[发明专利]一种X射线探测器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种X射线探测器件及其制作方法。

背景技术

X射线探测在医疗、工业、安检等方面得到广泛的应用。X射线探测分为直接探测和间接探测两种，间接探测是采用闪烁体将X射线转换成可见光，然后通过光电探测器件将光信号转换成电信号；直接探测是指直接采用合适的光电导材料将X射线转换成电信号。相对于间接探测技术，直接探测技术具有较高的更高的灵敏度和分辨率。随着数字技术的发展，研究直接探测X射线的平板探测器成为人们的研发热点。

目前唯一商用的直接探测X射线的平板探测器是基于非晶硒(a-Se)的平板探测器，非晶硒X射线平板探测器具有较宽的动态范围，能够满足低能X射线成像如乳房X线照相术的要求(～20keV)。但非晶硒平板X射线探测器为两端结构，不具有电荷增益功能，故不具有信号放大功能，故信噪比低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一目的在于：提供一种X射线探测器件及其制作方法，该X射线探测器件同时具有传感器和开关的功能，将其应用于X射线探测和成像中能够有效提高平板X探测器的分辨率、灵敏度和信噪比。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案：

一种X射线探测器件，包括：

衬底；

底部栅电极，其形成在所述衬底上；

栅绝缘层，形成在底部栅电极上；

源电极和漏电极，形成在栅绝缘层上且相互隔开；

光电半导体层，吸收X射线，其形成在所述源电极和漏电极上；

顶部电极，其形成在所述光电半导体层上，且所述顶部电极为导体材料，或者重掺杂的半导体材料。所述顶部电极与光电半导体层的接触为金属欧姆接触或金属肖特基接触或PN结接触。

本发明实施例的X射线探测器件，通过在光电半导体层上形成一层顶部电极，使用时，在顶部电极上施加偏压，光电半导体层中形成电场，电场的存在使得X光照产生的电子空穴对迅速分离，增大了光生载流子的寿命，并将光生载流子注入到导电沟通中，能够有效增大光电流，提高了X射线探测器件的光电特性，从而提高使用了本发明实施例的X射线探测器件的灵敏度。

作为一种具体的实施例，所述栅绝缘层覆盖所述底部栅电极和衬底。

作为一种具体的实施例，所述源电极和漏电极与所述底部栅电极之间具有一交叠区。通过漏极、源极与底部栅极形成一交叠区，使得导电沟道中的电场分布更佳。

作为一种具体的实施例，所述光电半导体层形成在所述源电极和漏电极之间且覆盖全部源电极和漏电极。

作为一种具体的实施例，所述顶部电极覆盖整个光电半导体层。

为了使得由顶部电极向光电半导体层的电场均匀，使得光生载流子能够尽可能多的被注入到导电沟道中，从而被漏源极收集，形成光电信号，本发明实施例采用顶部电极覆盖整个光电半导体层。当然，所述顶部电极也可以只覆盖部分光电半导体层，但其光生电子空穴对的分离能力则相对削弱，光响应灵敏度也会相应有所下降。

进一步地，所述底部栅电极的下表面与衬底相连，上表面与栅绝缘层的下表面相连；栅绝缘层的上表面与源电极、漏电极的下表面相连；源电极、漏电极的上表面与光电半导体层的下表面相连；光电半导体层上表面与顶部电极的下表面相连。

作为一种具体的实施例，所述顶部电极的材料为金、银、铜、铝、钼、镍、氧化铟锡、氧化铟锌、透明导电塑料、导电化合物中的任意一种或多种，或者重掺杂半导体材料。具体，当所述顶部电极与光电半导体层的接触为金属欧姆或肖特基接触时，所述顶部电极为金、银、铜、铝、钼、镍、氧化铟锡、氧化铟锌、透明导电塑料、导电化合物中的任意一种或多种；当所述顶部电极与光电半导体层的接触为PN结接触时，所述顶部电极为重掺杂半导体材料。也即所述金顶部电极的材料具有优良的导电性，容易在顶部形成较大的电场，使半导体产生更多载流子。

作为一种具体的实施例，所述光电半导体层的材料为非晶硒，氧化铅，碘化汞，钙钛矿结构半导体光电材料中的任意一种或多种。所述光电半导体层的载流子浓度随着X剂量大小变化而变化。所述半导体材料的迁移率较高，对X光照的响应灵敏，制备工艺简单，造价较低，不仅能够有效提高器件性能，还能够使得生产成本降低。

作为一种具体的实施例，所述底部栅电极的材料为铝、钼、铬、钛、镍、金属以及氧化铟锡、氧化铟锌、透明导电塑料、导电玻璃中的任意一种或多种。

作为一种具体的实施例，所述源电极和漏电极的材料为铝、钼、铬、钛、镍中的任意一种或多种。