(57)【要約】本発明は、Ｘ線の直接変換を検出するためのチップを製造する方法に関する。また、本発明は、そのようなチップを使用したＸ線のための直接変換検出器、および少なくとも一つのそのような検出器を使用した歯科放射線機器にも関する。ウェハを製造する方法は、圧力を粉末多結晶半導体材料に印加する（３、４、４ａ）ステップと、設定期間の間加熱する（５〜９）ステップと、を含む。方法は、少なくとも０．２％の不純物準位を多結晶半導体材料に与える準備的なステップを含む。
2015531611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接変換Ｘ線検出器のための半導体チップを製造する方法であって、圧力を粉末多結晶半導体材料に印加する（３、４、４ａ）ステップと、設定期間の間加熱する（５〜９）ステップとを含み、前記多結晶半導体材料の不純物の割合が０．２％以下であることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記圧力を印加するステップが、前記多結晶半導体材料粒子の軸配向（Ｃ）が軸圧縮力の印加（Ｃ）の方向に従うことを保証する値の前記軸圧縮力（４、４ａ）を前記粉末多結晶半導体材料に印加する（３）ことからなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記軸圧縮力の前記値が１００〜１０００ＭＰａであり、前記加圧の期間が１時間以下であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記加熱の温度が７０℃〜２００℃であり、前記加熱期間が１時間以内であることを特徴とする、請求項１または３に記載の方法。
【請求項５】
前記圧力を印加するステップが前記加熱ステップの開始時に実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記圧力を印加するステップが前記加熱ステップ全体を通して実行されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記粉末半導体材料がＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＰｂＯから選択された構成物質の少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記圧力を印加するステップがドーパントを前記多結晶半導体材料内に組み入れるステップに先行して行われ、前記ドーパントが、好ましくは、ＨｇＩ２またはＰｂＩ２についてはハロゲン化合物から、特に、ＣｓＩ、ＣｄＩ２、ＳｎＣｌ２、ＡｇＩまたはＢｉＩ３から選択され、また、ＰｂＯについては酸化物化合物から選択されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に従い製造された半導体ウェハ（１３）を含むことを特徴とする、直接変換Ｘ線検出器。
【請求項１０】
集積半導体回路に関連している検出器であって、ウェハ（１３）の入口表面に接触する第一の連続電極（１４）、および前記ウェハ（１３）の反対面に接触する、複数の導電性パッチによって構成された第二の電極（１５）を含み、この構成により画素の一次元または二次元配列を提供し、前記第一および第二の電極が、前記半導体ウェハ（１３）が堆積した表面と関連する集積半導体回路（１７）に電気的に接続し（１６）、前記集積半導体回路（１７）が、前記半導体チップの前記種々の画素が受けるＸ線の強度を示す複数の電気信号（２０）を生成するように配列される（１８、１９）ことを特徴とする、請求項９に記載の検出器。
【請求項１１】
請求項９または１０のいずれかの少なくとも一つの直接変換Ｘ線検出器を使用した放射線装置、特に歯科放射線医学用の放射線装置であって、少なくとも一つの制御されたＸ線源（２１、２２）および制御回路（２９、３０）をさらに含み、前記制御回路が、前記少なくとも一つの直接変換Ｘ線検出器（２８）の方向に少なくとも一つのＸ線露光を実行し、前記少なくとも一つの直接変換Ｘ線検出器（２８）から発生した前記複数の電気信号に基づく少なくとも一つのグラフィック表示を表示（３４）、印刷（３５）および／または記録（３６）することによって、それから推定（３３）することを特徴とする、
放射線装置。
【請求項１２】
口腔内または口腔外歯科用Ｘ線装置であることを特徴とする、請求項１１に記載の放射線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線の直接変換を検出するためのチップを半導体材料から製造する方法に関する。また、本発明は、そのようなチップを使用したＸ線のための直接変換検出器、および少なくとも一つのそのようなセンサを使用した歯科放射線装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術では、特に歯科用の放射線機器が既に提案されている。これは、口の内側における二次元または三次元（２Ｄまたは３Ｄ）の画像を取得できる。Ｘ線源がＸ線検出器と連結できるように設置され、この配置によって、患者の頭部を通り抜けて伝送される画像が、Ｘ線検出器に接続された所与のサポートに形成される。
【０００３】
歯科放射線医学に特有の第一の必要条件は、画像の取得に必要なＸ線の量を可能な限り少なくすることである。実際に、大量のＸ線は、健康に有害な影響を与えることがある。患者が受けるＸ線の線量を厳しく減らすことだけでなく、オペレータが受ける寄生的な線量も極めて厳しい国際標準に従い減らす必要がある。
【０００４】
全ての公知のＸ線検出器のうち、直接変換Ｘ線検出器として公知の特定の種類のＸ線検出器が市場に出ている。
【０００５】
間接変換検出器は、受け取ったＸ線光子を光量子に変換するシンチレータを有し、この光量子はその後、従来の光子変換器を使用して電荷に変換される。直接変換検出器は、受け取ったＸ線光子を電荷に直接転換する。これらの電荷は、その後、電界を印加することによって収集される。
【０００６】
この目的のため、直接変換検出器はチップを含む。この半導体チップは、Ｘ線光子の吸収によって生成された電荷の電界効果における移動に起因して電流を生成する。
【０００７】
本発明の目的は、半導体材料を製造してセラミック半導体ウェハと統合して、Ｘ線光子から電流への直接検出を実行し、Ｘ線源によって照射される光景の２Ｄまたは３Ｄ画像を作製することにある。
【０００８】
しかしながら、歯科放射線医学では、いくつかの技術において直接変換Ｘ線検出器の特性が必要となることが理解される。実際には、パノラマ放射線像の生成では、両方の歯列弓を完全に開示し、そして特にＯＰＧ技術による画像の生成では、いくつかの画像の収集を迅速に繰り返す能力を必要とし、直接変換Ｘ線検出器の迅速な検出が求められる。
【０００９】
本発明の別の目的は、流れるいくつかの連続的なＸ線光子流の少なくとも一つの電流へのより迅速な直接変換を実行するための新規のチップを製造し、Ｘ線源からの照射によって２Ｄシーンの画像のシーケンスを得ることにある。
【００１０】
実際には、先行技術によって生成された直接変換Ｘ線検出器は、半導体材料に関連する特定の制限を被っている。また、半導体材料を取得するための現在の方法は、特定の不利点を有する。
【００１１】
理想的には、半導体材料は、安価かつ作製が容易のものであるべきである。
【００１２】
特定の半導体材料を調製するためのステップに伴う有害なリスクは、特にＸ線検出器内での使用における、それらの開発に対する障害である。
【００１３】
材料は、十分に大きいセンサの生成を可能にする必要がある。
【００１４】
材料は、Ｘ線の吸収性を低下させないように低い気孔率（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）を有する必要がある。さらに、気孔は、電荷の運動を妨げる障害を構成し、これらの電荷を捕獲および劣化し、それ故に、材料の電気輸送特性を低下させる原因の一つとなり得る。
【００１５】
そのような材料を備えて作られたウェハの両表面は、両面への電極の設置を容易にし、かつ一様な電界を保証するのに十分に低い粗度を保証するために、極めて均一である必要がある。
【００１６】
材料は、ＨｇＩ２の化学量論に可能な限り近い組成を有する必要がある。これは、再生可能であり、その容積の至るところで一定である必要がある。実際に、化学量論からのずれは、寄生相を発生することがある。これは、電界の線を乱し、結果として画像の鮮明さに影響を及ぼし、かつ、電荷を捕捉し、それ故に検出器の感度を低下し得る欠陥を生むことがある。
【００１７】
本出願の残りの部分の至るところで、我々は、検出器感度を、出力変数（クーロンを単位とする電荷量）と、入力変数（イオン化Ｘ線光子エネルギーの信号の流れ、すなわち、グレイを単位とする単位表面ごとの入力線量×ｃｍ２）との比率として言及する。検出器の感度は、これに基づく相対感度で表すことができる。
【００１８】
一部の半導体材料は、ヨウ化水銀ＨｇＩ２などの異方性のものである。これらの異方性材料は、材料の配向に応じた一以上の特性を有する。ヨウ化水銀の場合では、電荷の運動に対する抵抗は、結晶軸「ｃ」に沿ってより低くなる。従って、異方性半導体材料が検出器に組み入れられるときに、電気伝導の方向が材料の外面からセンサに向かうようにＣ軸を配向することが重要である。
【００１９】
単一のＣｄＴｅまたはＨｇＩ２タイプの結晶は、単一結晶粒によって構成され、従って、多孔性がゼロである。それにもかかわらず、そのような材料は、調製が退屈かつ困難である。清潔な接触面を有する薄いウェハの、単一結晶ロッドからの生成は、経済的に実現不可能である。ＨｇＩ２層の成長は、気相真空蒸着（ＰＶＤ法）によって、ＣＭＯＳタイプの半導体基板において実行できる。ヨウ化水銀の蒸気は、９０℃で提供され、冷たい基板上において７０℃で液化する。そのような成長の利点は、半導体材料が基板（電子リード回路）に直接蒸着し、Ｃ軸が基板表面に対して直角の、結晶成長の方向に沿って配向され、従って、そのようにして得られたセンサの動作モードにおいて電荷が簡単に伝導する方向に沿って、その軸を配向できることである。
【００２０】
それにもかかわらず、この方法は数々の不利点を有する。準備モードにおいて、気相状態における水銀またはＨｇＩ２の処理を伴うため、特定の有害なリスクが健康に与えられる。真空、ならびにＨｇＩ２および基板の温度下での厳しく制御された生成を極めて正確に規定することが要求されるため、生成が技術的に困難である。組成および化学量論は、気相状態におけるＨｇＩ２の温度、基板の温度および蒸着速度に大いに左右される。最終的に、成長の初期中における基板の平坦性が、結晶の網目サイズに関して完全ではないため、それが特定の領域において阻害され、半導体界面材料および電極への伝導を妨げることがある。
【００２１】
ＨｇＩ２などの単一結晶半導体材料を取得するための先行技術の第二の方法は、熱い溶媒中でＨｇＩ２粉末を溶かすことを含む。次にそれを冷却し、溶媒を蒸発させ、その後単結晶を得る。この方法は、前の方法よりも実施が容易であるが、再現性がない。この方法は、単結晶のサイズおよび形状を制御できない。さらに、生成された単結晶は、それ故に、制御が不十分な純度および組成、質の悪い表面仕上げ、大面積検出器には不適合であるミリメートル程度の外形寸法を有する。
【００２２】
先行技術の第三の方法は、ＨｇＩ２などの半導体材料の粉末とポリマー結合剤とを混合することを含む（この方法は、「ＰＩＢ」−「Ｉｎ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｎ  Ｂｉｎｄｅｒ」と呼ばれる）。ポリマーは、ＨｇＩ２粒子を結合する接着性を有し、それ故に、剛体材料を形成する。この方法の利点は、調製が容易であり、ＣＭＯＳセンサに得られた材料を容易に接着できることである。本発明者らは、このようにして得られた多結晶の不利点の解析を実行した。異方性半導体材料の場合では、特に、半導体材料の粒子間の高い気孔率、および材料内における軸Ｃの配向のばらつきが依然としてある。
【００２３】
先行技術の第四の方法では、焼結によって半導体材料を調製する。焼結はセラミックを製造する方法であり、粒子を成長させ、その後、それを融解することなく、通常では押圧によって事前に圧縮した粉末を加熱したエネルギー入力を用いてそれらを共に融合する。加熱効果によって、粒子は、材料の相互拡散によって共に融合し、構成要素の凝集が可能になる。しかしながら、この方法は、満足できる電気輸送特性を持つ材料が得られない。実際に、このようにして得られた材料は極めて多孔質であり、優先的な軸Ｃの配向に欠けるであろう。
【００２４】
２０００年１１月１６日に公開された国際出願ＷＯ−Ａ−００／６８９９９において、ＣｄＴｅベースのセラミックを焼結によって生成する先行技術の手法が記述されている。焼結する前に金型圧縮を用いて、球粒を成形するのに先行するステップが提案されている。この初期の粉末圧縮は、加熱、それ故に焼結前に行われ、チップを成形する簡単な方法を構成する。このタイプのＣｄＴｅの選択処理では、本発明の意図する結果を得ることはできない。
【００２５】
（１９９６年４月４日に国際出願番号ＷＯ−Ａ−９６／１０１９４としても公開された）米国特許ＵＳ−Ａ−５．８９２．２２７では、二つの他の堆積技術（懸濁および蒸着）と共に、半導体製品または半導体製品の混合体のための粉末焼結技術が記述されている。炉における温度の設定は、スチールプレスを使用してウェハに圧力を印加することを伴う。
【００２６】
しかしながら、この焼結法は、彼らができなかった実演が可能であるかのように、有利なものとして全て保持されているいくつかの方法の一つとしてこの文書に引用することはしない。
【００２７】
検査によって、実際に、この先行技術の手法にあるいくつかの欠陥を特定することができた。第一の欠陥は、半導体材料がヨウ化水銀ＨｇＩ２などの粉末多結晶であり、高度の純度を達成するために前処理されることである。これは結果として、ウェハ製造工程の初期に使用される粉末を最初に精製工程に与える必要があるため、追加費用の原因となる。
【００２８】
この先行技術の手法の第二の欠陥は、そのように焼結されたウェハのための半導体材料におけるＸ線光子変換中に生成された電荷を取り戻すことが可能である電極について、そのような、電極として与えられる材料（この場合は、金）の一つが、このＨｇＩ２の場合はには、粉末半導体材料の熱い焼結中に化学的に反応する金属であることである。これは結果として、電極の劣化、さらには局所破壊をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】国際公開第００／６８９９９号公報
【特許文献２】国際公開第９６／１０１９４号公報
【特許文献３】米国特許第５，８９２，２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
本発明は、先行技術のこれらの問題および欠陥の解決を意図している。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
この目的のため、本発明は、直接変換Ｘ線検出器のための半導体ウェハの製造法を提案する。この方法は、圧力を粉末多結晶半導体材料に印加するステップと、設定期間の間加熱するステップと、を含む。本発明によれば、多結晶半導体材料の不純物の割合は、０．２％以下である。
【００３２】
方法の他の特徴によれば、
−加圧ステップは、多結晶半導体材料粒子の配向Ｃが軸圧縮力の印加の方向Ｃに従うことを保証する値の軸圧縮力を粉末多結晶半導体材料に印加することからなる。
−軸圧縮力の値は１００ＭＰａ〜１０００ＭＰａであり、加熱加圧期間は１時間以内である。
−加熱の温度は７０℃〜２００℃であり、加熱期間は１時間以内である。
−圧力を印加するステップは、加熱ステップの開始時に実行される。
−圧力を印加するステップは、加熱ステップ全体を通して実行される。
−粉末半導体材料は、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＰｂＯから選択された構成物質の少なくとも一つを含む。
−圧力を印加するステップは、ドーパントを多結晶半導体材料内に組み込むステップに先行して行われる。ドーパントは、ＨｇＩ２またはＰｂＩ２については、好ましくはハロゲン化合物から選択され、特に、ＣｓＩ、ＣｄＩ２、ＳｎＣｌ２、ＡｇＩまたはＢｉＩ３から選択され、また、ＰｂＯについては、酸化物化合物から選択される。
【００３３】
本発明は、本発明により製造された半導体ウェハを含む直接変換Ｘ線検出器も提案する。
【００３４】
検出器の他の特性によれば、
−本発明の検出器は集積半導体回路に関連し、ウェハの入口表面に接触する第一の連続電極、およびウェハの反対面に接触する、複数の導電性パッチによって構成された第二の電極を含み、この構成により画素の一次元または二次元配列を提供する。第一および第二の電極は、半導体ウェハが堆積した表面と関連する集積半導体回路に電気的に接続する。集積半導体回路は、半導体チップの種々の画素が受けるＸ線の強度を示す複数の電気信号を生成するように配列される。
【００３５】
本発明は、本発明による少なくとも一つの直接変換Ｘ線検出器を使用した、歯科用Ｘ線を包含するＸ線用の装置をさらに提供する。
【００３６】
そのような装置は、
−本発明による少なくとも一つの直接変換Ｘ線検出器を含む。これは、少なくとも一つの制御されたＸ線源および制御回路をさらに含む。制御回路は、少なくとも一つの直接変換Ｘ線検出器の方向における少なくとも一つのＸ線露光を実行し、少なくとも一つの直接変換Ｘ線検出器から発生した複数の電気信号に基づく少なくとも一つのグラフィック表示を表示、印刷および／または記録することによって、それから推定する。
【００３７】
−これは、口腔内または口腔外歯科用Ｘ線装置である。
【００３８】
本発明の他の特性および利点は、記述および添付図面を使用してよりよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による方法の特定のステップを実行できるデバイスの概略図を示す。
【図２ａ】軸圧縮から生じる効果を説明する図である。
【図２ｂ】軸圧縮から生じる効果を説明する図である。
【図３】本発明により製造された、半導体ウェハを使用した直接変換Ｘ線検出器の概略図である。
【図４】本発明による直接変換Ｘ線検出器を使用した歯科用Ｘ線装置の特定の実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明による製造法は、粉末半導体材料を使用する。
【００４１】
科学文献によれば、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２および／またはＰｂＯベースの材料が、潜在的に最も有効である。一つの好ましい実施形態では、材料としてＨｇＩ２が選択される。さらに、材料が前述の材料である場合のように異方性の電気的移動度を有する場合には、移動度がより大きい方向に電流が流れるように成形されることが好ましい。
【００４２】
先行技術では、前述のように、焼結によって検出チップを作製するのに使用される粉末は、可能な限り最も純粋な半導体材料を使用するために一連の精製ステップを受ける必要がある。
【００４３】
それどころか、驚くべきことに、本発明者らは、最小レベルの不純物の存在によって、Ｘ線光子の電気変換の遥かに高い収率が得られることを観察した。
【００４４】
本発明者らは、より純度の低い粉末から製造されたＨｇＩ２ウェハの場合では、検出感度に関してよりよい結果が得られることを発見する。
【００４５】
本発明によれば、望ましくかつ許容可能な不純物は、とりわけ、初期の粉末に含まれる金属廃棄物であるか、または粉末の還元、粉末の粒子の平均直径の測定もしくは較正しに使用されるツール、工業用の粉末の生産者の製造工程から、生産されるものである。
【００４６】
好ましくは、チップの焼結に使用される粉末半導体材料は、９９．０％の純度であり、不純物、特に金属の割合は１．０％未満であるべきである。
【００４７】
そのような「非精製」粉末が有利にも市販されている。それ故に、当業者は、一連の精製ステップに伴う全ての費用を無視できる。具体的には、粉末の製造業者は、１０のグループによる彼らの生成品において純度を漸次的に変化させたものを商業的に提供している。本発明者らによって実施された検査は、０．２％の不純物に対応する、１０のグループからの直接Ｘ線光子変換用の焼結粉末に関して改善された結果を示した。これは、前述の文書ＵＳ−Ａ−５８９２２２７を包含する先行技術において要求される純度に対して二千倍を上回る増加を示す。
【００４８】
その後、本発明者らは、所定の最小割合の不純物を有するそのような材料に軸圧縮荷重を印加し、初期の粉末を作る粒子に共通する結晶軸Ｃに沿って粒子を再び配向させることによって、有利にも電気変換の収率も改善することに気付いた。この特性は、好ましい実施形態において、不純物の割合が最小であるという特性と組み合わされる。
【００４９】
図１に、製造法の実施を可能にするデバイスを示す。
【００５０】
炉１は、熱伝導本体２によって作られる。熱伝導本体２は、下壁４ａ、および焼結される粉末半導体材料の上方に設置された軸圧縮プレス４によって範囲を定められた中央開口部６を有する。
【００５１】
半導体ウェハ材料に合わされた形状を有する空洞を持つ金型が、ハウジングの中央開口部６または炉１に設置される。
【００５２】
例えば、この金型は、少なくとも二つの対向し、かつ、平行な表面を持ち、円形または矩形形状を持つウェハの生成を可能にする。
【００５３】
熱伝導本体２は、リザーブ７からの加熱油を循環させるための流路５で穴を開けられる。リザーブ油は、焼結の期間および／または温度を制御する回路（図示せず）に接続された電気抵抗器８によって加熱される。
【００５４】
加熱油は、焼結の期間および／または温度を制御する制御回路（図示せず）によって制御された電気ポンプ９によって吸引される。熱油は、本体２の流路５に入る。これらの流路は、らせん形状に接続され、その後、加熱油は、リザーブ７に向かって流れる。
【００５５】
好ましくは、上部プレス４は、炉１の室６内に収容された粉末、後の半導体ウェハに印加される軸圧縮の力について、印加する値および期間を調節する機構３によって、作動する。
【００５６】
この軸圧縮の実施は、好ましくは、加熱、すなわち、粉末を焼結するためであり、後にウェハが製造される加熱の開始時に実行される。
【００５７】
別の実施形態では、半導体材料から作られたウェハの焼結によって製造物を加熱する前に低温での軸圧縮を実行することによって興味深い結果も得られた。特に、先の低温での軸圧縮の後に、最長１時間、シェルを焼成することによって良い結果が得られた。
【００５８】
図２ａは、半導体材料から作られたウェハにおける粒子の概略図である。例として粒子１０、１１として示すこれらの粒子は、平行６面体の外形を有する。この外形は、球粒における粒子の実際の形状を決定づけず、その目的は、異方性材料である場合に、それらの電気特性の異方性を際立たせることにある。より大きい電気的移動度の方向Ｃは、平行６面体の最小の外形寸法に対応する。
【００５９】
図２ａに示す粒子は、任意の方向に配向している。その結果、電荷が材料を通り流れる場合に、それらは、電気的移動度がより大きい方向に沿って粒子を横断し、その後に、電気的移動度がより低い方向にある他の粒子に移動する。この結果、材料の全体の電気的移動度は最大にならない。
【００６０】
図２ｂでは、所与の方向Ｃにおける軸圧縮が実施されたものであり、粉末半導体材料における粒子の粒子表面１０、１１は、電気的移動度がより高い方向Ｃが軸圧縮の軸と平行となるように実質的に整列する傾向がある。
【００６１】
セラミックの全体の電気的移動度は、この方向に沿って増大する。これにより、この方向に沿う電荷の流れが改善し、故に、Ｘ線光子の電気変換の収率が改善される。
【００６２】
焼結される粉末の圧縮もしくは圧力の印加または圧力下での焼結が先行技術において既に実施されてきたが、特に、「事前圧縮された球粒」を焼結炉内に置く前に、粉末の単一圧縮がよりよい機械的強度を与えるという所望の効果を有したことに留意されたい。とりわけ、圧縮が粉末容積の縮小のみをもたらし、粉末粒子間の空隙は、この圧力を印加することによって縮小する。
【００６３】
本発明によれば、加熱と同時の軸圧縮の適用は、容積縮小という単一状態を超え、他の粒子を犠牲にして、圧縮の軸と平行な軸Ｃの配向を有する粒子の成長を促進し、好ましい配向の粒子を有する半導体チップが得られる。
【００６４】
本発明による製造法において実行される圧縮は、好ましくは、加熱ステップの初期に行われるべきである。これは、設定期間中、設定温度において、設定値における圧縮荷重または圧縮力を生じる。
【００６５】
軸圧縮ステップの終了後、焼結のための加熱ステップは、即座に停止してもよいし、設定期間の間、または維持された温度もしくは別の所定の温度において継続してもよい。これは、とりわけ、粉末半導体材料の漸次的変化および／または生成を望むウェハの厚さに従い決めることができる。
【００６６】
軸低温圧縮ステップを最初に実施し、そしてそれ自体の焼結加熱ステップ直後にそれを実行することによってもよい結果が得られた。そのような実施形態では、シェル焼成の技術を使用することが有利であることが発見された。この技術では、軸方向に圧縮された球粒が非圧縮粉末の層上に置かれ、最終的に、非圧縮粉末の層で覆われる。
【００６７】
加熱ステップは、ウェハ内での粒子の成長を可能にする。焼結中の粉末ベッドの存在によって、焼結中のウェハと空気との接触を制限できる。表面における物体の移送現象は、表面における材料の段階的な蒸発および再凝結によって制限される。
【００６８】
シェルの焼成によって、よりよい表面、すなわち、ウェハの両表面における粗さを減少したより優れた平坦性を持つ表面を得ることができる。シェル焼成によって、また、ウェハがアニーリング中に炉内の空気に直接接触した場合に生じ得る表面寄生相の形成も減少できる。
【００６９】
プレス４の表面および金型４ａの底部は、焼結中に軸圧縮および加熱を行うことで得ることが可能となった、表面に孔がない滑面状態と適合するような、表面状態を有する。
【００７０】
それ故に、半導体材料から作られたウェハにおける二つの対向する「活性」表面に電極を直接堆積し、電極およびウェハのアセンブリを後に記述する集積ＣＭＯＳ回路に直接堆積することが完全に可能となる。
【００７１】
一つの特定の実施形態では、軸圧縮ステップは、ドーパントを半導体材料に組み入れるステップよりも先行する。一つの好ましい実施形態では、ドーパントは、ヨウ化化合物から選択され、例えばＣｓＩまたはＢｉＩ３である。
【００７２】
図３に、本発明の製造法によって得られたセラミックまたは半導体材料ウェハ１３を使用して生成された直接変換Ｘ線検出器を図示する。半導体材料１３から作られたウェハは、図３で見ると上方および下方の二つの平行な対向する表面を有する。これらは、完全に平坦かつ粗さがない表面状態を有する。
【００７３】
その後、蒸発または任意の適切な技術によってパラジウムなどの一つ以上の金属層を堆積できる。これにより、半導体材料から作られたウェハの上部表面に第一の電極１４、および下部表面に第二の電極１５がそれぞれ構成される。
【００７４】
一つの好ましい実施形態では、第一の電極１４は連続的、平坦かつ二次元であり、入射Ｘ線光子が横断して流れることができる。入射Ｘ線光子のエネルギーおよび波長に応じて、ウェハ１３の下部表面から上部表面を隔てる軸厚が、第二の電極１５を通り抜けるＸ線光子の吸収が最大となるように決定される。
【００７５】
この第二の電極１５は、二次元の連続的な方式では生成されないが、むしろ、各パッチにおけるピクセルイメージセンサの正確性を規定するようなパッチの形で生成される。
【００７６】
場合に応じて、第二の電極１５はその後、導体パッチが配列されるように次のようにして構成される。
−一次元画像センサを作製するため、一つの線形方向または別の方向に、一次元の配列を有するように構成される。
−または、２Ｄ画像用の二次元センサを作製するため、検出器の設計期間に選択されるさまざまな配列に基づく二次元の配列を有するように構成される。
【００７７】
第二の電極における各導電性パッチは、次に、導電線のネットワークによって、各画素に関して検出された信号のための増幅器のセットに接続される。公知のように、そのように形成された２Ｄ画素配列は、直接にまたは行列における２Ｄアドレス機構を包含する多重化によって動作できる。このために、本発明の直接変換検出器は、集積ＣＭＯＳ回路１７も含む。この上に、その電極１４および１５を備えた、半導体材料から作られたウェハ１３の上部表面が堆積され固定される。
【００７８】
集積ＣＭＯＳ回路１７は、主に検出回路１８および信号処理回路１９で構成される。回路１８は、各電荷画素センサに接続される。各画素センサは、ウェハ１３の各画素に生成された電荷に応答するプリアンプおよび初期化回路を含む。回路１９には、半導体チップのさまざまな画素が受けたＸ線強度を示す電気信号を生成する手段が備えられる。
【００７９】
この目的のため、半導体チップ１３の電極１４および１５は、集積ＣＭＯＳ回路１７の導電性入力パッチ（図示せず）に電気的に接続される。集積ＣＭＯＳ回路１７の導電性入力パッチは、公知のように適切にバイアスされたセンサ回路１８に電気的に接続する。
【００８０】
集積ＣＭＯＳ回路１７用に展開される必要な回路について、その全てを本明細書に記述するものではなく、本発明の理解に必須であるもののみを記述する。受けたＸ線の強度を示す、回路１８によって生成された電気信号は、直接変換Ｘ線検出器を構成するように形成された集積複合回路１３〜２０の出力端子２０において利用することができる。
【００８１】
図４に、図３を参照して記述したような少なくとも一つの直接変換Ｘ線検出器を有利にも使用する歯科用Ｘ線装置を概略的に示す。
【００８２】
本発明のウェハを備えたセンサは、口腔外歯科撮像システムに使用できる。一つのＸ線源２１が、支持具２４において動くことができる可動アーム２３に取り付けられる。Ｘ線源２１に関して、アーム２３が、前述に従い構成された直接変換Ｘ線検出器２８によって、少なくとも一つのセンサを使用して生成された少なくとも一つの画像信号を生成するように設計された、装置２５を持ち運ぶ。
【００８３】
本発明のウェハを備えたセンサは、口腔内歯科撮像システムに使用できる。次に、センサが、Ｘ線が放射される歯の後方の患者の口の内側に位置付けられる。Ｘ線源は、調節可能なアームに位置付けられる。これは、露光の直前に患者のほおに接触して位置付けられる。
【００８４】
直接変換Ｘ線検出器２８は、入射Ｘ線のフィルタリングおよび照準合わせを提供するアセンブリ２２を備えたＸ線源２１と対向して位置する。次に、Ｘ線２７が、患者の頭部または顎の一部などの解析領域２６を通り抜けて、直接変換Ｘ線検出器２８に作用することによって、検査を行う。
【００８５】
このように構成される歯科放射線装置は、少なくとも一つのＸ線露光をそのような制御回路２９、３１に実行させるための計算機２９も含む。計算機２９は、主に以下のものを含む。
−Ｘ線源２１ならびにフィルタ及び照準合わせユニット２２への制御信号３０を発生する手段。
−Ｘ線源２１によって決定されたＸ線露光に同期して、解析される領域２６の決定された走査を実行するように、所望のようにアーム２３を作動させるための制御信号３１を発生する手段。
−Ｘ線の半導体センサチップ直接変換２８のさまざまな画素が受けたＸ線の強度を示すさまざまな電気信号３２を受信および処理するための手段。
−少なくとも一つの直接変換Ｘ線検出器から発生した複数の電気信号に基づく少なくとも一つのグラフィック表示を表示、印刷および／または記録することによって、導き出す手段。
【００８６】
これらの計算する最後の手段２９は、グラフィック表示デバイス３４、グラフィックプリンタ３５および／またはストレージシステム３６に接続され、直接または通信ネットワークを用いて参照される。
【００８７】
この種類の放射線装置が、後の欄で示すことを達成できる本発明の製造法によって得られた半導体材料から作られたウェハの性能を必要とするような、高頻度の反復において動作することに留意する。
【実施例】
【００８８】
［実施例１］
多結晶半導体材料に関して、以下のパラメータを使用する。
焼結温度：１００℃
軸圧縮荷重：３００メガ（３×１０８）パスカル
この温度における加圧期間：２０時間
【００８９】
［実施例２］
多結晶半導体材料に関して、以下のパラメータを使用する。
焼結温度：７０℃〜１３０℃
軸圧縮荷重：１００メガパスカル〜８００メガパスカル
この温度における加圧期間：少なくとも１時間
【００９０】
［実施例３］
ヨウ化水銀ＨｇＩ２に関して、以下のパラメータを使用する。
焼結温度：２００℃未満
軸圧縮荷重：１０００メガパスカル未満
この温度における加圧期間：少なくとも１時間
【００９１】
［実施例４］
ヨウ化水銀ＨｇＩ２に関して、以下のパラメータを使用する。
焼結温度：７０℃〜１３０℃
軸圧縮荷重：１００〜１０００メガパスカル
この温度における加圧期間：少なくとも１時間
【００９２】
［実施例５］
ＰｂＩ２、ＨｇＩ２から選択された半導体材料について、ＣｓＩ、ＢｉＩ３、ＣｄＩ２、ＳｎＣｌ２およびＡｇＩから選択されたハロゲン化合物のドーパントを添加した。ＰｂＯなどの半導体材料について、酸化物化合物を添加してドーピングを実行した。
【００９３】
示された濃度は、おおよそ数パーセンテージである。
【００９４】
［ウェハおよび直接変換検出器の検査］
Ｘ線検出の感度に対する出発原料粉末の純度の影響
一連の検査では、セラミックの生成に使用される粉末は、「Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ」社によって販売されている市販粉末であり、９９．０％に等しい純度であった（９９．０％以上の２２１０９０ＡＣＳ試薬として参照される）。
【００９５】
比較のため、９９．９９９％の純度を持つ市販粉末（供給業者が２０３７８５と参照する、９９．９９９％微量金属ベースの）を使用したウェハも作製した。
【００９６】
以下の表１は、９９．０％および９９．９９９％の純度を有する粉末で作製されたウェハに関する暗電流および感度の測定結果を示す。物理的理由のため、試料が受けるＸ線の正確な線量を知ることはできない。源から放出される線量のみを知ることができる。しかしながら、同じサイズおよび厚さの二つの試料に関して実行された感度測定は比較できる。従って、ある試料と他の試料との相対的な感度を比較した。
【００９７】
【表１】
2015531611.tif 000003
【００９８】
暗電流は、最大の信号対雑音比を有するように可能な限り弱くする必要がある。感度は、Ｘ線の線量および電極表面に基づいて収集された荷重の数を指す。この量を最大にすることが目的である。
【００９９】
９９．０％の純粋な粉末、すなわち、「不十分な」純度のものから作られたウェハは、極めて純粋な粉末で調製されたウェハと等しい暗電流を持ち、とりわけ、より大きい感度を持つ。
【０１００】
結晶学的解析
結晶学的解析によって、本発明による方法が粒子の成長および孔の吸収を促進する効果を有することが示された。粒子は互いに単なる融合はしない。より小さな粒子は、より大きな粒子に、より「吸収」される。より小さな粒子を犠牲にしたより大きな粒子のこの成長は、任意の焼結工程において生じる。ただし、本発明による方法は、加えられた荷重を原因としてその効率を増大できる。
【０１０１】
その結果、このようにして得られた多結晶材の多孔性は、圧力を加えない単なる焼結または焼結しない単なる圧力の印加によって得られた材料よりも遥かに低い。
【０１０２】
第二に、粒子が異方性結晶構造を有する場合には、焼結中に軸圧縮または荷重を維持することによって、最小の機械的エネルギーを有する粒子の成長を促進でき、それ故に、粒子が好ましい配向にある多結晶材が得られる。
【０１０３】
ＨｇＩ２の場合では、電気伝導度のより大きい方向が圧力の軸と平行となるような配向を有する材料が得られる。圧力下での焼結によって生成された粒子のより低い気孔率および優先的な配向によって、単なる焼結または焼結なしの圧縮と比較して電気輸送特性を改善できる。
【０１０４】
第三に、圧力下にウェハを設置し、蒸発を回避することによって、よりよい均一性かつより粗くない表面を持つ多結晶材を得ることができる。これにより電極と材料の表面との接触を向上し、電荷収集の効率を低下し得る材料の表面上の欠陥を減らすことができる。
【０１０５】
微細構造調査
半導体材料から作られたさまざまなウェハの微細構造の比較によって、軸圧縮による配向の利点が導き出される。ＨｇＩ２粉末、焼結されたウェハ、および圧力下で焼結されたウェハを比較する。ウェハにおける好ましい配向の粒子を圧力下で焼結し、粉末をＸ線回折によって解析した。結晶軸Ｃに沿って配向された構造の割合を比較するために、結晶軸の回折線特性に基づく領域を、この結晶軸の回折線特性（タイプ（００ｘ）線、ここで、ｘは、ゼロ以外の正の整数である）に基づいて測定した。以下の表２に、ＨｇＩ２粉末、先行技術による焼結されたウェハ、および本発明による圧力下で焼結されたウェハに関する結果を示す。相対強度は、測定線（タイプ（００ｘ））と基準線（線（１０２））との比率として計算される。
【０１０６】
【表２】
2015531611.tif 000004
【０１０７】
本発明による、圧力下で生成されたセラミックまたは焼結されたウェハの場合では、結晶軸Ｃ、すなわち、タイプ（００ｘ）（２ａおよび２ｂ）の軸に関する特性線において最大値が得られる。従って、最も重要な優先的な配向は、この軸に沿ってある。
【０１０８】
Ｘ線パルス後に平衡に戻る時間（「遅延」）
図４での記述に開示したように、撮像パルス検出器、例えば、３Ｄ画像化の場合では、平衡に戻る時間または「遅延」が極めて重要である。これはすなわち、Ｘ線パルスによって生成された電流がパルスの終了後にゼロに戻るのに必要な時間である。迅速に画像を生成できるようにするために、この「遅延」は、可能な限り短くする必要がある。
【０１０９】
基準のものに加えて、本発明により生成された半導体ウェハにおける「遅延」を示す。
ＣｄＴｅ単結晶およびＨｇＩ２単結晶について測定した。以下の表３に結果を示す。
【０１１０】
【表３】
2015531611.tif 000005
【０１１１】
本発明による製造方法による、圧力下での軸焼結によって生成されたＨｇＩ２ウェハは、最も短い「遅延」を示す。
【０１１２】
時の経過に伴う直線性
別の性能基準は、時の経過に伴う直接変換Ｘ線検出器の直線性である。
【０１１３】
半導体チップにおいて収集される電荷は、受けたＸ線の線量に比例するはずである。ウェハの直線性を、それらを一連のＸ線にさらすことによって測定した。すなわち、一連のＸ線を、間に休止を置いて照射した。我々は、半導体材料から作られたウェハにおいて収集された電荷の量を測定した。この測定は、期間中の累積量の測定であり、反復するパルスからなるＸ線の波列に、直接変換Ｘ線検出器をさらすことによって測定した。Ｘ線波列処理の特性を以下に示す。
パルスの期間：５０ｍｓ
続いての暗電流の期間：５０ｍｓ
【０１１４】
時間に対する収集された電荷の蓄積ＣＣＣは、直接変換Ｘ線検出器の露光時間間隔［０．２８ｓ］期間では、高精度の直線関係に従う。
ＣＣＣ＝ａ＊ｔであり、ａ＝３５０００／２８であり、これは単位時間（秒単位）あたりに収集された電荷の単位である。
【０１１５】
累積した収集された電荷ＣＣＣの量は、Ｘ線波列の暴露開始前のゼロの値から、時間に従って直線的に増大する。これは、３Ｄ画像化に使用する場合に利点となる。すなわち、実行される全てのＸ線露光によって、同じ数の電荷を収集できる。
【０１１６】
［直接変換Ｘ線検出器の生成］
本発明の方法によって生成された半導体材料から作られたウェハの厚さは、出発原料粉末の粒径および加えられた圧縮力の値に応じて決まる。
【０１１７】
直接変換Ｘ線検出器の実施形態の一つの実施例では、ＨｇＩ２単結晶の密度（９８％）にごく近い密度を達成できた。粉末の量は、粉末質量＝断面×厚さ×密度（密度は６．３６ｇ／ｃｍ３）の関係式によって決まった。
【０１１８】
この実施形態では、本発明により製造されるウェハに最終形状を与えるために、圧力下での焼結を行う際、炉内（図１）に設置される金型を予め作っておく必要は無かった。
【０１１９】
より長期の焼結が、粒子の密度およびサイズをより大きくすることに留意すべきである。
【０１２０】
ウェハを円筒形の炉から出す。それを切断および切り整えて、１５ｃｍ×１５ｃｍ×５００μｍ（厚さ）の外形寸法を持つ直方体を形成した。ウェハの二つの対向する面における５０ｎｍの二つの導電性電極を蒸着させることによって、直接変換Ｘ線検出器を生成した。このウェハの表面状態は事前に適切に洗浄し、図３を使用して記述したように、ユニットを集積ＣＭＯＳ回路に堆積した。
【図１】
2015531611.tif 000006
【図２ａ】
2015531611.tif 000007
【図２ｂ】
2015531611.tif 000008
【図３】
2015531611.tif 000009
【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年5月12日(2015.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接変換Ｘ線検出器のための半導体チップを製造する方法であって、圧力を粉末多結晶半導体材料に印加する（３、４、４ａ）ステップと、設定期間の間加熱する（５〜９）ステップとを含み、前記多結晶半導体材料の不純物の割合が０．２％以下であることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記圧力を印加するステップが、前記多結晶半導体材料粒子の軸配向（Ｃ）が軸圧縮力の印加（Ｃ）の方向に従うことを保証する値の前記軸圧縮力（４、４ａ）を前記粉末多結晶半導体材料に印加する（３）ことからなり、
前記粉末半導体材料がＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＰｂＯから選択された構成物質の少なくとも一つを含み、
前記圧力を印加するステップがドーパントを前記多結晶半導体材料内に組み入れるステップに先行して行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
直接変換Ｘ線検出器であって、
請求項１または２に記載の方法に従い製造された半導体ウェハ（１３）を含み、
集積半導体回路に関連し、ウェハ（１３）の入口表面に接触する第一の連続電極（１４）、および前記ウェハ（１３）の反対面に接触する、複数の導電性パッチによって構成された第二の電極（１５）を含み、この構成により画素の一次元または二次元配列を提供し、前記第一および第二の電極が、前記半導体ウェハ（１３）が堆積した表面と関連する集積半導体回路（１７）に電気的に接続し（１６）、前記集積半導体回路（１７）が、前記半導体チップの前記種々の画素が受けるＸ線の強度を示す複数の電気信号（２０）を生成するように配列される（１８、１９）ことを特徴とする、直接変換Ｘ線検出器。
【請求項４】
請求項３に記載された直接変換Ｘ線検出器の少なくとも一つを使用した放射線装置であって、少なくとも一つの制御されたＸ線源（２１、２２）および制御回路（２９、３０）をさらに含み、前記制御回路が、前記少なくとも一つの直接変換Ｘ線検出器（２８）の方向に少なくとも一つのＸ線露光を実行し、前記少なくとも一つの直接変換Ｘ線検出器（２８）から発生した前記複数の電気信号に基づく少なくとも一つのグラフィック表示を表示（３４）、印刷（３５）および／または記録（３６）することによって、それから推定（３３）すること、並びに、
口腔内または口腔外歯科用Ｘ線装置であることを特徴とする、
放射線装置。
【国際調査報告】
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2015531611.tif 000014
2015531611.tif 000015
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