[发明专利]成像探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像辐射探测器，并且在具体实施例中涉及一种混合型辐 射探测器，包括用于执行对X射线、电子或常见的电离辐射进行计数的集成电 路。

背景技术

例如用于X射线或电子的成像辐射探测器可以采用混合型，其中，读出芯 片包括用于读出并处理数据的电子电路，而且传感器直接安装在读出芯片上， 该装置具有许多源于传感器和读出芯片间的互连接点(bond)的规则格网的像 素(平面的几何形状)。在可选的设置中，传感器本身具有由于机械加工到传感器 内的电极的规则排列而产生的像素(三维的几何形状)。像素用于空间分辨地探测 到达相应像素的X射线、电子或通常的电离辐射。当X射线、电子或常见的电 离辐射与像素相互作用时，产生由读出芯片读出的电荷。这种探测器能够作为 成像传感器。

第一种类型的商业辐射探测器是由Panalytical BV出售的PIXcel(商标)探 测器，该探测器使用了Si传感器。传感器的每个像素都具有相应的凸块接点 (bump bond)，用于将像素连接到相应的读出电路。

当X射线被吸收在传感器的像素内时，它与原子相互作用以产生光电子， 该光电子转而激发来自邻近原子的许多外层电子并因此在传感器材料的小空间 区域内产生电子云(以及空穴)。电子云中可能存在量级为两千个的电子。电子的 数量与X射线光子的能量成比例。偏压引起电子云扩散到传感器的后部，其中 电子云经过凸块连接至读出芯片并被像素的相应电路转化为电脉冲以及作为计 数而探测出来。

读出芯片能够处理接收到的电脉冲以建立图像。这可以以许多方式实现。 通常，一旦产生的电脉冲超过电压阈值，则计数被空间分辨地收集在探测器的 像素点阵内。被收集在像素点阵内的不同数量的计数形成吸收对比图，即物体 的图像。在X射线衍射试验中，像素的计数组成二维X射线衍射图形，并且它 们还可以专门被集成或储藏在一起以形成衍射图，后者利用PIXcel探测器实现。

US 6,933,503教导了在辐射探测器中使用锗，该文献描述了一种夹置在两个 相对薄掺杂GaAs层之间的大容量锗X射线探测器，其因此组成pn二极管。 GaAs层的其中之一被分割以制作多个像素。锗比GaAs层厚得多，从而使X 射线基本上全部被吸收在大容量锗内。

当X射线或电子与读出芯片相互作用时，X射线或电子能引起对读出芯片 的损伤。这能导致辐射探测器出现问题和故障。这种情况在以下实验室X射线 分析的情况下是一种特殊的问题，其中对于装有Si传感器的探测器，利用了 17.4keV的Mo辐射或者代替更常规的8keV的Cu辐射而利用了来自同步加速 器源的等于20keV的X射线。

一种用于减小由X射线或电子引起的损伤的公知方法是代替Si利用固有地 吸收更多X射线或电子的材料，诸如GaAs、CdZnTe或CdTe。不幸地是，这 种材料作为传感器仍然很有问题，并且通常给出有限的探测器性能。在Si上进 行加工处理通常比采用这些更奇特的材料要简单得多。

在US 5,889,313和US 6,204,087中教导了另外一种方法，其教导使用一种 具有延伸通过传感器的阳极杆的不同构造。这些杆被偏置以收集电子。这种构 造具有的优势是由辐射产生的电子传播到阳极杆比其传播到传感器表面上的收 集或测量电极的距离要近。据说该构造用于减小辐射损伤。

然而，已证实该构造在实际中很难制造以获得商业装置。在300μm厚的基 片内很难制造非常狭窄的具有正确的纵横比和间距的通孔。如果使用了较薄的 传感器，对于最佳灵敏度而言吸收通常太低，如同典型地对于X射线实验室分 析器的情况。

因此，仍然需要能更好地防止读出芯片受到8-20keV范围内的辐射损伤的 Si基传感器。由于高空间分辨探测器的读出芯片能够在亚微型CMOS工艺中被 制造，该工艺示出某种辐射难度但不专门采用辐射难度设计，所以这是重要的。

发明内容

根据本发明，提供了根据权利要求1的辐射探测器阵列。

发明人已认识到通过增加研究范围内的辐射在传感器内的吸收，可以减少 对探测器包括读出芯片的辐射损伤。

换句话说，发明人已认识到可以使用一个另外的活性层来减小辐射损伤， 而不是将被动辐射吸收层例如应用到读出芯片的顶部。