[发明专利]一种阵列式X射线传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器设计技术领域，具体涉及一种阵列式X射线传感器及其制作方法。

背景技术

X射线传感器是一种以闪烁晶体材料为基础，结合半导体光电特性的传感器件。由于其在太空探索、工业检测、医疗检查方面得到广泛的应用，因而引起了广泛的研究和应用。

X射线传感器利用传感媒质将入射的X射线转换成能够被电子系统处理的电信号或光信号。目前，传感媒质主要有采用直接型传感媒质和采用间接型传感媒质两种。采用直接型传感媒质的X射线传感器技术中X射线能量被直接型材料转换成电子空穴对从而被后端的电路接收，典型的直接型传感媒质如非晶硒(a-Se)、碘化汞(HgI)。采用间接型传感媒质的X射线传感器技术中X射线先通过激发间接型传感媒质产生处于可见光波段的荧光，然后利用半导体光电器件探测荧光信号，典型的间接型传感媒质如碘化铯(CsI)、硫氧化钆(Gd2O2S)。采用直接型传感媒质的X射线传感器技术中需要给直接型传感媒质施加10KV左右高压，目前尚处在实验室研究阶段，因此大部分的X射线传感器仍然为采用间接型传感媒质。间接型传感媒质中掺铊碘化铯由于光产额高，弱吸湿性和易大规模生产而得到广泛应用。

现有的光电探测单元器件其光谱响应特性并非完全与掺铊碘化铯的受激荧光光谱相匹配从而降低了传感器量子探测效率。现有的阵列X射线传感器将整块闪烁晶体与光电器件阵列硅芯片通过粘合剂耦合或者采用物理气相淀积(PVD)或化学气相淀积(CVD)方法在光电管阵列硅芯片表面淀积掺铊碘化铯膜。由于闪烁层的连续性即非像素化且受激荧光在掺铊碘化铯中是各向同性，因此相邻的光电管单元之间会发生光信号串扰从而使其空间分辨率较低。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种阵列式X射线传感器及其制作方法，能够改善了相邻传感单元之间的光隔离且提高了传感器的灵敏度。

一种阵列式X射线传感器，包括光电管阵列和设于光电管阵列上的闪烁晶体；所述的光电管阵列包括P+衬底，所述的P+衬底上铺设有P-外延层，所述的P-外延层上嵌设有若干阵列排布的有源区块；所述的有源区块包括嵌设于P-外延层上的N阱和第一P+有源区，所述的N阱上嵌设有第二P+有源区；

所述的P-外延层上铺设有氧化层，所述的氧化层中开有若干接触通孔，氧化层上设有若干与有源区块对应的金属电极对；所述的金属电极对包括第一金属电极和第二金属电极，其中，第一金属电极通过接触通孔与第一P+有源区和第二P+有源区连接，第二金属电极通过接触通孔与N阱连接；

所述的闪烁晶体设于氧化层上，闪烁晶体上开有网格状的光隔离槽，闪烁晶体底部设有与网格状光隔离槽对应的网格状消光层；所述的闪烁晶体被网格状光隔离槽分割成若干阵列排布的像素单元，所述的像素单元与有源区块一一对应。

优选地，所述的N阱的深度为0.8μm，所述的第二P+有源区的深度为0.2μm；能够使光电管阵列的光谱响应范围在为400～800nm间，与掺铊碘化铯闪烁晶体的受激荧光发光光谱匹配，进而提高了传感器的量子探测效率及灵敏度。

优选地，所述的闪烁晶体通过折射率为1.6的粘合剂粘合于氧化层上，所述的粘合剂可采用本领域常规的无溶剂液体粘合剂(如环氧树脂)；其具有最大的荧光透射传输效率，可提高传感器的量子探测效率及灵敏度。

优选地，所述的网格状消光层采用200～400nm的铬材料；能够有效减少了入射到光隔离槽下部的X射线激发的荧光反射，仅有极少量荧光会串扰到光电管阵列，从而进一步增加相邻光电管单元之间的光隔离度。

优选地，所述的闪烁晶体采用掺铊碘化铯；其光产额高，吸湿性弱。

所述的氧化层采用二氧化硅。

所述的第一金属电极和第二金属电极均采用铝电极。

所述的P+衬底和P-外延层的组合层采用P型硅片。

上述阵列式X射线传感器的制作方法，包括如下步骤：

(1)制作光电管阵列：

首先，采用热氧化法在P型硅片上生长二氧化硅层；

然后，通过对二氧化硅层进行光刻腐蚀，在P型硅片内扩散或注入形成若干阵列排布的有源区块；所述的有源区块包括N阱和第一P+有源区以及嵌于N阱上的第二P+有源区；

最后，通过对二氧化硅层进行光刻腐蚀，在该层中形成若干接触通孔，并在二氧化硅层表面镀上铝金属层，并对铝金属层进行反刻形成若干阵列排布的铝电极对，所述的铝电极对与有源区块一一对应；

(2)制作像素化闪烁晶体：