[发明专利]用于探测器晶体的子带红外辐照

说明书

本发明涉及具有用于将入射辐射转换为电信号的直接转换半导体层的辐射探测。当直接转换半导体材料被辐照时，子带红外(IR)辐照大大减少了直接转换半导体材料中的极化，使得可能以较高的管电流来进行计数，而不存在任何基线偏移。IR辐照设备被集成到读出电路中，晶体被以倒装芯片的方式键合到所述读出电路，以便实现4侧可对接晶体。

技术领域

本发明涉及辐射探测器领域，例如但不限于包括用于将入射辐射转换为电信号的直接转换半导体层的X射线探测器。更具体地，本发明涉及光子计数(能量解析)探测器领域，例如用于人体医学成像或其他目的。

背景技术

包括直接转换半导体层的X射线探测器使得个体X射线量子或光子能够定量地并以能量选择的方式被探测。在该类型X射线探测器的情况下，入射X射线光子部分地由于与半导体材料的多阶段物理相互作用过程而在半导体层中生成电子空穴对形式的自由电荷载体。通过范例，以CdTe、CdZnTe(CZT)、CdTeSe、CdZnTeSe、CdMnTe、InP、TIBr2或HGI2形式的半导体材料适合于探测X射线光子，这是因为这些材料在医学成像的能量范围中具有高X射线吸收。例如，与硅和锗探测器相比，CZT是独特的，即CZT在室温下工作并且能够处理多于一百万个光子每秒每平方毫米。CZT的光谱分辨率超过大部分其他探测器的光谱分辨率。

为了探测对应于X射线光子的吸收事件，电极被安装在半导体层的两侧，并且将电压施加到电极以便于生成电场。针对吸收事件的空间解析探测，一个电极被体现为像素化形式，并且被设计为读出电极。与其相对布置的另一电极通常被体现为平面形式，并且被设计为计数器电极。在这些电极(即阳极和阴极)之间生成的电场中，自由电荷载体在电极处依据电荷类型和极性而被加速，其中，自由电荷载体诱发电流形式的电信号。例如借助于评估单元，电流被转换为评估信号，所述评估信号的幅度与电流曲线的面积积分成比例，并且因此与由入射X射线光子释放的电荷量成比例。由此生成的评估信号随后被引导到脉冲鉴别器，所述脉冲鉴别器以基于阈值的方式探测X射线。

光子计数能量解析的光谱计算机断层摄影(PCS-CT)探测器被认为是医疗CT的下一大进步。由于个体光子将被以20Mcps/mm2或更高的光子计数率关于其能量粗略地进行计数和表征，所以这样的探测器必须被建立有直接转换材料，如Cd[Zn]Te，而不是展现闪烁(当由电离辐射激发时发光的性质)并且大大慢于CZT的闪烁器。对于未来基于石榴石的闪烁器，这是可以改变的，然而，对于这样的设备，也需要将光转换为电信号的非常快的光电二极管。因此，当前直接转换材料(如Cd[Zn]Te)仍然是PCS-CT的有利选择。

然而，CZT材料倾向于极化，即在被利用X射线辐照时形成像素体积内的空间电荷，所述空间电荷减弱施加的电场，使得在X射线光子与CZT材料的相互作用中生成电子空穴对不再足够快地朝向阳极和阴极漂移。因此，收集到不足的电荷或甚至收集不到电荷，并且测量结果无疑是错误的。这在图4a中被图示，图4a示出了在具有四个各自不同的阈值(30keV、33keV、36keV、51keV)的4个不同能量通道Ch1到Ch4上在12000个100μs的短测量周期内测得的计数。邻近2000个测量周期之前，X射线辐照开始(遮板打开)，并且在大约7000个测量周期处，X射线辐照停止(遮板关闭)。由于启动X射线辐照之后探测材料体积中的极化效应，计数的数量在后续的测量周期期间下跌。到来的空间电荷削弱了电场，使得更少的电子到达阳极，这本身在减少的计数数量中得到证明。依据实际阈值，这种下跌在不同的时间点处被观察到。

WO2004/095067A1公开了一种X射线探测器元件，所述X射线探测器元件可以被特别用于平动态X射线探测器(FDXD)中。在所述探测器元件中，直接转换的转换材料层被布置在电极层与像素电极矩阵之间，在像素电极与转换层之间还存在光导分离层。在未照射状态下，所述分离层用作针对转换层的自由电荷载体的电子屏障，所述自由电荷载体已经由X射线产生，并且在电极之间的电场中迁移。在读出像素电极中的电荷转移之后，分离层通过利用来自二极管布置的重置光照射而呈现导电，使得在其界面处的电荷累积可以流走。分离层可以避免微扰暗电流，同时通过重复重置的相位避免电荷聚集。