[发明专利]共面X射线光电二极管装配器

说明书

本发明总地涉及一种改进的X射线光电二极管，用于与X射线检测装置连接地使用的这种二极管的多单元阵列，以及使用本发明改进光电二极管的改进型X射线检测系统。

发明背景

对于作为计算机化层析X射摄影仪这类应用的X射线检测系统通常使用闪光晶体和光电二极管的组合。例如，一个CAT扫描仪系统通过在透过身体单个平面中不同角度上摄取的多个横截面的X射线切片来操作。一个X射线源及一组检测器放置在一环形台架的两对立侧上，该台架绕身体在所选平面中旋转。由检测器组产生的信号被数字化并通过数学处理产生出身体的横截面图象。

在闪光-光电二极管X射线检测系统中，入射的X射线被闪光晶体吸收并转换成可见光。然后该可见光被吸收到硅光电二极管中，它将光转换成从P-N结开始扩散的电子-空穴对并由此将产生出电流。因为该电流通常是很小幅值的，故通常使用放大装置放大该光电二极管信号并将其转换成电压。这种闪光-光电二极管-前置放大器系统的输出是与入射到闪光晶体上的X射线通量成正比的电压。这种类型的系统被描述在Thomas H.Newton和D.Gordon  Potts编辑的“计算层析X射线摄影的技术状况”第5卷(1981年)4127-4132中的由Promod Hague著的题为“闪光晶体-光电二极管阵列检测器”的一章中，该章结合于此作为参考。

在典型的光电二极管结构中，硅片被适当地掺杂，以致产生一个与硅片第一面邻接的窄P型区或区域及与相对的第二面邻接的窄N型区，该P区和N区被一个硅片内部的基本本征区隔开。例如，传统上使用硼掺杂物形成P型区及使用磷掺杂物产生N型区。该光电二极管例如沿N型表面安装在衬底上，及闪光晶体使用硅脂或另外透光的环氧树脂作为相邻的闪光晶体及光电二极管表面之间的连接剂沿P型表面安装。在P区及N区上分别连接电端子以收集由该光电二极管产生的电流。

上述传统光电二极管结构通常非常适于检测红外范围中的光，因为这些光电子在距离表面相对远的内部位置上产生电子-空穴对。因此，红外射线的精确读数需要在硅的许多内部容积上收集电荷。相反地，众知X射线闪光晶体典型地产生蓝光子，它具有的波长约为红外射线波长的一半。不同于红外光，蓝光子仅透入硅几微米的数量级。因而，对于这种X射线检测应用，使用者发现，仅需要收集来自光电二极管表面及来自紧靠近光电二极管表面的内部区域的光生电荷。

但是，与此同时，因为与X射线检测相关的很低的电信号电平，所熟悉的“噪音”、“电交扰”、“光交扰”及“电响应”的问题变得非常严重。这里所用的“电交扰”是指在多个相邻的闪光晶体-光电二极管对和它们各自有关的电极的阵列中可能出现的现象。如果由入射到第一闪光晶体-光电二极管对的X射线通量产生的电信号在与一个相邻的闪光晶体-光电二极管对相连接的电极上被偶然地“收集”到，则结果是错误的检测读数。

“电响应”在这里是指较厚的电介质会使通过介质的电信号的速度变慢，使其幅值降低及可能使电信号失真。如果，例如一传统的X射线光电二极管结构用于蓝光子，在与闪光晶体-光电二极管界面相邻的1-3微米的光电二极管“耗尽区”中产生的电信号将必需无再结合地穿过300微米的硅片以便达到相关的阴极端子，由此，产生出相对低的及可能不精确的检测读数。因此，需要减小产生的电荷必须经过以达到相应电端子的电荷通路长度。

这里所使用的“光交扰”是指在第一闪光晶体-光电二极管对的闪光晶体中产生的光子其一部分可能进入到第二个相邻的光电二极管中的问题。类似地，来自第一闪光晶体的光子可能被金属化电触点反射并折射到相邻的晶体中，然后再导入与相邻晶体连接的光电二极管中。在每种情况下，其结果是在第二个相邻的光电二极管中产生出电荷，而不是在第一闪光晶体-光电二极管对中产生出电荷，也是引起检测误差。当X射线通量的一部分进入到硅的电激活区并由于硅的直接电离产生出电荷时就引起了相应的“噪音”问题。同样，“噪音”现象的结果也是错误的检测读数。

除去克服或减少传统X射线光电二极管及光电二极管阵列的上问题外，在商业上最好是能生产出更方便、快速及低成本制造以及具有高均匀度的X射线光电二极管。这些及另外有关问题及现有技术光电二极管设计的限度将由本发明的共面光电二极管、共面光电二极管阵列及共面光电二极管X射线检测系统在很大程度上被克服。

发明目的

因此，本发明的总目的是提供共面X射线光电二极管和光电二极管阵列以及使用这种共面光电二极管的X射线检测系统。