CN108139488A

CN108139488A - 能够限制载流子扩散的x射线检测器

Info

Publication number: CN108139488A
Application number: CN201580083732.4A
Authority: CN
Inventors: 曹培炎; 刘雨润
Original assignee: Shenzhen Frame View De Core Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Frame View De Core Technology Co Ltd; Shenzhen Xpectvision Technology Co Ltd
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2018-06-08
Also published as: US20210018634A1; WO2017063157A1; US20190004190A1; US10830913B2; TWI725996B; TW201713966A; US11353603B2; EP3362819A1; EP3362819A4; TW202129305A; TWI762277B

Abstract

公开了一种适合于检测X射线的装置。在一个示例中，该装置包括X射线吸收层(110)，其包括：像素(30)和第二像素(31)，以及跨X射线吸收层(110)的厚度延伸并且包围像素(30,31)的材料层(301,303)或真空，其中该材料层(301)配置成防止像素(30,31)中的载流子移动通过材料层(301)。在另一个示例中，装置包括X射线吸收层(110)，其包括配置成吸收X射线的半导体的多个列(33,34,35)，和跨X射线吸收层(110)的厚度延伸并且包围每个列(33,34,35)的材料层(301,302)或真空，其中该材料层(301)配置成防止载流子在两个列(33,34,35)之间转移。

Description

能够限制载流子扩散的X射线检测器

【技术领域】

本公开涉及X射线检测器，特别涉及能够限制载流子扩散的X射线检测器。

【背景技术】

X射线检测器可以是用于测量X射线的通量、空间分布、光谱或其他性质的装置。

X射线检测器可用于许多应用。一个重要应用是成像.X射线成像是放射摄影技术并且可以用于揭示组成不均匀和不透明物体(例如人体)的内部结构。另一个重要应用是元素分析。元素分析是就一些材料的元素组成来分析它的样本的过程。

早期的X射线检测器包括照相底片和照相胶片。照相底片可以是具有感光乳剂涂层的玻璃底片。

在20世纪80年代，出现了光激励萤光板(PSP板)。PSP板可包含在它的晶格中具有色心的萤光材料。在将PSP板暴露于X射线时，X射线激发的电子被困在色心中直到它们受到在板表面上扫描的激光光束的激励。在激光扫描板时，被捕获的激发电子发出光，其被光电倍增管收集。收集的光转换成数字图像。

另一种X射线检测器是X射线图像增强器。在X射线图像增强器中，X射线首先撞击输入萤光体(例如，碘化铯)并且被转换成可见光。可见光然后撞击光电阴极(例如，包含铯和锑复合物的薄金属层)并且促使电子发射。发射电子数量与入射X射线的强度成比例。发射电子通过电子光学器件投射到输出萤光体上并且促使该输出萤光体产生可见光图像。

闪烁体的操作与X射线图像增强器有些类似之处在于闪烁体(例如，碘化钠)吸收X射线并且发射可见光，其然后可以被对可见光合适的图像感测器检测到。

半导体X射线检测器可以将X射线直接转换成电信号并且从而提供比前代X射线检测器更好的性能。半导体X射线检测器可包括半导体层，其在感兴趣波长吸收X射线。当在半导体层中吸收X射线光子时，其产生多个载流子(例如，电子和空穴)。如本文使用的，术语“载流子”、“电荷”和“载体”可互换地使用。半导体X射线检测器可具有多个像素，其可以独立确定X射线的局部强度和X射线光子能量。X射线光子产生的载流子可在进入像素的电场下被扫过。如果单个X射线光子产生的载流子被超过一个像素收集(“电荷共用”)，半导体X射线检测器的性能可受到负面影响。在确定X射线光子能量的应用(例如，元素分析)中，因为X射线光子的能量通过它产生的电荷量来确定，电荷共用对于准确测量光子能量尤其成问题。使像素的尺寸更大可以使电荷共用的可能性减少，但某些应用(例如需要高空间解析度的那些)会要求小的像素。

【发明内容】

本文公开教导涉及用于X射线检测的方法、系统和装置。更特定地，本教导涉及对于具有电荷共用管理的X射线检测的方法、系统和装置。

在一个示例中，公开了适合于检测X射线的装置。该装置包括：像素，和跨X射线吸收层的厚度延伸并且包围像素的材料层或真空；其中该材料层或真空配置成防止像素中的载流子移动通过材料层。

根据一个实施例，材料是电绝缘材料。

根据一个实施例，材料是气体。

根据一个实施例，材料层包括重掺杂半导体。

根据一个实施例，装置包括像素阵列。

本文公开这样的系统，其包括上文描述的装置和X射线源。该系统组态成用于对人的胸部或腹部进行X射线放射摄影。

本文公开这样的系统，其包括上文描述的装置和X射线源。该系统组态成用于对人的口腔进行X射线放射摄影。

本文公开货物扫描或非侵入式检查(NII)系统，其包括上文描述的装置和X射线源。该货物扫描或非侵入式检查(NII)系统组态成用于基于背散射X射线来形成图像。

本文公开货物扫描或非侵入式检查(NII)系统，其包括上文描述的装置和X射线源。该货物扫描或非侵入式检查(NII)系统组态成使用通过被检查物体的X射线来形成图像。

本文公开全身扫描器系统，其包括上文描述的装置和X射线源。

本文公开X射线电脑断层摄影(X射线CT)系统，其包括上文描述的装置和X射线源。

本文公开电子显微镜，其包括上文描述的装置、电子源和电子光学系统。

本文公开这样的系统，其包括上文描述的装置。该系统组态成用于测量X射线源的剂量。

本文公开这样的系统，其包括上文描述的装置。该系统是X射线望远镜，或X射线显微镜，或配置成进行乳房摄影、工业缺陷检测、显微放射摄影、铸件检查、焊缝检查或数字减影血管摄影的系统。

本文公开适合于相衬X射线成像(PCI)的系统，该系统包括上文描述的装置；第二X射线检测器；和间隔物，其中该装置和第二X射线检测器被该间隔物隔开。

根据一个实施例，该装置和第二X射线检测器配置成用于分别同时捕捉物体的图像。

根据一个实施例，第二X射线检测器等同于该装置。

本文公开适合于相衬X射线成像(PCI)的系统，该系统包括：上文描述的装置，其中该装置配置成用于移到物体并且在离所述物体不同距离捕捉其图像，所述物体暴露于入射的X射线。

在另一个示例中，公开适合于检测X射线的装置。该装置包括：X射线吸收层，其包括配置成吸收X射线的半导体的多个列；和跨X射线吸收层的厚度延伸并且包围每个这些列的材料层或真空；其中该材料层或真空配置成防止载流子在两个列之间转移。

根据一个实施例，所述材料是电绝缘材料。

根据一个实施例，所述材料是气体。

根据一个实施例，所述材料层包括重掺杂半导体。

根据一个实施例，所述装置包括像素阵列。

在另一个示例中，公开了一个方法。该方法包括：获得半导体衬底，其具有第一表面上的第一电触点和与该第一表面相对的第二表面上的第二电触点，该第二电触点包括多个离散部分；以及形成多个沟槽，其延伸到半导体衬底厚度的至少70％内；其中多个沟槽包围每个离散部分。

根据一个实施例，上文的方法进一步包括用电绝缘材料填充沟槽。

根据一个实施例，上文的方法进一步包括使沟槽排空并且密封沟槽。

根据一个实施例，上文的方法进一步包括在沟槽的侧壁上形成重掺杂层。

在下面的描述中，部分额外优势和新颖特征将被将阐述，并且另一些部分将在本领域内技术人员检查下列和附图时变得明显或可通过生产或操作示例而获悉。本教导的优势可通过实践或使用在下文论述的详细示例中阐述的方法、工具和组合的各种方面而实现和得到。

【附图说明】

图1A示意示出根据实施例的检测器的横截面图；

图1B示意示出根据实施例的检测器的详细横截面图；

图1C示意示出根据实施例的检测器的备选详细横截面图；

图2A示意示出根据实施例的半导体X射线检测器的一部分的示范性顶视图；

图2B示意示出根据实施例具有分散载流子的检测器的示范性横截面图；

图2C示意示出根据实施例在半导体X射线检测器中的示范性像素阵列；

图3A示出根据实施例的半导体X射线检测器的相邻像素的图；

图3B示出如在图3A中示出的半导体X射线检测器的一部分的示范性顶视图；

图3C示出根据实施例的半导体X射线检测器的相邻列的图；

图4A示出根据实施例具有侧壁掺杂的半导体X射线检测器的相邻像素的图；

图4B示出如在图4A中示出的半导体X射线检测器的一部分的示范性顶视图；

图4C示出根据实施例具有侧壁掺杂的半导体X射线检测器的相邻列的图；

图5A示意示出根据实施例制作半导体X射线检测器的示范性方法；

图5B示意示出根据实施例制作半导体X射线检测器的另一个示范性方法；

图6示意示出根据实施例适合于医学成像(例如胸部X射线放射摄影、腹部X射线放射摄影等)的系统，其包括本文描述的半导体X射线检测器；

图7示意示出根据实施例适合于牙齿X射线放射摄影的系统，其包括本文描述的半导体X射线检测器；

图8示意示出根据实施例的货物扫描或非侵入式检查(NII)系统，其包括本文描述的半导体X射线检测器；

图9示意示出根据实施例的另一个货物扫描或非侵入式检查(NII)系统，其包括本文描述的半导体X射线检测器；

图10示意示出根据实施例的全身扫描器系统，其包括本文描述的半导体X射线检测器；

图11示意示出根据实施例的X射线电脑断层摄影(X射线CT)系统，其包括本文描述的半导体X射线检测器；

图12示意示出根据实施例的电子显微镜，其包括本文描述的半导体X射线检测器；

图13示意示出根据实施例的辐射剂量计；以及

图14示意示出根据实施例的元素分析仪。

【具体实施方式】

在下列详细描述中，通过示例阐述许多具体细节以便提供对相关教导的全面理解。然而，本教导可在没有这样的细节的情况下实践，这对于本领域内技术人员应是明显的。在其他实例中，众所周知的方法、规程、部件和/或电路以相对高层级但不十分具体的描述，以避免不必要地混淆本教导的各方面。

当X射线光子在具有像素阵列的X射线检测器的半导体层中被吸收时，将产生多个载流子(例如，电子和空穴)并且它们可在朝向电路的电场下被扫过以用于测量这些载流子。载体沿电场方向漂移并且在其他方向上扩散。载体的轨迹包络可以是大致圆锥形状。如果包络坐落在X射线检测器的两个或以上像素的边界上，将出现电荷共用(在本教导中使用的“电荷共用”意指从单个X射线光子产生的载流子被两个或以上像素收集)。因为X射线光子的能量通过它产生的电荷量来确定，电荷共用可导致不准确的X射线光子测量。

在本教导中，相邻像素之间的电荷共用受到能够限制载流子扩散的X射线检测器的限制，使得单个X射线光子仅被X射线检测器中的单个像素收集。

图1A示意示出根据实施例的半导体X射线检测器100。该半导体X射线检测器100可包括X射线吸收层110和电子层120(例如，ASIC)，用于处理或分析入射X射线在X射线吸收层110中产生的电信号。在实施例中，半导体X射线检测器100不包括闪烁体。X射线吸收层110可包括半导体材料，例如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或其组合。半导体对于感兴趣的X射线能量可具有高的质量衰减系数。

如在图1B中的检测器100的详细横截面图中示出的，根据实施例，X射线吸收层110可包括由第一掺杂区111、第二掺杂区113的一个或多个离散区114形成的一个或多个二极管(例如，p-i-n或p-n)。第二掺杂区113可通过可选的本征区112而与第一掺杂区111分离。离散部分114通过第一掺杂区111或本征区112而彼此分离。第一掺杂区111和第二掺杂区113具有相反类型的掺杂(例如，区111是p型并且区113是n型，或区111是n型并且区113是p型)。在图1B中的示例中，第二掺杂区113中的每个离散区114与第一掺杂区111和可选的本征区112一起形成二极管。即，在图1B中的示例中，X射线吸收层110具有多个二极管，其具有第一掺杂区111作为共用电极。第一掺杂区111还可具有离散部分。

在X射线光子撞击包括二极管的X射线吸收层110时，X射线光子可被吸收并且通过许多机制产生一个或多个载流子。一个X射线光子可产生10至100000个载流子。载流子可在电场下向二极管中的一个电极漂移。该场可以是外部电场。电触点119B可包括离散部分，每个离散部分与离散区114电接触。在实施例中，单个X射线光子产生的载流子可以被两个不同的离散区114共用。

如在图1C中的检测器100的备选详细横截面图中示出的，根据实施例，X射线吸收层110可包括具有例如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或其组合的半导体材料的电阻器，但不包括二极管。半导体对于感兴趣的X射线能量可具有高的质量衰减系数。

在X射线光子撞击包括电阻器但不包括二极管的X射线吸收层110时，它可被吸收并且通过许多机制产生一个或多个载流子。一个X射线光子可产生10至100000个载流子。载流子可在电场下向电触点119A和119B漂移。该场可以是外部电场。电触点119B包括离散部分。在实施例中，单个X射线光子产生的载流子可以被两个不同的触点119B共用。

电子层120可包括电子系统121，电子系统121适合于处理或解释入射到X射线吸收层110上的X射线光子产生的信号。电子系统121可包括例如滤波网路、放大器、积分器和比较器等类比电路或例如微处理器等数字电路和内存。电子系统121可包括像素共用的部件或专用于单个像素的部件。例如，电子系统121可包括专用于每个像素的放大器和在所有像素之间共用的微处理器。电子系统121可通过通孔131电连接到像素。通孔之间的空间可用填充材料130填充，其可使电子层120到X射线吸收层110连接的机械稳定性增加。在不使用通孔的情况下，使电子系统121连接到像素的其他接合技术也是可能的。

图2A示出具有4×4阵列的离散区114的装置100的一部分的示范性顶视图。在这些离散区114中的一个的足迹周围入射的X射线光子产生的载流子大致未与这些离散区114中的另一个共用。围绕离散区114的区域210叫作与该离散区114关联的像素，所述像素中入射的X射线光子产生的大致全部(超过95％、超过98％或超过99％)载流子流向离散区114。即，在X射线光子在像素内部撞击时，这些载流子中不到5％、不到2％或不到1％流到像素外。像素可采用任何适合的阵列来组织，例如方形阵列、三角形阵列和蜂窝状阵列。像素可具有任何适合的形状，例如圆形、三角形、方形、矩形和六角形。像素可以是独立可定址的。

相似地，当图2A中的4×4阵列指示图1B中的电触点119B的离散部分的阵列时，在电触点119B的这些离散部分中的一个的足迹周围入射的X射线光子产生的载流子大致未与电触点119B的这些离散部分中的另一个共用。围绕电触点119B的离散部分的区域叫作与电触点119B的离散部分关联的像素，所述像素中入射的X射线光子产生的大致全部(超过95％、超过98％或超过99％)载流子流向电触点119B的离散部分。即，在X射线光子在像素内部撞击时，这些载流子中不到5％、不到2％或不到1％流到与电触点119B的一个离散部分关联的像素外。像素可采用任何适合的阵列来组织，例如方形阵列、三角形阵列和蜂窝状阵列。像素可具有任何适合的形状，例如圆形、三角形、方形、矩形和六角形。像素可以是独立可定址的。

如在图2A中示出的，与两个相邻离散区114关联的两个像素210(例如，210-1和210-2)可以叫作两个相邻像素(在本教导中使用的“相邻像素”意指这样的像素，其接近彼此使得从单个光子产生的载体可被这些像素共用)。

图2B示出根据实施例具有分散载流子的检测器的示范性横截面图。在半导体X射线检测器中，载流子朝像素漂移同时在所有方向上扩散。区210、211、212或213示意示出在一组载体在进入像素的电场下朝像素漂移时它们所占据的空间。

图2C示出根据实施例在半导体X射线检测器中的示范性像素阵列。当X射线光子撞击阵列时，它可被吸收并且导致产生多个载流子。载体可在各种方向上移动，例如沿电场方向漂移并且在其他方向上扩散。在图2C中，每个圆(例如220、230)代表光子产生的载流子在一个时间点占据的区的足迹。

如说明电荷共用机制的图2C中示出的，载流子占据的区可在像素内部(例如区220)，或在相邻像素的边界上(例如，区230)。

如上文论述的，当载流子占据的区在两个或以上相邻像素的边界上时，出现电荷共用，其可引起能量测量问题。在实施例中，X射线检测器中的电子系统121仍可以准确测量X射线光子的能量，即使对X射线光子产生的载体出现电荷共用也如此。

根据实施例，两个相邻像素不必共用边界，但可以彼此接近使得由单个光子产生的载体可被两个像素共用。即，电荷共用可在相邻像素上出现，即使没有被相邻像素共用的边界也如此。

像素的尺寸可以通过设计、基于制造工艺来确定。如在图2C中示出的，当对应光子围绕像素中心撞击时，每个像素的尺寸设计成相同并且足以覆盖传输区域。如果像素的尺寸太小，例如比载流子到达像素时载流子占据的区还小，则可以一直发生电荷共用。另一方面，如果像素的尺寸太大，多个光子很可能同时撞击像素，这可以对X射线检测准确的和图像产生造成困难。

为了限制电荷共用，本教导公开半导体X射线检测器，其包括：像素，和跨X射线吸收层的厚度延伸并且包围像素的材料层或真空；其中材料层配置成防止像素中的载流子移动通过材料层。

在另一个示例中，公开半导体X射线检测器。该半导体X射线检测器包括：X射线吸收层，其包括配置成吸收X射线的半导体的多个列；和跨X射线吸收层的厚度延伸并且包围这些列中的每个的材料层或真空；其中该材料层配置成防止载流子在列中的两个之间转移。

图3A示出根据实施例的半导体X射线检测器的相邻像素30、31和32的图。如在图3A中示出的，材料层或真空301或302的每个跨X射线吸收层110的厚度延伸并且包围像素30或31；并且材料层或真空301或302配置成防止一个像素中的载流子移动通过材料层。如在图3A中示出，当X射线光子产生的载流子在像素30的周边附近扩散时，材料层或真空301防止像素30中的载流子进入相邻像素31或近旁的另一个像素32，由此限制电荷共用。材料层或真空301的效应示意地描绘为截短区310、311、312或313。

图3B示出如在图3A中示出的半导体X射线检测器的一部分的示范性顶视图。根据实施例，半导体X射线检测器包括像素阵列，并且该像素阵列中的每个被材料层或真空包围，该材料层或真空配置成防止一个像素中的载流子移动通过材料层来进入另一个像素。

图3C示出根据实施例的相邻像素的图，这些相邻像素每个包括半导体的列33、34或35。如在图3C中示出的，材料层或真空301或302每个跨X射线吸收层110的厚度延伸并且包围列33、34和35；并且材料层或真空301或302配置成防止一个列中的载流子移动通过材料层。如在图3A中示出的，当X射线光子产生的载流子在像素30的周边附近扩散时，如在图3A中示出的，材料层或真空301防止像素330中的载流子进入相邻像素34或近旁的另一个像素35，由此限制电荷共用。材料层或真空301的效应示意地描绘为截短区310、311、312或313。

在图3A或图3C中，材料层或真空301或302包围像素，该像素包括电触点119B。如果两个或多个相邻像素共用边界，材料层或真空301或302可在这两个或多个相邻像素的边界上。备选地，根据实施例，两个相邻像素不必共用边界，但可以接近彼此；并且材料层或真空301或302可每个包围单个像素。

根据实施例，材料是电绝缘材料。该电绝缘材料可包括氧化物、氮化物、玻璃、聚合物等。

根据实施例，材料是气体。

根据实施例，材料层可包括重掺杂半导体。图4A示出根据实施例具有侧壁掺杂的半导体X射线检测器的相邻像素40、41或42的图；图4B示出如在图4A中示出的半导体X射线检测器的一部分的示范性顶视图。如示出的，像素40或41的侧壁401或402可以是重掺杂的。

图4C示出根据实施例的相邻像素的图，这些相邻像素包括具有侧壁掺杂的半导体的列43、44或45。如在图4C中示出的，每个材料层或真空301或302跨X射线吸收层110的厚度延伸并且包围列43、44和45。列43或44的侧壁401或402可以是重掺杂的。

掺杂半导体侧壁401或402可在侧壁中建立电场使得来自X射线光子的载流子可被推离侧壁。

另外，根据实施例，侧壁401与402之间的层301可用电绝缘材料或气体填充，或301可以是真空。

在另一个示例中，公开用于制作X射线检测器的方法。该方法包括：获得半导体衬底，其具有第一表面上的第一电触点和与该第一表面相对的第二表面上的第二电触点，该第二电触点包括多个离散部分；以及形成多个沟槽，其从第一表面或第二表面延伸到半导体衬底厚度的至少70％内；其中多个沟槽包围每个离散部分。

图5A示意示出根据实施例通过接合来制作半导体X射线检测器的示范性方法。该方法包括：获得半导体衬底110，其具有第一表面500上的第一电触点119A和与该第一表面相对的第二表面501上的第二电触点119B，该第二电触点119B包括多个离散部分50、51、52等；以及形成多个沟槽511、512、513等，其延伸到半导体衬底110的厚度的至少70％内；其中多个沟槽包围每个所述离散部分。第一半导体衬底110可以与电子层120(例如，ASIC)接合以用于处理或分析在形成沟槽之前或之后入射X射线在X射线吸收层110中产生的电信号。如论述的，电子层120可包括电子系统121，其适合于处理或解释X射线吸收层110上入射的X射线光子产生的信号。

图5B示意示出根据实施例通过使用单个晶圆制作半导体X射线检测器的另一个示范性方法。例如，晶圆可以是绝缘体上硅(SOI)晶圆。SOI晶圆具有至少三个层：设备层、掩埋氧化物层和处置层。设备层是适合于制造电子电路的高品质硅层。处置层通常是品质低劣的硅的较厚部分。处置层对晶圆提供机械强度。掩埋氧化物层是夹在设备层与处置层之间的氧化物层并且使设备层与处置层电绝缘。根据实施例，如在图5B中示出的，X射线吸收层110可在SOI晶圆的处置层中制造，而电子层120可在相同SOI晶圆的设备层中制造。

根据实施例，如在图5B中示出的，方法包括：在SOI晶圆的处置层中获得半导体衬底110，其具有第一表面500上的第一电触点119A和与第一表面相对的第二表面501上的第二电触点119B，该第二电触点119B包括多个离散部分50、51、52等；以及形成多个沟槽511、512、513等，其延伸到半导体衬底110的厚度的至少70％内；其中多个沟槽包围每个所述离散部分。在SOI晶圆的设备层内，可形成电子层120(例如，ASIC)用于处理或分析入射X射线在X射线吸收层110中产生的电信号。可以在处置层与设备之间形成通过绝缘体层的通孔以使电触点119B电连接到电子层120。

根据实施例，上文的方法进一步包括用电绝缘材料填充沟槽。如论述的，电绝缘材料可包括氧化物、氮化物、玻璃、聚合物等。

根据实施例，上文的方法进一步包括使沟槽排空并且密封沟槽。

根据实施例，上文的方法进一步包括在沟槽的侧壁上形成重掺杂层。

下文提供了上文的X射线检测器的应用的各种示范性实施例。

图6示意示出这样的系统，其包括本文描述的半导体X射线检测器100。该系统可用于医学成像，例如胸部X射线放射摄影、腹部X射线放射摄影等。系统包括X射线源1201。从X射线源1201发射的X射线穿过物体1202(例如，例如胸部、肢体、腹部等人体部位)、由于物体1202的内部结构(例如，骨头、肌肉、脂肪和器官等)而衰减不同程度并且被投射到半导体X射线检测器100。半导体X射线检测器100通过检测X射线的强度分布来形成图像。

图7示意示出这样的系统，其包括本文描述的半导体X射线检测器100。该系统可用于医学成像，例如牙齿X射线放射摄影。系统包括X射线源1301。从X射线源1301发射的X射线穿过物体1302，其是哺乳动物(例如，人类)口腔的部分。物体1302可包括上颚骨、颚骨、牙齿、下颚或舌头。X射线由于物体1302的不同结构而衰减不同程度并且被投射到半导体X射线检测器100。半导体X射线检测器100通过检测X射线的强度分布来形成图像。牙齿比龋齿、感染和牙周膜吸收更多的X射线。牙科患者接收的X射线辐射的剂量通常是少量的(对于全口系列近似0.150mSv)。

图8示意示出货物扫描或非侵入式检查(NII)系统，其包括本文描述的半导体X射线检测器100。系统可用于在例如海运集装箱、车辆、轮船、行李等传输系统中检查和识别物品。系统包括X射线源1401。从X射线源1401发射的X射线可从物体1402(例如，海运集装箱、车辆、轮船等)背散射并且被投射到半导体X射线检测器100。物体1402的不同内部结构可有差异地背散射X射线。半导体X射线检测器100通过检测背散射X射线的强度分布和/或背散射X射线光子的能量来形成图像。

图9示意示出另一个货物扫描或非侵入式检查(NII)系统，其包括本文描述的半导体X射线检测器100。系统可用于公交站和机场处的行李筛查。系统包括X射线源1501。从X射线源1501发射的X射线可穿过行李件1502、由于行李的内含物而有差异地衰减并且被投射到半导体X射线检测器100。半导体X射线检测器100通过检测透射的X射线的强度分布来形成图像。系统可揭示行李的内含物并且识别公共交通上禁用的专案，例如枪支、毒品、锋利武器、易燃物。

图10示意示出全身扫描器系统，其包括本文描述的半导体X射线检测器100。该全身扫描器系统可为了安全筛查目的来检测人体上的物体而不物理脱衣或进行物理接触。全身扫描器系统能够检测非金属物体。全身扫描器系统包括X射线源1601。从X射线源1601发射的X射线可从被筛查的人1602和其上的物体背散射，并且被投射到半导体X射线检测器100。物体和人体可有差异地背散射X射线。半导体X射线检测器100通过检测背散射X射线的强度分布来形成图像。半导体X射线检测器100和X射线源1601可配置成在线性或旋转方向上扫描人。

图11示意示出X射线电脑断层摄影(X射线CT)系统，其包括本文描述的半导体X射线检测器100。X射线CT系统使用电脑处理的X射线来产生被扫描物体的特定区域的断层摄影图像(虚拟“切片”)。断层摄影图像在各种医学学科中可用于诊断和治疗目的，或用于缺陷检测、失效分析、计量、元件分析和逆向工程。X射线CT系统包括本文描述的半导体X射线检测器100和X射线源1701。半导体X射线检测器100和X射线源1701可配置成沿一个或多个圆形或螺旋形路径同步旋转。

图12示意示出电子显微镜，其包括本文描述的半导体X射线检测器100。该电子显微镜包括电子源1801(也叫作电子枪)，其配置成发射电子。电子源1801可具有各种发射机制，例如热离子、光电阴极、冷发射或等离子体源。发射的电子经过电子光学系统1803，其可配置成使电子成形、加速或聚焦。电子然后到达样本1802并且图像检测器可从其处形成图像。电子显微镜可包括本文描述的半导体X射线检测器100，用于进行能量色散X射线光谱分析(EDS)。EDS是用于样本的元素分析或化学表征的分析技术。当电子入射在样本上时，它们促使从样本发射特征X射线。入射电子可激发样本中原子的内壳层中的电子、从壳层逐出电子，同时在电子所在的地方形成电子空穴。来自外部较高能量壳层的电子然后填充该空穴，并且较高能量壳层与较低能量壳层之间的能量差可采用X射线的形式释放。从样本发射的X射线的数量和能量可以被半导体X射线检测器100测量。

图13示意示出辐射剂量计，其包括本文描述的半导体X射线检测器100。该辐射剂量计能够测量来自辐射源1901的辐射(例如，X射线)的平均剂量率。辐射源1901可以是火山1910或原子弹爆炸。辐射剂量计可包括腔1902，其包括空气或其他气体。通过气体的X射线将使气体电离，从而产生正离子和自由电子。进入的光子将创建与它的能量成比例的许多这样的离子对。与辐射剂量计关联的X射线检测器可以测量气体体积或一定数量的相互作用光子内的平均剂量率。尽管X射线检测器在非图像应用中通常是单像素检测器，也可以使用具有本文描述的多个像素、带有消除可在相邻像素上出现的电荷共用的能力的X射线检测器100。

图14示意示出元素分析仪，其包括本文描述的半导体X射线检测器100。该元素分析仪测量器能够检测在物体(例如玩具)上感兴趣的一个或多个元素的存在。带电粒子(例如电子或光子)的高能射束或X射线束被引导到物体上。物体的原子被激发并且在元素特有的特定波长发射X射线。X射线检测器100接收发射的X射线并且基于发射的X射线的能量确定元素的存在。例如，X射线检测器100可配置成检测在多个波长Pb将发射的X射线。如果X射线检测器100实际上在这些波长从物体接收X射线，它可以告知存在Pb。这里描述的半导体X射线检测器100可具有其他应用，例如在X射线望远镜、X射线乳房摄影、工业X射线缺陷检测、X射线显微镜或显微放射摄影、X射线铸件检查、X射线无损检验、X射线焊缝检查、X射线数字减影血管摄影等中。可使用该半导体X射线检测器100来代替照相底片、照相胶片、PSP板、X射线图像增强器、闪烁体或另一个半导体X射线检测器。

由于本文公开了各种方面和实施例，其他方面和实施例对于本领域内技术人员将变得明显。本文公开的各种方面和实施例是为了说明目的而不意在为限制性的，其真正范围和精神由下列权利要求指示。

Claims

1.一种适合于检测X射线的装置，其包括：

X射线吸收层，其包括：

像素，

跨所述X射线吸收层的厚度延伸并且包围所述像素的材料层或真空，其中所述材料层或真空配置成防止所述像素中的载流子移动通过所述材料层。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述材料是电绝缘材料。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述材料是气体。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述材料层包括重掺杂半导体。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述装置包括像素阵列。

6.一种系统，其包括如权利要求1所述的装置和X射线源，其中所述系统组态成用于对人的胸部或腹部进行X射线放射摄影。

7.一种系统，其包括如权利要求1所述的装置和X射线源，其中所述系统组态成用于对人的口腔进行X射线放射摄影。

8.一种货物扫描或非侵入式检查(NII)系统，其包括如权利要求1所述的装置和X射线源，其中所述货物扫描或非侵入式检查(NII)系统组态成用于基于背散射X射线来形成图像。

9.一种货物扫描或非侵入式检查(NII)系统，其包括如权利要求1所述的装置和X射线源，其中所述货物扫描或非侵入式检查(NII)系统组态成用于基于通过被检查物体的X射线来形成图像。

10.一种全身扫描器系统，其包括如权利要求1所述的装置和X射线源。

11.一种X射线电脑断层摄影(X射线CT)系统，其包括如权利要求1所述的装置和X射线源。

12.一种电子显微镜，其包括如权利要求1所述的装置、电子源和电子光学系统。

13.一种系统，其包括如权利要求1所述的装置，其中所述系统组态成用于测量X射线源的剂量。

14.一种系统，其包括如权利要求1所述的装置，其中所述系统是X射线望远镜，或X射线显微镜，或其中所述系统组态成用于进行乳房摄影、工业缺陷检测、显微放射摄影、铸件检查、焊缝检查或数字减影血管摄影。

15.一种适合于相衬X射线成像(PCI)的系统，所述系统包括：

如权利要求1所述的装置；

第二X射线检测器；以及

间隔物，其中所述装置和所述第二X射线检测器被所述间隔物隔开。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述装置和所述第二X射线检测器配置成用于分别同时捕捉物体的图像。

17.如权利要求15所述的系统，其中所述第二X射线检测器等同于所述装置。

18.一种适合于相衬X射线成像(PCI)的系统，所述系统包括如权利要求1所述的装置，其中所述装置配置成用于移到物体并且捕捉其图像，所述物体暴露于在离所述物体不同距离的入射X射线。

19.一种适合于检测X射线的装置，其包括：

X射线吸收层，其包括：

配置成吸收X射线的半导体的多个列；

跨所述X射线吸收层的厚度延伸并且包围每个所述列中的材料层或真空，其中所述材料层或真空配置成防止载流子在两个所述列之间转移。

20.如权利要求19所述的装置，其中所述材料是电绝缘材料。

21.如权利要求19所述的装置，其中所述材料是气体。

22.如权利要求19所述的装置，其中所述材料层包括重掺杂半导体。

23.如权利要求19所述的装置，其中所述装置包括像素阵列。

24.一种系统，其包括如权利要求19所述的装置和X射线源，其中所述系统组态成用于对人的胸部或腹部进行X射线放射摄影。

25.一种系统，其包括如权利要求19所述的装置和X射线源，其中所述系统组态成用于对人的口腔进行X射线放射摄影。

26.一种货物扫描或非侵入式检查(NII)系统，其包括如权利要求19所述的装置和X射线源，其中所述货物扫描或非侵入式检查(NII)系统组态成用于基于背散射X射线来形成图像。

27.一种货物扫描或非侵入式检查(NII)系统，其包括如权利要求19所述的装置和X射线源，其中所述货物扫描或非侵入式检查(NII)系统组态成用于基于通过被检查物体的X射线来形成图像。

28.一种全身扫描器系统，其包括如权利要求19所述的装置和X射线源。

29.一种X射线电脑断层摄影(X射线CT)系统，其包括如权利要求19所述的装置和X射线源。

30.一种电子显微镜，其包括如权利要求19所述的装置、电子源和电子光学系统。

31.一种系统，其包括如权利要求19所述的装置，其中所述系统组态成用于测量X射线源的剂量。

32.一种系统，其包括如权利要求19所述的装置，其中所述系统是X射线望远镜，或X射线显微镜，或其中所述系统组态成用于进行乳房摄影、工业缺陷检测、显微放射摄影、铸件检查、焊缝检查或数字减影血管摄影。

33.一种适合于相衬X射线成像(PCI)的系统，所述系统包括：

如权利要求19所述的装置；

第二X射线检测器；以及

34.如权利要求33所述的系统，其中所述装置和所述第二X射线检测器配置成用于分别同时捕捉物体的图像。

35.如权利要求33所述的系统，其中所述第二X射线检测器等同于所述装置。

36.一种适合于相衬X射线成像(PCI)的系统，所述系统包括如权利要求19所述的装置，其中所述装置配置成用于移到物体并且在离所述物体不同距离捕捉其图像，所述物体暴露于入射的X射线。

37.一种制作适合于检测X射线的装置的方法，所述方法包括：

获得半导体衬底，其具有第一表面上的第一电触点和与所述第一表面相对的第二表面上的第二电触点，所述第二电触点包括多个离散部分；

形成多个沟槽，其延伸到所述半导体衬底厚度的至少70％内，其中所述多个沟槽包围每个所述离散部分。

38.如权利要求37所述的方法，其进一步包括用电绝缘材料填充所述沟槽。

39.如权利要求37所述的方法，其进一步包括使所述沟槽排空并且密封所述沟槽。

40.如权利要求37所述的方法，其进一步包括在所述沟槽的侧壁上形成重掺杂层。