低電容光電二極管元件和計(jì)算機(jī)斷層造影檢測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] -般來(lái)說(shuō)，本公開涉及光電二極管元件和光電二極管陣列的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 最常規(guī)的計(jì)算機(jī)斷層造影（CT)系統(tǒng)使用包括閃爍器和光電二極管陣列的檢測(cè) 器。閃爍器將X射線光子轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光的光子，并且光電二極管陣列將可見(jiàn)光的光子轉(zhuǎn)換 成電信號(hào)電流。光電二極管陣列所產(chǎn)生的電信號(hào)電流的積分電荷與閃爍器所捕捉的X射線 光子的能量成比例。
[0003] 通常，計(jì)算機(jī)斷層造影檢測(cè)器中使用的光電二極管陣列包括采取諸如16X16、 16 X 32、16 X 64和24 X 64之類的排列的多個(gè)光電二極管元件。光電二極管陣列通常耦合到 閃爍器陣列。光電二極管陣列的每個(gè)光電二極管元件一般大約為I mm寬和I mm長(zhǎng)。這通 常導(dǎo)致每個(gè)光電二極管元件有大約10 PF至15 pF的范圍內(nèi)的電容。
[0004] 為了產(chǎn)生具有高時(shí)間分辨率的圖像，存在提高CT系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)的速度的一貫壓 力。另外，為了患者安全，希望減少產(chǎn)生臨床有用圖像所需的X射線光子量。減少檢測(cè)器所 產(chǎn)生的噪聲可有助于提高獲取速度以及降低產(chǎn)生滿意圖像所需的X射線劑量。圖像噪聲的 顯著來(lái)源之一是檢測(cè)器所產(chǎn)生的電子噪聲。降低檢測(cè)器所引起的電子噪聲的一種方式是減 小光電二極管陣列中的每個(gè)光電二極管元件的電容。
[0005] 因此，為了降低電子噪聲，需要開發(fā)較低電容的光電二極管元件和較低電容的光 電二極管陣列，而不損害每個(gè)光電二極管元件的響應(yīng)時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本文針對(duì)上述不足、缺點(diǎn)和問(wèn)題，這通過(guò)閱讀和理解以下說(shuō)明書將會(huì)理解。
[0007] 在一個(gè)實(shí)施例中，光電二極管元件包括具有第一擴(kuò)散類型的第一層以及第二層。 第二層定義電荷收集區(qū)域，所述電荷收集區(qū)域包括第二擴(kuò)散類型的活性區(qū)以及無(wú)活性區(qū)。 活性區(qū)圍繞無(wú)活性區(qū)。光電二極管還包括第一層與第二層之間的本征半導(dǎo)體層。
[0008] 在一個(gè)實(shí)施例中，光電二極管元件包括具有第一擴(kuò)散類型的第一層以及定義電荷 收集區(qū)域的第二層。電荷收集區(qū)域包括第二擴(kuò)散類型的多個(gè)活性區(qū)以及無(wú)活性區(qū)。將多個(gè) 活性區(qū)電互連。光電二極管還包括第一層與第二層之間的本征半導(dǎo)體層。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)斷層造影檢測(cè)器包括用于將X射線轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光的閃爍 器。計(jì)算機(jī)斷層造影檢測(cè)器還包括定位成接收來(lái)自閃爍器的可見(jiàn)光的光電二極管陣列。光 電二極管陣列包括多個(gè)光電二極管元件。多個(gè)光電二極管元件中的每個(gè)包括具有第一擴(kuò)散 類型的第一層以及第二層。第二層定義電荷收集區(qū)域。電荷收集區(qū)域包括第二擴(kuò)散類型的 活性區(qū)以及多個(gè)無(wú)活性區(qū)。活性區(qū)圍繞多個(gè)無(wú)活性區(qū)。多個(gè)光電二極管元件中的每個(gè)還包 括設(shè)置在第一層與第二層之間的本征半導(dǎo)體層。
[0010] 通過(guò)附圖及其詳細(xì)描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)清楚地知道本發(fā)明的各種其它特 征、目的和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)斷層造影檢測(cè)器的截面的示意表示； 圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光電二極管陣列的示意表示； 圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光電二極管元件的示意表示； 圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光電二極管元件的截面的示意表示； 圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光電二極管元件的示意表示；以及 圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光電二極管元件的截面的示意表示。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 在以下詳細(xì)描述中，參照構(gòu)成其部分的附圖，附圖中通過(guò)舉例說(shuō)明的方式示出可 實(shí)施的具體實(shí)施例。對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行了充分詳細(xì)的描述，以便使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠 實(shí)施實(shí)施例，并且要理解，可采用其它實(shí)施例，可進(jìn)行邏輯、機(jī)械、電氣及其它變更，而沒(méi)有 背離實(shí)施例的范圍。因此，以下詳細(xì)描述不要視為限制本發(fā)明的范圍。
[0013] 參照?qǐng)D1，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示出計(jì)算機(jī)斷層造影檢測(cè)器10的截面的示意表示。計(jì) 算機(jī)斷層造影檢測(cè)器10包括閃爍器陣列12和光電二極管陣列14。閃爍器陣列12被設(shè)計(jì) 成將X射線光子轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光的光子。閃爍器陣列12可包括由石榴石水晶與稀土磷組合 所形成的材料。其它實(shí)施例可將不同的材料用于閃爍器陣列12,例如氧硫化釓。閃爍器陣 列12可包括大約I mm至5 mm厚的層，如尺寸16所示。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù) 其它實(shí)施例，閃爍器陣列12的厚度可超出這個(gè)范圍。閃爍器陣列12的厚度將取決于為閃 爍器陣列12所選的材料以及閃爍器陣列12將被預(yù)期轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光的光子的X射線光子的 預(yù)期能級(jí)。
[0014] 光電二極管陣列14包括多個(gè)光電二極管元件17。圖1中示意表示6個(gè)光電二極 管元件17的截面。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，計(jì)算機(jī)斷層造影檢測(cè)器中使用的光電二極 管陣列可包括明顯多于6個(gè)光電二極管。
[0015] 參照?qǐng)D2,示出光電二極管陣列18的示意表示。光電二極管陣列18包括多個(gè)光電 二極管元件19。光電二極管陣列18包括光電二極管元件19的16X16陣列。光電二極管 元件19中的每個(gè)能夠響應(yīng)檢測(cè)到光而產(chǎn)生信號(hào)。光電二極管元件19的大小限制光電二極 管陣列18的最大分辨率。為此，光電二極管元件19有時(shí)被本領(lǐng)域的技術(shù)人員稱作像素或 單元。
[0016] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)光電二極管陣列可配置為分開的檢測(cè)器模塊的一部分。根 據(jù)一個(gè)不范實(shí)施例，檢測(cè)器模塊中的每個(gè)光電二極管陣列可在X方向包括16個(gè)光電二極管 元件以及在z方向包括64個(gè)光電二極管元件。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)附加實(shí)施例，光電二極管陣 列可在X方向和/或z方向具有不同數(shù)量的光電二極管元件。
[0017] 參照?qǐng)D3,根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示出光電二極管元件20的示意表示。參照?qǐng)D4,根據(jù)一 個(gè)實(shí)施例示出從圖3沿剖面線A-A的光電二極管元件20的截面圖的示意表示。共同的參 考標(biāo)號(hào)將用于標(biāo)識(shí)圖3和圖4中都出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。
[0018] 參照?qǐng)D3和圖4,光電二極管元件20包括第一層22、第二層24和本征半導(dǎo)體層 26。第一層22由具有N+擴(kuò)散的摻雜硅半導(dǎo)體制成。為了本公開的目的，術(shù)語(yǔ)"N+擴(kuò)散"被 定義成包括具有自由電子余量的半導(dǎo)體材料。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一層22的厚度小于0. 5 μ m，并且附到陰極27。本征半導(dǎo)體層26可包括硅或者為本征半導(dǎo)體的其它材料。根據(jù)一 個(gè)實(shí)施例，第二層24的厚度可小于10 μπι。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二層24的厚度可在2 μπι 與5 μπι之間。第二層24包括活性體積28和多個(gè)無(wú)活性體積30?；钚泽w積28可包括具 有P+擴(kuò)散的摻雜硅半導(dǎo)體。為了本公開的目的，術(shù)語(yǔ)"Ρ+擴(kuò)散"被定義成包括具有空穴余 量的半導(dǎo)體材料?；钚泽w積28連接到陽(yáng)極31。多個(gè)無(wú)活性體積30中的每個(gè)可包括未摻雜 半導(dǎo)體。多個(gè)無(wú)活性體積30可包括與本征半導(dǎo)體層26相同的材料。為了本公開的目的， 第二層24的厚度可通過(guò)活性體積28的厚度來(lái)確定。例如，參照?qǐng)D3,第二層24的厚度通過(guò) 活性體積28的厚度來(lái)定義，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，活性體積28的厚度大約為3 μ m。
[0019] 第二層24定義電荷收集區(qū)域29。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖3是光電二極管元件20的 電荷收集區(qū)域29的表示。為了本公開的目的，術(shù)語(yǔ)"電荷收集區(qū)域"被定義成包括光電二極 管元件中被設(shè)計(jì)成收集通過(guò)到達(dá)光電二極管元件的光的輸入光子所產(chǎn)生的載荷子的區(qū)域。 例如，如果光的光子到達(dá)電荷收集區(qū)域29內(nèi)的光電二極管元件20,則光電二極管元件20被 設(shè)計(jì)成作為光電流來(lái)檢測(cè)光的光子?；钚泽w積28定義電荷收集區(qū)域29內(nèi)的活性區(qū)32。多 個(gè)無(wú)活性體積30定義電荷收集區(qū)域29內(nèi)的多個(gè)無(wú)活性區(qū)33。光電二極管元件20可通過(guò) 摻雜本征半導(dǎo)體以形成第一層22和第二層24來(lái)形成。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在摻雜過(guò)程中，屏 蔽掉多個(gè)無(wú)活性區(qū)33,并且僅對(duì)活性體積28摻雜以獲得P+擴(kuò)散?；钚泽w積28在第二層 24內(nèi)的不同深度處具有一般一致的截面，如圖4所示。
[0020] 根據(jù)圖3和圖4所示的實(shí)施例，活性區(qū)32可包括網(wǎng)格34。網(wǎng)格34包括4個(gè)橫檔， 它們通過(guò)兩個(gè)側(cè)板相互連接。網(wǎng)格34圍繞多個(gè)無(wú)活性區(qū)33。為了本公開的目的，術(shù)語(yǔ)"網(wǎng) 格"被定義成包括一種圖案，其中包含與沿第二方向延伸的第二組一般平行的線條相交的 沿第一方向延伸的第一組一般平行的線條。網(wǎng)格34上的4個(gè)橫檔中的每個(gè)為44 μπι寬， 如尺寸35所示，并且橫檔通過(guò)側(cè)板連接，側(cè)板也為44 μ m寬，如尺寸36所示。4個(gè)橫檔中 的每個(gè)分隔開200 μ m，如尺寸38所示。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其它實(shí)施例可具有成 形為具有與圖3和圖4所示的實(shí)施例不同的尺寸的網(wǎng)格的活性區(qū)。另外，其它實(shí)施例可具 有不是成形為網(wǎng)格的活性區(qū)。下面將論述影響活性區(qū)32的形狀和尺寸的一些限制。
[0021] 光電二極管元件通過(guò)將光的光子轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的光電流來(lái)工作。當(dāng)光的光子在 本征半導(dǎo)體層26中被吸收時(shí)，光電二極管20創(chuàng)建自由電子和空穴。仍然參照?qǐng)D3和圖4， 空穴向陽(yáng)極31擴(kuò)散，在那里空穴被收集。同時(shí)，自由電子向陰極27擴(kuò)散，在那里電子被收 集。如前面所述，陽(yáng)極31電耦合到活性體積28,并且陰極27電耦合到第一層22。自由電 子和空穴的移動(dòng)創(chuàng)建光電流，它與光電二極管中吸收的光通量成比例，并且因而與閃爍器 中吸收的X射線強(qiáng)度成比例。光電二極管所吸收的光子的能級(jí)和/或數(shù)量可根據(jù)光電流來(lái) 確定。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一層22是具有N+擴(kuò)散的摻雜半導(dǎo)體。N+擴(kuò)散表示第一層22中 的材料具有比空穴多的自由電子。第二層24的活性體積28包括具有P+擴(kuò)散的摻雜半導(dǎo) 體。第二層24還包括多個(gè)無(wú)活性體積30。為了確保第二層24保持其電荷收集能力，重要 的是，多個(gè)無(wú)活性區(qū)33中的每個(gè)內(nèi)沒(méi)有點(diǎn)離活性區(qū)32太遠(yuǎn)。只要多個(gè)無(wú)活性區(qū)33中的每 個(gè)中的所有點(diǎn)都在活性區(qū)32的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度之內(nèi)，則朝陽(yáng)極31移動(dòng)的電子將會(huì)被吸引 到活性區(qū)32的最接近部分，并且光電二極管的電荷收集能力將近似相同，好像整個(gè)電荷收 集區(qū)域29包括具有P+擴(kuò)散的活性區(qū)。
[0022] 仍然參照?qǐng)D3和圖4,空穴花時(shí)間穿過(guò)半導(dǎo)體，以便在陽(yáng)極被收集。通過(guò)限制本征 半導(dǎo)體層26的厚度并且還對(duì)無(wú)活性區(qū)33的大小進(jìn)行限制，能夠設(shè)計(jì)具