МИКРОЭЛЕКТРОНИКА, 2004, том 33, № 4, с. 256-258
ПРИБОРЫ ^^^^^^^^^^^^
МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
УДК 520.342
МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЕ РЕНТГЕНОВСКИЕ ДЕТЕКТОРЫ НА GaAs С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ 108 МКМ
© 2004 г. В. Ф. Дворянкин, Ю. М. Дикаев, А. И. Крикунов, Т. М. Панова, А. А. Телегин
Институт радиотехники и электроники Российской АН (Фрязинское отделение) E-mail: ymd289@ire216.msk.su Поступила в редакцию 25.06.2003 г.
Предложена и исследована многоэлементная рентгеновская линейка детекторов с шагом 108 мкм на основе эпитаксиальных слоев GaAs (p+-n-n'-n+), в которой разделение сигналов между детекторами достигнуто за счет встроенного "охранного" кольца, способствующего подавлению межканальных поверхностных токов утечки. По разработанной и предложенной технологии предполагается изготовить аналогичные многоэлементные детекторы с шагом 50 мкм для пространственного разрешения 10 пар/лин/мм, которые могут использоваться в цифровой маммографии.
В цифровой рентгенографии размер ячейки детектора определяет разрешение изображения объекта в рентгеновских лучах. Для целей флюорографии достаточно иметь пространственное разрешение 1.2 пар/лин/мм. Для маммографии эта величина должна быть не менее 5 пар/лин/мм [1]. Изготовление многоэлементного детектора для получения рентгеновского изображения связано с рядом технологических трудностей. Для разрешения 1.2 пар/лин/мм был изготовлен рентгеновский многоэлементный линейный детектор с шагом 400 мкм на основе эпитаксиальных слоев GaAs [2] с толщиной активного слоя поглощения 100 мкм [3]. Трудности изготовления многоэлементного детектора с меньшим шагом обусловлены технологическими проблемами. Получение разделяющего канала между детекторами глубиной 100 мкм и шириной менее 50 мкм проблематично как механическим удалением (скрайбирова-нием), так и химическим или плазмохимическим вытравливанием [4]. В данной работе предложена и исследована многоэлементная линейка детекторов на основе эпитаксиальных слоев GaAs с шагом 108 мкм на разрешение ~5 пар/лин/мм, в которой разделение сигналов между детекторами достигнуто за счет встроенного "охранного" кольца. Так называемое "охранное" кольцо [5] способствует подавлению поверхностных токов утечки.
Фотовольтаический детектор рентгеновского излучения на основе эпитаксиальных структур GaAs (p+-n-n'-n+) работает с высокой эффективностью сбора носителей заряда без напряжения смещения и при комнатной температуре [2]. На основе этих детекторов с помощью литографии изготовлены и вытравлены структуры с перио-
дом 108 мкм, схема в сечении которых представлена на рис. 1. В пространстве между пикселями детекторов в 30 мкм расположен алюминиевый проводник "охранного" кольца, который соединен с нижним общим омическим контактом (общим катодом на стороне п+-слоя) для всех детекторов. В р+-слое и частично в n-слое вытравлены канавки на глубину 8-10 мкм, которые разделяют проводящий р+-слой между контактами анодов детекторов и "охранного" кольца. С целью снижения бокового химического вытравливания материала GaAs под алюминиевыми контактами использовался анизотропный травитель на основе раствора HCl-KBrO3-H2O [6]. При таком кинетически контролирумом процессе травление осуществляется по определенным направлениям кристаллографических плоскостей. Сопротивление между соседними контактами составляет порядка более 106 Ом. В пространстве между анодами детекторов формируется потенциал общего катода, который препятствует межканальным утечкам фототока. Представляет интерес определить глубину действия этого потенциала, т.е. зависимость взаимных сигналов фототока детекторов от глубины поглощения рентгеновских фотонов или энергии рентгеновского излучения.
Для определения пространственного разрешения многоэлементный детектор облучался кол-лимированным пучком рентгеновского излучения от трубки с вольфрамовым анодом. С помощью щелевой диафрагмы 50 мкм формировался узкий пучок рентгеновского излучения, который сканировался вдоль ряда детекторов. Шаг сканирования составлял 15 мкм. Одновременно с ряда детекторов снимался фототок. После усиления сигнала по оригинальной схеме малошумящих
МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЕ РЕНТГЕНОВСКИЕ ДЕТЕКТОРЫ НА GaAs
257
П
400 мкм ОаЛ8
5
Общий
Рис. 1. Структура ОяАб детекторов в сечении.
Сигнал с детекторов
Рис. 2. Сигналы фототоков от трех соседних детекторов в относительных единицах. По оси х: цена деления = шаг сканирования = 15 мкм.
усилителей [7] сигналы оцифровывались и подавались на компьютер. На рис. 2 представлены графически эти сигналы от трех рядом расположенных детекторов. Анодное напряжение на рентгеновской трубке было 100 кВ. При меньших
значениях анодного напряжения характер получаемых кривых был таким же. Как видно из рис. 2 разрешение детекторов в 108 мкм достигается достаточно хорошо. Ширина пика в 158 мкм (шаг детекторов + щель диафрагмы) находится при-
2 МИКРОЭЛЕКТРОНИКА том 33 < 4 2004
258
ДВОРЯНКИН и др.
близительно на уровне 0.25 от максимального значения. При этом "охранное" кольцо действует глубоко в зоне активного слоя поглощения детекторов, препятствуя межканальным утечкам фототока.
Для целей регистрации цифрового рентгеновского изображения были изготовлены многоэлементные линейки детекторов на GaAs с шагом 108 мкм на 256 пикселей. Следует отметить, что получение 100 мкм многоэлементных детекторов не является пределом. По той же технологии можно изготовить аналогичные многоэлементные детекторы с шагом 50 мкм для пространственного разрешения 10 пар/лин/мм.
Авторы выражают благодарность A.A. Куд-ряшову за помощь в работе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Moy J.-P. // Thin Solid Films. 1999. V. 337. P. 213-221.
2. Ахмадуллин P.A., Дворянкин В.Ф., Дворянки-на ГГ. и др. // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 26. В. 1. С. 34-38.
3. Ахмадуллин P.A., Дворянкин В.Ф., Дворянки-на Г.Г. и др. // Приборы и техника эксперимента. 2002. № 4. С. 166-167.
4. Nordheden K.J., Hua X.D., Lee Y.S. et al. // Journal of Vacuum Science and Technology B. 1999. V. 17. № 1. P. 138-144.
5. Owens A., Bavdaz M, Knaft S. et al. // Journal of Applied Physics. 1999. V. 85. № 11. P. 7522-7527.
6. Дикаев Ю.М. // Микроэлектроника. 1993. Т. 22. В. 1. С. 30-32.
7. Дворянкин В.Ф., Дикаев Ю.М., Кудряшов А.А, Петров А.Г. // Приборы и техника эксперимента. 2002. № 2. С. 159-161.
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА том 33 < 4 2004
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.