CN109342465A - 具有光电二极管的集成闪烁体网格 - Google Patents
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Abstract
描述了X射线成像系统的各种实施例。在一个方面中，X射线成像系统包含硅晶片，硅晶片包含第一侧和与第一侧相反的第二侧。硅晶片还包含硅晶片的第一侧上的光电二极管阵列，光电二极管彼此电隔离，以及硅晶片的第二侧上的网格孔阵列。网格孔阵列中的每个网格孔与光电二极管阵列的各个光电二极管对准。X射线成像系统还包含设置在硅晶片的第二侧上的网格孔阵列之上的闪烁材料层。X射线成像系统还包含设置在闪烁材料层上的反射材料层。
Description
技术领域
本公开涉及一种X射线成像，并且更具体地，涉及一种具有光电二极管的集成闪烁体网格。
背景技术
可以通过采用两种物理检测方法——所谓的直接和间接转换方法——中的任一种来构建X射线成像系统的固态数字X射线检测器(也称为X射线传感器)。通常，直接转换方法利用由元素化合物——比如非晶硅或铯、铅氧化物、碘化铅、溴化铊或各种钆化合物——中的X射线的电子的直接产生。此情况下，经由电场和连接到薄膜晶体管的电极收集电子。另一方面，在直接转换方法中，采用已知闪烁材料(比如铊激化碘化铯或钆含氧硫酸盐)中的X射线相互作用转换为光的闪烁。此情况下，光电二极管感测光闪烁，并且产生的电子流由附接的晶体管电子器件再次收集。
发明内容
在一个方面中，X射线成像系统可以包含硅晶片。硅晶片可以包含第一侧和与第一侧相反的第二侧。硅晶片可以还包含硅晶片的第一侧上的光电二极管阵列，光电二极管阵列具有彼此电隔离的光电二极管。硅晶片可以还包含硅晶片的第二侧上的网格孔阵列。网格孔阵列中的每个网格孔可以与光电二极管阵列的各个光电二极管对准。X射线成像系统还可以包含设置在硅晶片的第二侧上的网格孔阵列之上的闪烁材料层。X射线成像系统还可以包含设置在闪烁材料层上的反射材料层。
在一些实施例中，硅晶片可以包含绝缘体上硅(SOI)晶片。
在一些实施例中，SOI晶片的第二侧上的网格孔可以到达SOI晶片的绝缘体。
在一些实施例中，闪烁材料可以包含碘化铯:钽。
在一些实施例中，反射材料可以包含铝(Al)。
在一些实施例中，网格孔可以填充有填料材料。
在一些实施例中，填料材料可以包含透明固体材料。在一些实施例中，透明固体材料可以包含二氧化硅(SiO2)、聚酰亚胺或玻璃。
可替代地，填料材料可以包含闪烁材料。在一些实施例中，闪烁材料可以包含碘化铯:钽。
在一些实施例中，闪烁材料层的厚度可以大于或等于网格孔的深度。
在一些实施例中，X射线成像系统可以还包含网格孔的侧壁上的折射材料层。
在一些实施例中，闪烁材料层可以包含闪烁体阵列，使得闪烁体阵列中的每个闪烁体彼此物理地分隔且覆盖网格孔阵列的各个网格孔。
在一些实施例中，X射线成像系统可以还包含沉积在闪烁体阵列上的聚(对二甲苯)聚合物层。
在一些实施例中，X射线成像系统可以还包含感测电路阵列。感测电路阵列中的每个感测电路可以电气连接到各个光电二极管。感测电路阵列中的每个感测电路可以配置为感测光电二极管阵列的各个光电二极管中的电信号，电信号对应于各个光电二极管中的由各个光电二极管吸收的光产生的电子-空穴对。
在另一方面中，X射线成像系统可以包含硅晶片。硅晶片可以包含第一侧和与第一侧相反的第二侧。硅晶片可以还包含硅晶片的第二侧上的网格孔阵列。网格孔阵列中的每个网格孔可以与光电二极管阵列的各个光电二极管对准。X射线成像系统可以还包含设置在硅晶片的第二侧上的网格孔阵列之上的闪烁材料层。X射线成像系统可以还包含设置在闪烁材料层上的反射材料层。
在一些实施例中，硅晶片可以包含绝缘体上硅(SOI)晶片。
在一些实施例中，SOI晶片的第二侧上的网格孔可以到达SOI晶片的绝缘体。
在一些实施例中，闪烁材料可以包含碘化铯:钽。
在一些实施例中，反射材料可以包含铝(Al)。
在一些实施例中，网格孔可以填充有填料材料。
在一些实施例中，填料材料可以包含透明固体材料。在一些实施例中，透明固体材料可以包含二氧化硅(SiO2)、聚酰亚胺或玻璃。
可替代地，填料材料可以包含闪烁材料。在一些实施例中，闪烁材料可以包含碘化铯:钽。
在一些实施例中，闪烁材料层的厚度可以大于或等于网格孔的深度。
在一些实施例中，X射线成像系统可以还包含网格孔的侧壁上的折射材料层。
在一些实施例中，闪烁材料层可以包含闪烁体阵列，使得闪烁体阵列中的每个闪烁体彼此物理地分隔且覆盖网格孔阵列的各个网格孔。
在一些实施例中，X射线成像系统可以还包含沉积在闪烁体阵列上的聚(对二甲苯)聚合物层。
在一个方面中，制造X射线成像系统的方法可以包含：在硅晶片的第一侧上的装置层中形成光电二极管阵列，其彼此电隔离；在硅晶片与其第一侧相反的第二侧上形成网格孔阵列，网格孔阵列中的每个网格孔与光电二极管阵列的各个光电二极管对准；在硅晶片的第二侧上的网格孔阵列之上设置闪烁材料层；在闪烁材料层上设置反射材料层；形成感测电路阵列，使得感测电路阵列中的每个感测电路配置为感测光电二极管阵列的各个光电二极管中的电信号，电信号对应于各个光电二极管中的由各个光电二极管吸收的光产生的电子-空穴对；以及将感测电路阵列键合到硅晶片的第一侧上的光电二极管阵列，使得感测电路阵列中的每个感测电路电气连接到各个光电二极管。
在一些实施例中，硅晶片可以包含绝缘体上硅(SOI)晶片。
在一些实施例中，SOI晶片的第二侧上的网格孔可以到达SOI晶片的绝缘体。
在一些实施例中，闪烁材料可以包含碘化铯:钽。
在一些实施例中，反射材料可以包含铝(Al)。
在一些实施例中，在网格孔阵列之上设置闪烁材料层中，方法可以执行包含以下操作：用闪烁材料填充网格孔；以及在填充有闪烁材料的网格孔阵列之上沉积闪烁材料层。
在一些实施例中，闪烁材料层的厚度可以大于或等于网格孔的深度。
在一些实施例中，方法可以还包含用填料材料填充网格孔。
在一些实施例中，填料材料可以包含透明固体材料。在一些实施例中，透明固体材料可以包含二氧化硅(SiO2)、聚酰亚胺或玻璃。
可替代地，填料材料可以包含闪烁材料。在一些实施例中，闪烁材料可以包含碘化铯:钽。
在一些实施例中，方法可以还包含，在用填料材料填充网格孔之前，在网格孔的侧壁上涂覆折射材料层。
在一些实施例中，方法可以还包含，在闪烁材料层上设置反射材料层之前，将闪烁材料层蚀刻到闪烁体阵列中，使得闪烁体阵列中的每个闪烁体彼此物理地分隔且覆盖网格孔阵列的各个网格孔。
在一些实施例中，方法可以还包含在闪烁体阵列上沉积聚(对二甲苯)聚合物层。
附图说明
参考下面的附图描述了本公开的非限制性和非穷举的实施例，除非另有说明，其中贯穿各个附图相同附图标记指代相同部件。图中的组件并非按比例绘制，并且可能在比例外绘制以促进对本公开的实施例的理解的方便。
图1是根据本公开的实施例的X射线成像系统的具有光电二极管的集成闪烁体网格的结构的截面图。
图2是根据本公开的另一实施例的X射线成像系统的具有光电二极管的集成闪烁体网格的结构的截面图。
图3A是根据本公开的又一实施例的X射线成像系统的具有光电二极管的集成闪烁体网格的结构的截面图。
图3B是图3A的结构的虚线部分的放大图。
图4A是根据本公开的实施例的光导结构的截面图。
图4B是图4A的光导结构的虚线部分的放大图。
图5A示出了根据本公开的实施例的在制造工艺期间的X射线成像系统的具有光电二极管的集成闪烁体网格的结构的截面图。
图5B示出了根据本公开的实施例的制造工艺的后续阶段中的图5A的结构的截面图。
图5C示出了根据本公开的实施例的制造工艺的后续阶段中的图5B的结构的截面图。
图5D示出了根据本公开的实施例的制造工艺的后续阶段中的图5C的结构的截面图。
图6是根据本公开的又一实施例的X射线成像系统的具有光电二极管的集成闪烁体网格的结构的俯视图和截面图。
图7A是操作中的常规X射线成像系统的截面图。
图7B是操作中的另一常规X射线成像系统的截面图。
图8是根据本公开的实施例的操作中的X射线成像系统的截面图。
图9是根据本公开的实施例的具有光电二极管的集成闪烁体网格的结构的制造工艺的流程图。
在下面的说明书中，参考了形成其一部分的附图，并且附图中以阐述其中实践本公开的特定示例性实施例的方式示出。足够详细地描述这些实施例，以使本领域技术人员能够实践本文所公开的概念，并且应当理解可以进行对于各种所公开的实施例的修改，并且可以采用其它实施例，而不背离本公开的范围。因此，下面的详细说明不认为是限制性含义。
具体实施方式
图1图示了根据本公开的实施例的X射线成像系统的具有光电二极管的集成闪烁体网格的结构100。如图1所示，结构100包含硅晶片102。硅晶片102可以包含装置层104、绝缘体层106以及处理衬底108。在一些实施例中，硅晶片102可以为具有掩埋的氧化物层的绝缘体上硅(SOI)晶片，掩埋的氧化物层可以为绝缘体层106。在一些实施例中，处理衬底108的厚度可以为大约500微米。在一些实施例中，SOI晶片的掩埋的氧化物的厚度可以为大约2500埃。在一些实施例中，装置层104可以为外延层且可以具有大约6微米的厚度。
装置层104可以具有在其中构建的光电二极管阵列。就是说，光电二极管阵列可以提供在硅晶片102的第一侧(例如，图1所示的硅晶片102的顶侧)上的装置层104中。光电二极管阵列的给定的光电二极管的下面的描述适用于阵列中的每个光电二极管。如图1所示，光电二极管阵列中的每个光电二极管可以包含n外延区域128中形成的p区域126，以形成PN二极管。p+杂质的接触扩散可以形成为p+区域124。在一些实施例中，n+隔离区域可以放置在n外延区域128中，以隔离PN二极管周围形成的耗尽区域130。在图1中，耗尽区域130由p区域126周围的虚线指示。结构100可以附加地包含金属接触120的阵列，其中金属接触120的每一个与光电二极管阵列的各个光电二极管对准且与之对应。此外，接触122可以形成在金属接触120与光电二极管之间，使得每个光电二极管电连接到各个金属接触120。
处理衬底108可以具有其中构建的网格孔阵列116。就是说，网格孔阵列116可以提供在硅晶片102的第二侧(例如，图1所示的硅晶片102的底侧)上的处理衬底108中。可以通过任意适当工艺将网格孔116蚀刻到硅晶片102的第二侧中。在一些实施例中，每个网格孔116的宽度可以为大约90微米或更厚，而网格孔116的侧壁114的厚度可以为大约10微米或更厚。闪烁材料层110可以设置在硅晶片102的第二侧上的网格孔阵列116之上，以覆盖网格孔阵列116。此外，反射材料层112可以设置在闪烁材料层110上。在一些实施例中，闪烁材料110可以包含碘化铯(CsI):钽(Ta)或Gaddox。在一些实施例中，反射材料112可以包含铝(Al)。
在操作中，目标可以放置在X射线源与X射线成像系统之间，在X射线成像系统中实现具有光电二极管的集成闪烁体网格的结构100。X射线成像系统上的入射X射线将反映目标的性质。目标的致密部分倾向于吸收大量的X射线而目标的较轻质部分倾向于使大部分X射线通过。因此，X射线剂量的空间分布表现目标的图像。
如图1所示，穿过目标而来的X射线140辐照在硅晶片102的第二侧(例如，底侧)上。X射线140将穿过反射材料层112并且进入闪烁材料层110达到距离D，距离D从反射材料层112与闪烁材料层110之间的界面测量。距离D取决于所用闪烁材料110的类型。当闪烁材料110中采用碘化铯:钽时，距离D可以为大约300微米。图1中的闪烁材料110的厚度大于D，使得当X射线140转化为光142时，大部分X射线被吸收，以给出最高的X射线到光的转化效率。光144行进穿过网格孔116和绝缘体层106(例如，掩埋的氧化物)，并且行进到装置层104的硅中，装置层104包含PN二极管，PN二极管可以处于p+接触处的-2V的反向偏置和共同于全部PN二极管的n+隔离层处的0.0V。在一些实施例中，PN二极管中的每一个可以设计为使得大部分光在PN二极管上方和周围的耗尽层130中被吸收。耗尽层130中的光子将产生电子-空穴对。耗尽区域130中的电场将使空穴146(如图1中“h”所示)行进朝向p区域126、p+区域124以及接触122，从而产生固定偏置电压的光电流。此光电流可以被感测且可以与入射X射线辐照有关。
感测X射线光子的可替代的方式是例如在用X射线辐照之前通过MOS晶体管用固定电压(比如2.0V)预充电PN二极管，且在用X射线辐照之前关闭MOS晶体管。由闪烁材料110产生的光将转化为空穴-电子对，且PN二极管将开始放电到对应于入射光144或X射线140的电压水平。现在，通过再添加一个MOS晶体管，PN二极管上的电压可以被感测且使用更多的MOS晶体管放大。执行这样的功能的感测电路在行业中已知，并且因此，为了简明不在本文中提供其详细描述。
如上所述的具有感测电路阵列的感测芯片可以形成在硅晶片102的第一侧(例如，顶侧)之上，使得感测电路阵列中的每个感测电路配置为感测光电二极管阵列的各个光电二极管中的电信号，电信号对应于各个光电二极管中由各个光电二极管所吸收的光所产生的电子-空穴对。每个感测电路连同其对应的光电二极管可以形成像素。硅晶片102在后文中可以称为感光芯片，其具有装置层104中的光电二极管阵列和处理衬底108中的网格孔阵列116。每对光电二极管及其对应的网格孔116在后文中可以称为感光像素。需要预充电且感测对应的光电二极管中的电信号的电路在后文中可以称为感测像素。选择和感测由光电二极管产生的诸如电压的电信号的感测像素阵列连同外围电路设置在感光像素阵列的顶部上，使得感测芯片之下的全部光电二极管由感测芯片中的全部感测像素定位。每个感测像素可以包含接触垫，其与连接到各个光电二极管的对应的感光像素中的接触垫对准。从而，感测像素连接到感光像素。
当X射线140如图1所示辐照时，其由闪烁材料层110转化为光142，且进而行进穿过每个网格孔116的光144转化为网格孔116之下的各个光电二极管中的电子-空穴对。电子-空穴对将在光电二极管重新结合，并且将产生对应于网格孔中的X射线140或光144的电压。感测芯片可以设计为感测来自全部光电二极管的诸如电压的电信号，将感测的电信号转化为数字数据，且将数字数据向外串流到用于信号处理且目标的图像的产生的数字信号处理器(DSP)。
鉴于以上，本领域普通技术人员应当理解，提出的方案提供与X射线成像系统中的X射线检测器或传感器的常规设计相比的若干优点。首先，图1所示的结构100不需要网格孔116的填充。第二，对于网格孔填充有闪烁材料的常规设计，X射线到光转化效率为大约6％，所提出的方案可产生高于50％的X射线到光转化效率。此外，所提出的方案可以实现很高的模块化传递函数或对比度。
为验证概念，制造了具有90微米和10微米壁的通孔的芯片。闪烁体片设置在芯片的一侧。X射线辐照在闪烁体片上。所观察到的X射线到光转化效率高于60％。
图2是根据本公开的另一实施例的X射线成像系统的具有光电二极管的集成闪烁体网格的结构200的截面图。结构200可以相似或相同于各方面中的结构100，并且因此，为了简明，除了任何不同之处，未提供结构200的详细描述。在结构200中，网格孔填充有填料材料216。在一些实施例中，填料材料216可以为透明固体材料像是例如，二氧化硅(SiO2)、聚酰亚胺涂层或任意透明玻璃。此特征提供结构200的硅晶片用于机械处理的坚度。
可替代地，填料材料216可以为闪烁材料像是例如，碘化铯:钽。可以通过蒸发或熔化粉末碘化铯:钽，将诸如碘化铯：钽的闪烁材料沉积在网格孔中。网格孔一经填充，碘化铯:钽附加层可以沉积在填充的网格孔阵列之上。在一些实施例中，大约300微米的碘化铯:钽可以沉积在网格孔中，并且附加的300微米的碘化铯：钽可以沉积在填充的网格孔阵列的顶部上。此特征的一个主要优点在于，网格孔中的碘化铯:钽将拾取尚未在碘化铯:钽层中吸收的X射线，其中该碘化铯:钽层沉积在填充的网格孔阵列之上。
图3A是根据本公开的又一实施例的X射线成像系统的具有光电二极管的集成闪烁体网格的结构300的截面图。图3B是结构300的虚线部分302的放大图。结构300可以相似或相同于各方面中的结构100，并且因此，为了简明，除了任何不同之处，未提供结构300的详细描述。在结构300中，网格孔的硅侧壁304涂覆有具有适当折射率的覆层材料306。网格孔填充有适当的玻璃308，以形成相似于光纤缆线的结构。此设计将显著改善通过网格孔的光传导。
图4A是根据本公开的实施例的光导结构400的截面图。图4B是光导结构400的虚线部分402的放大图。如图4A所示，光导结构400包含硅晶片402。硅晶片402可以具有其中构建的网格孔阵列406。可以通过任意适当工艺，将网格孔406蚀刻到硅晶片402中。在一些实施例中，每个网格孔406的宽度可以为大约90微米或更厚，而网格孔406的侧壁404的厚度可以为大约10微米或更厚。闪烁材料层408可以设置在网格孔阵列406之上，以覆盖网格孔阵列406。此外，反射材料层410可以设置在闪烁材料层408上。在一些实施例中，闪烁材料408可以包含碘化铯:钽或Gaddox。在一些实施例中，反射材料410可以包含铝。
如图4B所示，在一些实施例中，网格孔406的硅侧壁404涂覆有具有适当折射率的覆层材料412。网格孔406可以填充有适当的玻璃414，以形成相似于光纤缆线的结构。此设计将显著改善通过网格孔406的光传导。
图5A-图5D示出了根据本公开的实施例的在制造工艺期间的X射线成像系统的具有光电二极管的集成闪烁体网格的结构500的截面图。结构500可以相似或相同于各方面中的结构100(网格孔未填充)或结构200(网格孔填充有填料材料)，并且因此，为了简明，除了任何不同之处，未提供结构500的详细描述。
如图5A所示，结构500包含硅晶片。硅晶片可以包含装置层、绝缘体层以及处理衬底。在一些实施例中，硅晶片可以为具有掩埋的氧化物层的SOI晶片，掩埋的氧化物层可以为绝缘体层。装置层可以具有在其中构建的光电二极管阵列。就是说，光电二极管阵列可以提供在硅晶片的第一侧(例如，图5A所示的硅晶片的顶侧)上的装置层中。处理衬底可以具有在其中构建的网格孔阵列。就是说，网格孔阵列可以提供在硅片的第二侧(例如，图5A中所示的硅晶片的底侧)上的处理衬底中。
如图5B所示，诸如碘化铯:钽或其它闪烁材料的闪烁材料层沉积在硅晶片的背侧上。在一些实施例中，闪烁材料层的厚度可以为300微米。
如图5C所示，蚀刻闪烁材料层以形成彼此隔离的闪烁体阵列(或闪烁材料的岛)，使得每个闪烁体覆盖网格孔阵列的各个网格孔。在一些实施例中，可以沉积诸如帕利灵(Parylene)的聚(对二甲苯)聚合物(poly(p-xylylene)polymer)的层(未示出)以保护闪烁材料不受湿气影响。帕利灵为用作湿气和电介质阻挡物的多种化学气相沉积的聚(对二甲苯)聚合物的商品名。
如图5D中所示，诸如铝或其它适当材料的反射材料层沉积在闪烁体阵列之上。使用铝作为反射材料有几个原因。首先，铝可以将光反射回网格孔中，从而增加进入网格孔中的光。第二，铝降低光传向侧面的损失。第三，铝阻挡给定的网格孔中的光传到相邻的(一个或多个)网格孔。
图6示出了根据本公开的又一实施例的X射线成像系统的具有光电二极管的集成闪烁体网格的结构600的俯视图和截面图。结构600可以相似或相同于各方面中的结构100(网格孔未填充)或结构200(网格孔填充有填料材料)，并且因此，为了简明，除了任何不同之处，未提供结构500的详细描述。
在图6所示的示例中，SOI晶片的处理衬底的厚度“a”为大约300微米，且闪烁材料层的厚度“b”为大约200微米。可以采用保持环来将诸如碘化铯:钽的闪烁材料层包含其中。
图7A是操作中的常规X射线成像系统710的截面图。如图7A所示，闪烁体中的X射线脉冲可以散射为宽的散射角(由两条带箭头的成角的线表示)，并且由散射角内的任意一个感光传感器感测。因此，目标的检测到的图像可以具有低于理想的分辨率且可能为模糊的。
图7B是操作中的另一常规X射线成像系统720的截面图。如图7B所示，诸如网格孔的准直结构的侧壁内的闪烁体中的X射线脉冲可以散射为狭窄的散射角(由两条带箭头的成角的线表示)，并且由对应于特定的网格孔的一个感光传感器感测。此设计，然而，倾向于具有低于理想的X射线到光的转化效率。
图8是根据本公开的实施例的X射线成像系统800的截面图。X射线成像系统800可以采用相似于如上所述的结构100、200、300和500以及光导结构400中的任意结构。如图8所示，进入的X射线脉冲中的每一个具有当在闪烁体中时的相对较宽的散射角以及当在诸如网格孔的准直结构内时的相对较窄的散射角。此设计产生最优化的X射线到光的转化效率。
图9是根据本公开的实施例的具有光电二极管的集成闪烁体网格的结构的制造工艺900的流程图。可以整体地或部分地实现工艺900，以制造如上所述的结构100、200、300和500以及光导结构400。此外，工艺900可以包含由一个或多个块910、920、930、940、950以及960图示的一个或多个操作、动作或功能。尽管图示为离散的块，但是取决于所需的实现方式，各块可以划分为附加的块、组合为较少的块或删除。
在910处，工艺900可以在硅晶片的第一侧上形成光电二极管阵列。例如，工艺900可以在硅晶片的第一侧上的装置层中形成光电二极管阵列，其彼此电隔离。
在920处，工艺900可以在硅晶片的与第一侧相反的第二侧上形成网格孔阵列。例如，工艺900可以在硅晶片的与其第一侧相反的第二侧上形成网格孔阵列，网格孔阵列中的每个网格孔与光电二极管阵列的各个光电二极管对准。
在930处，工艺900可以在硅晶片的第二侧上的网格孔阵列之上设置闪烁材料层。
在940处，工艺900可以在闪烁材料层上设置反射材料层。
在950处，工艺900可以形成配置为感测光电二极管中的电信号的感测电路阵列。例如，工艺900可以形成感测电路阵列，使得感测电路阵列中的每个感测电路配置为感测光电二极管阵列的各个光电二极管中的电信号，电信号对应于各个光电二极管中的由各个光电二极管吸收的光产生的电子-空穴对。
在960处，工艺900可以将感测电路阵列键合到光电二极管阵列。例如，工艺900可以将感测电路阵列键合到硅晶片的第一侧上的光电二极管阵列，使得感测电路阵列中的每个感测电路电气连接到各个光电二极管。
在一些实施例中，硅晶片可以包含绝缘体上硅(SOI)晶片。
在一些实施例中，SOI晶片的第二侧上的网格孔可以到达SOI晶片的绝缘体。
在一些实施例中，闪烁材料可以包含碘化铯:钽。
在一些实施例中，反射材料可以包含铝(Al)。
在一些实施例中，在将闪烁材料层设置在网格孔阵列之上中，方法可以进行包含以下的操作：用闪烁材料填充网格孔；以及将闪烁材料层沉积在填充有闪烁材料的网格孔阵列之上。
在一些实施例中，闪烁材料层的厚度可以大于或等于网格孔的深度。
在一些实施例中，方法可以还包含用填料材料填充网格孔。
在一些实施例中，填料材料可以包含透明固体材料。在一些实施例中，透明固体材料可以包含二氧化硅(SiO2)、聚酰亚胺或玻璃。
可替代地，填料材料可以包含闪烁材料。在一些实施例中，闪烁材料可以包含碘化铯:钽。
在一些实施例中，方法可以还包含，在用填料材料填充网格孔之前，在网格孔的侧壁上涂覆折射材料层。
在一些实施例中，方法可以还包含，在闪烁材料层上设置反射材料层之前，将闪烁材料层蚀刻到闪烁体阵列中，使得闪烁体阵列中的每个闪烁体彼此物理地分隔且覆盖网格孔阵列的各个网格孔。
在一些实施例中，方法可以还包含在闪烁体阵列上沉积聚(对二甲苯)聚合物层。
附加说明
贯穿本说明书对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的引用意味着结合实施例或示例描述的特定特征、结构或特性包括在或本公开的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的各处出现的短语“在一个实施例中”，“在实施例中”，“一个示例”或“示例”不一定都指代相同的实施例或示例。此外，特定特征、结构、数据库或特性可以在一个或多个实施例或示例中以组合为任意适当的组合和/或子组合。另外，应当理解，本文提供的附图是为了向本领域普通技术人员解释性目的，并且附图不一定按比例绘制。
如用于描述这样的实施例，诸如“上方”、“下方”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”和“侧”的术语，例如，描述了相对于元件的任意轴向的位置。特别地，术语“上方”和“下方”是指沿着轴线的位置，其中“上方”是指元件的一侧，而“下方”是指元件的相反侧。相对于术语“上方”和“下方”，术语“侧”是指例如元件的从轴线(例如元件的周边)偏移的一侧。此外，应当理解，这些术语不一定指由重力或任何其它特定定向参考限定的方向。相反，这些术语仅用于标识一个部分与另一个部分。因此，“上”和“下”可以与“顶”和“底”，“第一”和“第二”，“右”和“左”等同地互换。术语“水平”可以指垂直于轴线的取向，而术语“垂直”可以指平行于同一轴线的取向，反之亦然。
如本文所使用的术语“和”、“和/或”和“或”可以包括预期至少部分地取决于使用这些术语的语境的各种含义。通常，术语“或”以及“和/或”，如果用于将列表关联，例如A、B或C，意在表示在包括含义上使用的A、B和C，以及在排他性含义上使用的A、B或C。另外，如本文所使用的术语“一个或多个”可以用于描述以单数或复数意义的任何特征、结构或特性，以描述特征、结构或特性的某种组合。然而，应当注意，这仅仅是说明性示例，而本公开的所要求保护的主题不限于此示例。
虽然根据某些优选的实施例描述了本公开，但是考虑到本公开的益处，其它实施例对于本领域普通技术人员将是显而易见的，包括不提供本文提出的全部优点和特征的实施例也在本公开的范围内。应当理解，在不背离本公开的范围的情况下，可以采用其它实施例。
Claims (44)
1.一种X射线成像系统，包括：
硅晶片，包括第一侧和与所述第一侧相反的第二侧，所述硅晶片还包括：
在所述硅晶片的所述第一侧上的光电二极管阵列，所述光电二极管彼此电隔离；以及
在所述硅晶片的所述第二侧上的网格孔阵列，所述网格孔阵列的每个网格孔与所述光电二极管阵列的各个光电二极管对准；
闪烁材料层，设置在所述硅晶片的所述第二侧上的所述网格孔阵列之上；以及
反射材料层，设置在所述闪烁材料层上。
2.如权利要求1所述的X射线成像系统，其中所述硅晶片包括绝缘体上硅(SOI)晶片。
3.如权利要求2所述的X射线成像系统，其中所述绝缘体上硅晶片的所述第二侧上的所述网格孔到达所述绝缘体上硅晶片的绝缘体。
4.如权利要求1所述的X射线成像系统，其中所述闪烁材料包括碘化铯:钽。
5.如权利要求1所述的X射线成像系统，其中所述反射材料包括铝(Al)。
6.如权利要求1所述的X射线成像系统，其中所述网格孔填充有填料材料。
7.如权利要求6所述的X射线成像系统，其中所述填料材料包括透明固体材料。
8.如权利要求7所述的X射线成像系统，其中所述透明固体材料包括二氧化硅(SiO2)、聚酰亚胺或玻璃。
9.如权利要求6所述的X射线成像系统，其中所述填料材料包括闪烁材料。
10.如权利要求9所述的X射线成像系统，其中所述闪烁材料包括碘化铯(CsI):钽(Ta)。
11.如权利要求1所述的X射线成像系统，其中所述闪烁材料层的厚度大于或等于所述网格孔的深度。
12.如权利要求1所述的X射线成像系统，还包括：
所述网格孔的侧壁上的折射材料层。
13.如权利要求12所述的X射线成像系统，其中所述闪烁材料层包括闪烁体阵列，使得所述闪烁体阵列中的每个闪烁体彼此物理地分隔且覆盖所述网格孔阵列的各个网格孔。
14.如权利要求13所述的X射线成像系统，还包括：
沉积在所述闪烁体阵列上的聚(对二甲苯)聚合物层。
15.如权利要求1所述的X射线成像系统，还包括：
感测电路阵列，所述感测电路阵列中的每个感测电路电连接到所述各个光电二极管，所述感测电路阵列中的每个感测电路配置为感测所述光电二极管阵列的各个光电二极管中的电信号，所述电信号对应于由所述各个光电二极管吸收的光造成的所述各个光电二极管中的电子-空穴对。
16.一种X射线成像系统，包括：
硅晶片，包括第一侧和与所述第一侧相反的第二侧，所述硅晶片还包括在所述硅晶片的所述第二侧上的网格孔阵列，所述网格孔阵列中的每个网格孔与所述光电二极管阵列的各个光电二极管对准；
闪烁材料层，设置在所述硅晶片的所述第二侧上的所述网格孔阵列之上；以及
反射材料层，设置在所述闪烁材料层上。
17.如权利要求16所述的X射线成像系统，其中所述硅晶片包括绝缘体上硅(SOI)晶片。
18.如权利要求17所述的X射线成像系统，其中所述绝缘体上硅晶片的所述第二侧上的所述网格孔到达所述绝缘体上硅晶片的绝缘体。
19.如权利要求16所述的X射线成像系统，其中所述闪烁材料包括碘化铯(CsI):钽(Ta)。
20.如权利要求16所述的X射线成像系统，其中所述反射材料包括铝(Al)。
21.如权利要求16所述的X射线成像系统，其中所述网格孔填充有填料材料。
22.如权利要求21所述的X射线成像系统，其中所述填料材料包括透明固体材料。
23.如权利要求22所述的X射线成像系统，其中所述透明固体材料包括二氧化硅(SiO2)、聚酰亚胺或玻璃。
24.如权利要求21所述的X射线成像系统，其中所述填料材料包括闪烁材料。
25.如权利要求24所述的X射线成像系统，其中所述闪烁材料包括碘化铯(CsI):钽(Ta)。
26.如权利要求16所述的X射线成像系统，其中所述闪烁材料层的厚度大于或等于所述网格孔的深度。
27.如权利要求16所述的X射线成像系统，还包括：
所述网格孔的侧壁上的折射材料层。
28.如权利要求27所述的X射线成像系统，其中所述闪烁材料层包括闪烁体阵列，使得所述闪烁体阵列中的每个闪烁体彼此物理地分隔且覆盖所述网格孔阵列的各个网格孔。
29.如权利要求28所述的X射线成像系统，还包括：
聚(对二甲苯)聚合物层，沉积在所述闪烁体阵列上。
30.一种制造X射线成像系统的方法，包括：
在硅晶片的第一侧上的装置层中形成光电二极管阵列，其彼此电隔离；
在所述硅晶片与其所属第一侧相反的第二侧上形成网格孔阵列，所述网格孔阵列中的每个网格孔与所述光电二极管阵列的各个光电二极管对准；
在所述硅晶片的所述第二侧上的所述网格孔阵列之上设置闪烁材料层；
在所述闪烁材料层上设置反射材料层；
形成感测电路阵列，使得所述感测电路阵列中的每个感测电路配置为感测所述光电二极管阵列的各个光电二极管中的电信号，所述电信号对应于由所述各个光电二极管吸收的光造成的所述各个光电二极管中的电子-空穴对；以及
将所述感测电路阵列接合到所述硅晶片的所述第一侧上的所述光电二极管阵列，使得所述感测电路阵列中的每个感测电路电连接到所述各个光电二极管。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述硅晶片包括绝缘体上硅(SOI)晶片。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述绝缘体上硅晶片的所述第二侧上的所述网格孔到达所述绝缘体上硅晶片的绝缘体。
33.如权利要求30所述的方法，其中所述闪烁材料包括碘化铯(CsI):钽(Ta)。
34.如权利要求30所述的方法，其中所述反射材料包括铝(Al)。
35.如权利要求30所述的方法，其中在所述网格孔阵列之上设置所述闪烁材料层包括：
用所述闪烁材料填充所述网格孔；以及
在填充有所述闪烁材料的所述网格孔阵列之上沉积所述闪烁材料层。
36.如权利要求30所述的方法，其中所述闪烁材料层的厚度大于或等于所述网格孔的深度。
37.如权利要求30所述的方法，还包括：
用填料材料填充所述网格孔。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述填料材料包括透明固体材料。
39.如权利要求38所述的方法，其中所述透明固体材料包括二氧化硅(SiO2)、聚酰亚胺或玻璃。
40.如权利要求37所述的方法，其中所述填料材料包括闪烁材料。
41.如权利要求40所述的方法，其中所述闪烁材料包括碘化铯(CsI):钽(Ta)。
42.如权利要求37所述的方法，还包括：
在用所述填料材料填充所述网格孔之前，在所述网格孔的侧壁上涂覆折射材料层。
43.如权利要求39所述的方法，还包括：
在所述闪烁材料层上设置所述反射材料层之前，将所述闪烁材料层蚀刻到闪烁体阵列中，使得所述闪烁体阵列中的每个闪烁体彼此物理地分隔且覆盖所述网格孔阵列的各个网格孔。
44.如权利要求43所述的方法，还包括：
在所述闪烁体阵列上沉积聚(对二甲苯)聚合物层。
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