基于量子点多孔硅膜的辐射探测器的制作方法

1.以下内容大致涉及成像，更具体地涉及一种基于量子点(qd)多孔硅(psi)膜的辐射探测器，并以用于计算机断层扫描(ct)成像的具体应用来进行描述；然而，基于qd
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psi膜的辐射探测器也适用于其他应用，诸如核医学、用于物理学和天文学应用的光谱辐射探测器等等。


背景技术：

2.包括一块多孔硅(psi)且在psi的柱状孔中有辐射吸收材料的量子点(qd)的辐射探测器(即qd
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psi辐射探测器)，需要两侧的平整度(在微米以内)，以便与其他材料层接合。图1示出了这种psi块的示例的子部分的示意性截面透视图。在这个示例中，psi块102包括仅部分地沿着块102的厚度106延伸的多个孔104、si的顶侧/第一侧面110以及底侧/第二相反侧面112。孔104被填充有qd(未示出)。顶侧110和底侧112两者具有大致平坦的表面，这允许与其他材料层接合。应理解的是，顶侧110和底侧112是示意性的表示，且方位可以翻转，使顶部变成底部，反之亦然。
3.相比之下，psi膜具有完全穿过si的孔。然而，由于孔的制造过程，psi膜将包括在psi膜的一侧围绕孔的开口且从孔的开口向外延伸的si突出部(物理缺陷)。图2示出了这种psi膜的示例的子部分的示意性截面透视图。在这个示例中，psi膜202包括完全延伸穿过厚度206的多个孔204、第一侧面210和第二相反侧面212。孔204被填充有qd(未示出)。第一侧面210具有大致平坦的表面，但第二相反侧面212具有不规则的(非平坦的)表面，其具有si突出部214(为清楚起见只示出一个)。keshavarzi等人的“formation mechanisms of self
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organized needles in porous silicon based needle
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like surfaces(基于多孔硅的针状表面的自组织针的形成机制)”(《电化学学会杂志》，165(3)e108
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e114(2018))中讨论了突出部214的形成和尺寸的预测。
4.由于psi膜202不会有两侧的平整度，因此它不太适合用于集成或堆叠的多层qd
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psi探测器，这些探测器需要两侧(顶部和底部)的平整度以便与其他材料层接合。诸如研磨和/或抛光的加工技术可以被添加到制造过程中，以减少或去除硅突出部。然而，这些附加的制造加工步骤给整个制造过程增加了大量的成本和/或时间，从而增加了产品成本。


技术实现要素：

5.本文所述的多个方面解决了上面提到的问题和其他问题。
6.以下内容大致涉及一种具有孔的多孔硅(psi)膜，孔延伸穿过psi膜的厚度，被填充有量子点(qds)，且包括si突出部。如下文更详细地描述的，在一个非限制性实例中，psi膜是辐射探测器的一部分，且si突出部被并入到制造过程中，而没有增加任何附加的制造步骤。
7.在一个方面，一种用于辐射探测器的探测层包括多孔硅膜。多孔硅膜包括：具有第一侧面和第二相反侧面的硅；从第一侧面到第二相反侧面完全延伸穿过硅的多个孔，每个
孔包括共用的壁；至少一个硅突出部，其从第一侧面向外突出并延伸一定的距离。多孔硅膜还包括位于孔内的多个辐射敏感量子点和被设置在第一侧面上且具有表面和厚度的量子点层，其中厚度大于距离。
8.在另一个方面，一种成像系统包括：发射辐射的辐射源：探测器阵列，其包括带有探测层的探测器，该探测层探测由辐射源发射的辐射并产生指示该辐射的信号；和重建器，其对信号进行重建以产生体积图像数据。探测层可包括一个或多个多孔硅膜，多孔硅膜包括：具有第一侧面和第二相反侧面的硅；从第一侧面到第二相反侧面完全延伸穿过硅的多个孔，每个孔包括共用的壁；至少一个硅突出部，其从第一侧面向外突出且延伸一定的距离。探测层还包括位于孔内的多个辐射敏感量子点和被设置在第一侧面上且具有表面和厚度的量子点层，其中厚度大于距离。
9.在另一个方面，一种方法包括利用辐射源发射辐射，和利用探测器接收所发射的辐射并产生指示辐射的信号。探测层包括一个或多个多孔硅膜，多孔硅膜具有：第一侧面和第二相反侧面；从第一侧面到第二相反侧面完全延伸穿过硅的多个孔，每个孔包括共用的壁；至少一个硅突出部，其从第一侧面向外突出并延伸一定的距离。探测层还包括位于孔内的多个辐射敏感量子点和被设置在第一侧面上且具有表面和厚度的量子点层，其中厚度大于距离。
10.本领域的技术人员在阅读和理解所附描述后将认识到本技术的其他方面。
附图说明
11.本发明可以表现为各种部件和部件的布置结构以及各种步骤和步骤的排布的形式。附图只是为了例示说明实施例的目的，而不应被理解为对本发明的限制。
12.图1示意性地示出了根据本文的一个(多个)实施例的psi块。
13.图2示意性地示出了根据本文的一个(多个)实施例的psi膜。
14.图3示意性地示出了根据本文的一个(多个)实施例的带有辐射探测器的示例性成像系统，该辐射探测器包括在孔中有qd的psi膜。
15.图4示意性地示出了根据本文的一个(多个)实施例的将psi膜接合到顶部触点的探测器的示例。
16.图5示意性地示出了根据本文的一个(多个)实施例的将psi膜接合到另一层的探测器的示例。
17.图6示意性地示出了根据本文的一个(多个)实施例的将psi膜接合到像素限定接触材料的探测器的示例。
18.图7示出了根据本文的一个(多个)实施例的示例性方法。
具体实施方式
19.以下内容大致涉及一种具有孔的多孔硅(psi)膜，孔延伸穿过psi膜的厚度，被填充有量子点(qd)，且包括si突出部。在一个非限制性实例中，如下面更详细地描述的，psi膜是辐射探测器的一部分，且si突出部被并入制造过程中，而没有增加任何附加的制造步骤。
20.图3示意性地示出了一种成像系统400，例如计算机断层扫描(ct)扫描仪。成像系统400包括固定门架402和旋转门架404，旋转门架404被固定门架402可旋转地支撑，且围绕
着环绕纵向或z轴(“z”)的检查区域406旋转。
21.受试者支撑件408(例如卧榻)支撑位于检查区域406内的受试者或物体。受试者支撑件408能够与执行成像操作协调地移动，以便相对于检查区域106来引导受试者或物体，以装载、扫描和/或卸载受试者或物体。
22.辐射源410(例如x射线管)由旋转门架404支撑并且与旋转门架404一起围绕检查区域406旋转。辐射源410发射x射线辐射，x射线辐射被例如通过源准直器(不可见)准直以形成穿过检查区域406的大致扇形、楔形、锥形或其他形状的x射线辐射束。
23.辐射敏感探测器阵列412对着与跨过检查区域406的辐射源410相对的角度弧。辐射敏感探测器阵列412包括一排或多排探测器414。探测器414探测穿过检查区域406的辐射，并生成指示辐射的电信号(投影数据)。在所示的示例中，每个探测器414包括至少一个或多个探测层416。为了清楚起见，只详细讨论一个探测层416i。其他探测层416(如果有的话)在结构上与探测层416i基本上类似，因此将不作详细描述。
24.探测层416i包括psi膜418i，其具有：孔420i(为清楚起见只示出一个)，孔被填充有qd 422i(和/或用于将辐射或光转换为电荷的任何其他材料)；从孔420i的si壁426i向外延伸(相对于psi膜418i)的si突出部424i(为清楚起见仅示出一个)；位于具有si突出部424i的侧面430i上且覆盖si突出部424i的qd层428i；与侧面430i相反的相反侧面432i以及表面434i。合适的qd的示例在2014年9月23日提交的、名称为“encapsulated materials in porous particles(多孔颗粒中的封装材料)”的申请序号ep14186022.1中描述，其全部内容通过引用并入本文。
25.在一个实施例中，侧面430i在辐射源410近侧，而相反侧面432i在辐射源410远侧，而在另一个实施例中，相反侧面432i在辐射源410的近侧，而侧面430i在辐射源410的远侧。如下面更详细的描述，对于这些实施例，psi的突出部424i被并入探测器414的现有制造中，并且没有给制造过程增加新的步骤。因此，这些实施例缓解了给制造过程增加附加的制造步骤，如研磨和/或抛光步骤，以减少或去除硅突出部424i，从而减少与这些附加的制造步骤相关联的附加成本和/或时间。
26.在一个实例中，探测层416包括间接转换(例如，闪烁体/光传感器对)探测器。在另一个实例中，探测层416包括方向转换探测器。基于psi的闪烁体/光传感器和方向转换探测层的示例在2015年8月7日提交的、名称为“quantum dot based imaging detector(基于量子点的成像探测器)”的专利申请序号62/202,397和2016年3月23日提交的、名称为“radiation detector scintillator with an integral through
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hole interconnect(具有整体通孔互连的辐射探测器闪烁体)”的专利申请序号62/312,083中得到描述，两者的全部内容通过引用并入本文。
27.对于多探测层配置，在2016年10月26日提交的、名称为“nano
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material imaging detector with an imaging detector with an integral pixel border(带有具有整体像素边界的成像探测器的纳米材料成像探测器)”的专利申请序号62/412,876中描述了规定信号穿过像素壁的路线，其全部内容通过引用并入本文。在2016年3月23日提交的、名称为“nano
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material imaging detector with an integral pixel border(具有整体像素边界的纳米材料成像探测器)”的专利申请序号62/312,083中进一步描述了在其边界中具有qd的像素壁，其全部内容通过引用并入本文。
28.重建器436对投影数据进行重建以生成体积图像数据。操作员控制台438包括人类可读输出装置，如显示监视器、胶片机等，以及输入装置，如键盘、鼠标等。操作员控制台438被配置成控制旋转门架404、受试者支撑件408、辐射源410、辐射探测器412和/或重建器436。
29.图4示意性地示出了被接合到顶部触点508的探测层416i的示例。在该实施例中，侧面430i在图3的辐射源410以及进入的辐射502的近侧。si突出部424i从si壁426i在侧面430i上突出一定的距离504。qd层428i具有厚度506，该厚度大于距离504。因此，si突出部424i被完全嵌置在qd层428i中，且不影响表面434i的平整度。在这个示例中，表面434i被接合到顶部触点508，且qd层428i包括辐射衰减材料(例如硫化铅，pbs)，它衰减了进入的辐射502。底侧432i可以与另一个探测层416i或其他层接合。
30.图5示意性地示出了被接合到另一层的探测层416i的示例。在这个实施例中，侧面430i在图3的辐射源410以及进入的辐射602的近侧。si突出部424i从si壁426i在侧面430i上突出一定的距离604。qd层428i具有厚度606，该厚度大于距离604。因此，si突出部424i被完全嵌置在qd层428i中，且不影响表面434i的平整度。在这个示例中，表面434i被接合到层608，例如另一个探测层416和/或其他层。在另一个实施例中，另一层被接合到层608。另外或替代地，底侧432i可以被接合到另一个探测层416i或其他层。
31.以下内容描述了用于形成图5和/或图6的探测层416i的qd层428i的非限制性过程。对于qd层428i，qd的沉积可以通过浸渍或旋涂技术实现，这些技术采用用于填充孔420i的相同的胶体qd溶液。顺序的沉积步骤可用于构建qd层428i，直到厚度506(例如，二十五(25)微米或更多)。这种方法一般适用于纳米颗粒的胶体溶液(无论其成分如何)以及可分散的聚合物。替代地，也可以进行非胶体膜(例如金属或半导体触点)的物理或化学气相沉积。
32.在qd层428i中利用pbs或其他合适的材料不会给制造过程增加步骤，因为无论探测层416i包括psi膜418i还是psi块102(图1)，都会利用这种材料来衰减进入的辐射502。此外，si突出部424i(例如，至少在图5和/或图6的实施例中)提高了电荷收集效率，例如，通过在qd层428i中实现附加电荷收集，而不是将其限制在侧面430i的平坦表面上。这允许si突出部424i和qd层428i的组合，以同时增加辐射衰减和输出信号。此外，利用psi膜418i而不是psi块102(图1)，允许在下一级组装之前进行视觉检查和验证。
33.图6示意性地示出了探测器的示例，其具有被接合到像素限定接触材料的psi膜。与图4和/或图5的实施例相比较，在这个实施例中，相反侧面432i在图3的辐射源410以及进入的辐射702的近侧。si突出部424i从si壁426i在侧面430i上突出一定的距离704。qd层428i具有厚度706，该厚度大于距离704。因此，si突出部424i被完全嵌置在qd层428i中，且不影响表面434i的平整度。在这个示例中，表面434i被接合到像素限定接触材料708。
34.以下内容描述了用于形成图7的探测层416i的qd层428i的非限制性过程。对于qd层428i，qd的沉积可以与用于图5和/或图6的探测层416i的相同，且psi膜418i重新定向。替代地，穿过孔420i的qd 422i可以在通过蒸发干燥形成的侧面430i上构建qd层428i。在一个实例中，这能够“捕获”没有沉积在孔420i的壁426i上的qd 422i。同样，利用psi膜418i而不是psi块102(图1)允许在下一级组装之前进行视觉检查和验证。
35.在一个非限制性实施例中，图5
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7中的qd层428i具有二十五(25)微米或以下的厚
度。
36.图7示出了根据本文的一个(多个)实施例的示例性方法。
37.在802处，x射线辐射被发射穿过检查区域并被位于检查区域内的物体部分地衰减。
38.在804处，被部分地衰减的x射线辐射被探测器阵列412探测到，探测器阵列412包括psi膜418i，其具有qd 422i和qd层428i，如本文所述。
39.在806处，探测器阵列412响应于探测到辐射，产生指示辐射的电信号(投影数据)。
40.在808处，重建器436对电信号进行重建，产生体积图像数据。
41.在810处，控制台438显示体积图像数据。
42.虽然已经在附图和前面的描述中详细地例示说明和描述了本发明，但这些例示说明和描述应被视为例示说明性的或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域的技术人员在实施所要求保护的发明时可以理解并实现对所公开的实施例的其他变化。
43.词语“包括”并不排除其他元素或步骤，且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的几项的功能。仅仅是在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，并不表明不能利用这些措施的组合来获益。
44.计算机程序可以存储/分发在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但也可以以其他形式分发，例如通过互联网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记都不应被理解为限制范围。