキテクチャの集積回路の表面上への高Z光活性材料の堆積を容易にする代替回路基板表面構造を採用する。これは、様々な層を別個に製作し、そして次にそれらを互いにボンディングするより複雑なプロセスを回避し、これにより製造コスト及び複雑性を低減し、そしてより少ないボンディング部品を有することにより耐久性を増加する。
本発明は、高Z光活性材料(好適には多結晶II-VI半導体化合物及びそれらの合金(通常はCdTe、HgxCd(1-x)Te、ZnxCd(1-x)Te及びAxB(1-x)Cなど))の堆積基板として集積回路(好適にはシリコンベースの)の不規則(「凸凹」)表面を意図的に生成する。不規則性は隆起のばらつきで構成される。様々な隆起の境界は、ファンデルワールス力又は他の吸引力を強化する接触点の増加のおかげで結晶形成及び固着のための吸引元場所として働き、したがって接着性を改善する。境界界面の最適間隔は、使用される材料及び堆積条件に基づき実験的に判断される必要がある。したがって、本発明は、接着性を強化するための集積回路と光活性材料との間の別の中間層の使用の代替案である。
一組の実験が、規則的間隔を有する表面高さのばらつきを提示するためにその表面が特別に用意されたシリコンウェハに対し一般理論を試験するために行われた。表面上に生成されたSiO2の1マイクロメートル厚層を有する標準的シリコンウェハが使用された。この実験では不規則表面は組成が不均質であったが強化された吸引の概念は依然として付随するということに注意されたい。正方形穴は1マイクロメートル又は1マイクロメートルより若干大きい深さまでSiO2層を通って露出シリコンまでエッチングされた。この穴は、長方形グリッドで配置され、そしてそのサンプルが図1Aに示される「ワッフル」状外観(小さな副セクション)を生成した。このサンプルでは、「ワッフル」構造全体は2cm×2cmであり、正方形穴間は20マイクロメートル間隔であり、絶縁壁の繰り返しパターン(このサンプルでは5マイクロメートル幅及び1マイクロメートル高さ)が導電性フロアと共に正方形穴(このサンプルでは15マイクロメートル×15マイクロメートルの大きさ及び15マイクロメートル深さ)を囲む。「ワッフル」穴の底部の表面は純粋シリコンで構成されたが、ワッフル穴間の壁はSiO2で構成された。様々な穴サイズ及び間隔を有するグリッドのサンプルが生成された。
次に、CdTe膜が以下のプロトコルに従ってこれらの表面上に堆積された。最初に、ウェハは、BOEエッチで終了する標準的半導体洗浄技術により洗浄された。BOEエッチ直後、サンプルは熱堆積室内に置かれた。バックグラウンド室は10-5~10-6Torrであった。次に、アルゴンガスが約4×10-1Torrまで室内へ導入され、そして最終洗浄のためのプラズマ放電が開始された。その後、バックグラウンド圧力は再び10-5~10-6Torrの範囲へ低減された。CdTeを洗浄した直後、堆積が規定基板温度及び堆積速度で行われた。膜が100、150及び200℃の基板温度で且つ約2、5、10及び115分間/マイクロメートルの堆積速度で堆積される一連のランが行われた。CdTe源は可変出力放射熱源により昇華された。堆積速度はIR干渉計により監視された。70~80マイクロメートルほどの厚さの膜が生成された。これは、シリコンベース回路構成にとって安全と考えられる350℃の温度より著しく低い基板温度で達成された。
別の一組の実験では、約100マイクロメートル以下の穴間隔が強化された接着性(剥離なし)及び亀裂耐性を呈示し、そして20マイクロメートル未満間隔ではこれ以上の利点はないということが発見された。図2は、ウェハの非「ワッフル」領域に由来する亀裂であって、ワッフル穴のうちの第1番目のワッフル穴だけへ伝播するがパターン内へそれ以上深くに入らない亀裂の例を示す。この場合、非パターン化領域に由来する亀裂は、パターンの端上の第1番目の穴内へ進み、そして外側端において継続するが、パターン化された領域内へそれ以上深くは進まない。この振る舞いは、このパターンが接着性を増加するだけでなく亀裂も終了させたということを指示する総合的結果であった。著しい剥離が非パターン化エリア内で観測された。堆積後数か月間、膜は、両組の実験に関してパターン化領域の上で安定したままであった。
これらの実験は、この現象を利用することになるX線センサ集積回路設計の修正を示唆する。これは、2つの隣接画素の回路構成を断面で示す図3に示される。標準的製作技術により、光検出器部品を除いた典型的可視光撮像器のすべての部品を含む画素回路構成がシリコンウェハの表面内に生成され得る。その代わりに、導電経路が、電荷蓄積部品から、各画素の表面内に導電領域を生成するウェハの表面へ生成される。下位回路構成を保護し、そして隣接導電領域間の電気的短絡を防止するために、絶縁壁が導電領域間に生成される。これは、ウェハ全表面の上のSiO2などの絶縁材料の連続層を堆積することにより、そして次に、絶縁された穴を導電領域までエッチングすることにより容易に生成され得、図1に示すようなパターンを生じる。
さらに、SiO2のエッチングは、機械的安定性を生成するために「ワッフル」穴の壁内にアンダーカットを意図的に生成する技術により修正され得、ファンデルワールス力だけにより生成さるものを越えて接着性を著しく増加する。図5はアンダーカット壁が生成された特別に用意されたウェハサンプルのSEMを示す。このようなアンダーカットは、この表面上に堆積された光活性材料の機械的安定性を生成する。この特別なサンプルは、SiO2の表面被覆を有するシリコンウェハ上に異方性及び等方性ドライエッチング技術の組み合わせを使用することにより生成された。この例では、異方性エッチング技術が、シリコン層まで優先的に垂直方向にエッチングするために最初に使用された。次に、等方性エッチング技術(純粋シリコンに対して選択的である)が、横方向だけでなく下方向にもエッチングするために使用された。この第2のエッチングの横方向成分は、純粋シリコン内への及びエッチング耐性SiO2の下のアンダーカットを生成した。一般的に、アンダーカットは、ウェハの様々な構造層のエッチング速度の差を活用することにより、そして異方性エッチング技術対等方エッチング技術の組み合わせを活用することにより生成され得る。
示された特別に用意されたサンプルでは穴よりむしろ溝が使用されたということに留意されたい。これは、ウェハが、断面のSEMにおいてアンダーカットを示すために壁を介し直角に確実に切断されることができるということを保証するためであった。同様なアンダーカットが穴に関して同様に生成されるだろう。
図4に示す構造は次に、図6に多少似ている完成構造を有するアレイ内で各導電領域と電気的に接触している光電気材料を直接堆積するための基板として働く。好ましい実施形態では、この材料は、多結晶CdTeになるか、又はその合金(CdTe、HgxCd(1-x)Te、ZnxCd(1-x)Teなど)のうちの1つになる。この層は、材料の光電子特性に依存して適切な厚さまで成長される。例えばCdTeに関し、100~300マイクロメートルが、十分な量子効率及び空間分解能を提供する。この層は、排他的ではないが熱蒸着、アルゴンビームスパッタリング、電子ビーム蒸着及び化学的堆積を含む多くの手段により通常のシリコン電荷蓄積/増幅/読み出しエレクトロニクス上に直接堆積される。好適な実施形態では、結果の光検出器は、その抵抗がX線照射下で比例的に低下する光ダイオードとして機能する。CdTeは、照射下でない場合に高抵抗の利点と、したがって低漏れ電流(暗電流)の利点、そしてその柱状多結晶構造に起因して横(又は接線)方向に比較的より高い抵抗の利点を有し、画素クロストークを低減するのを助ける。
最後に、光検出器デバイスへの薄い導電性コンタクト(金又は他の金属化などの)が光活性層の上面上に生成される。適切な電圧バイアスを導電性コンタクトへ印可することにより、電荷対が再結合により破壊され得る前に、結果の電界が、電荷をその下の導電領域へ優先的に駆動し、したがって画素クロストークを低減するのを助ける。X線光子は薄い導電性コンタクトを容易に通過し、そしてその下の光活性材料内に電子正孔対を生成することになるということに留意されたい。したがって、導電性コンタクトは、電荷を各画素の電荷導電領域へ駆動するために電界を支援するのに十分な厚さを有するが、(十分な)X線がそれを通過するのを防止するほどには厚くない。
本発明によると、CMOSエレクトロニクスに対し害のない低基板温度条件(摂氏350度未満の基板温度)下でCdTeを成長することが可能であるということが分かった。加えて、多結晶構造は、シリコン上の全く異なる格子面間隔の材料(CdTeなど)の成長と電子回路構成が生成されたシリコン基板の表面などの不規則表面の上の成長とを可能にする張力緩和を提供する。
実験室測定結果は、このような条件下で成長された多結晶CdTeが単結晶形式の光電子特性のうちの多くを保持するということと、結晶境界欠陥及び他の欠陥が純粋単結晶形式と比較して電気的特性をあまり劣化させないということとを実証した。例えば、実験室において成長された多結晶のサンプルのインピーダンスは単結晶CdTeと同様に106オーム・cmより大きかった。加えて、画素一様性に関する試験が、60kV(典型的歯科X線エネルギーレベル)における平坦場照射下で3つの単純化薄膜(2~5マイクロメートル)CdTe画素を使用することにより行われた。利得の差を校正するだけで読み出し雑音のいかなる他の緩和もない後、伝統的間接的捕捉デバイスのものに相当する30:1より大きい標準偏差に対する平均強度の比(すなわちSNR)が取得された。
高ドープn型シリコン上に成長された多結晶ベースフォトレジスタからなる画素のアレイのX線光子捕捉効率が従来の間接的捕捉X線撮像チップのものに相当するということも実験室において実証された。例えば、60kVにおけるX線照射及び20Vのバイアス下での1mm厚スライスの多結晶CdTeに対する初期実験では、純粋CdTeのものの約33%の光子捕捉効率が取得された。CdTeの極端に高い抵抗(106オーム・cmより大きい)は、電圧バイアス下の電流漏れが光子励起導電と比較して低いということを意味する。また、導電領域を有する光検出器の界面はヘテロ接合を形成するので、暗電流をさらに低減するためにダイオード振る舞いを利用し得る。しかし、本発明は、暗電流が大いに予測可能であるのでダイオード振る舞いに依存しない。そして、X線写真術アプリケーションでは、「明」及び「暗」画像の両方を記録し、次に明画像から暗画像を減じることが慣習である。従来の間接的捕捉X線撮像チップに相当する値6:1を超える明電流対暗電流比の実験室測定結果が達成された。
本発明の特別な実施形態は、II-VI化合物及びそれらの合金において発見され、そして当該技術分野における研究者により十分に理解されていない多結晶CdTeの特性を活用する。したがって、本発明は、CdTe、II-VI化合物及びそれらの合金に限定されないが、また同様な特性の任意の他の光活性材料を含む;これらの特性は以下のものを含む:1)結晶境界において電気的に害のない振る舞い(すなわち、電荷再結合のためのサイトがない)、2)不規則表面上に堆積され得るが、エピタクシを必要としない、3)このような堆積膜は、構造が柱状である傾向があり、電荷移動を垂直方向に偏位させる。本発明は、従来のエレクトロニクス上のX線感光材料の直接堆積(その目的が接着性を強化することである別の中間層を必要としなく、そして純粋単結晶エピタキシャル成長を必要としない)に関与する単純な単一ダイ手法である。
本発明は、限定しないが以下の特に好ましいデバイス含む:
1.不規則表面を呈示する表面を有する堆積基板として働く集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路;並びに集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路の上に単一連続堆積層として堆積された多結晶光活性材料から構成されるデバイスであって;多結晶光活性材料はII-VI半導体化合物又はII-VI化合物の合金で構成される、デバイス。
2.集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路は薄膜アレイであるデバイス1。
3.集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路はシリコンベースであるデバイス1。
4.II-VI半導体化合物はCdTe、HgxCd(1-x)Te及びZnxCd(1-x)Teからなる群から選択されるデバイス1。
5.II-VI半導体化合物はCdTeであるデバイス4。
6.周期的パターンは少なくとも約0.1マイクロメートルの最小差で2つ以上の交互隆起を有する非平坦面で構成されるデバイス1。
7.周期的パターンは約100マイクロメートルの最大差で2つ以上の交互隆起を有する非平坦面で構成されるデバイス1。
8.所定サイズは少なくとも約1マイクロメートルの繰り返し距離を有するデバイス1。
9.所定サイズは最大で100マイクロメートルの繰り返し距離を有するデバイス1。
10.単一連続堆積層は100平方ミリメートルを超える全表面積を有するデバイス1。
11.単一連続堆積層は500平方ミリメートルを超える全表面積を有するデバイス1。
12.周期的パターンは回折パターンなどの回折効果により検出可能であるデバイス1。
13.多結晶光活性材料内の亀裂の伝搬は周期的パターンにより中断されるデバイス1。
14.堆積基板の表面からの多結晶光活性材料の層剥離は周期的パターンにより禁じられるデバイス1。
1.不規則表面を呈示する表面を有する堆積基板として働く集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路;並びに集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路の上に単一連続堆積層として堆積された多結晶光活性材料から構成されるデバイスであって;多結晶光活性材料はII-VI半導体化合物又はII-VI化合物の合金で構成される、デバイス。
2.集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路は薄膜アレイであるデバイス1。
3.集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路はシリコンベースであるデバイス1。
4.II-VI半導体化合物はCdTe、HgxCd(1-x)Te及びZnxCd(1-x)Teからなる群から選択されるデバイス1。
5.II-VI半導体化合物はCdTeであるデバイス4。
6.周期的パターンは少なくとも約0.1マイクロメートルの最小差で2つ以上の交互隆起を有する非平坦面で構成されるデバイス1。
7.周期的パターンは約100マイクロメートルの最大差で2つ以上の交互隆起を有する非平坦面で構成されるデバイス1。
8.所定サイズは少なくとも約1マイクロメートルの繰り返し距離を有するデバイス1。
9.所定サイズは最大で100マイクロメートルの繰り返し距離を有するデバイス1。
10.単一連続堆積層は100平方ミリメートルを超える全表面積を有するデバイス1。
11.単一連続堆積層は500平方ミリメートルを超える全表面積を有するデバイス1。
12.周期的パターンは回折パターンなどの回折効果により検出可能であるデバイス1。
13.多結晶光活性材料内の亀裂の伝搬は周期的パターンにより中断されるデバイス1。
14.堆積基板の表面からの多結晶光活性材料の層剥離は周期的パターンにより禁じられるデバイス1。
本発明は限定しないが以下の特に好ましいプロセスを含む:
1.不規則表面を有する集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に多結晶光活性材料の単一連続堆積層を堆積することを含むプロセスであって;
多結晶光活性材料はII-VI半導体化合物又はII-VI化合物の合金で構成される、プロセス。
2.所定サイズは最大で100マイクロメートルの繰り返し距離を有する、プロセス1。
3.単一連続堆積層は100平方ミリメートルを超える全表面積を有する、プロセス1。
4.単一連続堆積層は500平方ミリメートルを超える全表面積を有する、プロセス1。
5.単一連続堆積層は集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路に対して破壊的でない温度において集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
6.単一連続堆積層は摂氏約350度を超えない温度において集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
7.単一連続堆積層は摂氏約200度を超えない温度において集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
8.単一連続堆積層は毎時約6マイクロメートルを超える堆積速度で集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
9.単一連続堆積層は毎時約1マイクロメートルを超える堆積速度で集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
10.多結晶光活性材料の単一連続堆積層はバンプボンディングなどの中間基板を使用する技術なしに集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
11.多結晶光活性材料の単一連続堆積層は、その目的が接着性を強化することである別の中間層を使用することなく集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
12.多結晶光活性材料の単一連続堆積層は、コンプライアント層を使用することなく集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
1.不規則表面を有する集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に多結晶光活性材料の単一連続堆積層を堆積することを含むプロセスであって;
多結晶光活性材料はII-VI半導体化合物又はII-VI化合物の合金で構成される、プロセス。
2.所定サイズは最大で100マイクロメートルの繰り返し距離を有する、プロセス1。
3.単一連続堆積層は100平方ミリメートルを超える全表面積を有する、プロセス1。
4.単一連続堆積層は500平方ミリメートルを超える全表面積を有する、プロセス1。
5.単一連続堆積層は集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路に対して破壊的でない温度において集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
6.単一連続堆積層は摂氏約350度を超えない温度において集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
7.単一連続堆積層は摂氏約200度を超えない温度において集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
8.単一連続堆積層は毎時約6マイクロメートルを超える堆積速度で集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
9.単一連続堆積層は毎時約1マイクロメートルを超える堆積速度で集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
10.多結晶光活性材料の単一連続堆積層はバンプボンディングなどの中間基板を使用する技術なしに集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
11.多結晶光活性材料の単一連続堆積層は、その目的が接着性を強化することである別の中間層を使用することなく集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
12.多結晶光活性材料の単一連続堆積層は、コンプライアント層を使用することなく集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、プロセス1。
本発明は限定しないが、所定サイズの周期的パターンを呈示する表面を有する堆積基板として働くシリコンベース単一ダイ電荷蓄積/増幅/読み出し画素アレイ集積回路からなる、X線光子を検出するために有用な特に好ましいセンサ;並びに集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路の上に単一連続堆積層として堆積される多結晶光活性材料を含み;周期的パターンは、少なくとも約0.1マイクロメートルの最小差及び約100マイクロメートルの最大差において2つ以上の交互隆起を有する非平坦面で構成され、所定サイズは、少なくとも約1マイクロメートルであるが最大で100マイクロメートルの繰り返し距離を有し;多結晶光活性材料はCdTe、HgxCd(1-x)Te及びZnxCd(1-x)Teからなる群から選択され;単一連続堆積層は500平方ミリメートルを超える全表面積を有する。
本発明の特に好ましい実施形態は、II-VI化合物及びそれらの合金において見出され、そして当該技術分野における研究者により十分に理解されていない多結晶CdTeの特性を活用する。したがって、本発明は、CdTe、II-VI化合物及びそれらの合金に限定されないが、また、同様な特性の任意の他の光活性材料を含む;これらの特性は以下のものを含む:1)結晶境界において電気的に害のない振る舞い(すなわち、電荷再結合のためのサイトがない)、2)不規則表面上に堆積され得るが、エピタクシを必要としない、3)このような堆積膜は、構造が柱状である傾向があり、電荷移動を垂直方向に偏位させる。実験室ではまだ試験されていないが、本発明はまた、ペロブスカイトとして知られる化合物のクラスのメンバーである層を使用し得るということが特に企図される。これは、一群のメチルアンモニウムハロゲン化鉛(ペロブスカイト構造を有する化合物)であり、そしてまた半導体である。これらは、メチルアンモニウムヨウ化鉛、メチルアンモニウム臭化鉛及びメチルアンモニウム塩化鉛を含み、そして多結晶CdTe化合物よりむしろこのような層の使用は、本発明の範囲内に入るとして特に含まれる。本発明は、従来のエレクトロニクス上のX線感光材料の直接堆積に関与する単純な単一ダイ手法であり、そして、純粋単結晶エピタキシャル成長を必要としない。いくつかの実験が本発明の実現可能性を確認する。
したがって、本明細書において説明された実際の概念におけるさらなる変更及び修正は本開示の発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく容易になされ得るということが当業者にとって明らかになる。
Claims (58)
- 不規則表面を有する堆積基板として働く集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路;及び前記不規則表面の上に単一連続堆積層として堆積される多結晶光活性材料から構成されるデバイスであって;前記多結晶光活性材料はII-VI半導体化合物で又はII-VI化合物の合金で構成され、前記不規則表面は隆起のばらつきで構成される、デバイス。
- 前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路は薄膜アレイである、請求項1に記載のデバイス。
- 前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路はシリコンベースである、請求項1に記載のデバイス。
- 前記II-VI半導体化合物はCdTe、HgxCd(1-x)Te及びZnxCd(1-x)Teからなる群から選択される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記II-VI半導体化合物はCdTeである、請求項4に記載のデバイス。
- 前記周期的パターンは少なくとも約0.1マイクロメートルの最小差で2つ以上の交互隆起を有する非平坦面で構成される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記周期的パターンは約100マイクロメートルの最大差で2つ以上の交互隆起を有する非平坦面で構成される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記所定サイズは少なくとも約1マイクロメートルの繰り返し距離を有する、請求項1に記載のデバイス。
- 前記所定サイズは最大で100マイクロメートルの繰り返し距離を有する、請求項1に記載のデバイス。
- 前記単一連続堆積層は100平方ミリメートルを超える全表面積を有する、請求項1に記載のデバイス。
- 前記単一連続堆積層は500平方ミリメートルを超える全表面積を有する、請求項1に記載のデバイス。
- 前記周期的パターンは回折パターンなどの回折効果により検出可能である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記多結晶光活性材料内の亀裂の伝搬は前記周期的パターンにより中断される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記堆積基板の表面からの前記多結晶光活性材料の層剥離は前記周期的パターンにより禁じられる、請求項1に記載のデバイス。
- 前記周期的パターンはワッフル形状で構成される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記ワッフル形状は前記ワッフル形状の複数の壁内に複数のアンダーカットを有する、請求項15に記載のデバイス。
- 不規則表面を呈示する集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に多結晶光活性材料の単一連続堆積層を堆積することを含むプロセスであって、
前記多結晶光活性材料はII-VI半導体化合物で又はII-VI化合物の合金で構成され、前記不規則表面は隆起のばらつきで構成される、プロセス。 - 前記所定サイズは最大で100マイクロメートルの繰り返し距離を有する、請求項17に記載のプロセス。
- 前記単一連続堆積層は100平方ミリメートルを超える全表面積を有する、請求項17に記載のプロセス。
- 前記単一連続堆積層は500平方ミリメートルを超える全表面積を有する、請求項17に記載のプロセス。
- 前記単一連続堆積層は、前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路に対して破壊的でない温度において前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項17に記載のプロセス。
- 前記単一連続堆積層は摂氏約350度を超えない温度において前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項17に記載のプロセス。
- 前記単一連続堆積層は摂氏約200度を超えない温度において前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項17に記載のプロセス。
- 、
前記単一連続堆積層は毎時約6マイクロメートルを超える堆積速度で前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項17に記載のプロセス。 - 前記単一連続堆積層は毎時約1マイクロメートルを超える堆積速度で前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項17に記載のプロセス。
- 前記多結晶光活性材料の前記単一連続堆積層は、バンプボンディングなどの中間基板を使用する技術なしに前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項17に記載のプロセス。
- 前記多結晶光活性材料の前記単一連続堆積層は、その目的が接着性を強化することである別の中間層を使用することなく前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項17に記載のプロセス。
- 前記多結晶光活性材料の前記単一連続堆積層はコンプライアント層を使用することなく前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項17に記載のプロセス。
- 所定サイズの不規則表面を呈示する表面を有する堆積基板として働くシリコンベース単一ダイ電荷蓄積/増幅/読み出し画素アレイ集積回路;及び前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路の上に単一連続堆積層として堆積された多結晶光活性材料から構成されるX線光子を検出するために有用なセンサであって、
前記不規則表面は、少なくとも約0.1マイクロメートルの最小差及び約100マイクロメートルの最大差において2つ以上の交互隆起を有する非平坦面で構成される一方で、前記所定サイズは少なくとも約1マイクロメートルの距離を有し;
前記多結晶光活性材料はCdTe、HgxCd(1-x)Te及びZnxCd(1-x)Teからなる群から選択され、前記単一連続堆積層は500平方ミリメートルを超える全表面積を有する、センサ。 - 所定サイズの周期的パターンを呈示する表面を有する堆積基板として働く集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路;及び前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路の上に単一連続堆積層として堆積された多結晶光活性材料から構成されるデバイスであって;前記多結晶光活性材料はII-VI半導体化合物又はII-VI化合物の合金で構成される、デバイス。
- 前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路は薄膜アレイである、請求項30に記載のデバイス。
- 前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路はシリコンベースである、請求項30に記載のデバイス。
- 前記II-VI半導体化合物はCdTe、HgxCd(1-x)Te及びZnxCd(1-x)Teからなる群から選択される、請求項30に記載のデバイス。
- 前記II-VI半導体化合物はCdTeである、請求項33に記載のデバイス。
- 前記周期的パターンは少なくとも約0.1マイクロメートルの最小差で2つ以上の交互隆起を有する非平坦面で構成される、請求項30に記載のデバイス。
- 前記周期的パターンは約100マイクロメートルの最大差で2つ以上の交互隆起を有する非平坦面で構成される、請求項30に記載のデバイス。
- 前記所定サイズは少なくとも約1マイクロメートルの繰り返し距離を有する、請求項30に記載のデバイス。
- 前記所定サイズは最大で100マイクロメートルの繰り返し距離を有する、請求項30に記載のデバイス。
- 前記単一連続堆積層は100平方ミリメートルを超える全表面積を有する、請求項30に記載のデバイス。
- 前記単一連続堆積層は500平方ミリメートルを超える全表面積を有する、請求項30に記載のデバイス。
- 前記周期的パターンは回折パターンなどの回折効果により検出可能である、請求項30に記載のデバイス。
- 前記多結晶光活性材料内の亀裂の伝搬は前記周期的パターンにより中断される、請求項30に記載のデバイス。
- 前記堆積基板の表面からの前記多結晶光活性材料の層剥離は前記周期的パターンにより禁じられる、請求項30に記載のデバイス。
- 前記周期的パターンはワッフル形状で構成される、請求項30に記載のデバイス。
- 前記ワッフル形状は前記ワッフル形状の複数の壁内に複数のアンダーカットを有する、請求項44に記載のデバイス。
- 所定サイズの周期的パターンを呈示する表面を有する集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に多結晶光活性材料の単一連続堆積層を堆積することを含むプロセスであって、前記多結晶光活性材料はII-VI半導体化合物又はII-VI化合物の合金で構成される、プロセス。
- 前記所定サイズは最大で100マイクロメートルの繰り返し距離を有する、請求項46に記載のプロセス。
- 前記単一連続堆積層は100平方ミリメートルを超える全表面積を有する、請求項46に記載のプロセス。
- 前記単一連続堆積層は500平方ミリメートルを超える全表面積を有する、請求項46に記載のプロセス。
- 前記単一連続堆積層は、前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路に対して破壊的でない温度において前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項46に記載のプロセス。
- 前記単一連続堆積層は摂氏約350度を超えない温度において前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項46に記載のプロセス。
- 前記単一連続堆積層は摂氏約200度を超えない温度において前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項46に記載のプロセス。
- 前記単一連続堆積層は毎時約6マイクロメートルを超える堆積速度で前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項46に記載のプロセス。
- 前記単一連続堆積層は毎時約1マイクロメートルを超える堆積速度で前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項46に記載のプロセス。
- 前記多結晶光活性材料の前記単一連続堆積層はバンプボンディングなどの中間基板を使用する技術なしに前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項46に記載のプロセス。
- 前記多結晶光活性材料の前記単一連続堆積層は、その目的が接着性を強化することである別の中間層を使用することなく前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項46に記載のプロセス。
- 前記多結晶光活性材料の前記単一連続堆積層はコンプライアント層を使用することなく前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路上に堆積される、請求項46に記載のプロセス。
- 所定サイズの周期的パターンを呈示する表面を有する堆積基板として働くシリコンベース単一ダイ電荷蓄積/増幅/読み出し画素アレイ集積回路;及び前記集積化電荷蓄積/増幅/読み出し回路の上に単一連続堆積層として堆積された多結晶光活性材料からなるX線光子を検出するために有用なセンサであって;前記周期的パターンは、少なくとも約0.1マイクロメートルの最小差及び約100マイクロメートルの最大差において2つ以上の交互隆起を有する非平坦面で構成される一方で、前記所定サイズは、少なくとも約1マイクロメートルであるが最大で100マイクロメートルの繰り返し距離を有し;前記多結晶光活性材料はCdTe、HgxCd(1-x)Te及びZnxCd(1-x)Teからなる群から選択され;前記単一連続堆積層は500平方ミリメートルを超える全表面積を有する、センサ。
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