CN1230693C - 小面积像素电极直接平板x－线探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明属X-线探测设备技术领域，公开了一种小面积像素电极直接平板X-线探测器，其由一个个像素单元组成，每一个像素单元由负高压电极板、X-线敏感介质和像素电极组成，所述像素电极与像素的面积之比小于10%，以使在像素电极附近区域形成一个高密度电场区域并在像素单元芯片上留有足够的空间作划片槽及压焊点。本发明是一种低剂量、能抑制电子散射现象和涨落噪声并可进行小面积芯片单层无缝拼接的X-线平板直接探测器。

Description

小面积像素电极直接平板X-线探测器
技术领域
本发明涉及X-线探测设备，尤其是涉及小面积像素电极直接平板X-线探测器。
背景技术
现有X-线探测装置很多，直接平板X-线探测器是其中的一种。公知的直接平板X-线探测器是由一个个小型探测器(成像单元)在一个平面行、列方向排列而成。每一个像素单元由负高压电极板、X-线敏感介质和像素电极组成。当探测器在X-线下曝光时，成像单元中的介质受X-线激发产生自由电子；自由电子在高压电场的作用下朝着像素电极的方向漂移，像素电极收集到这些自由电子后，产生幅度与入射X-线强度成正比例的电信号；将各像素电极信号幅度依次显示出来，即形成一幅图像。
现有的直接平板X-线探测器的像素电极面积与像素面积之比比较接近，由此，现有的直接平板X-线探测器存在如下四个方面的缺陷：
1、存在较大的涨落噪声。
由于现有的直接平板X-线探测器中像素电极面积与像素面积之比较大，如附图1所示：该直接平板X-线探测器中像素面积为139μm×139μm，而像素电极面积为130μm×130μm，像素电极面积占像素面积的95％以上。
在该探测器介质中，电场分布几乎是均匀的，如附图2所示。由附图4可知，由于X-线与介质作用时产生自由电子的位置是随机的。因此，自由电子从产生处到像素电极的行程各不相同，发生二次碰撞的机率也各不相同。当敏感介质中的电压一定时，自由电子在敏感介质中漂移的行程越短，自由电子发生“非弹性二次碰撞”的次数和因此产生的再生电子数就越少；在像素电极上所产生的感应信号也就越弱。反之，因非弹性二次碰撞而产生的电子数就会越多，感应信号也就越强。因此，在均匀电场下，要想获得电子增殖作用，就必须增大敏感介质中的电压，但伴随而来的是由于产生自由电子的位置不相同而引起的较大涨落噪声。
2、投照剂量较大。
由于“较大涨落噪声”的存在，现有直接平板X-线探测器必须依靠提高X-线投照剂量以均衡介质中自由电子产生位置的方法来降低噪声。因此，可能给受检者造成不必要的损害。
3、无抑制自由电子的横向漂移作用。
如附图5所示，X-线与敏感介质作用时产生的自由电子都会形成一个横向漂移的运动分量。由于现有探测器X-线敏感介质中的电场是下上均匀分布的，因此，自由电子在介质的漂移过程中，其横向运动几乎不受限制。致使自由电子很容易到达其它像素电极，由此造成比较严重的电子散射伪影(BLUR)。
4、不能实现小芯片的单层无缝拼接。
由于像素电极面积几乎等于一个像素的面积，用小芯片制作探测器时，其压焊点和划片槽只能分布在芯片的周围，如附图3所示。要想实现小芯片的无缝拼接，只能采用多层叠瓦状拼接方法，而无法做到单层无缝拼接。
发明内容
本发明的目的在于针对上述缺陷，提供一种低剂量、能抑制电子散射现象和涨落噪声并可进行小面积芯片单层无缝拼接的小面积像素电极直接平板X-线探测器。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：小型探测器在一个平面的行、列方向排列成探测器阵列。每一个探测器由负高压电极板、X-线敏感介质和像素电极组成。表1为一组不同面积像素电极探测器的测试结果。当像素电极与像素的面积之比小于10％时，像素电极附近区域形成的高密度电场区域，使输出信号开始有较明显的改善；而随着像素电极与像素的面积之比的进一步缩小，输出信号效果也进一步得到明显的改善。
                                                          表一
  像素面积(μm×μm)                                                160×160
  像素电极面积(μm×μm) 160×160 160×80 160×40 160×20 160×16 160×8 160×4 160×2 160×0.8
  百分比(％)   100   50   25   12.5   10   5   2.5   1.25   0.005
  灵敏度(uR)   30   22   18   13   7   3.6   2.2   1.0   1.0
  信噪比(S/N)   2   3   4   6   10   11   12   15   20
  压焊点安放像素之间   否   否   否   能   能   能   能   能   能
本发明的实施将产生如下有益效果：降低由于自由电子释放位置不同而引起的涨落噪声；降低X-线投照剂量；抑制自由电子的横向漂移；小面积芯片的单层无缝拼接。
附图说明
附图1是现有技术的像素电极与像素之间的面积投影关系的比较示意图。
附图2是现有技术X-线敏感介质中的电场分布示意图。
附图3是现有技术所述的小面积芯片压焊点的位置示意图。
附图4是现有技术所述的自由电子发生非弹性二次碰撞的原理说明图。
附图5是现有技术所述的自由电子的横向漂移作用的示意图。
附图6是本发明所述的像素电极与像素之间的面积投影关系的比较示意图。
附图7是本发明所述的敏感介质中的电场分布示意图。
附图8是本发明所述的像素单元芯片压焊点的位置示意图。
附图9是本发明所述的自由电子发生非弹性二次碰撞的原理说明图。
附图10是本发明所述的抑制自由电子的横向漂移作用的示意图。
附图11是本发明所述像素单元芯片单层无缝连接的示意图。
现结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
实施例1
本发明小面积像素电极直接平板X-线探测器，其像素电极1的面积是0.8μm×56μm，像素2的面积是166.7μm×166.7μm。
实施例2
本发明小面积像素电极直接平板X-线探测器，其像素电极1的面积是5μm×56μm，像素2的面积是166.7μm×166.7μm。
作比较用的现有直接平板X-线探测器，其像素电极1的面积是130μm×130μm，像素2的面积是139μm×139μm。两种探测器的比较试验结果见表二：
                                   表二
  现有技术   本发明(实施例1)   本发明(实施例2)
  像素面积(μm×μm)   139×139   166.7×166.7   166.7×166.7
  像素电极面积(μm×μm)   150×150   0.8×56   5×56
  灵敏度(μR)   30   1   2
  MFT   1lp/mm   0.91   0.96   0.93
  2lp/mm   0.68   0.80   0.72
  3lp/mm   0.47   0.66   0.55
  小芯片拼接   多层有缝连接   单层无缝连接   单层无缝连接
如附图6所示，由于本发明的像素电极1与像素2的面积百分比小于10％，如此可在像素电极1附近形成一个高密度电场区域4，如附图7所示。再结合附图9可知，在X-线敏感介质3的电压一定时，由于敏感介质3中的电场在像素电极1处高度集中，因此，不论自由电子产生在什么位置，自由电子在该高密度电场区域4以外时，几乎不会产生“非弹性二次碰撞”而出现电子自我增殖效应，从而能降低由于自由电子释放位置不同而引起的涨落噪声。
如附图7所示，敏感介质3中的电场分布形式可分为两部分，靠近阴极高压电极处的电场几乎是均匀的，而靠近像素电极1处的电场则不再均匀分布，而是出现向心汇聚现象，也就是说在像素电极1周围出现了一个高密度电场区域4，当自由电子进入该高密度电场区域4时，会与敏感介质3的原子发生“非弹性二次碰撞”而产生新的电子，从而实现介质的信号放大作用。
如附图10所示，由于电场向像素电极1汇聚，敏感介质3中的电力线可被分解为上下分量和水平内聚分量，而水平内聚分量可与自由电子的横向漂移分量相互抵消，从而抑制自由电子的横向漂移，使自由电子能进入预定的像素电极1。
如附图8、附图11所示，由于像素电极1所占面积小，这样就可以在像素2单元芯片上留有足够的空间作划片槽5及压焊点6，因此，本发明可以实现小面积芯片的单层无缝连接。
直接平板X-线探测器输出信号与负高压水平电极间隙、X-线曝光量、X-线敏感介质种类及工作环境状态(如气压、气温)等因素有关。但在一些情况下，当影响信号输出的各种因素基本不变而只是缩小像素电极的面积时，输出信号的质量会得到明显的改善。

Claims (2)

1、小面积像素电极直接平板X-线探测器，由一个个像素单元组成，每一个像素单元由负高压电极板、X-线敏感介质和像素电极组成，其特征是：所述像素电极(1)与像素(2)的面积之比小于10％，以使在像素电极(1)附近区域形成一个高密度电场区域(4)并在像素(2)单元芯片上留有足够的空间作划片槽(5)及压焊点(6)。
2、根据权利要求1所述的小面积像素电极直接平板X-线探测器，其特征是：所述像素电极与像素的面积之比小于2％。
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