固態光電倍增器裝置制造方法及圖紙

公開了用于檢測光子的方法以及設備。所述設備包含固態光電倍增器裝置，其中所述固態光電倍增器裝置具有多個微單元，所述微單元具有在25℃大于大約1.7?eV的帶隙。所述固態光電倍增器裝置進一步包含與微單元的每一個相關聯的集成抑制裝置以及薄膜涂層。本文中公開的所述固態光電倍增器裝置在大約?40℃到大約275℃的溫度范圍中操作。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
技術介紹
本專利技術一般涉及固態光電倍增器（SSPM）裝置，且更特定地，涉及操作在寬溫度范圍上的寬帶隙SSPM。在油井鉆探產業中，當前有對伽馬射線檢測的需要。從地下持有氫（H）的化合物反射的高能量伽馬射線可指示可能具有油的具體位點。能夠檢測此類射線的小的、強健的傳感器是高度值得期待的，且對于嚴酷的井下（down-hole）環境（其中沖擊級別接近250重力加速度（G）且溫度可從室溫以下到超過175攝氏度（℃）廣泛地變化）是必要的。若干當前技術利用包含與閃爍體在譜上匹配的光電倍增器管（PMT）的伽馬傳感器。閃爍體當被高能量輻射（諸如伽馬輻射）激發時，發射UV或藍光，且PMT被用來將UV或藍光信號轉換成可讀級別的電子信號。然而，PMT具有負的溫度系數。因而，在溫度增加時，PMT變得不那么敏感。PMT常常要求高的操作電壓，且當振動級別高時，還是易碎的并傾向于失效。對于某些應用（例如，在溫度超過175℃，其中PMT具有小于50%的信號），PMT的壽命可變得過分地（prohibitively）短，因此急劇地抬升了使用它們的成本。在固態雪崩光電二極管（APD）中，被檢測的光子創建的載流子被應用的高電場加速到充分高的動能。它通過碰撞電離創建二次電荷對，從而導致高的增益。工作在線性模式中的APD可被用于一些油井鉆探應用。然而，工作在線性模式的APD是非常溫度敏感的，因此降低了檢測器的敏感性以及能量分辨率。在蓋革（Geiger）模式中，APD超出它的擊穿電壓被操作，導致進一步的碰撞電離和高的增益。單個APD可被限制在射線事件的檢測、光匯集、以及檢測區域中。在油井鉆探應用中，區分低和高光子通量是期望的。APD的陣列能夠檢測多個光子并成比例擴大到更大的檢測區域，但是可用的APD陣列是用硅半導體制造的，其在室溫具有好的性能，但隨溫度的增加可迅速丟失它的敏感性。因此，存在對具有一種裝置的現有需要，該裝置能夠操作在廣泛各種的溫度級別（包含在高達或高于175℃的溫度）而不帶有檢測信號的大的衰退。
技術實現思路
本專利技術的實施例針對固態光電倍增器裝置以及它工作的方法。在一個實施例中，公開了一種在井下鉆探應用中檢測高能量輻射的方法。閃爍體通過暴露于所述高能量輻射來產生光子。這些光子被固態光電倍增器裝置在大于大約175℃的溫度檢測，并由關聯電子器件在大于大約175℃的溫度進行處理來產生對應于所檢測光子的信號。所述固態光電倍增器裝置包含：多個微單元，其具有在25℃大于大約1.7eV的帶隙；集成抑制（quenching）裝置，其與各個微單元的每一個相關聯；以及薄膜涂層，其在每一個微單元的半導體表面上。在一個實施例中，公開了一種方法。所述方法包含由固態光電倍增器裝置在范圍從大約-40℃到大約275℃的溫度檢測光子。所述固態光電倍增器裝置包含：多個微單元，其具有在25℃大于大約1.7eV的帶隙；集成抑制裝置，其與各個微單元的每一個相關聯；以及薄膜涂層，其在每一個微單元的半導體表面上。在一個實施例中，公開了一種方法。所述方法包含由固態光電倍增器裝置在200℃或更多的溫度變化上檢測光子。所述固態光電倍增器裝置包含：多個微單元，其具有在25℃大于大約1.7eV的帶隙；集成抑制裝置，其與各個微單元的每一個相關聯；以及薄膜涂層，其在每一個微單元的半導體表面上。在一個實施例中，公開了一種用于檢測光子的設備。所述設備包含具有多個微單元的固態光電倍增器裝置，其中所述微單元具有在25℃大于大約1.7eV的帶隙。所述固態光電倍增器裝置進一步包含關聯于所述微單元的每一個的集成抑制裝置，以及在每一個微單元的半導體表面上的薄膜涂層。本文中公開的所述固態光電倍增器裝置在范圍從大約-40℃到大約275℃的溫度來操作。附圖說明這些以及其它優勢和特征將從本專利技術的優選實施例的以下詳細描述更容易地被理解，所述詳細描述關于附圖被提供。圖1是依據本專利技術的一實施例的、包含固態光電倍增器裝置的設備的透視圖；圖2是依據本專利技術的一實施例的固態光電倍增器裝置的示意圖；圖3是依據本專利技術的一實施例的鑒別器的示意圖；圖4是依據本專利技術的一實施例的帶有集成多晶硅抑制電阻器的SSPM的個體微單元的示意圖；以及圖5是依據本專利技術的一實施例的帶有包含p-n結二極管的集成抑制裝置的SSPM的個體微單元的示意圖。具體實施方式現在將參考如在附圖中所示出的本專利技術的示范實施例來更加詳細地描述本專利技術的方面。盡管本專利技術在下面參考優選實施例被描述，但應當被理解的是，本專利技術并不受限于此。取得本文中教導的本領域中那些普通技術人員將認識到如本文中所公開并要求權利的本專利技術的范疇內的另外實現、修改、和實施例、以及其它使用的領域，以及相對于其，本專利技術能夠具有顯著效用。在以下描述中，無論何時本專利技術的一實施例的特定方面或特征被稱為包括組的至少一個元素以及其的組合或由組的至少一個元素以及其的組合組成，被理解為該方面或特征可或個體地、或以與那個組的其它元素中的任何元素相組合的方式來包括該組的元素中的任何元素或由該組的元素中的任何元素來組成。在以下的說明書以及隨附權利要求中，單數形式“一（a或an）”以及“該（the）”包含多個指示物，除非上下文以其它方式清楚地規定。如本文中在說明書和權利要求中各處所使用的近似語言，可被應用來修飾任何定量的表示，所述任何定量的表示能夠可容許地變化且不導致其所相關的基本功能中的改變。相應地，被術語或多個術語（諸如“大約”或“大體上”）修飾的值，可不被限制于所指定的精確值，且可包含與所指定的值不同的值。在至少一些實例中，近似語言可對應于用于測量該值的器械的精度。本專利技術的方面針對用于在嚴酷的井下環境（其中沖擊級別接近250重力加速度（G））中在油井鉆探應用中使用的固態光電倍增器（SSPM）裝置。進一步地，本文中描述的SSPM裝置操作在較低的電壓，且可操作在寬溫度范圍，對溫度變化不那么敏感，且比常規使用的PMT更加可靠。在圖1中公開的示范實施例中，系統10可包含光子生成器12，其能夠將高能量輻射14轉變成光子16。光子生成器12可包含諸如閃爍體或磷光體的任何裝置。SSPM裝置20可被暴露于所生成的光子16來檢測光子16，并將它們轉變成電的或電子的信號（未示出），所述電的或電子的信號能夠被關聯的電子器件所檢測，以確定所撞擊（impinge）的高能量輻射的時間、能量以及位置。所公開的SSPM裝置配置成檢測撞擊光子，同時在寬溫度窗口來操作，而沒有光子檢測能力的大體丟失。本文中公開的SSPM裝置能夠在從室溫之下到高溫（elevatedtemperature）的溫度范圍來操作，諸如，例如-50℃到275℃。在一個實施例中，SSPM裝置配置成操作在-40℃到250℃的溫度范圍。在一個實施例中，SSPM裝置20配置成在高溫（諸如，例如大于175℃）來操作。在本文中使用時，SSPM裝置“配置成在大于175℃的溫度來操作”，指的是裝置能夠在大于175℃的溫度來操作，而不丟失其在小于175℃的溫度來操作的能力。在進一步的實施例中，SSPM裝置配置成在甚至大于200℃的溫度來操作。在另一個實施例中，SSPM裝置可被操作在室溫以下的溫度。在一個實施例中，SSPM可配置成在小于大約-40℃的溫度來操作。在一個實施例中，所公開的SSPM裝置配置成檢測撞擊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在井下鉆探應用中檢測高能量輻射的方法，所述方法包括：通過在暴露于所述高能量輻射的閃爍體中產生光子來檢測所述高能量輻射；由固態光電倍增器裝置在大于大約175℃的溫度來檢測所述光子；以及使用關聯電子器件在大于175℃的溫度來處理所檢測的光子，從而產生對應于所檢測的光子的信號，其中所述固態光電倍增器裝置包括：多個微單元，具有在25℃大于大約1.7?eV的帶隙；集成抑制裝置，與各個微單元的每一個相關聯；以及薄膜涂層，在每一個微單元的半導體表面上。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.04.04 US 14/2449791.一種在井下鉆探應用中檢測高能量輻射的方法，所述方法包括：通過在暴露于所述高能量輻射的閃爍體中產生光子來檢測所述高能量輻射；由固態光電倍增器裝置在大于大約175℃的溫度來檢測所述光子；以及使用關聯電子器件在大于175℃的溫度來處理所檢測的光子，從而產生對應于所檢測的光子的信號，其中所述固態光電倍增器裝置包括：多個微單元，具有在25℃大于大約1.7eV的帶隙；集成抑制裝置，與各個微單元的每一個相關聯；以及薄膜涂層，在每一個微單元的半導體表面上。2.如權利要求1所述的方法，進一步包括使用噪聲降低電子器件在大于大約175℃的溫度來增加所產生信號的信號對噪聲比。3.如權利要求1所述的方法，其中所述固態光電倍增器的活躍區域具有大于大約40%的峰值量子效率。4.如權利要求1所述的方法，其中所述薄膜涂層的厚度在從大約10nm到大約10微米的范圍中。5.一種方法，包括：由固態光電倍增器裝置在范圍從大約-40℃到大約275℃的溫度來檢測光子，其中所述固態光電倍增器裝置包括：多個微單元，具有在25℃大于大約1.7eV的帶隙；集成抑制裝置，與各個微單元的每一個相關聯；以及薄膜涂層，在每一個微單元的半導體表面上。6.如權利要求5所述的方法，進一步包括：使用關聯電子器件在范圍從大約-40℃到大約275℃的溫度來處理所檢測的光子，從而產生對應于所檢測的光子的信號。7.如權利要求6所述的方法，進一步包括使用噪聲降低電子器件在范圍從大約-40℃到大約275℃的溫度來增加所產生信號的信號對噪聲比。8.如權利要求7所述的方法，進一步包括依據所述固態光電倍增器裝置的信號級別來動態設置關聯的可變增益放大器的增益。9.如權利要求5所述的方法，進一步包括通過在暴露于高能量輻射的閃爍體中產生所述光子來檢測所述高能量輻射。10.如權利要求9所述的方法，進一步包括區別至少兩個不同能量級別的高能量輻射，并對每一個能量級別指派計數。11.如權利要求5所述的方法，其中所述薄膜涂層的厚度在從大約10nm到大約10微米的范圍中。12.一種方法，包括：由固態光電倍增器裝置在200℃或更多的溫度變化上檢測光子，其中所述固態光電倍增器裝置包括：多個微單元，具有在25℃大于大約1.7eV的帶隙；集成抑制裝置，與各個微單元的每一個相關聯；以及薄膜涂層，在每一個微單元的半導體表面上。13.如權利要求12所述的方法，進一步包括使用關聯電子器件在200℃或更多的溫度變化上處理所檢測的光子，從而產生對應于所檢測的光子的信號。14.如權利要求13所述的方法，進一步包括使用噪聲降低電子器件在200℃或更多的溫...

【專利技術屬性】
技術研發人員：SI索羅維夫，PM桑維克，SI多林斯基，CP陳，HC克萊門，S帕利特，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：美國;US