CN104285164B - 数字x射线传感器 - Google Patents

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Abstract

一种X射线数字传感器(100)，其中，经配置用于接收光子(2)并将光子(2)转换成电荷(14)的半导体转换层(10)与半导体收集层(20)集成，所述半导体收集层(20)优选是CMOS ASIC，并由优选布置为六边形蜂窝图案的像素(22)形成，所述像素经配置以接收来自转换层(10)的电子(16)，并且其中每个收集像素(22)包括N个鉴别器(24i)，每个鉴别器经配置用于执行输入电荷(14)和自身阈值(25i)之间的比较，并用于在输入电荷(14)超过阈值时，执行0和1之间的瞬时转换，并且如果收集的电荷高于相应鉴别器(24i)中的阈值并低于紧接上部的鉴别器(24i+1)的阈值(25i+1)，则与每个鉴别器(24i)关联的计数器(26i)分别保持不变或其自身计数增加1，而其他计数器经配置用于保持它们自身的计数不变，以使计数器在邻近阈值限定的N个相应的能量带中测量光子(2)。提供一种校准装置，其包括用于针对所有像素(22)同时致动的装置并在每个像素(22)中包括用于每个鉴别器(24i)的数模转换器(DAC,28i)，所述数模转换器经配置用于接收预定数量的位的组合并生成对应于位的组合的电流；供应装置(206)，其用于将电流供应到每个像素(22)的放大装置(203)；逻辑装置(34)，其驻留在每个像素中并经配置用于执行迭代过程(80)以识别偏移校正过程，其中位的组合被生成并被转移到DAC(28i)，其生成对应的试验电流，所述电流通过供应装置(206)供应到放大装置(203)，逻辑装置读取计数器(26i)的计数，并在计数因试验电流增加时，使得该过程重复，或者在计数未因试验电流增加时，将后者作为校正电流存储在像素(22)的存储器单元(35)中。

Description

数字X射线传感器
技术领域
本发明涉及一种用于诊断和分析目的的数字X射线传感器，其提供具有“光子计数”功能。
背景技术
现有数字X射线传感器包括非晶态镀层形成的转换层(通常由非晶态硒或碘化构成)，和集成面板(即收集层)，其具有TFT像素结构(薄膜晶体管)。转换层用作将已经穿过照射样本的X射线束的光子转换成电荷。这可以直接或间接地发生，如分别在非晶态硒和碘化铯的情况下。X射线曝光期间因转换得到的总电荷积聚在集成面板的像素中。
一旦已经完成曝光，将读取每个像素中积累的电荷量。更详细地，提供的一种图像采集电子设备包括布置在集成面板的边界处的模数转换器。模数转换器将每个像素中积累的总电荷改变成电压，即改变成与行进通过集成面板的每个像素处的样本的总辐射成比例的数。这些数能够被转换成放射照相图像，其中根据每个像素中积累的总辐射进行对比。
所谓的“光子计数”技术也是公知的，其中光子被逐一计数，并分级到多个通道中，因此获得“薄膜级”分辨率，即与高分辨率放射照相板允许的分辨率兼容的分辨率。尤其，现有被称为MediPix的混合型检测器被提供具有用于执行光子计数过程的ASIC。这些混合型检测器包括与事件计数器关联的鉴别器，其中事件计数器以图像采集电子设备仅计数事件的方式(即光子采集落入预定能量窗口)使用。通过这种方式，获得具有光谱特性的X射线成像技术。被称为Medipix-3的更近的设备由于采用实时电荷共享校正而具有更精细的能量分辨率。Medipix3也包括多像素计数器，其能够在不同的操作模式中使用。这允许连续检测，并且能够获得高达8能量阈值。
在Medipix设备中，类似其他设备，由CMOS技术实现收集层，其这是一种低功耗技术(即大约几瓦特)和低成本技术。对于该理由，CMOS技术是优选的，尤其是，提供包括大量像素(例如，约106)的ASIC，因此其需要一种放射设备。
然而，如已知的，基于CMOS的设备本质上是非校准设备。换句话说，包括这种类型的鉴别器/计数器的单元不能提供均相(homogeneous)计数响应。事实上，每个CMOS计数链具有其自身的偏移值，另外，其会依赖环境条件(诸如温度)和其他操作条件。与具有离相同标称值的阈值更远的偏移的鉴别器关联的计数器相比，和离与其关联的阈值更近的偏移值的鉴别器关联的计数器计数更多的事件。对于该理由，适于本发明的ASIC(其由CMOS技术实现)能够在同一像素内并从一个像素到另一个像素引起非无均相响应。
现有技术的另一个显著缺点是存在各种噪声源。除量子噪声(其不可避免的与X射线束的强度相关)外，总是存在一些附加噪声电平，这取决于传感器以及检测电子设备，具体，其取决于用于放大电荷的装置。总之，当电荷小于预定阈值时，量子和附加噪声阻止收集像素检测转换层输送的电荷。因此，认识到这种需要，即每个像素应该包含尽可能多的电荷，和/或噪声应该基本上降低到量子水平，以使其在达到最小电荷量时每个像素都能够工作。
根据上面所述，像素形成的数字传感器必须执行校正或校准，以便限制或避免由于传感器自身或读取电子设备(ASIC)所基于的技术产生的一些缺点。必须被校正的主要影响是：
—出现传感器产生的“暗电流”，即在没有任何外部照射和强收集器电场的情况下能够检测到的内在电流。暗电流是除量子噪声之外的附加噪声的最重要组成中的一个；
—像素电子设备的输入级(即预放大级)和增益级的输出端处的直流电平偏移；
—鉴别器/计数器单元的输入端处的直流电平偏移。
Sindre Mikkelsen等人1描述了一种放射照相成像传感器，其包括X射线灵敏转换层和64像素ASIC收集器，该64像素ASIC收集器提供有光子计数功能。ASIC的每个像素具有单个输入端子，其通常连接到放射传感器的电极。在一个示例中，其公开了校准功能，每个像素通过ASIC外部的软件控制的切换器连接到通用校准节点，并且提供一种校准网络(即调整装置)，其使用户能够将来自传感器像素的焊盘的每个像素的输入端子切换到校准节点。因此，该传感器经配置用于在软件控制下执行顺序校准，即逐像素校准。在具有大量像素的矩阵的情况下，这种校准技术实际上不能使用，因为相比于，例如放射传感器的要求，逐像素校准将需要太长校准时间，其中放射传感器必须在预定时间内执行大量的放射会话。
Dinapoli等人2和Radicci等人3描述了一种类似的放射成像传感器，其提供具有手动校准电路。该电路经配置用于在测试模式下工作，其中已知量的电荷被供应到预定像素的放大器的输入端。所选择的像素的放大器的响应可用于由类似示波器的显示设备显示。具体地，一旦收集芯片已经通过凸块焊接技术连接到光子灵敏层，芯片的精确校准利用单色X射线源来执行。而且，在这种情况下，校准被逐像素执行。另外，校准必须由操作员手动执行，并且因此，该技术不能容易地用于包括大量像素的矩阵。
Perenzoni等人4描述了一种读取电路，其经配置用于针对像素形成的放射成像传感器执行光子计数功能，其中，提供一种全模拟自校准过程。模拟自校准必须在每个光子捕获事件之前，在如常规操作的相同条件下重复。因此，校准过程期间发生的噪声具有与从样本接收数据时发生的噪声相同的电平，因此校准过程的噪声添加到常规操作的噪声中。
类似上述提及的Medipix的设备具有进一步的缺点。具体是，它们不允许制作大于14x14毫米的表面，从而至多能提供256x256的像素。此外，像素布置在正方形网格中。这种布置不是最适于采样辐射场的，因为它在一对正交轴线的方向之外导致更差的采样。最终，Medipix已经被设想优选与硅转换器耦合，其中，如果光子能量高于15keV时，光子-电荷转换以非常低的效率执行。这些缺点不允许使用这种设备(如Medipix)来制作医疗放射传感器。简要地说，不能提供用于该目的具有足够大的连续有效表面和足够高的X射线能量灵敏度的传感器。
现有技术的另一个重要缺点是转换层的低转换效率。已知硒转换器具有不大于0.5毫米的厚度。由于硒的相对低的原子序数，这些传感器仅对高达约30-40keV的最大能量的X射线束敏感。此外，即使制造有合适厚度，然而，由于间接X射线束到电荷转换过程，碘化铯转换器也会受到分辨率损失的影响。因此，期望提供一种具有高效率和低噪声转换层的数字X射线传感器，通过其能够获得“薄膜级”分辨率。
此外，所谓的集成技术可用在允许它们用于医疗放射中的表面上，如WO96/33424的情况下。然而，这种集成技术不适于根据光子到达转换层时具有的能量对相同闪光期间转换的光子分级。该特征(其也被称为光子的“颜色”)能够在一些诊断和分析过程中是非常重要的。然而，通过已知的集成技术，通过执行如此多的闪光作为若干目标能级以及通过依次改变X射线束的能量能够获得“颜色”。除了花费长时间以及需要大量的资源，该技术将生物体暴露在强剂量的有害放射下。
发明内容
因此，本发明的一个特征是提供一种数字X射线传感器，其包括检测层(即转换层)和CMOS ASIC形式的像素形成的收集层，其中传感器被提供具有“光子计数”功能并且校准过程能够被执行以便考虑使用CMOS技术的影响，其避免了长时间和昂贵的手动和/或计算过程。
本发明的一个具体特征是提供这样一种数字传感器，其适用于放射应用，具体地，具有“薄膜级”分辨率，从而在图像质量和物体吸收的放射剂量之间获得最好的布置。
本发明的一个具体特征提供这样一种数字传感器，其中，收集层包括多于现有技术CMOS设备的像素，具体是106像素，以便形成至少一些平方厘米的连续有效表面，如放射传感器所需要的。
本发明的一个具体特征是提供这样一种放射成像传感器，其具有的总残余噪声小于现有技术传感器，具体是提供一种数字X射线传感器，其中，基本不产生附加噪声，并且其允许相对低的X射线剂量的最有效使用。
本发明的另一个特征提供这样一种传感器，其用于大幅地增加，例如，在骨密度和乳腺x线影像应用中产生的图像的信息。
本发明的一个特征还提供这样一种传感器，其能够提供非常高的空间分辨率以便提高图像清晰度。
本发明的一个特征提供一种数字X射线传感器，通过相同的放射剂量，其允许好于现有技术传感器的对比分辨率，即允许区分更清楚地轻微不同的灰色调的传感器，或提供一种传感器，其相对于现有技术传感器，通过较小强度的X射线剂量，允许相同的对比分辨率。
本发明的进一步特征提供一种数字X射线传感器，其允许高帧速率，即帧速率甚至高于100帧/秒，并且因此能够在大约一秒钟内检测“时隙扫描(slot scanning)”应用的多幅图像。
本发明的一个具体特征提供一种放射成像传感器，其包括转换层和读取电子设备，所述读取电子设备允许在比现有技术传感器更宽的能量窗口内测量光子。
本发明的另一个具体特征提供一种放射成像传感器，其中，转换层允许每个吸收的光子收集的电子量大于现有技术。
通过数字X射线传感器实现的这些和其他目标，所述传感器包括：
—半导体转换层，其经配置用于接收X射线光子并用于将X射线光子转换成电荷；
—半导体收集层，其与转换层集成，收集层由布置为预定图案的多个收集像素形成，收集层的每个收集像素经配置用于接收来自转换层的电子。
—数据输出装置，其用于将收集像素收集到的数据转传递到采集电子设备；
其中
—每个收集像素中包含的电荷放大装置经布置用于接收电荷作为输入电荷，所述电荷包括转换层产生的电子，放大装置经配置用于产生电压信号，其具有与输入电荷成比例的峰值，
—在每个收集像素中包含多个N窗口鉴别器，每个鉴别器(24i)经配置用于：
—执行所述峰值和两个电荷阈值之间的比较，所述两个电荷阈值包括上阈值和下阈值，以及
—在下列条件下，执行0电平与1电平之间的瞬时转换：
—所述峰值大于所述下阈值；
—所述峰值小于所述上阈值；
其中，对于所述N个鉴别器中的每个鉴别器，选自下列之间的至少一个条件发生：
—上阈值小于不同于所述每个鉴别器的所述鉴别器的至少另一个的下阈值，具体是，上阈值等于不同于所述每个鉴别器的鉴别器的至少另一个的下阈值，
—下阈值大于不同于所述每个鉴别器的鉴别器的至少另一个的下阈值，具体是，下阈值等于不同于所述每个鉴别器的鉴别器的至少另一个的上阈值，
其中在每个收集像素中包含多个N计数器，多个N计数器中的每个与相应的鉴别器关联，
其中每个计数器经配置以在下列条件下将自身计数值增加1个单位，而不同于所述每个计数器的计数器经配置用于保持自身的计数值不变：
—峰值大于相应的鉴别器的下阈值，并且
—峰值小于相应的鉴别器的上阈值，
其中数据输出装置经配置用于从每个收集像素接收对应于计数的N“颜色”中的放射事件的测量数据，所述计数存储在每个电荷阈值的N能量窗口中。
有利地是，数据输出装置经配置用于从每个收集像素接收对应于计数的N“颜色”中的放射事件的测量数据，所述计数存储在每个电荷阈值的N能量窗口中。
能够提供校准装置，其用于校准每个收集像素，具体是，校准每个鉴别器/计数器单元，在所述收集像素中的每个中，所述校准装置包括：
—DAC，即数模转换器，其用于收集层的每个像素的至少一个鉴别器，经配置用于接收预定数量的位的组合并用于生成对应于位的组合的电流值；
—电流供应装置，其经配置用于将电流供应到每个收集像素的放大装置；
—驻留在每个收集像素中的逻辑装置，所述逻辑装置经配置用于执行计算偏移校正电流值的过程。
有利地是，所述逻辑装置经配置用于执行计算偏移校正电流值的迭代过程，包括以下步骤：
—生成位的组合；
—将位的组合传递到数模转换器，以使数模转换器生成相应的试验电流值；
—使试验电流通过供应装置供应到放大装置；
—接收计数器的计数值；
—如果计数值因试验电流增加，则重复上述步骤；
—如果计数值未因试验电流增加，则将试验电流值限定为校正电流值。
有利地是，电荷放大装置、窗口鉴别器、计数器、数模转换器包括CMOS晶体管。
有利地是，每个收集像素包括偏移校正电流值的存储器单元，并且逻辑装置还经配置用于将校正电流值存储在存储器单元中。
有利地是，传感器包括一种同时致动所有收集像素的校准装置的装置，从而针对每个计数器同时执行迭代过程，并且所述校正电流在所述传感器的操作步骤期间供应到每个收集像素。
根据本发明，数字自校准技术使相应的偏移校正电流存储在每个像素的存储器单元中成为可能，所述相应的偏移校正电流必须稳定地注入到每个像素中以便在校准条件下操作整个传感器，即使得从所有像素获得均相响应。校正电流仍然可用于随后的持久使用。
例如，在任意瞬间，并且优选在传感器接通时，或在每个放射成像会话开始或每次闪光之前，能够进行一次自校准。由于该原因，相对于现有技术模拟校准技术，自校准能够在较低增益和通带下执行，因此具有轻微的噪声。更一般地，自校准步骤能够仅在环境条件和操作条件明显变化的情况下重复。
如上文所示，在包括若干像素的矩阵上常规执行的校准过程(例如，其适于放射目的)将花费不可接受的长时间来逐像素校准传感器的每个像素的每个鉴别器/计数器单元。由于该原因，使用包括具有比现有技术的模块大的尺寸的模块的传感器是可能的，并且所述模块包括每105个像素作为一个数量级，并且因此包括每105-106个计数器被校准。自校准过程在几毫秒时间内对所有像素的所有鉴别器的响应进行平衡(level)。
用于这些效果的整个链的补偿/校正装置存在于每个像素中，并且被配置用于将补偿直流电流供应到像素的输入端，通常供应到焊盘或连接到像素电子设备的电荷放大装置上游的转换层的相应金属焊盘的金属焊盘。补偿过程期间供应的试验直流电流的值由DAC数字控制。
另外，试验直流电流的最终值(其对于每个像素是具体的)使减小“暗电流”并因此降低传感器和检测电子设备的总噪声成为可能。这增加了传感器的灵敏度并允许放射剂量降低，这在放射成像中非常有利。
补偿分辨率(即像素的响应均相)仅由DAC的位的数量来预确定。通过运行逐次逼近算法能够获得最终电流值。不同于现有技术的传感器，该算法驻留在每个像素中，其中运行校准算法的逻辑和计数装置驻留在像素外部的单元中，或甚至驻留在ASIC外部的单元中。换句话说，在每个像素中编码该算法，从而其能够在彼此独立的每个像素中同时运行。最终直流电流的值被数字编码或存储在每个像素中。它能够出于统计目的从外部读取或用于调节/优化所需校正范围。
有利地是，所述试验电流具有在所述迭代过程的所述步骤的每次迭代时减小的值，其从适于引起每个鉴别器/计数器单元中的计数事件的初始试验电流值开始，直到获得没有引起该鉴别器/计数器单元中的计数事件的最终试验电流值。换句话说，校准装置的逻辑装置经配置用于：
—将降低强度的电流供应到每个像素，即，每个像素的电荷放大装置，从适于引起每个鉴别器/计数器单元中的计数事件的初始试验电流值开始；
—针对供应到像素的每个强度电流值，检查收集像素的每个鉴别器/计数器单元是否执行计数步骤；
—针对每个收集像素，识别没有引起计数事件的所供应的最大电流强度，并将没有引起计数事件的所供应的最大电流强度作为偏移校正电流值存储在像素的存储器单元中，从而在传感器的后续操作中被供应到每个鉴别器/计数器单元。
优选地，校准装置的逻辑装置执行的校准过程是所谓的“高/低”过程，其中：
—初始试验电流值等于能够通过DAC获得的最大电流值，即等于能够通过设置在其自身最大值时的DAC获得的电流值，一旦阈值已经设置为对应于鉴别器/计数器单元的接地基准的最小值时，该电流值适于引起每个鉴别器/计数器单元中的计数事件；
—校准装置的逻辑装置经配置用于使得后续试验电流被供应到每个像素，所述后续试验电流具有：
—如果先前试验电流引起每个鉴别器/计数器单元中的计数事件，低于先前试验电流的强度；
—如果先前试验电流没有引起每个鉴别器/计数器单元中的计数事件，高于先前试验电流的强度；
—校准装置的逻辑装置经配置用于存储不能引起鉴别器/计数器单元中的计数事件的试验电流值，具体是，将第一供应的试验电流值作为校正电流供应到后续操作中的每个鉴别器/计数器单元。
换句话说，自校准装置经配置用于供应逐步降低强度的电流，直到对于每个鉴别器/计数器单元，校正电流被识别为未引起鉴别器/计数器单元的计数事件的最大试验电流。这种方式，鉴别器/计数器的偏移被转移到仍然低于阈值的最大值。
高/低技术减少执行校准步骤所需要的试验电流值的数量。
具体地，自校准装置包括5位DAC，因此该最大预定值是32。在这种情况下，自校准时间能够被估计为几毫秒。
由于根据本发明的传感器，显著减少ASIC的像素的计数器的鉴别阈值是可能的，并且使其值尽可能接近鉴别输入放大器产生的噪声所需要的最小阈值是可能的。例如，利用碲化镉转换层，该阈值可以约为200电子，其对应于1keV，而利用硅转换层，该阈值可以约为0.8keV。
ASIC的“光子计数”功能是必要的，但不足以根据光子的能级对光子分级。通过将能量测量功能引入到ASIC的结构中来允许分级。通过该功能，在每个像素中，ASIC的电子设备能够计数已经接收到多少光子，以及有多少光子具有落入不同范围内(即不同能量窗口内)的能级。
由于根据本发明的传感器，如上所限定的，通过物体的相同X射线暴露，即通过使物体经受仅一个放射剂量，能够获得多个图像，其中每个图像与单个光子能量窗口相关。该多个图像使得根据样本或物体相对于不同能级的光子具有的吸收功率来对所观察的样本或物体分类成为可能。
例如，能量窗口可以将光子能量值集合限定在5和15keV之间；15和25keV之间；25和40keV之间；40和60keV之间等。
例如，计数器可以包括普通15位硅寄存器，其经配置用于计数215-1个光子。通过现有技术传感器，将物体暴露于如此多的闪光(如图像应当相关的能级)将是必要的。因此为了获得相同的放射信息，根据本发明的传感器相对于现有技术的传感器减少了物体在有害放射下的暴露。
例如，传感器表面或基本块(elementary block)表面可以具有2和4厘米之间的尺寸，具体是约2.5x3.0厘米的尺寸。在这种情况下，传感器能够包括476x512＝243712个收集像素，在其上能够布置约1百万个多通道。利用这种基本块尺寸，8个基本块能够覆盖常用的24x2.5厘米插槽。
优选地，收集像素具有六边形平面形状，并且被布置为蜂窝图案。蜂窝图案的结构是指，设置在其中的第一六边形邻近于等于第一六边形的6个额外六边形，每个所述6个额外六边形具有平行于第一六边形的相应边的边。例如，对于正方形图案，蜂窝结构每单位面积增加若干像素。蜂窝图案还允许在所有方向上具有基本相同的空间分辨率。相反，在正方形图案中，沿着正方形的对角线的方向的分辨率大约比沿着正方形的边的方向小40％。
在本发明的一方面中，半导体转换层包括多个转换像素，所述多个转换像素以与收集层的收集像素相同的方式布置，即每个转换像素单一地对应于相应的收集像素，并且在每个转换器像素和相应的收集像素之间提供电子连接。
在一个示例性实施例中，转换层由晶体材料制成。
具体地，晶体层具有面向收集层的金属化层，所述晶体层具有像素结构。这允许最大化每个光子的转换产生的电荷。换句话说，增加能够行进穿过转换层的电子的数量是可能的。从而能够容易地超过ASIC的像素的噪声阈值。
具体地，通过光刻技术获得转换层的像素(其面向收集层的像素)，所述光刻技术可以包括沉积和图案化金属、半导体和绝缘薄膜的步骤，类似于制作收集层像素的技术。
在本发明的一个示例性实施例中，转换层通过凸块焊接技术(即，通过导电材料制成的、位于转换层和收集层之间的多个凸块，其中每个凸块布置在相应的收集像素处)与收集层逐像素接合。例如，导电材料是铟铋合金。凸块焊接技术允许相对容易地连接收集层和转换层，通过这种方式，转换层的每个像素电连接到收集层的相应像素。
更详细地，通过将相应量的导电材料沉积在收集层的ASIC的上部金属层上可以获得小球，即凸块。
作为一种替换，或附加，通过不断增加这种导电材料的量的步骤，或通过光刻技术，在ASIC的后处理中在ASIC的每个像素处可以获得凸块。
包括凸块的收集层和具有像素结构的转换层之间的连接(即焊接)可以通过手动重叠和将转换层和收集层置于中心，以及压制或加热的后续步骤(以便溶化凸块并形成连接，如本领域公知的)来执行。
可选择地，半导体转换层是镀层转换层，其通过收集层上的多晶体材料或非晶体半导体材料的蒸发和/或沉积技术获得。这些过程允许容易地形成检测层，其中，根据与ASIC相同的图案，即与转换层的像素相同的图案布置像素。如果使用相对低电荷效率转换层，高性能ASIC是有利的，如在非晶体镀层转换层(其允许制成低成本转换层)的情况下。
具体地，非晶体材料可以包括半导体材料，诸如碲化镉、硒、碘化铅、碘化汞、砷化镓、锗，或这些材料的组合。
具体地，非晶体镀层转换层可以通过丝网印刷技术获得。
镀层转换层使制作低成本传感器成为可能。
收集层的像素可以具有设置在300微米和25微米之间的尺寸，具体地，它们可以具有设置在150微米和25微米之间的尺寸，更具体地，它们可以具有设置在75微米和25微米之间的尺寸。对于给定应用，像素尺寸被选择以获得分辨率(其需要小像素)和颜色数量(其通常需要较大像素)之间的布置，以便覆盖所需要的电子设备。例如，如果ASIC由常用的0.18微米CMOS技术制成，则能够假设：
—200微米收集像素，其通常在一般放射应用中使用，提供用于8个能量窗口的鉴别器和计数器；
—100微米收集像素，其不止满足于大多数放射应用，提供用于6个能量窗口的鉴别器和计数器；
—50微米收集像素，提供用于2个能量窗口的鉴别器和计数器。
例如，如果ASIC由更先进的0.045微米CMOS技术制成，则能够假定：
—200微米收集像素，提供用于32个能量窗口的鉴别器和计数器；
—100微米收集像素，提供用于16个能量窗口的鉴别器和计数器；
—50微米收集像素，提供用于8个能量窗口的鉴别器和计数器。
有利地是，传感器包括转换层冷却装置，其经配置用于在使用时使转换层达到并保持在低于预定最大操作温度的温度。具体地，冷却装置经配置使转换层达到并保持在20℃和40℃之间。这些温度值尤其适于碲化镉转换层。在使用中，转换层的ASIC工作在通常设置在50℃和70℃之间的温度下。如果没有为转换层提供冷却装置，这将达到收集层的操作温度。然而，这一温度导致转换层的嘈杂操作，其迫使提高后者的阈值，并因此限制其灵敏度，具体是，造成低能量光子。
事实上，如果基底输送小量电荷，则存在噪声阈值，其不允许测量转换器基底输送的电荷。因此，像素接收尽可能多的电荷是可能的，此外，转换器如此有效以使低能量光子产生足够的电荷以超过阈值是可能的。在任何情况下，残余噪声不能减少到零。
冷却装置可以包括珀尔帖单体(Peltier Cell)，其被布置为其冷却面与收集层的面接触，所述收集层的面与连接到转换层的面相反。这样，珀尔帖单体能够与用于冷却单体的热面的常规空气或液体冷却装置关联。
在一个优选示例性实施例中，对于每个收集像素，收集层具有导电焊盘，优选铝焊盘。具体地，焊盘形成到每个像素的电子设备的输入级的电荷放大器的接口。这在多晶体转换层(多晶体转换层可以由CdTe制成)的蒸发/沉积技术获得的转换层的情况下尤其有利，因为焊盘上的材料沉积允许转换层和收集层之间容易接触。
有利地是，传感器包括用于在收集层内创建电场的装置，所述装置包括第一金属薄膜，其围绕传感器布置(可能通过沉积)并经配置用于产生第一预定电压，和第二薄膜，其优选布置在连接到收集层的转换层的面上(可能通过沉积)，以使其产生与转换层的输入焊盘相同的电压，通常为几伏的电压。根据上层上的电压的符号为正或负，希望分别在下层的金属化表面上收集负或正电荷。
具体是，沉积在转换层的像素边上的第二薄膜或各种金属膜层用于提供电结点，所述电结点允许其中一个预定符号的电流通过，而阻止相反极性的电流通过。如果在像素处收集负电荷，则所述结点允许收集由转换光子产生的电子创建的负电流通过，但阻止来自转换层外部的负电荷通过。这能够是通过从形成接头的金属提取的电荷产生的正极性电流。这使得限制所谓的“暗电流”成为可能。
在一个示例性实施例中，第二薄膜，以及优选地沉积到转换层的相同面上的附加可能的金属薄膜，经配置提供肖特基型结。
根据本发明的另一方面，根据权利要求27，X射线传感器提供了射线照相成像方法。
附图说明
本发明将参考附图示例性但非限制地示出示例性实施例的下面描述，其中。
图1是示出根据本发明的传感器的操作以及图形地示出传感器自身的结构的示意图；
图2示出传感器的一个示例性实施例；
图3是像素中的CMOS元件的分布图，其中，CMOS元件用于通过根据本发明的传感器执行图像采集；
图4示出自校准过程的框图，其中，自校准过程针对所有像素同时执行；
图5和6示出放射会话中获得的相同样本的两个不同图像，其中，使用根据本发明的传感器；
图7示出根据本发明的示例性实施例的传感器，其具有冷却装置，具体地，在转换层上的冷却装置；
图8-12图解示出收集像素的电子设备的布局。
具体实施方式
参照图1，根据本发明的一个示例性实施例，描述了一种数字X射线传感器100，其包括半导体转换层10和半导体收集层20。
转换层10被布置以从常规X射线源101接收X射线光子2，并将光子2转换成电子，其中，所述电子形成电荷16。
收集层20能够通过下面所述的技术中的其中一种与转换层10集成。
收集层20由收集像素22的矩阵形成，每个收集像素22经配置用于从转换层10接收一定量电子，从而在自身金属焊盘(未示出)上建立电荷。
在该示例性实施例中，收集像素22具有正六边形平面形状，并且经布置以形成蜂窝图案，其中，每个六边形22通常位于6个六边形22旁边，6个六边形22中的每个具有平行于第一六边形22的相应边的边。
收集层20以CMOS ASIC(即功能块包括CMOS晶体管的ASIC)的形成制成。
参照图2，每个收集像素22包含电子设备200，其配备有接触件(例如焊盘201)，用于从一部分转换层10接收电荷16。
焊盘201与放大器(AMP)203连接，使得电荷16由焊盘201收集，并能够由电荷放大器203放大。放大器203产生电压信号17，如图3A所示，电压信号17具有预定上升时间29’和预定下降时间29”，和电压峰值21，其与输入电荷16成比例。以这种方式，每个电压峰值17表示一个光子事件，并且峰值和与该X光子关联的能量值成比例。
电容器装置207平行于放大器203布置，以将电荷16转换成电流17。电阻元件208使冷凝器207周期性放电。
电子设备200也包括N窗口鉴别器24i，i＝1……N，N窗口鉴别器中的每个经配置用于将电压峰值21与相应的下阈值25i比较，并与相应的上阈值25i+1比较，其中25i<25i+1。每个鉴别器24i也经配置用于产生转换信号27i，转换信号27i使与鉴别器24i关联的计数器26i(通常是15位计数器)在条件25i<21<25i+1发生时增加1个单位。
具体地，根据本发明，对于所有值i或它们中的一部分，鉴别器24i的上阈值电压值25i与鉴别器24i+1的下阈值电压值一致，以形成全部或部分相邻的多个能量窗口。
换句话说，包含在每个收集像素22中的CMOS电路经配置用于比较(在转换层10中转换光子2之后收集的)电荷16的值与鉴别器24i的每个阈值25i。如果电荷16产生具有高于阈值25i且低于阈值25i+1的峰值21的信号17，则仅计数器26i将其自身计数增加1个单位，而其他计数器26i，j≠i保持它们相应的计数不变。
以这种方式，放射成像传感器100能够执行彩色光子计数过程，即其允许根据对应于存储在N能量窗口26i[25i,25i+1]中的计数的N“颜色”测量入射辐射2，其中i是设置在1到N之间的整数。
收集像素22可以具有短于300微米的尺寸，例如，选自包括50、100和200微米的组中的尺寸。在一个具体示例性实施例中，这些像素具有若干鉴别器和若干计数器，以适于分别实施2、4、8个能量窗口，即N＝2,4,8。具体地，窗口数量通过0.18微米CMOS技术执行。如果0.045微米技术用于ASIC，则上面所示尺寸的像素可以分别用于制作8、16、32个能量窗口，即N＝8,16,32。
每个计数器26i由常用快门信号212控制，所述信号限定设备有效期间的时间间隔。该信号确保微秒精确的曝光时间，因为这是用于“时隙运行”类型采集的高帧速率采集所需要的。
每个收集像素22的计数值和每个能量窗口26i[25i,25i+1]的计数值通过外部采集电子设备50(图1)读取，所述外部采集电子设备50通过数据输出装置(例如数字读出和控制总线213)接收它们。采集电子设备50(其能够被常规实现)经配置用于形成每个能量窗口[25i,25i+1]的图像3i。可以使每个图像3i通过常规显示装置7(图1)被观察器访问。
采集电子设备50可以经配置用于将相同能量窗口26i的计数值与灰度级，或更一般地，与亮度级关联。以这种方式，与像素22相关的相同能量窗口的计数值能够变成图像3i，其中灰度级或明暗亮度级指示放射2的部分，即光子2的部分，所述放射2的部分具有行进穿过所观察样本9的给定窗口能量内的能量。
采集电子设备50，或显示装置7被提供具有用于将窗口能量与相应的基本色关联的装置，以使属于每个能量窗口的数据在每个图像3i中根据相同基本色的不同水平显示。
采集电子设备50或显示装置7具有用于覆盖图像3i以形成至少一个或更多个新图像(未示出)的装置，其中属于每个能量窗口26i的数据能够通过相应的基本色识别，而仅属于该能量窗口的数据能够在图像中根据基本色的不同水平被识别。
仍然在图2的示例性实施例中，每个收集像素22的电子设备200包括用于供应电荷到放大器203的电荷供应装置，即“电荷注入”装置205、206。电荷注入可用于建立电子设备200对校准的电荷量的响应。更详细地，如后面所述，电荷供应装置用于在操作期间反馈预定校正或补偿直流电流(所述预定校正或补偿直流电流具有用于每个收集像素22的具体值)，从而不考虑上述“暗”或偏移电流影响，使得收集层20的像素22能够提供均相响应。电荷供应装置206也用于确定每个像素的校正电流。
事实上，在每个校正像素22中，校准装置被提供用于校准供应到鉴别器24i的信号的基准电压。
在图2的示例性实施例中，收集层20的每个收集像素22的自校准装置包括用于每个单元鉴别器/计数器单元24i/26i的数模转换器28i(DAC)。每个数模转换器28i经配置用于接收预定数量的位的组合，并用于产生对应于所述位的组合的电流值。通常，DAC 28i是5位DAC，其允许32个组合并因此允许32个电流值。DAC 28i能够被调节以提供适于将信号21的基准尽可能移动接近接地值的电流，例如，根据下面详细描述的过程。
根据本发明，逻辑装置34被布置在每个像素22内，所述装置经配置用于执行计算偏移校正电流的迭代过程。通常，该迭代过程包括产生用于每个鉴别器/计数器单元24i/26i的多个试验电流值，其被依次供应到放大装置203直到识别到没有引起计数26i增加的电流值。该电流被限定为偏移校正电流。逻辑装置34功能地连接到DAC 28i，用于控制电流试验值的产生。
仍然根据本发明，存储器单元(即寄存器35)也被布置在每个像素22内，并功能地与逻辑装置34连接，其中逻辑装置34存储偏移校正电流值，其在自校准过程期间被限定并可用于后续放射成像获取。存储器单元35还可以有利地与数据输出装置213连接，以使为了统计目的或用于调节/优化所需要的校正范围，能够从外部读取校正电流值。
具体地，逻辑装置34可以经配置用于执行自校准过程80，即如图4的示意图所示，所有计数器26i的高/低自动且同时发生的校准过程。
综上所述，自校准过程80包括顺序供应不同强度的电流到每个计数器26i，以及估计哪个是所供应的电流值(其接近在具体环境操作条件中使克服每个计数器的具体偏移值成为可能的值)。通过在后续操作期间供应该电流，所有像素的计数器将能够提供基本均相的电荷计数响应。
更详细地，自校准过程80跟随选择将要供应的最大数量的电流强度值的步骤81。能够利用DAC的位数形成尽可能多的值的若干组合，因此，每当过程80被执行时，通过5位DAC，32个不同电流强度能够供应到每个鉴别器24i。
过程80还跟随选择初始电流值的步骤82，如前面检测或实验所建议的，初始电流值适于将所有计数器26i的偏移转移超过下阈值。通过供应该初始电流，所有计数器26i将通过增加1个单位的计数值响应。
此外，自校准装置包括步骤83的控制装置，其优选基本同时启动所有收集像素22的所有计数器26i的自校准过程，以使校准在每个计数器26i中同时发生。
自校准装置28i经配置用于顺序执行步骤84，其供应至少一个试验电流到每个计数器26i。试验电流具有较低的强度或从步骤82中选择的初始值开始减小的强度。还提供步骤85，其检查是否已经获得迭代的最大数量，如步骤81所预定的，即根据过程80，能够在每个操作中应用到鉴别器/计数器CMOS 24i/26i的不同强度的电流的数量。连同检查步骤85，对于每个计数器26i，步骤86被执行，以检查计数器是否仍然执行计数步骤。如果计数被执行，比前面电流弱的电流被供应到每个计数器，即供应电流的步骤84被重复，然而，如果计数已经中断，则执行步骤87，以供应强度高于前面电流的至少一个电流。甚至在这种情况下，每当电流84，87被供应时，步骤85连同步骤86，88被执行，步骤85用于检查已经供应到每个计数器的所有电流的数量，步骤86，88用于检查计数是否仍然正由转换器执行。在计数值保持的情况下，强度高于前面电流的电流被供应到每个计数器，即电流供应步骤87被重复，并且如果计数被重新启动，步骤84被执行，以供应弱于前面电流的电流。
当检查步骤85(其在每个电流供应步骤84，86之后执行)显示计数器26i已经供应有等于预定最大数的电流数量，最后供应的电流的强度被记录为具体计数器26i的偏移校正电流，在步骤89中，存储电流值用于传感器100的后续操作。
如公知的，CMOS技术是层技术，其中晶体管被布置在所谓的“金属1”或“顶部金属层”上，并且其他层(通常为4或5个金属层，位于晶体管层旁边)用于提供功能块之间的连接，并用于传送功率。图7-11图形地示出功能块的布局，其中功能块由布置在1级上的晶体管实现。
图5和图6示出包括蜥蜴的样本的两幅图像，由根据本发明的传感器获得。图5和6的图像指示两个不同的能量窗口，分别为上部能量窗口和下部能量窗口。
参照图7，根据一个示例性实施例，描述了数字X射线传感器，其提供有冷却装置40，冷却装置40包括珀尔帖单体设备40，其具有与收集层20接触的冷面41和被暴露于用于移除热量Q的装置43的热面42。
图8是3x2像素的子矩阵的整体视图，其也示出由顶部金属层制成的像素22的输入焊盘201。在一个示例性实施例中，在该焊盘201上，通过凸块焊接技术生长连接转换层10的凸块，例如，通过使用铟铋合金。涉及单个像素的电子设备包含在边界框内。
图9和10示出图8的其中一个像素22的细节，其具有约50微米的尺寸L1，L2。两个能量窗口在每个像素中实现(例如，通过0.18微米技术)。功能块被布置在顶部金属层上，具体地，示出放大器203、鉴别器241和242、计数器261和262、DAC 281和282、逻辑单元34、存在器单元35(图9)。在图10中，也示出顶部金属层下面的多层。
相反，图11和图12指示100微米像素22，其中，提供与图9和10的50微米像素相同的功能块24i、26i、28i、203，i＝1……6，并且其中6色构架在每个像素中实现，仍然通过标准CMOS技术实现。
在图2的示例性实施例中，薄金属化膜12和13分别被提供在转换层10的上面和下面。薄膜12可以通过沉积导电材料(优选是金属(例如铂))来制成，并且用作电极。薄膜12电连接到电压源4，即电连接到处于预定电压(例如，设置在-300V和-400V之间的电压)的元件。
金属化膜13铺设在相反面上，其可以以肖特基结的形式(即二极管的形式)制成，使得电子的电流能够仅在一个方向上流动，即朝着转换层20。更详细地，结13可以包括多个金属化水平(例如，具有彼此不同的电化学势的两个金属层)，以便形成能够由具有一个预定符号的电荷侵入但具有相反符号的电荷不能侵入的势垒。以这种方式，将热损耗(由于ASIC 20的工作温度引起)电流降低到最小值是可能的。
接着，结13电连接到ASIC的像素的焊盘的0.1V和1.0V之间的电压，该电压由电压源5供应。
应用到薄膜12和13的电压在转换层10中创建电场，所述电场适于使转换层10中的光子转换产生的电子朝着收集层20迁移。
参照图2，X射线传感器的转换层10也可以由多个转换像素11形成，具体地，根据与收集像素22相同的图案形成。在这种情况下，有利的是，收集层20的每个收集像素22与转换层10的相应转换像素11电连接，以这种方式，每个收集像素22计算来自相应转换像素11的电荷16。
转换层10可以包括晶体材料或非晶体材料。例如，转换层10可以通过多晶体半导体材料或非晶体半导体材料的蒸发技术和/或沉积技术获得，其中，多晶体半导体材料或非晶体半导体材料选自，例如，碲化镉、非晶硒、碘化铅和碘化汞。如果转换层10必须被分隔成像素，通过采取光刻技术能够执行该分割。
在图1的示例性实施例中，转换层10通过凸块焊接技术与转换层20连接。根据该技术，多个金属凸块(例如通过在半导体收集层20上执行生长过程获得)被布置在转换层10和收集层20之间。具体地，凸块可以包括铟铋合金。
各种示例性具体实施例的上面描述将充分地显示根据视图的概念点的本发明，使得本领域技术人员通过使用当前知识能够在进一步研究并不脱离本发明的情况下对这些实施例进行修改和/或使其适于各种应用。因此，这意味着这种适应或修改将必须被认为等同于所描述的示例性实施例。由于该理由，在此描述的实现不同功能的装置和材料将具有不同的特征，而不脱离本发明的领域。这意味着在此采用的措词或术语是为了描述而非限制的目的。
参考文献
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Claims (28)

1.一种数字X射线传感器(100)，其包括：
半导体转换层(10)，其经配置用于接收X射线光子(2)，并用于将所述X射线光子(2)转换成电荷(14)；
半导体收集层(20)，其与所述转换层(10)集成，所述收集层(20)由多个收集像素(22)形成，所述多个收集像素(22)被布置为预定图案，所述收集层(20)中的每个收集像素(22)经配置用于从所述转换层(10)接收所述电荷(14)的电子(16)；
数据输出装置(213)，其用于将所述收集像素(22)收集的数据传递到采集电子设备(50)；
其中每个收集像素(22)包括：
放大装置(203)，其经布置用于接收所述电荷作为输入电荷，所述输入电荷包括所述转换层(10)产生的所述电子(16)，所述放大装置(203)经配置用于生成具有与所述输入电荷(16)成比例的峰值(21)的电压信号(17)；
N个窗口鉴别器(24i)，每个鉴别器(24i)包括多个CMOS晶体管，每个鉴别器具有两个电荷阈值(25i,25i+1)，所述两个电荷阈值(25i,25i+1)包括下阈值(25i)和上阈值(25i+1)，每个鉴别器(24i)经配置用于：
执行所述峰值(21)和所述两个电荷阈值(25i,25i+1)之间的比较，以及
如果满足下列条件，则执行0电平和1电平之间的瞬时转换：
所述峰值(21)高于所述下阈值(25i)，并且
所述峰值(21)低于所述上阈值(25i+1)；
其中，对于每个鉴别器(24i)，选自下面条件之间的至少一个条件发生：
所述上阈值(25i+1)低于不同于所述每个鉴别器(24i)的所述鉴别器(24k，k≠i)中的至少另一个的所述下阈值，具体地，所述上阈值(25i+1)等于不同于所述每个鉴别器(24i)的所述鉴别器(24k，k≠i)中的至少另一个的所述下阈值；
所述下阈值(25i)高于不同于所述每个鉴别器(24i)的所述鉴别器(24k，k≠i)中的至少另一个的所述下阈值，具体地，所述下阈值(25i)等于不同于所述每个鉴别器(24i)的所述鉴别器(24k，k≠i)中的至少另一个的所述上阈值，
N个计数器(26i)，每个所述计数器(26i)与所述鉴别器(24i)的一个相应的鉴别器关联，
其中每个计数器(26i)经配置以在下列条件下将其自身计数增加1个单位，而不同于所述每个计数器(26i)的任何其他计数器(26k,k≠i)经配置以保持自身的计数值不变：
所述峰值(21)高于所述相应的鉴别器(24i)的所述下阈值(25i)，并且
所述峰值(21)低于所述相应的鉴别器(24i)的所述上阈值(25i+1)，
其中所述数据输出装置(213)经配置用于从每个收集像素(22)的所述计数器(26i)接收对应于存储在每个电荷阈值的N个能量窗口中的计数的N个“颜色”中的放射(2)事件的测量数据，
其特征在于：校准装置被提供用于校准每个收集像素，在所述收集像素(22)中的每个中，所述校准装置包括：
用于至少一个鉴别器(24i)的数模转换器(28i)，即DAC(28i)，所述数模转换器(28i)经配置用于接收预定数量的位的组合并用于生成对应于所述位的组合的电流值；
电流供应装置(206)，其用于将电流供应到所述每个收集像素(22)，所述电流供应装置经配置用于将电流供应到所述放大装置(203)以响应于所述至少一个鉴别器(24i)的所述位的组合；
逻辑装置(34)，其驻留在每个所述收集像素(22)中，经配置用于确定偏移校正电流值，所述逻辑装置经配置用于在每个收集像素内执行校准步骤，以便确立所述数模转换器或每个数模转换器(28i)的所述位的组合的哪个位的组合必须用于供应所述校正电流，
其中：所述校准装置包括控制装置，所述控制装置用于基本同时启动所有收集像素(22)的所有所述计数器(26i)的校准过程(80)，使得校准在每个计数器(26i)中同时发生并且所述校准作为自动自校准过程由所述逻辑装置(34)初步执行，
其中每个所述收集像素(22)包括所述偏移校正电流值的存储器单元(35)；
并且其中所述逻辑装置(34)还经配置用于将所述校正电流值存储在所述存储器单元(35)中。
2.根据权利要求1所述的数字X射线传感器，其中驻留在每个所述收集像素(22)中的所述逻辑装置(34)经配置用于通过计算所述偏移校正电流值的迭代过程(80)在每个收集像素内执行所述校准步骤，所述过程包括：
生成所述位的组合；
将所述位的组合传递到所述数模转换器(28i)，以使所述数模转换器(28i)生成相应的试验电流值；
通过所述供应装置(206)使所述试验电流供应到所述放大装置(203)；
接收所述计数器(26i)的计数值；
如果所述计数值因所述试验电流增加，则重复上述步骤；
如果所述计数值未因所述试验电流增加，则将所述试验电流值限定为所述校正电流值。
3.根据权利要求2所述的数字X射线传感器，其中所述试验电流具有在所述迭代过程(80)的所述步骤的每次迭代时减小的值，所述值从适于引起每个鉴别器/计数器单元(24i/26i)中的计数事件的初始试验电流值开始，直到获得未引起所述鉴别器/计数器单元(24i/26i)中的计数事件的最终试验电流值，并且每个收集像素(22)的所述逻辑装置经配置用于将所述最终试验电流值作为所述收集像素(22)的所述校正电流值限定在所述收集像素(22)的所述存储器单元(35)中。
4.根据权利要求1所述的数字X射线传感器，其中所述收集像素(22)具有六边形平面形状并被布置为蜂窝图案。
5.根据权利要求1所述的数字X射线传感器，其中所述数模转换器(28i)具有大于或等于5的位数，具体地，所述数模转换器(28i)是5位数模转换器。
6.根据权利要求1所述的数字X射线传感器，其中所述鉴别器(24i)的所述电荷下阈值(25i,25i+1)以光子能量场，即光子能量窗口被限定选自包括下列项的组：5到15keV；15到25keV；25到40keV；40到60keV的形式被选择。
7.根据权利要求1所述的数字X射线传感器，其中所述计数器(26i)包括普通15位硅寄存器。
8.根据权利要求1所述的数字X射线传感器，其中所述传感器具有设置在2cm和4cm之间的边尺寸，具体地，约2.5cmx3.0cm的尺寸。
9.根据权利要求1所述的数字X射线传感器，其中所述收集像素(22)具有设置在300微米和25微米之间的尺寸，具体地，它们具有设置在150微米和25微米之间的尺寸，更具体地，它们具有设置在75微米和25微米之间的尺寸。
10.根据权利要求9所述的数字X射线传感器，其中所述CMOS晶体管是0.18微米CMOS晶体管，并且所述收集像素具有约200微米的尺寸并包括若干所述鉴别器(24i)和若干所述计数器(26i)，以使8个能量窗口被限定。
11.根据权利要求9所述的数字X射线传感器，其中所述CMOS晶体管是0.18微米CMOS晶体管，并且所述收集像素具有约100微米的尺寸并包括若干所述鉴别器(24i)和若干所述计数器(26i)，以使6个能量窗口被限定。
12.根据权利要求9所述的数字X射线传感器，其中所述CMOS晶体管是0.18微米CMOS晶体管，并且所述收集像素具有约50微米的尺寸并包括若干所述鉴别器(24i)和若干所述计数器(26i)，以使2个能量窗口被限定。
13.根据权利要求9所述的数字X射线传感器，其中所述CMOS晶体管是0.045微米CMOS晶体管，并且所述收集像素具有约200微米的尺寸并包括若干所述鉴别器(24i)和若干所述计数器(26i)，以使32个能量窗口被限定。
14.根据权利要求9所述的数字X射线传感器，其中所述CMOS晶体管是0.045微米CMOS晶体管，并且所述收集像素具有约100微米的尺寸并包括若干所述鉴别器(24i)和若干所述计数器(26i)，以使16个能量窗口被限定。
15.根据权利要求9所述的数字X射线传感器，其中所述CMOS晶体管是0.045微米CMOS晶体管，并且所述收集像素具有约50微米的尺寸并包括若干所述鉴别器(24i)和若干所述计数器(26i)，以使8个能量窗口被限定。
16.根据权利要求1所述的数字X射线传感器(100)，其中所述半导体转换层(10)包括以与所述收集层(20)的所述收集像素(22)相同方式布置的多个转换像素(11)，即每个转换像素(11)明确对应于相应的收集像素(22)，并且在每个转换像素(11)和所述相应的收集像素(22)之间提供电连接。
17.根据权利要求1所述的数字X射线传感器，其中所述转换层(10)由晶体材料制成。
18.根据权利要求5所述的数字X射线传感器，其中所述晶体材料具有面向所述收集层(20)的金属化层(13)，所述收集层(20)具有像素结构。
19.根据权利要求5所述的数字X射线传感器，其中面向所述收集层(20)的所述像素(22)的所述转换层(10)的所述像素(11)通过光刻技术获得，具体是通过薄半导体和绝缘金属膜的沉积和图案化获得。
20.根据权利要求1所述的数字X射线传感器，其中所述转换层(10)通过凸块焊接技术与所述收集层(20)逐像素(11-22)地接合，即通过导电材料制成的多个凸块接合，所述多个凸块位于所述转换层(10)和所述收集层(20)之间，其中每个凸块布置在相应的收集像素(22)处。
21.根据权利要求1所述的数字X射线传感器，其中所述转换层(10)通过蒸发和沉积技术涂覆所述收集层(20)获得，具体是通过所述收集层(20)上的多晶体或非晶体半导体材料的丝网印刷技术获得。
22.根据权利要求1所述的数字X射线传感器，其中所述转换层(10)包括选自包括下列项的组的材料：碲化镉、硒、碘化铅、碘化汞、砷化镓、锗或所述材料的组合。
23.根据权利要求1所述的数字X射线传感器，其中，提供转换层(10)冷却装置，其经配置用于在使用时使所述转换层(10)达到/保持在低于预定最大操作温度的温度，具体是，所述冷却装置经配置用于使所述转换层达到并维持在20℃和40℃之间，具体地，所述冷却装置包括珀尔帖单体设备，其具有与所述收集层(20)接触的冷却面和暴露于热量移除装置的热面。
24.根据权利要求1所述的数字X射线传感器，其中所述收集层(20)具有导电焊盘，具体是铝焊盘，对于每个收集像素，具体地，所述焊盘形成朝向所述电荷放大装置(203)的接口，其形成每个像素(22)的电子设备(200)的输入级。
25.根据权利要求11所述的数字X射线传感器，包括用于在所述收集层(20)内建立电场的装置(4，5，12，13)，所述装置包括：
第一金属薄膜(12)，其围绕所述传感器(100)布置并经配置被设定到第一预定电压，和
第二薄膜(13)，其设置在连接到所述收集层(20)的一侧处的所述转换层(10)上，所述第二薄膜经配置以被设定到所述转换层(10)的所述输入焊盘的电压。
26.根据权利要求25所述的数字X射线传感器，其中所述第二薄膜(13)，具体地，连同进一步沉积到所述转换层(10)的相同面上的金属膜，经配置以提供肖特基型结。
27.一种通过X射线传感器(100)的放射照相成像方法，所述方法包括：
利用X射线光子(2)照射半导体转换层(10)，并通过所述转换层(10)将所述X射线光子(2)转换成电荷(14)；
预布置与所述转换层(10)集成的半导体收集层(20)，通过布置为预定图案的多个收集像素(22)形成所述收集层(20)；
通过所述收集层(20)中的每个收集像素(22)从所述转换层(10)接收所述电荷(14)的电子(16)；
放大(203)每个收集像素(22)中的所述电荷，以及产生具有与所述电荷(16)成比例的峰值(21)的电压信号(17)；
通过N个窗口鉴别器(24i)鉴别每个收集像素(22)中的所述峰值，每个鉴别器(24i)包括多个CMOS晶体管，每个鉴别器具有两个电荷阈值(25i,25i+1)，所述两个电荷阈值(25i,25i+1)包括下阈值(25i)和上阈值(25i+1)，其中每个鉴别器(24i)：
执行所述峰值(21)和所述两个电荷阈值(25i，25i+1)之间的比较，以及
在以下条件下执行0电平和1电平之间的瞬时转换：
所述峰值(21)高于所述下阈值(25i)，并且
所述峰值(21)低于所述上阈值(25i+1)；
其中，对于每个鉴别器(24i)，选自下列条件之间的至少一个条件发生：
所述上阈值(25i+1)低于不同于所述每个鉴别器(24i)的所述鉴别器(24k，k≠i)中的至少另一个的所述下阈值，具体是，所述上阈值(25i+1)等于不同于所述每个鉴别器(24i)的所述鉴别器(24k，k≠i)中的所述至少另一个的下阈值；
所述下阈值(25i)高于不同于所述每个鉴别器(24i)的所述鉴别器(24k，k≠i)中的至少另一个的所述下阈值，具体是，所述下阈值(25i)等于不同于所述每个鉴别器(24i)的所述鉴别器(24k，k≠i)中的至少另一个的所述上阈值；
在每个收集像素(22)中，利用N个计数器(26i)计数在每个鉴别器处鉴别的峰值，每个所述计数器(26i)与所述鉴别器(24i)的一个相应鉴别器关联，
其中，在下列条件下，每个计数器(26i)中的所述计数通过将自身计数值增加1个单位执行，而不同于所述每个计数器(26i)的所述计数器(26k,k≠i)保持自身的计数值不变：
所述峰值(21)高于所述相应鉴别器(24i)的所述下阈值(25i)，并且
所述峰值(21)低于所述相应鉴别器(24i)的所述上阈值(25i+1)，
通过数据输出装置(213)采集由所述收集像素(22)收集的数据，以将所述数据传输到采集电子设备(50)；
其特征在于，所述方法包括：
预布置用于每个收集像素(22)的至少一个鉴别器(24i)的数模转换器即DAC(28i)，所述转换器经配置用于接收预定数量的位的组合并用于生成对应于所述位的组合的电流值；
将校正电流(206)供应到每个所述收集像素(22)的所述放大装置(203)，供应的所述电流响应所述至少一个鉴别器(24i)的所述位的组合；
并且其中，所述方法还包括在每个收集像素内执行的校准步骤，以确立所述数模转换器或每个数模转换器(28i)的所述位的组合的哪个位的组合必须用于供应所述校正电流，所述校准步骤通过驻留在每个所述收集像素(22)中的逻辑装置(34)在每个像素中初步执行；
其中所述校准步骤针对所有所述收集像素(22)在每个收集像素内同时执行。
28.根据权利要求27所述的放射照相成像方法，其中所述校准步骤包括计算偏移校正电流值的迭代过程(80)，所述过程包括：
生成所述位的组合；
将所述位的组合传递到所述数模转换器(28i)，以使所述数模转换器(28i)生成相应的试验电流值；
通过所述供应装置(206)使所述试验电流供应到所述放大装置(203)；
接收所述计数器(26i)的计数值；
如果所述计数值因所述试验电流增加，则重复上述步骤；
如果所述计数值未因所述试验电流增加，则将所述试验电流值限定为所述校正电流值。
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