JP2020008587A - Method of making semiconductor x-ray detectors - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、X線検出器に関し、特に、半導体X線検出器の製造方法に関する。 The present disclosure relates to an X-ray detector, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor X-ray detector.
X線検出器は、X線のフラックス、空間分布、スペクトル、または他の特性を測定するために使用される装置であってもよい。 An x-ray detector may be a device used to measure the flux, spatial distribution, spectrum, or other property of x-rays.
X線検出器を、多くの用途に使用することができる。1つの重要な用途はイメージングである。X線イメージングは、X線撮影技術であり、人体などの不均一に構成され不透明な対象物の内部構造を明らかにするために使用され得る。 X-ray detectors can be used for many applications. One important application is imaging. X-ray imaging is a radiographic technique and can be used to reveal the internal structure of non-uniformly configured and opaque objects, such as the human body.
イメージングのための初期のX線検出器には、写真乾板および写真フィルムが含まれる。写真乾板は、感光性乳剤のコーティングを有するガラスプレートであってもよい。写真乾板が写真フィルムで置き換えられたが、特別な状況では優れた品質と極端な安定性のために、まだ写真乾板が使用されてもよい。写真フィルムは、感光性乳剤のコーティングを有するプラスチックフィルム(例えば、ストリップまたはシート)であってもよい。 Early X-ray detectors for imaging include photographic plates and films. The photographic plate may be a glass plate having a coating of a photosensitive emulsion. Although photographic plates have been replaced by photographic film, photographic plates may still be used in special circumstances due to their superior quality and extreme stability. The photographic film can be a plastic film (e.g., a strip or sheet) with a coating of the photosensitive emulsion.
1980年代に、輝尽性蛍光体プレート(PSPプレート)が利用可能になった。PSPプレートは、その格子内に色中心を有する蛍光体材料を含んでもよい。PSPプレートがX線に曝されると、X線によって励起された電子は、プレート表面を走査するレーザビームによって刺激されるまで、色中心にトラップされる。プレートをレーザで走査すると、トラップされた励起電子が光を放出し、光は光電子増倍管によって集められる。集められた光は、デジタル画像に変換される。写真乾板および写真フィルムとは対照的に、PSPプレートは再使用されることができる。 In the 1980's, stimulable phosphor plates (PSP plates) became available. The PSP plate may include a phosphor material having a color center in its lattice. When a PSP plate is exposed to X-rays, the electrons excited by the X-rays are trapped in the color center until stimulated by a laser beam that scans the plate surface. As the plate is scanned by the laser, the trapped excited electrons emit light, which is collected by a photomultiplier. The collected light is converted to a digital image. In contrast to photographic plates and films, PSP plates can be reused.
別の種類のX線検出器は、X線イメージ増強装置(インテンシファイア)である。X線イメージ増強装置の構成要素は、通常、真空中で密閉されている。写真乾板、写真フィルム、およびPSPプレートとは対照的に、X線イメージ増強装置はリアルタイム画像を生成することができ、すなわち画像を生成するために露光後処理を必要としない。X線は、まず入力蛍光体(例えば、ヨウ化セシウム)に当たり、可視光に変換される。可視光は、その後、光電陰極(例えば、セシウムおよびアンチモン化合物を含む薄い金属層)に当たって、電子の放出を引き起こす。放出される電子の数は、入射X線の強度に比例する。放出された電子は、電子光学素子を介して出力蛍光体に投影され、出力蛍光体に可視光画像を生成させる。 Another type of X-ray detector is an X-ray image intensifier (intensifier). The components of an X-ray image intensifier are usually sealed in a vacuum. In contrast to photographic plates, photographic films, and PSP plates, X-ray image intensifiers can produce real-time images, ie, do not require post-exposure processing to produce the images. X-rays first strike an input phosphor (eg, cesium iodide) and are converted to visible light. The visible light then strikes the photocathode (eg, a thin metal layer containing cesium and antimony compounds), causing emission of electrons. The number of emitted electrons is proportional to the intensity of the incident X-ray. The emitted electrons are projected onto the output phosphor via the electron optical element, and cause the output phosphor to generate a visible light image.
シンチレータは、シンチレータ(例えば、ヨウ化ナトリウム)がX線を吸収し、可視光を放射するという点でX線イメージ増強装置と幾分類似して動作し、次いで、可視光を適切なイメージセンサによって検出することができる。シンチレータでは、可視光があらゆる方向に広がって散乱し、空間分解能が低下する。シンチレータの厚さを減少させることは、空間分解能を改善するのに役立つだけでなく、X線の吸収を減少させる。したがって、シンチレータは、吸収効率と分解能との間の妥協点を取らなければならない。 The scintillator operates somewhat similar to an x-ray image intensifier in that the scintillator (eg, sodium iodide) absorbs x-rays and emits visible light, and then converts the visible light with a suitable image sensor. Can be detected. In a scintillator, visible light spreads and scatters in all directions, and the spatial resolution is reduced. Reducing the thickness of the scintillator not only helps improve spatial resolution, but also reduces x-ray absorption. Therefore, scintillators must strike a compromise between absorption efficiency and resolution.
半導体X線検出器は、X線を電気信号に直接変換することによってこの問題をかなり克服する。半導体X線検出器は、関心のある波長のX線を吸収する半導体層を含んでもよい。X線光子が半導体層に吸収されると、複数の電荷キャリア(例えば、電子および正孔)が生成され、半導体層上の電気接点に向かって電界下で掃引される。現在利用可能な半導体X線検出器(例えば、Medipix)で必要とされる煩わしい熱管理は、大面積および多数のピクセルを有する検出器を製造することを困難または不可能にする可能性がある。 Semiconductor X-ray detectors substantially overcome this problem by directly converting X-rays into electrical signals. Semiconductor X-ray detectors may include a semiconductor layer that absorbs X-rays of a wavelength of interest. As X-ray photons are absorbed by the semiconductor layer, multiple charge carriers (eg, electrons and holes) are generated and swept under an electric field toward electrical contacts on the semiconductor layer. The cumbersome thermal management required in currently available solid state X-ray detectors (eg, Medipix) can make it difficult or impossible to manufacture detectors with large areas and large numbers of pixels.
本明細書では、X線を検出するのに適した装置の製造方法が開示され、方法は、第1の表面および第2の表面を有する基板を取得することを含み、基板は、基板内または基板上にある電子システムを含み、基板は、第1の表面上にある複数の電気接点を含み、第1のX線吸収層を含む第1のチップを取得することを含み、第1のX線吸収層は電極を含み、第1のX線吸収層の電極が少なくとも1つの電気接点に電気的に接続されるように、第1のチップを基板に接合することを含む。 Disclosed herein is a method of manufacturing a device suitable for detecting X-rays, the method comprising obtaining a substrate having a first surface and a second surface, wherein the substrate is in the substrate or An electronic system on the substrate, the substrate including a plurality of electrical contacts on the first surface, the method including obtaining a first chip including a first x-ray absorbing layer; The line absorbing layer includes an electrode, and includes joining the first chip to the substrate such that the electrode of the first X-ray absorbing layer is electrically connected to at least one electrical contact.
一実施形態によれば、方法は、第1のチップがバッキング基板と基板との間に挟まれるように、バッキング基板を第1のチップに取り付けることをさらに含む。 According to one embodiment, the method further includes attaching the backing substrate to the first chip such that the first chip is sandwiched between the backing substrate and the substrate.
一実施形態によれば、方法は、第2のX線吸収層を含む第2のチップを取得することをさらに含み、第2のX線吸収層は電極を含み、第2のX線吸収層の電極が少なくとも1つの電気接点に電気的に接続されるように、第2のチップを基板に接合することをさらに含む。 According to one embodiment, the method further comprises obtaining a second chip comprising a second X-ray absorbing layer, wherein the second X-ray absorbing layer comprises an electrode, and wherein the second X-ray absorbing layer comprises: Bonding the second chip to the substrate such that the electrodes of the second chip are electrically connected to the at least one electrical contact.
一実施形態によれば、第1のチップと第2のチップとの間のギャップは、100ミクロン未満である。 According to one embodiment, the gap between the first chip and the second chip is less than 100 microns.
一実施形態によれば、第1のチップは、基板よりも面積が小さい。 According to one embodiment, the first chip has a smaller area than the substrate.
一実施形態によれば、第1のチップの熱膨張係数と、基板の熱膨張係数との比は2以上である。 According to one embodiment, the ratio between the coefficient of thermal expansion of the first chip and the coefficient of thermal expansion of the substrate is 2 or more.
一実施形態によれば、X線吸収層は、シリコン、ゲルマニウム、GaAs、CdTe、CdZnTe、またはそれらの組み合わせを含む。 According to one embodiment, the X-ray absorbing layer comprises silicon, germanium, GaAs, CdTe, CdZnTe, or a combination thereof.
一実施形態によれば、X線吸収層は、クロムがドープされている。 According to one embodiment, the X-ray absorbing layer is doped with chromium.
一実施形態によれば、X線吸収層は、200ミクロン以下の厚さを有する。 According to one embodiment, the X-ray absorbing layer has a thickness of no more than 200 microns.
一実施形態によれば、第1のチップは、第2の表面上に再分配層(redistribution layer:RDL)を備える。 According to one embodiment, the first chip comprises a redistribution layer (RDL) on the second surface.
一実施形態によれば、第1のチップはビアを含み、ビアは第1の表面から第2の表面まで延在する。 According to one embodiment, the first chip includes vias, the vias extending from the first surface to the second surface.
一実施形態によれば、電子システムは、電極の電圧を第1の閾値と比較するように構成された第1の電圧比較器と、電圧を第2の閾値と比較するように構成された第2の電圧比較器と、X線吸収層に到達する複数のX線光子を記録するように構成されたカウンタと、コントローラとを備え、コントローラは、電圧の絶対値が第1の閾値の絶対値以上であると第1の電圧比較器が判定した時点から時間遅延を開始するように構成され、コントローラは、時間遅延の間に第2の電圧比較器を起動するように構成され、コントローラは、電圧の絶対値が第2の閾値の絶対値以上であると第2の電圧比較器が判定した場合、カウンタによって記録された数を1増加させるように構成される。 According to one embodiment, the electronic system includes a first voltage comparator configured to compare the voltage of the electrode to a first threshold, and a second voltage comparator configured to compare the voltage to a second threshold. A voltage comparator, a counter configured to record a plurality of X-ray photons reaching the X-ray absorption layer, and a controller, wherein the controller determines that the absolute value of the voltage is the absolute value of the first threshold. The first voltage comparator is configured to start the time delay from the time point determined to be the above, the controller is configured to start the second voltage comparator during the time delay, and the controller is configured to: When the second voltage comparator determines that the absolute value of the voltage is equal to or greater than the absolute value of the second threshold, the number recorded by the counter is increased by one.
一実施形態によれば、電子システムは、第1のX線吸収層の電極に電気的に接続されたコンデンサモジュールをさらに含み、コンデンサモジュールは、第1のX線吸収層の電極から電荷キャリアを収集するように構成される。 According to one embodiment, the electronic system further comprises a capacitor module electrically connected to the electrode of the first X-ray absorbing layer, the capacitor module transferring charge carriers from the electrode of the first X-ray absorbing layer. Configured to collect.
一実施形態によれば、コントローラは、時間遅延の開始または終了時に第2の電圧比較器を起動するように構成される。 According to one embodiment, the controller is configured to activate the second voltage comparator at the beginning or end of the time delay.
一実施形態によれば、電子システムは、電圧計をさらに備え、コントローラは、時間遅延の終了時に電圧計に電圧を測定させるように構成される。 According to one embodiment, the electronic system further comprises a voltmeter, and the controller is configured to cause the voltmeter to measure the voltage at the end of the time delay.
一実施形態によれば、コントローラは、時間遅延の終了時に測定された電圧の値に基づいて、X線光子エネルギーを決定するように構成される。 According to one embodiment, the controller is configured to determine the X-ray photon energy based on the value of the voltage measured at the end of the time delay.
一実施形態によれば、コントローラは、第1のX線吸収層の電極を電気的接地に接続するように構成される。 According to one embodiment, the controller is configured to connect the electrode of the first X-ray absorbing layer to electrical ground.
一実施形態によれば、電圧の変化率は、時間遅延の終了時に実質的にゼロである。 According to one embodiment, the rate of change of the voltage is substantially zero at the end of the time delay.
一実施形態によれば、電圧の変化率は、時間遅延の終了時に実質的に非ゼロである。 According to one embodiment, the rate of change of the voltage is substantially non-zero at the end of the time delay.
一実施形態によれば、X線吸収層はダイオードを含む。 According to one embodiment, the X-ray absorbing layer comprises a diode.
図1Aは、一実施形態による半導体X線検出器100を概略的に示している。半導体X線検出器100は、X線吸収層110と、電気信号を処理または分析するための電子層120(例えば、ASIC)とを含むことができ、入射X線はX線吸収層110で生成する。一実施形態では、半導体X線検出器100は、シンチレータを含まない。X線吸収層110は、シリコン、ゲルマニウム、GaAs、CdTe、CdZnTe、またはそれらの組み合わせなどの半導体材料を含むことができる。半導体は、関心のあるX線エネルギーに対する高い質量減衰係数を有することができる。X線吸収層110は、第1のドープ領域111、第2のドープ領域113の1つまたは複数の個別領域114によって形成された1つまたは複数のダイオード(例えば、p−i−nまたはp−n)を含むことができる。第2のドープ領域113を、任意の真性領域112によって第1のドープ領域111から分離することができる。個別部分114は、第1のドープ領域111または真性領域112によって互いに分離されている。第1のドープ領域111と第2のドープ領域113とは、互いに逆のタイプのドーピングを有する(例えば、領域111はp型で領域113はn型、または、領域111はn型で領域113はp型)。図1Aの例では、第2のドープ領域113の個別領域114のそれぞれが、第1のドープ領域111および任意の真性領域112を有するダイオードを形成している。すなわち、図1Aの例では、X線吸収層110は、第1のドープ領域111を共有電極として有する複数のダイオードを有する。第1のドープ領域111は、個別部分を有することもできる。
FIG. 1A schematically illustrates a
図1Bは、一実施形態による半導体X線検出器100を示している。半導体X線検出器100は、X線吸収層110と、電気信号を処理または分析するための電子層120(例えば、ASIC)とを含むことができ、入射X線はX線吸収層110で生成する。一実施形態では、半導体X線検出器100は、シンチレータを含まない。X線吸収層110は、シリコン、ゲルマニウム、GaAs、CdTe、CdZnTe、またはそれらの組み合わせなどの半導体材料を含むことができる。半導体は、関心のあるX線エネルギーに対する高い質量減衰係数を有することができる。X線吸収層110は、ダイオードを含まず、抵抗器を含んでいてもよい。
FIG. 1B illustrates a
X線光子がダイオードを含むX線吸収層110に当たると、X線光子は吸収されて、複数の機構によって1つまたは複数の電荷キャリアを生成することができる。X線光子は、10〜100000の電荷キャリアを生成することができる。電荷キャリアは、電界下で1つのダイオードの電極にドリフトすることができる。電界は外部電界であってもよい。電気接点119Bは、個別領域114と電気的に接触する個別部分を含むことができる。一実施形態では、電荷キャリアは、単一のX線光子によって生成された電荷キャリアが2つの異なる個別領域114によって実質的に共有されないような方向にドリフトすることができる(ここでは「実質的に共有されない」とは、これらの電荷キャリアの5%未満、2%未満、または1%未満が電荷キャリアの残りのものとは別の個別領域114の異なる1つに流れることを意味する)。一実施形態では、単一のX線光子によって生成される電荷キャリアを、2つの異なる個別領域114によって共有することができる。図2は、4×4配列の個別領域114を有する装置100の一部の例示的な上面図を示している。これらの個別領域114の1つのフットプリントの周囲に入射するX線光子によって生成される電荷キャリアは、これらの個別領域114の別のものと実質的に共有されない。そこに入射するX線光子によって生成された電荷キャリアの実質的にすべて(95%超、98%超、または99%超)が個別領域114に流れる個別領域114の周りのエリアは、個別領域114に関連するピクセルと呼ばれる。すなわち、これら電荷キャリアの5%未満、2%未満、または1%未満がピクセルを越えて流れる。個別領域114の各々に流入するドリフト電流、または個別領域114の各々の電圧の変化率を測定することにより、吸収されたX線光子の数(入射X線強度に関係する)および/または個別領域114に関連するピクセルにおけるそのエネルギーを決定することができる。したがって、入射X線強度の空間分布(例えば、画像)を、個別領域114の配列のそれぞれの中へのドリフト電流を個別に測定することによって、または、個別領域114の配列のそれぞれの電圧の変化率を測定することによって決定することができる。ピクセルを、正方形配列、三角形配列、およびハニカム配列など、任意の適切な配列に編成することができる。ピクセルは、円形、三角形、正方形、長方形、および六角形などの任意の適切な形状を有することができる。ピクセルは個別にアドレス可能であってもよい。
When an X-ray photon strikes the
X線光子が、抵抗器を含むがダイオードは含まないX線吸収層110に当たると、X線光子は吸収されて、複数の機構によって1つまたは複数の電荷キャリアを生成することができる。X線光子は、10〜100000の電荷キャリアを生成することができる。電荷キャリアは、電界下で電気接点119Aおよび119Bにドリフトすることができる。電界は外部電界であってもよい。電気接点119Bは、個別部分を含む。一実施形態では、電荷キャリアは、単一のX線光子によって生成された電荷キャリアが電気接点119Bの2つの異なる個別部分によって実質的に共有されないような方向にドリフトすることができる(ここでは「実質的に共有されない」とは、これらの電荷キャリアの5%未満、2%未満、または1%未満が電荷キャリアの残りのものとは別の個別部分の異なる1つに流れることを意味する)。一実施形態では、単一のX線光子によって生成された電荷キャリアは、電気接点119Bの2つの異なる個別部分によって共有され得る。電気接点119Bのこれらの個別部分のうちの1つのフットプリントの周囲に入射するX線光子によって生成される電荷キャリアは、電気接点119Bのこれらの個別部分の別のものと実質的に共有されない。そこに入射するX線光子によって生成された電荷キャリアの実質的にすべて(95%超、98%超、または99%超)の電荷キャリアが、電気接点119Bの個別部分に流れる電気接点119Bの個別部分の周りのエリアは、電気接点119Bの個別部分に関連するピクセルと呼ばれる。すなわち、これらの電荷キャリアの5%未満、2%未満、または1%未満が、電気接点119Bの1つの個別部分に関連するピクセルを越えて流れる。電気接点119Bの個別部分のそれぞれに流れるドリフト電流、または電気接点119Bの個別部分のそれぞれの電圧の変化率を測定することによって、吸収されたX線光子の数(これは、入射X線強度に関係する)および/または電気接点119Bの個別部分に関連するピクセルにおけるそのエネルギーを決定することができる。したがって、入射X線強度の空間分布(例えば、画像)を、電気接点119Bの個別部分の配列のそれぞれの中へのドリフト電流を個別に測定することによって、または電気接点119Bの個別部分の配列のそれぞれの電圧の変化率を測定することによって決定することができる。ピクセルを、正方形配列、三角形配列、およびハニカム配列など、任意の適切な配列に編成することができる。ピクセルは、円形、三角形、正方形、長方形、および六角形などの任意の適切な形状を有することができる。ピクセルは個別にアドレス可能であってもよい。
When an X-ray photon strikes the
電子層120は、X線吸収層110に入射するX線光子によって生成された信号を処理または解釈するのに適した電子システム121を含むことができる。電子システム121は、フィルタネットワーク、増幅器、積分器、および比較器などのアナログ回路、またはマイクロプロセッサ、およびメモリなどのデジタル回路を含むことができる。電子システム121は、複数ピクセルによって共有される構成要素または単一ピクセルに専用の構成要素を含むことができる。例えば、電子システム121は、各ピクセル専用の増幅器と、全ピクセル共通のマイクロプロセッサとを含むことができる。電子システム121を、ビア131によってピクセルに電気的に接続することができる。ビア間のスペースを、電子層120のX線吸収層110への接続の機械的安定性を高めることができる充填材料130で充填することができる。ビアを使用することなく、電子システム121をピクセルに接続するために、他の接合技術が可能である。
The
図3は、一実施形態による電子層120を概略的に示している。電子層120は、第1の表面124および第2の表面128を有する基板122を含む。本明細書で使用される「表面」は、必ずしも露出しているわけではなく、全体的または部分的に埋め込まれている場合がある。電子層120は、第1の表面124上に1つまたは複数の電気接点125を含む。1つまたは複数の電気接点125を、X線吸収層110の1つまたは複数の電極に電気的に接続されるように構成することができる。電子システム121は、基板122の中または上にあってもよい。電子層120は、第1の表面124から第2の表面128まで延在する1つまたは複数のビア126を含む。電子層120は、第2の表面128上に再分配層(RDL)123を含む。RDL123は、1つまたは複数の伝送線127を含むことができる。電子システム121は、ビア126を介して電気接点125および伝送線127に電気的に接続されている。
FIG. 3 schematically illustrates an
基板122は、薄くされた基板であってもよい。例えば、基板は、750ミクロン以下、200ミクロン以下、100ミクロン以下、50ミクロン以下、20ミクロン以下、または5ミクロン以下の厚さを有することができる。基板122は、シリコン基板または基板または他の適切な半導体または絶縁体であってもよい。基板122は、厚い基板を所望の厚さに研削することによって製造されてもよい。
The
1つまたは複数の電気接点125は、金属またはドープされた半導体の層であってもよい。例えば、電気接点125は、金、銅、白金、パラジウム、ドープされたシリコンなどであってもよい。
The one or more
ビア126は、基板122を貫通し、第1の表面124上の電気部品(例えば、電気接点125)を第2の表面128上の電気部品(例えば、RDL)に電気的に接続する。ビア126は、「シリコン貫通ビア」と呼ばれることがあるが、シリコン以外の材料で基板に作製されてもよい。
Via 126 penetrates
RDL123は、1つまたは複数の伝送線127を含むことができる。伝送線127は、基板122内の電気部品(例えば、ビア126)を基板122上の他の位置のボンディングパッドに電気的に接続する。伝送線127は、特定のビア126および特定のボンディングパッドを除いて、基板122から電気的に絶縁されていてもよい。伝送線127は、関心があるX線エネルギーに対して小さい質量減衰係数の材料(例えば、Al)であってもよい。RDL123は、より便利な場所への電気的接続を再分配することができる。
図4Aは、電極における、個別領域114と電気接点125などのX線吸収層110と電子層120との間の直接接合を概略的に示す。直接接合は、追加の中間層(例えば、はんだバンプ)を使用しないウェーハ接合プロセスである。接合プロセスは、2つの表面間の化学結合に基づく。直接接合は、高温下であってもよいが、必ずしもそうである必要はない。
FIG. 4A schematically illustrates a direct junction between an
図4Bは、電極における、個別領域114と電気接点125などのX線吸収層110と電子層120との間のフリップチップ接合を概略的に示す。フリップチップ接合は、コンタクトパッド(例えば、X線吸収層110の電極または電気接点125)上に堆積されたはんだバンプ199を使用する。X線吸収層110または電子層120のいずれかを裏返しにし、X線吸収層110の電極を電気接点125に位置合わせする。はんだバンプ199を溶融して電極と電気接点125とを一緒にはんだ付けすることができる。はんだバンプ199の間の隙間を、絶縁材料で充填することができる。
FIG. 4B schematically illustrates a flip-chip bond between the
図4Cは、一実施形態における電子層120を概略的に示す。電子層120の基板122は、第1の表面124上に複数の電気接点125を有する。複数の電気接点125が編成されて複数の領域129となってもよい。電子システム121は、基板122の中または上にあってもよい。
FIG. 4C schematically illustrates the
図4Dは、複数のチップ189が取得され得ることと、各チップ189は、図1、図2、図3、図4A、または図4Bに示されたX線吸収層110などのX線吸収層を含むことを概略的に示す。各チップ189のX線吸収層は、電極を有する。
FIG. 4D shows that a plurality of
図4Eは、チップ189が、図4A、および図4Bに示されたフリップチップ接合または直接接合などの適した接合方法を使用して基板122と接合され得ることを示す。一実施形態において、各チップ189は、領域129の一つと接合される。各チップ189の電極は、電気接点125の少なくとも一つに電気的に接続される。チップ189が基板122に接合された後、2つの隣接したチップ189の間のギャップは、100ミクロン以下であってもよい。チップ189は、基板122よりも面積が小さくてもよい。基板122に接合された後、チップ189は配列として配置されてもよい。基板122に対してチップ189のサイズが小さいほど、チップ189の熱膨張係数と基板122の熱膨張係数との差に適応するのに役立つことがある。チップ189の熱膨張係数と基板122の熱膨張係数との比は、2以上であってもよい。チップ189のX線吸収層は、200ミクロン以下の厚さ、100ミクロン以下の厚さ、または50ミクロン以下の厚さであってもよい。X線吸収層の厚さが小さいほど、電荷キャリアがX線吸収層の欠陥によってトラップされる可能性が低減し、ひいては電子システム121による電荷収集効率(CCE)が増加する。チップ189のX線吸収層は、特に材料がGaAsである場合、クロムがドープされた材料であってもよい。GaAsにクロムをドープすることは、GaAsのEL2欠陥の密度を減らすことができ、ひいてはたくさんの電荷キャリアを欠陥で失うことなく、X線吸収層の厚さをより厚くすることを可能にする(それゆえに、高い吸収効率)。基板122は、図3で示されたビア126などのビアと、図3または図5に示されたRDLなどのRDLを有してもよい。
FIG. 4E illustrates that
図4Fおよび図4Gは、チップ189がバッキング基板150と基板122との間に挟まれるように、バッキング基板150がチップ189に取り付けられ得ることを概略的に示す。バッキング基板150は、機械的支持(メカニカルサポート)をチップ189および基板122にもたらすことができる。バッキング基板150は、関心のあるX線エネルギーに対して小さい質量減衰係数を持つ材料(例えば、シリコン、シリコン酸化物)であってもよい。バッキング基板150はまた、X線吸収層の厚さ方向に電界を印加するために電極としての役割も果たしてもよい。よりよい伝導のために、バッキング基板150とX線吸収層との間に導体の薄い層があってもよい。
FIGS. 4F and 4G schematically illustrate that the
図5は、RDL123の底面図を概略的に示しており、図を遮る他の構成要素は省略されている。伝送線127は、ビア126に電気的に接続し、ビア126を他の場所に再分配することが分かる。
FIG. 5 schematically shows a bottom view of the
図6Aは、図3に示された電子層120が複数の半導体X線検出器100を積層することを可能にすることを示しており、これにより、RDL123およびビア126は、複数の層を通る信号経路のルーティングを容易にし、後述の電子システム121は、大きな冷却機構をなくすのに十分に低い電力消費を有する可能性がある。積層体内の複数の半導体X線検出器100は同一である必要はない。例えば、複数の半導体X線検出器100は、厚さ、構造、または材料が異なる場合がある。
FIG. 6A shows that the
図6Bは、積層された複数の半導体X線検出器100の上面図を概略的に示している。各層は、より大きなエリアをカバーするようにタイル張りされた複数の検出器100を有することができる。1つの層のタイル張りされた検出器100を、別の層のタイル張りされた検出器100に対して互い違いに配置することができ、これにより、入射X線光子を検出できないギャップをなくすことができる。
FIG. 6B schematically illustrates a top view of the stacked
一実施形態によれば、複数の半導体X線検出器100が隣り合ってタイル張りされてより大きい検出器を形成してもよい。複数の検出器のそれぞれは、単独または複数のチップを有してもよい。例えば、マンモグラフィにおける適用のために、吸収層は、別の単一のシリコンウェーハ上に作られた電子層に接合され得る単一のシリコンウェーハ上に作られてもよい。4〜6個のそのような検出器は、タイル状に隣り合って並べられ、人間の胸部X線画像を撮影するのに十分な大きさのタイル張りされた検出器を形成してもよい。複数のタイル張りされた検出器は、各層内のギャップがずらされて積み重ねられてもよい。
According to one embodiment, multiple
一実施形態によれば、半導体X線検出器100は、電極を含むX線吸収層を取得するステップと、電子層を取得するステップであって、電子層は、第1の表面および第2の表面を有する基板と、基板内または基板上にある電子システムと、第1の表面上の電気接点と、ビアと、第2の表面上の再分配層(RDL)とを含む、ステップと、電極が電気接点に電気的に接続されるようにX線吸収層と電子層とを接合するステップと、を含む方法を使用して製造されることができ、ここで、RDLは伝送線を備え、ビアは第1の表面から第2の表面まで延在し、電子システムはビアを介して電気接点および伝送線に電気的に接続される。
According to one embodiment, the
図7Aおよび図7Bは、一実施形態による電子システム121の構成図をそれぞれ示している。電子システム121は、第1の電圧比較器301、第2の電圧比較器302、カウンタ320、スイッチ305、電圧計306、およびコントローラ310を含むことができる。
7A and 7B show configuration diagrams of an
第1の電圧比較器301は、ダイオード300の電極の電圧を第1の閾値と比較するように構成される。ダイオードは、第1のドープ領域111と、第2のドープ領域113の個別領域114の1つと、任意の真性領域112とによって形成されるダイオードであってもよい。あるいは、第1の電圧比較器301は、電気接点(例えば、電気接点119Bの個別部分)の電圧を第1の閾値と比較するように構成される。第1の電圧比較器301は、電圧を直接監視するように構成されてもよく、或る期間にわたってダイオードまたは電気接点を流れる電流を積分することによって電圧を計算するように構成されてもよい。第1の電圧比較器301は、コントローラ310によって制御可能に起動または停止されてもよい。第1の電圧比較器301は、連続比較器であってもよい。すなわち、第1の電圧比較器301を連続的に動作させ、電圧を連続的に監視するように構成してもよい。連続比較器として構成された第1の電圧比較器301は、システム121が入射X線光子によって生成された信号をミスする可能性を低減する。連続比較器として構成される第1の電圧比較器301は、入射X線強度が比較的高い場合に特に適している。第1の電圧比較器301は、低消費電力の利点を有するクロック比較器であってもよい。クロック比較器として構成される第1の電圧比較器301は、システム121に、いくつかの入射X線光子によって生成された信号をミスさせる可能性がある。入射X線強度が低い場合、連続する2つの光子の間の時間間隔が比較的長いため、入射X線光子をミスする可能性は低い。したがって、入射X線強度が比較的低い場合には、クロック比較器として構成される第1の電圧比較器301が特に適している。第1の閾値は、1つの入射X線光子がダイオードまたは抵抗器において生成し得る最大電圧の5〜10%、10〜20%、20〜30%、30〜40%、または40〜50%であってもよい。最大電圧は、入射X線光子のエネルギー(すなわち、入射X線の波長)、X線吸収層110の材料、および他の要因に依存し得る。例えば、第1の閾値は、50mV、100mV、150mV、または200mVであってもよい。
The
第2の電圧比較器302は、電圧を第2の閾値と比較するように構成される。第2の電圧比較器302は、電圧を直接監視するように構成されてもよく、或る期間にわたってダイオードまたは電気接点を流れる電流を積分することによって電圧を計算するように構成されてもよい。第2の電圧比較器302は、連続比較器であってもよい。第2の電圧比較器302は、コントローラ310によって制御可能に起動または停止されてもよい。第2の電圧比較器302が停止されているとき、第2の電圧比較器302の消費電力は、第2の電圧比較器302が起動されているときの消費電力の1%未満、5%未満、10%未満または20%未満であってもよい。第2の閾値の絶対値は、第1の閾値の絶対値よりも大きい。本明細書で使用される場合、実数xの「絶対値」または「モジュラス(modulus)」|x|という用語は、その符号に関係なく非負の値xである。すなわち、
第2の閾値は、第1の閾値の200%〜300%であってもよい。第2の閾値は、1つの入射X線光子がダイオードまたは抵抗器内で生成し得る最大電圧の少なくとも50%であってもよい。例えば、第2の閾値は、100mV、150mV、200mV、250mV、または300mVであってもよい。第2の電圧比較器302および第1の電圧比較器310は、同じ構成要素であってもよい。すなわち、システム121は、異なる時間に2つの異なる閾値と電圧を比較することができる1つの電圧比較器を有することができる。
The second threshold may be between 200% and 300% of the first threshold. The second threshold may be at least 50% of the maximum voltage that one incident X-ray photon can generate in a diode or resistor. For example, the second threshold may be 100 mV, 150 mV, 200 mV, 250 mV, or 300 mV. The
第1の電圧比較器301または第2の電圧比較器302は、1つまたは複数のオペアンプまたは任意の他の適切な回路を含むことができる。第1の電圧比較器301または第2の電圧比較器302は、システム121が入射X線の高いフラックスの下で動作することを可能にする高速性を有することができる。ただし、多くの場合、高速性を有することは電力消費を犠牲にする。
カウンタ320は、ダイオードまたは抵抗器に到達する複数のX線光子を記録するように構成される。カウンタ320は、ソフトウェア構成要素(例えば、コンピュータメモリに格納された数)であってもハードウェア構成要素(例えば、4017ICおよび7490IC)であってもよい。
コントローラ310は、マイクロコントローラやマイクロプロセッサなどのハードウェア構成要素であってもよい。コントローラ310は、電圧の絶対値が第1の閾値の絶対値以上である(例えば、電圧の絶対値は、第1の閾値の絶対値を下回る値から第1の閾値の絶対値以上の値に増加する)と第1の電圧比較器301が判定した時点から時間遅延を開始するように構成される。絶対値がここで使用されるのは、ダイオードのカソードもしくはアノードの電圧または電気接点が使用されるかどうかに応じて、電圧が負または正であり得るためである。コントローラ310は、電圧の絶対値が第1の閾値の絶対値以上であると第1の電圧比較器301が判定する前に、第2の電圧比較器302、カウンタ320、および第1の電圧比較器301の動作に必要とされないその他の回路を停止状態に保つように構成されてもよい。時間遅延は、電圧が安定する前または後に終了することができ、すなわち、電圧の変化率は実質的にゼロである。「電圧の変化率が実質的にゼロである」という段階は、電圧の時間変化が0.1%/ns未満であることを意味する。「電圧の変化率が実質的に非ゼロである」という段階は、電圧の時間変化が少なくとも0.1%/nsであることを意味する。
コントローラ310は、時間遅延の間(開始および終了を含む)に第2の電圧比較器を起動するように構成されてもよい。一実施形態では、コントローラ310は、時間遅延の開始時に第2の電圧比較器を起動するように構成される。「起動(activate)」という用語は、(例えば、電圧パルスまたはロジックレベルなどの信号を送信することによってや、電力を供給することよってなど)構成要素を動作状態にすることを意味する。「停止(deactivate)」という用語は、(例えば、電圧パルスまたは論理レベルなどの信号を送信することによってや、電力を遮断することによってなど)構成要素を非動作状態にすることを意味する。動作状態は、非動作状態よりも高い電力消費(例えば、10倍高い、100倍高い、1000倍高い)を有することができる。コントローラ310自体は、電圧の絶対値が第1の閾値の絶対値以上であるとき、第1の電圧比較器301の出力がコントローラ310を起動するまで停止されていてもよい。
コントローラ310は、時間遅延中に電圧の絶対値が第2の閾値の絶対値以上であると第2の電圧比較器302が判定した場合には、カウンタ320によって記録された数を1だけ増加させるように構成されてもよい。
If the
コントローラ310は、時間遅延の終了時に電圧計306に電圧を測定させるように構成されてもよい。コントローラ310は、電極を電気的接地に接続して、電圧をリセットし、電極上に蓄積された電荷キャリアを放電するように構成されてもよい。一実施形態では、電極は、時間遅延の終了後に電気的接地に接続されている。一実施形態では、電極は、限られたリセット時間の間、電気的接地に接続されている。コントローラ310は、スイッチ305を制御することによって電極を電気的接地に接続してもよい。スイッチは、電界効果トランジスタ(FET)などのトランジスタであってもよい。
一実施形態では、システム121は、アナログフィルタネットワーク(例えば、RCネットワーク)を有さない。一実施形態では、システム121はアナログ回路を有さない。
In one embodiment,
電圧計306は、測定した電圧をアナログまたはデジタル信号としてコントローラ310に供給することができる。
The
システム121は、ダイオード300の電極またはその電気接点に電気的に接続されたコンデンサモジュール309を含んでもよく、コンデンサモジュールは、電極から電荷キャリアを収集するように構成される。コンデンサモジュールは、増幅器のフィードバック経路にコンデンサを含むことができる。このように構成された増幅器は、容量性トランスインピーダンス増幅器(CTIA)と呼ばれる。CTIAは、増幅器が飽和状態にならないように高いダイナミックレンジを持ち、信号経路の帯域幅を制限することで信号対ノイズ比を改善する。電極からの電荷キャリアは、或る期間(「積分期間」)(例えば、図8に示すように、t0〜t1、またはt1〜t2の間)コンデンサ上に蓄積する。積分期間が終了した後、コンデンサ電圧がサンプリングされ、リセットスイッチによってリセットされる。コンデンサモジュールは、電極に直接接続されたコンデンサを含むことができる。
The
図8は、ダイオードまたは抵抗器に入射するX線光子によって生成された電荷キャリアに起因する電極を流れる電流の時間変化(上の曲線)と、対応する電極の電圧の時間変化(下の曲線)とを概略的に示している。電圧は、時間に対する電流の積分であってもよい。時間t0において、X線光子がダイオードまたは抵抗器に当たって、ダイオードまたは抵抗器に電荷キャリアが生成し始め、ダイオードの電極または抵抗器に電流が流れ始め、そして、電極または電気接点の電圧の絶対値の増加が始まる。時間t1において、第1の電圧比較器301は、電圧の絶対値が第1の閾値V1の絶対値以上であると判定し、コントローラ310は時間遅延TD1を開始し、コントローラ310はTD1の開始時に第1の電圧比較器301を停止することができる。コントローラ310がt1の前に停止にされている場合、コントローラ310はt1で起動される。TD1の間、コントローラ310は、第2の電圧比較器302を起動する。本明細書で使用される「時間遅延」という用語は、開始時および終了時(すなわち、終わり)およびその間の任意の時間を意味する。例えば、コントローラ310は、TD1の終了時に第2の電圧比較器302を起動することができる。TD1の間、第2の電圧比較器302が、時間t2で電圧の絶対値が第2の閾値の絶対値以上であると判定した場合、コントローラ310は、カウンタ320によって記録された数を1だけ増加させる。時間teにおいて、X線光子によって生成されたすべての電荷キャリアは、X線吸収層110から外にドリフトする。時間tsにおいて、時間遅延TD1は終了する。図8の例では、時間tsは時間teの後であり、すなわちTD1は、X線光によって生成されたすべての電荷キャリアがX線吸収層110から外にドリフトした後に終了する。したがって、電圧の変化率は、tsにおいて実質的にゼロである。コントローラ310は、TD1の終了時またはt2で、またはその間の任意の時間に、第2の電圧比較器302を停止するように構成されてもよい。
FIG. 8 shows the time variation of the current flowing through the electrodes (upper curve) due to the charge carriers generated by the X-ray photons incident on the diode or resistor, and the time variation of the corresponding electrode voltage (lower curve). Are schematically shown. Voltage may be the integral of current over time. At time t 0 , the X-ray photons strike the diode or resistor, charge carriers begin to build up in the diode or resistor, current begins to flow through the electrode or resistor of the diode, and the absolute value of the voltage at the electrode or electrical contact Begins to increase. At time t 1, the
コントローラ310は、時間遅延TD1の終了時に電圧計306に電圧を測定させるように構成されてもよい。一実施形態では、コントローラ310は、時間遅延TD1の終了後に電圧の変化率が実質的にゼロになった後に、電圧計306に電圧を測定させる。このときの電圧は、X線光子のエネルギーに関係するX線光子によって生成される電荷キャリアの量に比例する。コントローラ310は、電圧計306が測定する電圧に基づいて、X線光子のエネルギーを決定するように構成されてもよい。エネルギーを決定する1つの方法は、電圧をビニングすることである。カウンタ320は、各ビンに対してサブカウンタを有することができる。コントローラ310が、X線光子のエネルギーがビンに入ると判定した場合、コントローラ310はそのビンのサブカウンタに記録されている数を1だけ増加させることができる。したがって、システム121は、X線画像を検出することができる可能性があり、各X線光子のX線光子エネルギーを分解することができる可能性がある。
TD1が終了した後、コントローラ310は、リセット期間RSTの間、電極を電気的接地に接続して、電極上に蓄積された電荷キャリアが接地に流れ、電圧をリセットすることを可能にする。RSTの後、システム121は、別の入射X線光子を検出する準備が整う。黙示的に、図8の例でシステム121が扱うことができる入射X線光子の速度は、1/(TD1+RST)によって制限される。第1の電圧比較器301が停止されている場合、コントローラ310は、RSTが終了する前の任意の時点でそれを起動することができる。コントローラ310が停止されている場合、コントローラ310は、RSTが終了する前に起動されてもよい。
After the end of TD1,
図9は、図8に示された方法で動作するシステム121において、ノイズ(例えば、暗電流、バックグラウンド放射線、散乱X線、蛍光X線、隣接するピクセルからの共有電荷)に起因する電極を流れる電流の時間変化(上の曲線)と、対応する電極の電圧の時間変化(下の曲線)とを概略的に示している。時間t0において、ノイズが始まる。電圧の絶対値がV1の絶対値を超えるほどにノイズが大きくなければ、コントローラ310は第2の電圧比較器302を起動しない。第1の電圧比較器301によって決定される時間t1で、電圧の絶対値がV1の絶対値を超えるほどにノイズが大きければ、コントローラ310は時間遅延TD1を開始し、コントローラ310は、TD1の開始時に第1の電圧比較器301を停止することができる。TD1の間(例えば、TD1の終了時)、コントローラ310は、第2の電圧比較器302を起動する。ノイズは、TD1の間、電圧の絶対値がV2の絶対値を超えるほどに大きいとは考えられない。したがって、コントローラ310は、カウンタ320によって記録された数を増加させない。時間teにおいて、ノイズが終了する。時間tsにおいて、時間遅延TD1は終了する。コントローラ310は、TD1の終了時に第2の電圧比較器302を停止するように構成されてもよい。コントローラ310は、電圧の絶対値がTD1中にV2の絶対値を超えなければ、電圧計306に電圧を測定させないように構成されてもよい。TD1が終了した後、コントローラ310は、リセット期間RSTの間、電極を電気的接地に接続し、ノイズの結果として電極上に蓄積された電荷キャリアが接地に流れて電圧をリセットすることを可能にする。したがって、システム121はノイズ除去に非常に有効であり得る。
FIG. 9 illustrates electrodes in a
図10は、ダイオードまたは抵抗器に入射するX線光子によって生成された電荷キャリアに起因する電極を流れる電流の時間変化(上の曲線)と、システム121が1/(TD1+RST)よりも速い速度で入射X線光子を検出するように動作する場合の対応する電極の電圧の時間変化(下の曲線)とを概略的に示している。電圧は、時間に対する電流の積分であってもよい。時間t0において、X線光子がダイオードまたは抵抗器に当たって、ダイオードまたは抵抗器で電荷キャリアが生成し始め、電流がダイオードの電極または抵抗器の電気接点を流れ始め、そして、電極または電気接点の電圧の絶対値の増加が始まる。時間t1において、第1の電圧比較器301は、電圧の絶対値が第1の閾値V1の絶対値以上であると判定し、コントローラ310はTD1より短い時間遅延TD2を開始し、コントローラ310はTD2の開始時に第1の電圧比較器301を停止することができる。コントローラ310がt1の前に停止にされている場合、コントローラ310はt1で起動される。TD2の間(例えば、TD2の終了時)、コントローラ310は、第2の電圧比較器302を起動する。TD2の間、第2の電圧比較器302が、時間t2で電圧の絶対値が第2の閾値の絶対値以上であると判定した場合、コントローラ310は、カウンタ320によって記録された数を1だけ増加させる。時間teにおいて、X線光子によって生成されたすべての電荷キャリアは、X線吸収層110から外にドリフトする。時間thにおいて、時間遅延TD2は終了する。図10の例では、時間thは時間teより前であり、すなわちTD2は、X線光子によって生成されたすべての電荷キャリアがX線吸収層110から外にドリフトする前に終了する。したがって、電圧の変化率は、thにおいて実質的に非ゼロである。コントローラ310は、TD2の終了時またはt2で、またはその間の任意の時間に、第2の電圧比較器302を停止するように構成されてもよい。
FIG. 10 shows the time course of the current flowing through the electrodes (upper curve) due to charge carriers generated by X-ray photons incident on a diode or resistor, and that the
コントローラ310は、TD2の間の時間の関数としての電圧からteにおける電圧を外挿し、外挿された電圧を使用してX線光子のエネルギーを決定するように構成されてもよい。
TD2が終了した後、コントローラ310は、リセット期間RSTの間、電極を電気的接地に接続して、電極上に蓄積された電荷キャリアが接地に流れ、電圧をリセットすることを可能にする。一実施形態では、RSTはteの前に終了する。RST後の電圧の変化率は、実質的に非ゼロであり得、なぜなら、X線光子によって生成されたすべての電荷キャリアは、teの前にRSTの終了時にX線吸収層110から外にドリフトしていないからである。teの後に電圧の変化率は実質的にゼロになり、teの後に電圧は残留電圧VRに安定化される。一実施形態では、RSTはteでまたはteの後に終了し、RST後の電圧の変化率は実質的にゼロであり得、なぜなら、X線光子によって生成されたすべての電荷キャリアは、teにおいてX線吸収層110から外にドリフトするからである。RSTの後、システム121は、別の入射X線光子を検出する準備が整う。第1の電圧比較器301が停止されている場合、コントローラ310は、RSTが終了する前の任意の時点でそれを起動することができる。コントローラ310が停止されている場合、コントローラ310は、RSTが終了する前に起動されてもよい。
After TD2 has expired,
図11は、図10に示された方法で動作するシステム121において、ノイズ(例えば、暗電流、バックグラウンド放射線、散乱X線、蛍光X線、隣接するピクセルからの共有電荷)に起因する電極を流れる電流の時間変化(上の曲線)と、対応する電極の電圧の時間変化(下の曲線)とを概略的に示している。時間t0において、ノイズが始まる。電圧の絶対値がV1の絶対値を超えるほどにノイズが大きくなければ、コントローラ310は第2の電圧比較器302を起動しない。第1の電圧比較器301によって決定される時間t1で、電圧の絶対値がV1の絶対値を超えるほどにノイズが大きければ、コントローラ310は時間遅延TD2を開始し、コントローラ310は、TD2の開始時に第1の電圧比較器301を停止することができる。TD2の間(例えば、TD2の終了時)、コントローラ310は、第2の電圧比較器302を起動する。ノイズは、TD2の間、電圧の絶対値がV2の絶対値を超えるほどに大きいとは考えられない。したがって、コントローラ310は、カウンタ320によって記録された数を増加させない。時間teにおいて、ノイズが終了する。時間thにおいて、時間遅延TD2は終了する。コントローラ310は、TD2の終了時に第2の電圧比較器302を停止するように構成されてもよい。TD2が終了した後、コントローラ310は、リセット期間RSTの間、電極を電気的接地に接続し、ノイズの結果として電極上に蓄積された電荷キャリアが接地に流れて電圧をリセットすることを可能にする。したがって、システム121はノイズ除去に非常に有効であり得る。
FIG. 11 illustrates electrodes in a
図12は、RSTがteの前に終了する図10に示された方法で動作するシステム121において、ダイオードまたは抵抗器に入射する一連のX線光子によって生成された電荷キャリアに起因する電極を流れる電流の時間変化(上の曲線)と、対応する電極の電圧の時間変化(下の曲線)を概略的に示している。各入射X線光子によって生成された電荷キャリアに起因する電圧曲線は、その光子の前の残留電圧によって相殺される。残留電圧の絶対値は、入射光子ごとに連続的に増加する。残留電圧の絶対値がV1を超えると(図12の点線の矩形を参照)、コントローラは時間遅延TD2を開始し、コントローラ310はTD2の開始時に第1の電圧比較器301を停止することができる。TD2の間にダイオードまたは抵抗器に他のX線光子の入射がない場合、コントローラはTD2の終わりのリセット時間RSTの間に電極を電気的接地に接続し、それにより残留電圧をリセットする。したがって、残留電圧は、カウンタ320によって記録された数の増加を引き起こさない。
12, RST is the
図13は、本明細書に記載の半導体X線検出器100を備えるシステムを概略的に示している。このシステムは、胸部X線撮影、腹部X線撮影などの医用イメージングに使用されてもよい。このシステムは、X線源1201を備える。X線源1201から放射されたX線は、対象物1202(例えば、胸部、肢部、腹部などの人体部分)を透過し、対象物1202の内部構造(例えば、骨、筋肉、脂肪、臓器など)によって異なる程度で減衰され、半導体X線検出器100に投影される。半導体X線検出器100は、X線の強度分布を検出して画像を形成する。
FIG. 13 schematically illustrates a system including the
図14は、本明細書に記載の半導体X線検出器100を備えるシステムを概略的に示している。このシステムは、歯科用X線撮影のような医用イメージングに使用されてもよい。このシステムは、X線源1301を備える。X線源1301から放射されたX線は、哺乳類(例えば、人間)の口の一部である対象物1302を透過する。対象物1302は、上顎骨、口蓋骨、歯、下顎、または舌を含み得る。X線は、対象物1302の異なる構造によって異なる程度に減衰され、半導体X線検出器100に投影される。半導体X線検出器100は、X線の強度分布を検出して画像を形成する。歯は、齲歯、感染部、歯周靭帯よりもX線を吸収する。歯科患者が受けるX線放射の線量は、一般に少ない(口の中全体の一連の線量は約0.150mSv)。
FIG. 14 schematically illustrates a system including the
図15は、本明細書に記載の半導体X線検出器100を備える貨物走査または非侵入検査(NII)システムを概略的に示している。このシステムを、輸送用コンテナ、車両、船舶、荷物などの輸送システムにおける物品の検査および識別に使用することができる。システムは、X線源1401を備える。X線源1401から放射されたX線は、対象物1402(例えば、輸送用コンテナ、車両、船舶など)から後方散乱し、半導体X線検出器100に投影されることができる。対象物1402の異なる内部構造は、X線を異なって後方散乱することができる。半導体X線検出器100は、後方散乱X線の強度分布および/または後方散乱X線光子のエネルギーを検出することによって画像を形成する。
FIG. 15 schematically illustrates a cargo scanning or non-intrusive inspection (NII) system comprising a
図16は、本明細書に記載の半導体X線検出器100を備える別の貨物走査または非侵入検査(NII)システムを概略的に示している。このシステムを、公共交通機関や空港での荷物のスクリーニングに使用することができる。システムは、X線源1501を備える。X線源1501から放射されたX線は荷物1502を透過し、荷物の内容物によって異なって減衰され、半導体X線検出器100に投影されることができる。半導体X線検出器100は、透過したX線の強度分布を検出して画像を形成する。システムは荷物の内容物を明らかにし、銃器、麻薬、刃物類、可燃性物質など、公共交通機関で禁じられている物品を識別することができる。
FIG. 16 schematically illustrates another cargo scanning or non-intrusive inspection (NII) system comprising a
図17は、本明細書に記載の半導体X線検出器100を備える全身スキャナシステムを概略的に示している。全身スキャナシステムは、物理的に衣類を取り外すことなく、または物理的に接触することなく、セキュリティスクリーニングのために人体の対象物を検出することができる。全身スキャナシステムは、非金属の対象物を検出することが可能である。全身スキャナシステムは、X線源1601を備える。X線源1601から放射されたX線は、スクリーニングされる人間1602およびその対象物から後方散乱して、半導体X線検出器100に投影されることができる。対象物と人体は、X線を別々に後方散乱させることができる。半導体X線検出器100は、後方散乱X線の強度分布を検出して画像を形成する。半導体X線検出器100およびX線源1601を、人間を直線方向または回転方向に走査するように構成することができる。
FIG. 17 schematically illustrates a whole-body scanner system including the
図18は、X線コンピュータ断層撮影(X線CT)システムを概略的に示している。X線CTシステムは、コンピュータ処理されたX線を用いて、走査される対象物の特定エリアの断層画像(仮想「スライス」)を生成する。断層画像は、さまざまな医学分野における診断および治療目的、または欠陥検出、故障解析、計測、アセンブリ解析およびリバースエンジニアリングに使用され得る。X線CTシステムは、本明細書に記載の半導体X線検出器100と、X線源1701とを備える。半導体X線検出器100およびX線源1701を、1つまたは複数の円形または螺旋経路に沿って同期して回転するように構成することができる。
FIG. 18 schematically shows an X-ray computed tomography (X-ray CT) system. X-ray CT systems use computerized X-rays to generate tomographic images (virtual "slices") of specific areas of an object to be scanned. The tomographic images can be used for diagnostic and therapeutic purposes in various medical fields or for defect detection, failure analysis, metrology, assembly analysis and reverse engineering. The X-ray CT system includes the
図19は、電子顕微鏡を模式的に示している。電子顕微鏡は、電子を放出するように構成された電子源1801(電子銃とも呼ばれる)を備える。電子源1801は、熱イオン、光電陰極、電界放出、またはプラズマ源などのさまざまな放出機構を有してもよい。放出された電子は、電子光学システム1803を通過し、電子光学システム1803は、電子を成形し、加速し、または集束するように構成され得る。次いで、電子は試料1802に到達し、画像検出器はそこから画像を形成することができる。電子顕微鏡は、エネルギー分散型X線分光法(EDS)を実施するための、本明細書に記載の半導体X線検出器100を備えることができる。EDSは、試料の元素分析または化学的特徴付けに使用される分析技術である。電子が試料に入射すると、試料からの特徴的なX線の放出を引き起こす。入射した電子は、試料中の原子の内殻の電子を励起し、電子が存在した電子孔を作りながら内殻からそれを放出することができる。次いで、外側のより高いエネルギーの殻からの電子が孔を満たし、より高いエネルギーの殻とより低いエネルギーの殻との間のエネルギーの差は、X線の形態で放出され得る。試料から放出されたX線の数およびエネルギーを、半導体X線検出器100によって測定することができる。
FIG. 19 schematically shows an electron microscope. The electron microscope includes an electron source 1801 (also called an electron gun) configured to emit electrons.
ここで説明する半導体X線検出器100は、X線望遠鏡、X線マンモグラフィ、工業用X線欠陥検出、X線顕微鏡またはマイクロラジオグラフィ、X線鋳造検査、X線非破壊検査、X線溶接検査、X線デジタルサブトラクション血管造影法などの他の用途を有していてもよい。この半導体X線検出器100を、写真乾板、写真フィルム、PSP板、X線イメージ増強装置、シンチレータ、または他の半導体X線検出器の代わりに使用することが適切であり得る。
The
さまざまな態様および実施形態が本明細書に開示されているが、他の態様および実施形態は当業者には明らかとされよう。本明細書に開示されたさまざまな態様および実施形態は、説明の目的のためのものであり、制限されるものではなく、本発明の真の範囲および趣旨は以下の請求項によって示される。 While various aspects and embodiments have been disclosed herein, other aspects and embodiments will be apparent to those skilled in the art. The various aspects and embodiments disclosed herein are for purposes of illustration and not limitation, and the true scope and spirit of the invention is set forth by the following claims.
Claims (20)
第1の表面および第2の表面を有する基板を取得することを含み、
前記基板は、前記基板内または前記基板上にある電子システムを含み、
前記基板は、前記第1の表面上にある複数の電気接点を含み、
第1のX線吸収層を含む第1のチップを取得することを含み、
前記第1のX線吸収層は電極を含み、
前記第1のX線吸収層の前記電極が少なくとも1つの前記電気接点に電気的に接続されるように、前記第1のチップを前記基板に接合することを含む、方法。 A method of manufacturing a device suitable for detecting X-rays,
Obtaining a substrate having a first surface and a second surface,
The substrate includes an electronic system within or on the substrate,
The substrate includes a plurality of electrical contacts on the first surface;
Obtaining a first chip including a first X-ray absorbing layer,
The first X-ray absorption layer includes an electrode;
Bonding the first chip to the substrate such that the electrode of the first X-ray absorbing layer is electrically connected to at least one of the electrical contacts.
前記第2のX線吸収層は電極を含み、
前記第2のX線吸収層の前記電極が少なくとも1つの前記電気接点に電気的に接続されるように、前記第2のチップを前記基板に接合することをさらに含む、請求項1に記載の方法。 Further comprising obtaining a second chip comprising a second X-ray absorbing layer,
The second X-ray absorbing layer includes an electrode;
2. The method of claim 1, further comprising joining the second chip to the substrate such that the electrode of the second X-ray absorbing layer is electrically connected to at least one of the electrical contacts. Method.
前記電極の電圧を第1の閾値と比較するように構成された第1の電圧比較器と、
前記電圧を第2の閾値と比較するように構成された第2の電圧比較器と、
前記X線吸収層に到達する複数のX線光子を記録するように構成されたカウンタと、
コントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記電圧の絶対値が前記第1の閾値の絶対値以上であると前記第1の電圧比較器が判定した時点から時間遅延を開始するように構成され、
前記コントローラは、前記時間遅延の間に前記第2の電圧比較器を起動するように構成され、
前記コントローラは、前記電圧の絶対値が前記第2の閾値の絶対値以上であると前記第2の電圧比較器が判定した場合、前記カウンタによって記録された数を1増加させるように構成されている、請求項1に記載の方法。 The electronic system comprises:
A first voltage comparator configured to compare the voltage of the electrode with a first threshold;
A second voltage comparator configured to compare the voltage with a second threshold;
A counter configured to record a plurality of X-ray photons reaching the X-ray absorption layer;
With a controller and
The controller is configured to start a time delay from the time when the first voltage comparator determines that the absolute value of the voltage is equal to or greater than the absolute value of the first threshold,
The controller is configured to activate the second voltage comparator during the time delay;
The controller is configured to increase the number recorded by the counter by one when the second voltage comparator determines that the absolute value of the voltage is equal to or greater than the absolute value of the second threshold. The method of claim 1, wherein
前記コンデンサモジュールは、前記第1のX線吸収層の前記電極から電荷キャリアを収集するように構成されている、請求項12に記載の方法。 The electronic system further includes a capacitor module electrically connected to the electrode of the first X-ray absorption layer,
The method of claim 12, wherein the capacitor module is configured to collect charge carriers from the electrodes of the first X-ray absorbing layer.
前記コントローラは、前記時間遅延の終了時に前記電圧計に前記電圧を測定させるように構成されている、請求項2に記載の方法。 The electronic system further includes a voltmeter,
3. The method of claim 2, wherein the controller is configured to cause the voltmeter to measure the voltage at the end of the time delay.
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