用于间接检测电磁辐射的半导体器件及制造方法技术

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。

Semiconductor devices and manufacturing methods for indirect detection of electromagnetic radiation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于间接检测电磁辐射的半导体器件及制造方法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。US2007/0158573A1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。US7403589B1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。US2010/0193700A1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。US2010/0200760A1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。US2011/0216878A1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。US2013/0187053A1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。US2013/0248729A1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。US2013/0292574A1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。WO2017/025888A1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。US2017/0031211A1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。本专利技术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。本专利技术的另一目的是提出一种制造这种半导体器件的方法。所述目的通过根据权利要求1所述的用于检测电磁辐射的半导体器件和根据权利要求13所述的制造用于检测电磁辐射的半导体器件的方法来实现。实施例和变型从从属权利要求中得出。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。半导体器件的实施例包括另一纳米材料膜。另一纳米材料膜的至少一部分具有吸收特性，并且覆盖主表面的在光电检测元件或光电检测元件的阵列的区域以外的区域。因此，没有光电检测元件被吸收层覆盖。另一纳米材料膜可以包括纳米点、纳米棒或纳米线或其任何组合。半导体器件的另一实施例包括至少两个光电检测元件和至少一个另一纳米材料膜，该另一纳米材料膜的至少一部分具有闪烁特性。每个光电检测元件由纳米材料膜或由所述另一纳米材料膜覆盖。在另一实施例中，纳米材料膜和至少一个另一纳米材料膜匹配于两个不同的电磁能级。在另一实施例中，纳米材料膜和至少一个另一纳米材料膜具有不同的发射波长。在另一实施例中，纳米材料膜具有从300nm到1000nm的发射波长。在另一实施例中，纳米材料膜具有从400nm到850nm的发射波长。在另一实施例中，纳米材料膜包括PbS、PbSe、ZnS、ZnS、CdSe、CdTe或其组合。在另一实施例中，纳米材料膜包括核-壳结构，其中形成核的内部材料的成分与形成壳的外部材料的成分是不同的。一种制造用于检测电磁辐射的半导体器件的方法包括使用溶剂将纳米材料膜施加到半导体材料的衬底的主表面上方，该纳米材料膜的至少一部分具有闪烁特性。纳米材料膜能够通过喷射印刷(injectprinting)、通过丝网印刷(silk-screenprinting)、通过旋涂或通过喷涂施加。可替代地，可以应用其他合适的膜沉积技术。以下是结合附图的更详细的描述。图1是具有施加在顶部的纳米材料膜的半导体器件的横截面图。图2是部分覆盖有纳米材料膜盖的半导体器件的横截面图。图3是具有不同类型的纳米材料膜的半导体器件的横截面图。图4是具有光电检测元件阵列的器件的根据图2的横截面图。图5是具有单独部分的纳米材料膜的器件的根据图4的横截面图。图6是具有施加在顶部的纳米材料膜的另一半导体器件的横截面图。图7是具有单独部分的纳米材料膜的器件的根据图6的横截面图。图8是具有单独的半导体层和施加在顶部的纳米材料膜的半导体器件的横截面图。图9是具有单独部分的纳米材料膜的器件的根据图8的横截面图。图10是具有施加在顶部的纳米材料膜的另一半导体器件的根据图9的横截面图。图11是具有两个单独的半导体层和施加在顶部的纳米材料膜的半导体器件的横截面图。图12是纳米点膜的图案化沉积方法的流程图。图13是像素阵列的部分示意性俯视图。图14是包括像素阵列的图像检测器件的示意性俯视图。图1是具有位于上表面上的纳米材料膜的半导体器件的横截面图。半导体器件包括半导体材料的衬底1，例如可以是硅、碳化硅、锗或其任何组合。衬底1具有主表面10和相对的主表面20。集成电路2布置在衬底1中并且尤其可以是例如CMOS电路。在图1所示的示例中，集成电路2布置在主表面10处。为防止光泄漏到集成电路2中，集成电路2可以被遮蔽，尤其被金属层遮蔽。集成电路2的细节对于本专利技术不是必需的并且在图中未示出。光电检测元件3布置在主表面10处。相对于单个光电检测元件3，可以设置多个光电检测元件3并且可以特别地布置以形成例如用于图像检测的阵列。光电检测元件3例如可以是pn二极管、pin二极管、雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)或硅光电倍增管(SiPM)。可以设置保护环4以分离集成电路2与光电检测元件3。如果设置了多于一个光电检测元件3，保护环4也可以布置在光电检测元件3之间。电介质层30可选地布置在主表面10上或上方，其可以例如是半导体材料的氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测电磁辐射的半导体器件，包括：/n具有主表面(10)的半导体材料的衬底(1)，/n在所述衬底(1)中的集成电路(2)，/n布置在所述主表面(10)上方的纳米材料膜(11)，所述纳米材料膜(11)的至少一部分具有闪烁特性，以及/n布置在主表面(10)处、所述衬底(1)中或布置在主表面(10)与纳米材料膜(11)之间的半导体层(14)中的光电检测元件(3)或光电检测元件(3)的阵列，所述光电检测元件(3)或光电检测元件(3)的阵列配置为检测由所述纳米材料膜(11)转换的电磁辐射。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170503 EP 17169279.11.一种用于检测电磁辐射的半导体器件，包括：
具有主表面(10)的半导体材料的衬底(1)，
在所述衬底(1)中的集成电路(2)，
布置在所述主表面(10)上方的纳米材料膜(11)，所述纳米材料膜(11)的至少一部分具有闪烁特性，以及
布置在主表面(10)处、所述衬底(1)中或布置在主表面(10)与纳米材料膜(11)之间的半导体层(14)中的光电检测元件(3)或光电检测元件(3)的阵列，所述光电检测元件(3)或光电检测元件(3)的阵列配置为检测由所述纳米材料膜(11)转换的电磁辐射。


2.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：
布置在所述纳米材料膜(11)与所述光电检测元件(3)或光电检测元件(3)的阵列之间的电介质层(30、32)。


3.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中
所述纳米材料膜(11)包括纳米点、纳米棒或纳米线或其任何组合。


4.根据权利要求1至3之一所述的半导体器件，还包括：
另一纳米材料膜(12)，所述另一纳米材料膜(12)的至少一部分具有吸收特性并且覆盖主表面(10)的、所述光电检测元件(3)或光电检测元件(3)的阵列以外的区域。


5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中
所述另一纳米材料膜(12)包括纳米点、纳米棒或纳米线或其任何组合。


6.根据权利要求1至5之一所述的半导体器件，还包括：
所述光电检测元件(3)或包括至少两个光电检测元件(3)的光电检测元件(3)的阵列，
至少一个另一纳米材料膜(13)，所述另一纳米材料膜的至少一部分具有闪烁特性，并且
所述至少两个光电检测元件(3)中的每个由纳米材料膜(11)或至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：延斯·霍弗里希特，吉·迈南，约瑟夫·佩特尔，托马斯·特罗克勒，
申请(专利权)人：AMS国际有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH