CN102931202B - 自由电荷像素探测器 - Google Patents

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Abstract

一种自由电荷像素探测器，由硅层、信号处理和读出电路、过孔、中间金属层、绝缘层和顶层金属组成；其顶层金属为集成电路芯片最外层金属层，是一个金属阵列，这层金属裸露在外面，阵列中每一个小单元下面都有过孔与硅层相连接，信号处理和读出电路就在硅层上，信号处理和读出电路所用到的中间金属层与顶层金属之间有绝缘层隔开。本探测器中与集成电路芯片外部直接接触的金属层部分由小金属电极阵列组成，其阵列中最邻近的小金属电极中心之间距离＜100微米。在集成电路芯片的上面放一个阴极板，在该阴极板和顶层金属之间加电场，自由电荷被收集到顶层金属上，形成信号。本探测器与已有的金属阳极相比，空间分辨率和灵敏度更高。

Description

自由电荷像素探测器
技术领域
本发明涉及一种电荷探测器，特别涉及自由电荷像素探测器。
背景技术
气体及液体的TPC(时间投影室)，真空光电管等器件都需要把自由的电荷收集起来以产生信号。信号的收集是在金属阳极上完成。收集起来产生的信号可以由后面的读出电路进行处理和读出。目前的TPC的信号收集一般是在PCB板(印刷电路板，是电子元器件电气连接的提供者)上的小电极完成。信号的处理和读出要设计专门的电路。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是，将在真空、气体或者液体里的自由电荷收集起来产生信号，提供一种自由电荷像素探测器。该探测器与已有的金属阳极相比，空间分辨率高和灵敏度高。
本发明的具体技术方案是，采用集成电路芯片的金属层作为吸收电荷的阳极，所述的集成电路芯片包括CMOS(互补金属氧化物半导体)和CCD(电荷耦合元件)，将集成电路芯片的最外层金属层和外界直接接触，吸收来自芯片外面的自由电荷，在金属层下面的集成电路对电荷产生的信号进行处理和读出。
本发明的一种自由电荷像素探测器，由硅层、信号处理和读出电路，过孔，中间金属层，绝缘层，顶层金属组成；所述的顶层金属为集成电路芯片的最外层金属层，是一个金属阵列，这层金属裸露在外面，阵列中每一个小单元下面都有所述的过孔与所述的硅层相连接，所述的信号处理和读出电路就做在所述的硅层上，所述的信号处理和读出电路所用到的所述的中间金属层与所述的顶层金属之间有所述的绝缘层隔开。
本发明的自由电荷像素探测器中，所述的集成电路芯片，包括可读写芯片CMOS和电荷耦合元件(图像传感器)CCD。
本发明的自由电荷像素探测器中，所述的集成电路芯片的金属层除引脚部分外均与集成电路芯片外部直接接触，且至少有一层金属层除引脚部分外不被绝缘层覆盖。
本发明的自由电荷像素探测器中，与所述的集成电路芯片外部直接接触的金属层部分由小金属电极阵列组成，其阵列中最邻近的小金属电极中心之间的距离小于100微米。
本发明的自由电荷像素探测器使用方法，在所述的自由电荷像素探测器的集成电路芯片的上面放一个阴极板，在该阴极板和所述的顶层金属之间加电场，自由电荷被收集到所述的顶层金属上，形成信号，在所述的顶层金属下面的集成电路对电荷产生的信号进行处理和读出。
本发明的优点：
本发明将在真空、气体或者液体里的自由电荷收集起来产生信号，与已有的金属阳极相比，空间分辨率高和灵敏度高。
下面结合附图和实施例对本发明的自由电荷像素探测器结构和实用化方法作进一步说明。
附图说明
图1为顶层金属电荷像素探测器在CMOS工艺上实现的示意图
图2为顶层金属电荷像素探测器信号形成过程。
图中：1-硅层，2-信号处理和读出电路，3-过孔，4-中间金属层，5-绝缘层，6-顶层金属，7-自由电荷，8-阴极板。
具体实施方式
本发明的自由电荷像素探测器结构如图1所示。该探测器由硅层1、信号处理和读出电路2，过孔3，中间金属层4，绝缘层5，顶层金属6组成；顶层金属6为集成电路芯片的最外层金属层，是一个金属阵列，这层金属裸露在外面，阵列中每一个小单元下面都有过孔3与硅层1相连接，信号处理和读出电路2就做在硅层1上，信号处理和读出电路(2所用到的中间金属层4与顶层金属6之间有绝缘层5隔开。
本实例所述的集成电路芯片为可读写芯片CMOS或电荷耦合元件(图像传感器)CCD。
其集成电路芯片的金属层除引脚部分外均与集成电路芯片外部直接接触，且至少有一层金属层除引脚部分外不被绝缘层覆盖。与集成电路芯片外部直接接触的金属层部分由小金属电极阵列组成，其阵列中最邻近的小金属电极中心之间的距离小于100微米。
本自由电荷探测器信号的形成过程如图2所示：在所述的自由电荷像素探测器的集成电路芯片的上面放一个阴极板8，在阴极板8和顶层金属6之间加电场，自由电荷7被收集到顶层金属上，形成信号，在顶层金属6下面的集成电路对电荷产生的信号进行处理和读出。

Claims (5)

1.一种自由电荷像素探测器，其特征在于：该探测器由硅层(1)、信号处理和读出电路(2)，过孔(3)，中间金属层(4)，绝缘层(5)，顶层金属(6)组成，在硅层(1)上形成有信号处理和读出电路(2)，在硅层(1)的上表面自下而上依次形成有中间金属层(4)、绝缘层(5)和顶层金属(6)，顶层金属(6)通过过孔(3)与信号处理和读出电路(2)相连接，其中，顶层金属(6)为集成电路芯片的最外层金属层，是一个金属阵列，这层金属裸露在外面，阵列中每一个小单元下面都有过孔(3)与硅层(1)相连接，信号处理和读出电路(2)所用到的中间金属层(4)与顶层金属(6)之间有绝缘层(5)隔开。
2.如权利要求1所述的一种自由电荷像素探测器，其特征在于，所述的集成电路芯片，包括可读写芯片CMOS或电荷耦合元件CCD。
3.如权利要求1所述的一种自由电荷像素探测器，其特征在于，所述的集成电路芯片的最外层金属层除引脚部分外均与集成电路芯片外部直接接触，且最外层金属层除引脚部分外不被绝缘层覆盖。
4.如权利要求1所述的一种自由电荷像素探测器，其特征在于，所述的金属阵列中最邻近的小金属电极中心之间的距离小于100微米。
5.一种如权利要求1所述的自由电荷像素探测器的使用方法，其特征在于，在所述的自由电荷探测器的集成电路芯片的上面放一个阴极板(8)，在阴极板(8)和顶层金属(6)之间加电场，自由电荷被收集到顶层金属上，形成信号，在顶层金属(6)下面的集成电路对电荷产生的信号进行处理和读出。
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