1. 非晶态硅型平板探测器主要利用了x线的
si是硅,si半导体就是硅基半导体。属于我们常见的第一代半导体。
第一代半导体材料概述
第一代半导体材料主要是指硅(Si)、锗元素(Ge)半导体材料。作为第一代半导体材料的锗和硅,在国际信息产业技术中的各类分立器件和应用极为普遍的集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源、硅光伏产业中都得到了极为广泛的应用,硅芯片在人类社会的每一个角落无不闪烁着它的光辉。
第二代半导体材料概述
第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb);三元化合物半导体,如GaAsAl、GaAsP;还有一些固溶体半导体,如Ge-Si、GaAs-GaP;玻璃半导体(又称非晶态半导体),如非晶硅、玻璃态氧化物半导体;有机半导体,如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。
第二代半导体材料主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。因信息高速公路和互联网的兴起,还被广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信和GPS导航等领域。
第三代半导体材料概述
第三代半导体材料主要以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)为代表的宽禁带(Eg》2.3eV)半导体材料。在应用方面,根据第三代半导体的发展情况,其主要应用为半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器、以及其他4个领域,每个领域产业成熟度各不相同。在前沿研究领域,宽禁带半导体还处于实验室研发阶段。
和第一代、第二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有宽的禁带宽度,高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力,因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件,通常又被称为宽禁带半导体材料(禁带宽度大于2.2ev),也称为高温半导体材料。
2. 简述非晶硅平板探测器的结构及作用
DR是Digital Radiography(直接数字平板X线成像系统 )的缩写,是数据暂存器,是一种在计算机控制下直接进行数字化X线摄影的新技术,即采用非晶硅平板探测器把穿透人体的X线信息转化为数字信号,并由计算机重建图像及进行一系列的图像后处理。
3. 非晶态硒型平板探测器主要利用了x线的
DR系统,即直接数字化X射线摄影系统,是由电子暗盒、扫描控制器、系统控制器、影像监示器等组成,是直接将X线光子通过电子暗盒转换为数字化图像,是一种广义上的直接数字化X线摄影。而狭义上的直接数字化摄影即DDR(DirectDigit Radiography),通常指采用平板探测器的影像直接转换技术的数字放射摄影,是真正意义上的直接数字化X射线摄影系统。按照探测器类型主要分为非晶硅平板DR(主流)、非晶硒平板DR和CCD DR(主流);按照机架结构分为悬吊DR和立柱(UC臂)DR;
都是将X线影像信息转化为数字影像信息,其曝光宽容度相对于普通的增感屏-胶片系统体现出某些优势:CR和DR由于采用数字技术,动态范围广,都有很宽的曝光宽容度,因而允许照相中的技术误差,即使在一些曝光条件难以掌握的部位,也能获得很好的图像;CR和DR可以根据临床需要进行各种图像后处理,如各种图像滤波,窗宽窗位调节、放大漫游、图像拼接以及距离、面积、密度测量等丰富的功能,为影像诊断中的细节观察、前后对比、定量分析提供技术支持。
优劣势对比
优势 劣势
平板DR(非晶硅) 1、转换效率高;
2、动态范围广;
3、空间分辨率高;
4、环境适应性强;
5、同等图像效果时,辐射剂量小 高档次进口平板探测器采购成本及维护成本较高
平板DR(非晶硒) 1、转换效率高;
2、动态范围广;
3、空间分辨率;
4、锐利度好 1、硒层对温度敏感,使用条件受限,环境适应性差 ,坏板率高,使用后期易出现伪影;
2、成像速度慢,成像质量不稳定
CCD DR 1、技术成熟,图像质量对常规临床诊断绰绰有余,采购及维修成本低,采用精密部件结合结构,各种功能单元均可单独拆卸维修,可大幅降低维修费用;
2、投入低、资金回报率快,性价比高 1、肥胖患者及较厚部位拍摄效果不如平板
悬吊DR 1、智能化程度高,平板球管活动灵活,外观大气;
2、可实现全方位拍摄,实现高级临床应用 1、组件配置复杂,需安装槽钢天轨,安装坏境要求高;
2、悬吊臂电机、行程开关故障率较高,后期维护成本高
立柱DR 1、结构紧凑,操作简单,立卧位切换有电动助力,空间要求小,易安装,机械故障少;
2、性价比高,实用性、稳定性强
4. 非晶态硅型平板探测器主要利用了x线的什么性质
自然界的物质按导电能力可分为导体、绝缘体和半导体三类。半导体材料是指室温下导电性介于导电材料和绝缘材料之间的一类功能材料。靠电子和空穴两种载流子实现导电,室温时电阻率一般在10-5~107欧·米之间。通常电阻率随温度升高而增大;若掺入活性杂质或用光、射线辐照,可使其电阻率有几个数量级的变化。1906年制成了碳化硅检波器。
1947年发明晶体管以后,半导体材料作为一个独立的材料领域得到了很大的发展,并成为电子工业和高技术领域中不可缺少的材料。特性和参数半导体材料的导电性对某些微量杂质极敏感。纯度很高的半导体材料称为本征半导体,常温下其电阻率很高,是电的不良导体。在高纯半导体材料中掺入适当杂质后,由于杂质原子提供导电载流子,使材料的电阻率大为降低。这种掺杂半导体常称为杂质半导体。杂质半导体靠导带电子导电的称N型半导体,靠价带空穴导电的称P型半导体。
不同类型半导体间接触(构成PN结)或半导体与金属接触时,因电子(或空穴)浓度差而产生扩散,在接触处形成位垒,因而这类接触具有单向导电性。利用PN结的单向导电性,可以制成具有不同功能的半导体器件,如二极管、三极管、晶闸管等。
此外,半导体材料的导电性对外界条件(如热、光、电、磁等因素)的变化非常敏感,据此可以制造各种敏感元件,用于信息转换。半导体材料的特性参数有禁带宽度、电阻率、载流子迁移率、非平衡载流子寿命和位错密度。禁带宽度由半导体的电子态、原子组态决定,反映组成这种材料的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需的能量。电阻率、载流子迁移率反映材料的导电能力。非平衡载流子寿命反映半导体材料在外界作用(如光或电场)下内部载流子由非平衡状态向平衡状态过渡的弛豫特性。位错是晶体中最常见的一类缺陷。位错密度用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度,对于非晶态半导体材料,则没有这一参数。半导体材料的特性参数不仅能反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别,更重要的是能反映各种半导体材料之间甚至同一种材料在不同情况下,其特性的量值差别。
半导体材料的种类
常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。元素半导体是由单一元素制成的半导体材料。主要有硅、锗、硒等,以硅、锗应用最广。化合物半导体分为二元系、三元系、多元系和有机化合物半导体。二元系化合物半导体有Ⅲ-Ⅴ族(如砷化镓、磷化镓、磷化铟等)、Ⅱ-Ⅵ族(如硫化镉、硒化镉、碲化锌、硫化锌等)、Ⅳ-Ⅵ族(如硫化铅、硒化铅等)、Ⅳ-Ⅳ族(如碳化硅)化合物。三元系和多元系化合物半导体主要为三元和多元固溶体,如镓铝砷固溶体、镓锗砷磷固溶体等。有机化合物半导体有萘、蒽、聚丙烯腈等,还处于研究阶段。
此外,还有非晶态和液态半导体材料,这类半导体与晶态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。制备不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求,包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。
所有的半导体材料都需要对原料进行提纯,要求的纯度在6个“9”以上,最高达11个“9”以上。提纯的方法分两大类,一类是不改变材料的化学组成进行提纯,称为物理提纯;另一类是把元素先变成化合物进行提纯,再将提纯后的化合物还原成元素,称为化学提纯。物理提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯等,使用最多的是区域精制。化学提纯的主要方法有电解、络合、萃娶精馏等,使用最多的是精馏。
由于每一种方法都有一定的局限性,因此常使用几种提纯方法相结合的工艺流程以获得合格的材料。绝大多数半导体器件是在单晶片或以单晶片为衬底的外延片上作出的。成批量的半导体单晶都是用熔体生长法制成的。直拉法应用最广,80%的硅单晶、大部分锗单晶和锑化铟单晶是用此法生产的,其中硅单晶的最大直径已达300毫米。在熔体中通入磁场的直拉法称为磁控拉晶法,用此法已生产出高均匀性硅单晶。在坩埚熔体表面加入液体覆盖剂称液封直拉法,用此法拉制砷化镓、磷化镓、磷化铟等分解压较大的单晶。悬浮区熔法的熔体不与容器接触,用此法生长高纯硅单晶。
水平区熔法用以生产锗单晶。水平定向结晶法主要用于制备砷化镓单晶,而垂直定向结晶法用于制备碲化镉、砷化镓。用各种方法生产的体单晶再经过晶体定向、滚磨、作参考面、切片、磨片、倒角、抛光、腐蚀、清洗、检测、封装等全部或部分工序以提供相应的晶片。在单晶衬底上生长单晶薄膜称为外延。外延的方法有气相、液相、固相、分子束外延等。
工业生产使用的主要是化学气相外延,其次是液相外延。金属有机化合物气相外延和分子束外延则用于制备量子阱及超晶格等微结构。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金属等衬底上用不同类型的化学气相沉积、磁控溅射等方法制成。
半导体和绝缘体之间的差异主要来自两者的能带(band)宽度不同。绝缘体的能带比半导体宽,意即绝缘体价带中的载子必须获得比在半导体中更高的能量才能跳过能带,进入传导带中。室温下的半导体导电性有如绝缘体,只有极少数的载子具有足够的能量进入传导带。因此,对于一个在相同电场下的纯质半导体(intrinsicsemiconductor)和绝缘体会有类似的电特性,不过半导体的能带宽度小于绝缘体也意味著半导体的导电性更容易受到控制而改变。
纯质半导体的电气特性可以藉由植入杂质的过程而永久改变,这个过程通常称为“掺杂”(doping)。依照掺杂所使用的杂质不同,掺杂后的半导体原子周围可能会多出一个电子或一个电洞,而让半导体材料的导电特性变得与原本不同。如果掺杂进入半导体的杂质浓度够高,半导体也可能会表现出如同金属导体般的电性。在掺杂了不同极性杂质的半导体接面处会有一个内建电场(built-inelectricfield),内建电场和许多半导体元件的操作原理息息相关。
除了藉由掺杂的过程永久改变电性外,半导体亦可因为施加于其上的电场改变而动态地变化。半导体材料也因为这样的特性,很适合用来作为电路元件,例如晶体管。晶体管属于主动式的(有源)半导体元件(activesemiconductordevices),当主动元件和被动式的(无源)半导体元件(passivesemiconductordevices)如电阻器(resistor)或是电容器(capacitor)组合起来时,可以用来设计各式各样的集成电路产品,例如微处理器。
当电子从传导带掉回价带时,减少的能量可能会以光的形式释放出来。这种过程是制造发光二极管(light-emittingdiode,LED)以及半导体激光(semiconductorlaser)的基础,在商业应用上都有举足轻重的地位。而相反地,半导体也可以吸收光子,透过光电效应而激发出在价带的电子,产生电讯号。这即是光探测器(photodetector)的来源,在光纤通讯(fiber-opticcommunications)或是太阳能电池(solarcell)的领域是最重要的元件。
半导体有可能是单一元素组成,例如硅。也可以是两种或是多种元素的化合物(compound),常见的化合物半导体有砷化镓(galliumarsenide,GaAs)或是磷化铝铟镓(aluminiumgalliumindiumphosphide,AlGaInP)等。合金(alloy)也是半导体材料的来源之一,如锗硅(silicongermanium,SiGe)或是砷化镓铝(aluminiumgalliumarsenide,AlGaAs)等。
5. 非晶态硅型平板探测器主要利用了x线的电离作用
1.第一代半导体材料主要是指硅(Si)、锗元素(Ge)半导体材料。作为第一代半导体材料的锗和硅,在国际信息产业技术中的各类分立器件和应用极为普遍的集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源、硅光伏产业中都得到了极为广泛的应用,硅芯片在人类社会的每一个角落无不闪烁着它的光辉。 2.第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb);三元化合物半导体,如GaAsAl、GaAsP;还有一些固溶体半导体,如Ge-Si、GaAs-GaP;玻璃半导体(又称非晶态半导体),如非晶硅、玻璃态氧化物半导体;有机半导体,如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。 3.第三代半导体材料主要以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)为代表的宽禁带半导体材料。在应用方面,根据第三代半导体的发展情况,其主要应用为半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器、以及其他4个领域,每个领域产业成熟度各不相同。在前沿研究领域,宽禁带半导体还处于实验室研发阶段。