CN107256906A - 用于探测硬x射线的高灵敏探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于探测硬X射线的高灵敏探测器，所述高灵敏探测器由多个硅基光电探测器组成；所述硅基光电探测器形成在硅片上，硅基光电探测器的光敏面位于硅片的上侧面上；多块硅片叠放在一起，多个硅基光电探测器上的光敏区的横向位置相互重叠；相邻两块硅片中，上方硅片的下侧面与下方硅片的上侧面接触。本发明的有益技术效果是：提供了一种用于探测硬X射线的高灵敏探测器，该高灵敏探测器可直接利用硅基光电探测器对硬X射线进行探测、成像，基于硅基光电探测器的诸多优点，最终可以使X射线探测器的性能得到大幅改善。
Description
技术领域
本发明涉及一种X射线探测器，尤其涉及一种用于探测硬X射线的高灵敏探测器。
背景技术
X射线在医学诊断、无损检测和安全检查等领域具有重要的技术价值，在科研、生产、生活等许多领域都得到了广泛的应用；医用X射线是普通人群最常接触到的人造射线辐射源，大约占每年所有辐射源照射量的14％，过量的X光照射对人体危害很大，尤其是儿童、孕妇等人群，更需严格限制X射线辐射量。
X射线探测器是用于捕获、测量X射线信号的一类专用探测器，常见的X射线探测器有多丝正比计数器、微通道板、闪烁晶体、微热量计、CCD半导体、CMOS半导体等类型，其中，基于正比计数器和闪烁晶体的X射线探测器应用最为广泛；基于正比计数器的X射线探测器，为实现高分辨率要使其丝距降低到0.1mm及以下量级时，实现难度较大，而且光子计数率难以满足医疗领域对于快速成像的需求；基于闪烁晶体的X射线探测器，由于需用块状大尺寸闪烁晶体将X射线转换为可见光，导致探测器体积较大，使用十分不方便，并且由于需要使用光纤及耦合器等器件将闪烁晶体与光接收器件连接，增加了光信号的传输损耗，导致探测器的探测效率较低，若增大X射线辐射量，又会对受检者的健康造成不利影响。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种用于探测硬X射线的高灵敏探测器，其创新在于：所述高灵敏探测器由多个硅基光电探测器组成；所述硅基光电探测器形成在硅片上，硅基光电探测器的光敏面位于硅片的上侧面上；多块硅片叠放在一起，多个硅基光电探测器的光敏区的横向位置相互重叠；相邻两块硅片中，上方硅片的下侧面与下方硅片的上侧面接触。
本发明的原理是：基于现有技术可知，CCD半导体、CMOS半导体等硅基光电探测器具有尺寸小、不需光连接耦合、可实现直接探测成像等优点，如能将其实现为X射线探测器，将使X射线探测器的性能得到长足进步；但是能量范围在20-100keV的硬X射线在硅中的穿透深度达0.6mm-30mm，而现有技术中，较为成熟的硅工艺所制作出的硅基光电探测器，其硅片的厚度通常为600μm-700μm左右，这种厚度的硅片根本无法为硅基光电探测器提供足够的有效探测深度来进行硬X射线探测，导致硅基光电探测器对高能硬X射线的吸收率较低，难以满足应用需求，若贸然改变硅基光电探测器结构，又会引起一系列的工艺兼容性问题；为解决硅基光电探测器对高能硬X射线吸收率较低的问题，发明人进行了大量研究，发明人在研究过程中想到，虽然，单个硅基光电探测器所能提供的有效探测深度十分有限，但多个硅基光电探测器所对应的多个有效探测深度的总和却是十分可观的，若将多个硅基光电探测器以光敏区重叠的方式叠放，当有高能硬X射线照射时，多个硅基光电探测器就能对穿透到不同深度位置处的高能硬X射线分别进行吸收，利用现有技术中常见的信号拼接技术，就能根据多个硅基光电探测器的输出信号得到完整的图像，于是本发明的方案便形成了；采用本发明方案后，当硬X射线从上方照射到高灵敏探测器上，硬X射线就会从上至下逐个穿透多个硅基光电探测器，当硬X射线从某个硅基光电探测器穿过时，相应硅基探测器就能对硬X射线中的一部分进行吸收，X射线中未被吸收的部分继续向下穿透，又会被下方的硅基探测器继续吸收，只要叠放的硅基光电探测器的数量足够多，高灵敏探测器总能将硬X射线全部吸收，这就有效的提高了高灵敏探测器对硬X射线的吸收率，从而可以直接用硅基光电探测器来对硬X射线进行探测和成像，得益于硅基光电探测器的诸多优点，最终就能使X射线探测器的性能得到大幅提高。
优选地，所述多块硅片中，相邻两块硅片之间通过胶粘物质粘结。
优选地，所述硅基光电探测器的输出部设置在硅片边沿，所述输出部通过引线与读出电路连接，此优选方案记为方案A。
优选地，所述多个硅基光电探测器均连接至同一读出电路，此优选方案记为方案B。
前述优选方案中提出将硅基光电探测器的输出部设置在硅片边沿，然后再将输出部通过引线与读出电路连接，发明人根据此优选方案制作样品后发现，硅片尺寸相同时，若将多块硅片整齐地层叠在一起，引线连接操作的难度较大，不利于生产加工，可解决这一问题的方法有两种，其一，使相邻硅片错位，其二，使多块硅片的尺寸不同，于是，本发明又提出了如下两种改进方案：
方案一，相邻两块硅片的横向位置错位设置，下方硅片的上侧面上未被上方硅片遮挡的部分记为引线连接区，硅基光电探测器的输出部设置在引线连接区内。
方案二，所述硅片的周向轮廓为矩形，所述矩形上相互垂直的两条边分别记为A边和B边，多块硅片的A边的长度相同，多块硅片的B边的长度从下至上逐渐变短；多块硅片叠放在一起时，多块硅片的A边相互对齐；相邻两块硅片中，下方硅片的上侧面上未被上方硅片遮挡的部分记为引线连接区，硅基光电探测器的输出部设置在引线连接区内。
前述的方案一和方案二均可与方案A结合，同时，也均可在结合了方案A的基础上再结合方案B。
本发明的有益技术效果是：提供了一种用于探测硬X射线的高灵敏探测器，该高灵敏探测器可直接利用硅基光电探测器对硬X射线进行探测、成像，基于硅基光电探测器的诸多优点，最终可以使X射线探测器的性能得到大幅改善。
附图说明
图1、本发明的结构示意图一；
图2、本发明的结构示意图二；
图3、本发明的结构示意图三；
图4、本发明的结构示意图四；
图5、图4中所示高灵敏探测器的立体视图；
前述各图中所示出的硅片数量不表示实际所采用的硅片数量，具体采用多少硅片，需根据实际情况决定。
图中各个标记所对应的名称分别为：硅片1、读出电路2、引线3。
具体实施方式
一种用于探测硬X射线的高灵敏探测器，其创新在于：所述高灵敏探测器由多个硅基光电探测器组成；所述硅基光电探测器形成在硅片上，硅基光电探测器的光敏面位于硅片的上侧面上；多块硅片叠放在一起，多个硅基光电探测器上的光敏区的横向位置相互重叠；相邻两块硅片中，上方硅片的下侧面与下方硅片的上侧面接触。此方案可直接采用图1所示的结构形式。
进一步地，所述多块硅片中，相邻两块硅片之间通过胶粘物质粘结。
进一步地，所述硅基光电探测器的输出部设置在硅片边沿，所述输出部通过引线与读出电路连接。
进一步地，所述多个硅基光电探测器均连接至同一读出电路。
进一步地，相邻两块硅片的横向位置错位设置，下方硅片的上侧面上未被上方硅片遮挡的部分记为引线连接区，硅基光电探测器的输出部设置在引线连接区内。此改进方案在具体实施时，可采用如图2或图3所示出的结构形式；在图2或图3所示方案的基础上，还可优选地将硅基光电探测器的输出部通过引线与读出电路连接；此外，还可在前述改进方案基础上，再将多个硅基光电探测器均连接至同一读出电路。
进一步地，所述硅片的周向轮廓为矩形，所述矩形上相互垂直的两条边分别记为A边和B边，多块硅片的A边的长度相同，多块硅片的B边的长度从下至上逐渐变短；多块硅片叠放在一起时，多块硅片的A边相互对齐；相邻两块硅片中，下方硅片的上侧面上未被上方硅片遮挡的部分记为引线连接区，硅基光电探测器的输出部设置在引线连接区内。此改进方案在具体实施时，可采用如图4和图5所示出的结构形式；在图4所示方案基础上，还可优选地将硅基光电探测器的输出部通过引线与读出电路连接；此外，还可在前述改进方案基础上，再将多个硅基光电探测器均连接至同一读出电路。
Claims (10)
1.一种用于探测硬X射线的高灵敏探测器，其特征在于：所述高灵敏探测器由多个硅基光电探测器组成；所述硅基光电探测器形成在硅片上，硅基光电探测器的光敏面位于硅片的上侧面上；多块硅片叠放在一起，多个硅基光电探测器上的光敏区的横向位置相互重叠；相邻两块硅片中，上方硅片的下侧面与下方硅片的上侧面接触。
2.根据权利要求1所述的用于探测硬X射线的高灵敏探测器，其特征在于：所述多块硅片中，相邻两块硅片之间通过胶粘物质粘结。
3.根据权利要求1或2所述的用于探测硬X射线的高灵敏探测器，其特征在于：所述硅基光电探测器的输出部设置在硅片边沿，所述输出部通过引线与读出电路连接。
4.根据权利要求3所述的用于探测硬X射线的高灵敏探测器，其特征在于：所述多个硅基光电探测器均连接至同一读出电路。
5.根据权利要求1或2所述的用于探测硬X射线的高灵敏探测器，其特征在于：相邻两块硅片的横向位置错位设置，下方硅片的上侧面上未被上方硅片遮挡的部分记为引线连接区，硅基光电探测器的输出部设置在引线连接区内。
6.根据权利要求5所述的用于探测硬X射线的高灵敏探测器，其特征在于：所述硅基光电探测器的输出部通过引线与读出电路连接。
7.根据权利要求6所述的用于探测硬X射线的高灵敏探测器，其特征在于：所述多个硅基光电探测器均连接至同一读出电路。
8.根据权利要求1或2所述的用于探测硬X射线的高灵敏探测器，其特征在于：所述硅片的周向轮廓为矩形，所述矩形上相互垂直的两条边分别记为A边和B边，多块硅片的A边的长度相同，多块硅片的B边的长度从下至上逐渐变短；多块硅片叠放在一起时，多块硅片的A边相互对齐；相邻两块硅片中，下方硅片的上侧面上未被上方硅片遮挡的部分记为引线连接区，硅基光电探测器的输出部设置在引线连接区内。
9.根据权利要求8所述的用于探测硬X射线的高灵敏探测器，其特征在于：所述硅基光电探测器的输出部通过引线与读出电路连接。
10.根据权利要求9所述的用于探测硬X射线的高灵敏探测器，其特征在于：所述多个硅基光电探测器均连接至同一读出电路。
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