CN105388509A

CN105388509A - 伽马射线检测器和检测伽马射线的方法

Info

Publication number: CN105388509A
Application number: CN201510539693.6A
Authority: CN
Inventors: J.哈克; F.克勒纳
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2035-08-28
Also published as: CN105388509B; DE102015114374B4; US20170205518A1; US9482762B2; US20160061967A1; US9733365B2; DE102015114374A1

Abstract

伽马射线检测器和检测伽马射线的方法。在各种实施例中，提供一种伽马射线检测器。伽马射线检测器可包括转换器元件，其被配置成当伽马射线至少部分地移动通过转换器元件时释放电子。伽马射线检测器还可包括半导体检测器，其被布置成接收电子并被配置成当电子至少部分地移动通过半导体检测器时产生信号；以及放大器电路，其被耦合到半导体检测器并被配置成将由半导体检测器产生的信号放大。在伽马射线检测器中，可将转换器元件布置成至少部分地屏蔽放大器电路免受电磁辐射。

Description

伽马射线检测器和检测伽马射线的方法

技术领域

各种实施例一般地涉及伽马射线检测器。特别地，各种实施例涉及半导体伽马射线检测器。

背景技术

一个人可能遭遇放射性辐射（也称为核辐射），例如由核动力反应堆或由被用于医疗应用的系统（例如加速器）或材料发射的人造核辐射。此外，在某些材料中可发生自然放射性辐射。该材料可经历可导致其辐射能级提高的浓缩过程。尽管如此，在日用产品中可使用此类材料，例如在工业或建筑中，在那里，其可在没有诸如被配置成屏蔽辐射的墙壁之类的保护性措施的情况下使用。

此外，然而如果他或她具有任由他或她处置的用于放射性辐射的传感器的话，与描述的放射性辐射源具有未知接触的某个人还可能感觉更加安全。

随着核辐射或发射核辐射的系统的应用和/或辐射意识增加，对检测此类放射性辐射的便携式传感器的要求也可增加。为了使得许多上述群组的潜在用户能够买得起和使用此类辐射传感器，可能期望简单的结构、小尺寸、简单的使用和/或低价格。例如可将此类辐射传感器配置成检测伽马辐射。伽马辐射也可称为伽马射线、伽马光子或伽马量子。在本申请的上下文中，术语“伽马辐射”（及其同义词）可指的是具有在约40keV以上的量子能的电磁辐射。

通常，可以借助于气态电离检测器来检测伽马辐射，比如例如Geiger-Müller管。此类气态电离检测器可要求用于检测伽马辐射的相对大的体积，使得小型化可能是困难的。

替换地，传统伽马射线检测器可将半导体材料用于伽马光子的直接检测。然而，相互作用概率（即伽马光子将例如借助于光电效应、康普顿散射或电子对产生（pairproduction）与半导体材料相互作用的概率）可能是非常低的，至少与用于带电粒子的相互作用概率相比并且还与具有较低能量的电磁辐射（例如可见光波长范围中的电磁辐射）相比如此。因此可主要将硅检测器用于贝它（beta）衰变的检测，其可导致电子的释放。作为带电粒子的此类贝它衰变电子在硅检测器中可具有几乎100%的检测概率。然而，用于伽马光子的检测概率在硅检测器中将更低得多。为了增加用于伽马光子的检测概率，可使用具有较高原子序数的半导体作为检测器材料。例如，可使用锗（具有32的原子序数，与用于硅的14相反）。然而，为了可接受的检测概率，仍可要求大体积的锗（或者更一般地，半导体），这再次地使小型化困难。此外，锗是非常昂贵的。

发明内容

在各种实施例中，提供了一种伽马射线检测器。伽马射线检测器可以包括转换器元件，其被配置成当伽马射线至少部分地移动通过转换器元件时释放电子。该伽马射线检测器还可包括半导体检测器，其被布置成接收电子并被配置成当电子至少部分地移动通过半导体检测器时产生信号；放大器电路，其被耦合到半导体检测器并被配置成将由半导体检测器产生的信号放大；以及屏蔽，其基本上完全地围绕半导体检测器和放大器电路。在伽马射线检测器中，转换器元件可形成屏蔽的至少一部分。

附图说明

在图中，遍及不同的视图，相似的参考字符通常指的是相同的部分。附图不一定按比例，通常作为替代而将重点放在图示出本发明的原理上。在以下描述中，参考以下各图来描述本发明的各种实施例，在所述附图中：

图1A和1B示出了根据各种实施例的伽马射线检测器的示意性截面；

图2A示出了根据各种实施例的伽马射线检测器的半导体检测器的示意性截面；

图2B示出了根据各种实施例的用于伽马射线检测器的等效电路图；以及

图2C示出了根据各种实施例的用于可在伽马射线检测器中使用的放大器电路的示例。

图3A至图3D示出了根据各种实施例的伽马射线检测器的截面图；

图4提供了用根据各种实施例的伽马射线检测器和比较伽马射线检测器获得的实验结果的表格。

图5示出了根据各种实施例的伽马射线检测器的透视图；以及

图6示出了根据各种实施例的形成伽马射线检测器的方法。

具体实施方式

以下详细描述参考附图，其以图示的方式示出了其中可实施本发明的特定细节和实施例。

词语“示例性”在本文中用来意指“充当示例、实例或图示”。在本文中描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定要解释为相比于其它实施例或设计而言是优选或有利的。

相对于在侧面或表面“之上”形成沉积材料而使用的单词“之上”在本文中可用来意指可“直接地在其上面”、例如与之直接接触地形成沉积材料。相对于在侧面或表面“之上”形成沉积材料而使用的单词“之上”在本文中可被用来意指可“间接地在暗示的侧面或表面上面”形成沉积材料，其中在暗示的侧面或表面与沉积材料之间布置一个或多个附加层。

可将术语“重元素”和“重金属”理解为指代具有大于20的原子序数的化学元素。

可将术语“快速粒子”和“快速电子”理解为指代以对应于至少20keV、例如至少100keV、例如至少511keV、例如在从约20至约10000keV范围中的动能的速度移动的粒子/电子。

可将术语“基本上完全围绕”和“基本上完全包围”理解为在不损害第一特征、第二特征和/或作为一个单元的两个特征的组合的功能的情况下从尽可能多的方向在第二特征周围形成第一特征。例如，第二特征可被第一特征包围，具有的例外是其中可以例如为电接触第二特征提供接近（例如必要接近）的区域，以用于允许被包围空间与外面之间的压力平衡等。此外，如果被第一特征覆盖的第二特征的一小部分表面面积大于或等于约90%、例如大于或等于约95%、例如大于或等于约99%的话，可将第二特征理解为被第一特征基本上完全包围或围绕，换言之，如果第二特征的总表面面积的至少约90%、例如至少约95%、例如至少约99%被第一特征覆盖的话。

在各种实施例中，可提供小伽马射线检测器。伽马射线检测器可例如具有具有小于5cm²的面积且具有小于5mm的厚度、例如具有在0.5和1.5cm²之间的面积且具有约0.3mm的厚度的尺寸。

在各种实施例中，可以以相对低的成本生产伽马射线检测器。例如，伽马射线检测器可在不使用大体积的昂贵半导体（诸如锗）的情况下工作。替代地，伽马射线检测器可使用小体积的半导体作为其中生成检测信号的体积，和/或可使用更不昂贵的半导体材料，例如硅。

在各种实施例中，伽马射线检测器可对可认为潜在地对人类有害的剂量率（doserate）敏感。伽马射线检测器可对从约1μSv/h起的剂量率敏感。换言之，可检测大于或等于约1μSv/h的剂量率。

在各种实施例中，伽马射线检测器可在约5V以下的操作电压下操作。例如，伽马射线检测器的操作电压可对应于移动通信设备（例如移动电话）的操作电压。例如可将伽马射线检测器集成到移动通信设备（例如移动电话）中，并使用其操作电压作为操作电压。在各种实施例中，可借助于在低压下操作的数据线来提供检测信号的输出。

在各种实施例中，伽马射线检测器可包括转换器元件。在该转换器元件中，入射伽马辐射可经历康普顿散射（comptonscattering），其可导致康普顿电子的释放。可以快速或者甚至是相对论性的（其中，可将例如电子之类的相对论性粒子理解为指代具有至少高达其自己的静能的动能的粒子/电子）的康普顿电子可进入半导体体积。那里，康普顿电子可生成电子空穴对，其可在形成于半导体中的电场中分离。这可引起可被检测为信号的电位的变化。

可预期要检测的大多数伽马辐射将具有达到几MeV的能量（例如，铯137，其可在核电站事故之后污染土地、海洋、动物、蘑菇、植物和食物，可发射具有608keV的能量的伽马辐射）。针对这些能量，与物质（例如与转换器元件）的主导相互作用过程可以是康普顿散射。然而，电子-正电子-对的产生（所谓的对的产生）也可起到作用，并且可导致电子（例如快速的、例如相对论性电子）进入半导体体积，基本上正如康普顿电子一样。除非以其它方式说明，当在下面描述由康普顿电子/快速/相对论性电子在半导体体积中引起的过程时，所谓的康普顿电子/快速/相对论性电子还可在对的产生过程中具有其原点（origin）。

因此，根据各种实施例的伽马射线检测器可不需要依赖于伽马射线直接地与半导体相互作用（其可具有非常低的概率）以用于产生检测信号。替代地（或另外），伽马射线可与转换器元件相互作用，可将该转换器元件选择成具有比半导体更高的与伽马辐射相互作用的概率，并且如果康普顿电子被散射而进入半导体的话其可生成可引起检测信号的电子空穴对。例如相对论性的单个快速粒子可在半导体中生成许多电子空穴对。作为示例，在具有约280μm的厚度的硅芯片中，可生成在20,000和30,000之间的电子空穴对。借助于生成的电子空穴对的用于快速、例如相对论性粒子的检测概率可接近于100%。

在各种实施例中，转换器元件可包括具有用于伽马辐射的小吸收长度的材料、例如具有高原子序数的材料、例如重金属（具有在20以上的原子序数）、例如具有在30以上、例如在40以上、例如在50以上、例如在60以上、例如在70以上的原子序数的材料、例如铅、钨或金或者由其组成。

在各种实施例中，可将转换元件结合到半导体，例如到半导体芯片，例如到硅芯片。可将转换元件形成为可结合到半导体的层。

在各种实施例中，伽马射线检测器可基本上独立于伽马射线检测器相对于伽马辐射源的取向而检测伽马辐射。换言之，当伽马射线检测器和伽马射线源的相对取向改变时，由伽马射线检测器提供的伽马射线检测信号可基本上保持恒定。

在各种实施例中，例如借助于至少一个放大器将检测信号放大可能是必需的。可将至少一个放大器例如布置为放大器电路。可能需要屏蔽放大器电路免受电磁辐射以便正常地工作。在各种实施例中，可将放大器电路形成或布置于其中可借助于转换器元件至少部分地屏蔽放大器电路免受电磁辐射的位置处。这样，尽管小尺寸的伽马射线检测器，可获得高信号质量。

在各种实施例中，可在芯片上形成放大器电路，在其上面还形成伽马射线检测器，从而形成集成检测器—放大器芯片，并且可紧接着转换器元件布置芯片。例如，可将芯片结合到转换器元件，或者可将芯片夹在转换器元件的两个部分之间。在各种实施例中，可单独地形成放大器电路和伽马射线检测器并耦合，例如导电地耦合。可紧接着转换器元件布置伽马射线检测器和放大器电路两者，例如可将检测器结合到转换器元件，并且可在转换器元件上面布置放大器电路。可例如将伽马射线检测器和放大器电路夹在转换器元件的两个部分之间。不管其是单独地还是以集成方式形成，在各种实施例中可将伽马射线检测器和放大器电路基本上完全地包围在转换器元件中或者基本上完全地被其围绕，例如，可在伽马射线检测器和放大器电路周围以这样的方式形成转换器元件：即其仅为需要引入和/或引出（leadinand/oroutof）由转换器元件形成的腔体的部分（例如用于至少一个电源线和/或至少一个数据线的馈通）留下开口。

在各种实施例中，可提供（已放大）检测信号的附加处理，例如可对信号进行清洁和/或整形。举例来说，可将至少一个信号处理器用于处理检测信号，例如可使用集成和区别的组合以便对检测信号进行整形的所谓“整形器（shaper）”。

图1A和图1B示出了根据各种实施例的伽马射线检测器100、101的示意性截面。

伽马辐射可以以可认为并未对人类有害的剂量率自然地发生。然而，核电站、核医疗、自然物质的浓缩过程等可导致可对人类有害的提高水平的伽马辐射。可期望一种用于至少当伽马辐射的水平提高、使得可认为其对人类有害时检测伽马辐射的廉价检测器。

可估计可对应于给定剂量率的伽马光子γ的数目（换言之，作为剂量率的函数的伽马光子通量的量值）。针对估计，可使用20μSv/h的剂量率，其可被认为至少对于长期暴露而言是有害的。

进入身体的光子（为了此目的，可认为其是类似肉的物质）可以以25%的概率在一个立方分米（其可对应于1kg的类似肉的物质）内被吸收。光子在身体中可能损失（每cm²）的能量可以是通量因子（Fluxfactor）=面积×q₀×（keV）×p_abs，其中，面积可以是100，对应于具有1kg的重量的100cm²的立方体；q₀可以是基本电荷（elementarycharge）；可以是例如4000keV，并且p_abs可以是吸收概率，在这里假设为0.25。这可以导致通量因子=1.6×10^-11J。

假设I₀=20μSv/h的剂量率，这对于由湮灭（annihilation）所得到的伽马光子而言可导致通量(4MeV)＝I₀/3600/1.0×10⁶/通量因子＝350光子/cm²/sec的通量和通量(511keV)＝2740光子/cm²/sec的通量。湮灭伽马光子的通量实际上可较低，因为在1kg的类似肉的物质中超过假设的25%可以被吸收，因此，20μSv/h的假设剂量率可对应于类似数目的伽马光子，而无论是否假设伽马光子将具有4MeV还是511keV的能量。对应于20μSv/h的剂量率的伽马光子的数目可约为若干100光子/cm²/sec。

如图1A中所示，伽马光子γ可在转换器元件104中康普顿散射。这可导致康普顿散射光子γ’，其可具有低于伽马光子γ的能量和康普顿散射电子e^-。

如图1A和图1B中所示，在各种实施例中，伽马射线检测器100可包括半导体检测器103、可形成屏蔽104、105的一部分的转换器元件104以及放大器电路120。

在各种实施例中，半导体检测器103可包括半导体体积102（也称为半导体块（semiconductorbulk））。半导体体积102可包括半导体材料或者基本上由其组成。半导体材料可例如包括或者是硅、锗、III-V化合物半导体、II-VI化合物半导体或IV-IV化合物半导体中的至少一个，例如硅锗、碳化硅、碲化镉、砷化镓、磷化铟或碘化汞（II）。

在各种实施例中，半导体检测器103、即半导体体积102可包括至少一个p掺杂区102c、至少一个n掺杂区102a和至少一个中间区102b，其将至少一个p掺杂区102c与至少一个n掺杂区102a分离。至少一个中间区102b可具有比至少一个p掺杂区102c和至少一个n掺杂区102a更低的掺杂剂浓度。在各种实施例中，可如所示地布置半导体体积102，其中n掺杂区102a比p掺杂区102c更接近于转换器元件104。然而，在各种实施例中，半导体体积102可被布置成其中p掺杂区102c更接近于转换器元件104或者其中p掺杂区102c和n掺杂区102a两者接近于转换器元件104。

在各种实施例中，可尽可能接近于转换器元件104布置半导体检测器103。半导体检测器103与转换器元件104之间的距离可例如小于1mm，例如小于100μm，例如小于10μm。

在各种实施例中，半导体检测器103可与转换器元件104接触，例如进行物理接触，例如进行直接物理接触。

在各种实施例中，至少一个n掺杂区102a可以是n⁺掺杂区，换言之，高度掺杂n型区，例如具有在约10¹⁶cm^-3以上、例如在约10¹⁷cm^-3以上的掺杂剂原子浓度的区域。掺杂剂可以是相对于半导体检测器103的材料的施主。例如，对于IV族半导体而言，掺杂剂可以是V族原子，例如锑、磷和/或砷。

至少一个n掺杂区102a可具有在从约50nm至约10μm（例如从约500nm至约2μm）范围中的厚度。

在各种实施例中，至少一个p掺杂区102c可以是p⁺掺杂区，换言之，高度掺杂p型区，例如具有在约10¹⁶cm^-3以上（例如在约10¹⁷cm^-3以上）的掺杂剂原子浓度的区域。掺杂剂可以是相对于半导体检测器103的材料的受主。例如，对于IV族半导体而言，受主可以是例如III族原子，例如是硼、铝和/或镓。

至少一个p掺杂区102a可具有在从约50nm至约10μm（例如从约500nm至约2μm）的范围中的厚度。

在各种实施例中，至少一个中间区102b可以是n掺杂区，例如n^-掺杂区，换言之，轻掺杂n型区。在各种实施例中，至少一个中间区102b可以是p掺杂区，例如p^-掺杂区，换言之，轻掺杂p型区。用于轻掺杂的掺杂剂原子的浓度可以为约10¹⁶cm^-3或更低。在各种实施例中，中间区102b可以是不掺杂的。换言之，中间区102b可以是所谓的本征半导体。

在各种实施例中，半导体体积102的厚度Dt可以是典型半导体晶片的厚度。在各种实施例中，半导体体积102的厚度Dt可小于典型半导体晶片的厚度，例如如果晶片被变薄的话。半导体体积102的厚度Dt可在从约100μm至约1000μm范围中，例如约275μm、约375μm、约525μm、约625μm、约675μm、约725μm、约775μm或约925μm。

在各种实施例中，半导体体积102的两个主侧（具有两个相应的主表面）可与半导体体积102的厚度方向成直角地延伸。

在各种实施例中，如图1A和图1B中所示，p掺杂区102c、中间区102b和n掺杂区102a可具有分层结构。换言之，p掺杂区102c可沿着半导体体积102的一个主表面延伸，并且n掺杂区102a可沿着半导体体积102的相对主表面延伸。在图3A至图3D中示出并在本描述的相应部分中描述了半导体体积102的其它配置。

在各种实施例中，半导体检测器100、101可包括电接触所述至少一个p掺杂区（在图1A中未示出，但参见例如图1B）的至少一个第一电极114。可将第一电极114电连接到电源122。

在各种实施例中，半导体检测器100、101可包括电接触至少一个n掺杂区102a（在图1A中未示出，但参见例如图1B）的至少一个第二电极110。可将第二电极110电连接到电源122。

在各种实施例中，第一电极114和第二电极110可以以这样的方式电连接到电源122：即半导体检测器100在反向方向上偏置。例如，借助于第二电极110供应给n掺杂区102a的电压（也称为第二供应电压）可高于借助于第一电极114供应给p掺杂区102c的电压（也称为第一供应电压）。举例来说，可借助于第一电极114将p掺杂区102c连接至地。在各种实施例中，第二供应电压与第一供应电压之间的电压差异可在50V以下，例如在5V以下。在各种实施例中，例如如果伽马射线检测器100、101是移动设备（例如移动电话）的一部分，则电源122可以是移动设备的电源。换言之，第二供应电压与第一供应电压之间的电压差异可对应于移动设备的驱动电压，即由移动设备的电源（例如由其电池或蓄电池）供应给移动设备的电子零件的电压差异。例如，目前，在移动电话中常常使用3.8V的驱动电压，并且还可将3.8V的驱动电压用于驱动伽马射线检测器。

在各种实施例中，可将半导体检测器103布置成接收康普顿散射电子，其可以是快速、例如相对论性电子e^-。可将快速电子e^-从转换器元件104释放。可以以这样的方式布置半导体检测器103，即从转换器元件104释放的占大比例的快速、例如相对论性电子e^-可被半导体检测器103接收，例如在半导体检测器103的半导体体积102内。例如，可沿着半导体体积102的主侧中的一个或两个（例如以对称布置）来布置转换器元件104，或者转换器元件104可基本上完全地围绕半导体检测器103。

在各种实施例中，可屏蔽半导体检测器103免受电磁辐射，例如免受在可见光波长范围内的光。由此，可避免由本不应要被检测的电磁辐射在半导体检测器103中形成信号。此外，可屏蔽放大器电路120免受具有在伽马辐射以下的波长的电磁辐射。从而，可避免或缓解放大器电路120中的非期望信号的形成，例如噪声信号，例如由射频下的辐射引入的噪声信号。在各种实施例中，可借助于屏蔽104、105来实现屏蔽，其中，屏蔽104、105的至少一部分可由转换器元件104形成。并非由转换器元件104形成的屏蔽104、105的一部分105可由包括金属或由金属组成的层105形成，例如铜或铝。层105可具有在从约0.05mm至约1mm范围中的厚度，例如约0.5mm。屏蔽104、105可基本上完全地围绕半导体检测器103和放大器电路120。换言之，屏蔽可完全地包围半导体检测器103和放大器电路120，具有开口的例外情况，该开口可大到足以允许对放大器电路102和/或半导体检测器130的必要接近，例如以用于使电源线110、114和/或至少一个数据线108通过屏蔽104、105。

还可将半导体检测器103配置成当快速电子e^-至少部分地移动通过半导体检测器103时产生信号。其中一个电子的（部分）通过引起形成相应信号的此类过程还可称为事件。

可如下估计对于20μSv/h的剂量率而言及对于以上估计的相应数目的光子而言可预期的事件的数目：首先，可小心选择可允许康普顿散射电子从转换器元件104逸出的转换器元件104的厚度。例如，由具有超过1mm的厚度的重元素组成的转换器元件104可能太厚，因为康普顿电子可能陷在转换器元件104中。用于估计贝它衰变电子在材料中可行进的平均距离且也可被用于估计具有最大能量E_max的康普顿电子在具有密度ρ的介质中可行进的最大距离R_max的公式是R_max＝E_max/2/ρ，其中，E可以是以MeV为单位，并且ρ可以是以g/cm³为单位。如果使用铅的话，这对于具有4MeV的能量的伽马光子而言导致R_max＝1.8mm的转换器元件104的最大厚度。因此可使用具有约1mm的厚度的铅的层作为转换器元件104。

其次，使用转换器元件104是具有Ct＝1mm的厚度的铅的层且光子的数目对应于以上估计的光子通量的假设，可例如借助于康普顿散射或者借助于电子对产生估计在转换器元件104中可将多少光子转换成电子。

用于铅和具有4MeV的能量的伽马光子的吸收系数μ可以是μ≈0.7/cm。通过具有Ct＝1mm的厚度的转换器元件104的未被吸收的伽马光子的通量I_pass可以是I_pass＝I₀×e^-μCt＝0.93×I₀，其中I₀可以是进入转换器元件104的伽马光子的通量。因此，在转换器元件104中可吸收I₀-I_pass＝0.068×I₀，其对应于4MeV光子的6.8%。如果通量替代地由具有511keV的能量的光子组成，则光子中的更多光子可能在转换器元件104中被吸收，但是上文针对4MeV光子计算的最大厚度R_max对于具有较低能量的光子而言也可能较小，这意味着生成的电子中的更多电子可能陷在转换器元件104中（换言之，较少的光子可从转换器元件逸出）。因此，在转换器元件104中生成并进入硅检测器的快速、例如相对论性电子的数目对于具有4MeV的能量的光子和具有511keV的能量的光子而言可以是类似的。

考虑其中电子可进入硅检测器103的立体角（其可导致0.25的因子），对于20μSv/h的剂量率而言可预期事件的数目（也称为计数）N≈350光子/cm²/sec×0.068×0.25=6计数/sec。

快速、例如相对论性电子e^-可以以高速度进入半导体体积102。例如，电子速度相对于光速而言可能并不是可忽略的。因此，电子可具有高动能。在其通过或部分通过半导体体积期间，可将快速、例如相对论性电子的动能的至少一小部分用于产生电子空穴对。换言之，快速电子借助于其至少部分通过半导体体积102可生成电荷载体（带负电的电子和带正电的空穴）。例如，如果半导体体积102具有约275μm或约280μm的厚度，则可生成约两万至三万个电子空穴对。电荷载体可自由地相互分离，例如基本上立即地在其创建之后，并且借助于可在半导体体积102中（并且其可以但不必基本上延伸通过整个半导体体积）借助于分别地供应给第一电极114和第二电极110的第一电压和第二电压生成的电场而在半导体体积102中移动。电子可朝着正电位漂移，并且空穴可朝着负电位漂移。例如，电子可朝着可向其供应较高电压的第二电极110漂移，并且空穴可朝着可向其供应较低电压的第一电极114漂移。例如，空穴可最后与由接地（groundcontact）提供的电子重新组合。

在各种实施例中，半导体检测器103还可包括可耦合在第一电极114与电源122（例如地）之间的电阻器112。电阻器112可具有高电阻，例如在从约1MΩ至约1GΩ（例如从约10MΩ至约100MΩ）范围中的电阻。

可能已经由通过半导体体积102的快速、例如相对论性电子生成的空穴的重新组合可被具有高电阻的电阻器112延迟。换言之，可朝着第一电极漂移的在半导体体积中生成的电荷可以具有时间以累积在第一电极114处或其中。

在各种实施例中，p掺杂区102c可借助于电介质106（例如形成为层的电介质106）与数据线108分离。可例如诸如借助于化学气相淀积（CVD）来沉积电介质106。替换地或另外，可例如通过氧化过程，例如借助于硅氧化过程、例如局部地借助于所谓的LOCOS过程（“局部硅氧化”的简称）来形成电介质。可在半导体体积102上面或之上、例如在p掺杂区102c之上形成电介质106。在各种实施例中，电介质106可包括电介质材料或基本上由其组成。电介质106可例如包括例如二氧化硅、二氧化钛或矾土之类的氧化物和例如氮化硅之类的氮化物中的至少一个或者基本上由其组成。

在各种实施例中，电介质106可具有在从约50nm至约500nm（例如从约100nm至约300nm）范围中的厚度，例如约200nm。

在各种实施例中，可在电介质106上面或之上形成数据线108。其可例如借助于沉积来形成。在各种实施例中，可例如在数据线108的形成期间和/或之后将数据线108结构化。数据线108可由导电材料制成。其可例如包括至少一个金属（例如铝和/或铜），基本上由其组成或由其组成。数据线108可具有在从约100nm至约2μm范围中的厚度。

可将p掺杂区102c、电介质106和数据线108视为形成电容器。可借助于电容器的一半—数据线108—来检测累积在电容器的另一半—p掺杂区102c—中的电荷，并且可被数据线108作为检测信号提供。换言之，累积在p掺杂区102c处或附近的电荷可引起可记录（register）为检测信号的数据线108中的电压漂移。可借助于放大器电路120将由数据线108提供的检测信号放大。

换言之，伽马射线可引起快速、例如相对论性电子e^-的释放，其可进入半导体体积102，引起形成电子空穴对，其中的空穴朝着被连接到负第一电极114的p掺杂区102c漂移，并且其中的电子朝着被连接到正第二电极110的n掺杂区102a漂移。可电容性耦合到p掺杂区102c的数据线108可将在p掺杂区102c中和/或附近的空穴的累积记录为检测信号，其可借助于放大器电路120被放大。

电介质106的电容和电阻器112的电阻可确定弛豫时间（可将术语“弛豫时间”理解成意指检测器在事件发生之后要求重新采取其在事件之前所处的状态的时间）。伽马射线检测器100、101的弛豫时间可小于事件的预期频率的倒数（inverse），即小于预期伽马射线将用来在伽马射线检测器100、101中引起检测信号的频率的倒数。换言之，伽马射线检测器100、101的弛豫时间可小于要检测的两个连续事件之间的预期平均时间。在各种实施例中，伽马射线检测器100、101的弛豫时间可以是可检测的伽马辐射的剂量率的上限。如果剂量率高到足以以比伽马射线检测器100、101的弛豫时间更短的时间间隔引起事件，则伽马射线检测器100、101可能不能对基本上所有事件进行计数，换言之，伽马射线检测器100、101可以以最大事件速率饱和，这也可称为最大计数速率，因为可在处理期间将事件转换成计数。最大事件速率可对应于最大可检测剂量率，并且可由伽马射线检测器100、101的弛豫时间确定。

在各种实施例中，伽马射线检测器100、101可具有其中要检测的伽马光子的数目与由伽马射线检测器100、101计数的计数数目的关系可严格地单调的活动范围。该关系可以例如是线性的，换言之，其中要计数的伽马光子的数目（例如，由实际剂量率定义）和计数的数目（例如，所检测剂量率）近似线性地相关的范围。

在各种实施例中，可将放大器电路120耦合到半导体检测器103。可将放大器电路120电气地（例如，导电地）耦合到半导体检测器103。可将放大器电路120配置成将由半导体检测器产生的信号（也称为检测信号或者简单地信号）放大。放大器电路120可包括至少一个放大器。

在各种实施例中，可处理该检测信号，例如在借助于放大器电路120的放大之前或之后。可例如借助于整形器对该检测信号进行整形，可将其转换成计数的数目和/或计数速率（即每单位时间的计数数目）。

在各种实施例中，可将伽马射线检测器100、101配置成仅提供积分信号，例如计数数目或计数速率，与空间和/或谱分辨信号相反。这在其中仅对伽马辐射的总暴露并且不是伽马辐射源的位置和/或所检测伽马辐射的能谱感兴趣的应用中可以有用。以空间和/或谱未分辨方式来检测信号可例如允许伽马射线检测器100、101的更简单设计、更好的信号质量和/或伽马射线检测器100、101的低驱动电压。

如果要产生空间分辨信号，则可能将需要信号的高时间分辨率以用于使信号与原点的方向相关，例如可能需要形成由通过半导体体积102的快速电子生成的电荷并在几纳秒内将其分离。这可能要求中间区102b被完全耗尽，这继而可能要求向半导体检测器103施加高电压，例如超过100V（例如200V）的电压。

因为选择不提供空间分辨信号，所以信号的低时间分辨率可以是足够的。例如，如果生成电荷并在1至10μsec内分离，则其可能是足够的。这可意味着可能不需要使中间区102b完全耗尽。替代地，围绕着第一电极114形成薄耗尽区可以足够了。可用相对低的电压来实现可不延伸通过整个中间区102b的此类耗尽区。在各种实施例中，50V以下的第一供应电压与第二供应电压之间的电压差异可以足够了，例如在40V以下，例如在30V以下，例如在20V以下，例如在10V以下，例如在5V以下，例如移动通信设备的驱动电压，例如约3.8V。

在各种实施例中，可在转换器元件104上面（例如直接地或间接地在其上面）形成半导体检测器103。

在各种实施例中，转换器元件104可包括具有用于伽马辐射的小吸收长度的材料或者基本上由其组成。用于伽马辐射的吸收长度可随着增加的原子序数而减小。换言之，具有较高原子序数的材料可比具有较低原子序数的材料更有可能与伽马光子相交互。

在各种实施例中，转换器元件104可包括重元素（也称为重金属）或重元素的氧化物或者基本上由其组成。转换器元件104可基本上由重元素形成。转换器元件104的重金属可具有在20以上的原子序数，例如在30以上、例如在40以上、例如在50以上、例如在60以上、例如在70以上的原子序数。转换器元件104的重金属可以是例如铅、钨或金。转换器元件104的重元素可具有至少高于半导体检测器103的原子序数的原子序数。这样，用于进入伽马射线检测器100、101的伽马光子γ的相互作用概率可对于转换器元件104而言比对于半导体体积102而言更高。

在各种实施例中，转换器元件104可以是片状的。换言之，转换器元件可以在与厚度方向且与彼此成直角的两个方向上延伸得比在厚度方向上更多得多。与厚度正交的侧面也可称为主侧，并且相应的表面称为主表面。转换器元件104的厚度Ct可在从约0.05mm至约0.5mm的范围中，例如约0.1mm。

在各种实施例中，转换器元件104可以以其主侧中的一个沿着半导体体积102的主侧中的一个来布置。可例如将转换器元件104布置成以其一个或多个主侧基本上平行于半导体体积102的主侧来延伸。如图1B中所示，转换器元件104可大于（与其厚度正交）半导体体积102。可将半导体检测器103布置在转换器元件104上。举例来说，可将半导体检测器103固定在转换器元件104上。可将半导体检测器103例如焊接或胶合到转换器元件104。在被半导体检测器103留下未覆盖的转换器元件104的区域中，可布置放大器电路120。可例如将放大器电路120布置在与半导体检测器103相同的转换器元件104的侧面上。可将放大器电路120固定在转换器元件104上。例如可将放大器电路120焊接或胶合到转换器元件104。在各种实施例中，转换器元件104可沿着半导体检测器103且沿着放大器电路120延伸。

在各种实施例中，可用转换器元件104来屏蔽放大器电路120免受非期望电磁辐射，至少部分地如果转换器元件104并未布置成基本上完全地围绕放大器电路的话，例如比如在图1B中那样，其中可仅在放大器电路120的一个侧面上形成转换器元件104。可将放大器电路120耦合、例如电连接、例如导电连接到数据线108。可将数据线108配置成接收由半导体检测器103生成的检测信号并将检测信号发射到放大器电路120。可将放大器电路120配置成将由数据线108供应的检测信号放大。借助于屏蔽放大器电路120（至少部分地）免受电磁辐射，可减轻或避免数据线108中和/或放大器电路120中的噪声的创建（可将术语“噪声”理解为信号，其在这里可在数据线108中和/或在放大器120中感生，亦即与要检测的事件无关）。因此，还可减轻或避免借助于放大器电路120进行的噪声放大。

在各种实施例中，如图1A和图1B中所示，转换器元件104可在半导体体积102的一个侧面上基本上平行于半导体体积102的主表面延伸。在图3A至图3D和本描述的相应部分中可示出转换器元件104及其相对于半导体体积102和/或相对于p掺杂区102c、n掺杂区102a和中间区102b的布置的其它形状和配置。

图2A示出了根据各种实施例的伽马射线检测器的半导体检测器200的示意性截面。类似于图1A和图1B中所示的半导体检测器103，半导体检测器200可具有未示出的第二电极。半导体检测器200可基本上对应于图1A和图1B的半导体检测器103，并且省略了相同或类似部分的描述的重复。半导体检测器200可以是如图1A和/或图1B中所示的伽马射线检测器100、101的一部分。在图2A中，并未将电介质106示为单独结构，例如单个层。替代地，仅仅将电介质106指示为（p掺杂区102c的）半导体体积102的表面，因为在那里可将电介质106形成为薄的结构，例如薄层，例如包括氧化物或氮化物的薄结构。

在数据线108中形成的信号220（例如如在图1A和图1B的上下文中描述的信号）可以是随时间t而改变的电压U，如在图2A中用曲线信号U(t)，220示意性地指示的。例如电压U(t)之类的信号220可在信号220的中间处或附近具有其最大振幅。可将例如电压U(t)之类的信号220视为电压脉冲。例如电压U(t)之类的信号220可以是绝对电压。例如电压U(t)之类的信号220可以是相对于数据线108的基本电压测量的电压，换言之，其可以是相对于数据线108的基本电压的电压变化。例如电压U(t)之类的信号220可以是正或负电压。

图2B示出了根据各种实施例的用于伽马射线检测器201的等效电路图。

在用于伽马射线检测器201的等效电路图中，可将半导体体积102表示为二极管102D，其中其阴极被电连接到具有两个极的电源122的极。可将二极管102D的阴极连接到具有较高电压的电源122的极。可将其它的极连接至地和/或二极管102D的阳极，例如借助于电阻器112且可能地借助于电连接226。因此可用反向偏置的二极管102D来表示伽马射线检测器201的半导体体积102。

可将半导体体积102的p掺杂区102c视为形成电容器222的一个电极，例如平板电容器222的板，如图2A中所示，可将数据线108视为形成电容器222的第二电极，例如板，并且可将电介质106视为形成电容器222的两个电极之间的间隙。在其中电介质106由氧化物形成或包括氧化物的情况下，可将电容器222称为氧化物电容器222。即使可将电容器222称为氧化物电容器222以用于将其与接下来要描述的另一电容器（可将其称为半导体电容器）区别开，伽马射线检测器201的工作原理也可以是有效的，即使电介质106不包括氧化物。

可将在图2B中用符号表示为二极管102D的半导体102视为形成其它电容器（半导体电容器），其布置具有p掺杂区102c、可至少部分地耗尽电荷载体并因此可视为电介质的中间区102b以及n掺杂区102a。半导体可例如包括硅。在那种情况下，可将半导体电容器称为硅电容器。半导体电容器的电极（p掺杂区102c和n掺杂区102a）的分离基本上可以是半导体衬底102的厚度Dt（参见图1A），例如晶片厚度。

例如快速、诸如相对论性电子之类的带电粒子可通过半导体体积102，其可包括晶体或由其组成。带电粒子可不通过整个半导体体积102并再次离开它。更确切地说，其可被陷（换言之，吸收）在半导体体积102中。然而，可将进入半导体体积102的任何带电粒子视为至少部分地通过半导体体积102。带电粒子可在半导体体积102中生成电荷载体（例如，电子空穴对），并且在半导体电容器（例如硅电容器）的电极处引起相等量的电荷。这可引起跨二极管102D、即半导体电容器（例如硅电容器）的电压的增加。在第一时刻，可将此电压增加传递至电容器222，例如氧化物电容器222，直至可开始（setin）电荷均衡化为止（在一侧借助于朝向电源122的电阻器112，在另一侧借助于朝向放大器电路120的数据线108）。例如氧化物电容器222之类的电容器222的较大电容意味着可要求更多的电荷流动以实现电荷均衡化。这意味着可促进电荷的信号处理。

可将电容器222的第二电极、即数据线108电连接到放大器电路120。可借助于导电连接将信号220传递至放大器电路120。放大器电路120可包括至少一个放大器236，例如至少一个运算放大器236。放大器电路120可包括另外的有源或无源电子器件，例如电阻器232、234，如图2B中所示。可将另外的电子器件中的每个电子器件导电耦合到放大器236，例如可将其与放大器236串联地或与放大器236并联地耦合。在各种实施例中，电阻器232可对应于可非常小的数据线108的电阻，例如欧姆电阻。

在各种实施例中，可将放大器电路120配置成将由半导体检测器（例如由半导体检测器的数据线108）提供的信号220放大。放大器电路120可提供信号220的已放大信号238，例如已放大反相信号238。可将放大器电路120例如配置为反相放大器，如图2B中所示。由放大器电路120提供的放大倍率可由电阻器232和234确定。可将用符号表示为“+”的放大器236的非反相输入接地，并且用符号表示为“-”的放大器236的反相输入可接收信号220。可通过电阻器234和232的比所确定的因子对信号238（输出信号）放大，并且可使信号反相。放大器电路120可不仅包括所示的反相放大器。替换地或另外，放大器电路120可以是或者包括至少一个不同的放大器或不同的放大器电路，例如非反相放大器或附加反相放大器。

在各种实施例中，可借助于输出线230来提供已放大信号238。

图2C示出了用于可在根据各种实施例的伽马射线检测器中、例如在伽马射线检测器300、301、302或303中使用的放大器电路120的示例。

图3A至图3D示出了根据各种实施例的伽马射线检测器300、301、302和303的部分截面图。

伽马射线检测器300、301、302和/或303的大多数或所有元件的部分、区域、功能等可对应于在图1A至图2B的上下文中描述的那些，并且在这里可不重复。

如图3A中所示，伽马射线检测器300可主要由于其p掺杂区102c的形状和数据线108的形状且可能地是处理信号220的方式而不同于在图1A、图1B和图2A的上下文中描述的伽马射线检测器。

在伽马射线检测器300中，基本上可将n掺杂区102a和中间区102b形成为类似于图1A、图1B和图2A中的分层结构。

在各种实施例中，可不将p掺杂区102c成形为层，而是更确切地说成形为多个单个p掺杂区102c，例如多个条、杆、长方体、或p掺杂区102c的任何其它形状的体积（在不使单个p掺杂区102c的形状局限于该特定形状的情况下，其在下文中可简单地称为“杆”）。在图3A中用截面示出了多个p掺杂区102c。可例如借助于注入和/或扩散、例如使用后面是注入和/或扩散的光刻工艺在半导体的中间区102b中形成所述多个p掺杂区102c。可将所述多个p掺杂区102c分布在半导体体积的基本上一个整体的主表面上。在p掺杂区102c的细长形状（例如杆）的情况下，可基本上平行地布置所述多个p掺杂区102c。可以以其形成半导体体积102的一个表面的一部分这样的方式在中间区102b中形成所述多个p掺杂区102c。可由中间区102b的各部分将其分离。替换地或另外，可用电介质106的至少各部分将所述多个p掺杂区102c分离。

在各种实施例中，多个p掺杂区102c中的每个可具有沿着半导体体积102的表面沿着其较长维度（dimension）测量的长度，在从约10μm至约2cm的范围中，例如约1cm。所述多个p掺杂区102c中的每个可具有沿着半导体体积102的表面沿着其较短维度测量的宽度，在从约1μm至约50μm的范围中，例如约10μm。

在各种实施例中，可将电介质106布置在所述多个p掺杂区102c之上和中间区102b之上，例如在p掺杂区102c之间的中间区之上。换言之，可在多个单个的p掺杂区102c之上连续地形成电介质106。

在各种实施例中，可将多个数据线108布置在所述多个p掺杂区102c之上，其中电介质106被布置在所述多个数据线与所述多个p掺杂区102c之间。例如，可将所述多个数据线108中的每一个布置在所述多个p掺杂区102c中的一个之上。换言之，可将所述多个p掺杂区102c和所述多个数据线108视为形成多个p掺杂区/数据线对，其中每个对将电介质106夹在其两个部分之间。可将每个p掺杂区/数据线对视为形成电容器222，换言之，所述多个p掺杂区102c连同所述多个数据线108和电介质106可形成多个电容器222。

可通过使用半导体检测器103的几何结构和通常可由移动通过半导体的单个快速、例如相对论性电子生成的电子空穴对的数目来估计可至少部分地移动通过半导体体积102的电子在半导体检测器103中可生成的信号220的绝对值。

在各种实施例中，可以是例如氧化硅之类的氧化物的电介质106可具有10μm的宽度、1cm的长度和200nm的厚度。具有这些尺度的电容器222可具有C_diel＝16pF的电容。

半导体电容器340的电容C_semi可能难以估计，因为半导体电容器340还可从多个p掺杂区102c中的每个横向地延伸。可将半导体电容器340的电容C_semi的数量级估计成约为电介质106的电容C_diel的1/50，例如，在这种情况下C_semi＝0.32pF。

信号220，换言之从至少部分地移动通过半导体检测器103的单个电子所得到的电压U（或者更确切地说电压的变化?U）可以是?U=?Q/C_semi＝25000×q₀/0.3pF=13mV。至少信号220可处于此数量级。举例来说，如果半导体检测器具有不同的几何结构，则信号220可以是不同的，例如对于具有一个（大的，即大于所述多个p掺杂区102c中的每个）p掺杂区而不是所述多个p掺杂区102c的半导体检测器而言，信号220、例如电压变化?U可以近似通过一个因子来比上面引用的值更小，该因子对应于相比于一个（大）p掺杂区的面积的p掺杂区102c的面积的比。该信号可例如约为几μV。

具有用于半导体检测器103（或者分别地半导体电容器340）的电容C_semi的估计可使得可能确定用于可用其来对半导体检测器103进行读出的最大频率f的估计，换言之，确定半导体检测器103在事件之后对于下一事件而言再次成为能接收（receptive）所花费的最小时间t（弛豫时间）可以是可能的。

最大频率可以是f=1/(C_semi×R_semi)^0.5=1/(0.3pF×0.5MΩ)^0.5=2.6kHz，其中，R_semi可以是中间区102b的电阻。

根据以上计算和估计，后面可以是针对根据各种实施例的伽马射线检测器300，每秒一个事件的计数速率（可将其视为最小计数速率）可对应于3μSv/h的剂量率，其可对应于可被视为用于天然放射性的值的值的约六倍。

用约2kHz的最大频率，可由根据各种实施例的伽马射线检测器300记录的最大剂量水平可以为约5mSv/h。在此水平之上的剂量率可引起伽马射线检测器300饱和（换言之，变得溢出）。

在各种实施例中，伽马射线检测器300可具有从约3μSv/h变动至约5mSv/h的活动范围。

各种其它实施例、例如具有不同几何结构的伽马射线检测器、例如在图1A、图1B和图2A的上下文中描述的伽马射线检测器100、101和200，以及将在图3A至图3D和图4的上下文中描述的伽马射线检测器301、302、303和400可具有不同的活动范围。

在各种实施例中，被施加于图3A的伽马射线检测器300的图2B中所示的输出信号230可以是积分信号，例如，用于所述多个数据线108的积分信号。使p掺杂区102c形成为所述多个p掺杂区102c可用于形成所述多个电容器222和多个相应半导体电容器340。其中未将p掺杂区102c、中间区102b和n掺杂区102a中的至少一个形成为积分区域（integralregion）而是作为多个单个区域（在图3A中，对于p掺杂区102c而言以及在图3B和3C中对于p掺杂区102c、中间区102b和n掺杂区102a中的每个而言情况可能如此）的半导体检测器103，可将半导体检测器103称为分段半导体检测器103，并且将相应分段部分称为检测器段。单个半导体电容器340可具有比基本上由整个半导体体积102形成的单个电容器更小的电容，类似于例如图1A中所示。然而，可预期由通过半导体衬底102的快速、例如相对论性电子生成的电荷载体（电子和空穴）将基本上累积在所述多个半导体电容器340中的仅一个半导体电容器340处。如从关系式?U=?Q/C_semi可以看到的，较小的电容可导致较大的电压变化（例如，电压增加）以及由此的较大的信号。在各种实施例中，可借助于多个放大器电路120将来自所述多个数据线108的信号放大。例如，可将所述多个数据线108的每个数据线108耦合（例如导电连接）到一个放大器电路120。替换地，可将多个数据线108耦合、例如导电连接到一个放大器电路120。

在各种实施例中，可将所有数据线108耦合、例如导电连接到一个放大器电路120。虽然对伽马辐射进行空间分辨可要求用于数据线108中的每个（或者更一般地，用于每个空间分辨元件）的单个放大器电路120，但形成用于整个伽马射线检测器的积分信号（即，在没有空间或谱分辨的情况下）可允许对所有数据线108使用仅仅一个公共放大器电路120（如果电阻器232由数据线中的每个的欧姆电阻形成，则公共放大器电路120可不包括电阻器232，换言之，可将数据线108组合以在已经过其单个电阻器232之后进入放大器电路120）。此类布置可以是可能的，因为进入放大器236的反相输入“-”的信号可立即引起输出线230处的信号238下降，使得由带电粒子引起的电荷可通过电阻器234流出（flowoff），而不是向后流到其它数据线108中并丢失。

如图3B中所示，伽马射线检测器301可主要通过其中间区102b及其n掺杂区102a的形状且通过使半导体检测器103被嵌入转换器元件104中而不同于在图3A的上下文中描述的伽马射线检测器300。

在各种实施例中，可将伽马射线检测器301的中间区102b形成为多个中间区102b，例如为多个中间区102b，其中的每个可至少部分地围绕所述多个p掺杂区102c中的一个形成。可将所述多个中间区102b中的每个形成为围绕p掺杂区102c中的一个的覆盖物（mantle）（或者更确切地，作为半个覆盖物，因为p掺杂区102c和在其周围以类似于覆盖物的方式形成的中间区102b的每个结构可在衬底的表面处结束）。在所述多个中间区102b周围，可布置多个n掺杂区102a。换言之，围绕中间区102b的每个中间区102b，可布置所述多个n掺杂区102a中的一个n掺杂区102a。可将多个n掺杂区102a中的每个形成为围绕中间区102b中的一个的覆盖物（或者更确切地说，为半个覆盖物，因为p掺杂区102c、围绕着p掺杂区10c以类似于覆盖物的方式形成的中间区102b和围绕中间区102b以类似于覆盖物的方式形成的n掺杂区102a中的每个结构可在衬底的表面处结束）。

换言之，作为仅仅使p掺杂区102c为杆状的替代，可形成杆状半导体检测器103，其可具有洋葱壳（onionshell）（或者更确切地，半洋葱壳）结构，其中p掺杂区102c在中心，可以是例如n⁺掺杂的中间区102b在其周围，并且n掺杂区102a在中间区102b周围。

可在p掺杂区102c上面或之上并在中间区102b之上形成电介质106，如上面在图3A的上下文中所述，其中差异在于伽马射线检测器301的电介质106可与n掺杂区102a并与转换器元件104进行物理接触。可在p掺杂区102c之上形成数据线108，如在图3B的上下文中所述。

在各种实施例中，两个相邻n^-掺杂区之间的距离D可在50μm与500μm之间，例如在从150μm至250μm的范围中，例如约200μm。

在各种实施例中，具有可包括金属的数据线108以及可以是氧化层的电介质106的所述多个杆状（或条状）半导体（例如，硅）检测器103可例如借助于MEMS技术至少部分地分离。在作为阳极的n型区102a与作为电化学电池中的阴极的惰性金属的反电极之间施加在从约1V至约2V范围中的电压的同时，可通过使p型衬底（在图3B或图3C中未示出）（其中，可形成检测器段103，其中其n型区、例如n⁺区102a接触p型衬底）暴露于热底座来进行用MEMS技术进行的部分分离。此布置可引起蚀刻过程在p型衬底中发生而在由p型衬底与n型区102a之间的接触表面形成pn结（例如，冶金pn结）之前1至2μm停止。

在各种实施例中，可将转换器元件104填充到单个半导体检测器103之间的空间352中。例如，可用转换器元件104、例如用包括重元素或由其组成的材料、例如用钨镍合金W-Ni或用金铅合金Au-Pb来填充（例如，完全地填充）单个半导体检测器103之间的空间352。在空间352中，转换器元件104可具有厚度Ct1，其可近似或确切地与半导体检测器103的厚度相同。

可在所述多个半导体检测器103下面形成转换器元件104的另一部分，例如作为层。可以以所述多个半导体检测器103的底表面350被转换器元件104覆盖的这样的方式来形成转换器元件104的其它部分。转换器元件104的其它部分可具有厚度Ct2。厚度Ct2可在从约0.3mm至约1.5mm范围中，例如约0.7mm。

在各种实施例中，所述多个半导体检测器103可至少部分地被嵌入转换器元件104中。举例来说，可将所述多个半导体检测器103嵌入转换器元件104中，直到电介质106。

作为描述伽马射线检测器301的结构的另一方式，可将转换器元件104视为形成（在截面中）梳状结构，并且可将所述多个半导体检测器103视为布置在梳状结构的开口中。

在各种实施例中，可例如借助于电介质106和/或至少一个支撑结构（未示出）将所述多个半导体检测器103保持在一起，所述至少一个支撑结构可例如布置在电介质106上面和/或在所述多个半导体检测器103之间和/或下面。

在各种实施例中，可例如借助于将所述多个半导体检测器103浸渍到可形成转换器元件104的材料（例如可形成转换器元件104的熔融材料槽）中来在所述多个保持在一起的半导体检测器103上面形成转换器元件104。例如可将半导体检测器103浸渍到例如在215℃的温度下的具有15%的金的85%的铅的低共熔混合物中。

在各种实施例中，可例如借助于沉积、例如借助于电沉积、例如借助于金、铅、金和铅的混合物或镍和钨的混合物的电沉积在所述多个保持在一起的半导体检测器103上面形成转换器元件104。

在各种实施例中，可例如借助于熔盐电解在所述多个保持在一起的半导体检测器103上面形成转换器元件104，其中，可用熔盐、例如熔融金属盐来替换被用于电沉积的通常含水电解液。可例如将熔盐电解用于形成包括钨或由其组成的转换器元件104。

在各种实施例中，可增加在转换器元件104中生成的康普顿电子和/或对生成电子可从其进入半导体检测器103的立体角。

在各种实施例中，半导体检测器103、即半导体检测器103中的每个的小面积可导致漏泄电流的减小，由此可改善信噪比。

如图3C中所示，伽马射线检测器302可以与在图3B的上下文中描述的伽马射线检测器301不同，主要因为可将所述多个半导体检测器103和放大器电路120一起嵌入转换器元件104中。举例来说，可在也可由其形成所述多个半导体检测器103的半导体102中形成放大器电路120。可例如在上文所述的将单个半导体检测器103分离的过程期间将放大器电路120与相邻半导体检测器103分离。然后，在各种实施例中，转换器元件104可在空间352中和在所述多个半导体检测器103和放大器电路120的组合结构的背面350之上形成，例如，如上文在图3B的上下文中所述。换言之，可将所述多个半导体检测器103和放大器电路120一起嵌入转换器元件104中。所述多个半导体检测器103、放大器电路120和转换器元件104可形成单片结构（monolithicstructure）。作为由与所述多个半导体检测器103相同的半导体102形成的替换，可单独地形成放大器电路120。可例如借助于在图3B的上下文中描述的电介质106和/或所述至少一个支撑结构（未示出）将放大器电路120与所述多个半导体检测器103保持在一起，并且然后可形成转换器元件104，例如，如那里所述。

如图3D中所示，伽马射线检测器303可主要在转换器元件104的形状方面不同于在图1B的上下文中描述的伽马射线检测器101。

在各种实施例中，可将半导体检测器303和放大器电路120基本上完全地包围在转换器元件104中或者基本上完全地被转换器元件104围绕，而无论其是单独地还是以集成方式形成。举例来说，可围绕着半导体检测器103和放大器电路120形成转换器元件104，方式是这样的，即其仅为需要引入和/或引出由转换器元件形成的腔体462的部分留下至少一个开口460，例如用于至少一个电源线110和/或至少一个输出线230的馈通460。

图4提供了用根据各种实施例的伽马射线检测器和比较伽马射线检测器获得的实验结果的表格，表1。

在实验设置（setup）中，测试伽马射线检测器300。将提供92μSv/h的剂量率的伽马射线源安装在离伽马射线检测器300为30cm距离中。

转换器元件104由每个基本上围绕半导体检测器103的具有50μm的厚度的钨片形成。通过添加或去除钨片来改变转换器元件104的总厚度。通过去除转换器元件104来获得比较半导体检测器。图4中所示的表1概括了该结果。

在表格中，角度可指代伽马射线源的辐射方向（其可指向伽马射线检测器）与半导体检测器的主侧中的一个之间的角度。

如从表1可以看到的，可以针对转换器元件104找到最佳厚度，其中，计数的总数（其可以是用于两个角度、0°和90°的计数的和）是高的且几乎独立于角度，即计数的数目对于0°的角度和对于90°的角度而言可以是相同或几乎相同的。对于用钨片的实验设置而言，转换器元件104（钨片）的最佳厚度可接近100μm，因为对于100μm的厚度而言，计数的总数是5180，并且用于角度中的每个的计数以小于7%来偏离两个计数的平均。针对没有转换元件104的比较伽马射线检测器（在表格中，针对钨片的数目列出“无”），计数的总数（5200）可以为高，但是比较伽马射线检测器可示出对其相对于伽马射线源的相对取向的强依赖性，因为用于两个角度的计数以约28%来偏离其平均。如果转换器元件104是相对厚的（200μm，即四片钨），则计数的总数略微降低至4950。其原因可以是可在转换器元件104中形成的康普顿电子中的某些可能不能逸出转换器元件104。此外，实验伽马射线检测器可示出对其相对于伽马射线源的相对取向的相对强的依赖性，因为用于两个角度的计数以约22%来偏离其平均。这里，如果伽马射线检测器用其主侧中的一个面对伽马射线源，则计数速率较高。因为针对用于100μm钨层的90°角的计数速率比针对0°角更高，所以用于实验伽马射线检测器的钨层104的最佳厚度可略低于100μm。

在各种实施例中，可通过实验或借助于理论考虑来优化多个伽马射线检测器参数，例如转换器元件104的厚度、转换器元件104相对于半导体检测器103的相对布置、半导体检测器103的长度、宽度和/或厚度等。由此，可优化伽马射线检测器的计数速率和/或取向依赖性。例如，可几乎或基本上消除取向依赖性。在各种实施例中，这可通过例如沿着半导体检测器103的两个相对侧面（例如主侧）相对于半导体检测器103对称地布置转换器元件104或者例如基本上完全围绕半导体检测器103（例如，如图3D中所示）来实现。

图5示出了根据各种实施例的伽马射线检测器400的透视图。

伽马射线检测器400的部分、参数、材料、功能等可与结合上文所述的伽马射线检测器描述的那些类似或相同。

在各种实施例中，伽马射线检测器400可包括可安装（例如固定）在转换器元件104上的半导体检测器103。转换器元件104还可用作外壳或作为部分外壳。可将半导体检测器103安装在转换器元件104上，其中其主侧中的一个面对转换器元件104的主侧中的一个。在各种实施例中，可将半导体检测器103直接地安装在转换器元件104上，例如借助于保持结构（未示出），例如借助于夹具、螺钉等。在各种实施例中，可借助于固定剂（未示出）将半导体检测器103安装在转换器元件104上，例如可将半导体检测器103胶合或焊接到转换器元件104。

在各种实施例中，可将放大器电路120安装在转换器元件104上。举例来说，可将放大器电路120安装在转换器元件104的主侧中的一个上，例如在与半导体检测器103相同的转换器元件104的主侧上。这样，可至少部分地屏蔽半导体检测器103和放大器电路120两者免受不希望的电磁辐射，而同时转换器元件104可覆盖半导体检测器103的完整表面的大部分，例如半导体103的完整表面的几乎一半，例如在40%与50%之间。可例如通过在转换器元件104中形成开口（例如腔体）并将半导体检测器103放置在开口中来获得较大覆盖。通过半导体检测器103的表面的大部分被转换器元件104覆盖，可相应地形成快速、例如相对论性电子可从其进入半导体检测器103的大的立体角。

在各种实施例中，尽管所述至少部分地屏蔽，但例如在高水平的辐射（例如高水平的伽马辐射）的情况下，而且在高水平的阿尔法（alpha）、贝它、其它粒子辐射或电磁场的情况下，放大器电路120可被暴露于可干扰其操作的辐射水平。为了降低放大器电路120的故障风险，可将所谓的抗辐射设备用于放大器电路120。

在各种实施例中，可在转换器元件104上（例如在与半导体检测器103相同的转换器元件104的主侧上）布置电源122，例如可借助于连接器572来接收功率并可借助于第一电极114和第二电极110向半导体检测器103提供适当功率（例如在5V以下的直流电压）的A/D转换器。

在各种实施例中，可单独地形成半导体检测器103、放大器电路120和/或电源122。举例来说，可将半导体检测器103形成为芯片，可将放大器电路120形成为另一芯片，并且可将电源122形成为第三芯片。

替换地，可单片地形成三个元件中的至少两个，例如可单片地形成半导体检测器103、放大器电路120和电源122。举例来说，可在同一芯片上形成半导体检测器103和放大器电路120，可在同一芯片上形成半导体检测器103和电源122，可在同一芯片上形成放大器电路120和电源122，或者例如可在同一芯片上形成全部三个。

在各种实施例中，可将用于电源的连接器572和/或数据输出连接器572布置在转换器元件104中。替换地，可将其例如形成于转换器元件上。

在各种实施例中，可将伽马射线检测器400和/或上述伽马射线检测器的其它实施例的任何实施例布置在外壳中。该外壳可充当保护壳，例如以用于保护伽马射线检测器免受灰尘、光、湿度、（可见）光等。替换地或另外，该外壳可为元件提供附加功能，例如用于显示计数、剂量率等的显示器、用于选择不同选项的输入设备等。换言之，在各种实施例中，上述伽马射线检测器可充当例如在医院中的独立伽马射线检测器，例如为了专业使用。

在各种实施例中，可将上述伽马射线检测器的实施例的任何实施例布置在移动通信设备中，诸如在移动电话中、在膝上型计算机中、在平板电脑中等。换言之，可以提供一种具有借助于伽马射线检测器来检测伽马辐射的能力的移动通信设备，例如移动电话，其中伽马射线检测器包括：

转换器元件，其被配置成当伽马射线至少部分地移动通过转换器元件时释放快速、例如相对论性电子；

半导体检测器，其被布置成接收快速、例如相对论性电子并被配置成当快速、例如相对论性电子至少部分地移动通过半导体检测器时产生信号；以及

放大器电路，其被耦合到所述半导体检测器并被配置成将由半导体检测器产生的信号放大；

其中，所述转换器元件被布置成至少部分地屏蔽放大器电路免受电磁辐射。

图6示出了根据各种实施例的形成伽马射线检测器的方法500。

形成伽马射线检测器的方法500可包括提供伽马射线检测器，其包括：

转换器元件，其被配置成当伽马射线至少部分地移动通过转换器元件时释放电子，例如快速、例如相对论性电子；以及

半导体检测器，其中，所述半导体检测器可包括至少一个p掺杂区；

至少一个n掺杂区；

至少一个中间区，其将所述至少一个p掺杂区与所述至少一个n掺杂区分离，其中，所述至少一个中间区可具有比所述至少一个p掺杂区和所述至少一个n掺杂区更低的掺杂剂浓度；

至少一个第一电极，其电接触所述至少一个p掺杂区；以及

至少一个第二电极，其电接触所述至少一个n掺杂区（在5010中）。

形成伽马射线检测器的方法还可包括向第一电极提供供应电压并向第二电极提供第二供应电压，其中，所述第二供应电压可高于第一供应电压，并且其中，第一和第二电极之间的电压差异可在5V以下（在5020中）。

形成伽马射线检测器的方法还可包括当（例如，快速、例如相对论性）电子至少部分地移动通过半导体衬底时检测在半导体检测器中引起的信号（在5030中）。

在各种实施例中，可提供伽马射线检测器。伽马射线检测器可包括转换器元件，其被配置成当伽马射线至少部分地移动通过转换器元件时释放电子，例如快速、例如相对论性电子。该伽马射线检测器还可包括：

半导体检测器，被布置成接收（例如，快速、例如相对论性）电子并被配置成当（例如，快速）电子至少部分地移动通过半导体检测器时产生信号；

放大器电路，其被耦合到所述半导体检测器并被配置成将由半导体检测器产生的信号放大；以及

屏蔽，其基本上完全地围绕所述半导体检测器和所述放大器电路。在伽马射线检测器中，转换器元件可形成屏蔽的至少一部分。

在各种实施例中，所述半导体检测器可包括：

至少一个p掺杂区；

至少一个n掺杂区；

至少一个第一电极，其电接触所述至少一个p掺杂区；以及

至少一个第二电极，其电接触所述至少一个n掺杂区。

在各种实施例中，所述转换器元件可邻近于半导体检测器的至少一个表面。

在各种实施例中，所述中间区可以是本征区。

在各种实施例中，所述中间区可以是n掺杂区。

在各种实施例中，所述伽马射线检测器还可包括电源，其被配置成向第一电极供应第一供应电压并向第二电极供应第二供应电压，其中，所述第二供应电压可高于第一供应电压。

在各种实施例中，第一和第二电极之间的电压差异可在5V以下。

在各种实施例中，所述转换器元件可包括重金属或重金属的氧化物。

在各种实施例中，所述转换器元件可包括一组材料中的至少一个材料，该组由以下各项组成：

铅；

钨；

钼；

金；

铅金合金；

钨镍合金和上述材料的氧化物。

在各种实施例中，转换器元件可沿着半导体检测器和放大器电路的至少两个侧面延伸。

在各种实施例中，所述转换器元件可形成完全屏蔽。

在各种实施例中，所述半导体检测器可包括多个检测器段。

在各种实施例中，可将所述转换器元件的至少一部分设置在检测器段之间。

在各种实施例中，所述半导体检测器可包括一组材料中的至少一个材料，该组由以下各项组成：

硅；

锗；

III-V化合物半导体；

II-VI化合物半导体；以及

IV-IV化合物半导体。

在各种实施例中，可将半导体检测器配置为芯片。

在各种实施例中，可提供伽马射线检测器。该伽马射线检测器包括：

转换器元件，被配置成由入射伽马辐射生成康普顿电子；

半导体检测器，被配置成检测康普顿电子并产生相应的检测器信号；

被配置成将检测器信号放大的放大器电路和基本上完全围绕半导体检测器和放大器电路的屏蔽；

其中，所述转换器元件可形成屏蔽的至少一部分。

在各种实施例中，所述转换器元件可形成完全屏蔽。

在各种实施例中，可提供一种用于检测伽马辐射的方法，包括提供伽马射线检测器，其包括：

至少一个n掺杂区；

至少一个第一电极，其电接触所述至少一个p掺杂区；以及

至少一个第二电极，其电接触所述至少一个n掺杂区；

向第一电极提供供应电压并向第二电极提供第二供应电压，其中，所述第二供应电压可高于第一供应电压，并且其中，第一和第二电极之间的电压差异可在5V以下；以及

当（例如，快速、例如相对论性）电子至少部分地移动通过半导体衬底时检测在半导体检测器中引起的信号。

虽然已参考特定实施例特别地示出并描述了本发明，但本领域的技术人员应理解的是在不脱离如由所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下可在其中进行形式和细节方面的各种改变。因此由所附权利要求来指示本发明的范围，并且因此意图涵盖进入权利要求的等价物的意义和范围内的所有改变。

针对设备提供了本公开的各种方面，并且针对方法提供了本公开的各种方面。将理解的是设备的基本性质也适用于方法且反之亦然。因此，为了简洁起见，可能已省略此类性质的重复描述。

Claims

1.一种伽马射线检测器，包括：

转换器元件，其被配置成当伽马射线至少部分地移动通过转换器元件时释放电子；

半导体检测器，其被布置成接收电子并被配置成当电子至少部分地移动通过半导体检测器时产生信号；

放大器电路，其被耦合到半导体检测器并被配置成将由半导体检测器产生的信号放大；以及

屏蔽，其基本上完全地围绕半导体检测器和放大器电路，

其中，转换器元件形成屏蔽的至少一部分。

2.权利要求1的伽马射线检测器，

其中半导体检测器包括：

至少一个p掺杂区；

至少一个n掺杂区；

至少一个中间区，其将所述至少一个p掺杂区与所述至少一个n掺杂区分离，其中，所述至少一个中间区具有比至少一个p掺杂区和至少一个n掺杂区更低的掺杂剂浓度；

至少一个第一电极，其电接触所述至少一个p掺杂区；以及

至少一个第二电极，其电接触所述至少一个n掺杂区。

3.权利要求1的伽马射线检测器，

其中，转换器元件邻近于半导体检测器的至少一个表面。

4.权利要求2的伽马射线检测器，

其中，中间区是本征区。

5.权利要求2的伽马射线检测器，

其中中间区是n掺杂区。

6.权利要求2的伽马射线检测器，还包括：

电源，其被配置成向第一电极供应第一供应电压并向第二电极供应第二供应电压，其中第二供应电压高于第一供应电压。

7.权利要求6的伽马射线检测器，

其中，第一和第二电极之间的电压差异在5V以下。

8.权利要求1的伽马射线检测器，

其中转换器元件包括重金属或重金属的氧化物。

9.权利要求1的伽马射线检测器，

其中，转换器元件包括一组材料中的至少一个材料，该组由以下各项组成：

铅；

钨；

钼；

金；

铅金合金；

钨镍合金；以及

上述材料的氧化物。

10.权利要求1的伽马射线检测器，

其中转换器元件沿着半导体检测器和放大器电路的至少两个侧面延伸。

11.权利要求1的伽马射线检测器，

其中转换器元件形成完全的屏蔽。

12.权利要求1的伽马射线检测器，

其中半导体检测器包括多个检测器段。

13.权利要求12的伽马射线检测器，

其中转换器元件的至少一部分被设置在检测器段之间。

14.权利要求1的伽马射线检测器，

其中半导体检测器包括一组材料中的至少一个材料，该组由以下各项组成：

硅；

锗；

III-V化合物半导体；

II-VI化合物半导体；以及

IV-IV化合物半导体。

15.权利要求1的伽马射线检测器，

其中半导体检测器被配置为芯片。

16.一种伽马射线检测器，包括：

转换器元件，被配置成由入射伽马辐射生成康普顿电子；

放大器电路，被配置成将检测器信号放大；以及

屏蔽，其基本上完全地围绕半导体检测器和放大器电路，

其中转换器元件形成屏蔽的至少一部分。

17.权利要求16的伽马射线检测器，其中转换器元件包括重金属或重金属的氧化物。

18.权利要求16的伽马射线检测器，其中转换器元件形成完全的屏蔽。

19.一种检测伽马射线的方法，该方法包括：

提供伽马射线检测器，其包括：

转换器元件，其被配置成当伽马射线至少部分地移动通过转换器元件时释放电子；和

半导体检测器，其中半导体检测器包括：

至少一个p掺杂区；

至少一个n掺杂区；

至少一个中间区，其将至少一个p掺杂区与至少一个n掺杂区分离，其中至少一个中间区具有比至少一个p掺杂区和至少一个n掺杂区更低的掺杂剂浓度；

至少一个第一电极，其电接触至少一个p掺杂区；以及

至少一个第二电极，其电接触至少一个n掺杂区；

向第一电极提供供应电压并向第二电极提供第二供应电压，其中第二供应电压高于第一供应电压，并且其中第一和第二电极之间的电压差异在5V以下；

当电子至少部分地移动通过半导体衬底时检测在半导体检测器中引起的信号。