CN111587389A - 恢复辐射检测器的方法 - Google Patents
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Abstract
一种恢复辐射检测器的性能的方法，辐射检测器(110)包括：辐射吸收层(110)，配置成吸收入射到其上的辐射粒子，并且基于辐射粒子来生成电信号；电子系统(120)，配置成处理电信号，电子系统(120)包括晶体管，晶体管包括栅绝缘体(218)，其中因栅绝缘体(218)对辐射的暴露而累积正载流子；该方法包括通过建立跨栅绝缘体(218)的电场从栅绝缘体(218)中去除正载流子。
Description
【技术领域】
本公开涉及恢复辐射检测器的方法，具体来说涉及从辐射损坏来恢复辐射检测器的方法。
【背景技术】
辐射检测器是测量辐射的性质的装置。性质的示例可包括辐射的强度、相位和极化的空间分布。辐射可以是与受检者进行交互的辐射。例如，由辐射检测器所测量的辐射可以是穿透受检者或者从受检者反射的辐射。辐射可以是电磁辐射，例如红外光、可见光、紫外光、X射线或γ射线。辐射可属于其他类型，例如α射线和β射线。
一种类型的辐射检测器基于辐射与半导体之间的交互。例如，这种类型的辐射检测器可具有半导体层(其吸收辐射并且生成载流子(例如电子和空穴)以及用于检测载流子的电路。
【发明内容】
本文所公开的是一种恢复辐射检测器的性能的方法，辐射检测器包括：辐射吸收层，配置成吸收入射到其上的辐射粒子，并且基于辐射粒子来生成电信号；电子系统，配置成处理电信号，电子系统包括晶体管，晶体管包括栅绝缘体，其中因栅绝缘体对辐射的暴露而累积正载流子；该方法包括通过建立跨栅绝缘体的电场从栅绝缘体中去除正载流子。
按照实施例，去除正载流子包括对栅绝缘体进行退火。
按照实施例，该方法还包括：接收代码；确定代码是否有效；其中正载流子仅当代码有效时才从栅绝缘体中去除。
按照实施例，晶体管包括栅电极，其中建立电场包括在栅电极上施加偏置电压。
按照实施例，在栅电极上施加偏置电压包括将栅电极连接到电压源。
按照实施例，在栅电极上施加偏置电压包括通过限制器来限制偏置电压。
按照实施例，晶体管包括源极和漏极，其中栅电极上的偏置电压针对源极或漏极。
按照实施例，源极和漏极处于相同电位。
按照实施例，偏置电压具有低于栅绝缘体的击穿电压的幅值。
按照实施例，偏置电压具有大于栅绝缘体的击穿电压的90％的幅值。
按照实施例，晶体管是MOSFET。
按照实施例，电子系统包括：电压比较器，配置成将辐射吸收层的电触点的电压与第一阈值进行比较；计数器，配置成记录辐射吸收层所吸收的辐射粒子的数量；控制器；伏特计；其中，控制器配置成从电压比较器确定电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值的时间开始时间延迟；控制器配置成在时间延迟到期时使伏特计测量电压；控制器配置成通过将伏特计所测量的电压除以单个辐射粒子对辐射吸收层的电触点所引起的电压来确定辐射粒子的数量；控制器配置成使计数器所记录的数量增加辐射粒子的数量。
按照实施例，控制器包括晶体管。
按照实施例，电压比较器包括晶体管。
按照实施例，辐射检测器还包括电容器，其电连接到辐射吸收层的电触点，其中电容器配置成收集来自辐射吸收层的电触点的载流子。
按照实施例，控制器配置成在时间延迟开始时停用电压比较器。
按照实施例，第一阈值为单个光子对辐射吸收层的电触点所生成的电压的5-10％。
本文所公开的是一种辐射检测器，其包括：辐射吸收层，配置成吸收入射到其上的辐射粒子，并且基于辐射粒子来生成电信号；电子系统，配置成处理电信号，电子系统包括晶体管，晶体管包括栅绝缘体，其中因栅绝缘体对辐射的暴露而累积正载流子；以及处理器，配置成通过建立跨栅绝缘体的电场从栅绝缘体中去除正载流子。
按照实施例，处理器配置成通过对栅绝缘体进行退火从栅绝缘体中去除正载流子。
按照实施例，处理器配置成接收代码，确定代码是否有效，并且仅当代码有效时从栅绝缘体中去除正载流子。
按照实施例，晶体管包括栅电极，其中处理器配置成通过在栅电极上施加偏置电压以建立电场从栅绝缘体中去除正载流子。
按照实施例，处理器配置成施加具有大于栅绝缘体的击穿电压的90％的幅值的偏置电压。
按照实施例，辐射检测器还包括加热组件，其配置成加热栅绝缘体。
按照实施例，电子系统包括：电压比较器，配置成将辐射吸收层的电触点的电压与第一阈值进行比较；计数器，配置成记录辐射吸收层所吸收的辐射粒子的数量；控制器；伏特计；其中，控制器配置成从电压比较器确定电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值的时间开始时间延迟；控制器配置成在时间延迟到期时使伏特计测量电压；控制器配置成通过将伏特计所测量的电压除以单个辐射粒子对电触点所引起的电压来确定辐射粒子的数量；控制器配置成使计数器所记录的数量增加辐射粒子的数量。
按照实施例，控制器包括晶体管。
按照实施例，电压比较器包括晶体管。
按照实施例，辐射检测器还包括电容器，其电连接到辐射吸收层的电触点，其中电容器配置成收集来自辐射吸收层的电触点的载流子。
按照实施例，控制器配置成在时间延迟开始时停用电压比较器。
按照实施例，第一阈值为单个光子对辐射吸收层的电触点所生成的电压的5-10％。
【附图说明】
图1示意示出按照实施例的辐射检测器的截面图。
图2A和图2B各示意示出MOSFET。
图3A示意示出MOSFET的栅绝缘体中的空穴累积的过程。
图3B和图3C各示意示出按照实施例、从因空穴累积引起的性能损失来恢复MOSFET。
图4A和图4B示意示出按照实施例、恢复辐射检测器100的性能。
图5A和图5B各示意示出按照实施例的开关404的原理框图。
图6A示意示出按照实施例的辐射检测器的详细截面图。
图6B示意示出按照实施例的辐射检测器的备选详细截面图。
图7A和图7B各示出按照实施例的电子系统的组件图。
图8示意示出按照实施例、通过入射到二极管或电阻器上的一个或多个光子所生成的载流子所引起的电极或电触点的电压的时间变化。
【具体实施方式】
图1示意示出按照实施例的辐射检测器100的截面图。辐射检测器100可包括辐射吸收层110和电子层120(例如ASIC)，以用于处理或分析入射辐射在辐射吸收层110中生成的电信号。辐射检测器100可以或者可以不包括闪烁器。辐射吸收层110可包括半导体材料，例如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其组合。半导体对感兴趣辐射可具有高质量衰减系数。
电子层120可包括电子系统(例如图7A或图7B中的121)，其配置成处理辐射吸收层110中生成的电信号。电子系统可包括一个或多个晶体管。例如，电子系统可具有一个或多个晶体管(例如MOSFET(互补金属氧化物半导体))。取决于负责使电流在MOSFET中流动的一次载流子的类型，它可以是分别在图2A和图2B所示的NMOS(n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管)或PMOS(p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管)。
图2A和图2B各示意示出MOSFET 210，其中图2A所示的MOSFET 210为NMOS，以及图2B所示的MOSFET 210为PMOS。MOSFET 210可包括半导体衬底212、源极214、漏极216、栅绝缘体218、源极214上的源电极215、漏极216上的漏电极217、栅绝缘体218上的栅电极222以及沟道区225。
半导体衬底212可包括半导体材料，例如p型Si或者任何其他适当半导体材料。半导体衬底212可在正常操作期间经由体端子224D接地或者连接到源极214或电源。
源极214和漏极216可以是采用p或n型掺杂剂所掺杂的区域，以及沟道区225可将源极214与漏极216分离。在图2A的示例中，源极214和漏极216是半导体衬底212中嵌入的掺杂区，其具有与半导体衬底212的掺杂类型相反的掺杂类型。在图2A的示例中，源极214和漏极216采用n型掺杂剂来重掺杂，以及半导体衬底212为p型。词语“重掺杂”不是程度术语。重掺杂半导体具有与金属相当的电导率，并且呈现基本上线性正热系数。在图2A的示例中，沟道区225可以是半导体衬底212的组成部分。如图2B所示，PMOS还可包括半导体衬底212中嵌入的扩散阱213，其具有与半导体衬底212的掺杂类型(例如p型)相反的掺杂类型(例如n型)。在图2B的示例中，源极214和漏极216是扩散阱213嵌入的掺杂区，其具有扩散阱213的掺杂类型相反的掺杂类型。在图2B的示例中，源极214和漏极216采用p型掺杂剂来重掺杂，以及扩散阱213和半导体衬底212分别为n型和p型。在图2B的示例中，PMOS的沟道区225可以是扩散阱213的一部分。对于NMOS和PMOS，PN结在掺杂区(即，源极214、漏极216)与沟道区225之间以及在掺杂区(即，源极214、漏极216)与扩散阱213(在PMOS的情况下)或者半导体衬底212(在NMOS的情况下)之间来形成。源极214和漏极216因PN结的耗尽区而相互电隔离。源电极215和漏电极217可包括导电材料(例如金属)。源电极215可在正常操作期间经由源极端子224A来连接到电压源(例如电源)或者接地。漏电极217可在正常操作期间经由漏极端子224B来连接到电压源(例如电源)或者将信号输出到其他电子器件(例如电子系统中的另一个MOSFET、电阻器、电容器等)。
栅绝缘体218可以是夹合在沟道区225与栅电极222之间的适当绝缘体(例如SiO2、Si3N4)。栅电极222可包括多晶硅或金属(例如铝)。栅电极222可通过栅绝缘体218与沟道区225电绝缘。栅电极222可在正常操作期间经由栅极端子224C来连接到电压源(例如电源)或者从其他电子器件(例如电子系统中的另一个MOSFET、电阻器或电容器)来接收输入信号。
当栅电压VG(即，栅电极222上相对源极214或半导体衬底212的偏置电压)经由栅极端子224C来施加到栅电极222上，沟道区225的导电特性能够因栅电压VG所产生的沟道区225中的电场而改变。当栅电压VG达到MOSFET 210的阈值VT(例如，VT对NMOS为正而对PMOS为负)时，充分强的电场在沟道区225中产生，以便将足够一次载流子(例如对NMOS为电子、对PMOS为空穴)吸引到沟道区225与栅绝缘体218之间的接口，因此形成源极214与漏极216之间的导电沟道226(即，对NMOS为n沟道、对PMOS为p沟道)。导电沟道226允许电流在源极214与漏极216之间流动，以及栅电压VG能够控制流经导电沟道226的电流。栅绝缘体218在MOSFET 210的正常操作期间帮助防止导电沟道226中的电流流入和流出栅电极222。
图3A示意示出MOSFET 210的栅绝缘体218中的空穴累积的过程。空穴累积是一种类型的辐射损坏，其能够因辐射感应电荷俘获而对MOSFET发生。当辐射检测器100暴露于辐射粒子时，辐射粒子的一部分可到达电子层120，并且由栅绝缘体218吸收。负和正载流子对(例如电子10和空穴20对)可在辐射粒子的吸收时在栅绝缘体218中生成。这些电子10和空穴20的一部分可重新组合；而其他电子和空穴可从栅绝缘体218逸出。电子10因其比空穴20要高的迁移率而比空穴20更易于从栅绝缘体218逸出。空穴20的一部分可通过空穴陷阱30(例如晶格缺陷)来俘获，并且在栅绝缘体218中累积。在对辐射的暴露的某个时间段(例如数周、数月等)之后，栅绝缘体218中的空穴累积可使MOSFET 210的性能在质量上退化。例如，栅绝缘体218中的所累积空穴20可创建永久栅偏置，其引起阈值电压VT的偏移。栅偏置在MOSFET 210为NMOS时可使MOSFET 210更易于接通，并且在MOSFET 210为PMOS时使MOSFET210更难以接通。一些自愈过程可随时间推移而在栅绝缘体218中发生，但是自愈的效果可能不够显著以克服因空穴累积引起的MOSFET 210的总体性能损失。
图3B示意示出按照实施例、通过隧穿从因空穴累积引起的性能损失来恢复MOSFET210。电场E可施加于栅绝缘体218。当电场E足够强时，所俘获空穴20可通过克服空穴陷阱30的能量势垒从空穴陷阱30逸出，并且最终漂移到沟道区225中。随时间推移，栅绝缘体218中累积的空穴20大部分(例如80％、90％、99％等)可从栅绝缘体218中去除。
图3C示意示出按照实施例、通过热激发从因空穴累积引起的性能损失来恢复MOSFET 210。栅绝缘体218可在高温(例如100℃、200℃或以上)下退火。所俘获空穴20可具有充分热能，以通过克服空穴陷阱30的能量势垒从空穴陷阱30逸出，并且最终漂移到沟道区225中。随时间推移，栅绝缘体218中累积的空穴20大部分(例如80％、90％、99％等)可从栅绝缘体218中去除。
图4A和图4B示意示出按照实施例、恢复辐射检测器100的性能。辐射检测器100的电子层120可包括一个MOSFET 210(或者如图4A和图4B所示的多个MOSFET 210)，其中具有其栅绝缘体218内的辐射感应空穴累积(如图3A所示)。去除栅绝缘体218中的空穴可通过建立跨栅绝缘体218的电场(即，图3B所示的隧穿机制)进行。在实施例中，建立跨栅绝缘体218的电场可通过在MOSFET 210的栅电极222上施加偏置电压VG,R(例如通过图4A和图4B中的电压源402所提供)来实现。偏置电压VG,R可针对MOSFET 210的源极214、漏极216或半导体衬底212。例如，MOSFET 210的源极214、漏极216或半导体衬底212各自可连接到另一个电压源(具有与偏置电压VG,R不同的电位)或者可接地。在实施例中，MOSET 210的源极214和漏极216可处于相同电位。在图4A和图4B的示例中，MOSFET 210的源极214、漏极216和半导体衬底212全部接地。偏置电压VG,R可具有足以从栅绝缘体218中去除栅绝缘体218中累积的空穴20的幅值。例如，偏置电压VG,R可具有低于栅绝缘体218的击穿电压但高于栅绝缘体218的击穿电压的某个百分比(例如>90％)的幅值。换言之，通过对MOSFET 210的栅电极222施加偏置电压VG,R，跨栅绝缘体218建立电场，并且电场足够强以在某个时间段(例如一小时、一天)之内从栅绝缘体218中去除栅绝缘体218中累积的空穴的大部分(例如80％、90％、99％等)。
辐射检测器100可包括开关404和处理器403。开关404可配置成在处理器403的控制下例如经由栅极端子224C将栅电极222与电压源402相连接。处理器403可配置成接收代码(例如密钥代码、密码)，确定代码的有效性，并且仅在确定代码的有效性之后对栅电极222施加偏置电压VG,R。辐射检测器100的每个副本可具有唯一代码。仅当与辐射检测器100的特定副本对应的有效代码被提供给处理器403时，处理器403才对栅电极222施加偏置电压VG,R(例如使用开关404)。例如，开关404可以是可重新配置开关网络，以及处理器403可基于代码来重新配置开关网络。仅当提供给处理器403的代码为有效时，处理器403才重新配置开关网络，使得偏置电压VG,R从电压源402施加到栅电极222。
在图4A所示的实施例中，偏置电压VG,R和栅电压VG均可由电压源402来提供，如图4A的示例所示。电压源402可以是可调整的，使得偏置电压VG,R的幅值和符号可例如在偏置电压VG,R与栅电压VG之间来调谐。施加到不同MOSFET 210中的栅电极222的偏置电压VG,R可以是不同的。
在图4B所示的实施例中，偏置电压VG,R可由电压源402来提供，以及栅电压VG可由另一个电压源409来提供。电压源402和电压源409可以不是可调整的。开关404可配置成对栅电极222施加来自电压源402的电压或者来自电压源409的电压。
在实施例中，辐射检测器100还可包括加热组件410，其配置成例如通过在恢复模式将电子层120加热到高温来对栅绝缘体218进行退火。高温可高于辐射检测器100的正常操作的环境温度。例如，高温可以为100℃、200℃及以上。
MOSFET 210的栅绝缘体218中累积的空穴可通过热激发(如图3C所示)从栅绝缘体218中去除。
图5A示意示出按照实施例的开关404的原理框图。开关404可具有限制器406。限制器406是一种电路，其配置成允许具有低于阈值的幅值的电压未受影响地通过，而将具有高于阈值的幅值的电压衰减成具有低于或等于阈值的幅值的电压。阈值可选择成使得在施加到栅电极222的偏置电压具有低于阈值的幅值时，偏置电压不足以从栅绝缘体318中去除所累积空穴。电压源402可提供足以从栅绝缘体中去除所累积空穴的电压VG,R。在辐射检测器100的正常操作期间，处理器403使开关404跨限制器406来引导电压VG,R，由此将VG,R限制到VG，并且对栅极222施加VG。在辐射检测器100的恢复期间，例如当提供有效代码时，处理器403使开关404对栅电极222施加电压VG,R，而没有通过限制器406对它进行限制。
图5B示意示出按照实施例的开关404的原理框图。电压源402可提供足以从栅绝缘体中去除所累积空穴的电压VG,R。在辐射检测器100的正常操作期间，处理器403使开关404把来自电压源409的电压VG施加到栅电极222。在辐射检测器100的恢复期间，例如当提供有效代码时，处理器403使开关404把来自电压源402的电压VG,R施加到栅电极222。
图6A示意示出按照实施例的辐射检测器100的详细截面图，辐射吸收层110可包括一个或多个二极管(例如p-i-n或p-n)，其通过第一掺杂区111以及第二掺杂区113的一个或多个分立区114所形成。第二掺杂区113可通过可选本征区112与第一掺杂区111分隔。分立区114通过第一掺杂区111或本征区112相互分隔。第一掺杂区111和第二掺杂区113具有相反类型的掺杂(例如，区域111为p型，而区域113为n型，或者区域111为n型，而区域113为p型)。在图6A的示例中，第二掺杂区113的分立区114的每个与第一掺杂区111以及可选本征区112形成二极管。即，在图6A的示例中，辐射吸收层110具有多个二极管，其具有作为共享电极的第一掺杂区111。第一掺杂区111还可具有分立部分。
当来自辐射源的辐射照射辐射吸收层110(其包括二极管)时，辐射光子可被吸收，并且通过多个机制来生成一个或多个载流子。载流子可在电场下漂移到二极管之一的电极。该电场可以是外部电场。电触点119B可包括分立部分，其每个与分立区114进行电接触。术语“电触点”可与词语“电极”可互换地使用。在实施例中，载流子可沿这样的方向漂移，使得辐射的单个粒子所生成的载流子基本上没有由两个不同分立区114所共享(“基本上没有共享”在这里表示这些载流子的不到2％、不到0.5％、不到0.1％或者不到0.01％流动到分立区114中与载流子的其余部分不同的分立区114)。通过在这些分立区114之一的占用面积周围入射的辐射的粒子所生成的载流子基本上没有与这些分立区114的另一个共享。辐射检测器100可包括像素阵列，并且阵列中的每个像素可与分立区114关联。阵列中的像素可以是分立区114周围与像素关联的区域，其中通过入射到其上的辐射的粒子所生成的基本上全部(超过98％、超过99.5％、超过99.9％或者超过99.99％)载流子流动到所述分立区114。
即，这些载流子的不到2％、不到1％、不到0.1％或者不到0.01％流动到所述像素之外。
如图6B的辐射检测器100的备选详细截面图所示，按照实施例，辐射吸收层110可包括半导体材料(例如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其组合)的电阻器，但是没有包括二极管。半导体对感兴趣辐射可具有高质量衰减系数。
当辐射照射辐射吸收层110(其包括电阻器但没有包括二极管)时，它可被吸收，并且通过多个机制来生成一个或多个载流子。辐射的粒子可生成10至100000个载流子。载流子可在电场下漂移到电触点119A和119B。该电场可以是外部电场。电触点119B包括分立部分。在实施例中，载流子可沿多个方向漂移，使得辐射的单个粒子所生成的载流子基本上没有由电触点119B的两个不同分立部分所共享(“基本上没有共享”在这里表示这些载流子的不到2％、不到0.5％、不到0.1％或者不到0.01％流动到分立部分中与载流子的其余部分不同的分立部分)。通过在电触点119B的这些分立部分之一的占用面积周围入射的辐射的粒子所生成的载流子基本上没有与电触点119B的这些分立部分的另一个共享。与电触点119B的分立部分关联的阵列中的像素可以是分立部分周围的一个区域，其中入射到其上的辐射的粒子所生成的基本上全部(超过98％、超过99.5％、超过99.9％或者超过99.99％)载流子流动到电触点119B的分立部分。即，这些载流子的不到2％、不到0.5％、不到0.1％或者不到0.01％流动到与所述电触点119B的所述一个分立部分关联的所述像素之外。
电子层120可包括电子系统121，其适合于处理或解释入射到辐射吸收层110上的辐射所生成的信号。电子系统121可包括模拟电路(例如滤波器网络、放大器、积分器和比较器)或者数字电路(例如微处理器和内存)。电子系统121可包括一个或多个ADC。电子系统121可包括像素所共享的组件或者专用于单个像素的组件。例如，电子系统121可包括专用于每个像素的放大器以及在全部像素之间共享的微处理器。电子系统121可通过通孔131电连接到像素。通孔之间的空间可填充有填充材料130，其可增加电子层120到辐射吸收层110的连接的机械稳定性。将电子系统121连接到像素而没有使用通孔的其他接合技术是可能的。
图7A和图7B各示出按照实施例的电子系统121的组件图。电子系统121可包括电压比较器301、计数器320、开关305、伏特计306和控制器310。
电压比较器301配置成将二极管的电极的电压与第一阈值进行比较。二极管可以是通过第一掺杂区111、第二掺杂区113的分立区114之一以及可选本征区112所形成的二极管。备选地，电压比较器301配置成将电触点(例如电触点119B的分立部分)的电压与第一阈值进行比较。电压比较器301可配置成直接监测电压，或者通过对某个时间段对流经二极管或电触点的电流求积分来计算电压。电压比较器301可由控制器310可控地启动或停用。电压比较器301可以是连续比较器。即，电压比较器301可配置成连续被启动，并且连续监测电压。配置为连续比较器的电压比较器301降低系统121错过入射光子所生成的信号的机会。当入射辐射强度较高时，配置为连续比较器的电压比较器301是特别适合的。电压比较器301可以是钟控比较器，其具有更低功率消耗的有益效果。配置为钟控比较器的电压比较器301可能使系统121错过一些入射光子所生成的信号。当入射辐射强度较低时，错过入射光子的机会较低，因为两个连续光子之间的时间间隔较长。因此，当入射辐射强度较低时，配置为钟控比较器的电压比较器301是特别适合的。第一阈值可以是单个入射辐射光子可在二极管的电极或者电阻器的电触点上生成的电压的5-10％、10％-20％、20-30％、30-40％或40-50％。最大电压可取决于入射光子的能量、辐射吸收层110的材料和其他因素。例如，第一阈值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
电压比较器301可包括一个或多个运算放大器或者任何其他适当电路。电压比较器301可具有高速度，以允许系统121在入射辐射的高通量下操作。但是，具有高速度常常以功率消耗为代价。
计数器320配置成记录到达二极管或电阻器的光子的数量。计数器320可以是软件组件(例如计算机内存中存储的数值)或硬件组件(例如4017IC和7490IC)。
控制器310可以是硬件组件，例如微控制器或者微处理器。控制器310配置成从电压比较器301确定电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值(例如，电压的绝对值从低于第一阈值的绝对值增加到等于或高于第一阈值的绝对值的值)的时间开始时间延迟。在这里使用绝对值，因为电压可以为负或正，这取决于是二极管的阴极还是阳极的电压或者使用哪一个电触点。控制器310可配置成在电压比较器301确定电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值的时间之前保持停用电压比较器301的操作不要求的计数器320和任何其他电路。时间延迟可在电压变稳定、即电压的变化率基本上为零之前或之后到期。词语“电压的变化率基本上为零”表示电压的时间变化小于0.1％/ns。词语“电压的变化率基本上为非零”表示电压的时间变化至少为0.1％/ns。
术语“启动”表示使组件进入操作状态(例如通过发送诸如电压脉冲或逻辑电平之类的信号、通过提供电力等)。术语“停用”表示使组件进入非操作状态(例如通过发送诸如电压脉冲或逻辑电平之类的信号、通过切断电力等)。操作状态可具有比非操作状态要高的功率消耗(例如高10倍、高100倍、高1000倍)。控制器310本身可停用，直到电压比较器301的输出在电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值时启动控制器310。
控制器310可配置成在时间延迟到期时使伏特计306测量电压。控制器310可配置成将电极或电触点连接到电接地，以便重置电压，并且排放电极或电触点上累积的任何载流子。在实施例中，电极或电触点在时间延迟到期之后连接到电接地。在实施例中，电极或电触点连接到电接地有限重置时间段。控制器310可通过控制开关305将电极或电触点连接到电接地。开关可以是晶体管(例如场效应晶体管(FET))。
在实施例中，系统121没有模拟滤波器网络(例如RC网络)。在实施例中，系统121没有模拟电路。
伏特计306可将所测量的电压作为模拟或数字信号来馈送给控制器310。
系统121可包括电容器模块309，其电连接到二极管的电极或者电触点，其中电容器模块配置成收集来自电极或电触点的载流子。电容器模块能够包括放大器的反馈路径中的电容器。这样配置的放大器称作电容互阻抗放大器(CTIA)。CTIA通过阻止放大器饱和而具有高动态范围，并且通过限制信号路径中的带宽来改进信噪比。来自电极或电触点的载流子对某个时间段(“积分周期”)(例如，如图8所示，在t0与t1之间)在电容器上累积。在积分周期已经到期之后，电容器电压被取样，并且然后通过复位开关来复位。电容器模块能够包括直接连接到电极或电触点的电容器。
图8示意示出按照实施例、通过入射到二极管或电阻器上的一个或多个光子所生成的载流子所引起的电极或电触点的电压的时间变化。电压可以是电流相对时间的积分。一个或多个光子在时间t0开始照射二极管或电阻器，载流子在二极管或电阻器中开始生成，电流开始流经二极管的电极或者电阻器的电触点，并且电极或电触点的电压的绝对值开始增加。在时间t1，电压比较器301确定电压的绝对值等于或超过第一阈值V1的绝对值，以及控制器310开始时间延迟TD1，并且控制器310可在TD1开始时停用电压比较器301。如果在t1之前停用控制器310，则在t1启动控制器310。在时间ts，时间延迟TD1到期。光子可在整个TD1中继续照射二极管或电阻器。
控制器310可配置成在时间延迟TD1到期时使伏特计306测量电压。由伏特计306所测量的电压Vt与入射光子从t0至ts所生成的载流子量成比例，其涉及入射光子的总能量。当入射光子具有相似能量时，控制器310可配置成通过将Vt除以单个光子对电极或电触点所引起的电压来确定从t0至ts的入射光子的数量。控制器310可将计数器320增加光子数量。
在TD1到期之后，控制器310将电极或电触点连接到电接地复位周期RST，以允许电极或电触点上累积的载流子流动到接地，并且重置电压。在RST之后，系统121准备好检测另一个入射光子。如果电压比较器301已经停用，则控制器310能够在RST到期之前的任何时间将它启动。如果控制器310已经停用，则它可在RST到期之前被启动。
在实施例中，电子系统121的一个或多个组件(例如控制器310、电压比较器301、计数器320等)可包括一个或多个MOSFET 210，其随时间推移可能遭受辐射损坏。一个或多个MOSFET 210的性能可使用这里所述的方法来恢复。
虽然本文公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例对本领域的技术人员将是显而易见的。本文所公开的各个方面和实施例是为了便于说明而不是要进行限制，其真实范围和精神通过以下权利要求书来指示。
Claims (29)
1.一种恢复辐射检测器的性能的方法，
所述辐射检测器包括：
辐射吸收层，配置成吸收入射到其上的辐射粒子，并且基于所述辐射粒子来生成电信号；
电子系统，配置成处理所述电信号，所述电子系统包括晶体管，所述晶体管包括栅绝缘体，其中因所述栅绝缘体对辐射的暴露而累积正载流子；
所述方法包括：
通过建立跨所述栅绝缘体的电场从所述栅绝缘体中去除所述正载流子。
2.如权利要求第1项所述的方法，其中，去除所述正载流子包括对所述栅绝缘体进行退火。
3.如权利要求第1项所述的方法，还包括：
接收代码；
确定所述代码是否有效；
其中所述正载流子仅当所述代码为有效时才从所述栅绝缘体中去除。
4.如权利要求第1项所述的方法，其中，所述晶体管包括栅电极，其中建立所述电场包括在所述栅电极上施加偏置电压。
5.如权利要求第4项所述的方法，其中，在所述栅电极上施加所述偏置电压包括将所述栅电极连接到电压源。
6.如权利要求第4项所述的方法，其中，在所述栅电极上施加所述偏置电压包括通过限制器来限制所述偏置电压。
7.如权利要求第4项所述的方法，其中，所述晶体管包括源极和漏极，其中所述栅电极上的所述偏置电压针对所述源极或所述漏极。
8.如权利要求第7项所述的方法，其中，所述源极和所述漏极处于相同电位。
9.如权利要求第4项所述的方法，其中，所述偏置电压具有低于所述栅绝缘体的击穿电压的幅值。
10.如权利要求第4项所述的方法，其中，所述偏置电压具有大于所述栅绝缘体的击穿电压的90％的幅值。
11.如权利要求第1项所述的方法，其中，所述晶体管是MOSFET。
12.如权利要求第1项所述的方法，其中，所述电子系统包括：
电压比较器，配置成将所述辐射吸收层的电触点的电压与第一阈值进行比较；
计数器，配置成记录所述辐射吸收层所吸收的辐射粒子的数量；
控制器；
伏特计；
其中所述控制器配置成从所述电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第一阈值的绝对值的时间开始时间延迟；
其中所述控制器配置成在所述时间延迟到期时使所述伏特计测量所述电压；
其中所述控制器配置成通过将所述伏特计所测量的所述电压除以单个辐射粒子对所述辐射吸收层的所述电触点所引起的电压来确定辐射粒子的数量；
其中所述控制器配置成使所述计数器所记录的所述数值增加辐射粒子的所述数量。
13.如权利要求第12项所述的方法，其中，所述控制器包括所述晶体管。
14.如权利要求第12项所述的方法，其中，所述电压比较器包括所述晶体管。
15.如权利要求第12项所述的方法，其中，所述辐射检测器还包括电容器，其电连接到所述辐射吸收层的所述电触点，其中所述电容器配置成收集来自所述辐射吸收层的所述电触点的载流子。
16.如权利要求第12项所述的方法，其中，所述控制器配置成在所述时间延迟开始时停用所述电压比较器。
17.如权利要求第12项所述的方法，其中，所述第一阈值为单个光子对所述辐射吸收层的所述电触点所生成的电压的5-10％。
18.一种辐射检测器，包括：
辐射吸收层，配置成吸收入射到其上的辐射粒子，并且基于所述辐射粒子来生成电信号；
电子系统，配置成处理所述电信号，所述电子系统包括晶体管，所述晶体管包括栅绝缘体，其中因所述栅绝缘体对辐射的暴露而累积正载流子；以及
处理器，配置成通过建立跨所述栅绝缘体的电场从所述栅绝缘体中去除所述正载流子。
19.如权利要求第18项所述的辐射检测器，其中，所述处理器配置成通过对所述栅绝缘体进行退火从所述栅绝缘体中去除所述正载流子。
20.如权利要求第18项所述的辐射检测器，其中，所述处理器配置成接收代码，确定所述代码是否有效，并且仅当所述代码有效时从所述栅绝缘体中去除所述正载流子。
21.如权利要求第18项所述的辐射检测器，其中，所述晶体管包括栅电极，其中所述处理器配置成通过在所述栅电极上施加偏置电压以建立所述电场从所述栅绝缘体中去除所述正载流子。
22.如权利要求第21项所述的辐射检测器，其中，所述处理器配置成施加具有大于所述栅绝缘体的击穿电压的90％的幅值的所述偏置电压。
23.如权利要求第18项所述的辐射检测器，还包括加热组件，其配置成加热所述栅绝缘体。
24.如权利要求第18项所述的辐射检测器，其中，所述电子系统包括：
电压比较器，配置成将所述辐射吸收层的电触点的电压与第一阈值进行比较；
计数器，配置成记录所述辐射吸收层所吸收的辐射粒子的数量；
控制器；
伏特计；
其中所述控制器配置成从所述电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第一阈值的绝对值的时间开始时间延迟；
其中所述控制器配置成在所述时间延迟到期时使所述伏特计测量所述电压；
其中所述控制器配置成通过将所述伏特计所测量的所述电压除以单个辐射粒子对所述电触点所引起的电压来确定辐射粒子的数量；
其中所述控制器配置成使所述计数器所记录的所述数值增加辐射粒子的所述数量。
25.如权利要求第24项所述的辐射检测器，其中，所述控制器包括所述晶体管。
26.如权利要求第24项所述的辐射检测器，其中，所述电压比较器包括所述晶体管。
27.如权利要求第24项所述的辐射检测器，还包括电容器，其电连接到所述辐射吸收层的所述电触点，其中所述电容器配置成收集来自所述辐射吸收层的所述电触点的载流子。
28.如权利要求第24项所述的辐射检测器，其中，所述控制器配置成在所述时间延迟开始时停用所述电压比较器。
29.如权利要求第24项所述的辐射检测器，其中，所述第一阈值为单个光子对所述辐射吸收层的所述电触点所生成的电压的5-10％。
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