[发明专利]光子计数X-射线探测器单元和探测器

说明书

本发明涉及甚至在高通量条件下有效地抑制极化的光子计数X‑射线探测器和探测方法。提出的探测器包括：光子计数半导体元件(10)，其用于响应于入射X‑射线光子而生成电子‑空穴对；阴极电极(11a、11b；21a、21b；31a、31b、31c、31ac、31d；41a、41b；51a、51b)，其被布置在所述半导体元件(10)面向激发的X‑射线辐射的第一侧(10a)，所述阴极电极包括两个相互交叉的阴极元件(11a、11b；21a、21b；31a、31b、31c、31ac、31d；41a、41b；1a、51b)；像素化阳极电极(12)，其被布置在所述半导体元件(10)与所述第一侧(10a)相对的第二侧(10b)；电源(13)，其用于在所述阴极电极与所述阳极电极之间施加偏置电压，并且所述电源用于在所述阴极元件(11a、11b；21a、21b；31a、31b、31c、31ac、31d；41a、41b；51a、51b)之间暂时施加注入电压；以及读出单元(14)，其用于读出来自所述像素化阳极电极(12)的电信号。

技术领域

本发明涉及光子计数X-射线探测器、光子计数X-射线探测器单元和光子计数X-射线探测方法。

背景技术

光子计数X-射线探测器(也称为直接转换X-射线探测器)是本领域众所周知的并且例如广泛地用于CT(计算机断层摄影)扫描器中。碲化镉(CdTe)和碲锌镉(CZT)是非常适合于制造用于天体物理和医学应用的(高通量)X-射线探测器的宽带隙半导体材料(参见，例如Stefano Del Sordo，Leonardo Abbene，Ezio Caroli，Anna Maria Mancini，AndreaZappettini 和Pietro Ubertini：Progress in the Development of CdTe and CdZnTeSemiconductor Radiation Detectors for Astrophysical and Medical Applications，Sensors 2009，9，3491-3526)。这些类型的探测器在诸如固态核医学系统和谱CT的应用中非常重要。这些应用是基于单个光子X-射线计数的。探测器的性能很大程度上由晶体的质量(单晶硅、成分、掺杂浓度、缺陷密度)以及用于形成探测器上的电极的材料和处理(使用的金属相对于半导体的势垒高度、接触电阻、薄层电阻、粘附等)确定。此外，机械处理和表面制备(切割、磨削、抛光和清洗)以及最后的钝化对最终的性能具有较大影响。

通过对探测器的块状材料进行充电常常严重干扰CdTe和CZT探测器的性能，这引起内部电场的局部建立并且抵消施加的偏置电压。该效应被认为是探测器的极化。极化尤其出现在高通量X-射线暴露条件下，并且强烈地限制谱CT光子计数的性能。

US 5,821,539公开了具有二极管状(或三极管状)结构的直接转换辐射探测器，其在具有额外的注入器电极的半导体主体的对侧上具有第一操作电极和第二操作电极，所述额外的注入器电极将补偿电荷陷阱的电荷载子注入到半导体主体中。以这种方式生成的次级暗电流不(或最小地)流经用于测量目的的电极，并且因此不影响测得的信号。通过在注入器电极下适当掺杂来促进注入。

发明内容

本发明的目的是提供使得能够在高通量条件下抑制极化的光子计数X-射线探测器、光子计数X-射线探测器单元和光子计数X-射线探测方法。

在本发明的第一方面中，提出了一种光子计数X-射线探测器单元，所述光子计数X-射线探测器单元包括：

-光子计数半导体元件，其用于响应于入射X-射线光子而生成电子-空穴对，

-阴极电极，其被布置在所述半导体元件面向激发的X-射线辐射的第一侧，所述阴极电极包括两个相互交叉的阴极元件，

-像素化阳极电极，其被布置在所述半导体元件与所述第一侧相对的第二侧，其中，所述像素化阳极电极被配置用于耦合到读出单元，所述读出单元用于读出来自所述像素化阳极电极的电信号，