CN101911299A - X射线半导体成像器像素的电隔离 - Google Patents

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Abstract

为了减轻出现在半导体探测器中的电荷共享的影响，提供了一种改进的半导体探测器(200)，其包括：布置用于形成至少一个开口(230)的多个阳极(210)，每个开口由该多个阳极中的两个阳极形成；至少一个阴极(220)；位于该多个阳极和该至少一个阴极之间的探测器单元(240)；其中，该探测器单元包括至少一个沟槽(250)，该至少一个沟槽中的每个具有与由多个阳极中的两个阳极形成的至少一个开口中的一个对准的第一开口(252)，至少一个沟槽中的每个朝向至少一个阴极扩展。通过在探测器单元中形成沟槽，可以通过相应阳极而不是几个邻近阳极接收由单一光子产生的电荷云，这因此改进了半导体探测器的频谱分辨率和计数速率。

Description

X射线半导体成像器像素的电隔离
技术领域
本发明涉及半导体探测器，具体涉及医疗半导体探测器。
背景技术
在医疗工业中，诸如Si、GaAs、CdTe和CZT的直接转换材料在诸如CT探测器、X射线探测器、Gamma探测器、以及核医学的模态中获得了越来越多的重要性，其中，在核医学中闪烁器型探测器仍是现有技术。它们比闪烁器的优点是具有好的能量分辨率的光子计数的可能性。然而，由于电荷共享，所以这些直接转换材料是易损的，电荷共享是通过若干邻近电极采集由单一光子产生的电荷云的现象。图1示出了通过3个邻近电极采集由一个光子产生的电荷云。电荷共享的现象扰乱了探测器的频谱分辨率和计数速率性能。在高速率探测器中，电荷共享的现象限制了采用更小像素的努力。同时，K逃逸现象也限制了采用更小像素大小。K逃逸主要由诸如X射线能量的原始能量通过诸如X射线量子的另一个量子部分传送到相邻像素所造成的。
因此，特别是在基于直接转换材料的探测器中，存在解决或者减轻电荷共享的负面影响的需求。
发明内容
本发明的目标是提供改进的半导体探测器。在一个实施例中，减轻由电荷共享所造成的负面效果并且因此改进半导体探测器的频谱分辨率和计数速率性能是有利的。
在一个实施例中，减轻或者甚至消除半导体探测器的K逃逸现象并且因此改进半导体探测器的计数速率性能是有利的。
在一个实施例中，减轻电荷共享和K逃逸在半导体探测器像素尺寸小型化方面的负面影响是有利的。
在第一方面中，根据本发明的一个实施例，提供了一种半导体探测器，包括：布置用于形成至少一个开口的多个阳极，每个开口由多个阳极中的两个阳极形成；至少一个阴极；位于多个阳极和至少一个阴极之间的探测器单元；其中，该探测器单元包括至少一个沟槽，该至少一个沟槽中的每个具有与由多个阳极中的两个阳极形成的至少一个开口中的一个对准的第一开口，至少一个沟槽中的每个朝向至少一个阴极延伸。在探测器单元中形成一个或多个沟槽对引导由单一光子产生的电荷云使其被相应阳极所接收、而不是被若干邻近阳极所接收是有效的。这提供了减轻电荷共享在频谱分辨率和计数速率性能上的负面影响的优点。
在另一个实施例中，每个沟槽沿着垂直于其第一开口的平面的方向延伸。换言之，每个沟槽垂直于由2个相应邻近阳极所形成的相应开口的切面。容易制造这种形状的沟槽。
在另一个实施例中，每个沟槽沿着远离垂直于其第一开口的平面的方向延伸。换言之，沟槽延伸的方向倾斜而不是垂直于由2个相应邻近阳极所形成的相应开口的切面。由于这种形状降低了减少探测器DQE(探测器量子效率)的现象，所以是有利的。在第二方面中，根据本发明的一个实施例，每个沟槽包括有助于减轻、或者甚至消除K逃逸现象的负面影响的绝缘体。优选使用具有高原子序数Z的绝缘体。
参考下文所描述的实施例，本发明的这些以及其他方面、特征和/或优点将显而易见并且得到阐述。
附图说明
图1图示了电荷共享现象；
图2图示了根据本发明的一个实施例的包括垂直于多个阳极表面的沟槽的半导体探测器；
图3图示了根据本发明的一个实施例的包括沿着远离多个阳极的垂直方向的倾斜角度延伸的沟槽的半导体探测器；
图4图示了根据本发明的一个实施例的包括被绝缘体填充的沟槽的半导体探测器。
具体实施方式
在图2中示出了减轻或者克服当前半导体探测器中电荷共享效应缺点的结构化半导体探测器的实施例。探测器200包括多个阳极210、至少一个阴极220以及探测器单元240。可以将阳极和至少一个阴极以平行或者以其它配置来布置。每两个邻近阳极形成开口230。沟槽250从每个开口延伸到探测器单元240中，其方向垂直于开口230的平面。每个沟槽250具有第一开口252，其可以具有与相应开口230相同的宽度、或者可以大于/小于相应开口230。显然可以看出，由于沟槽的存在，由光子产生的电荷云被一个相应的阳极而不是两个或多个邻近阳极接收。
图3中示出了另一个实施例，其中，沟槽的延伸方向不垂直于开口230的平面，即每个沟槽的第一开口252’的平面。每个沟槽250’或者至少部分沟槽，沿着不垂直于开口230的倾斜方向延伸，即其沿第一开口252’的方向延伸。采用倾斜方向可以减轻由减少制动力所造成的减少DQE(探测器量子效率)的缺点。沟槽250’延伸方向的角度可以根据包括机械稳定性、制动力、传感器材料的密度和厚度、并且还有所使用的X射线频谱的一些因素而改变。技术人员可以使延伸方向的角度适应实际情况。可选地，可以稍微增大探测器单元240(例如，所使用晶体)的厚度。
在图2和图3的实施例中，沟槽的深度可以根据需求和/或制造技术而改变。沟槽可以稍微延伸到探测器单元240内，延伸到探测器单元240的中间、或者甚至从开口230延伸到阴极平面。在后者的情况下，沟槽具有位于阴极表面的第二开口。
可以将图2和图3中所示的实施例以任何结构形式组合。例如，允许将分别沿着垂直于它们第一开口252的平面的方向延伸的部分沟槽和沿着远离它们第一开口252的平面的垂直方向的倾斜方向延伸的部分沟槽组合。特别是对于探测不到诸如X射线光子的入射光子的探测器单元部分，沟槽沿着垂直方向延伸。对于探测器单元的其他部分，沟槽沿着倾斜方向延伸，这有利于改进DQE。
K逃逸由从探测器单元中的原子释放K壳层电子的光电效应造成，该K壳层几乎立即被来自更高壳层的电子重新填充，并且因此以K逃逸光子的形式释放特征量的能量。可以将该光子在探测器单元中从一个地方传送到另一个地方，并且可以给出在探测器中其他处的另一个信号。图4图示了根据本发明的实施例，该实施例中减轻/消除了K逃逸现象。给每个沟槽250”填充以用参考标号260表示的绝缘体，该绝缘体可以有效阻止该迁移能量即K逃逸光子，并且因此可以抑制或者甚至防止扰动信号产生。可选地，绝缘体由具有高原子序数Z的绝缘材料制造。
图2至4中所示的半导体探测器的实施例可以用于至少包括CT扫描器、X射线探测器和伽玛射线探测器的医疗装置。
图2至4中所示的实施例可以以任何结构形式组合。虽然参考特定实施例对本发明进行了描述，但是不是要将其限制于这里所给出的特定形式。而是本发明的范围仅由所附权利要求来限定。在权利要求中，使用动词“包括”及其变形不排除存在其它元件或步骤。虽然可以将各个特征包括在不同权利要求中，但是可以有利地对它们进行组合，并且包括于不同权利要求中不意味着特征的组合不是可行的和/或有利的。另外，单一参考不排除多个。此外，不应该将权利要求中的参考标记解释为对范围的限制。

Claims (10)

1.一种半导体探测器，包括：
-布置用于形成至少一个开口的多个阳极，每个开口由所述多个阳极中的两个阳极形成；
-至少一个阴极；
-位于所述多个阳极和所述至少一个阴极之间的探测器单元；其中，所述探测器单元包括至少一个沟槽，所述至少一个沟槽中的每个具有第一开口，所述第一开口与由所述多个阳极中的两个阳极形成的所述至少一个开口中的一个对准，所述至少一个沟槽中的每个朝向所述至少一个阴极延伸。
2.如权利要求1所述的半导体探测器，其中，所述至少一个沟槽中的每个沿着垂直于该沟槽的第一开口的平面的方向延伸。
3.如权利要求1所述的半导体探测器，其中，所述至少一个沟槽中的每个沿着不垂直于该沟槽的第一开口的平面的方向延伸。
4.如权利要求2或3所述的半导体探测器，其中，所述至少一个沟槽中的每个具有与所述至少一个阴极的表面对准的第二开口。
5.如权利要求1所述的半导体探测器，其中，所述至少一个沟槽中的每个包括绝缘体。
6.如权利要求5所述的半导体探测器，其中，所述绝缘体由具有高原子序数Z的材料制成。
7.如权利要求1所述的半导体探测器，其中，所述探测器单元由直接转换材料制成。
8.如权利要求1所述的半导体探测器，其进一步配置用于探测x射线量子。
9.一种包括半导体探测器的医疗扫描器，其中，所述半导体探测器包括：
-布置用于形成至少一个开口的多个阳极，每个开口由所述多个阳极中的两个阳极形成；
-至少一个阴极；
-位于所述多个阳极和所述至少一个阴极之间的探测器单元；
其中，所述探测器单元包括至少一个沟槽，所述至少一个沟槽中的每个具有第一开口，所述第一开口与由所述多个阳极中的两个阳极形成的所述至少一个开口中的一个对准，所述至少一个沟槽中的每个朝向所述至少一个阴极延伸。
10.如权利要求9所述的医疗扫描器，其为CT扫描器、X射线探测器以及伽玛射线探测器中的任何一个。
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