鈣鈦礦X光感測技術：材料世界網

黃國瑋、許凱翔、胡智鈞、陳壬安 / 工研院綠能所

X光於醫療用檢測、工業用非破壞性檢測、海關安檢等各領域應用逐漸增加，更高靈敏度與解析度的X光感測器將能突破既有應用領域限制，其中鈣鈦礦材料因具備良好載子傳輸能力和高原子序等優勢，近期成為高靈敏度X光感測器的優勢候選感測材料。本文整理用於直接式與間接式(閃爍體)X光感測器的鈣鈦礦材料技術發展，並介紹工研院綠能所開發各式鈣鈦礦X光感測技術以及商規尺寸鈣鈦礦X光平板感測器開發成果。

【內文精選】

鈣鈦礦X光感測技術介紹

1. 直接式感測技術

研究發現，當材料受到高能輻射線激發時產生電荷載子，通過元件設計可使電荷載子往電極兩側移動，施加偏壓即可產生電流，並通過TFT或互補金屬氧化半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor; CMOS)陣列收集電荷進而轉為電訊號。目前可應用於直接式感測的傳統半導體材料包括：矽、非晶硒、碘化汞以及碲化鋅鎘等，然而這些材料因其毒性、輻射制動能力、製造成本以及環境問題等，限制了其大規模商業化的應用。鹵化鈣鈦礦在直接式感測器因其電洞的μτ值比傳統直接式感測材料高出十幾倍，依據元件結構設計，目前有幾個分類如圖三所示，分別能展現出高靈敏度、低暗電流密度與低反應延遲等優勢規格。

圖三、直接式感測元件結構設計，(a)橫向對稱設計；(b)垂直光設計；(c)不對稱接觸肖特基結構；(d)異質結構；(e)、(f) p-n結構

2. 間接式感測技術

目前最常見的的閃爍體材料如：Bi₄Ge₃O₁₂、BGO、Gd₂SiO₅:Ce、Cerium-doped Lutetium Oxyorthosilicate、Lu₂SiO₅:Ce、LSO與LaCl₃:Ce等相繼被開發，並已發展各種調控材料特性的方案，如：摻雜光活化劑、高分子化合物、調整晶體結構與調控能隙等，藉此改善靈敏度、生產成本、大尺寸均勻性與光穩定性等。隨著影像感測器性能提升，類比數位轉換技術與訊號處理技術趨於成熟，拓展出許多新興應用市場，這都對於靈敏度更高與可撓性更佳的閃爍體有急迫的需求。

工研院綠能所於鈣鈦礦X光感測器現有能量

1. 直接式感測技術

工研院綠能與環境研究所透過鈣鈦礦膠體粒子均質化專利配方，搭配國際首創超音波噴塗製程專利技術，可製作出高X光靈敏度(為現有產品的1,870倍)、低暗電流密度(主流文獻一億分之一)與低反應時間延遲率(0.83%)之直接式鈣鈦礦X-ray感測膜，與現有相關文獻發表技術及現有材料產品a-Se規格比較如圖六所示，由列表可知本團隊技術具備高競爭力，厚度調控精度範圍為小於400 ± 1 μm，尺寸最大可達50 cm × 50 cm，並可根據不同商規尺寸TFT面板需求，開發客製化鈣鈦礦感測膜技術與對應封裝技術 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。