[发明专利]X射线传感器、构造X射线传感器的方法以及包括这种X射线传感器的X射线成像系统

说明书

公开了一种X射线传感器(1)，其具有包括设置于X射线传感器(1)的表面区域(3)上的多个检测器二极管(2)的有源检测器区域，该X射线传感器(1)还包括围绕包括多个检测器二极管(2)的表面区域(3)的结终端(4)，该结终端(4)包括最靠近表面区域(3)的端部设置的防护件(5)、设置于防护件(2)外侧的场阑(6)和设置于防护件(5)和场阑(6)之间的N个场限环FLR(7)，其中每个FLR(7)都位于所选的位置，以使不同FLR(7)之间以及防护件与第一FLR之间的距离处于有效区域内，该有效区域由线α＝(10+1.3×(n‑1))μm和β＝(5+1.05×(n‑1))μm限定，并选定为使连续FLR(7)之间的距离恒定或随n的增加而增加，其中n表示FLR(7)的指数且1≤n≤N。还公开了用于构造这种X射线传感器(1)的方法以及包括这种X射线传感器(1)的X射线成像系统(100)。

技术领域

所提出的技术通常涉及X射线应用如X射线成像，并且更具体而言涉及X射线传感器，也称为X射线检测器。所提出的技术还涉及用于构造X射线传感器的方法和具有包括这种X射线传感器的检测器系统的X射线成像系统。

背景技术

射线照相成像技术如X射线成像已经在医疗应用和无损检测中使用多年。

通常而言，X射线成像系统包括X射线源和X射线检测器系统。X射线源发出X射线，该X射线要穿过待成像的对象或物体，然后由X射线检测器系统记录。由于某些材料比其他材料会吸收更大分数的X射线，因此会形成该对象或物体的图像。X射线检测器可以有不同类型，包括能量积分检测器和光子计数检测器。

常规X射线检测器设计通常在顶侧包括一个由检测器二极管像素覆盖的有源检测器区域，例如，在基底是n-型高电阻率材料的情况下以条状或矩形或六边形区域p-型掺杂的形式。顶侧还包括所谓的结终端区域，其包括所谓的防护件。

为了获得最高灵敏度，检测器建立PiN二极管结构的所谓漂移区的高电阻n-型部分必须完全耗尽电荷。这要求在500-550μm厚的n-型区域施加至少400伏的电压，而在该结构中的最大电场位置上不要达到结击穿的条件。此外，检测器必须承受明显更高的电压，才能确保对由于在钝化氧化物中进行辐照而产生的正表面电荷具有耐受性。已知这会增加该表面的电场并降低击穿电压。该结终端的功能是沿该检测器的表面散布电场，以降低电场强度并确保对正氧化物电荷的耐受性以及检测器在辐照下的足够长的寿命。

该结终端有两个主要概念适用于PiN二极管和检测器。一个是多个浮动场环(Multiple Floating Field Rings)MFFR，第二个是所谓的结终端扩展(JunctionTermination Extension)JTE。MFFR使用将所施加的反向电压分成包含于阳极p+像素覆盖区域周围的浮动环之间的空间内的小的各部分的原理，而JTE则使用耗尽负电荷的受体之下的JTE中以及也在耗尽正电荷受体之下的n-型漂移区中的掺杂剂电荷之间的电荷中性原理。两种技术的一个特征是它们都使用大的区域。场减小的基本原理是与材料本体相比，要拓宽该表面上的耗尽区。对于所需的400V-800V的电压，该结终端的宽度为100μm-500μm，包括防护件在内。浮环通常配备金属板，有助于避免电势在像素二极管的边缘拥挤。

防护件是与最外层的p-型掺杂环接触的最外层电极，其功能是收集从检测器外部并朝向检测器边缘的泄漏电流。该电极通常会接地。

该终端的一个具体缺点是有源检测器区域的损失。而且，由于许多检测器组合以覆盖更大的区域，则每个各个检测器中的丢失区域在检测器矩阵中构成“死区”或盲区，这对所获得图像的质量具有负面影响。

美国专利4,377,816涉及一种半导体元件，其具有至少一个p-n结并且设置有用于改善p-n结的抑制行为的区域防护环。该区域防护环基本上充当了所谓的通道阻断器场阑的作用，以防止空间电荷区电场到达该设备的边缘，从而防止电流泄漏。这表示一种简单的平面二极管，而没有任何结终端，并且具有防止电场到达设备侧壁表面的唯一防护措施。