[发明专利]用于间接检测电磁辐射的半导体器件及制造方法

说明书

半导体器件包括具有主表面(10)的半导体材料的衬底(1)、衬底中的集成电路(2)、布置在主表面上或上方的光电探检测元件(3)或光电检测元件(3)的阵列、以及布置在主表面上方的至少一个纳米材料膜(11、13)。纳米材料膜的至少一部分具有闪烁特性。制作的方法包括使用溶剂，特别地通过喷射印刷、通过丝网印刷、通过旋涂或通过喷涂来施加纳米材料膜。

闪烁体在例如包括医学成像应用的各种应用中用于在半导体成像设备中间接检测高能电磁或电离辐射(诸如X射线和γ射线)。入射的高能辐射被转换为能够由常规的光电二极管检测的可见光谱内的电磁辐射。

纳米点通常为具有几纳米尺寸的小颗粒。当将电或光施加于纳米点时，所述纳米点根据其大小、形状和材料来发射特定波长的光。纳米棒是细长形状的小颗粒。纳米线是在一个轴线上基本上长于其直径延伸的细长形状的小颗粒。对齐的纳米棒或纳米线的层发射偏振光。

US 2007/0158573 A1公开了一种包括多个检测元件的X射线检测器，所述检测元件中的每个包括将X射线转变成第一波长的光的第一闪烁体层和将已穿过第一闪烁体层的X射线转变成第二波长的光的第二闪烁体层。

US 7403589 B1公开了一种具有将X射线转变为可见光子的光电倍增管和闪烁体的计算机断层扫描(CT)检测器。

US 2010/0193700 A1公开了一种包括辐射敏感检测器的光谱光子计数检测器，该辐射敏感检测器包括与光电传感器光通信的闪烁体。

US 2010/0200760 A1公开了一种包括堆叠的闪烁体元件和光电二极管阵列的辐射检测器。

US 2011/0216878 A1公开了一种具有第一和第二处理通道的光谱处理器，该第一和第二处理通道从检测器信号导出第一和第二光谱信号以获得检测器信号的光谱分辨率。

US 2013/0187053 A1公开了一种包括闪烁子系统和检测子系统的数字量子点射线照相检测系统。

US 2013/0248729 A1公开了一种X射线检测器，其中检测元件使用将入射光子直接转变成在传感材料中自由移动的电荷载体的传感材料。电路确定与预定能量范围有关的光子数。检测元件的总电功率保持恒定。

US 2013/0292574 A1公开了一种具有设置在至少两个闪烁体阵列层之间的至少一个薄光感阵列层的CT检测器阵列。

WO 2017/025888 A1公开了一种用于计算机断层扫描的成像系统，其包括辐射敏感检测器阵列，该辐射敏感检测器阵列包括具有光学透明封装材料的检测器像素，该光学透明封装材料具有支持不同闪烁材料的颗粒。每个闪烁材料是纳米至微米量子点的形式。

US 2017/0031211 A1公开了一种制造量子棒层的方法和包括该量子棒层的显示器件。

本发明的目的是提出一种新的用于间接检测高能电磁辐射的半导体器件，该半导体器件具有较小的尺寸并且适合于批量制造。本发明的另一目的是提出一种制造这种半导体器件的方法。

所述目的通过用于检测电磁辐射的半导体器件和制造用于检测电磁辐射的半导体器件的方法来实现。

用于检测电磁辐射的半导体器件包括具有主表面的半导体材料的衬底、衬底中的集成电路、以及布置在主表面处或主表面上方的光电检测元件或光电检测元件的阵列。在半导体器件的顶部施加纳米材料膜，其可以特别地包括纳米点、纳米棒或纳米线或其任何组合。电介质层可选地布置在纳米材料膜与光电检测元件或光电检测元件的阵列之间。纳米材料膜的至少一部分具有闪烁特性。

半导体器件尤其地旨在用于检测高能电磁辐射或电离辐射。闪烁特性是指高能电磁辐射或电离辐射转换为包括可见光的、波长通常从300nm到大约1000nm的电磁辐射。波长范围可以特别地匹配硅的吸收光谱。