[发明专利]光子计数半导体探测器

说明书

一种辐射探测器(10)，包括：半导体元件(1)，其用于生成正空穴和电子；阴极(2)，其被形成在所述半导体元件(1)的第一表面上；以及，多个分段式阳极(3)，其被形成在所述半导体元件(1)的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对。此外，多个分段式转向电极(5a)被定位为毗邻所述多个分段式阳极(3)。此外，多个掺杂原子被定位在所述多个分段式阳极(3)的至少部分之上，以降低所述多个分段式阳极(3)与所述多个分段式转向电极(5a)之间的电压差。

技术领域

本申请总体上涉及X射线光子计数探测器。尽管与针对计算机断层摄影(CT)的特殊应用一起描述本申请，但是本申请也涉及可期望对探测到的具有不同能量的光子进行能量解析的其他应用。

背景技术

计算机断层摄影(CT)系统包括辐射源，所述辐射源发射穿过检查区域的多能量电离光子。这样的系统还包括辐射敏感探测器，所述辐射敏感探测器被定位在检查区域的对侧与辐射源相对，所述辐射敏感探测器探测穿过检查区域的光子。探测器产生针对每个探测到的光子的电信号，例如电流或电压。探测器还包括用于基于电信号对探测到的光子进行能量解析的电子器件。

直接转换光子计数探测器包括在两个电极之间的半导体材料的块，高电压被施加到所述半导体材料的块。入射光子创建许多电子/空穴对。电荷在电场中被分离，即，电子朝向(最终分段式)阳极漂移，并且空穴朝向(最终分段式)阴极漂移。例如，探测器能够对X射线光子、伽马射线光子或光学光子敏感。例如，探测器能够包括专门用于X射线光子计数的CdTe或CZT。例如，光子能够通过阴极入射，并且电子能够被分段式(即，像素化的)阳极收集。一般而言，电荷的数量正比于原始光子能量。除纯粹探测吸收的光子之外，可能测量全部收集的电荷，以确定原始光子能量。

在电荷的漂移期间，由于电容性耦合，电流被感应到任意电极中。穿过直接转换器由具有电荷q的电荷载体和轨迹在像素j中生成的电流脉冲I_j(t)解析性地由以下公式计算：其中，表示第j个电极(或像素)在电荷位置处的权重势(也被称为权重场)的梯度，并且表示电荷的速度向量。简单地说，电极感应到的电流越大，对应的电极的权重势梯度越大，并且电荷移动越快。

为了实现快速计数性能，需要生成尽可能短的脉冲。通常，其目标是降低信号生成电极的尺寸，这是因为较小的尺寸能够实现对电极周围的权重势的约束，即，权重势梯度被局部地增强。在实践中，选择矩形或六边形像素阵列，其中，由于已知小像素效应的效应，每个像素生成尖锐脉冲。

因此，就在漂移电荷进入像素电极之前感应到脉冲的主要部分，相比于连续层电极，所述像素电极引起严重的尖锐脉冲。然而，在不接受已知为电荷共享的重大退化效应的情况下，不能够降低像素周期，因为随着像素尺寸减小，电荷云被近邻像素部分收集的可能性增加，因此在像素中的每个中生成计数。在将脉冲用于光子能量测量的情况下，出现仅电荷的部分被每个像素收集，使得丢失原始能量信息。

在转向电极的概念的情况下，进一步使像素尖锐化是可能的。在这一概念中，保持像素间距，但是进一步降低了收集像素电极的尺寸，使得提供甚至更好的约束的权重势。由所谓的转向电极围绕集电极，所述转向电极尽可能好地填充收集像素电极之间的间隙。为了避免电荷由转向电极收集，所述转向电极一般设置在与电荷相同极性的电势上。为了达到适当的势差，在半导体之内的电场被弯曲，使得电荷实质上被引导朝向集电极。能够通过使用不仅一个而是若干交错排列的转向电极改善该概念。

本申请的各个方面解决了上述问题和其他问题。

发明内容

根据一个方面，一种装置，包括：集电极对，所述集电极对彼此相对；半导体，其被放置在所述集电极对之间；以及，转向电极，其被定位为毗邻所述集电极对中的一个。此外，空间调制的掺杂形态定位在所述转向电极的至少部分之上，并且在所述半导体之内。