CN110268524A - 不对称定位的防护环接触 - Google Patents
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Abstract
根据实施例，一种设备(100)包括被构造为将高能辐射光子转换成电流的直接转换化合物半导体层(101)，所述直接转换化合物半导体层包括：位于直接转换化合物半导体层中的像素阵列，包括位于最外周边处的像素，其中像素包括信号焊盘(106)；环绕像素阵列的防护环(105)，其中位于最外周边处的像素最接近防护环；防护环接触焊盘(107)，其中防护环接触焊盘被布置在取代所述最外周边处的像素信号焊盘中的一些像素信号焊盘的位置处，并连接到防护环；其中防护环接触焊盘被进一步布置为相对于所述直接转换化合物半导体层的对称x轴和对称y轴不对称。其他实施例涉及包括根据设备的切片阵列的检测器，以及包括x射线源和检测器的成像系统。
Description
背景技术
在辐射成像中，采用基于直接转换化合物半导体的检测器和检测器阵列，以便将高能辐射，例如x射线光子，直接转换为电荷。它们通常由在电荷收集体(chargecollector)顶部直接生长的x射线光导体层与读出层(如室温半导体)组成。这些检测器通常以由多个切片(tile)构成的阵列的形式使用，以便可以生成具有更高分辨率的更大图像尺寸。
这些检测器的性能，特别是外围切片元件的性能，可能对于许多成像应用都是很重要的。线性、均匀性、稳定性和一致性都可与外围切片有关。对于许多应用，成像要求可能非常严格。对于使用室温半导体构建的切片式成像检测器，每个切片的边缘可能造成显著的不均匀性或可见的伪影。这已知是由于边缘附近的过高漏电流以及畸变电场引起的。切片边缘附近的伪影可能是不期望的。这些伪影被认为是由边缘像素的性能下降造成的。
已知的是，防护环可用来改善外围像素的表现。防护环通常是在检测器的像素化侧的同一表面上形成的，并施加与其相邻物体(例如地)相同的电势。防护环经由防护环接触焊盘与地连接。因此，依照防护环的尺寸，对边缘像素造成的电场畸变得到减少或消除。此外，侧壁泄漏电流被防护环收集。然而，共平面的防护环产生不活跃的空间区域，即具有防护环几何尺寸的死像素。此外，防护环接触焊盘将形成额外的死像素。这些对于切片式检测器边界或检测器边缘来讲是不期望的，所述切片式检测器边界或检测器边缘对不活跃的空间的容忍度可能有限。数字图像处理可能无法校正这些，或这样做的成本太高或过于繁琐。
公开文本D1公开了可被认为有助于理解背景技术的信息。
发明内容
本发明内容用于以简化的形式介绍选择出的一些概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本发明内容不意图确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不意图用于限制所要求保护主题的范围。
本发明的目的是提供不对称定位的防护环接触。该目的是通过独立权利要求的特征实现的。一些实施例在从属权利要求中进行了描述。根据实施例，一种设备包括被构造为将高能辐射光子转换为电流的直接转换化合物半导体层，所述直接转换化合物半导体层包括：位于直接转换化合物半导体层中的像素阵列，所述像素阵列包括位于最外周边处的像素，其中所述像素包括信号焊盘；环绕所述像素阵列的防护环，其中所述位于最外周边处的像素最接近所述防护环；防护环接触焊盘，其中所述防护环接触焊盘被布置在取代所述最外周边处的像素信号焊盘中的一些像素信号焊盘的位置处，并连接到所述防护环；其中所述防护环接触焊盘被进一步布置为相对于所述直接转换化合物半导体层的对称x轴和对称y轴不对称。
其他实施例涉及包括根据所述设备的切片阵列的检测器，以及包括高能辐射源和所述检测器的成像系统。
参考以下具体实施方式并结合附图，许多所附特征将变得更加容易理解。
附图说明
将参照附图并根据以下具体实施方式而更好地理解本说明，其中：
图1示出根据实施例的切片的截面的示意图，其示出直接转换化合物半导体层、集成电路层和基板层；
图2示出根据比较例的切片一角的俯视示意图；
图3示出根据实施例的切片一角的俯视示意图；
图4示出根据比较例的切片以及切片之间的间隙的俯视示意图；
图5示出根据另一比较例的具有死像素的切片以及切片之间的间隙的俯视示意图；
图6示出根据实施例的切片的俯视示意图，其示出相对于对称轴不对称定位的死像素；
图7和图8示出用于将防护环接触焊盘配置在切片上的其他实施例；
图9示出根据实施例的切片的一部分的俯视示意图；
图10示出根据实施例的具有不对称定位的死像素的切片的阵列以及切片之间的间隙的俯视示意图；以及
图11示出根据实施例的具有切片的阵列的检测器的截面的示意图。
在附图中相同的标号用于标明相同的部件。
具体实施方式
以下结合附图提供的具体实施方式旨在对实施例进行描述，并非意图代表可以构造或使用实施例的唯一形式。然而，相同或等效的功能和结构可通过不同的实施例来实现。
在成像阵列中，可能不允许相邻的不符合要求(non-conforming)的像素，因为基于软件(SW)的插值可能无法从最终图像中去除它们。在基于切片的成像阵列中，切片之间的死区产生死像素区，从SW角度来看，所述死像素区是作为死像素行来描述的。在实际切片像素矩阵的外边缘上的任何死像素将产生与切片之间的死区相邻的死像素。
通常，检测器需要位于像素矩阵与检测器半导体晶体的外边缘之间的防护环。与像素相比，防护环需要单独的接地偏置(ground-bias)接触。当防护环接地在检测器晶体中对称时，可形成由三个死像素构成的簇的尺寸。第一死像素位于第一切片的像素阵列的外边缘处。第二死像素位于切片之间的区域处。第三死像素位于第二切片的像素阵列的外边缘处。因此，需要最少三次插值来隐藏所述死像素的簇，这会降低最终的图像质量。
而根据实施例，防护环接触焊盘是相对于检测器的切片的x和y对称轴不对称地(即非对称地)配置的。防护环接触焊盘也可称为防护环接触像素，从而像素表示与成像有关的区域，而焊盘表示与电接触有关的区域。切片的每一边缘包括至少一个防护环接触焊盘，其被配置在像素阵列的外周边处。当防护环接触焊盘是参照切片的x和y对称轴而相对于彼此不对称地配置时，相邻切片之间的防护环接触像素不重合，并且不是位于面对面的位置。
因此，没有产生由三个死像素构成的簇。此外，切片可在组装阶段被自由旋转360度，而不存在产生由三个防护环死像素构成的簇的可能性。不太需要错误校正。此外，该配置也可防止检测器晶体的组装过程出现错误。
尽管本实施例在本文中可以被描述和图示为在直接转换化合物半导体中实现，但这仅是示例实施方式而不是限制。本领域技术人员将理解的是，本发明的实施例适合应用于各种不同类型的检测器半导体晶体，如碲化镉(CdTe)、碲化镉锌(CdZnTe)等。
图1示出根据实施例的在z轴(图1中未示出)方向上的切片100的截面的示意图，示出了直接转换化合物半导体层101、集成电路(IC)层102和基板层103。
直接转换化合物半导体层101也可被称为检测器半导体晶体或化合物半导体。其被构造为将诸如x射线光子之类的高能辐射转换成可被检测的对应的电流。化合物半导体层101是切片100的最上层。化合物半导体层101接收x射线辐射104。应当注意的是，也可以不是接收x射线，而是接收伽马射线辐射。在化合物半导体层101下方有IC层102。IC层102可以是专用集成电路(ASIC)。ASIC可包括微处理器、包含ROM、RAM、EEPROM、闪速存储器的存储器块和其他大型构件块。这种ASIC通常被称为SoC(片上系统)。它可以使用诸如Verilog或VHDL之类的硬件描述语言(HDL)来配置，以描述ASIC的功能性。代替ASIC，也可使用现场可编程门阵列(FPGA)作为可编程逻辑块和可编程互连，以允许同一FPGA在很多不同的应用中使用。IC层102除其他电子元件外还包括电气接地。最下层是基板层103。基板(也称为晶片)可以是固体(通常是平面)的物质，在其上涂覆另一物质的层，并在该层上粘附第二物质。基板103可以是诸如硅、二氧化硅、氧化铝、蓝宝石、锗、砷化镓(GaAs)、硅锗合金、或磷化铟(InP)等材料的薄片。这些用作在其上沉积诸如晶体管、二极管之类的IC电子器件、特别是集成电路(IC)的基础。
化合物半导体101、IC 102和基板103形成切片100。一个切片具有像素阵列，且每个像素在检测器中的数字成像中对应于化合物半导体上的信号焊盘。检测器具有切片100的阵列(可替换地称为矩阵)。
图2示出根据比较例的切片一角的俯视示意图。直接转换化合物半导体层101包括阵列形式的信号焊盘106(可替换地称为像素焊盘)和环绕像素阵列的防护环105。在比较例中，防护环接触焊盘107被配置为位于防护环105上。这可能会增加死区的尺寸和死像素的数量，因为防护环105可能不被配置为接近直接转换化合物半导体层101的该侧的边缘。所述边缘与物体之间需要保持特定的容限和安全距离，本示例中是位于焊盘107的左侧。
信号焊盘106和防护环焊盘107经由半导体化合物101连接到IC层102及其电子器件。
图3示出根据实施例的切片一角的俯视示意图。信号焊盘106之一，即一个像素，被替换为防护环接触焊盘107。因此，该防护环接触焊盘107取代信号焊盘106而位于该位置。此外，防护环接触焊盘107通过连接108连接到防护环105。与图2的配置相比，图3中的防护环105可以位于更接近切片101的边缘。
图4示出根据比较例的切片100、100_1、以及切片100、100_1之间的间隙109的俯视示意图。在比较例中，防护环接触焊盘107相对于切片100、100_1的对称轴是对称的。因此，焊盘107并排布置，且焊盘107之间只有间隙109。间隙109与切片100、101_1的边缘产生死区109_1，死区109_1可大致上对应于一个像素的区域。在比较例中，由焊盘107和死区109_1产生由三个死像素构成的簇111，如虚线框111所示。
图5示出根据另一比较例的具有由死像素构成的簇111的直接转换化合物半导体层101、101_1、101_2、以及切片之间的间隙109的俯视示意图。比较例示出由在水平和垂直方向上的切片之间的三个连续死像素构成的簇111。在比较例中，防护环接触焊盘107对称地配置在切片上，因此切片之间始终存在簇111。这会显著降低这种检测器的性能。
图6示出根据实施例的切片100的俯视示意图，其示出相对于对称轴110、112不对称定位的死像素。
切片100包括四个防护环接触焊盘107，使得切片100的每一侧部具有一个焊盘107。防护环接触焊盘107相对于对称x轴110不对称地布置。防护环接触焊盘107也相对于对称y轴112不对称地布置。
当切片100被组装到检测器上并紧邻其他切片放置时，由于防护环接触焊盘107是不对称配置的，所以防护环接触焊盘107不是并排布置的。此外，由于切片100的每一侧部仍然有防护环接触焊盘107，所以防护环105的可靠性、配置性和功能性可以得到改善。不存在由三个死像素构成的簇111。此外，在组装检测器时，切片100可以相对于俯视视角旋转360度，从而切片100的任何侧部可以紧邻另一个类似的切片放置，这降低了制造过程的成本和复杂性。此外，这提高了检测器制造过程的速度。
图7和图8示出用于将防护环接触焊盘107配置在切片100上的其他实施例。接触焊盘107相对于x对称轴110和y对称轴112是不对称的。焊盘107与对称轴110、112之间的距离可以不同，并且示出了一些实施例。
应当注意的是，尽管图6、7和8的实施例示出防护环接触焊盘107位于直接转换化合物半导体层101的边缘处，但是防护环105位于接触焊盘107和所述边缘之间，例如如图3和图9所示。
图9示出根据实施例的切片100的一部分的俯视示意图。图9的实施例与图3的实施例相似。防护环接触焊盘107紧邻防护环105布置，并通过连接108连接到像素106被接触焊盘107取代的位置处。图9中未示出对称轴110、112；然而，它们可以根据图6、7和/或8的实施例来实现。
图10示出根据实施例的具有不对称定位的死像素107的切片100的阵列以及切片之间的间隙109的俯视示意图。图10示出具有不对称定位的防护环接触焊盘107的切片100的阵列。不存在由三个或更多的死像素构成的簇111。对于两个相邻的切片100，由间隙109分开的死像素107没有出现在相同的水平或垂直轴上，因为它们是(相对于切片100的对称轴)不对称的。虽然图10示出九个切片100的阵列，但是切片的数量可以变化，且九个切片仅作为实施例示出。此外，阵列的形状可以不是如图10所示的正方形，例如可以代之以使用矩形、椭圆形或球形阵列。
图11示出根据实施例的具有切片100的阵列的检测器200的截面的示意图。x射线辐射104从源(图11未示出)发射出。要通过x射线辐射104检测和检查的物体300被示为位于辐射源和检测器200之间。检测器200包括在检测器200的(例如在x轴方向上的)截面中具有九个切片100-100_8的阵列。
图11示出了根据实施例的包括具有不对称定位的防护环接触焊盘107的切片100的检测设备200。该设备200可以是用于检测对象300的成像系统的一部分，包括在这些实施例中的任一实施例中描述的切片100。所述系统可应用于例如医学成像、安保成像和/或工业成像中。
在不失去所追求效果的情况下，本文所给出的任何范围或设备值都可以扩展或更改。此外，除非明确禁止，任何实施例可以与另一实施例组合。
虽然已经用具体到结构特征和/或动作的语言描述了主题，但是应当理解的是，不应将所附权利要求中定义的主题限制到上述的具体特征或动作。相反，上述的具体特征和动作是作为实施权利要求的示例被公开的，并且意图将其他等效的特征和动作包含在权利要求的范围内。
实施例涉及一种设备，包括被构造为将x射线光子转换成电流的直接转换化合物半导体层，所述直接转换化合物半导体层包括：位于直接转换化合物半导体层中的的像素阵列，所述像素阵列包括位于最外周边处的像素，其中所述像素包括信号焊盘；环绕所述像素阵列的防护环，其中所述位于最外周边处的像素最接近所述防护环；防护环接触焊盘，其中所述防护环接触焊盘被布置在取代所述最外周边处的像素信号焊盘中的一些像素信号焊盘的位置，并连接到所述防护环；其中，所述防护环接触焊盘被进一步布置为相对于所述直接转换化合物半导体层的对称x轴和对称y轴不对称。
可替换地或除以上之外额外地，防护环接触焊盘被不对称地布置，使得当紧邻所述直接转换化合物半导体层放置另一直接转换化合物半导体层时，通过所述直接转换化合物半导体层与另一直接转换化合物半导体层之间的间隙分离开的所述防护环接触焊盘不位于所述焊盘之一的x轴或y轴上。可替换地或除以上之外额外地，所述防护环接触焊盘被不对称地布置，使得当紧邻所述直接转换化合物半导体层放置另一直接转换化合物半导体层以致所述直接转换化合物半导体层与另一直接转换化合物半导体层的侧部彼此相对时，位于所述侧部处的所述防护环接触焊盘不位于穿过所述焊盘之一的x轴或y轴上。可替换地或除以上之外额外地，所述直接转换化合物半导体层包括被构造为用于在室温下进行高能光子检测的半导体层。可替换地或除以上之外额外地，所述直接转换化合物半导体层包括碲化镉层或碲化镉锌层。可替换地或除以上之外额外地，所述半导体层的每一侧部包括所述防护环接触焊盘中的至少一个。可替换地或除以上之外额外地，防护环接触焊盘被构造为使所述防护环接地。可替换地或除以上之外额外地，所述像素包括信号焊盘。可替换地或除以上之外额外地，所述防护环接触焊盘对应于在数字成像中的死像素。可替换地或除以上之外额外地，进一步包括位于所述直接转换化合物半导体层下方的集成电路(IC)层。可替换地或除以上之外额外地，所述防护环接触焊盘将所述防护环经由所述直接转换化合物半导体层连接至所述IC层。可替换地或除以上之外额外地，还包括位于所述IC层下方的基板层。
根据实施例，所述设备包括切片，其中所述切片包括所述直接化合物半导体层。根据实施例，所述检测器包括切片阵列。根据实施例，所述成像系统包括x射线源；以及检测器。
应当理解的是，上述益处和优点可能与一个实施例有关，或者可能与多个实施例有关。实施例不限于解决任何或所有已述问题的实施例，也不限于具有任何或所有已述益处和优点的实施例。还应当理解的是，对“一”物品项的引用涉及一个或多个所述物品项。
本文所述方法的步骤可以按任何适当的顺序执行，也可以在适当的情况下同时执行。额外地，在不偏离本文所述主题的精神和范围的情况下，可以从任何方法中删除个别块。上述任何实施例的方面均可与所描述的任何其他实施例的方面相结合，以形成进一步实施例而不失去所追求的效果。
术语“包括”在本文中意指包括所标识的方法、块或元素，但是这些块或元素不包括排他性的列表，并且方法或装置可包含其他块或元素。
应当理解的是，以上描述仅以示例形式给出，并且本领域技术人员可以做各种修改。上述说明、实施例和数据提供了示例性实施例的结构和使用的完整描述。尽管上文已经以一定程度的特定性或者参考一个或多个个别的实施例而描述了各种实施例，本领域技术人员可以在不偏离本说明书的精神或范围的情况下对公开的实施例进行多种变型。
Claims (13)
1.一种设备，包括：
直接转换化合物半导体层，被构造为将高能辐射光子转换成电流，所述直接转换化合物半导体层包括：
位于所述直接转换化合物半导体层中的像素阵列，所述像素阵列包括位于最外周边处的像素，其中所述像素包括信号焊盘；
环绕所述像素阵列的防护环，其中所述位于最外周边处的像素最接近所述防护环；
防护环接触焊盘，其中所述防护环接触焊盘被布置在取代所述最外周边处的像素信号焊盘中的一些像素信号焊盘的位置处，并连接到所述防护环；
其中，所述防护环接触焊盘被进一步布置为相对于所述直接转换化合物半导体层的对称x轴和对称y轴不对称。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述防护环接触焊盘被不对称地布置，使得当紧邻所述直接转换化合物半导体层放置另一直接转换化合物半导体层时，通过所述直接转换化合物半导体层与另一直接转换化合物半导体层之间的间隙分离开的所述防护环接触焊盘不位于所述焊盘之一的x轴或y轴上。
3.如上述任一权利要求所述的设备，其中所述防护环接触焊盘被不对称地布置，使得当紧邻所述直接转换化合物半导体层放置另一直接转换化合物半导体层以致所述直接转换化合物半导体层与另一直接转换化合物半导体层的侧部彼此相对时，位于所述侧部处的所述防护环接触焊盘不位于穿过所述焊盘之一的x轴或y轴上。
4.如上述任一权利要求所述的设备，其中所述直接转换化合物半导体层包括被构造为用于在室温下进行高能光子检测的半导体层。
5.如上述任一权利要求所述的设备，其中所述直接转换化合物半导体层包括碲化镉层或碲化镉锌层。
6.如上述任一权利要求所述的设备，所述半导体层的每一侧部包括所述防护环接触焊盘中的至少一个。
7.如上述任一权利要求所述的设备，其中所述防护环接触焊盘被构造为使所述防护环接地。
8.如上述任一权利要求所述的设备，进一步包括位于所述直接转换化合物半导体层下方的集成电路(IC)层。
9.如上述任一权利要求所述的设备，其中所述防护环接触焊盘将所述防护环经由所述直接转换化合物半导体层连接至所述IC层。
10.如上述任一权利要求所述的设备，还包括位于所述IC层下方的基板层。
11.如上述任一权利要求所述的设备，其中所述设备包括切片，其中所述切片包括所述直接化合物半导体层。
12.一种检测器，包括根据上述任一权利要求所述的切片阵列。
13.一种成像系统，包括：
高能辐射源；以及
根据上述任一项权利要求所述的检测器。
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