CN109642956A - 用于同时检测多个辐射的辐射探测器 - Google Patents
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Abstract
用于检测辐射的系统（102）包括用于接收辐射的探测器阵列（106）和集成电路（IC）（108）。每个探测器检测特定类型的辐射并产生相应的探测器输出信号。IC从每个探测器接收相应的探测器输出信号，并产生指示检测辐射的输出信号。使用硅技术和薄膜技术中的至少一种来实现探测器阵列。使用互补金属氧化物半导体（CMOS）技术和薄膜技术中的至少一种来实现IC。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年3月18日提交的美国临时申请号62/310,338的权益，其公开内容通过引用整体(包括任何图、表格和附图)并入本文。
技术领域
本发明大体上涉及辐射探测器，更具体地说，涉及一种用于同时检测多个辐射的手持式辐射探测器。
背景技术
辐射探测器用于检测多种辐射，例如阿尔法粒子、贝塔粒子、伽马射线、X射线和中子粒子。传统的手持式辐射探测器通常部署在诸如机场、边境保护等的安全区域中。一种检测中子粒子的技术通常包括氦-3(He3+)管。由于He3+是一种罕见的氦同位素，其不能广泛可用。因此，He3+是通过氚的衰变产生的。然而，通过氚的衰变产生He3+是一个非常缓慢的过程，从而限制了其在上述应用中的使用范围。而且，He3+管不能用于检测除中子粒子之外的辐射。
此外，由辐射探测器检测到的辐射需要被处理、识别并显示给用户。然而，传统的辐射探测器不包括用于将辐射探测器与智能手机或个人计算机连接的电子电路。因此，包括辐射探测器的系统还包括用于分别处理和显示检测到的辐射的处理系统和显示单元。这导致系统总成本的增加。
检测辐射的替代技术包括使用诸如光电倍增管、空气电离室和盖革米勒(Geiger-Muller)计数器之类的系统。然而，上述系统导致辐射探测器的总成本、面积和重量的增加。此外，操作这些系统所需的功率非常高。
构建用于辐射探测器的放大器的另一种技术是使用基于JFET和双极晶体管的电路。这种电路设计复杂并且需要高操作电压。此外，这些电路通常用于辐射探测器中以探测单个辐射(例如中子粒子)，并且难以集成在单个集成电路上以检测多个辐射。
发明内容
本发明的实施方式提供用于检测辐射的新颖且有利的系统和方法。装置可包括用于接收辐射(其可包括多种类型的辐射)的探测器阵列以及集成电路(IC)。每个探测器检测特定类型的辐射并产生相应的探测器输出信号。IC从每个探测器接收相应的探测器输出信号，并产生指示检测辐射的输出信号。可以使用硅技术、薄膜技术或两者来实现探测器阵列。可以使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术、薄膜技术或两者来实现IC。
附图说明
当结合附图阅读时，将更好地理解本发明的优选实施方式的以下详细描述。本发明通过示例的方式进行了说明，并且本发明不受附图的限制，附图中的相同的附图标记表示相似的元件。
图1是根据本发明的实施方式的辐射探测器的示意性框图；
图2是根据本发明的实施方式的图1的辐射探测器的传感器、前置放大器和信号整形电路的电路原理图；
图3是根据本发明的另一个实施方式的图1的辐射探测器的传感器、前置放大器和信号整形电路的电路原理图；
图4是根据本发明的另一个实施方式的图1的辐射探测器的前置放大器的电路原理图；
图5A和图5B是根据本发明的实施方式的图1的辐射探测器的主视图和后视图；
图6是根据本发明另一实施方式的包括反射器的图1的辐射探测器的透视图；和
图7是根据本发明的另一个实施方式的图1的辐射探测器的透视图。
具体实施方式
附图的详细描述旨在作为本发明的当前优选实施方式的描述，而并不旨在代表可实践本发明的唯一形式。应该理解，相同或等同的功能可以通过不同实施方式来实现，不同的实施方式旨在包含在本发明的精神和范围内。
本发明的一个目的是提供一种用于检测辐射的辐射探测器。
具有同时检测多个辐射、具有简单的设计、提供高分辨率并且克服了背景技术部分中讨论的传统辐射探测器的问题的辐射探测器将是有利的。因此，本发明的另一个目的是提供这样的辐射探测器。
本发明的一个实施方式提供了一种用于检测诸如阿尔法粒子、贝塔粒子、伽马射线、X射线和中子粒子的多种辐射的辐射探测器。辐射探测器包括探测器阵列和集成电路(IC)。探测器阵列接收多个辐射并产生相应的多个探测器输出信号。IC连接到探测器阵列，用于接收探测器输出信号并产生指示检测辐射的输出信号。此外，使用硅技术和薄膜技术中的至少一种来实现探测器阵列，并且使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术和薄膜技术中的至少一种来实现IC。
现在参考图1，示出了根据本发明的实施方式的连接到控制电路104的辐射探测器102的示意性框图。辐射探测器102检测诸如阿尔法射线、贝塔射线、伽马射线、X射线和中子粒子的多个辐射。辐射探测器102包括探测器阵列106和集成电路(IC)108。在一个实施方式中，探测器阵列106使用硅技术实现，并且IC 108使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术实现。在另一实施方式中，使用薄膜技术实现探测器阵列106和IC 108。因为探测器阵列106包括多个探测器，所以辐射探测器102提供可互换的像素化探测器阵列106以检测多个辐射或多个类型的辐射。
探测器阵列106包括第一至第三探测器110-114。IC 108包括前置放大器阵列116、信号整形电路阵列118和处理单元120。前置放大器阵列116包括第一至第三前置放大器116a-116c。信号整形电路阵列118包括第一至第三信号整形电路118a-118c。在一个实施方式中，当辐射探测器102被配置为检测单一类型的辐射时，处理单元120包括“或”(OR)逻辑门。“或”(OR)逻辑门可以包括“或非”(NOR)逻辑门。在另一实施方式中，当辐射探测器102被配置为检测多个辐射或多个类型的辐射时，处理单元120包括微控制器或数字信号处理器。
探测器阵列106接收多个辐射或多个类型的辐射，包括第一至第三辐射或类型辐射。第一至第三探测器110-114分别检测第一至第三(类型)辐射。在一个实施方式中，第一(类型)辐射是中子辐射，第二(类型)辐射是伽马射线或X射线，第三(类型)辐射是阿尔法射线或贝塔射线之一。
检测中子辐射的第一探测器110包括第一转换层122和第一传感器124。第一转换层122包括中子敏感材料的纳米颗粒，诸如碳化物、氧化物、氮化物和金属形式的硼(10B)和钆(157Gd)。第一转换层122接收多个辐射并产生相应的电离辐射。电离辐射(下文中称为“第一转换输出信号VCON1”)包括贝塔粒子、伽马射线和阿尔法粒子中的至少一种。第一传感器124是电荷传感器，并且包括PN二极管或PIN二极管。
当第一探测器110接收到多个辐射时，第一转换层122产生对应于第一辐射的第一转换输出信号VCON1。连接到第一转换层122的第一传感器124接收第一转换输出信号VCON1并产生第一探测器信号VDET1。
检测伽马射线或X射线中的至少一个的第二探测器112包括第二转换层126和第二传感器128。第二转换层126是伽马闪烁计数器(scintillator)或X射线闪烁计数器。第二转换层126包括掺杂有铊的碘化钠NaI(TI)、掺杂有铊的碘化铯CsI(TI)、钠活化的碘化铯CsI(Na)或蒽。第二传感器128是电荷传感器并且包括PN二极管或PIN二极管。
当第二探测器112接收到多个辐射时，第二转换层126产生对应于第二辐射的第二转换输出信号VCON2。连接到第二转换层126的第二传感器128接收第二转换输出信号VCON2并产生第二探测器信号VDET2。
第三探测器114包括是光子敏感传感器的第三传感器130。第三传感器130包括光电传感器或光电导体。当第三探测器114接收到多个辐射时，第三传感器130产生对应于第三辐射的第三探测器信号VDET3。
第一至第三前置放大器116a-116c分别连接到第一至第三传感器124、128和130，用于分别接收第一至第三探测器信号VDET1-VDET3并产生第一至第三放大的探测器信号VAMP1-VAMP3。第一至第三信号整形电路118a-118c分别连接到第一至第三前置放大器116a-116c，用于分别接收第一至第三放大的探测器信号VAMP1-VAMP3并产生第一至第三整形探测器信号VSHP1-VSHP3。
处理单元120连接到第一至第三信号整形电路118a-118c，用于接收第一至第三整形探测器信号VSHP1-VSHP3，并产生处理后的输出信号VPOUT。处理后的输出信号VPOUT是根据第一至第三整形探测器信号VSHP1-VSHP3的逻辑状态产生的。
控制电路104连接到处理单元120，用于接收处理后的输出信号VPOUT并产生输出信号VOUT。控制电路104用作辐射探测器102与智能手机、平板电脑、个人计算机和笔记本电脑中的至少一个之间的接口。智能手机、平板电脑、个人计算机和笔记本电脑进一步处理输出信号VOUT以识别入射辐射。此外，这些装置提供入射辐射VRAD的图形表示。
在另一实施方式中，处理单元120包括多通道分析器(MCA)(未示出)。MCA基于第一至第三整形探测器信号VSHP1-VSHP3识别辐射VRAD的类型。
在一个实施方式中，辐射探测器102和控制电路104包括在单个基板上。在另一个实施方式中，辐射探测器102和控制电路104包括在不同的基板上。在一个实施方式中，基板是硅基板。在另一个实施方式中，基板是玻璃或塑料。此外，前置放大器阵列116和信号整形电路阵列118可以使用多晶硅、基于氧化物的半导体或非晶硅薄膜电子器件来实现。
现在参考图2，示出了根据本发明的实施方式的辐射探测器102的电路原理图。此外，第一探测器124使用硅技术实现，并且IC 108使用CMOS技术实现。为了说明的目的，图2示出了第一传感器124、第一前置放大器116a和第一信号整形电路118a。本领域技术人员将很好地理解，第二和第三前置放大器116b和116c在结构上和功能上类似于第一前置放大器116a，并且第二和第三信号整形电路118b和118c在结构上和功能上类似于第一信号整形电路118a。
第一传感器124包括第一二极管202。第一前置放大器116a包括第一至第三晶体管204、206、208。在一个实施方式中，第一晶体管204是p沟道MOS(PMOS)晶体管，并且第二和第三晶体管206和208是n沟道MOS(NMOS)晶体管。第一信号整形电路118a包括第一和第二逻辑门210a和210b以及延迟电路212。在一个实施方式中，第一和第二逻辑门210a和210b是NOR逻辑门。延迟电路212包括电阻器214和电容器216。
当第一探测器110检测到第一辐射时，第一转换层122产生对应于第一辐射的第一转换输出信号VCON1。第一传感器124接收第一转换输出信号VCON1并产生第一探测器信号VDET1。
第一晶体管204的源极端子连接到电源电压VDD。第一晶体管204的栅极端子连接到第一二极管202，用于接收第一探测器信号VDET1。第二晶体管206的漏极端子连接到第一晶体管204的漏极端子，用于产生第一放大的探测器信号VAMP1。第二晶体管206的栅极端子连接到第一二极管202，用于接收第一探测器信号VDET1，并且其源极端子连接到电源电压Vss。第三晶体管208的源极端子连接到第一晶体管204的漏极端子，第三晶体管208的漏极端子连接到第一晶体管204的栅极端子。第三晶体管208的栅极端子接收第一参考电压信号VREF1。
第一逻辑门210a具有连接到第一晶体管204的漏极的用于接收第一放大的探测器信号VAMP1的第一输入端和用于接收第一整形探测器信号VSHP1的第二输入端。第一逻辑门210a具有用于产生第一中间信号VINT1的输出端。电容器216的第一端连接到第一逻辑门210a的输出端，用于接收第一中间信号VINT1。电阻器214的第一端连接到电源电压VDD，电阻器214的第二端连接到电容器216的第二端，用于产生第一中间信号的延迟版本(以下称为“延迟的第一中间信号”)VDEL_INT1。第二逻辑门210b的第一和第二输入端连接到延迟电路212，用于接收延迟的第一中间信号VDEL_INT1。第二逻辑门210b具有用于产生第一整形探测器信号VSHP1的输出端。
在操作中，当第一探测器110接收第一辐射时，二极管202激活第一探测器信号VDET1。因此，第一前置放大器116a接收第一探测器信号VDET1，放大并反转第一探测器信号VDET1。此外，第一前置放大器116a激活第一放大的探测器信号VAMP1。第一逻辑门210a接收处于逻辑低状态的激活的第一放大的探测器信号VAMP1和第一整形探测器信号VSHP1，并产生处于逻辑低状态的第一中间信号VINT1。电容器216接收处于逻辑低状态的第一中间信号VINT1并开始向地放电。因此，延迟电路212产生处于逻辑低状态的延迟的第一中间信号VDEL_INT1。第二逻辑门210b接收处于逻辑低状态的延迟的第一中间信号VDEL_INT1，并产生处于逻辑高状态的第一整形探测器信号VSHP1。处于逻辑高状态的第一整形探测器信号VSHP1指示辐射探测器102已检测到第一辐射。第一整形探测器信号VSHP1保持高的时间段取决于电容器216的放电速率。在经过该时间段之后，延迟电路212产生电压电平大于第二逻辑门210b的阈值电压的延迟的第一中间信号VDEL_INT1。因此，第二逻辑门210b产生处于逻辑低状态的第一整形探测器信号VSHP1。
对于本领域技术人员显而易见的是，当辐射探测器102接收第二辐射时第二信号整形电路118b产生处于逻辑高状态的第二整形探测器信号VSHP2，并且当辐射探测器102接收第三辐射时第三信号整形电路118c产生处于逻辑高状态的第三整形探测器信号VSHP3。
现在参考图3，示出了根据本发明另一实施方式的薄膜技术中实现的辐射探测器102的电路原理图。为了说明的目的，图3示出了第一传感器124、第一前置放大器116a和第一信号整形电路118a。第一传感器124包括第二二极管302。第一前置放大器116a包括第一薄膜晶体管304以及第二和第三薄膜晶体管306a和306b。第一信号整形电路118a包括第四薄膜晶体管308、延迟电路310和第一薄膜反相器312。第一薄膜反相器312可包括第五晶体管318和第六晶体管320。在一个实施方式中，第一和第五薄膜晶体管304和318是PMOS晶体管，第二、第三和第六薄膜晶体管306a、306b和320是NMOS晶体管。
第一薄膜晶体管304的源极端子连接到电源电压VDD。第一薄膜晶体管304的栅极端子连接到第二二极管302，用于接收第一探测器信号VDET1。第二薄膜晶体管306a的漏极端子连接到第一薄膜晶体管304的漏极端子以产生第一放大的探测器信号VAMP1。第二薄膜晶体管306a的栅极端子连接到第二二极管302，用于接收第一探测器信号VDET1，其源极端子接地。第三薄膜晶体管306b的源极端子连接到第一薄膜晶体管304的漏极端子，第三薄膜晶体管306b的漏极端子连接到第一薄膜晶体管304的栅极端子。第三薄膜晶体管306b的栅极端子接收第二参考电压信号VREF2。
第四薄膜晶体管308的栅极端子连接到第一薄膜晶体管304的漏极端子，用于接收第一放大的探测器信号VAMP1。第四薄膜晶体管308的漏极端子产生第二中间信号VINT2，并且其源极端子接地。延迟电路310连接到第四薄膜晶体管308的漏极端子，用于接收第二中间信号VINT2，并产生第二中间信号的延迟版本(以下称为“延迟的第二中间信号”)VDEL_INT2。延迟电路310包括薄膜电阻器314和薄膜电容器316。薄膜电阻器314的第一端连接到电源电压VDD。薄膜电容器316的第一端连接到薄膜电阻器314的第二端，用于产生延迟的第二中间信号VDEL_INT2。
第五薄膜晶体管318的栅极端子连接到薄膜电阻器314的第二端，用于接收延迟的第二中间信号VDEL_INT2，并且其源极端子连接到电源电压VDD。第六薄膜晶体管320的栅极端子连接到薄膜电阻器314的第二端，用于接收延迟的第二中间信号VDEL_INT2。第六薄膜晶体管320的漏极端子连接到第五薄膜晶体管318的漏极端子，用于产生第一整形探测器信号VSHP1。
在操作中，当第一传感器124激活第一探测器信号VDET1时，第一前置放大器116a放大并反转第一探测器信号VDET1，并激活第一放大的探测器信号VAMP1。第四薄膜晶体管308激活第二中间信号VINT2。薄膜电容器316因此在预定时间段内放电到地。第一薄膜反相器312反相并放大延迟的第二中间信号VDEL_INT2，并产生处于逻辑高状态的第一整形探测器信号VSHP1。在经过预定时间段之后，第一薄膜反相器312产生处于逻辑低状态的第一整形探测器信号VSHP1。
现在参考图4，示出了根据本发明另一实施方式的第一前置放大器116a的电路原理图。第一前置放大器116a使用薄膜技术实现。第一前置放大器116a包括第七至第九薄膜晶体管402、404a和404b以及第二和第三薄膜反相器406和408。第七至第九薄膜晶体管402、404a和404b在结构上和功能上类似于第一至第三薄膜晶体管304、306a和306b。在一个实施方式中，第七薄膜晶体管402是PMOS晶体管，第八和第九薄膜晶体管404a和404b是NMOS晶体管。第二薄膜反相器406包括第十和第十一薄膜晶体管410和412。在一个实施方式中，第十薄膜晶体管410是PMOS晶体管，第十一薄膜晶体管412是NMOS晶体管。第七薄膜晶体管402的漏极端子产生第三中间信号VINT3。第十薄膜晶体管410的源极端子连接到电源电压VDD，第十薄膜晶体管410的栅极端子连接到第七薄膜晶体管402的漏极端子，用于接收第三中间信号VINT3。第十一薄膜晶体管412的栅极端子连接到第七薄膜晶体管402的漏极端子，用于接收第三中间信号VINT3。第十一薄膜晶体管412的漏极端子连接到第十薄膜晶体管410的漏极端子，用于产生第四中间信号VINT4并且其源极端子接地。
第三薄膜反相器408包括第十二和第十三薄膜晶体管414和416。在一个实施方式中，第十二薄膜晶体管414是PMOS晶体管，第十三薄膜晶体管416是NMOS晶体管。第十二薄膜晶体管414的源极端子连接到电源电压VDD，第十二薄膜晶体管414的栅极端子连接到第十薄膜晶体管410的漏极端子，用于接收第四中间信号VINT4。第十三薄膜晶体管416的栅极端子连接到第十薄膜晶体管410的漏极端子，用于接收第四中间信号VINT4。第十三薄膜晶体管416的漏极端子连接到第十二薄膜晶体管414的漏极端子，用于产生第一放大的探测器信号VAMP1，并且其源极端子接地。
现在参考图5A和图5B，示出了根据本发明的实施方式的辐射探测器102的主视图和后视图。辐射探测器102包括探测器阵列106、IC 108和基板502。
现在参考图6，示出了根据本发明另一实施方式的辐射探测器102的透视图。辐射探测器102包括转换层602、印刷电路板604和反射器606。辐射探测器102还包括探测器阵列106和IC 108。反射器606接收多个辐射VRAD并反射多个辐射VRAD。反射的多个辐射VRAD由转换层602接收。在一个实施方式中，反射器是石蜡块。因此，通过利用反射器606，检测多个辐射VRAD的效率增加。
在又一个实施方式中，当利用薄膜技术制造探测器阵列106时，第一探测器110堆叠在第二探测器112的顶部，从而提高了探测器阵列106检测辐射VRAD的效率。在一个示例中，辐射VRAD是中子辐射。对于本领域技术人员显而易见的是，除了第一探测器110之外，第三探测器114可以堆叠在第二探测器112的顶部，从而进一步提高检测辐射VRAD的效率。
现在参考图7，示出了根据本发明另一实施方式的辐射探测器102的透视图。辐射探测器102包括第一至第四转换层702、704、706、708，探测器阵列106和薄膜晶体管(TFT)底板710。TFT底板710包括前置放大器阵列116和信号整形电路阵列118。
因此，辐射探测器102易于设计、经济有效且便携。此外，可以在单个辐射探测器102中实现多个探测器，从而提高其分辨率。辐射探测器102可以被配置为检测单个(类型)辐射VRAD以及多个(类型)辐射VRAD。用于检测单个类型辐射VRAD的多个探测器提供用于检测辐射VRAD的大区域。此外，操作前置放大器阵列116和信号整形电路阵列118所需的电压很低。因此，辐射探测器102消耗的功率低。由于辐射探测器102可以与智能手机、平板电脑和个人计算机连接，因此辐射探测器102不需要内置电路来处理输出信号VOUT或显示辐射类型VRAD。此外，与辐射探测器102一起使用智能手机、平板电脑和个人计算机导致输出信号VOUT的高速数据操作，从而实现输出信号VOUT的更快处理。此外，输出信号VOUT可以从智能手机无线传输到诸如数据中心的多个位置用于分析用途。智能手机可用于识别发射辐射VRAD的辐射源的地理位置，从而获得辐射VRAD的来源。使用薄膜技术实现的辐射探测器102对伪伽马射线具有非常低的灵敏度，从而避免错误的输出信号VOUT。此外，它们可以承受非常高的温度。
本发明包括但不限于以下示例性实施方式。
实施方式1。一种同时检测多个辐射的系统，包括：
用于接收多个辐射并产生相应的多个探测器信号的探测器阵列，其中探测器阵列的一个探测器产生多个探测器信号的一个探测器信号，探测器包括：
用于接收多个辐射并产生对应于多个辐射的一个辐射的转换输出信号的至少一个转换层，和
传感器，其连接到至少一个转换层，用于接收转换输出信号并产生探测器信号；和
集成电路，其连接到探测器阵列，用于接收多个探测器信号并产生指示检测辐射的多个输出信号，该集成电路包括：
用于接收多个探测器信号并产生相应的多个放大的探测器信号的前置放大器阵列，其中前置放大器阵列的一个前置放大器连接到探测器，用于接收探测器信号并产生多个放大的探测器信号的一个放大的探测器信号；和
信号整形电路阵列，其连接到相应的前置放大器阵列，用于接收多个放大的探测器信号并产生相应的多个输出信号，其中信号整形电路阵列的信号整形电路连接到前置放大器，用于接收放大的探测器信号并产生多个输出信号的一个输出信号，并且其中使用硅技术和薄膜技术中的至少一种来实现探测器阵列，并且使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术和薄膜技术中的至少一个来实现集成电路。
实施方式2。根据实施方式1的系统，还包括用于将多个辐射反射到探测器阵列的反射器。
实施方式3。根据实施方式1-2中任一项的系统，其中传感器是电荷传感器，并且其中传感器包括PN二极管和PIN二极管中的至少一种。
实施方式4。根据实施方式1-3中任一实施方式的系统，还包括处理单元，其连接到信号整形电路阵列，用于接收多个输出信号并产生处理后的输出信号。
实施方式5。根据实施方式1-4中任一实施方式的系统，其中前置放大器包括：
第一晶体管，其具有连接到正电源电压的源极和连接到探测器以接收探测器信号的栅极；
第二晶体管，其具有连接到探测器以接收探测器信号的栅极、连接到第一晶体管的漏极用于产生放大的探测器信号的漏极和连接到负电源电压的源极；和
第三晶体管，其具有连接到第一晶体管栅极的漏极、用于接收参考电压信号的栅极和连接到第一晶体管漏极的源极。
实施方式6。根据实施方式1-5中任一实施方式的系统，其中信号整形电路包括：
第一逻辑门，用于接收输出信号，并连接到第一晶体管的漏极，用于接收放大的探测器信号并产生中间信号；和
第二逻辑门，用于接收中间信号的延迟版本并产生输出信号。
实施方式7。根据实施方式1-6中任一实施方式的系统，其中传感器和前置放大器阵列使用薄膜技术制造，并且其中传感器包括电荷传感器。
实施方式8。根据实施方式1-7中任一实施方式的系统，其中信号整形电路包括：
薄膜晶体管，其具有连接到前置放大器用于接收放大的探测器信号的栅极、用于产生中间信号的漏极和接地的源极；和
薄膜反相器，用于接收中间信号的延迟版本，并产生输出信号。
实施方式9。一种用于检测多个辐射的系统，包括：
用于接收多个辐射并产生相应的多个探测器信号的探测器阵列，
其中，探测器阵列的第一探测器包括：
至少一个转换层，用于接收多个辐射并产生对应于多个辐射的第一辐射的转换输出信号，以及
第一传感器，其连接到至少一个转换层，用于接收转换输出信号并产生对应于第一辐射的多个探测器信号的第一探测器信号，
并且其中多个探测器中的第二探测器包括第二传感器，用于接收多个辐射并产生与多个辐射中的第二辐射相对应的多个探测器信号的第二探测器信号；和
前置放大器阵列，其连接到探测器阵列，用于接收多个探测器信号并产生相应的多个放大的探测器信号，其中前置放大器阵列的第一和第二前置放大器连接到第一和第二探测器以分别接收第一和第二探测器信号并产生多个放大的探测器信号的第一和第二放大的探测器信号；
信号整形电路阵列，其连接到相应的前置放大器阵列，用于接收多个放大的探测器信号并产生相应的多个整形探测器信号，其中信号整形电路阵列的第一和第二信号整形电路连接到第一和第二前置放大器，用于分别接收第一和第二放大的探测器信号并产生多个整形探测器信号的第一和第二整形探测器信号，其中探测器阵列使用硅技术和薄膜技术中的至少一种来实现，使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术和薄膜技术中的至少一种来实现前置放大器阵列以及信号整形电路阵列；和
处理单元，其连接到信号整形电路阵列，用于接收多个整形探测器信号并产生输出信号，其中输出信号表示检测第一和第二辐射中的至少一个。
实施方式10。根据实施方式9的系统，其中第一辐射包括伽马辐射、中子辐射和X射线辐射中的至少一种，第二辐射包括阿尔法辐射和贝塔辐射中的至少一种。
实施方式11。根据实施方式9-10中任一实施方式的系统，其中至少一个转换层是中子转换层、伽马闪烁计数器和X射线闪烁计数器中的至少一种。
实施方式12。根据实施方式9-11中任一实施方式的系统，还包括用于将多个辐射反射到探测器阵列的反射器。
实施方式13。根据实施方式9-12中任一实施方式的系统，其中第一传感器是电荷传感器，并且其中传感器包括PN二极管和PIN二极管中的至少一个。
实施方式14。根据实施方式9-13中任一实施方式的系统，其中第二传感器是光子敏感传感器，并且其中第二传感器包括光电传感器和光电导体中的至少一种。
实施方式15。根据实施方式9-14中任一实施方式的系统，其中处理单元包括逻辑门、处理器和微控制器中的至少一个。
实施方式16。根据实施方式9-15中任一实施方式的系统，其中第一前置放大器包括：
第一晶体管，其具有连接到正电源电压的源极和连接到第一探测器用于接收第一探测器信号的栅极；
第二晶体管，其具有连接到第一探测器用于接收第一探测器信号的栅极、连接到第一晶体管的漏极用于产生第一放大的探测器信号的漏极和连接到负电源电压的源极；和
第三晶体管，其具有连接到第一晶体管栅极的漏极、用于接收参考电压信号的栅极和连接到第一晶体管漏极的源极。
实施方式17。根据实施方式9-16中任一实施方式的系统，其中第一信号整形电路包括：
第一逻辑门，用于接收第一整形探测器信号，并连接到第一晶体管的漏极，用于接收第一放大的探测器信号并产生中间信号；和
第二逻辑门，用于接收中间信号的延迟版本并产生第一整形探测器信号。
实施方式18。根据实施方式9-17中任一实施方式的系统，其中第一和第二传感器中的每一个包括薄膜传感器，并且其中第一传感器是电荷传感器，第二传感器是光子敏感传感器。
实施方式19。根据实施方式9-18中任一实施方式的系统，其中使用薄膜技术制造前置放大器阵列。
实施方式20。根据实施方式9-19中任一实施方式的系统，其中第一信号整形电路包括：
薄膜晶体管，其具有连接到第一前置放大器用于接收第一放大的探测器信号的栅极、用于产生中间信号的漏极和接地的源极；和
薄膜反相器，用于接收中间信号的延迟版本，并产生第一整形探测器信号。
本领域技术人员将理解，可以通过逻辑门的不同布置来执行相同的逻辑功能，或者逻辑电路使用正逻辑信号或负逻辑信号来操作。因此，上述一些逻辑门的布置的变化不应认为脱离本发明的范围。
虽然已经说明和描述了本发明的各种实施方式，但是显然本发明不仅限于这些实施方式。在不脱离如权利要求中所述的本发明的精神和范围的情况下，对于本领域技术人员来说，许多修改、改变、变化、替换和等同物将是显而易见的。
Claims (20)
1.一种用于同时检测多个辐射的系统，包括：
探测器阵列，用于接收多个辐射并产生相应的多个探测器信号，其中探测器阵列的探测器产生多个探测器信号的探测器信号，所述探测器包括：
至少一个转换层，用于接收多个辐射并产生与多个辐射中的辐射对应的转换输出信号，和
传感器，其连接到至少一个转换层，用于接收转换输出信号并产生探测器信号；和
集成电路，其连接到探测器阵列，用于接收多个探测器信号并产生指示检测辐射的多个输出信号，所述集成电路包括：
前置放大器阵列，其用于接收多个探测器信号并产生相应的多个放大的探测器信号，其中前置放大器阵列的前置放大器连接到探测器，用于接收探测器信号并产生多个放大的探测器信号中的放大的探测器信号；和
信号整形电路阵列，其连接到相应的前置放大器阵列，用于接收多个放大的探测器信号并产生相应的多个输出信号，其中信号整形电路阵列的信号整形电路连接到前置放大器，用于接收放大的探测器信号并产生多个输出信号中的输出信号，并且其中使用硅技术和薄膜技术中的至少一种来实现探测器阵列，并且使用互补金属氧化物半导体（CMOS）技术和薄膜技术中的至少一种来实现集成电路。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括反射器，用于将多个辐射反射到探测器阵列。
3.根据权利要求1所述的系统，其中传感器是电荷传感器，并且其中传感器包括PN二极管和PIN二极管中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括处理单元，其连接到信号整形电路阵列，用于接收多个输出信号并产生处理后的输出信号。
5.根据权利要求1所述的系统，其中前置放大器包括：
第一晶体管，其具有连接到正电源电压的源极和连接到探测器用于接收探测器信号的栅极；
第二晶体管，其具有连接到探测器以接收探测器信号的栅极、连接到第一晶体管的漏极用于产生放大的探测器信号的漏极和连接到负电源电压的源极；和
第三晶体管，其具有连接到第一晶体管栅极的漏极、用于接收参考电压信号的栅极和连接到第一晶体管漏极的源极。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中信号整形电路包括：
第一逻辑门，用于接收输出信号，并连接到第一晶体管的漏极，用于接收放大的探测器信号并产生中间信号；和
第二逻辑门，用于接收中间信号的延迟版本并产生输出信号。
7.根据权利要求1所述的系统，其中传感器和前置放大器阵列使用薄膜技术制造，并且其中传感器包括电荷传感器。
8. 根据权利要求7所述的系统，其中信号整形电路包括：
薄膜晶体管，其具有连接到前置放大器用于接收放大的探测器信号的栅极、用于产生中间信号的漏极和接地的源极；和
薄膜反相器，用于接收中间信号的延迟版本，并产生输出信号。
9.一种用于检测多个辐射的系统，包括：
探测器阵列，其用于接收多个辐射并产生相应的多个探测器信号，
其中，探测器阵列的第一探测器包括：
至少一个转换层，用于接收多个辐射并产生对应于多个辐射的第一辐射的转换输出信号，以及
第一传感器，其连接至至少一个转换层，用于接收转换输出信号并产生对应于第一辐射的多个探测器信号的第一探测器信号，
并且其中多个探测器中的第二探测器包括第二传感器，用于接收多个辐射并产生与多个辐射中的第二辐射相对应的多个探测器信号的第二探测器信号；和
前置放大器阵列，其连接到探测器阵列，用于接收多个探测器信号并产生相应的多个放大的探测器信号，其中前置放大器阵列的第一和第二前置放大器连接到第一和第二探测器以分别接收第一和第二探测器信号并产生多个放大的探测器信号的第一和第二放大的探测器信号；
信号整形电路阵列，其连接到相应的前置放大器阵列，用于接收多个放大的探测器信号并产生相应的多个整形探测器信号，其中信号整形电路阵列的第一和第二信号整形电路连接到第一和第二前置放大器，用于分别接收第一和第二放大的探测器信号并产生多个整形探测器信号的第一和第二整形探测器信号，其中探测器阵列使用硅技术和薄膜技术中的至少一种来实现，使用互补金属氧化物半导体（CMOS）技术和薄膜技术中的至少一种来实现前置放大器阵列以及信号整形电路阵列；和
处理单元，其连接到信号整形电路阵列，用于接收多个整形探测器信号并产生输出信号，其中输出信号表示检测第一和第二辐射中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的系统，其中第一辐射包括伽马辐射、中子辐射和X射线辐射中的至少一种，第二辐射包括阿尔法辐射和贝塔辐射中的至少一种。
11.根据权利要求9所述的系统，其中至少一个转换层是中子转换层、伽马闪烁计数器和X射线闪烁计数器中的至少一种。
12.根据权利要求9所述的系统，还包括反射器，用于将多个辐射反射到探测器阵列。
13.根据权利要求9所述的系统，其中第一传感器是电荷传感器，并且其中传感器包括PN二极管和PIN二极管中的至少一个。
14.根据权利要求9所述的系统，其中第二传感器是光子敏感传感器，并且其中第二传感器包括光电传感器和光电导体中的至少一种。
15.根据权利要求9所述的系统，其中处理单元包括逻辑门、处理器和微控制器中的至少一个。
16.根据权利要求9所述的系统，其中第一前置放大器包括：
第一晶体管，其具有连接到正电源电压的源极和连接到第一探测器用于接收第一探测器信号的栅极；
第二晶体管，其具有连接到第一探测器用于接收第一探测器信号的栅极、连接到第一晶体管漏极用于产生第一放大的探测器信号的漏极和连接到负电源电压的源极；和
第三晶体管，其具有连接到第一晶体管栅极的漏极、用于接收参考电压信号的栅极和连接到第一晶体管漏极的源极。
17. 根据权利要求16所述的系统，其中第一信号整形电路包括：
第一逻辑门，用于接收第一整形探测器信号，并连接第一晶体管的漏极，用于接收第一放大的探测器信号并产生中间信号；和
第二逻辑门，用于接收中间信号的延迟版本并产生第一整形探测器信号。
18.根据权利要求9所述的系统，其中第一和第二传感器中的每一个包括薄膜传感器，并且其中第一传感器是电荷传感器，第二传感器是光子敏感传感器。
19.根据权利要求18所述的系统，其中前置放大器阵列是使用薄膜技术制造的。
20. 根据权利要求19所述的系统，其中第一信号整形电路包括：
薄膜晶体管，其具有连接到第一前置放大器用于接收第一放大的探测器信号的栅极、用于产生中间信号的漏极和接地的源极；和
薄膜反相器，用于接收中间信号的延迟版本，并产生第一整形探测器信号。
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