集成片上閃爍層X射線傳感陣列研究.pdf

1、X射線傳感器廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)探測及科學(xué)研究中，它能幫助人們觀察到很多肉眼觀察不到的人體或物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。目前主流的X射線傳感器大都采用閃爍層先將入射的X射線轉(zhuǎn)換為熒光(該熒光為可見光)后，再利用半導(dǎo)體光電探測出閃爍層發(fā)出的熒光，最終形成了X射線傳感器。在眾多種類的閃爍體當(dāng)中，由于摻鉈碘化銫(CsI(T1))光產(chǎn)額較大，不易潮解等優(yōu)點(diǎn)而成為X射線探測器中閃爍體的首選。針對CsI(T1)的熒光光譜范圍及熒光光強(qiáng)微弱的特點(diǎn)，開展了適合于探

2、測CsI(T1)熒光的光電傳感陣列研究。
　　 本文通過理論分析、器件建模以及實(shí)際工藝制作測試，完成了基于6×6P+/Nwell/Psub雙結(jié)深光電二極管陣列芯片的X射線傳感器的設(shè)計(jì)；基于CSMC0.5um工藝研制了適合于構(gòu)成CMOS X射線傳感器的8×8 CMOS光電傳感陣列，仿真與測試結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的電路靈敏度極高，能探測到極微弱的光照。主要研究內(nèi)容如下：
　　 1、根據(jù)CsI(T1)的熒光光譜設(shè)計(jì)的P+/Nwell

3、/Psub，P+/Nwell結(jié)深為0.2um，主要吸收400nm-550nm范圍波長的入射光，另外Nwell/Psub結(jié)深為0.8um，主要吸收550nm-800nm范圍波長的入射光。采用ISE-TCAD模擬調(diào)試了P+/Nwell/Psub雙結(jié)深光電二極管的整個(gè)工藝制作過程?；趯?shí)驗(yàn)室的微納加工平臺采用高溫?cái)U(kuò)散工藝及光刻工藝研制了6×6陣列的P+/Nwell/Psub雙結(jié)深光電二極管芯片。芯片測試結(jié)果表明在4V的反向偏壓內(nèi)該光電管的漏電

4、流小于1.5nA，在白光LED燈下靈敏度約為1nA/lux(CSMC0.5um工藝下相同結(jié)構(gòu)光電管漏電流約為11pA，靈敏度約為19p/lux)。提出了P+/Nwell/Psub的光電響應(yīng)模型，實(shí)測結(jié)果表明光電管對550nm左右波長的入射光響應(yīng)最大，與CsI(T1)熒光光譜相匹配。
　　 2、為測試基于6×6光電管的X射線傳感器的特性，研制了36通道微弱電流采集系統(tǒng)，數(shù)字化結(jié)果輸出，系統(tǒng)采集精度為1nA。
　　 3、基于

5、所研制的P+/Nwell/Psub雙結(jié)深光電二極管陣列芯片制作了貼片耦合式X射線傳感器，傳感器的背景電流為6hA。X射線照射下的靈敏度約為1.03×10-9A·m2/W。
　　 4、基于所研制的P+/Nwell/Psub雙結(jié)深光電二極管陣列芯片制作了集成片上像素化閃爍層的X射線傳感器。SU-8膠構(gòu)成的光隔離墻高為85um，墻厚20um，槽面積為100×100um2。
　　 5、基于CSMC0.5um CMOS工藝下研究了