科研前沿

所在位置:

首页 知识中心科研前沿金刚石在X射线探测器中的应用

金刚石在X射线探测器中的应用

时间:2024-12-17浏览次数:253

X射线以其短波长和高能量,在医学成像、工业探伤、晶体结构分析以及安全筛查等多个领域得到了广泛应用。然而,这些应用的效果高度依赖于高性能和稳定的X射线探测器。目前,由于材料和设备检测机制的限制,开发兼具高灵敏度、快速响应和稳定性的探测器仍然面临挑战

图片

本文研究中,作者利用单晶金刚石构建了一个10×10 X射线探测器阵列,并通过不对称夹层电极结构提升了探测器的灵敏度。该金刚石X射线探测器阵列表现出了卓越的探测性能和高温稳定性。


图片

图1 | 金刚石X射线探测器阵列的制作工艺。a, 制造工艺流程图。b, 探测器阵列示意图。c, 单个探测器单元示意图。d, 实物图。



制造过程包括几个步骤:首先,通过光刻法和磁控溅射法在金刚石正面沉积了10×10个银电极,每个电极的尺寸为850 mm×850 mm,电极间距为120 mm。接着,在金刚石背面沉积了Ti/Au电极。为了减少相邻像素之间的串扰,采用激光切割在银电极之间切割出沟槽。这些沟槽有效抑制了载流子的横向传输,从而减少了像素间的串扰,提升了探测器的光电性能和图像清晰度。


图片

图2 | 金刚石X射线探测器的灵敏度检测极限以及高温下的光电性能。a, 不同偏置电压下探测器的灵敏度依赖曲线。b, 40 V偏置下信噪比与剂量率的关系。c, 不同温度黑暗环境和32.22 nGy s-1剂量率下的I-V特征曲线。d, 不同温度下的光电流和暗电流。


图2展示了金刚石X射线探测器在不同条件下的性能。结果表明在50 V偏置电压下,灵敏度响应为14.3 mC Gy-1 cm-2。40 V偏置下,信噪比等于3时的检测阈值为4.9 nGy s-1。在27~450 ℃温度范围内光电流随着温度升高而增加。在62.83 nGy s-1 X射线剂量率下光电流和暗电流均表现出良好的重复性。


图片


图3 | X射线成像。a, X射线检测成像系统示意图。b-d, 分别在室温、150 ℃和260 ℃下的成像结果。

为了评估金刚石X射线探测器阵列的成像能力,搭建了一个X射线成像系统,如图3a所示。该系统包括X射线源、镀铅掩蔽板、金刚石光电探测器阵列和电流采集系统。X射线源和探测器阵列之间放置了带有「T」、「H」和「+」中空图案的镀铅掩蔽板。金刚石X射线探测器阵列将检测到的不同剂量率的X射线转换为电信号,并通过半导体分析仪收集输出电流。探测器阵列在室温、150 ℃和260 ℃下的成像结果如图3b-d所示。


总结,本文开发了一种10×10单晶金刚石X射线探测器阵列。通过采用不对称电极结构和激光切割加工的沟槽,显著提升了探测器的性能。该探测器在50 V偏置下展现出18312的光暗电流比、14.3 mCGy-1 cm-2的灵敏度和4.9 nGy s-1的检测极限,达到当前金刚石X射线探测器中的最佳水平。探测器还具有优异的均匀性和稳定性,能够在高达450 ℃的高温下有效探测X射线,拓展了其在恶劣环境下的应用潜力。

化合积电化合积电拥有MPCVD、PVD、MOCVD等国际一流设备,是国内率先实现MPCVD规模化量产多晶金刚石的厂家,拥有先进的金刚石制备和加工工艺,自主研发的产品达国际领先水平。目前已有成熟产品:金刚石热沉片金刚石晶圆、金刚石窗口片、金刚石异质集成复合衬底等,其中金刚石热沉片热导率100-220W/(m·k),晶圆级金刚石表面粗糙度Ra<1nm,目前已应用于航空航天、高功率半导体激光器、X射线靶、光通信、芯片散热、核聚变等领域。

相关文章
提交您的需求!
立即填写

提交需求,联系我们

注:请填写以下申请信息,我们会在收到申请的一周内与您联系。

*姓名:
*公司:
职务:
*邮箱:
*电话:
需求说明:
本人同意并愿意在未来收到 “化合积电(厦门)半导体科技有限公司” 和许可分销商和合作伙伴关于此需求的通信。
了解更多产品!
立即联系我们!
©2022 化合积电(厦门)半导体科技有限公司 版权所有  网站地图

返回上一级

联系我们
立即填写

提交需求,联系我们

*姓名:
*公司:
职务:
*邮箱:
*电话:
需求说明:
本人同意并愿意在未来收到 “化合积电(厦门)半导体科技有限公司” 和许可分销商和合作伙伴关于此需求的通信。
热线服务
在线咨询
立即填写

提交需求,联系我们

注:请填写以下申请信息,我们会在收到申请的一周内与您联系。

*姓名:
*公司:
职务:
*邮箱:
*电话:
需求说明:
本人同意并愿意在未来收到 “化合积电(厦门)半导体科技有限公司” 和许可分销商和合作伙伴关于此需求的通信。