专利名称：用于ct 系统的x 射线辐射检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种直接转换X射线辐射检测器，特别是用于CT系统的直接转换X射线辐射检测器，其至少具有检测用的半导体材料，优选化合物半导体，以及在半导体材料和接触材料之间的至少ー个欧姆接触，其中半导体材料和接触材料分别具有载流子逸出功。
背景技术：
闪烁探測器或直接转换半导体检测器用于检测伽玛射线和X射线辐射，特别是在CT系统和双能CT系统中。在闪烁探測器中，入射的射线通过电子激发和转化为光子而间接地探測。在此基于半导体材料例如CdTe、CdZnTe、CdZnSe和CdZnTeSe的直接转换检测器能够计数单个光子，从而直接探測射线。在此，半传导性的检测器材料通过金属接触、例如由钼或金组成的金属接触电传导性地与检测器的读出电子设备和供电装置相连接。这些接触是非理想的欧姆接触。两种不同材料之间的理想的欧姆接触的特征基本上在于两种材料的逸出功相等。在实践中，这是较难实现的，因为较小的差别通常就会引起注入接触或阻挡接触(injizierenden oder blockierenden Kontakten)。对于逸出功较大的半导体例如P-CdTe或P-CdZnTe尤其如此。然而，欧姆接触是光电电阻的基本前提，如其例如在将射线转换为电脉冲时，也就是在直接转换的检测器中所使用的那样。辐射流越大，载流子不受阻地运送经过半导体-金属-界面就越重要。根据现有技术已知的是，在直接转换的检测器中使用肖特基接触(Schottky-Kontakt)或准欧姆接触。在此作为金属使用的是钼或金。然而，当使用这些金属时，在运行时会出现极化的问题，即由于半导体中的空间电荷而引起内电场变化。导致所述空间电荷的原因正是非理想的欧姆接触。特别在高強度辐射时，例如在计算机断层造影中，极化作用增强发生。检测器的效率由此极大地受到限制。高辐射密度因而不能直接地以及无损耗地转化为电脉冲，从而在CT系统中使用直接转换半导体检测器仍不能完整提供准确的测量結果。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是找到一种用于检测电离射线的直接转换检测器中的理想的欧姆接触，从而避免极化作用引起的效应并且检测器适用于高流測量。上述技术问题通过独立权利要求的特征来解决。本发明的有利扩展是从属权利要求的主题。发明人已经认识到，可以通过在用作接触材料的金属和半导体之间插入由中间材料组成的中间层在金属-半导体-界面上产生理想的欧姆接触。通过该中间层减小接触材料的逸出功和半导体的逸出功差別，该差别即使在准欧姆接触中也是存在的。中间层优选由中间材料组 成，其逸出功位于半导体的逸出功和接触材料的逸出功之间。由此减小了界面处的势垒以及各相邻材料的逸出功的差別，从而载流子更容易穿过(iiberwindbar)界面。对于中间层起决定作用的是,针对各更慢的以及因此导致极化作用的载流子类别，材料具有比半导体(光电电阻)更高的迁移率。由此这些载流子被“抽吸”到界面半导体-中间层，这意味着极化作用的减小直至得以避免。同时具有相反电荷的载流子从接触材料经过中间层流入半导体并且通过与在那里聚集的缓慢的载流子重新组合而减小空间电荷。这两个过程一起可以有效避免空间电荷以及因此减小极化作用。针对中间层的实施以及中间材料的选择存在着其他的不同的可能性。但是在所有的实施方式中，中间材料的逸出功位于接触材料的逸出功与半导体材料的逸出功之间。中间材料例如由半导体材料的元素构成或者由分别具有不同的逸出功的多种不同的材料层构成。替换地，中间层由中间材料构成，该中间材料至少在半导体的近表面区域中与其形成物质化合物。常规的沉积方法，例如溅射或蒸发适用于将中间材料沉积在半导体材料上。可选地，可以在沉积中间材料之前蚀刻半导体表面。
基本思想在于，通过非欧姆金属-半导体-接触的新型结构、即通过在金属和半导体之间插入中间层来组成非阻塞的欧姆接触。相应地，发明人建议了ー种直接转换X射线检辐射测器，特别是用于CT系统的直接转换X射线辐射检测器，其至少具有检测用的半导体材料，优选化合物半导体，以及在半导体材料和接触材料之间的至少ー个欧姆接触，其中半导体材料和接触材料分别具有载流子逸出功，为了改进，在半导体材料和接触材料之间插入由中间材料组成的中间层，其中中间材料的逸出功位于半导体材料的逸出功和接触材料的逸出功之间。利用这种类型的直接转换X射线辐射检测器，即使在高強度辐射时、在计算机断层造影中也可以生成准确的测量結果。检测器的效率通过减小或避免极化作用而不受限制。高辐射密度因此可以直接地以及无损失地转化至电脉冲。根据本发明的欧姆接触的有利实施方案设置例如钼(Pt)或金(Au)作为接触材料。作为半导体，有利地是作为化合物半导体，例如可使用CdTe-、CdZnTe-, CdZnSe-或CdZnTeSe-半导体材料。下面对中间材料和中间层的不同实施方案进行说明。在所有的实施方案中，中间材料的逸出功位于接触材料的逸出功和半导体材料的逸出功之间。例如半导体CdTe的逸出功小于接触材料例如金属如Pt的逸出功，从而中间材料的逸出功小于接触材料的逸出功但是大于半导体的逸出功。替换地，半导体的逸出功大于接触材料的逸出功。例如n掺杂的半导体的情況。在此能量标准反转，因为不再是半导体的价带(空穴可以自由移动)而是半导体的导带(电子可以自由移动)为基准点。根据n掺杂半导体的掺杂度和后加工(Nachprozessierung),例如对于In掺杂CdTe或CdZnTe而言针对半绝缘的、即高阻的检测器材料不仅存在p型导电也存在n型导电。中间层的有利实施方案是，中间材料是化合物半导体材料。中间材料有利地相应于化合物半导体的非金属。例如在CdTe化合物半导体的情况下中间材料是非金属Te。在另ー种实施方案中，中间材料是来自于与化合物半导体中的非金属的元素的周期中同一主族的材料。在例如CdTe化合物半导体的情况下，作为中间材料有利地可以来自第六主族的Se (硒)或Te (碲)。在中间层的另ー种实施方案中，中间材料由至少两层构成，所述两层由至少两种不同材料組成。例如在该实施方案中实施两层、三层或更多层。通过分别具有不同逸出功的材料层，从半导体到接触材料的逸出功以多个更小的阶段(Stufe)变化。所构成的层越多，阶段则越小，从而载流子将更容易穿过单个界面处的各势垒。此外，阶段处的势垒越容易穿过，则极化作用的效应越小或者得以完全避免。中间材料层的变化方案是例如由Te和Se组成的交替层，其位于作为接触材料的Pt和作为半导体材料的CdTe之间。另ー种有利的实施方案是将由至少两种元素组成的物质化合物沉积在半导体的表面上。至少两种元素有利地作为化合物例如作为合金沉积。在一种实施变化方案中设置了正好两种元素，在另外的实施变化方案中设置了多于两种例如三种或四种元素。物质的化合物的组成、即化合物的各个元素的含量在中间层的深度上如此变化，使得不同逸出功之间的阶段相应较小。小阶段/势垒如前所述对于载流子而言更容易穿过，从而极大地减小了极化作用的风险。在该实施方案的变化方案中，化合物的组成以离散的阶跃变化，从而所定义的层由具有逐段变化的组成以及因而具有不同逸出功的化合物构成。在另外的变化方案中，组成逐步变化，从而逸出功也连续变化。逐步变化线性地或替换地非线性地实现。 例如Se/Te合金施加在CdTe半导体上，其中该合金的物质组成可以以离散的阶跃以及连续地变化。根据另ー种实施方案，至少半导体材料的近表面区域与中间材料反应以及有利地形成新材料化合物。由半导体材料和中间材料形成的材料化合物然后实施中间层的功能。在此实际上中间层由两层组成，实际的原始的中间材料和由中间材料生成的新材料化合物。在该实施方案中，逸出功有利地逐段进行变化。另ー种有利的实施方案是，在沉积中间层之前蚀刻半导体表面，从而不仅有利地除去表面上的杂质，而且除去至少在近表面区域中的半导体材料的ー类元素。如此获得的近表面层在ー种变化方案中用作中间层。在另ー种变化方案中，该层用作中间材料和半导体材料之间的附加层。在此逸出功有利地逐段进行变化。通过中间层，接触材料、特别是金属在半导体材料上的粘附性有利地增强。中间材料在半导体材料上的沉积有利地通过沉积方法例如蒸发、溅射、无电流沉积、电解和/或化学反应实现。在ー种有利的实施方案中，沉积借助上述提到的沉积方法中的至少两种的组合实现。直接转换X射线辐射检测器的根据本发明的实施方案总体具有以下优势-通过形成欧姆接触减小界面处的极化作用以及因此使得高辐射流的測量成为可能，如在计算机断层造影中所使用的那样。-中间层可以借助常规沉积方法施加在半导体材料上，例如借助溅射、蒸发等。-减小所测量的脉冲的模糊，所述脉冲呈类似高斯脉冲形状以及可以更简单地对其进行进一步处理，例如在计数电子设备中。-欧姆接触具有比非欧姆接触更小的热损失功率，从而关于系统冷却所需的成本更小。-欧姆接触也可以用作计算机断层造影_、X射线-和伽玛射线检测器中的接触结构，以及-接触的组成的检验和验证可以通过深度特性分析以简单的物质测量和浓度测量的形式实现，例如借助二次离子质谱法(SIMS)、能量弥散X射线谱(EDX)、卢瑟福背散射分析(RBS)或电感耦合等离子体质谱(ICPMS)。另外属于本发明范围的还有CT系统，在该CT系统中可以使用X射线辐射检测器，其包含至少ー个检测器元件、有利地在半传导性的检测器材料和接触材料之间具有根据本发明的理想的欧姆接触，通过该CT系统可以得到检查对象的断层造影照片。
以下通过优选的实施例借助附图更详细地对本发明进行说明，其中仅示出了对于理解本发明必要的特征。使用以下附图标记HL :半导体材料；KM :接触材料；Wm :半导体材料的逸出功；WKM :接触材料的逸出功；WZ :中间材料的逸出功；Z :中间材料。附图中
图1至图4分别示出了在不同实施方案中的根据本发明构造的理想欧姆接触时材料的逸出功的图示。
具体实施例方式图1至图4分别示出了在不同实施方案中的根据本发明构造的理想欧姆接触时接触材料KM、中间材料Z和半导体材料HL的不同逸出功的图示。在纵坐标上是单位为eV的逸出功W以及横坐标是位置坐标X。化合物半导体CdTe和金属Pt分别用作半导体材料HL和接触材料KM。半导体材料HL和接触材料KM分别具有载流子逸出功Wm以及Wkm,其中逸出功Wkm大于逸出功I。根据本发明在半导体材料HL和接触材料KM之间插入由中间材料Z组成的中间层。此外根据本发明，中间材料Z的逸出功Wz位于半导体材料HL的逸出功Wm和接触材料KM的逸出功Wkm之间。图1至图4分别划分为中间层和中间材料Z的实施。在图1中，中间材料Z是来自于与化合物半导体中的非金属的元素的周期的同一主族的材料。化合物半导体的非金属是来自第六主族的Te，中间材料Z相应地是多晶Se。根据本发明，Se的逸出功Wz位于逸出功Wm和逸出功Wkm之间。多晶Se沉积在半导体CdTe (CdhZnxTe,0彡x彡I)上产生富Se中间层。在半绝缘CdTe中，Se的逸出功Wz (大约5.6±0. 3eV)略微大于半导体CdTe的逸出功Wm (5. 4eV)以及同时小于Pt的逸出功Wkm(5. 65eV)，因为半导体材料HL中存在的载流子数目如此的小，使得其仅少量影响由于射线例如X射线产生的载流子。另外多晶Se中的空穴的迁移率230cm2/Vs明显高于CdTe中的迁移率50_80cm2/Vs。通过合金化(Einlegieren)或扩散(Eindiffundieren)可能的是,几乎不分阶段地实现该过渡。这样的过渡在室温时是欧姆的并且抑制载流子在势垒处的聚集以及由于不同的逸出功而产生的接触。图2和图3的中间层的中间材料Z分别由材料Se和Te的合金组成。Se-Te-中间层借助沉积施加在半导体材料HL，在此为CdTe (Cd1^xZnxTejO ^ x ^ I)上。合金的组成以及两种成分Se和Te的含量在中间层中变化。在与接触材料KM接触的中间材料Z的ー侧上比在与半导体材料HL接触的ー侧上形成更富Se的合金。反之相应地，与半导体材料HL接触的一侧比与接触材料KM接触的一侧更富Te。根据图2的实施方案，在中间层的深度上组成连续变化，从而各“层”的逸出功Wz也连续变化以及载流子可以较易穿过各个“势垒”。连续的线性的变化由实线示出，连续的非线性的变化由虚线示出。根据图3，合金的组成以离散的阶跃变化，即逐段地变化。这例如通过依次沉积具有不同组成的各个层实现。针对各个层，通过合金化或扩散可以几乎不分阶段地实现过渡。如此的过渡，如在图1中也示出的那样，在室温时是欧姆的并且抑制载流子聚集在势垒上以及由于不同的逸出功而产生的接触。在实施图4的理想欧姆接触时，蚀刻半导体材料HL、在此为CdTe (Cd1^ZnxTe,0彡X彡I)的表面。半导体材料HL的蚀刻的近表面的区域是富Te的。这使得较易沉积Se或Te以及其在半导体材料HL的表面上的连接。该富Te层形成了相应于蚀刻效应而形成的连续过渡，其起着如中间层的作用(虚线区域)。蚀刻例如通过含Br或I的有机溶剂实现。在该实施方案中，在欧姆接触中没有插入附加的中间材料Z作为单独的中间层。虚线分别示出了依赖各中间材料Z的浓度变化的逸出功变化，其中这也可以理解为浓度变化曲线，Cd正好和Te相反。两个曲线由此反映出Te和Cd的相 对关系。越接近半导体材料HL的表面，Te浓度越大以及Cd浓度越小，并且越深入半导体材料HL，Te浓度越小以及Cd浓度越大。总体上，本发明建议了ー种X射线辐射检测器、特别是用于CT系统的X射线辐射检测器，其至少具有检测用的半导体材料，优选化合物半导体，以及在半导体材料和接触材料之间的至少ー个欧姆接触，其中半导体材料和接触材料分别具有载流子逸出功，对其进ー步改进，从而使得在半导体材料和接触材料之间插入由中间材料组成的中间层，其中中间材料的逸出功位于半导体材料的逸出功和接触材料的逸出功之间。本发明还示出了ー种CT系统，在该CT系统中使用X射线辐射检测器，其有利地具有至少ー个根据本发明的理想的欧姆接触。虽然本发明通过优选的实施例详细地进行解释和说明，但是本发明不受限于所公开的示例并且本领域技术人员可以由此得到其他的变化方案，而不脱离本发明的保护范围。
权利要求
1. 一种直接转换X射线辐射检测器，特别是用于CT系统的直接转换X射线辐射检测器，其至少具有 1.1.检测用的半导体材料，优选化合物半导体，以及1. 2.在半导体材料(HL)和接触材料(KM)之间的至少一个欧姆接触，其中 1.3.所述半导体材料(HL)和所述接触材料(KM)分别具有载流子逸出功(WHU WKM)，其特征在于， 1.4.在所述半导体材料(HL)和接触材料(KM)之间插入由中间材料(Z )组成的中间层，其中所述中间材料(Z)的逸出功(Wz)位于所述半导体材料(HL)的逸出功(Wm)和所述接触材料(KM)的逸出功(Wkm)之间。
2.根据上述权利要求1所述的X射线辐射检测器，其特征在于，所述中间材料(Z)是化合物半导体材料，优选非金属。
3.根据上述权利要求1或2所述的X射线辐射检测器，其特征在于，所述中间材料(Z)是与所述化合物半导体中的非金属的元素周期的同一主族的材料。
4.根据上述权利要求1至3中任一项所述的X射线辐射检测器，其特征在于，所述中间材料(Z)具有由至少两种不同材料组成的至少两层。
5.根据上述权利要求1至4中任一项所述的X射线辐射检测器，其特征在于，所述中间材料(Z)是由具有不同逸出功(Wz1-Wz4)的至少两种元素组成的物质化合物。
6.根据上述权利要求1至5中任一项所述的X射线辐射检测器，其特征在于，至少在所述半导体材料(HL)的表面附近区域的中间层具有所述中间材料(Z)与所述半导体材料(HL)的材料化合物。
7.根据上述权利要求1至6中任一项所述的X射线辐射检测器，其特征在于，所述中间层包括半导体材料(HL)的表面附近区域，从所述表面附近区域中通过蚀刻除去所述半导体材料(HL)中的一类原子。
8.根据上述权利要求1至7中任一项所述的X射线辐射检测器，其特征在于，所述中间层通过沉积方法，特别是蒸发、溅射、无电流沉积、电解和/或化学反应形成在所述半导体材料(HL)的表面上。
9.一种CT系统，其具有根据上述权利要求1至8中任一项所述的X射线辐射检测器。
全文摘要
本发明涉及一种X射线辐射检测器，特别是用于CT系统的X射线辐射检测器，其至少具有检测用的半导体材料，优选化合物半导体，以及在半导体材料(HL)和接触材料(KM)之间的至少一个欧姆接触，其中半导体材料(HL)和接触材料(KM)分别具有载流子逸出功(WHL,WKM)。本发明的特征在于，在半导体材料(HL)和接触材料(KM)之间插入由中间材料(Z)组成的中间层，其中中间材料(Z)的逸出功(WZ)位于半导体材料(HL)的逸出功(WHL)和接触材料(KM)的逸出功(WKM)之间。此外，本发明涉及一种CT系统，其中使用了X射线辐射检测器，其有利地具有至少一个根据本发明的理想的欧姆接触。
文档编号H01L31/0352GK103022180SQ201210344540
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月17日 优先权日2011年9月26日
发明者F.迪尔, M.斯特拉斯伯格 申请人:西门子公司