专利名称：辐射探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在医学、工业、核和其它领域中测量辐射的空间分布的辐射探测器。
背景技术：
一种公知的辐射探测器有一个公共电极和多个分段式电极；公共电极形成在半导体的对辐射灵敏的一个表面上，一个偏置电压加到这个公共电极上；多个分段式电极形成在半导体的另一个表面上。入射辐射在半导体内产生电荷，通过对应的分段式电极提取这些电荷，这些电荷即为电信号。辐射探测器以此方式探测入射辐射的空间分布。制造这种辐射探测器的方法有多种，大体上可以分为以下3种方法。
第一，在具有预先形成分段式电极的基板上形成半导体膜，然后，在半导体膜上形成公共电极。第二，在预先形成公共电极的基板上形成半导体膜，然后在半导体膜上形成分段式电极。第三，在半导体晶体基板的一个表面上形成公共电极，在基板的另一个表面上形成分段式电极。
用第一种方法制造的探测器在分段式电极一侧设有一个基板。要使用另两种类型的探测器，在一般情况下要将分段式电极连接到用于处理信号的电路板。由于以上3种类型中的每一种类型都要在分段式电极一侧设置基板，所以现有的辐射探测器一般来说探测的是入射在公共电极一侧的辐射。
如以上所述构成的常规的辐射探测器具有如下缺点。
如以上所述常规的辐射探测器没有任何用于清除由电场已经移动到分段式电极之间的空间区域的电荷的电极。由辐射产生的电荷趋向于在这些区域内累计起来。结果，电力线发生畸变，改变了有效灵敏区，导致灵敏度变化现象。在这种情况下，也是在入射辐射停止以后，在分段式电极之间的空间区域积累的电荷逐渐得以清除，引起不希望发生的滞后输出(after output)现象。
进而，当入射辐射发生的速率高于电荷清除的速率的时候，电荷也要在形成有分段式电极的区域里积累。这将使半导体中的电位分布畸变，使分段式电极附近的电位增高。例如，在具有多个分段式电极和薄膜晶体管(TFT)的基板上形成一个非晶硒(a-Se)膜和一个公共电极，并且通过薄膜晶体管(TFT)的开关操作连续地读出信号。在这个特定的情况下，在使用中，必须给非晶硒加上大的偏置，在分段式电极附近的电位升高变得足够地大，影响了薄膜晶体管的开关操作。这将导致诸如读出操作缓慢的现象，引起灵敏度变化或滞后输出。
下面参照附图1和2具体描述上述的两种现象。图1和2是剖面图，示意地表示出常规的辐射探测器的内部状态。
图1A是表示入射辐射之前的状态的示意图。在此状态，所有的电力线在厚半导体膜5 1中平行地延伸。每个分段式电极53的宽度为”a”，在深度方向的长度为“y“，则灵敏面积为a×y。图1B是表示发生入射辐射的状态。对于在分段式电极53之间的空间区域中产生的电荷(电子和空穴)，在不存在用于清除空穴的电极的情况下，向具有分段式电极53的一侧运动的电荷(如在图1B中的空穴)被俘获，在厚半导体膜51的表面附近(如在55处)停了下来。以此方式，空穴逐渐积累，使厚半导体膜51中的电力线畸变。对于在每个相邻的一对分段式电极53之间的间隔宽度为b、并且在深度方向的长度变化为z，在这种情况下的灵敏面积为(a+b)×(y+z)。因此，灵敏度从a×y变化(增加)到(a+b)×(y+z)，直到分段式电极53之间的空间区域充满电荷为止。
图2表示的结构具有在基板63上形成的非晶硒(a-Se)膜65和公共电极67，基板63具有多个分段式电极61和薄膜晶体管开关。薄膜晶体管开关对于连续的读出信号是可以操作的。非晶硒膜的厚度为d。在表示入射辐射前状态的图2A中，靠近分段式电极61的电位充分地低。然而，当入射辐射的发生速率大于电荷清除速率的时候，电荷在分段式电极61附近积累。这将使电位分布畸变，提高了分段式电极61附近的电位，如图2B所示。由于在使用中必须向非晶硒膜施加大的偏置，因此电位提升很大，引起薄膜晶体管开关误动作。这将导致读出操作变慢之类的现象，引起灵敏度变化或滞后输出。
这种灵敏度变化将使定量辐射探测变为不可能实现。而且，当用这种探测器探测动态图像时，将要发生亮度逐渐变化的现象，并且相同的入射辐射剂量会产生不同的灵敏度变化曲线，导致出现前一帧图像仍然是后一帧图像的现象。

发明内容
本发明是针对本领域的上述的现状产生的，本发明的一个目的是提供一种具有分段式电极但没有灵敏度变化的辐射探测器，它是通过稳定在辐射探测器中由光照射产生的电场实现的。
按照本发明，完成本发明的方法是提供一种用于探测入射辐射的空间分布的辐射探测器，这个辐射探测器包括一个辐射敏感的半导体；在半导体的一个表面上形成的公共电极，用于接纳偏置电压；在半导体的另一个表面上形成的多个分段式电极，用于输出在半导体内由入射辐射产生的电荷，作为电信号；和，一个光照射机构，用于至少在辐射探测期间发射光。
按照本发明的辐射探测器有一个光照射机构，向分段式电极发射光。这个光照射机构在辐射探测期间发光。因此，如图4所示，在分段式电极3之间的间隔区域，已经积累了由光产生的电荷(即，在向公共电极9施加正向偏置的情况下是空穴)。因此，电力线发生畸变，每个敏感区在一开始就是(a+b)×(y+z)。当在这种情况下发生入射辐射的时候，如图5所示，在分段式电极3之间的间隔区域中产生的电荷中，向分段式电极移动3的电荷遵从电力线到达分段式电极3。在分段式电极3的间隔区域中没有任何附加的电荷积累。因此，电力线状态或敏感区没有发生任何变化，因而没有灵敏度变化。在入射辐射停止后，光发射继续进行。没有逐渐清除在分段式电极3之间的间隔区域中积累的电荷，没有发生滞后输出。
这里所说的光发射或光照射包括在辐射探测期间可以产生本发明优点的所有的发射模式，例如连续的光发射或不连续的光发射。
优选地，光发射的波长小于所用半导体的带隙能量对应的波长。
由于照射光波长小于所用半导体的带隙能量对应的波长，所以照射光在半导体内不会穿透太深，只有它的一些部分极其接近形成分段式电极的表面。由照射光产生的电荷只在极其接近形成分段式电极的表面的有限区域内积累，因此减小了不敏感区。
进而，优选的作法是，照射光波长小于所用半导体的透射率的一半的波长，并且大于所用半导体的带隙能量对应的波长。
由于照射光波长小于所用半导体的透射率的一半的波长，并且大于所用半导体的带隙能量对应的波长，因此部分照射光深入半导体内部，加大了不敏感区。然而，由于照射光的能量小于带隙能量，所以半导体不会受到照射光的伤害(产生晶体缺陷)。由照射光本身的电荷检测产生的暗电流不会增加。照射光对于半导体的损伤是值得注意的，特别是非晶半导体，如非晶硒(a-Se)。这一特征对于使用非晶半导体的辐射探测器特别有效。
按照本发明的另一方面，用于探测入射辐射的空间分布的辐射探测器包括辐射敏感的半导体；在半导体的一个表面上形成的公共电极，用于接纳偏置电压；在半导体的另一个表面上形成的多个分段式电极，用于输出在半导体内由入射辐射产生的电荷，作为电信号；至少在半导体和分段式电极之间形成的载流子选择中间层；和光照射机构，用于至少在辐射探测期间发光。
具有如以上所述的中间层的辐射探测器产生的效果类似于本发明的第一方面的效果。
优选地，照射光的波长小于中间层的透射率的一半的波长。照射光的波长小于中间层的透射率并减小到10％的波长则是更加期望的。
在中间层的缺陷多于半导体层的缺陷、并且电荷趋向于在中间层积累的情况下，只在中间层中发生电场偏转。于是，还是在中间层的位置靠近分段式电极设置的情况下，从分段式电极一侧向中间层的光发射消除了由于在分段式电极之间的中间层区域中积累的电荷引起的灵敏度变化和滞后输出。因为照射光的波长小于中间层的透射率的一半的波长，所以大部分照射光由中间层吸收，借此减小了达到半导体的照射光。这除了借助于中间层可以抑制暗电流外，在半导体中还提供了抑制由于照射光产生的暗电流的效果。优选地，半导体包括一种非晶材料，选自非掺杂硒或非掺杂硒化合物、掺杂有As或Te的硒或硒化合物、掺杂有碱金属的硒、掺杂有碱金属的硒化合物、掺杂有卤素的硒、掺杂有卤素的硒化合物、掺杂有As、Te、碱金属、和卤素的组合的硒或硒化合物。优选的作法还有，半导体包括不同于中间层的多晶材料，这些多晶材料选自诸如CdTe、CdZnTe、PbI2、HgI2、TiBr、GaAs之类的化合物半导体，以及掺杂有卤素的化合物半导体。
提供中间层是为了利用它的载流子选择性减小暗电流。载流子选择性是明显区分对于半导体中作为电荷传输介质(载流子)的电子和空穴之间的电荷传输功能的贡献大小的一种性质。
具有增加电子的贡献的强载流子选择性的材料是n型半导体，例如包括诸如CeO2、CdS、CdSe、ZnSe、ZnS之类的多晶材料和诸如掺杂As、Te、或碱金属以降低空穴的贡献的非晶硒之类的非晶材料。
增加空穴的贡献的材料是p型半导体，例如包括诸如ZnTe之类的多晶材料和诸如掺杂卤素以降低电子的贡献的非晶硒之类的非晶材料。
此外，Sb2S3、CdTe、CdZnTe、PbI2、HgI2、TiBr，以及非掺杂的非晶硒或硒化合物都可以增加电子或空穴的贡献，视膜形成条件而定。
在中间层和半导体层都是由非晶材料形成的情况下，可以考虑例如下述的组合。
在向公共电极施加正向偏置的情况下，对于空穴有大的贡献的非晶材料用于靠近分段式电极的中间层。这样就禁止从分段式电极输入电子以减小暗电流。在这种情况下，还可以提供靠近公共电极的对于电子有大的贡献的中间层。这将禁止从公共电极输入空穴，从而可以进一步减小暗电流。
在向公共电极施加负向偏置的情况下，对于电子有大的贡献的非晶材料用于靠近分段式电极的中间层。这样就禁止从分段式电极输入空穴以减小暗电流。在这种情况下，还可以提供靠近公共电极的对于空穴有大的贡献的中间层。这将禁止从公共电极输入电子，从而可以进一步减小暗电流。
在半导体层是非晶材料、中间层是多晶材料的情况下，可以想像出下述的组合。
在向公共电极施加正向偏置的情况下，对于空穴有大的贡献的多晶材料用于靠近分段式电极的中间层。在向公共电极施加负向偏置的情况下，对于电子有大的贡献的多晶材料用于靠近分段式电极的中间层。在这些情况下，还可以提供靠近公共电极的中间层，从而可以进一步减小暗电流。
在中间层和半导体层都是多晶材料的情况下，可以想像出下述的组合。
在向公共电极施加正向偏置的情况下，对于空穴有大的贡献的多晶材料用于靠近分段式电极的中间层。在向公共电极施加负向偏置的情况下，对于电子有大的贡献的多晶材料用于靠近分段式电极的中间层。在这些情况下，还可以提供靠近公共电极的中间层，从而可以进一步减小暗电流。
优选地，中间层形成在具有分段式电极的半导体的表面上，其中所用的材料的透射率阈波长在透射率一半的波长和半导体带隙能量对应的波长之间。
在具有分段式电极的半导体的表面上形成的中间层中所用的材料的透射率阈波长在透射率一半的波长和半导体带隙能量对应的波长之间，这样的中间层具有滤波效应，在不限制照射光波长的条件下就可产生上述的效果。
优选地，分段式电极对于照射光来说是透明的或半透明的。
由于分段式电极是透明的或半透明的，所以照射光不仅照射分段式电极之间的间隔区域，而且照射电极形成区。即使入射辐射的发生速率大于电荷清除速率从而使电荷曾经在分段式电极附近积累，照射光的能量也能再次立即激励电荷产生动能。因此，电位分布不发生畸变，并且，在分段式电极附近的电位也不会有任何增加。于是，即使在使用中对于非晶硒膜需要施加大的偏置电压，薄膜晶体管开关也能维持正常的操作。


为了说明本发明，在附图中表示出目前认为是优选的几种形式，但应该认识到，本发明不局限于这里表示的具体安排和具体仪器。
图1是示意图，说明常规的辐射探测器的第一个问题，其中图1A表示在入射辐射前的状态，图1B表示在入射辐射期间的状态；图2是示意图，说明常规的辐射探测器的第二个问题，其中图2A表示入射辐射前的状态，图2B表示入射辐射期间的状态；图3是表示按照本发明的辐射探测器的轮廓的垂直剖面图；图4是示意图，表示在入射辐射前的状态，用于说明按照本发明的辐射探测器的第一个功能；图5是示意图，表示入射辐射期间的状态，用于说明按照本发明的辐射探测器的第一个功能；图6是示意图，表示光照射期间的状态，光的波长小于带隙能量对应的波长，用于说明按照本发明的辐射探测器的第一个功能；图7是示意图，用于说明按照本发明的辐射探测器的第二个功能；图8是定时图，表示在探测操作期间控制光照射的一个例子；图9是定时图，表示在探测操作期间控制光照射的另一个例子；图10是定时图，表示在探测操作期间控制光照射的下一个例子；图11是垂直剖面图，表示X射线探测器的轮廓，这是按照本发明的
具体实施例方式
下面参照附图详细描述本发明的优选实施例。
参照附图3-7，描述按照本发明的辐射探测器。图3是表示辐射探测器的轮廓的垂直剖面图。图4是示意图，表示在入射辐射前的状态，用于说明辐射探测器的第一个功能。图5是示意图，表示入射辐射期间的状态。图6是示意图，表示光照射期间的状态，光的波长小于带隙能量对应的波长。图7是示意图，用于说明辐射探测器的第二个功能。
如图3所示，在这个实施例中的辐射探测器包括具有薄膜晶体管开关的一个薄膜晶体管基板5、电荷存储电容器、和在透明绝缘基板如玻璃基板上形成的分段式电极3。在薄膜晶体管基板5上形成非晶硒的厚半导体膜7，在厚的非晶硒半导体膜7的上表面上形成用于施加电压的公共电极9。薄膜晶体管基板5有一个平面形发光板11，平面形发光板11通过透明粘合剂粘结到薄膜晶体管基板5的靠近分段式电极3的背面。发光板11中安装一个绿光发光二极管，其发光峰值波长是570nm量级。在辐射探测操作期间，平面形发光板11通过薄膜晶体管基板5向靠近分段式电极3的厚的非晶硒半导体膜7的表面均匀发光。上述的薄膜晶体管基板5和粘合剂可以仅在发光板11的发光波长是透明的。
至少在通过信号处理电路13和门驱动器15读出电荷即电信号的时候，发光板11的照射是连续的。
发光板11对应于本发明的光照射机构。
对于如以上所述构成的辐射探测器，先让发光板11发光，然后再入射辐射。于是，如图4所示，已经在分段式电极3之间的间隔区域(如A所示)内事先积累了由照射光产生的电荷(在向公共电极9加正向偏置的情况下，即为空穴)。因此，如在厚半导体膜7中虚线箭头所示，电力线发生畸变，每个敏感区在一开始就是(a+b)×(y+z)。
当在这种情况下发生入射辐射，如图5所示，在分段式电极3之间的间隔区域内产生的电荷(电子和空穴)当中，向分段式电极3移动的电荷(在如图3所示的结构中即空穴)将遵循电力线方向到达分段式电极3。将没有附加电荷积累在分段式电极3之间的空间中。于是，在电力线的这种状态下或在敏感区中，无电荷存在，因此，无灵敏度变化。在入射辐射停止后，发光板11的光发射可以继续进行。这时，在分段式电极3之间的间隔区域积累的电荷没有逐渐清除掉，因此不会发生任何滞后输出。
通过选择发光板11中的发光二极管的发光波长，可以实施按照本发明的权利要求2或3。
例如，若用1mm厚的非晶硒膜作为半导体，则透射率半波长为740nm，2.2电子伏带隙能量对应的波长是560nm。于是，可以使用发光峰值波长为450nm量级的蓝光发光二极管发射波长小于2.2电子伏带隙能量对应的波长的光。
在发射光的波长小于所用半导体的带隙能量对应的波长的情况下，如图6所示，照射光在半导体内不会穿透太深，只到达较浅的位置(参见图6中的dp)。由于作用仅发生在极其接近形成分段式电极3的表面的部分，因此由光产生的电荷只在极其接近形成分段式电极3的表面的有限的区域内积累，因此减小了不敏感区。
上述的平面形发光板11可以用下面描述的冷阴极管25和磷光体代替。
通过使用发光峰值波长约590nm的黄光发光二极管或者发光峰值波长约630nm的红光发光二极管，可以发射波长小于透射率半波长但大于带隙能量对应的波长的光。
只要照射光波长小于所用半导体的透射率半波长并且大于带隙能量对应的波长，则部分照射光将深入半导体中，扩大了不敏感区。然而，由于照明光的能量小于带隙能量，所以半导体会免受照射光的伤害(产生晶体缺陷)。来源于照射光本身的电荷探测的暗电流不会增加。照射光对于利用例如非晶硒的非晶半导体的伤害是很明显的。但上述的按照权利要求3所述的结构对于使用非晶半导体的辐射探测器是特别有效的。
在分段式电极3是透明的或半透明的形式如ITO的情况下，光不仅照射分段式电极3之间的间隔区域，而且还通过分段式电极3照射电极形成区(上区)。即使入射辐射的发生速率大于电荷清除速率因而电荷在分段式电极3附近有过积累，如图7所示，照射光能立即再次激励电荷使电荷获得动能。因此，电位分布不会发生畸变，分段式电极附近的电位不会增加。因此，即使在使用中利用需要施加大的偏置电压的非晶硒膜，薄膜晶体管开关8也能维持正常的操作。分段式电极3可以仅对于照射光波长是透明的。
下面引用制作厚半导体膜7的优选材料的例子。
非晶材料包括非掺杂硒或非掺杂硒化合物、掺杂有As或Te的硒或硒化合物、掺杂有碱金属如Na、K、Li的硒、掺杂碱金属的硒化合物、掺杂有卤素例如F或Cl的的硒、掺杂有卤素例如F或Cl的硒化合物、掺杂有As、Te、如Na、K、Li之类的碱金属、和例如F或Cl之类的卤素的组合的硒或硒化合物。
上述的掺杂有杂质的材料的优点是具有优秀的传递特性，如载流子迁移率。此外，可以防止非晶材料在高温下结晶，提高了对于环境的耐受能力。
多晶材料包括诸如CdTe、CdZnTe、PbI2、HgI2、TiBr、GaAs之类的化合物半导体，以及掺杂有卤素的如F或Cl的上述的化合物半导体。
如图3所示，辐射探测器可以包括可由摄像者等操作的通/断开关16A，和一个电源16B，电源16B由来自于通/断开关16A的指令操作，向平面形发光板11提供电源以便发光。在辐射探测期间，可以进行手动操作，以便可以连续地或间断地发光。
进而，辐射探测器可以包括一个控制单元16C，用于通过安装在电源16B上的通/断开关(未示出)对于光发射进行自动控制。按照与控制电源16B不同的控制模式，例如可以操作一个挡板膜，按机械方式切断照射光。
下面参照附图8-10描述通过控制单元16C控制光发射的例子。下面表示并描述3种不同的控制方式。图8-10是定时图，表示在探测操作期间控制光照射的例子。
参照附图8。
在此例中，在控制单元16C进行通过信号处理电路13的探测操作的同时，发出辐射历时两个周期T1和T2。在包括探测操作的周期T3期间，控制单元16C操作电源16B中的通/断开关，以便连续地或间断地发光。尤其是，在其发光脉冲时间小于电荷变化的响应时间的间断脉冲式发光的情况下，在不破坏电荷积累效果的条件下可以抑制由照射光引起的暗电流分量的增加。
参照附图9。
控制单元16C在通过信号处理电路13的探测操作期间发出辐射，历时两个周期T1和T2。在探测操作期间，只有与辐射发射周期T1和T2对应的周期T4和T5，控制单元16C才使电源16B中的通/断开关接通。利用这种光照射控制，不可能减小滞后输出，但可以减小灵敏度变化。进而，当没有任何辐射事故发生时，这种控制可以抑制暗电流分量因为照射光的缘故的增加。
参照附图10。
在这种情况下，控制单元16C在通过信号处理电路13的探测操作期间发出辐射，历时两个周期T1和T2。在探测操作期间，只有在辐射发射周期T1和T2之后紧接着的周期T6和T7，控制单元16C才使电源16B中的通/断开关接通。换句话说，只在一次入射辐射后直到下一次入射辐射之前才进行控制。利用这种光照射控制，不可能减小灵敏度变化，但可以减小滞后输出。进而，这种控制可以抑制暗电流分量在入射辐射期间因为照射光的缘故的增加。
下面参照附图11描述本实施例中辐射探测器的改进。图11是垂直剖面图，表示这种改进的X射线探测器的轮廓。
如图11所示，这个X射线探测器包括薄膜晶体管基板5，它具有薄膜晶体管开关17、电荷存储电容器19、和在透明绝缘基板如玻璃基板上形成的分段式电极3。中间层21是厚度为1微米的三硫化锑(Sb2S3)薄膜，它是在薄膜晶体管基板5上形成的。在中间层21上形成厚的非晶硒半导体膜7，在厚的非晶硒半导体膜7的上表面上形成用于施加电压的公共电极9。
这里的中间层21具有载流子选择性，并且具有抑制暗电流的效果。载流子选择性是用于在半导体内明显区分对于在作为电荷传输介质(载流子)的电子和空穴之间的电荷传输功能的贡献大小的一种性质。
具有增加电子的贡献的材料是n型半导体，例如包括诸如CeO2、CdS、CdSe、ZnSe、ZnS之类的多晶材料和诸如掺杂As、Te、或碱金属以降低空穴的贡献的非晶硒之类的非晶材料。增加空穴的贡献的材料是p型半导体，例如包括诸如ZnTe之类的多晶材料和诸如掺杂卤素以降低电子的贡献的非晶硒之类的非晶材料。
此外，Sb2S3、CdTe、CdZnTe、PbI2、HgI2、TiBr，以及非掺杂的非晶硒或硒化合物都可以增加电子或空穴的贡献，视膜形成条件而定。
薄膜晶体管基板5有一个导光板23，导光板23通过透明的粘合剂固定到薄膜晶体管基板5的背面，靠近分段式电极3。导光板23是具有丙烯板的形式，具有微加工表面。冷阴极管25固定到导光板23的一个端面，用作白光光源。导光板23和冷阴极管25对应于本发明的光照射机构和平面形发光装置，在辐射探测操作期间，它们通过薄膜晶体管基板5向靠近形成中间层21的分段式电极3的厚的非晶硒半导体膜7均匀地发射光。冷阴极管25还对应于本发明的线性光发射装置。
如图12的示意图所示，在中间层21具有比厚半导体膜7更多的缺陷并且电荷A趋向于在中间层21积累的情况下，只在中间层21中发生电场偏转。因此，还是在分段式电极3附近设置中间层21的情况下，从分段式电极3一侧向中间层21发射光不存在由于电荷在分段式电极3之间的中间层21的区域中积累引起的灵敏度变化和滞后输出的现象。
通过组合上述的冷阴极管25和一个磷光体可以形成一个间接光发射器件，磷光体能够发出优选的有特定波长的光，下面对此还要进行说明。在这种情况下，冷阴极管25(场致发射管)可以用白炽灯管或气体放电管代替。气体放电管例如可以是等离子体显示板(PDP)或场致发射显示板(FEDP)。
上述的导光板23可以按如以下所述的方式构成。图13是部分放大的垂直剖面图，表示导光板的结构的例子。
导光板23例如包括具有微加工表面的透明板23a、光漫射片23b、和光反射片23c。光漫射片23b加到透明板23a的与分段式电极3相对置的表面上，而光反射片23c加到透明板23a的另一个表面的。透明板23a例如可以是玻璃板或丙烯板。
利用这种结构，光反射片23c向透明板23a反射来自于光源的光，以促进光的使用效率。此外，光漫射片23b对于光进行漫射，以使光发射均匀。
通过使用小于中间层21的半透射率波长的波长，可以只向中间层21发射大部分照射光。根据下述的试验结果，通过使用波长小于使中间层21的透射率减小到10％的波长，可以更加集中地将光引导到中间层21。换言之，可以阻止光到达厚半导体膜7。这就消除了由于光照射在厚半导体膜7中引起的暗电流增加的负面影响。
从图14可以看出，中间层21的透射率减小到10％的波长是约为710nm的波长，这里使用非晶硒作为中间层21。这个波长约为660nm，这里使用三硫化锑(Sb2S3)作为中间层21。
下面参照附图15和16描述优选上述波长的基础。图15是一个曲线图，放大地表示在用各种波长的光照射时响应特性的上升部分。图16是一个曲线图，放大地表示在用各种波长的光照射时响应特性的下降部分。
这些响应特性是使用除了绿光和红外光源以外的波长的平面形发光二极管测量到的，其测量条件与下面将要描述的实施例相同(利用1微米厚的Sb2S3膜的中间层21)。在实验中使用的发光二极管和红外光源的规格如下蓝…中心波长为450nm(400-530nm)绿…中心波长为570nm(460-650nm)红…中心波长为630nm(590-720nm)红外光源…卤素灯+短波长截止滤波器SC70，发射波长至少700nm。
如从两条曲线可以看见的，红光(参见图中R)表示出对于减小灵敏度变化和残余电荷的效果较差。进而，对于红外光(见图中的IR)对于减小残余电荷不仅没有效果，而且还出现了副作用使抬高时的灵敏度下降。这表明，透过中间层21的长波长的光不仅不能改善情况，而且还有负面的影响。因此，在中间层21至少由三硫化锑(Sb2S3)形成的情况下，最好发射波长小于740nm(即透射率半波长)的光。
具有小于红光波长的波长的蓝光(参见图中的B)和绿光(参见图中的G)对于减小灵敏度变化和残余电荷表示出突出的效果。因此，不能穿过中间层21的短波长的光是优选的。这些结果表明，至少中间层21是三硫化锑(Sb2S3)的情况下，优选的光的波长要小于可将透射率减小到10％的波长(660nm)。
在这个实施例中的辐射探测器以及它的改进形式要向公共电极9施加一个偏置电压，并且在发出照射光时操作。通过入射辐射在厚半导体膜7中产生的电荷(电子和空穴)向对置电极移动。电荷(电子和空穴)的运动产生的电荷先存储在通过分段式电极3连接的薄膜晶体管基板5上的电荷存储电容器19内。在从外部控制读出时，门控驱动器15发送接通信号，以接通(连接)薄膜晶体管开关17。然后，向连接到外部的信号处理电路13连续地输出存储的电荷，作为辐射探测信号，由此可以获得辐射的两维图像。
下面引用适合于上述的中间层21的材料例。先前已经给出过适合于厚半导体膜7的材料。
非晶材料包括非掺杂硒或非掺杂硒化合物、掺杂有As或Te的硒或硒化合物、掺杂有碱金属如Na、K、Li的硒、掺杂碱金属的硒化合物、掺杂有卤素例如F或Cl的的硒、掺杂有卤素例如F或Cl的硒化合物、掺杂有As、Te、Na、K、Li的碱金属、和例如F或C1之类卤素的组合的硒或硒化合物。
然而，为了操作中间层21，厚半导体膜7应该由不同于中间层21的材料形成。或者，中间层21应该由不同于厚半导体膜7的材料形成。
具体来说，在中间层21和厚半导体膜7两者都由非晶材料形成的情况下，例如可以考虑下面的组合。在正向偏置加到公共电极9的情况下，使用空穴有大的贡献的非晶材料作靠近分段式电极3的中间层21。这将抑制电子从分段式电极3的输入，减小了暗电流。在这种情况下，还可以在公共电极9附近提供电子有大的贡献的中间层21。这将抑制空穴从公共电极9的输入，因而可以进一步减小暗电流。
在负向偏置加到公共电极9的情况下，使用电子有大的贡献的非晶材料作靠近分段式电极3的中间层21。这将抑制空穴从分段式电极3的进入，减小了暗电流。在这种情况下，还可以在公共电极9附近提供空穴有大的贡献的中间层21。这将抑制电子从公共电极9的输入，因而可以进一步减小暗电流。
在厚半导体膜7是非晶材料并且中间层21是多晶材料的情况下，可以想像出如下的组合。
在正向偏置加到公共电极9的情况下，使用空穴有大的贡献的多晶材料作靠近分段式电极3的中间层21。在负向偏置加到公共电极9的情况下，使用电子有大的贡献的多晶材料作靠近分段式电极3的中间层21。在这些情况下，还可以在公共电极9附近提供中间层21，因而可以进一步减小暗电流。
在中间层21和厚半导体膜7两者都是多晶材料的情况下，例如可以考虑下述的组合。
在正向偏置加到公共电极9的情况下，使用空穴有大的贡献的多晶材料作靠近分段式电极3的中间层21。在负向偏置加到公共电极9的情况下，使用电子有大的贡献的多晶材料作靠近分段式电极3的中间层21。在这些情况下，还可以在公共电极9附近提供中间层21，因而可以进一步减小暗电流。
适合于中间层21的多晶材料包括Sb2S3、CeO2、CdS、CdSe、CdTe、CdZnTe、ZnSe、ZnTe、ZnS、PbI2、HgI2、TiBr、GaAs这些化合物半导体，这些化合物半导体掺杂有卤素如F或Cl，并且这些多晶材料的组合可以形成多个层。
可以用能直接发射特定波长的光的直接光发射器件来代替这种间接光发射器件。这样一种直接光发射器件可以是发光二极管、激光二极管(LD)、或电致发光器件(EL)。
在这种情况下，如果不用冷阴极管25，则可以将上述的直接光发射器件排成直线，起直线发光器的作用，或者将其安排在一个平面里，用作本发明的平面形发光装置。进而，可以通过双侧器件技术将这些直接光发射器件直接地形成在薄膜晶体管基板5上。这样将实现一个与光照射有关的薄而紧凑机构。
在提供中间层21的情况下，如图17示意所示，可以在厚半导体膜7和中间层21这两者中都收集到电荷。因此必须向这两者都发射光。通过适当地选择厚半导体膜7和中间层21这两者的材料以产生滤波效应，可以使光达到期望的深度。这就是说，在白光的波长分量中，短波长分量被中间层21吸收，不会在厚半导体膜7中达到更深的地方。因此，大部分光作用在中间层21上，不会因为光照射引起损伤和暗电流的增加。长波长的分量透过中间层21，到达并作用在厚半导体膜7上。
例如，如果使用1mm厚的非晶硒作为厚半导体膜7，如图14所示，透射率半波长是740nm，2.2电子伏的带隙能量对应的波长是560nm。因此，形成中间层21所用的材料的透射率阈值波长为560-740nm。图14是表示非晶硒和Sb2S3膜的透射率的曲线图。
由于厚度为1微米的三硫化二锑(Sb2S3)膜的透射率阈值波长为580nm，因此可以在非晶硒膜和分段式电极3之间形成厚度为1微米的三硫化二锑(Sb2S3)膜。然后切断从冷阴极管25发出的白光中的等于或小于580nm的短波长分量，由此可以使照明光的能量小于带隙能量，避免照明光对半导体的伤害和暗电流的增加。必须按照厚半导体膜7所用的材料来选择中间层21的材料和厚度。然而，限制照明光的波长却是不必要的，由此可提供简化与光照射有关的结构的效果。换言之，即使使用白光光源代替单色光源作为照射光源，辐射探测器也不会出现灵敏度变化，不会引起由于光照射产生的伤害和暗电流的增加。
中间层21可以直接设置在公共电极9的下边，而不像在上述的实例中那样直接设置在分段式电极3的上边。直接在公共电极9的下边形成一个中间层21并且还直接在分段式电极3的上边形成一个中间层21，可以得到与上述的结构类似的效果。在这种情况下，两个中间层21不需要用相同的材料形成。
“实施方案“为了证实在这个实施例中的辐射探测器实际上抑制了灵敏度变化，按以下所述制造一个试验用的探测器。在薄膜晶体管基板5上形成厚度为1微米的由Sb2S3构成的中间层21。分段式电极3由ITO形成，ITO是用于透明电极的典型材料，电极尺寸a＝130微米，电极间距a+b＝150微米。在中间层21上形成厚度为1mm的非晶硒半导体层7，然后形成厚度为0.1微米的Au膜公共电极9。通过透明粘合剂将平面形绿光发光二极管固定到薄膜晶体管基板5的背面。使用这种试验用探测器，对于发光二极管发光时和不发光时灵敏度变化大小和后象(after-output)现象进行比较。
图18表示从X射线管向试验用探测器发射X射线历时4秒时的输出变化，试验条件是管电压为55千伏、管电流为25毫安、距离为1米。可以看出，当发光二极管不发光时，探测器的响应是很慢的，它的输出逐渐增加，即它的灵敏度发生变化。当发光二极管发光时，输出几乎是立即升高，并且在X射线照射期间保持不变。在发光二极管不发光时，X射线辐射一旦停止，输出不能展示出一个陡峭的停止，剩余的输出还要延续1秒或1秒以上。
接下去，图19表示在发射X射线时的输出变化，其中来自于X射线管的剂量增加了，X射线管的具有相同的55千伏的管电压，管电流升高到50mA-80mA的范围。当发光二极管不发光时，探测器表示出一个仍旧是较缓慢的响应，它的输出发生变化，远超过根据电极尺寸和电极间距计算出的值。进而，在X射线辐射停止后，出现特定的剩余曲线，它将使薄膜晶体管开关17误动作。然而，当发光二极管发光时，这种现象不会出现。输出几乎是立即地升高，并且在X射线辐射期间保持不变。在X射线辐射停止后，几乎不出现剩余输出。
本发明不限于前述的实施例，可以有如下的改进(1)在前述的实施例中，光照射机构固定到辐射探测器的较下的位置。在辐射探测器的分段式电极3位于上部位置的情况下，光照射机构可以固定到辐射探测器的上部位置。
(2)按照本发明的光照射机构可以包括平面形发光板或冷阴极管和电源的组合，冷阴极管、磷光体、和电源的组合，它们与手动开关的组合，它们与控制单元的组合，或者发射光的任何其它的形式。
本发明可以按其它的特定形式实施而不偏离本发明的构思和它的属性，因此应该参照所附的权利要求书，而不是上述的说明书，权利要求书表示本发明的范围。
权利要求
1.一种用于探测入射辐射的空间分布的辐射探测器，这个辐射探测器包括一个辐射敏感的半导体；在半导体的一个表面上形成的公共电极，用于接纳偏置电压；在半导体的另一个表面上形成的多个分段式电极，用于输出在半导体内由入射辐射产生的电荷，作为电信号；和，一个光照射机构，用于至少在辐射探测期间发射光。
2.根据权利要求1所述的辐射探测器，其中所说的光的波长小于所用半导体的带隙能量对应的波长。
3.根据权利要求1所述的辐射探测器，其中所说的光的波长小于所用半导体的透射率的一半的波长，并且大于所用半导体的带隙能量对应的波长。
4.根据权利要求1-3中任何一个所述的辐射探测器，其中所说的半导体包括一种非晶材料，选自非掺杂硒或非掺杂硒化合物、掺杂有As或Te的硒或硒化合物、掺杂有碱金属的硒、掺杂有碱金属的硒化合物、掺杂有卤素的硒、掺杂有卤素的硒化合物、掺杂有As、Te、碱金属、和卤素的组合的硒或硒化合物。
5.根据权利要求1-3中任何一个所述的辐射探测器，其中所说的半导体包括多晶材料，这些多晶材料选自诸如CdTe、CdZnTe、PbI2、HgI2、TiBr、GaAs之类的化合物半导体，以及掺杂有卤素的化合物半导体。
6.根据权利要求1-3中任何一个所述的辐射探测器，其中所说的光照射机构包括平面形导光装置和固定到平面形导光装置的某些端部的直线式发光装置。
7.根据权利要求6所述的辐射探测器，其中所说的平面形导光装置包括光漫射片、光反射片、和插在二者之间的透明板，所说的光漫射片设置在分段式电极的对面。
8.根据权利要求6所述的辐射探测器，其中所说的直线式发光装置是一个直接光发射器件，用于直接发射特定波长的光。
9.根据权利要求6所述的辐射探测器，其中所说的直线式发光装置是与磷光体组合的一个间接光发射器件，用于按照所说的磷光体间接发射特定波长的光。
10.根据权利要求1-3中任何一个所述的辐射探测器，其中所说的光照射机构包括平面形发光装置。
11.根据权利要求10所述的辐射探测器，其中所说的平面形发光装置包括在一个平面内安排的直接光发射器件，用于直接发射特定波长的光。
12.根据权利要求10所述的辐射探测器，其中所说的平面形发光装置直接形成在透明基板上。
13.根据权利要求10所述的辐射探测器，其中所说的平面形发光装置包括与磷光体组合的间接光发射器件，用于按照所说的磷光体间接发射特定波长的光。
14.根据权利要求13所述的辐射探测器，其中所说的平面形发光装置有一个基板，起所说的装置的光发射表面的作用，所说的分段式电极形成在平面形发光装置的上表面上，所说的半导体形成在所说的分段式电极上。
15.一种用于探测入射辐射的空间分布的辐射探测器，包括辐射敏感的半导体；在半导体的一个表面上形成的公共电极，用于接纳偏置电压；在半导体的另一个表面上形成的多个分段式电极，用于输出在半导体内由入射辐射产生的电荷；至少在半导体和分段式电极之间形成的载流子选择中间层；和光照射机构，用于至少在辐射探测期间发光。
16.根据权利要求15所述的辐射探测器，其中所说的光的波长小于所说的中间层的透射率的一半的波长。
17.根据权利要求16所述的辐射探测器，其中所说的光的波长小于所用半导体的透射率减小到10％的波长。
18.根据权利要求15-17中任何一个所述的辐射探测器，其中所说的中间层包括一种非晶材料，选自非掺杂硒或非掺杂硒化合物、掺杂有As或Te的硒或硒化合物、掺杂有碱金属的硒、掺杂有碱金属的硒化合物、掺杂有卤素的硒、掺杂有卤素的硒化合物、掺杂有As、Te、碱金属、和卤素的组合的硒或硒化合物。
19.根据权利要求15-17中任何一个所述的辐射探测器，其中所说的中间层包括一种多晶材料，这些多晶材料选自诸如Sb2S3、CeO2、CdS、CdSe、 CdTe、CdZnTe、ZnSe、ZnTe、ZnS、PbI2、HgI2、TiBr、GaAs这些化合物半导体，这些化合物半导体之一掺杂有卤素，或者形成多个层的这些多晶材料的组合。
20.根据权利要求18所述的辐射探测器，其中所说的半导体包括一种不同于中间层的非晶材料，选自非掺杂硒或非掺杂硒化合物、掺杂有As或Te的硒或硒化合物、掺杂有碱金属的硒、掺杂有碱金属的硒化合物、掺杂有卤素的硒、掺杂有卤素的硒化合物、掺杂有As、Te、碱金属、和卤素的组合的硒或硒化合物。
21.根据权利要求19所述的辐射探测器，其中所说的半导体包括一种非晶材料，选自非掺杂硒或非掺杂硒化合物、掺杂有As或Te的硒或硒化合物、掺杂有碱金属的硒、掺杂有碱金属的硒化合物、掺杂有卤素的硒、掺杂有卤素的硒化合物、掺杂有As、Te、碱金属、和卤素的组合的硒或硒化合物。
22.根据权利要求19所述的辐射探测器，其中所说的半导体包括不同于所说的中间层的一种多晶材料，选自CdTe、CdZnTe、PbI2、HgI2、TiBr、GaAs、和掺杂有卤素的化合物半导体。
23.根据权利要求15所述的辐射探测器，其中所说的中间层至少形成在半导体和分段式电极之间，所用材料的透射率阈值波长在透射率半波长和对应于半导体的带隙能量的波长之间。
24.根据权利要求23所述的辐射探测器，其中所说的半导体包括一种非晶材料，选自非掺杂硒或非掺杂硒化合物、掺杂有As或Te的硒或硒化合物、掺杂有碱金属的硒、掺杂有碱金属的硒化合物、掺杂有卤素的硒、掺杂有卤素的硒化合物、掺杂有As、Te、碱金属、和卤素的组合的硒或硒化合物；所说的中间层包括一种多晶材料，这些多晶材料选自诸如Sb2S3、CeO2、CdS、CdSe、CdTe、CdZnTe、ZnSe、ZnTe、ZnS、PbI2、HgI2、TiBr、GaAs这些化合物半导体，这些化合物半导体之一掺杂有卤素，或者形成多个层的这些多晶材料的组合。
25.根据权利要求15-17、23、24中任何一个所述的辐射探测器，其中所说的光照射机构包括平面形导光装置和固定到平面形导光装置的某些端部的直线式发光装置。
26.根据权利要求25所述的辐射探测器，其中所说的平面形导光装置包括光漫射片、光反射片、和插在二者之间的透明板，所说的光漫射片设置在分段式电极的对面。
27.根据权利要求25所述的辐射探测器，其中所说的直线式发光装置是一个直接光发射器件，用于直接发射特定波长的光。
28.根据权利要求25所述的辐射探测器，其中所说的直线式发光装置是与磷光体组合的一个间接光发射器件，用于按照所说的磷光体间接发射特定波长的光。
29.根据权利要求15-17、23、24中任何一个所述的辐射探测器，其中所说的光照射机构包括平面形发光装置。
30.根据权利要求29所述的辐射探测器，其中所说的平面形发光装置包括在一个平面内安排的直接光发射器件，用于直接发射特定波长的光。
31.根据权利要求29所述的辐射探测器，其中所说的平面形发光装置直接形成在透明基板上。
32.根据权利要求29所述的辐射探测器，其中所说的平面形发光装置包括与磷光体组合的间接光发射器件，用于按照所说的磷光体间接发射特定波长的光。
33.根据权利要求32所述的辐射探测器，其中所说的平面形发光装置有一个基板，起所说的装置的光发射表面的作用，所说的分段式电极形成在平面形发光装置的上表面上，所说的半导体形成在所说的分段式电极上。
34.根据权利要求1-3、15-17、23、24中任何一个所述的辐射探测器，其中所说的半导体形成在具有薄膜晶体管开关、电荷存储电容器、和在透明基板上形成的分段式电极的薄膜晶体管基板上。
35.根据权利要求34所述的辐射探测器，其中所说的分段式电极对于所说的照射光来说是透明的或半透明的。
36.根据权利要求15-17、23、24中任何一个所述的辐射探测器，其中所说的半导体和所说的中间层形成在薄膜晶体管基板上，薄膜晶体管基板具有薄膜晶体管开关、电荷存储电容器、和在透明基板上形成的分段式电极。
37.根据权利要求36所述的辐射探测器，其中所说的分段式电极对于所说的照射光来说是透明的或半透明的。
38.根据权利要求1-3、15-17、23、24中任何一个所述的辐射探测器，其中所说的光照射机构由通/断开关控制发光。
39.根据权利要求38所述的辐射探测器，其中来自于所说的光照射机构的光发射由一个控制单元来控制。
40.根据权利要求39所述的辐射探测器，其中控制单元控制所说的光照射机构连续地或脉冲式发光，与入射辐射无关。
41.根据权利要求39所述的辐射探测器，其中控制单元控制所说的光照射机构仅在入射辐射期间发光。
42.根据权利要求39所述的辐射探测器，其中控制单元控制所说的光照射机构在入射辐射一旦停止后立即发光直到下一次入射辐射。
全文摘要
一种用于探测入射辐射的空间分布的辐射探测器，包括一个辐射敏感的半导体；在半导体的一个表面上形成的公共电极，用于接纳偏置电压；在半导体的另一个表面上形成的多个分段式电极，用于输出在半导体内由入射辐射产生的电荷，作为电信号；和，一个光照射机构，用于至少在辐射探测期间发射光。
文档编号G01T1/24GK1484321SQ0312785
公开日2004年3月24日 申请日期2003年8月12日 优先权日2002年8月30日
发明者佐藤贤治, 佐藤敏幸, 幸 申请人:株式会社岛津制作所