CN116601772A - X射线辐射传感器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种X射线辐射传感器装置(10、10')，包括：直接X射线转换层(800)；多个电极(100)，所述多个电极响应于直接X射线转换层(800)内的X射线光子的相互作用而提供电荷；多个像素传感器阵列(200a、...、200d)；以及至少一个中介层(300、300a、…、300d)。直接X射线转换层(800)和多个电极(100)设置在至少一个中介层(300、300a、…、300d)的顶表面(301)上。多个像素传感器阵列(200a、...、200d)设置在至少一个中介层(300、300a、…、300d)的底表面(302)上，并且至少一个中介层(300、300a、…、300d)被配置为将每个像素传感器阵列(200a、...、200d)电耦合到多个电极(100)的相应部分(110a、…、110d)。
Description
技术领域
本公开涉及一种X射线辐射传感器装置，该X射线辐射传感器装置可以在需要大型的辐射敏感传感器的X射线产品中使用。本公开还涉及一种使用X射线辐射进行医学诊断的装置。
背景技术
在X射线设备中，由X射线源发射的X射线辐射在穿过对象(例如人体组织)后被探测和评估。在X射线诊断中，多种应用(例如乳房X射线摄影术)需要大型的X射线辐射敏感传感器。传统的方法是提供X射线辐射敏感传感器作为CMOS传感器。然而，大尺寸的CMOS传感器存在一些问题。
由于晶粒的大面积、例如14.5cm×12cm，产量会受到工艺缺陷的严重影响，从而导致高产量损失。在标准的制造方法中，使用DFM规则构造传感器，该规则源自广泛的缺陷尺寸和密度研究。此外，需要大量的维护以保持缺陷密度得到控制。足够大的缺陷可能导致整个晶圆必须被丢弃。
另一个问题涉及在构造X射线辐射传感器时对晶圆的非有效面积利用。构造简单的大型晶粒(例如14.5cm×12cm)、如乳房X射线摄影术所要求的那样，意味着很大一部分晶圆面积不能被利用。例如，在乳房X射线摄影术中，对于8英寸的晶圆，仅利用了大约55％的晶圆。
此外，大尺寸的CMOS传感器的制造过程通常需要在制造过程中进行拼接。特别是，大于掩模版区域(reticle area)的大传感器区域需要金属线的拼接，因为X射线辐射传感器装置通常大于CMOS制造过程中的步进场(step field)的最大尺寸。这增加了制造的复杂性，并且因此增加了装置的最终成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种X射线辐射传感器装置，该X射线辐射传感器装置允许构造具有大的探测器面积的X射线传感器，同时避免了上述高产量损失、低面积利用率、需要拼接和高装置成本的缺点。
另一种要解决的技术问题在于，提供一种用于医学诊断的装置，该用于医学诊断的装置具有大型X射线传感器，该大型X射线传感器可以被制造同时避免上述产量损失、低面积利用率、需要拼接和高装置成本的问题。
权利要求1说明了X射线辐射传感器装置的第一实施例，该X射线辐射传感器装置允许简化其制造过程、提高产量并以低成本制造。
第一实施例的X射线辐射传感器装置包括直接X射线转换层、多个电极以及多个像素传感器阵列，所述多个电极响应于X射线转换层内的X射线光子的相互作用而提供电荷。X射线辐射传感器装置还包括至少一个中介层(interposer)，该中介层具有顶表面和底表面。直接X射线转换层设置在至少一个中介层的顶表面上。多个电极设置在至少一个中介层的顶表面上。多个像素传感器阵列设置在至少一个中介层的底表面上。至少一个中介层被配置为将每个像素传感器阵列电耦合到多个电极的相应部分。
所提出的X射线辐射传感器装置的第一实施例的设计允许构造可在四侧对接的X射线传感器装置。因此，可以使用小的像素传感器阵列来构造基于直接X射线转换原理的任意大的X射线辐射探测器、例如尺寸为掩模版区域。特别是，无需在敏感区域进行拼接即可构造完整的X射线辐射传感器装置。
至少一个中介层可以包含硅材料。至少一个硅中介层可以用于通过将像素传感器阵列连接到至少一个硅中介层的顶表面上的电极来将至少一个硅中介层的底表面上的像素传感器阵列耦合到X射线辐射。
根据X射线辐射传感器装置的第一实施例的可能配置，至少一个中介层包括多个第一导电路径，用于将每个像素传感器阵列电耦合到多个电极的相应部分。
每个像素传感器阵列包括多个像素读取单元。多个像素传感器阵列的每个像素读取单元被配置为响应于从多个电极的相应部分的相应电极接收的电荷而提供相应的电信号。相应的像素传感器阵列的每个像素读取单元通过第一导电路径中的相应一个第一导电路径而电连接到多个电极的相应部分的电极中的相应一个电极。
在权利要求4中说明了X射线辐射传感器装置的第二实施例，该X射线辐射传感器装置允许简化其制造过程、提高产量并以低成本制造。
第二实施例的X射线辐射传感器装置包括将X射线辐射转换为可见光的X射线转换层、多个像素传感器阵列和至少一个中介层，该中介层具有顶表面和底表面。X射线转换层设置在至少一个中介层的顶表面上。至少一个中介层包括多个光电二极管。多个像素传感器阵列设置在至少一个中介层的底表面上。至少一个中介层被配置为将每个像素传感器阵列电耦合到多个光电二极管的相应部分。
所提出的X射线辐射传感器装置的第二实施例的设计允许构造可在四侧对接的X射线传感器装置。因此，可以使用小的像素传感器阵列来构造基于间接X射线转换原理的任意大的X射线辐射探测器、例如尺寸为掩模版区域。特别是，无需在敏感区域进行拼接即可构造完整的X射线辐射传感器装置。
至少一个中介层可以包含硅材料。至少一个硅中介层可以用于通过将像素传感器阵列连接到至少一个硅中介层中的光电二极管来将至少一个硅中介层的底表面上的像素传感器阵列耦合到X射线辐射。
根据X射线辐射传感器装置的第二实施例的配置，至少一个中介层包括多个第一导电路径，用于将每个像素传感器阵列电耦合到多个光电二极管的相应部分。
根据X射线辐射传感器装置的第二实施例的另一种配置，每个像素传感器阵列包括多个像素读取单元。多个像素传感器阵列的每个像素读取单元被配置为响应于从多个光电二极管的相应部分的相应光电二极管接收的电荷而提供相应的电信号。相应像素传感器阵列的每个像素读取单元通过第一导电路径中的相应一个第一导电路径电连接到多个光电二极管的相应部分的光电二极管中的相应一个光电二极管。
根据X射线辐射传感器装置的第一和第二实施例的可能配置，至少一个中介层被配置为将多个像素传感器阵列中的至少第一像素传感器阵列和多个像素传感器阵列中的至少第二像素传感器阵列彼此电耦合。
根据X射线辐射传感器装置的第一和第二实施例的可能配置，至少一个中介层包括至少一个第二导电路径，用于将多个像素传感器阵列中的至少第一像素传感器阵列电连接到多个像素传感器阵列中的至少第二像素传感器阵列。这意味着，使用至少一个中介层来提供小的像素传感器阵列之间的连接。
根据X射线辐射传感器装置的第一和第二实施例的可能配置，传感器装置包括至少一个集成电路。至少一个集成电路被配置为评估多个像素传感器阵列的像素读取单元的相应的电信号。至少一个集成电路被配置为响应于对多个像素传感器阵列的像素读取单元的相应电信号的评估而提供输出信号。
至少一个中介层被配置为将至少一个集成电路电耦合到多个像素传感器阵列中的每个像素传感器阵列。至少一个中介层包括多个第三导电路径，用于将至少一个集成电路电连接到多个像素传感器阵列中的每个像素传感器阵列。这意味着，至少一个中介层被用于提供像素传感器阵列和至少一个集成电路之间的电连接。
根据X射线辐射传感器装置的第一和第二实施例的可能配置，至少一个集成电路设置在至少一个中介层的底表面上。在这种情况下，X射线辐射传感器装置被配置为可在四侧对接。
根据X射线辐射传感器装置的第一和第二实施例的可能配置，传感器装置包括多个所述至少一个中介层。每个像素传感器阵列设置在多个所述至少一个中介层中的相应一个中介层的底表面上。多个所述至少一个中介层并排地布置。
根据X射线辐射传感器装置的第一实施例的可能配置，多个电极的每个部分设置在多个所述至少一个中介层中的相应一个中介层的顶表面上。设置在并排地布置的多个所述至少一个中介层的顶表面上的多个电极的相应部分彼此邻接而在其之间不形成间隙。
因此，可以使用小的像素传感器阵列构造任意大的X射线辐射传感器装置。
根据X射线辐射传感器装置的第一和第二实施例的可能配置，传感器装置包括支撑基板。多个像素传感器阵列和至少一个集成电路安装到该支撑基板。
在权利要求18中说明了一种用于医学诊断的装置。
用于医学诊断的装置包括X射线探测器，该X射线探测器包括多个根据如上所述的实施例之一的X射线辐射传感器装置。用于医学诊断的装置可以被配置为X射线设备或者尤其被配置为计算机断层扫描仪。
X射线辐射传感器装置的附加的特征和优点在下面的详细描述中阐述。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都只是示例性的，并且旨在提供用于理解权利要求的性质和特征的概述或框架。
附图说明
附图用于提供进一步的理解，并且纳入并构成说明书的一部分。因此，从以下结合附图的详细描述中更充分地理解本公开，在附图中：
图1A示出了包括大型CMOS X射线辐射传感器的晶圆的俯视图；
图1B示出了包括CMOS X射线辐射传感器的晶圆的横截面图；
图2A示出了基于直接X射线转换原理的X射线辐射传感器装置的第一实施例的可能配置，该X射线辐射传感器装置使用用于将像素传感器阵列连接到电极、用于将像素传感器阵列彼此连接以及用于将像素传感器阵列连接到至少一个集成电路的中介层；
图2B示出了包括X射线辐射传感器装置的第一实施例的X射线探测器的俯视图；
图3示出了X射线辐射传感器装置的第一实施例的另一种可能配置，该X射线辐射传感器装置包括用于将像素传感器阵列连接到电极、用于将像素传感器阵列彼此连接以及用于将像素传感器阵列连接到集成电路的中介层；
图4示出了基于间接X射线转换原理的X射线辐射传感器装置的第二实施例的可能配置，该X射线辐射传感器装置使用用于将像素传感器阵列连接到光电二极管、用于将像素传感器阵列彼此连接以及用于将像素传感器阵列连接到至少一个集成电路的中介层；
图5示出了X射线辐射传感器装置的第二实施例的另一种可能配置，该X射线辐射传感器装置包括用于将像素传感器阵列连接到光电二极管、用于将像素传感器阵列彼此连接以及用于将像素传感器阵列连接到集成电路的中介层；并且
图6示出了用于医学诊断的装置的实施例，该用于医学诊断的装置包括X射线探测器，该X射线探测器包括多个X射线辐射传感器装置。
具体实施方式
图1A示出了包括大尺寸CMOS传感器1000的晶圆1500的俯视图。传感器1000包括辐射敏感区域1200，该辐射敏感区域包括多个电极1100，所述多个电极响应于覆盖辐射敏感区域的直接X射线转换层内的X射线光子的相互作用而提供电荷。多个集成电路1300布置在辐射敏感区域1200的一侧。
图1B示出了CMOS X射线辐射传感器1000的横截面图。如图1B所示，辐射敏感区域1200嵌入到晶圆1500的顶表面中。当X射线辐射的光子撞击直接X射线转换层时分别提供电荷的多个电极1100分布在辐射敏感区域1200上。每个电极1100电连接到辐射敏感区域1200的相应像素，以便响应于从与像素连接的电极接收的电荷而提供电信号。
X射线辐射敏感区域1200的像素读取单元通过导电路径1400连接到集成电路1300。集成电路1300通过连接元件电连接到导电路径1400。集成电路1300可以被配置为多通道模数转换器，用于响应于从辐射敏感区域1200的像素读取单元接收的电信号而生成数字输出信号。在接合区域1600处提供数字输出信号用于进一步处理。
在用于构造大尺寸传感器的CMOS过程中使用辐射敏感区域1200中的拼接来构造大尺寸CMOS传感器1000。然而，对拼接的需要增加了制造过程的复杂性。此外，由于晶粒的大尺寸，如图1A和图1B所示，此类产品的产量会受到工艺缺陷的显著影响。辐射敏感区域1200中的足够大的缺陷可能导致整个X射线辐射传感器1000变得无法使用。
集成电路1300、例如多通道ADC，可以在与用于辐射敏感区域1200的工艺不同的工艺中制造。特别是，集成电路1300可以使用更复杂的工艺制造，并且由于所实施的电子器件的数量而更容易出现缺陷。总之，如图1A和图1B所示，CMOS传感器1000的配置具有显著的产量损失、晶圆的不良面积利用率，并且附加地以复杂的制造工艺在辐射敏感区域中使用拼接进行制造。
图2A示出了基于直接X射线转换原理的X射线辐射传感器装置10的第一实施例。X射线辐射传感器装置10包括多个电极100、多个像素传感器阵列200a、200b、200c和200d以及多个中介层300a、300b、300c和300d。X射线辐射传感器装置10还包括覆盖多个电极100的直接X射线转换层800。电极100被配置为响应于直接X射线转换层800内的X射线光子的相互作用而提供电荷。
每个中介层300a、300b具有顶表面301和底表面302。如图2A所示，直接X射线转换层800和多个电极100设置在每个中介层300a、...、300d的顶表面301上。电极100可以集成/嵌入到每个中介层300a、…、300d的材料中。像素传感器阵列200a、...、200d设置在每个中介层300a、...、300d的相应的底表面302上。
中介层300a、…、300d分别被配置为将每个像素传感器阵列200a、200b、200c、200d电耦合到多个电极100的相应部分110a、110b、110c、110d。电极100的每个部分110a、…、110d布置在中介层300a、…、300d中的相应一个中介层的顶表面301上。电极100的每个部分100a、…、100d可以集成/嵌入到每个中介层300a、…、300d的材料中。
中介层300a、...、300d可以被配置为硅中介层，即所述中介层包含硅材料。硅中介层用于将像素传感器阵列200a、...、200d连接到辐射、即电极100。
每个中介层300a、...、300d包括多个第一导电路径，用于将每个像素传感器阵列200a、...、200d电耦合到电极100的相应部分110a、...、110d。
像素传感器阵列200a、…、200d分别包括多个像素读取单元201。相应的像素传感器阵列200a、...、200d的像素读取单元201通过第一导电路径中的相应一个第一导电路径电连接到多个电极的部分110a、...、110d的电极100中的相应一个电极。第一导电路径集成在每个中介层300a、...、300d中。
每个中介层300a、…、300d被配置为将像素传感器阵列200a、…、200d彼此电耦合。为此，每个中介层300a、…、300d包括相应的第二导电路径320，用于将像素传感器阵列彼此电连接。
多个像素传感器阵列200a、…、200d的每个像素读取单元201被配置为响应于从电极的部分110a、…、110d的相应电极100接收的电荷而提供相应的电信号、例如电流或电压信号，。
如图2A所示，X射线辐射传感器装置10包括至少一个集成电路400。至少一个集成电路400被配置为评估像素读取单元201的相应电信号，并且响应于对像素读取单元201的相应电信号的评估而提供输出信号。
至少一个集成电路400可以被配置为对像素读取单元201的相应电信号执行感测、信号转换、处理和/或传输。特别是，至少一个集成电路可以被配置为多通道模数转换器(mADC)。
每个中介层300a、…、300d被配置为将至少一个集成电路400电耦合到每个像素传感器阵列200a、…、200d。为此，中介层300a、…、300d可以包括第三导电路径330，用于将至少一个集成电路400电连接到每个像素传感器阵列200a、…、200d。
中介层300a、...、300d并排地布置。设置在并排地布置的中介层的顶表面301上的电极100的相应部分110a、…、110d彼此邻接而在其之间不形成间隙。因此，可以构造大型辐射传感器。
X射线辐射传感器装置10包括支撑基板500。像素传感器阵列200a、...、200d和至少一个集成电路400安装到该支撑基板500。至少一个集成电路400可以通过接合通孔600电连接到支撑基板500上的接合区域。
图2B示出了包括多个X射线辐射传感器10的X射线探测器20的俯视图。所提出的X射线辐射传感器装置10的方法允许构造大的辐射敏感区域，设置在中介层的顶表面301上的电极100的相应部分110a、...、110d彼此邻接而在其之间不形成间隙。
图3示出了基于直接X射线转换原理的X射线辐射传感器装置的第一实施例10'的另一种配置。X射线辐射传感器装置10和10'的相同部件以相同的附图标记表示。
X射线辐射传感器装置10'包括多个电极100、多个像素传感器阵列200a、200b、200c和200d以及具有顶表面301和底表面302的中介层300。X射线辐射传感器装置10'还包括覆盖电极100的直接X射线转换层800。电极100响应于直接X射线转换层800内的X射线光子的相互作用而提供电荷。直接X射线转换层800和电极100设置在中介层300的顶表面301上。电极100可以集成/嵌入到中介层300的材料中。像素传感器阵列200a、...、200d设置在中介层300的底表面302上。
中介层300被配置为将每个像素传感器阵列200a、200b、200c和200d电耦合到多个电极100的相应部分110a、110b、110c和110d。中介层300可以被配置为包含硅材料的硅中介层。
如图3所示，中介层300包括多个第一导电路径310，用于将每个像素传感器阵列200a、...、200d电耦合到多个电极100的相应部分110a、...、110d。
每个像素传感器阵列200a、...、200d包括多个像素读取单元201。相应的像素传感器阵列200a、...、200d的每个像素读取单元201通过第一导电路径310中的相应一个第一导电路径电连接到多个电极的部分110a、...、110d的电极100中的相应一个电极。
此外，中介层300被配置为将像素传感器阵列200a、...、200d彼此电耦合。特别是，中介层300包括第二导电路径320，用于将像素传感器阵列200a、...、200d彼此电连接。
像素传感器阵列200a、...、200d的每个像素读取单元201被配置为响应于从多个电极100的相应部分110a、...、110d的相应电极100接收的电荷而提供相应的电信号。
X射线辐射传感器装置10'包括至少一个集成电路400。至少一个集成电路400被配置为评估多个像素传感器阵列200a、...、200d的像素读取单元201的相应电信号。至少一个集成电路400被配置为响应于对多个像素传感器阵列200a、...、200d的像素读取单元201的相应电信号的评估而提供输出信号。
至少一个集成电路400被配置为对多个像素传感器阵列200a、...、200d的像素读取单元201的相应电信号执行感测、信号转换、处理和/或传输。至少一个集成电路400可以被配置为例如多通道模数转换器(mADC)。
中介层300被配置为将至少一个集成电路400电耦合到多个像素传感器阵列200a、...、200d中的每个像素传感器阵列。特别是，中介层300包括多个第三导电路径330，用于将至少一个集成电路400电连接到每个像素传感器阵列200a、...、200d。
如图3所示，与图2A的X射线辐射传感器装置1的方法相反，根据X射线辐射传感器装置1'的实施例10'，至少一个集成电路400设置在中介层300的底表面302上。这使得能够提供作为可在四侧对接的装置的X射线辐射传感器10'。此外，如图3所示，多个电极100的部分110a、...、110d可以并排地布置在中介层300的顶表面301上而在其之间没有间隙。这允许实现大的X射线辐射敏感区域。
对于外部连接，X射线辐射传感器装置可以包括连接元件700、例如焊料凸点。至少一个集成电路400可以通过嵌入中介层300中的第四导电路径340连接到连接元件700。
图4和图5示出了X射线辐射传感器装置的第二实施例的可能配置。与第一实施例相反，第二实施例的X射线辐射传感器装置10”、10”'基于间接X射线转换原理。X射线辐射传感器装置10、10'、10”和10”'的相同部件以相同的附图标记表示。下面仅描述与X射线辐射传感器装置的第一实施例10、10'的不同之处。另外，关于各部件的布置和功能，请参考结合图2A和图3的解释。
参照图4，X射线辐射传感器装置10”包括用于将X射线辐射转换为可见光的X射线转换层800'、多个像素传感器阵列200a、...、200d以及具有顶表面301和底表面302的中介层300。X射线转换层800'设置在至少一个中介层300的顶表面301上。中介层300包括多个光电二极管900。光电二极管900可以集成/嵌入到中介层300的材料中。多个像素传感器阵列200a、...、200d设置在中介层300的底表面302上。中介层300被配置为将每个像素传感器阵列200a、...、200d电耦合到多个光电二极管900的相应部分910a、…、910d。
中介层300包括多个第一导电路径310，用于将每个像素传感器阵列200a、...、200d电耦合到多个光电二极管900的相应部分910a、...、910d。每个像素传感器阵列200a、...、200d包括多个像素读取单元201。多个像素传感器阵列200a、…、200d的每个像素读取单元201被配置为响应于从多个光电二极管900的相应部分910a、...、910d的相应光电二极管900接收的电荷而提供相应的电信号。相应的像素传感器阵列200a、...、200d的每个像素读取单元201通过第一导电路径310中的相应一个第一导电路径电连接到多个光电二极管900的相应部分910a、...、910d的光电二极管900中的相应一个光电二极管。
图5示出了基于间接X射线转换原理的X射线辐射传感器装置的第二实施例10”'的另一种配置。X射线辐射传感器装置10”和10”'的相同部件以相同的附图标记表示。
类似于X射线辐射装置的第一实施例的配置10，X射线辐射传感器装置的第二实施例的配置10”'包括多个中介层300a、...、300d。每个像素传感器阵列200a、...、200d设置在多个中介层300a、...、300d中的相应一个中介层的底表面302上。多个中介层300a、...、300d并排地布置。多个光电二极管900的每个部分910a、...、910d布置在中介层300a、...、300d中的相应一个中介层中。光电二极管900可以集成/嵌入到每个中介层300a、…、300d的材料中。另外，关于各部件的布置和功能，请参考结合图2A的解释。
X射线传感器装置的设计10、10'、10”和10”'的最重要的特征和技术优势总结如下。
根据所提出的X射线辐射传感器装置的方法10、10'和10”、10”'，使用至少一个中介层来构造感测元件，例如，通过实施电极100或光电二极管900来响应于X射线辐射地提供电荷。电极100或光电二极管900可以集成/嵌入到中介层300或每个中介层300a、...、300d的材料中。
至少一个中介层可以包含硅材料。
至少一个中介层适合于提供多个电连接。至少一个中介层可以被配置为将电极100或光电二极管900连接到(CMOS)像素传感器阵列200a、...、200d，该电极是将X射线直接转换为电荷所需的。此外，至少一个中介层可以被配置为将像素传感器阵列200a、...、200d连接到至少一个集成电路400、例如多通道ADC。此外，至少一个中介层可以被配置为将至少一个集成电路400连接到外部电子器件。
至少一个中介层还可以被配置为提供再分布能力。特别是，至少一个中介层的顶表面301上的电极100之间的较大间距可以由至少一个中介层转换为用于连接至少一个中介层的底表面302处的像素传感器阵列的连接部之间的较小间距。使用中介层及其再分布能力允许减少顶层和底层之间的利用面积比、即至少一个中介层的顶表面上的电极100和布置在中介层的底表面上的像素传感器阵列200a、…、200d。
对在至少一个中介层的底表面302上创建的附加空间的使用允许放置附加的晶粒、例如集成电路，以用于执行感测、信号转换、处理和/或信息传输。
由像素传感器阵列200a、...、200d形成的敏感区域可以被分割为非拼接区域。像素传感器阵列200a、...、200d的面积可以被设置为与步进场一样大。像素传感器阵列可以被配置为小片、例如尺寸为掩模版区域。由于减小了像素传感器阵列200a、…、200d的相应的辐射敏感区域，因此不需要CMOS过程中的拼接。此外，辐射敏感区域的减少允许使用标准的DFM规则，从而简化了X射线传感器装置10、10'、10”和10”'的制造过程。
此外，由于减少了辐射敏感区域，因此在用于构造完整小芯片(tile)的制造过程中几乎可以使用完整的晶圆。
此外，像素传感器阵列之一内部的缺陷不会导致整个晶圆变得无法使用。相反，只有损坏的像素传感器阵列必须被拒绝。产量的提高和晶圆面积的有效利用降低了最终产品的成本。
所提出的X射线辐射传感器装置10、10'、10”和10”'的设计允许提供可在四侧对接的晶粒，该晶粒能够建立几乎是所需大小的平板型X射线探测器。
X射线辐射传感器装置10、10'、10”和10”'可以在需要大型辐射敏感传感器的多种X射线应用中使用。图6示出了用于医学诊断的装置1的实施例，该用于医学诊断的装置被配置为X射线设备、尤其计算机断层扫描仪。
计算机断层扫描仪包括用于提供X射线辐射的X射线辐射源30，该X射线辐射由X射线探测器20接收。X射线探测器20包括允许形成大的X射线辐射敏感区域的多个上述X射线辐射传感器装置10、10'、10”或10”'。
为了使读者熟悉X射线辐射传感器装置的设计的新颖性方面，已经讨论了本文所公开的X射线辐射传感器装置的实施例。尽管已经示出和描述了优选的实施例，但是本领域技术人员可以对所公开的方案进行诸多改变、修改、等同和替换，而不会不必要地脱离权利要求的范围。
特别是，X射线辐射传感器装置的设计不限于所公开的实施例，并且对于包含在所讨论的实施例中的特征给出尽可能多的替代示例。然而，旨在将所公开的概念的任何修改、等同和替换包含在所附权利要求的范围内。
可以有利地组合在单独的从属权利要求中提及的特征。此外，在权利要求中使用的附图标记并不限制到解释为限制权利要求的范围。
此外，如本文所用，术语“包括”不排除其他元素。此外，如本文所用，冠词“一”旨在包括一个或多于一个的组件或元素，而不限于被解释为仅表示一个。
本专利申请要求申请号为102020132963.6的德国专利申请的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
附图标记列表
1 用于医学诊断的装置
10、10' X射线辐射传感器装置
20 X射线探测器
30 X射线源
100 电极
110a、...、110d 电极的部分
200a、...、200d 像素传感器阵列
300、300a、...、300d 中介层
310、320、330、340 导电路径
400 集成电路
500 支撑基板
600 接合线
700 连接元件
800 X射线转换层
1000 X射线CMOS传感器
1100 电极
1200 辐射敏感区域
1300 集成电路
1400 导电路径
1500 晶圆
1600 接合区域
Claims (18)
1.一种X射线辐射传感器装置，包括：
-直接X射线转换层(800)，
-多个电极(100)，所述多个电极响应于所述直接X射线转换层(800)内的X射线光子的相互作用而提供电荷，
-多个像素传感器阵列(200a、...、200d)，
-至少一个中介层(300、300a、…、300d)，所述至少一个中介层具有顶表面(301)和底表面(302)，
-其中，所述直接X射线转换层(800)设置在所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)的顶表面(301)上，
-其中，所述多个电极(100)设置在所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)的顶表面(301)上，
-其中，所述多个像素传感器阵列(200a、...、200d)设置在所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)的底表面(302)上，
-其中，所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)被配置为将所述像素传感器阵列(200a、...、200d)中的每个像素传感器阵列电耦合到所述多个电极(100)的相应部分(110a、…、110d)。
2.根据权利要求1所述的X射线辐射传感器装置，
其中，所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)包括多个第一导电路径(310)，所述多个第一导电路径用于将所述像素传感器阵列(200a、...、200d)中的每个像素传感器阵列电耦合到所述多个电极(100)的相应部分(110a、…、110d)。
3.根据权利要求2所述的X射线辐射传感器装置，
-其中，所述像素传感器阵列(200a、...、200d)中的每个像素传感器阵列包括多个像素读取单元(201)，
-其中，所述多个像素传感器阵列(200a、...、200d)的每个像素读取单元(201)被配置为响应于从所述多个电极(100)的相应部分(110a、…、110d)的相应电极(100)接收的电荷而提供相应的电信号，
-其中，相应的像素传感器阵列(200a、...、200d)的每个像素读取单元(201)通过所述第一导电路径(310)中的相应一个第一导电路径而电连接到所述多个电极(100)的相应部分(110a、…、110d)的电极(100)中的相应一个电极。
4.一种X射线辐射传感器装置，包括：
-X射线转换层(800')，所述X射线转换层用于将X射线辐射转换为可见光，
-多个像素传感器阵列(200a、...、200d)，
-至少一个中介层(300、300a、…、300d)，所述至少一个中介层具有顶表面(301)和底表面(302)，
-其中，所述X射线转换层(800')设置在所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)的顶表面(301)上，
-其中，所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)包括多个光电二极管(900)，
-其中，所述多个像素传感器阵列(200a、...、200d)设置在所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)的底表面(302)上，
-其中，所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)被配置为将所述像素传感器阵列(200a、...、200d)中的每个像素传感器阵列电耦合到所述多个光电二极管(900)的相应部分(910a、...、910d)。
5.根据权利要求4所述的X射线辐射传感器装置，
其中，所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)包括多个第一导电路径(310)，所述多个第一导电路径用于将所述像素传感器阵列(200a、...、200d)中的每个像素传感器阵列电耦合到所述多个光电二极管(900)的相应部分(910a、...、910d)。
6.根据权利要求5所述的X射线辐射传感器装置，
-其中，所述像素传感器阵列(200a、...、200d)中的每个像素传感器阵列包括多个像素读取单元(201)，
-其中，所述多个像素传感器阵列(200a、...、200d)的每个像素读取单元(201)被配置为响应于从所述多个光电二极管(900)的相应部分(910a、...、910d)的相应光电二极管(900)接收的电荷而提供相应的电信号，
-其中，相应的像素传感器阵列(200a、...、200d)的每个像素读取单元(201)通过所述第一导电路径(310)中的相应一个第一导电路径电连接到所述多个光电二极管(900)的相应部分(910a、...、910d)的光电二极管(900)中的相应一个光电二极管。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的X射线辐射传感器装置，
其中，所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)被配置为将所述多个像素传感器阵列中的至少第一像素传感器阵列(200a)和所述多个像素传感器阵列中的至少第二像素传感器阵列(200b)彼此电耦合。
8.根据权利要求7所述的X射线辐射传感器装置，
其中，所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)包括至少一个第二导电路径(320)，所述至少一个第二导电路径用于将所述多个像素传感器阵列中的至少第一像素传感器阵列(200a)电连接到所述多个像素传感器阵列中的至少第二像素传感器阵列(200b)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的X射线辐射传感器装置，包括：
-至少一个集成电路(400)，
-其中，所述至少一个集成电路(400)被配置为评估所述多个像素传感器阵列(200a、...、200d)的像素读取单元(201)的相应的电信号，
-其中，所述至少一个集成电路(400)被配置为响应于对所述多个像素传感器阵列(200a、...、200d)的像素读取单元(201)的相应电信号的评估而提供输出信号。
10.根据权利要求9所述的X射线辐射传感器装置，
其中，所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)被配置为将所述至少一个集成电路(400)电耦合到所述多个像素传感器阵列(200a、...、200d)中的每个像素传感器阵列。
11.根据权利要求10所述的X射线辐射传感器装置，
其中，所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)包括多个第三导电路径(330)，所述多个第三导电路径用于将所述至少一个集成电路(400)电连接到所述多个像素传感器阵列(200a、...、200d)中的每个像素传感器阵列。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的X射线辐射传感器装置，
其中，所述至少一个集成电路(400)设置在所述至少一个中介层(300)的底表面(302)上。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的X射线辐射传感器装置，
其中，所述X射线辐射传感器装置被配置为能够在四侧对接。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的X射线辐射传感器装置，包括：
-多个所述至少一个中介层(300a、…、300d)，
-其中，所述像素传感器阵列(200a、...、200d)中的每个像素传感器阵列设置在多个所述至少一个中介层(300a、…、300d)中的相应一个中介层的底表面(302)上，
-其中，多个所述至少一个中介层(300a、…、300d)并排地布置。
15.根据权利要求14所述的X射线辐射传感器装置，
-其中，所述多个电极(100)的每个部分(110a、…、110d)设置在多个所述至少一个中介层(300a、…、300d)中的相应一个中介层的顶表面(301)上，
-其中，设置在并排地布置的多个所述至少一个中介层(300a、…、300d)的顶表面(301)上的所述多个电极(100)的相应部分(110a、…、110d)彼此邻接而在其之间不形成间隙。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的X射线辐射传感器装置，包括：
-支撑基板(500)，
-其中，所述多个像素传感器阵列(200a、...、200d)和所述至少一个集成电路(400)安装到所述支撑基板(500)。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的X射线辐射传感器装置，
其中，所述至少一个中介层(300、300a、…、300d)包含硅材料。
18.一种用于医学诊断的装置，包括：
-X射线探测器(20)，所述X射线探测器包括多个根据权利要求1至17中任一项所述的X射线辐射传感器装置(10、10')。
-其中，所述装置(1)被配置为X射线设备或计算机断层扫描仪。
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