[发明专利]多井硒器件及其制造方法

说明书

提供了一种场成形多井探测器及其制造方法。通过在衬底上沉积像素电极、沉积第一介电层、在第一介电层上沉积第一导电栅极层、在第一导电栅极层上沉积第二介电层，在第二电介质层上沉积第二导电栅极层、在第二导电栅层上沉积第三电介质层、在第三电介质层上沉积蚀刻掩模来配置该探测器。通过蚀刻第三介电层、第二导电栅极层、第二介电层、第一导电栅极层和第一介电层来形成两个柱。通过蚀刻到像素电极而不蚀刻像素电极来形成两个柱之间的井，并且用a‑Se填充井。

优先权

本申请要求于2016年1月7日向美国专利商标局提交的美国临时专利申请No.62/275,919 的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。

政府支持

本发明是在国立卫生研究院给予的基金号为1R21EB01952601A1的政府支持下完成的。美国政府对本发明具有一定权利。

技术领域

本发明通常涉及固态辐射成像探测器领域，尤其涉及具有场成形多井探测器结构的非晶硒辐射探测器。

背景技术

由Charpak在1968年发明的充气多丝正比室赢得诺贝尔奖之后不久，与微电子学的发展并行，开发了微结构气体探测器用于提高位置分辨率。然而，辐射诱导光电子的范围是微米到毫米，对于气体固态探测器，由于其高得多的密度，其具有的光电子范围低三个数量级。因此，固态探测器产生具有实质上更高的空间/时间分辨率的图像。由于低载流子迁移率和渡越时间限制的光响应，比单晶固体研制更容易且更便宜的无序固体没有用作光子计数模式检测介质。

之前为影印机研制的非晶硒(a-Se)已经作为平板探测器(FPD)的直接X射线光电导体商业复苏，因为a-Se具有高的X射线灵敏度，并且能够在大块区域上均匀蒸发为厚膜。

无序固体中，强场存在的情况下，可能发生非欧姆效应，具有从局域态转变为扩展态的传输机制，在扩展态中，迁移率可以增加100至1000倍。在扩展态中这样的热载流子具有接近迁移率边的迁移率，相比它们对声子失去能量能够更快地获得能量。因此，碰撞电离导致的雪崩是可能的[2]，例如，在a-Se[3-5]中的热空穴，与非晶硅中的热电子[6]。a-Se中已经显示出连续稳定的雪崩倍增，这一特点使得具有比人眼更高灵敏度，即为人眼光圈F8的11倍，或者比CCD相机灵敏100倍[7]的光学相机能够发展。对于高能贯穿辐射，挑战在于雪崩模式硒不能是大块介质，因为雪崩层不能非常厚(25μm)，并且在大块中，均匀的雪崩场导致与深度相关的增益变化。

正电子发射断层造影术(PET)是一种核医学成像模式，其生成三维(3D)图像，以查看人体内的功能过程。PET最常在临床肿瘤学中用于检测癌症和用于心脏问题和/或大脑疾病的临床诊断。在被引入体内后，发射正电子的放射性核素随着每次湮灭而衰减，每次湮灭在正好相反的方向上发射出两个光子。可以利用渡越时间(TOF)测量来测量电磁波穿过介质行进一段距离的时间。TOF PET系统检测光子，并使用TOF信息来确定两个配准的光子是否在时间上重合，即，属于同一正电子湮灭事件。TOF PET系统使用到达时间差来定位每个湮灭事件。在没有TOF定位数据时，使用计算上昂贵的迭代重建算法来估计事件的3D分布，该事件的3D分布提供与测量的投影数据的最佳匹配。

TOF PET系统的定位精度Δx根据等式(1)由辐射探测器的时间分辨率Δt确定：

Δx＝cΔt/2………………………(1)

，其中c是光速。TOF PET探测器的目标是Δt10皮秒(ps)。但是，这个目标还没有实现。

现有系统利用昂贵的基于复杂的平凹光电阴极的光电倍增管(PMT)，仍然仅能获得～500ps的Δt。基于盖革模式运行雪崩光电二极管的硅光电倍增管(SiPM)正在迅速发展。 SiPM实现了比PMT更好的Δt，即SiPM获得～100ps的Δt。然而，SiPM具有较差的光子探测效率、光学串扰、面积小、均匀性差且成本高。