JP2020008587A - Method of making semiconductor x-ray detectors - Google Patents

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Peiyan Cao
リウ、ユルン
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Abstract

To provide a method of making an X-ray detector with a large area and a large number of pixels.SOLUTION: A method of making an X-ray detector comprises: preparing a substrate 122 comprising electric contacts 125, and a first chip comprising a first X-ray absorption layer 110 having an individual electrode 114; and bonding the first X-ray absorption layer 110 to the substrate 122 such that the individual electrode 114 of the first X-ray absorption layer 110 is electrically connected to the electrical contacts 125 of the substrate 122.SELECTED DRAWING: Figure 4A

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 Although photographic plates have been replaced by photographic film, photographic plates may still be used in special circumstances due to their superior quality and extreme stability.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線検出器を概略的に示す。FIG. 1A schematically illustrates a semiconductor X-ray detector according to one embodiment. 図1Bは、一実施形態による半導体X線検出器100を示す。FIG. 1B illustrates a semiconductor X-ray detector 100 according to one embodiment. 図2は、一実施形態による、図1Aの検出器の一部の例示的な上面図を示す。FIG. 2 illustrates an exemplary top view of a portion of the detector of FIG. 1A, according to one embodiment. 図3は、一実施形態による電子層120を概略的に示す。FIG. 3 schematically illustrates an electronic layer 120 according to one embodiment. 図4Aは、X線吸収層と電子層との間の直接接合を概略的に示す。FIG. 4A schematically illustrates a direct junction between the X-ray absorbing layer and the electronic layer. 図4Bは、X線吸収層と電子層との間のフリップチップ接合を概略的に示す。FIG. 4B schematically shows a flip chip bonding between the X-ray absorbing layer and the electronic layer. 図4Cは、一実施形態による電子層を概略的に示す。FIG. 4C schematically illustrates an electronic layer according to one embodiment. 図4Dは、複数のチップが取得され得ることと、各チップは、図1A、図1B、図2、図3、図4A、または図4Bに示されたX線吸収層などのX線吸収層を含むことを概略的に示す。FIG. 4D shows that multiple chips can be obtained and that each chip has an X-ray absorbing layer, such as the X-ray absorbing layer shown in FIG. 1A, FIG. 1B, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4A, or FIG. Is schematically shown. 図4Eは、チップが電子層の基板に接合され得ることを示す。FIG. 4E shows that the chip can be bonded to the substrate of the electronic layer. 図4Fは、チップがバッキング基板と電子層の基板との間に挟まれるように、バッキング基板がチップに取り付けられ得ることを概略的に示す。FIG. 4F schematically illustrates that the backing substrate can be attached to the chip such that the chip is sandwiched between the backing substrate and the substrate of the electronic layer. 図4Gは、チップがバッキング基板と電子層の基板との間に挟まれるように、バッキング基板がチップに取り付けられ得ることを概略的に示す。FIG. 4G schematically illustrates that the backing substrate can be attached to the chip such that the chip is sandwiched between the backing substrate and the substrate of the electronic layer. 図5は、電子層の底面図を概略的に示す。FIG. 5 schematically shows a bottom view of the electronic layer. 図6Aは、図3に示された電子層が複数の半導体X線検出器の積層を可能にすることを示す。FIG. 6A shows that the electronic layer shown in FIG. 3 enables the stacking of multiple semiconductor X-ray detectors. 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す。FIG. 6B schematically illustrates a top view of the stacked semiconductor X-ray detectors 100. 図7Aは、一実施形態による、図1Aまたは図1Bの検出器の電子システムの構成図を示す。FIG. 7A shows a block diagram of the electronic system of the detector of FIG. 1A or 1B, according to one embodiment. 図7Bは、一実施形態による、図1Aまたは図1Bの検出器の電子システムの別の構成図を示す。FIG. 7B shows another block diagram of the electronic system of the detector of FIG. 1A or 1B, according to one embodiment. 図8は、一実施形態による、X線に曝されたX線吸収層のダイオードの電極または抵抗器の電気接点に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、電流はX線吸収層に入射するX線光子によって生成された電荷キャリアに起因する。FIG. 8 shows the time evolution of the current (upper curve) flowing through the X-ray absorbing layer diode electrode or resistor electrical contact exposed to X-rays and the corresponding electrode voltage evolution according to one embodiment. (Lower curve), wherein the current is due to charge carriers generated by X-ray photons incident on the X-ray absorption layer. 図9は、一実施形態による、図8に示された方法で動作する電子システムにおいて、ノイズ(例えば、暗電流)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)とを概略的に示す。FIG. 9 illustrates, in an electronic system operating in the manner shown in FIG. 8, a time change in current flowing through an electrode (upper curve) due to noise (eg, dark current) and a corresponding electrode according to one embodiment. And the change over time (lower curve). 図10は、一実施形態による、X線に曝されたX線吸収層の電極に流れる電流の時間変化(上の曲線)と、電子システムが入射X線光子をより高い速度で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、電流はX線吸収層に入射するX線光子によって生成された電荷キャリアに起因する。FIG. 10 illustrates the time variation of the current flowing through the electrodes of the X-ray absorbing layer exposed to X-rays (upper curve) and the way the electronic system detects incident X-ray photons at a higher rate, according to one embodiment. In operation, the time variation of the voltage of the corresponding electrode (lower curve) is schematically shown, the current being due to charge carriers generated by X-ray photons incident on the X-ray absorption layer. 図11は、一実施形態による、図10に示された方法で動作する電子システムにおいて、ノイズ(例えば、暗電流)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)とを概略的に示す。FIG. 11 illustrates a time change (upper curve) of current flowing through an electrode due to noise (eg, dark current) and a corresponding electrode in an electronic system operating in the manner shown in FIG. 10 according to one embodiment. And the change over time (lower curve). 図12は、一実施形態による、RSTがtの前に終了する図10に示された方法で動作する電子システムにおいて、X線吸収層に入射する一連の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に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を概略的に示す。12, according to one embodiment, an electronic system that operates in a manner RST is shown in Figure 10 to finish before t e, a series of X-ray charge carriers generated by photons incident on the X-ray absorbing layer Schematically shows the time change of the current flowing through the electrode (upper curve) and the time change of the voltage of the corresponding electrode. 図13は、一実施形態による、胸部X線撮影、腹部X線撮影などの医用イメージングに適した、本明細書に記載の半導体X線検出器を備えるシステムを概略的に示す。FIG. 13 schematically illustrates a system with a solid state X-ray detector as described herein suitable for medical imaging, such as chest x-ray, abdominal x-ray, according to one embodiment. 図14は、一実施形態による、歯科用X線撮影に適した本明細書に記載の半導体X線検出器を備えるシステムを概略的に示す。FIG. 14 schematically illustrates a system comprising a semiconductor x-ray detector described herein suitable for dental radiography, according to one embodiment. 図15は、一実施形態による、本明細書に記載の半導体X線検出器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す。FIG. 15 schematically illustrates a cargo scanning or non-intrusive inspection (NII) system comprising a semiconductor x-ray detector as described herein, according to one embodiment. 図16は、一実施形態による、本明細書に記載の半導体X線検出器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す。FIG. 16 schematically illustrates another cargo scanning or non-intrusive inspection (NII) system comprising a semiconductor x-ray detector as described herein, according to one embodiment. 図17は、一実施形態による、本明細書に記載の半導体X線検出器を備える全身スキャナシステムを概略的に示す。FIG. 17 schematically illustrates a whole-body scanner system with a solid state X-ray detector as described herein, according to one embodiment. 図18は、一実施形態による、本明細書に記載の半導体X線検出器を備える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す。FIG. 18 schematically illustrates an X-ray computed tomography (X-ray CT) system with a semiconductor X-ray detector as described herein, according to one embodiment. 図19は、一実施形態による、本明細書に記載の半導体X線検出器を備える電子顕微鏡を概略的に示す。FIG. 19 schematically illustrates an electron microscope with a semiconductor X-ray detector as described herein, according to one embodiment.

詳細な説明Detailed description

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 semiconductor X-ray detector 100 according to one embodiment. The semiconductor X-ray detector 100 may include an X-ray absorption layer 110 and an electronic layer 120 (eg, an ASIC) for processing or analyzing electrical signals, wherein incident X-rays are generated at the X-ray absorption layer 110 I do. In one embodiment, semiconductor X-ray detector 100 does not include a scintillator. The X-ray absorbing layer 110 can include a semiconductor material such as silicon, germanium, GaAs, CdTe, CdZnTe, or a combination thereof. Semiconductors can have a high mass extinction coefficient for the X-ray energy of interest. The X-ray absorbing layer 110 includes one or more diodes (for example, pin or p-n) formed by one or more individual regions 114 of the first doped region 111 and the second doped region 113. n). The second doped region 113 can be separated from the first doped region 111 by an optional intrinsic region 112. The individual portions 114 are separated from one another by a first doped region 111 or an intrinsic region 112. The first doped region 111 and the second doped region 113 have opposite types of doping (for example, the region 111 is p-type and the region 113 is n-type, or the region 111 is n-type and the region 113 is p-type). In the example of FIG. 1A, each of the individual regions 114 of the second doped region 113 forms a diode having a first doped region 111 and an optional intrinsic region 112. That is, in the example of FIG. 1A, the X-ray absorption layer 110 has a plurality of diodes having the first doped region 111 as a shared electrode. The first doped region 111 can also have individual parts.

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 semiconductor X-ray detector 100 according to one embodiment. The semiconductor X-ray detector 100 may include an X-ray absorption layer 110 and an electronic layer 120 (eg, an ASIC) for processing or analyzing electrical signals, wherein incident X-rays are generated at the X-ray absorption layer 110 I do. In one embodiment, semiconductor X-ray detector 100 does not include a scintillator. The X-ray absorbing layer 110 can include a semiconductor material such as silicon, germanium, GaAs, CdTe, CdZnTe, or a combination thereof. Semiconductors can have a high mass extinction coefficient for the X-ray energy of interest. The X-ray absorption layer 110 may include a resistor without including a diode.

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-ray absorbing layer 110, including the diode, the X-ray photon can be absorbed and generate one or more charge carriers by multiple mechanisms. X-ray photons can generate 10-100,000 charge carriers. Charge carriers can drift to the electrodes of one diode under an electric field. The electric field may be an external electric field. Electrical contacts 119B can include discrete portions that make electrical contact with discrete regions 114. In one embodiment, the charge carriers can drift in a direction such that the charge carriers generated by a single X-ray photon are not substantially shared by two different discrete regions 114 (here, "substantially" "Unshared" means that less than 5%, less than 2%, or less than 1% of these charge carriers flow to a different one of the discrete regions 114 from the rest of the charge carriers). In one embodiment, the charge carriers generated by a single X-ray photon can be shared by two different individual regions 114. FIG. 2 shows an exemplary top view of a portion of the device 100 having a 4 × 4 array of individual regions 114. Charge carriers generated by X-ray photons incident around one footprint of these individual regions 114 are not substantially shared with another of these individual regions 114. The area around the individual region 114 where substantially all (more than 95%, more than 98%, or more than 99%) of the charge carriers generated by the X-ray photons incident thereon flow into the individual region 114 is the individual region 114 Called the pixel associated with. That is, less than 5%, less than 2%, or less than 1% of these charge carriers flow across the pixel. By measuring the drift current flowing into each of the individual regions 114, or the rate of change of the voltage at each of the individual regions 114, the number of absorbed X-ray photons (related to the incident X-ray intensity) and / or the individual regions Its energy at the pixel associated with 114 can be determined. Thus, the spatial distribution (eg, an image) of the incident X-ray intensity can be measured by individually measuring the drift current into each of the arrays of individual regions 114 or by changing the voltage of each of the arrays of individual regions 114. It can be determined by measuring the rate. The pixels can be organized in any suitable array, such as a square array, a triangular array, and a honeycomb array. Pixels can have any suitable shape, such as circular, triangular, square, rectangular, and hexagonal. Pixels may be individually addressable.

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 X-ray absorption layer 110, including the resistor but not the diode, the X-ray photon can be absorbed and generate one or more charge carriers by multiple mechanisms. X-ray photons can generate 10-100,000 charge carriers. Charge carriers can drift to electrical contacts 119A and 119B under an electric field. The electric field may be an external electric field. Electrical contact 119B includes a discrete portion. In one embodiment, the charge carriers may drift in a direction such that the charge carriers generated by a single x-ray photon are not substantially shared by two different discrete portions of electrical contact 119B (here, " "Substantially unshared" means that less than 5%, less than 2%, or less than 1% of these charge carriers flow to a different one of the discrete parts separate from the rest of the charge carriers) . In one embodiment, the charge carriers generated by a single X-ray photon may be shared by two different individual portions of electrical contact 119B. Charge carriers generated by X-ray photons incident around the footprint of one of these discrete portions of electrical contact 119B are not substantially shared with another of these discrete portions of electrical contact 119B. Substantially all (greater than 95%, greater than 98%, or greater than 99%) of the charge carriers generated by the X-ray photons incident thereon are separated from the electrical contacts 119B by flowing to discrete portions of the electrical contacts 119B. The area around the portion is referred to as the pixel associated with the individual portion of electrical contact 119B. That is, less than 5%, less than 2%, or less than 1% of these charge carriers flow past the pixel associated with one discrete portion of electrical contact 119B. By measuring the drift current flowing through each of the discrete portions of the electrical contact 119B, or the rate of change of the voltage at each of the discrete portions of the electrical contact 119B, the number of absorbed X-ray photons (which is Related) and / or its energy at the pixel associated with the discrete portion of the electrical contact 119B. Accordingly, the spatial distribution (eg, image) of the incident X-ray intensity can be determined by individually measuring the drift current into each of the array of discrete portions of electrical contact 119B, or by measuring the array of discrete portions of electrical contact 119B. It can be determined by measuring the rate of change of each voltage. The pixels can be organized in any suitable array, such as a square array, a triangular array, and a honeycomb array. Pixels can have any suitable shape, such as circular, triangular, square, rectangular, and hexagonal. Pixels may be individually addressable.

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 electronic layer 120 may include an electronic system 121 suitable for processing or interpreting signals generated by X-ray photons incident on the X-ray absorption layer 110. Electronic system 121 can include analog circuits such as filter networks, amplifiers, integrators, and comparators, or digital circuits such as microprocessors and memories. Electronic system 121 may include components that are shared by multiple pixels or components that are dedicated to a single pixel. For example, the electronic system 121 may include a dedicated amplifier for each pixel and a microprocessor common to all pixels. Electronic system 121 can be electrically connected to the pixel by via 131. The space between the vias can be filled with a filler material 130 that can increase the mechanical stability of the connection of the electronic layer 120 to the X-ray absorbing layer 110. Other bonding techniques are possible to connect electronic system 121 to pixels without using vias.

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 electronic layer 120 according to one embodiment. Electronic layer 120 includes a substrate 122 having a first surface 124 and a second surface 128. As used herein, a “surface” is not necessarily exposed and may be wholly or partially embedded. Electronic layer 120 includes one or more electrical contacts 125 on first surface 124. One or more electrical contacts 125 can be configured to be electrically connected to one or more electrodes of X-ray absorbing layer 110. Electronic system 121 may be in or on substrate 122. Electronic layer 120 includes one or more vias 126 extending from first surface 124 to second surface 128. Electronic layer 120 includes a redistribution layer (RDL) 123 on second surface 128. RDL 123 may include one or more transmission lines 127. Electronic system 121 is electrically connected to electrical contacts 125 and transmission lines 127 via vias 126.

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 substrate 122 may be a thinned substrate. For example, the substrate can have a thickness of 750 microns or less, 200 microns or less, 100 microns or less, 50 microns or less, 20 microns or less, or 5 microns or less. Substrate 122 may be a silicon substrate or a substrate or other suitable semiconductor or insulator. Substrate 122 may be manufactured by grinding a thick substrate to a desired thickness.

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 electrical contacts 125 may be a metal or doped semiconductor layer. For example, electrical contacts 125 may be gold, copper, platinum, palladium, doped silicon, and the like.

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 substrate 122 and electrically connects an electrical component (eg, electrical contact 125) on first surface 124 to an electrical component (eg, RDL) on second surface 128. The via 126 is sometimes referred to as a “through-silicon via”, but may be made in the substrate with a material other than silicon.

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。   RDL 123 may include one or more transmission lines 127. Transmission lines 127 electrically connect electrical components (eg, vias 126) in substrate 122 to bonding pads at other locations on substrate 122. The transmission line 127 may be electrically isolated from the substrate 122 except for a specific via 126 and a specific bonding pad. The transmission line 127 may be a material with a low mass extinction coefficient (eg, Al) for the X-ray energy of interest. The RDL 123 can redistribute electrical connections to more convenient locations.

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 X-ray absorbing layer 110 and an electronic layer 120, such as an individual region 114 and an electrical contact 125, at the electrode. Direct bonding is a wafer bonding process that does not use additional intermediate layers (eg, solder bumps). The bonding process is based on a chemical bond between two surfaces. Direct bonding may be at elevated temperatures, but need not be.

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 X-ray absorbing layer 110 and the electronic layer 120, such as the discrete regions 114 and the electrical contacts 125, at the electrodes. Flip chip bonding uses solder bumps 199 deposited on contact pads (eg, electrodes or electrical contacts 125 of X-ray absorbing layer 110). Either the X-ray absorbing layer 110 or the electronic layer 120 is turned over, and the electrodes of the X-ray absorbing layer 110 are aligned with the electrical contacts 125. The solder bumps 199 can be melted to solder the electrodes and electrical contacts 125 together. The gap between the solder bumps 199 can be filled with an insulating material.

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 electronic layer 120 in one embodiment. The substrate 122 of the electronic layer 120 has a plurality of electrical contacts 125 on a first surface 124. A plurality of electrical contacts 125 may be organized into a plurality of regions 129. Electronic system 121 may be in or on substrate 122.

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 chips 189 can be obtained and that each chip 189 has an X-ray absorbing layer such as X-ray absorbing layer 110 shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4A, or FIG. Is schematically shown. The X-ray absorption layer of each chip 189 has an electrode.

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 chip 189 can be bonded to substrate 122 using a suitable bonding method, such as flip chip bonding or direct bonding as shown in FIGS. 4A and 4B. In one embodiment, each chip 189 is joined with one of the regions 129. The electrodes of each chip 189 are electrically connected to at least one of the electrical contacts 125. After chip 189 is bonded to substrate 122, the gap between two adjacent chips 189 may be less than 100 microns. The chip 189 may have a smaller area than the substrate 122. After being bonded to the substrate 122, the chips 189 may be arranged in an array. The smaller size of chip 189 relative to substrate 122 may help accommodate differences between the coefficient of thermal expansion of chip 189 and the coefficient of thermal expansion of substrate 122. The ratio between the coefficient of thermal expansion of the chip 189 and the coefficient of thermal expansion of the substrate 122 may be 2 or more. The X-ray absorbing layer of tip 189 may be less than 200 microns thick, less than 100 microns thick, or less than 50 microns thick. The smaller the thickness of the X-ray absorbing layer, the lower the possibility that charge carriers are trapped by defects in the X-ray absorbing layer, and thus the more efficient the charge collection efficiency (CCE) by the electronic system 121. The X-ray absorption layer of tip 189 may be a chromium-doped material, especially if the material is GaAs. Doping GaAs with chromium can reduce the density of EL2 defects in GaAs, and thus make the thickness of the X-ray absorbing layer thicker without losing many charge carriers in the defects ( Hence, high absorption efficiency). Substrate 122 may have vias such as via 126 shown in FIG. 3 and RDLs such as the RDL shown in FIG. 3 or FIG.

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 backing substrate 150 can be attached to the chip 189 such that the chip 189 is sandwiched between the backing substrate 150 and the substrate 122. FIG. The backing substrate 150 can provide mechanical support to the chip 189 and the substrate 122. The backing substrate 150 may be a material (eg, silicon, silicon oxide) having a low mass extinction coefficient for the X-ray energy of interest. The backing substrate 150 may also serve as an electrode to apply an electric field in the thickness direction of the X-ray absorbing layer. For better conduction, there may be a thin layer of conductor between the backing substrate 150 and the X-ray absorbing layer.

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 RDL 123, and other components that block the drawing are omitted. It can be seen that transmission line 127 is electrically connected to via 126 and redistributes via 126 to other locations.

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 electronic layer 120 shown in FIG. 3 enables stacking of multiple semiconductor X-ray detectors 100, whereby the RDL 123 and via 126 pass through multiple layers. To facilitate the routing of signal paths, the electronic system 121 described below may have low enough power consumption to eliminate large cooling mechanisms. The plurality of semiconductor X-ray detectors 100 in the stack need not be identical. For example, the plurality of semiconductor X-ray detectors 100 may be different in thickness, structure, or material.

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 semiconductor X-ray detectors 100. Each layer can have multiple detectors 100 tiled to cover a larger area. One layer of tiled detector 100 can be staggered relative to another layer of tiled detector 100, thereby eliminating gaps that cannot detect incident X-ray photons. it can.

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 semiconductor X-ray detectors 100 may be tiled side-by-side to form a larger detector. Each of the plurality of detectors may have a single or multiple chips. For example, for applications in mammography, the absorbing layer may be made on a single silicon wafer that can be bonded to an electronic layer made on another single silicon wafer. Four to six such detectors may be tiled side by side to form a tiled detector large enough to take a human chest x-ray image. Multiple tiled detectors may be stacked with staggered gaps in each layer.

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 semiconductor X-ray detector 100 includes a step of obtaining an X-ray absorption layer including an electrode and a step of obtaining an electronic layer, wherein the electronic layer includes a first surface and a second surface. An electrode including a substrate having a surface, an electronic system in or on the substrate, electrical contacts on a first surface, a via, and a redistribution layer (RDL) on a second surface; Bonding the X-ray absorbing layer and the electronic layer such that the RDL is electrically connected to the electrical contact, wherein the RDL comprises a transmission line; Vias extend from the first surface to the second surface, and the electronic system is electrically connected via the vias to electrical contacts and transmission lines.

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 electronic system 121 according to an embodiment, respectively. The electronic system 121 may include a first voltage comparator 301, a second voltage comparator 302, a counter 320, a switch 305, a voltmeter 306, and a controller 310.

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 first voltage comparator 301 is configured to compare the voltage of the electrode of the diode 300 with a first threshold. The diode may be a diode formed by a first doped region 111, one of the individual regions 114 of the second doped region 113, and an optional intrinsic region 112. Alternatively, first voltage comparator 301 is configured to compare the voltage at an electrical contact (eg, a discrete portion of electrical contact 119B) to a first threshold. The first voltage comparator 301 may be configured to directly monitor the voltage and may be configured to calculate the voltage by integrating the current flowing through the diode or electrical contact over a period of time. The first voltage comparator 301 may be controllably activated or deactivated by the controller 310. The first voltage comparator 301 may be a continuous comparator. That is, the first voltage comparator 301 may be configured to operate continuously to monitor the voltage continuously. The first voltage comparator 301 configured as a continuous comparator reduces the likelihood that the system 121 will miss the signal generated by the incident X-ray photons. The first voltage comparator 301 configured as a continuous comparator is particularly suitable when the incident X-ray intensity is relatively high. The first voltage comparator 301 may be a clock comparator having an advantage of low power consumption. The first voltage comparator 301, configured as a clock comparator, can cause the system 121 to miss the signal generated by some incident X-ray photons. When the incident X-ray intensity is low, the possibility of mistaken incident X-ray photons is low because the time interval between two consecutive photons is relatively long. Therefore, when the incident X-ray intensity is relatively low, the first voltage comparator 301 configured as a clock comparator is particularly suitable. The first threshold is 5-10%, 10-20%, 20-30%, 30-40%, or 40-50% of the maximum voltage that one incident X-ray photon can produce in a diode or resistor. There may be. The maximum voltage may depend on the energy of the incident X-ray photons (ie, the wavelength of the incident X-ray), the material of the X-ray absorbing layer 110, and other factors. For example, the first threshold may be 50 mV, 100 mV, 150 mV, or 200 mV.

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、

Figure 2020008587
The second voltage comparator 302 is configured to compare the voltage with a second threshold. The second voltage comparator 302 may be configured to monitor the voltage directly, and may be configured to calculate the voltage by integrating the current flowing through the diode or electrical contact over a period of time. The second voltage comparator 302 may be a continuous comparator. The second voltage comparator 302 may be controllably activated or deactivated by the controller 310. When the second voltage comparator 302 is stopped, the power consumption of the second voltage comparator 302 is less than 1% and less than 5% of the power consumption when the second voltage comparator 302 is activated. , Less than 10% or less than 20%. The absolute value of the second threshold is larger than the absolute value of the first threshold. As used herein, the term "absolute value" or "modulus" | x | of a real number x is a non-negative value x regardless of its sign. That is,
Figure 2020008587

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 second voltage comparator 302 and the first voltage comparator 310 may be the same component. That is, the system 121 can have one voltage comparator that can compare the voltage with two different thresholds at different times.

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。   First voltage comparator 301 or second voltage comparator 302 may include one or more operational amplifiers or any other suitable circuits. The first voltage comparator 301 or the second voltage comparator 302 can have a high speed that allows the system 121 to operate under a high flux of incident X-rays. However, in many cases, having high speed sacrifices power consumption.

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。   Counter 320 is configured to record a plurality of X-ray photons reaching a diode or resistor. Counter 320 may be a software component (eg, a number stored in computer memory) or a hardware component (eg, 4017 IC and 7490 IC).

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。   Controller 310 may be a hardware component such as a microcontroller or a microprocessor. The controller 310 determines that the absolute value of the voltage is equal to or greater than the absolute value of the first threshold (for example, the absolute value of the voltage is changed from a value lower than the absolute value of the first threshold to a value equal to or greater than the absolute value of the first threshold). ) And the first voltage comparator 301 determines that the time delay starts. Absolute values are used here because the voltage at the cathode or anode of the diode or the voltage can be negative or positive depending on whether an electrical contact is used. Before the first voltage comparator 301 determines that the absolute value of the voltage is equal to or greater than the absolute value of the first threshold value, the controller 310 controls the second voltage comparator 302, the counter 320, and the first voltage comparison unit. Other circuits not required for the operation of the unit 301 may be configured to be stopped. The time delay can end before or after the voltage has settled, ie, the rate of change of the voltage is substantially zero. The stage "the rate of change of the voltage is substantially zero" means that the time change of the voltage is less than 0.1% / ns. The stage "the rate of change of the voltage is substantially non-zero" means that the time change of the voltage is at least 0.1% / ns.

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。   Controller 310 may be configured to activate the second voltage comparator during a time delay (including start and end). In one embodiment, controller 310 is configured to activate a second voltage comparator at the beginning of the time delay. The term "activate" refers to activating a component (e.g., by transmitting a signal, such as a voltage pulse or logic level, or by providing power). The term "deactivate" means to deactivate a component (e.g., by transmitting a signal such as a voltage pulse or logic level, or by shutting off power). The operating state may have higher power consumption (eg, 10 times higher, 100 times higher, 1000 times higher) than the non-operating state. The controller 310 itself may be stopped until the output of the first voltage comparator 301 activates the controller 310 when the absolute value of the voltage is equal to or greater than the absolute value of the first threshold.

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 second voltage comparator 302 determines that the absolute value of the voltage is greater than or equal to the absolute value of the second threshold during the time delay, the controller 310 increases the number recorded by the counter 320 by one. It may be configured as follows.

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。   Controller 310 may be configured to cause voltmeter 306 to measure the voltage at the end of the time delay. Controller 310 may be configured to connect the electrodes to electrical ground, reset the voltage, and discharge the charge carriers stored on the electrodes. In one embodiment, the electrodes are connected to electrical ground after the end of the time delay. In one embodiment, the electrodes are connected to electrical ground for a limited reset time. Controller 310 may connect the electrodes to electrical ground by controlling switch 305. The switch may be a transistor such as a field effect transistor (FET).

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, system 121 does not have an analog filter network (eg, an RC network). In one embodiment, system 121 has no analog circuitry.

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 voltmeter 306 can supply the measured voltage to the controller 310 as an analog or digital signal.

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、t〜t、またはt〜t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 system 121 may include a capacitor module 309 electrically connected to the electrodes of the diode 300 or its electrical contacts, wherein the capacitor module is configured to collect charge carriers from the electrodes. The capacitor module can include a capacitor in the feedback path of the amplifier. An amplifier configured in this way is called a capacitive transimpedance amplifier (CTIA). CTIA has a high dynamic range so that the amplifier does not become saturated, and improves the signal-to-noise ratio by limiting the bandwidth of the signal path. Charge carriers from the electrodes, a period ( "integration period") (e.g., as shown in FIG. 8, t 0 ~t 1, or between t 1 ~t 2) accumulate on the capacitor. After the integration period ends, the capacitor voltage is sampled and reset by the reset switch. The capacitor module can include a capacitor directly connected to the electrode.

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t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t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tの前に停止にされている場合、コントローラ310はt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t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t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tにおいて、時間遅延TD1は終了する。図8の例では、時間tは時間t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、t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t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 first voltage comparator 301 determines that the absolute value of the voltage is greater than or equal to the absolute value of the first threshold value V1, the controller 310 starts a time delay TD1, the controller 310 starts the TD1 Sometimes, the first voltage comparator 301 can be stopped. If the controller 310 is to stop before t 1, the controller 310 is activated by t 1. During TD1, the controller 310 activates the second voltage comparator 302. As used herein, the term "time delay" means the start and end (ie, end) and any time in between. For example, the controller 310 can activate the second voltage comparator 302 at the end of TD1. During the TD1, the second voltage comparator 302, if the absolute value of the voltage at time t 2 is equal to or more than the absolute value of the second threshold value, the controller 310 sets the number recorded by the counter 320 1 Just increase. At time t e, all charge carriers generated by the X-ray photons, drift out of the X-ray absorbing layer 110. At time t s, time delay TD1 is completed. In the example of FIG. 8, time t s is after time t e , ie, TD 1 ends after all charge carriers generated by the X-ray light have drifted out of X-ray absorption layer 110. Therefore, the rate of change of voltage is substantially zero at t s. Controller 310, the end time or t 2 of TD1, or at any time in between, it may be configured to stop the second voltage comparator 302.

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。   Controller 310 may be configured to cause voltmeter 306 to measure the voltage at the end of time delay TD1. In one embodiment, controller 310 causes voltmeter 306 to measure the voltage after the rate of change of the voltage is substantially zero after expiration of time delay TD1. The voltage at this time is proportional to the amount of charge carriers generated by the X-ray photons related to the energy of the X-ray photons. Controller 310 may be configured to determine the energy of the X-ray photons based on the voltage measured by voltmeter 306. One way to determine energy is to bin the voltage. The counter 320 can have a sub-counter for each bin. If the controller 310 determines that the energy of the X-ray photons enters the bin, the controller 310 can increase the number recorded in the sub-counter for that bin by one. Thus, the system 121 may be able to detect X-ray images and may be able to resolve the X-ray photon energy of each X-ray photon.

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, controller 310 connects the electrodes to electrical ground during reset period RST, allowing charge carriers stored on the electrodes to flow to ground and reset the voltage. After the RST, the system 121 is ready to detect another incident X-ray photon. Implicitly, the rate of incident X-ray photons that the system 121 can handle in the example of FIG. 8 is limited by 1 / (TD1 + RST). If the first voltage comparator 301 is stopped, the controller 310 can activate it at any time before the RST ends. If the controller 310 is stopped, the controller 310 may be started before the RST ends.

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t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t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tにおいて、ノイズが終了する。時間t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 system 121 operating in the manner illustrated in FIG. 8 due to noise (eg, dark current, background radiation, scattered x-rays, fluorescent x-rays, shared charge from adjacent pixels). The time variation of the flowing current (upper curve) and the time variation of the corresponding electrode voltage (lower curve) are schematically shown. At time t 0, noise begins. If the noise is not so great that the absolute value of the voltage exceeds the absolute value of V1, controller 310 does not activate second voltage comparator 302. At time t 1, which is determined by the first voltage comparator 301, if the absolute value of noise enough than the absolute value of V1 voltage greater, the controller 310 starts a time delay TD1, controller 310 of TD1 At the start, the first voltage comparator 301 can be stopped. During TD1 (eg, at the end of TD1), controller 310 activates second voltage comparator 302. The noise is not considered so great during TD1 that the absolute value of the voltage exceeds the absolute value of V2. Therefore, the controller 310 does not increase the number recorded by the counter 320. At time t e, noise it is completed. At time t s, time delay TD1 is completed. Controller 310 may be configured to stop second voltage comparator 302 at the end of TD1. Controller 310 may be configured to cause voltmeter 306 to not measure the voltage unless the absolute value of the voltage exceeds the absolute value of V2 during TD1. After the end of TD1, controller 310 connects the electrodes to electrical ground during reset period RST, allowing charge carriers stored on the electrodes to flow to ground as a result of noise and reset the voltage. I do. Therefore, the system 121 can be very effective in denoising.

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t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t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tの前に停止にされている場合、コントローラ310はt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t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t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tにおいて、時間遅延TD2は終了する。図10の例では、時間tは時間t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、t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t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 system 121 operates at a rate faster than 1 / (TD1 + RST). Figure 5 schematically shows the corresponding electrode voltage changes over time (lower curve) when operating to detect incident X-ray photons. 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 form at the diode or resistor, current begins to flow through the diode's electrodes or resistor's electrical contacts, and the voltage at the electrodes or electrical contacts The absolute value of begins to increase. At time t 1, the first voltage comparator 301 determines that the absolute value of the voltage is greater than or equal to the absolute value of the first threshold value V1, the controller 310 starts a short time delay TD2 than TD1, controller 310 At the start of TD2, the first voltage comparator 301 can be stopped. If the controller 310 is to stop before t 1, the controller 310 is activated by t 1. During TD2 (eg, at the end of TD2), controller 310 activates second voltage comparator 302. During the TD2, the second voltage comparator 302, if the absolute value of the voltage at time t 2 is equal to or more than the absolute value of the second threshold value, the controller 310 sets the number recorded by the counter 320 1 Just increase. At time t e, all charge carriers generated by the X-ray photons, drift out of the X-ray absorbing layer 110. At time t h, time delay TD2 is completed. In the example of FIG. 10, is prior to time t h time t e, i.e. TD2, all charge carriers generated by the X-ray photons is completed before drifting out of the X-ray absorbing layer 110. Therefore, the rate of change of voltage is substantially non-zero at t h. Controller 310, the end time or t 2 of TD2, or at any time in between, it may be configured to stop the second voltage comparator 302.

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t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。 Controller 310, extrapolating the voltage at t e the voltage as a function of time during the TD2, it may be configured to determine the energy of X-ray photons using extrapolated voltage.

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t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、t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。tの後に電圧の変化率は実質的にゼロになり、t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tでまたはt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、t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, controller 310 connects the electrodes to electrical ground during reset period RST, allowing charge carriers stored on the electrodes to flow to ground and reset the voltage. In one embodiment, RST is terminated before the t e. The rate of change of voltage after RST is substantially be a non-zero, because all of the charge carriers generated by the X-ray photons, out of the X-ray absorbing layer 110 at the end of the RST before t e It is not drifting. the rate of change of voltage after t e is substantially zero, the voltage after t e is stabilized to the residual voltage VR. In one embodiment, RST is terminated after t e or t e, the rate of change of voltage after RST substantially be a zero, since all of the charge carriers generated by the X-ray photons, t This is because, at e , it drifts out of the X-ray absorption layer 110. After the RST, the system 121 is ready to detect another incident X-ray photon. If the first voltage comparator 301 is stopped, the controller 310 can activate it at any time before the RST ends. If the controller 310 is stopped, the controller 310 may be started before the RST ends.

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t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t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tにおいて、ノイズが終了する。時間t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 system 121 operating in the manner shown in FIG. 10 due to noise (eg, dark current, background radiation, scattered X-rays, fluorescent X-rays, shared charge from adjacent pixels). The time variation of the flowing current (upper curve) and the time variation of the corresponding electrode voltage (lower curve) are schematically shown. At time t 0, noise begins. If the noise is not so great that the absolute value of the voltage exceeds the absolute value of V1, controller 310 does not activate second voltage comparator 302. At time t 1, which is determined by the first voltage comparator 301, if the absolute value of noise enough than the absolute value of V1 voltage greater, the controller 310 starts the time delay TD2, the controller 310, the TD2 At the start, the first voltage comparator 301 can be stopped. During TD2 (eg, at the end of TD2), controller 310 activates second voltage comparator 302. The noise is not considered to be so great during TD2 that the absolute value of the voltage exceeds the absolute value of V2. Therefore, the controller 310 does not increase the number recorded by the counter 320. At time t e, noise it is completed. At time t h, time delay TD2 is completed. Controller 310 may be configured to stop second voltage comparator 302 at the end of TD2. After the end of TD2, the controller 310 connects the electrodes to electrical ground during a reset period RST, allowing charge carriers stored on the electrodes to flow to ground as a result of noise and reset the voltage. I do. Therefore, the system 121 can be very effective in denoising.

図12は、RSTがt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 system 121 that operates in the manner shown in FIG. 10 to be terminated before the t e, the electrode due to the charge carriers generated by a series of X-ray photons incident on the diode or resistor The time variation of the flowing current (upper curve) and the time variation of the corresponding electrode voltage (lower curve) are schematically shown. The voltage curve due to the charge carriers generated by each incident X-ray photon is offset by the residual voltage before that photon. The absolute value of the residual voltage increases continuously for each incident photon. If the absolute value of the residual voltage exceeds V1 (see the dotted rectangle in FIG. 12), the controller starts a time delay TD2, and the controller 310 can stop the first voltage comparator 301 at the start of TD2. . If there are no other X-ray photons incident on the diode or resistor during TD2, the controller connects the electrodes to electrical ground during the reset time RST at the end of TD2, thereby resetting the residual voltage. Thus, the residual voltage does not cause the number recorded by the counter 320 to increase.

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 semiconductor X-ray detector 100 described herein. This system may be used for medical imaging, such as chest radiography, abdominal radiography. The system includes an X-ray source 1201. X-rays radiated from the X-ray source 1201 penetrate an object 1202 (for example, a human body part such as a chest, a limb, and an abdomen), and internal structures of the object 1202 (for example, bones, muscles, fat, and organs) ) And is projected to the semiconductor X-ray detector 100. The semiconductor X-ray detector 100 detects an X-ray intensity distribution and forms an image.

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 semiconductor X-ray detector 100 described herein. This system may be used for medical imaging, such as dental radiography. The system includes an X-ray source 1301. X-rays emitted from an X-ray source 1301 pass through an object 1302 that is part of the mouth of a mammal (eg, a human). The object 1302 may include a maxilla, palate, teeth, mandible, or tongue. The X-rays are attenuated to different extents by different structures of the object 1302 and are projected on the semiconductor X-ray detector 100. The semiconductor X-ray detector 100 detects an X-ray intensity distribution and forms an image. Teeth absorb x-rays more than caries, infected areas, and periodontal ligaments. Dental patients receive a generally low dose of X-ray radiation (a series of doses throughout the mouth of about 0.150 mSv).

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 semiconductor X-ray detector 100 as described herein. The system can be used for inspection and identification of goods in transportation systems such as shipping containers, vehicles, ships, luggage, and the like. The system includes an X-ray source 1401. X-rays emitted from the X-ray source 1401 can be backscattered from an object 1402 (eg, a shipping container, a vehicle, a ship, etc.) and projected on the semiconductor X-ray detector 100. Different internal structures of the object 1402 can backscatter X-rays differently. The semiconductor X-ray detector 100 forms an image by detecting the intensity distribution of the backscattered X-rays and / or the energy of the backscattered X-ray photons.

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 semiconductor X-ray detector 100 as described herein. This system can be used for luggage screening at public transport and airports. The system includes an X-ray source 1501. X-rays emitted from the X-ray source 1501 pass through the package 1502, are attenuated differently depending on the contents of the package, and can be projected on the semiconductor X-ray detector 100. The semiconductor X-ray detector 100 detects an intensity distribution of transmitted X-rays and forms an image. The system can reveal the contents of the baggage and identify items that are prohibited by public transport, such as firearms, drugs, cutlery, and combustible materials.

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 semiconductor X-ray detector 100 described herein. Whole body scanner systems can detect objects of the human body for security screening without physically removing or physically touching the clothing. Whole body scanner systems are capable of detecting non-metallic objects. The whole-body scanner system includes an X-ray source 1601. X-rays emitted from the X-ray source 1601 can be backscattered from the person 1602 and its object to be screened and projected onto the semiconductor X-ray detector 100. The object and the human body can separately backscatter X-rays. The semiconductor X-ray detector 100 forms an image by detecting the intensity distribution of backscattered X-rays. The semiconductor X-ray detector 100 and X-ray source 1601 can be configured to scan a person in a linear or rotational direction.

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 semiconductor X-ray detector 100 described in this specification and an X-ray source 1701. Semiconductor X-ray detector 100 and X-ray source 1701 can be configured to rotate synchronously along one or more circular or spiral paths.

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. Electron source 1801 may have various emission mechanisms, such as a thermionic, photocathode, field emission, or plasma source. The emitted electrons pass through an electron optical system 1803, which may be configured to shape, accelerate, or focus the electrons. The electrons then reach the sample 1802, from which an image detector can form an image. The electron microscope can include a semiconductor X-ray detector 100 described herein for performing energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). EDS is an analytical technique used for elemental analysis or chemical characterization of a sample. When electrons enter the sample, they cause a characteristic emission of X-rays from the sample. The incident electrons excite the electrons in the inner shell of the atoms in the sample, and can emit the electrons from the inner shell while creating an electron hole in which the electrons were present. The electrons from the outer higher energy shell then fill the hole, and the energy difference between the higher and lower energy shells can be emitted in the form of X-rays. The number and energy of X-rays emitted from the sample can be measured by the semiconductor X-ray detector 100.

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 semiconductor X-ray detector 100 described here is an X-ray telescope, X-ray mammography, industrial X-ray defect detection, X-ray microscope or microradiography, X-ray casting inspection, X-ray non-destructive inspection, X-ray welding inspection , X-ray digital subtraction angiography, etc. It may be appropriate to use this semiconductor X-ray detector 100 instead of a photographic plate, photographic film, PSP plate, X-ray image intensifier, scintillator, or other semiconductor X-ray detector.

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)

X線を検出するのに適した装置の製造方法であって、
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1のチップがバッキング基板と前記基板との間に挟まれるように、前記バッキング基板を前記第1のチップに取り付けることをさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising attaching the backing substrate to the first chip such that the first chip is sandwiched between the backing substrate and the substrate. 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、
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.
前記第1のチップと前記第2のチップとの間のギャップは100ミクロン未満である、請求項3に記載の方法。   The method of claim 3, wherein a gap between the first chip and the second chip is less than 100 microns. 前記第1のチップは、前記基板よりも面積が小さい、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first chip has a smaller area than the substrate. 前記第1のチップの熱膨張係数と、前記基板の熱膨張係数との比は2以上である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein a ratio of a coefficient of thermal expansion of the first chip to a coefficient of thermal expansion of the substrate is 2 or more. 前記X線吸収層が、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、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the X-ray absorbing layer comprises silicon, germanium, GaAs, CdTe, CdZnTe, or a combination thereof. 前記X線吸収層は、クロムがドープされている、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the X-ray absorbing layer is doped with chromium. 前記X線吸収層は、200ミクロン以下の厚さを有する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the X-ray absorbing layer has a thickness of no more than 200 microns. 前記第1のチップは、前記第2の表面上に再分配層(RDL)を備える、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first chip comprises a redistribution layer (RDL) on the second surface. 前記第1のチップはビアを含み、前記ビアは前記第1の表面から前記第2の表面まで延在する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first chip includes a via, the via extending from the first surface to the second surface. 前記電子システムは、
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
前記電子システムは、前記第1のX線吸収層の前記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、
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.
前記コントローラが、前記時間遅延の開始または終了時に前記第2の電圧比較器を起動するように構成されている、請求項12に記載の方法。   The method of claim 12, wherein the controller is configured to activate the second voltage comparator at the start or end of the time delay. 前記電子システムは、電圧計をさらに備え、
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.
前記コントローラが、前記時間遅延の終了時に測定された前記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ている、請求項15に記載の方法。   The method of claim 15, wherein the controller is configured to determine an X-ray photon energy based on the value of the voltage measured at the end of the time delay. 前記コントローラは、前記第1のX線吸収層の前記電極を電気的接地に接続するように構成されている、請求項12に記載の方法。   The method of claim 12, wherein the controller is configured to connect the electrode of the first X-ray absorbing layer to electrical ground. 前記電圧の変化率が、前記時間遅延の終了時に実質的にゼロである、請求項12に記載の方法。   13. The method of claim 12, wherein the rate of change of the voltage is substantially zero at the end of the time delay. 前記電圧の変化率が、前記時間遅延の終了時に実質的に非ゼロである、請求項12に記載の方法。   13. The method of claim 12, wherein the rate of change of the voltage is substantially non-zero at the end of the time delay. 前記X線吸収層がダイオードを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the X-ray absorbing layer comprises a diode.
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