一種基于二硫化鉬晶體管的閃爍體探測(cè)器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到的輻射探測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種基于二硫化鉬晶體管的閃爍體探測(cè)器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輻射探測(cè)技術(shù)在X射線(xiàn)探測(cè)、CT、核醫(yī)學(xué)放射性核素成像、環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)、高能射線(xiàn)探測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，而閃爍體探測(cè)器系統(tǒng)是探測(cè)放射性物質(zhì)射線(xiàn)劑量、能譜、計(jì)數(shù)率等最常用的設(shè)備之一。其在特殊核材料檢測(cè)、放射性物質(zhì)檢測(cè)、低劑量環(huán)境檢測(cè)、射線(xiàn)能譜測(cè)量等領(lǐng)域，由于其探測(cè)效率高、測(cè)量靈敏度高、能譜響應(yīng)廣等特點(diǎn)，使它成為這些領(lǐng)域的首選技術(shù)。
[0003]傳統(tǒng)閃爍探測(cè)器采用光電倍增管作為光電轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)光照射到光電倍增管的光陰極時(shí)，光陰極向真空中激發(fā)出光電子，這些電子被外電場(chǎng)(或磁場(chǎng))加速，聚焦于第一次極，這些沖擊次極的電子能使次極釋放更多的電子聚焦于第二次極。依此類(lèi)推，經(jīng)過(guò)十次以上倍增，光電子的放大倍數(shù)可達(dá)到108?1010。最后把放大后的電子用陽(yáng)極收集作為信號(hào)輸出。因?yàn)椴捎昧硕伟l(fā)射倍增系統(tǒng)，采用光電倍增管的閃爍探測(cè)器具有檢測(cè)靈敏度高、信噪比高和線(xiàn)性度好的特點(diǎn)，但由于光電倍增管為基于外光電效應(yīng)和二次電子發(fā)射效應(yīng)的電子真空器件，長(zhǎng)時(shí)間使用易老化且制造成本極高。
[0004]此外，硅光電二極管也常被采用作為閃爍探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器件。硅光電二極管一般為PIN結(jié)構(gòu)，本征區(qū)吸收區(qū)吸收熒光后產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在反向偏壓的作用下，載流子被收集形成電流信號(hào)。采用硅光電二極管的閃爍探測(cè)器具有成本低、易形成大面積陣列的優(yōu)勢(shì)，但由于PIN光電二極管轉(zhuǎn)換效率低下，導(dǎo)致閃爍體探測(cè)器靈敏度低，信噪比差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種基于二硫化鉬晶體管的閃爍體探測(cè)器及其制作方法，采用單層二硫化鉬為光電晶體管并作為閃爍體探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換器件，在單層二硫化鉬上直接沉積閃爍體作為高能粒子接收體，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造的特點(diǎn)，且成本低，且所得的閃爍體探測(cè)器具有靈敏度高，響度速度快。
[0006]為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種基于二硫化鉬晶體管的閃爍體探測(cè)器的制造方法，所述閃爍體探測(cè)器包括一導(dǎo)電硅基底，所述導(dǎo)電硅基底背表面設(shè)有柵電極，正表面設(shè)有柵絕緣層，所述柵絕緣層上設(shè)有單層二硫化鉬，所述單層二硫化鉬兩端設(shè)有源電極和漏電極，所述源電極和漏電極連接?xùn)沤^緣層;所述單層二硫化鉬上設(shè)有閃爍體，所述閃爍體位于源電極和漏電極之間，所述閃爍體外包覆有保護(hù)層;其制作方法包括如下:
[0008]I)提供一硅基底，正表面熱氧化形成一定厚度的Si02層作為柵絕緣層，背表面蒸鍍形成柵電極；
[0009]2)在柵絕緣層上轉(zhuǎn)移單層二硫化鉬，利用光刻技術(shù)在單層二硫化鉬兩端形成源電極和漏電極的圖案化，并蒸鍍沉積形成源電極和漏電極；
[0010]3)在單層二硫化鉬上形成閃爍體，在閃爍體外蒸鍍形成保護(hù)層，即得到基于二硫化鉬的閃爍體探測(cè)器。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述導(dǎo)電硅基底為N型硅基底，其厚度為200nm-300nm。
[0012]優(yōu)選的，所述作為絕緣層的Si02層的厚度為60-120nm。
[0013]優(yōu)選的，所述柵電極采用電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸鍍形成的，其材料為Cu、Au、T1、Al或者Ag中的至少一種，厚度為30_100nm。
[0014]優(yōu)選的，所述單層二硫化鉬采用PMMA法轉(zhuǎn)移至柵絕緣層上。
[0015]優(yōu)選的，所述源電極和漏電極的材料為(:11^11、1^1或者48中的至少一種，采用電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸鍍形成的，其厚度為50-100nm。
[0016]優(yōu)選的，所述閃爍體為CsI(Tl)、CsI(Na)、ZnS(Ag)或者NaI(Tl)，其在單層二硫化鉬表面采用旋涂或者外延的方式形成。
[0017]優(yōu)選的，所述保護(hù)層的材料為Al、Ti或者Ag中的至少一種，采用電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸鍍形成的，其厚度為60-120nmο
[0018]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，采用單層二硫化鉬為光電晶體管并作為閃爍體探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換器件，在單層二硫化鉬上直接沉積閃爍體作為高能粒子接收體，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造的特點(diǎn)，且成本低。且由于單層二硫化鉬具有較高的電子迀移率，單層二硫化鉬制備的光電晶體管探測(cè)器件的可見(jiàn)光響應(yīng)速率880mA/W，該數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基于硅材料的光探測(cè)器(?100mA/W)，因而具有極高的探測(cè)靈敏度;單層二硫化鉬吸收區(qū)厚度僅為0.65nm，有利于減小暗電流的產(chǎn)生，探測(cè)器具有較高的信噪比。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明基于二硫化鉬晶體管的閃爍體探測(cè)器的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0020]圖2為本發(fā)明基于二硫化鉬晶體管的閃爍體探測(cè)器的結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0021 ]圖3為本發(fā)明基于二硫化鉬晶體管的閃爍體探測(cè)器的制造方法結(jié)構(gòu)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更加的清晰，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做出更為詳細(xì)的說(shuō)明，在下面的描述中，闡述了很多具體的細(xì)節(jié)以便于充分的理解本發(fā)明，但是本發(fā)明能夠以很多不同于描述的其他方式來(lái)實(shí)施。因此，本發(fā)明不受以下公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。
[0023]—種基于二硫化鉬晶體管的閃爍體探測(cè)器的制造方法，所述閃爍體探測(cè)器如圖1、圖2所示，包括一導(dǎo)電硅基底10，所述導(dǎo)電硅基底10背表面設(shè)有柵電極11，正表面設(shè)有柵絕緣層12，所述柵絕緣層12上設(shè)有單層二硫化鉬13，所述單層二硫化鉬13兩端設(shè)有源電極14和漏電極15，所述源電極14和漏電極15連接?xùn)沤^緣層12;所述單層二硫化鉬13上設(shè)有閃爍體16，所述閃爍體16位于源電極14和漏電極15之間，所述閃爍體16外包覆有保護(hù)層17;其制作方法如圖3所示，包括如下:
[0024]I)提供一硅基底10，正表面熱氧化形成一定厚度的Si02層作為柵絕緣層12，背表面蒸鍍形成柵電極11;
[0025]2)在柵絕緣層12上轉(zhuǎn)移單層二硫化鉬13，利用光刻技術(shù)在單層二硫化鉬13兩端形成源電極和漏電極的圖案化，并蒸鍍沉積形成源電極14和漏電極15;