JP7370866B2 - Ｘ線センサ、ｘ線検出器システム、およびｘ線撮像システム - Google Patents

Ｘ線センサ、ｘ線検出器システム、およびｘ線撮像システム Download PDF

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Description

提案される技術は、一般に、Ｘ線撮像などのＸ線用途に関し、より具体的には、Ｘ線検出器とも呼ばれるＸ線センサ、および対応するＸ線検出器システム、ならびにＸ線撮像システムに関する。
Ｘ線撮像などの放射線撮像は、医療用途および非破壊検査で長年にわたって使用されてきた。
通常、Ｘ線撮像システムは、Ｘ線源およびＸ線検出器システムを含む。Ｘ線源はＸ線を放出し、これは撮像される対象または物体を通過し、その後Ｘ線検出器システムによって記録される。一部の材料は他の材料よりも多くのＸ線を吸収するので、対象または物体の画像が形成される。Ｘ線検出器は、エネルギー統合検出器および光子計数検出器を含む、異なるタイプであってもよい。
従来のＸ線検出器設計は、通常、上面に、たとえば基板がｎ型高抵抗材料である場合にｐ型ドープされたストリップもしくは矩形または六角形領域の形態の、検出器ダイオード（画素）によって覆われた活性検出器領域を含む。上面はまた、いわゆるガードを含む、いわゆる接合終端領域も含む。
最大の感度を得るには、ＰｉＮダイオード構造のいわゆるドリフト領域を構築する検出器の高抵抗ｎ型部分の電荷が完全に空乏していなければならない。これには、構造内の最大電界の位置で接合破壊の状態に達することなく、厚さ５００から５５０μｍのｎ型領域で少なくとも４００ボルトの電圧を印加する必要がある。さらに、検出器は、不動態化酸化物内の照射の結果として生じる正の表面電荷に対する耐性を確保するために、著しく高い電圧を維持しなければならない。これは、表面の電界を増加させて破壊電圧を低減することが知られている。接合終端の機能は、電界強度を低下させ、正の酸化物電荷に対する耐性および照射下での検出器の十分に長い寿命を確保するために、検出器の表面に沿って電界を広げることである。
ＰｉＮダイオードおよび検出器に適用される接合終端には、２つの主要な概念がある。１つはマルチプルフローティングフィールドリング（ＭＦＦＲ）であり、２つ目はいわゆる接合終端拡張（ＪＴＥ（Junction Terminal Extension））である。ＭＦＦＲは、印加された逆電圧を、アノードを包囲するフローティングリング間の空間に閉じ込められた小さい部分に分割する原理を使用し（ｐ＋画素被覆領域）、ＪＴＥは、空乏下の逆電圧ＪＴＥ（負に帯電したアクセプタ）中とやはり空乏下のｎ型ドリフト領域（正に帯電したドナー）中とのドーパント電荷間の電荷的中性の原理を使用する。両方の手法の特徴は、広い領域を使用することである。まさに電界還元の原理は、材料の大半と比較して表面における空乏領域幅を拡大することである。４００Ｖから８００Ｖの必要とされる電圧では、接合終端の幅はガードを含めて１００μｍから５００μｍの間である。フローティングリングは通常、画素ダイオードの縁部での潜在的な密集を回避するのに役立つ金属プレートを備えている。ＪＴＥは、金属プレートを許容または必要とせず、通常はより空間効率が良い。
ガードは、検出器の外側の領域から検出器縁部に向かって漏れ電流を収集する機能を有する最も外側のｐ型ドープリングと接触する最も外側の電極である。この電極は通常、アースに接続されている。
終端の欠点は、活性検出器領域の損失である。また、より広い領域を覆うために多くの検出器が組み合わせられるため、各個別の検出器の失われた領域は、得られた画像の品質に悪影響を及ぼす検出器マトリックス内の「デッド」またはブラインド領域を構成する。
米国特許第４，３７７，８１６号明細書は、少なくとも１つのｐ－ｎ接合を有し、ｐ－ｎ接合の抑制挙動を改善するためのゾーンガードリングが設けられた、半導体素子に関する。ゾーンガードリングは実質的に、空間電荷領域（電界）が装置の縁部に到達するのを防止し、こうして電流の漏れを防止するために、いわゆるチャネルストッパ（フィールドストップ）として機能する。これは、接合終端がなく、電界が装置の側壁表面に到達するのを防止する保護のみを備えた、単純な平面ダイオードを表す。
米国特許第８，０９３，６２４号明細書は、可視および近赤外波長で１００％に近づく曲線因子を可能にし、光学集束技術の必要性を排除する装置構造を有するアバランシェフォトダイオードに関する。ｎ型活性領域およびｐ型活性領域が提供される。ｎ型およびｐ型活性領域の１つ目は、第１の基板表面において半導体基板内に設けられる。ｎ型およびｐ型活性領域の２つ目は、基板内の第１の深さの活性領域の１つ目の下に設けられた高電界ゾーンと、第１の深さよりも深い基板内の第２の深さの第１の活性領域の横方向外側に設けられた中電界ゾーンと、基板内の高電界ゾーンおよび中電界ゾーンを接続するステップゾーンとを含む。この構成を用いて、フォトダイオード構造は、装置の高電界アバランシェ領域を迂回する光電子経路を実質的に禁止することによって、非アバランシェ光電子収集を防止する。ｐ＋領域として提供される、従来のチャネルストップ領域は、フォトダイオードの縁部に配置されている。フォトダイオードはまた、たとえば円形の構成で、フォトダイオードカソードを横方向に包囲する、カソードの外周の従来のガードリング構造も含み得る。アバランシェフォトダイオードは低電圧でアバランシェ状態（破壊）で動作し、画素ダイオードのアレイ全体を終端させる問題は解決されない。米国特許第８，０９３，６２４号明細書はむしろ、個別の画素ダイオードを分離するためにチャネルストッパが使用される、個別のフォトダイオードの設計および構成に関する。
米国特許第９，０８７，７５５号明細書は、限られた伸長部を有する垂直電極がフォトダイオードの埋め込みコンポーネントと動作可能に電気通信する、半導体基板上に形成されたアノードおよびカソードを含むアバランシェフォトダイオードに関する。この概念は、アレイ内の個別の画素ダイオード間の横方向の従来のフィールドプレートおよびガードリングを、垂直ガードリングまたはフィールドプレートに置き換えることである。個別の画素間の絶縁は、トレンチエッチングを使用して行われ、垂直ガードまたはフィールドプレート電極は、トレンチ構造の側壁を使用して堆積／形成される。
検出器は、フローティングリングまたはＪＴＥの形態の接合終端を含まないため、低電圧向けに設計され、垂直ガードまたはフィールドプレートは、個別の画素ダイオードを保護するために使用される。
米国特許第４，３７７，８１６号明細書 米国特許第８，０９３，６２４号明細書 米国特許第９，０８７，７５５号明細書
一般に、Ｘ線検出器とも呼ばれることがある、改良されたＸ線センサを提供することを目的とする。
具体的には、１つまたは複数の接合終端構造のためにセンサの上面に活性検出器領域の損失のないＸ線センサを提供することが望ましい。
このようなＸ線センサを備えるＸ線検出器システムを提供することもまた目的である。
別の目的は、このようなＸ線検出器システムを備えるＸ線撮像システムを提供することである。
これらおよびその他の目的は、本発明の実施形態によって満たされる。
本発明の基本概念は、接合終端を検出器の裏面に移動させることである。これにより本発明は、上部検出器領域全体を活性検出器領域として利用できるようにする。
したがって、センサの第１の側に複数の検出器ダイオードを含む活性検出器領域を有し、センサの第２の反対側に接合終端が配置された、Ｘ線センサが提供される。
前述のように、これは通常、活性検出器領域が配置されているセンサの上面から裏面へ接合終端が移動させられて、検出器ダイオードの上面の活性検出器領域をセンサの端まで完全に利用できるようにすることを暗示している。
関連する態様によれば、センサの第１の側に複数の検出器ダイオードを含む活性検出器領域と、センサの第２の反対側に共通接合終端とを備えるＸ線センサが提供される。第１の側はセンサのアノード側に対応し、接合終端を有する第２の側はセンサのカソード側に対応する。あるいは、第１の側はセンサのカソード側に対応し、接合終端を有する第２の側はセンサのアノード側に対応する。
別の態様によれば、このようなＸ線センサを備えるＸ線検出器システムが提供される。
さらに別の態様によれば、Ｘ線検出器システムを備えるＸ線撮像システムが提供される。
他の利点は、詳細な説明を読めば理解されるだろう。
実施形態は、そのさらなる目的および利点と共に、添付図面と併せて以下の説明を参照することで、最もよく理解されるだろう。
全体的なＸ線撮像システムの一例を示す概略図である。 Ｘ線撮像システムの別の例を示す概略図である。 一実施形態によるＸ線センサの基本例を示す概略図である。 一実施形態による上から見たＸ線センサの一例を示す概略図（上面図）である。 接合終端構造を含む標準的なＸ線センサの上面の一例の断面を示す概略図である。 センサの裏面の接合終端およびセンサ縁部の酸化物不動態化を有するＸ線センサの一例の断面を示す概略図である。 図６のＸ線センサの異なる部分の電位を示す概略図である。 センサガード構造を構成するドープされた縁部を有するＸ線センサの上面の一例の断面を示す概略図である。 カソードに接続されたＪＴＥと、ガード構造を構成するドープされたセンサ縁部であるセンサ縁部に接続されたＪＴＥとを有するＸ線センサの底面の一例の断面を示す概略図である。 図９のＸ線センサの異なる部分の電位を示す概略図である。 カソードに接続されたＪＴＥと、ガード構造を構成するドープされたセンサ縁部であるセンサ縁部に接続されたＪＴＥとを有するＸ線センサの底面の別の例の断面を示す概略図である。 図１１のＸ線センサの異なる部分の電位を示す概略図である。 未終端基準構造と比較した、異なる実施形態で得られた破壊または阻止電圧を示す概略図である。
図１を参照して、説明的なＸ線撮像システム全体の簡単な概要から始めることが有用かも知れない。この非限定例では、Ｘ線撮像システム１００は基本的に、Ｘ線源１０、Ｘ線検出器システム２０、および関連する画像処理装置３０を備える。一般に、Ｘ線検出器システム２０は、任意選択的なＸ線光学系によって集束され、物体または対象もしくはこれらの一部を通過した可能性のあるＸ線源１０からの放射線を記録するように構成されている。Ｘ線検出器システム２０は、画像処理装置３０による画像処理および／または画像再構築を可能にするために、適切なアナログ処理および読み出しエレクトロニクス（Ｘ線検出器システム２０に組み込まれてもよい）を介して画像処理装置３０に接続可能である。
図２に示されるように、Ｘ線撮像システム１００の別の例は、Ｘ線を放出するＸ線源１０と、物体を通過した後のＸ線を検出するＸ線検出器システム２０と、検出器からの生の電気信号を処理してこれをデジタル化するアナログ処理回路２５と、補正の適用、その一時的な記憶、またはフィルタリングなどのさらなる処理動作を測定データに対して実行できるデジタル処理回路４０と、処理済みデータを記憶してさらなる後処理および／または画像再構築を実行できるコンピュータ５０と、を備える。
検出器全体は、Ｘ線検出器システム２０、または関連するアナログ処理回路２５と組み合わせられたＸ線検出器システム２０と見なされてもよい。
デジタル処理回路４０および／またはコンピュータ５０を含むデジタル部はデジタル画像処理システム３０と見なされてもよく、これはＸ線検出器からの画像データに基づいて画像再構築を実行する。したがって、画像処理システム３０は、コンピュータ５０、あるいはデジタル処理回路４０およびコンピュータ５０の組み合わせシステム、または場合により、デジタル処理回路が画像処理および／または再構築にもさらに特化された場合にはそれ自体がデジタル処理回路４０として見なされてもよい。
一般的に使用されるＸ線撮像システムの一例はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムであり、これは、Ｘ線の扇状ビームまたは円錐ビームを生成するＸ線源と、患者または物体を透過するＸ線の部分を記録するための対向するＸ線検出器システムとを含んでもよい。Ｘ線源および検出器システムは通常、撮像された物体の周りを回転するガントリ内に実装されている。
したがって、図２に示されるＸ線源１０およびＸ線検出器システム２０はこのように、たとえばＣＴガントリ内に実装可能であるなど、ＣＴシステムの一部として配置されてもよい。
現代のＸ線検出器は通常、入射Ｘ線を電子に変換する必要があり、これは典型的には光吸収またはコンプトン相互作用を通じて行われ、その結果生じる電子は通常、そのエネルギーが失われるまで、二次可視光を生成し、次にこの光が感光性材料によって検出される。半導体に基づく検出器もあるが、この場合、Ｘ線によって生成された電子は、印加された電界を通じて収集される電子正孔対に関して電荷を生成している。
従来のＸ線検出器はエネルギー積算型であるので、各検出光子から検出信号への貢献はそのエネルギーに比例し、従来のＣＴでは単一のエネルギー分布に対して測定値が取得される。したがって、従来のＣＴシステムによって生成された画像は特定の外観を有し、異なる組織または材料が特定の範囲内で典型的な値を示す。
光子計数検出器もまた、いくつかの用途で実現可能な代替として登場した。現在、これらの検出器は主にマンモグラフィにおいて商業的に入手可能である。原則的に各Ｘ線のエネルギーが測定可能であり、これは物体の組成に関する追加情報を生み出すので、光子計数検出器は利点を有する。この情報は、画質を向上させるため、および／または放射線量を低減するために、使用され得る。
エネルギー積算システムと比較して、光子計数ＣＴは以下の利点を有する。第１に、エネルギー統合検出器によって信号に組み込まれる電子ノイズは、光子計数検出器内のノイズフロアより上に最も低いエネルギー閾値を設定することによって拒絶され得る。第２に、エネルギー情報は検出器によって抽出されることが可能であり、これは最適なエネルギー重み付けによってコントラスト対ノイズ比を改善できるようにし、またいわゆる材料別の分解も可能にし、これによって検査の対象または物体中の異なる材料および／または成分を識別および定量化することができ、効率的に実行される。第３に、たとえばヨウ素またはガドリニウムなどの造影剤の分布を定量的に判断できるようにする、Ｋエッジ撮像（Ｋ－ｅｄｇｅ ｉｍａｇｉｎｇ）に寄与する３つ以上の基礎材料が使用されてもよい。第４に、検出器の残光がなく、これは高い角度分解能が得られることができることを意味する。最後になったが、より小さい画素サイズを使用することによってより高い空間分解能が達成され得る。
光子計数Ｘ線検出器の最も有望な材料は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、およびシリコン（Ｓｉ）である。ＣｄＴｅおよびＣＺＴは臨床ＣＴで使用される高エネルギーＸ線の高吸収効率のためにいくつかの光子計数スペクトルＣＴプロジェクトで採用されている。しかしながら、これらのプロジェクトはＣｄＴｅ／ＣＺＴのいくつかの欠点のためゆっくりと進行している。ＣｄＴｅ／ＣＺＴは電荷キャリア移動度が低いため、臨床現場で発生する１０分の１の束率で深刻なパルスパイルアップを引き起こす。この問題を緩和する方法の１つは画素サイズを縮小することであるが、これは電荷共有およびＫエスケープの結果としてスペクトルの歪みを増大させる。また、ＣｄＴｅ／ＣＺＴは電荷トラップの影響を受けるが、これは光子束が特定レベルより上に到達したときに出力計数率の急速な低下を引き起こす分極を招く。
対照的に、シリコンは電荷キャリア移動度が高く、分極の問題がない。成熟した製造プロセスおよび比較的低いコストもまたその利点である。しかし、シリコンはＣｄＴｅ／ＣＺＴにはない制限を有する。したがって、シリコンセンサは、その低阻止能を補償するためにかなり厚くなければならない。典型的には、シリコンセンサは入射光子のほとんどを吸収するために数センチメートルの厚さを必要とするが、ＣｄＴｅ／ＣＺＴは数ミリメートルしか必要としない。一方、シリコンの長い減衰経路は、以下に説明されるように、検出器を異なる深さセグメントに分割することも可能にする。そしてこれは、シリコンベースの光子計数検出器がＣＴ内で高束を適切に処理できるようにする。
シリコンまたはゲルマニウムなどの単純な半導体材料を使用するとき、コンプトン散乱は、検出器内の電子正孔対への変換の前に多くのＸ線光子を高エネルギーから低エネルギーに変換させる。これにより、元々高いエネルギーで、大部分のＸ線光子を生じ、予想されたよりもはるかに少ない電子正孔対を生成し、ひいては光子束のかなりの部分がエネルギー分布の下端に現れる。したがって、可能な限り多くのＸ線光子を検出するためには、可能な限り低いエネルギーを検出する必要がある。
従来のＸ線センサ／検出器設計は、通常、上面に、たとえば基板がｎ型高抵抗材料である場合にｐ型ドープされたストリップもしくは矩形または六角形領域の形態の、検出器ダイオード（画素）によって覆われた活性検出器領域を含む。Ｘ線センサ／検出器設計における主な傾向によれば、上面は、いわゆる接合終端領域も含む。前述のように、本発明者らは、終端の欠点が活性検出器領域の損失であることを認識した。
本発明の基本概念は、接合終端を検出器の底面に移動させることである。これにより本発明は、上部検出器領域全体を活性検出器領域として利用できるようにする。
用語「上面」は用語「上部面」と交換可能に使用されてもよく、用語「底面」は、用語「裏面」または「下面」と交換可能に使用されてもよい。しかしながら、より一般的には、用語「第１の側」および「第２の側」が使用される。
図３は、一実施形態によるＸ線センサの基本例を示す概略図である。
この例では、Ｘ線センサ２１は、センサの第１の側に金属電極２７を有する複数の検出器ダイオード２２を含む活性検出器領域を有し、センサの第２の反対側には接合終端２３が配置されている。
第１の例として、第１の側はセンサのアノード側に対応し、接合終端を有する第２の側はセンサのカソード側に対応する。
あるいは、第２の例として、第１の側はセンサのカソード側に対応し、接合終端を有する第２の側はセンサのアノード側に対応する。
第１の例に基づく様々な実施形態から始める。
例として、Ｘ線センサ２１はカソード領域２５を有してもよく、接合終端２３は、カソード領域と同じドープ型であるカソード領域の近傍に第１終端構造を含んでもよい。
たとえば、接合終端２３は、センサ縁部の近傍に反対のドープ型の第２終端構造を含んでもよい。
特定の例では、カソード領域はｎ＋であり、カソード領域の近傍の第１終端構造はｎ型であり、センサ縁部の近傍の反対のドープ型の第２終端構造はｐ型である。
この例では、検出器ダイオード２２は典型的にｐ＋ダイオードである。ドリフト領域２６は通常、真性である（低ドープまたは非ドープ）。
一例として、第１終端構造はｎ型接合終端拡張（ＪＴＥ）であり、第２終端構造は、ｐ型接合終端拡張（ＪＴＥ）および／またはフィールドプレート終端を備えた少なくとも１つのｐ型フローティングリングである。
任意選択的に、センサ２１の第１の側からセンサ２１の第２の反対側までの辺に沿って延在し活性検出器領域の外周の周りに延在するセンサの領域２４は、ｐ型ドープされている。
第２の例に基づく様々な実施形態を続ける。
例として、Ｘ線センサ２１はアノード領域２５を有してもよく、接合終端２３は、アノード領域と同じドープ型であるアノード領域の近傍に第１終端構造を含んでもよい。
たとえば、接合終端２３は、センサ縁部の近傍に反対のドープ型の第２終端構造を含んでもよい。
特定の例では、アノード領域はｐ＋であり、アノード領域の近傍の第１終端構造はｐ型であり、センサ縁部の近傍の反対のドープ型の第２終端構造はｎ型である。
この例では、検出器ダイオード２２は典型的にｎ＋ダイオードである。ドリフト領域は通常、真性である（低ドープまたは非ドープ）。
一例として、第１終端構造はｐ型接合終端拡張（ＪＴＥ）であり、第２終端構造は、ｎ型接合終端拡張（ＪＴＥ）および／またはフィールドプレート終端を備えた少なくとも１つのｎ型フローティングリングである。
任意選択的に、センサ２１の第１の側からセンサ２１の第２の反対側までの辺に沿って延在し活性検出器領域の外周の周りに延在するセンサの領域２４は、ｎ型ドープされている。
より一般的には、センサの第１の側に配置された活性検出器領域を有し、センサの第２の反対側に接合終端が配置された任意のＸ線センサについて、図３に示されるようにドープ領域２４が任意選択的にセンサ縁部に設けられてもよい。この領域２４は側縁部隣接ドープ領域とも呼ばれることがあり、ドープ領域２４は通常、センサの外周全体の周りに延在する。
たとえば、センサ２１の第１の側からセンサ２１の第２の反対側までの辺に沿って延在し、活性検出器領域の外周の周りに延在する、センサの領域２４が設けられてもよく、この縁部領域は、センサの側縁部表面からのｐ－ｎ接合絶縁を提供するようにドープされる。ドープ領域２４はまた、電位および電界を上面から底面まで分配／伝達してもよい。
例として、ドープ領域２４は付加的に、ガード構造を提供するように、センサ２１の第１の側でガード電極と接続されてもよい。ドープ領域は上面と底面との間に延在するので、このガード構造は、垂直ガード構造または垂直ガードリングと呼ばれることがある。
一般に、接合終端は、接合終端拡張（ＪＴＥ）および／または１つ以上のフローティングフィールドリング（ＦＦＲ）など、いずれか適切なタイプの接合終端構造を含み得る。
本明細書に記載されるように、活性検出器領域またはエリアは検出器ダイオード２２のアレイを含んでもよく、接合終端は、検出器ダイオードのアレイ全体を終端するように構成されてもよい。
別の態様によれば、センサの側縁部のドープ領域は、センサの底面に接合終端を配置する特徴とは無関係に実装されてもよい。この場合、複数の検出器ダイオード２２を含む活性検出器領域を有するＸ線センサ２１が提供され、センサ２１の側縁部全体に沿って延在し、活性検出器領域の外周の周りに延在するセンサの領域２４はセンサの側縁部表面からのｐ－ｎ接合を提供するようにドープされ、および／またはドープ領域２４には、ガード構造を提供するようにセンサの第１の側にガード電極が設けられる。
関連する態様によれば、センサの第１の側に複数の検出器ダイオード２２を含む活性検出器領域と、センサの第２の反対側に共通接合終端２３とを備えるＸ線センサ２１が提供される。第１の側はセンサのアノード側に対応し、接合終端を有する第２の側はセンサのカソード側に対応する。あるいは、第１の側はセンサのカソード側に対応し、接合終端を有する第２の側はセンサのアノード側に対応する。接合終端２３は一般に、センサ２１の複数の検出器ダイオード２２に共通であり、１つ以上の終端構造を含んでもよい。
さらに別の態様によれば、本明細書に記載されるようなＸ線センサ２１を備えるＸ線検出器システム２０も提供される。
さらに別の態様によれば、本明細書に記載されるようなＸ線検出器システム２０を備えるＸ線撮像システム１００も提供される。
提案された技術の理解を深めるために、以下の非限定的な実装例を参照することができる。
好適な実施形態の場合、取得可能な阻止電圧は、検出器の底面における終端の適切な設計によって、検出器上面設計とは無関係に、調整されることが可能である。
図５は、接合終端構造を含む標準的なＸ線センサの上面の一例の断面を示す概略図である。
図５の例では、フィールドプレートを備えた４つのフローティングリング（ＦＲ）を有する接合終端構造を有する標準的な検出器の上面が示されている（終端構造のみが示されている）。標準的な終端は、最大２０個のＦＲリングを含むことができる。
図６は、センサの裏面の接合終端およびセンサ縁部の酸化物不動態化を有するＸ線センサの一例の断面を示す概略図である。
カソード領域の近くにｎ型ＪＴＥを有し、検出器縁部の近くにフィールドプレート終端を備えた追加のフローティングリングを有する実施例を提供することが可能である。
図６に示される設計は、実施形態Ａと呼ばれる。
図７は、図６のＸ線センサの異なる部分の電位を示す概略図である。
図８は、センサガード構造を構成するドープされた縁部を有するＸ線センサの上面の一例の断面を示す概略図である。
例として、センサ縁部は、注入および／または拡散によってｐ型ドープされてもよく、これによりセンサガードまたは検出器ガードを構成する。
特定の例では、ｐドープはセンサ縁部に導入され、センサまたは検出器の上部（アノード）側のガード電極に接続される。
図６および図８に示される設計の組み合わせが可能であり、実施形態Ｂと呼ばれる。
図９は、カソードに接続されたＪＴＥと、ガード構造を構成するドープされたセンサ縁部であるセンサ縁部に接続されたＪＴＥとを有するＸ線センサの底面の一例の断面を示す概略図である。
特定の例では、実装は、カソード領域の近くのｎ型ＪＴＥと、センサまたは検出器縁部の近くのｐ型ＪＴＥ終端と、同時にセンサ検出器ガードを構成するｐ型ドープセンサまたは検出器縁部とを含む。
図９に示される設計は、実施形態Ｃ（ａ）と呼ばれる。
図１０は、図９のＸ線センサの異なる部分の電位を示す概略図である。
図１１は、カソードに接続されたＪＴＥと、ガード構造を構成するドープされたセンサ縁部であるセンサ縁部に接続されたＪＴＥとを有するＸ線センサの底面の別の例の断面を示す概略図である。
図９に示される設計は、実施形態Ｃ（ｂ）と呼ばれ、実施形態Ｃの最適化の可能性を示す。
図１２は、図１１のＸ線センサの異なる部分の電位を示す概略図である。
破壊／阻止電圧および表面電荷に対する感度は、たとえば図９および図１１に示される２つのわずかに異なる実装からわかるように、上面検出器設計とは無関係に、ｎ型およびｐ型ＪＴＥの設計によって最適化され得る。
図１３は、未終端基準構造と比較した、異なる実施形態で得られた破壊または阻止電圧を示す概略図である。
より具体的には、図１３は、検出器の酸化物被覆表面における正の表面電荷の濃度に対する破壊電圧を示す。なお、図９および図１１にそれぞれ示される底面ＪＴＥ（Ｃ（ａ）およびＣ（ｂ））の２つの設計の実施形態Ｃについて、２つの曲線が示されていることに留意されたい。基準構造は未終端構造である。未終端構造は、センサの上部および底部表面ならびに端部表面上で同じ品質の理想的な酸化物／半導体界面を想定して、全ての表面上で酸化物不動態化される。
ここで、端部表面の品質は、処理後にマザーウエハから個別のセンサを切り出すために必要なダイシングプロセスのため、上部表面ほど良好にはなりそうもないことがわかる。個別のセンサの端部には、漏れ電流および電荷トラップ効果を生じる欠陥が集中する傾向がある。
これは、実施形態Ｃが本発明の好適な実施形態である主な理由である。高電圧センサ終端およびガードの目的は、アノード画素ダイオードの保護である。図４の従来のセンサ設計では、ガードリングの機能およびフローティングリングまたはＪＴＥ終端の機能は、典型的には明確に異なり、分離している。フローティングリングおよびＪＴＥの機能は、装置周辺および表面において電界を制御することである。通常、ガードリングの機能は、（画素ダイオードのアレイである）センサの周辺で生成された漏れ電流を完全に収集することである。本発明の好適な実施形態によれば、これら２つの機能は、ガードが高電圧終端の不可欠な部分であるという意味において、統合されている。この解決策によって提供される明確な利点は、Ｘ線検出のための上部表面の完全な利用および端部表面全体の効率的な絶縁である。逆バイアスでは、センサの端部のｐドープの使用によって、電界が裏面または底面に伝達される。するとセンサの低ドープドリフト領域とのｐ－ｎ接合を形成するこのｐドープは、同時にセンサのガードとして使用される。さらに、センサのｐドープされた縁部と低ドープドリフト領域（ｎ型）との間のｐ－ｎ接合は、センサの不完全な表面を生成する漏れ全体を、高電界（ドリフト領域）を有する装置の活性容量から絶縁する。当然ながら、伝導型は逆転され得る。
例として、ガードはカソード側（裏面；底面）までずっと延在する。センサの高電圧終端および電界制御は、最初にカソード領域とガード接合との間の空間の裏面で行われる。接合終端（ＪＴＥ）の適切な設計により、この空間内で可能な限り均一に電界を分散させることによってこれを行うことが望ましい。最良の結果のために、ガード接合およびカソード領域の両方の終端が必要とされる。
特定の例では、高電圧終端は裏面に移動させられ、画素ダイオードはセンサの端に配置される。このため、センサの側壁の全長にわたってｐ型ドープによって形成されたｐ－ｎ接合により、表面の絶縁を提供することが望ましい。次いでｐ領域は、これに接続する上部表面に電極を提供することによって、ガードとして（追加機能として）使用される。これは、潜在的な漏れ電流を制御する代わりに端部領域からの電流の代替経路を提供するために行われる。
例として、センサ／検出器のカソードおよびアノード側は、プレーナ技術で形成されてもよい。ＪＴＥ終端およびガード接触領域は、たとえば、反応性イオンエッチングの代わりのダイシングの前の注入によって行われてもよい。センサ側壁ドープは、キャリアウエハにセンサ／検出器を取り付けて上部表面を保護した後に、角度注入によって実行されてもよい。一例として、ドーパントの低温活性は、キャリアからセンサ／検出器を取り外した後に行われてもよい。
本明細書において図示および議論される全ての実施形態では、カソードおよびアノードの場所を切り替えながら、関与する要素／領域の伝導型が逆転され得る。通常、カソードはｎ型（ｎ＋）であり、アノードはｐ型（ｐ＋）である。
本明細書に記載されるメカニズムおよび配置は、様々な方法で実施、組み合わせ、および並べ替えされ得ることが、理解されるだろう。
上述の実施形態は単に例として提供されており、提案された技術がこれらに限定されないことは理解されるべきである。添付請求項によって定義されるような本範囲から逸脱することなく、実施形態に対して様々な修正、組み合わせ、および変更がなされ得ることは、当業者によって理解されるだろう。特には、技術的に可能であれば、異なる実施形態の異なる部分の解決策が他の構成に組み込まれることが可能である。

Claims (11)

  1. Ｘ線センサ（２１）であって、
    前記Ｘ線センサの第１の側に複数の金属電極（２７）を有する複数の検出器ダイオード（２２）を含む活性検出器領域と、
    前記Ｘ線センサの第２の反対側の共通接合終端（２３）であって、前記共通接合終端（２３）は前記複数の検出器ダイオード（２２）に共通である、共通接合終端（２３）と、
    を備え、
    前記第１の側は、前記Ｘ線センサのアノード側に対応し、前記共通接合終端を有する前記第２の反対側は前記Ｘ線センサのカソード側に対応し、前記Ｘ線センサ（２１）は、前記カソード側にカソード領域を有し、前記共通接合終端（２３）は、前記カソード領域と同じドープ型である前記カソード領域の近傍に第１終端構造を含み、
    前記共通接合終端（２３）は、前記Ｘ線センサ縁部の近傍に反対のドープ型の第２終端構造を含み、
    前記カソード領域は、ｎ＋であり、前記カソード領域の近傍の前記第１終端構造は、ｎ型であり、前記Ｘ線センサ縁部の近傍の前記反対のドープ型の前記第２終端構造は、ｐ型であり、または
    前記第１の側は、前記Ｘ線センサのカソード側に対応し、前記共通接合終端を有する前記第２の反対側は前記Ｘ線センサのアノード側に対応し、前記Ｘ線センサ（２１）は、前記アノード側にアノード領域を有し、前記共通接合終端（２３）は、前記アノード領域と同じドープ型である前記アノード領域の近傍に第１終端構造を含み、
    前記共通接合終端（２３）は、前記Ｘ線センサ縁部の近傍に反対のドープ型の第２終端構造を含み、
    前記アノード領域は、ｐ＋であり、前記アノード領域の近傍の前記第１終端構造は、ｐ型であり、前記Ｘ線センサ縁部の近傍の前記反対のドープ型の前記第２終端構造は、ｎ型である、
    Ｘ線センサ。
  2. 前記第１終端構造は、ｎ型接合終端拡張（ＪＴＥ）であり、前記第２終端構造は、ｐ型接合終端拡張（ＪＴＥ）および／またはフィールドプレート終端を備えた少なくとも１つのｐ型フローティングリングである、請求項１に記載のＸ線センサ。
  3. 前記Ｘ線センサ（２１）の前記第１の側から前記Ｘ線センサ（２１）の前記第２の反対側までの辺に沿って延在し前記活性検出器領域の外周の周りに延在する前記Ｘ線センサの領域（２４）は、ｐ型ドープされている、請求項２に記載のＸ線センサ。
  4. 前記第１終端構造は、ｐ型接合終端拡張（ＪＴＥ）であり、前記第２終端構造は、ｎ型接合終端拡張（ＪＴＥ）および／またはフィールドプレート終端を備えた少なくとも１つのｎ型フローティングリングである、請求項１に記載のＸ線センサ。
  5. 前記Ｘ線センサ（２１）の前記第１の側から前記Ｘ線センサ（２１）の前記第２の反対側までの辺に沿って延在し前記活性検出器領域の外周の周りに延在する前記Ｘ線センサの領域（２４）は、ｎ型ドープされている、請求項４に記載のＸ線センサ。
  6. 前記Ｘ線センサ（２１）の前記第１の側から前記Ｘ線センサ（２１）の前記第２の反対側までの辺に沿って延在し前記活性検出器領域の外周の周りに延在するドープ領域（２４）は、前記Ｘ線センサの側縁部表面からのｐ－ｎ接合絶縁を提供するようにドープされている、請求項１に記載のＸ線センサ。
  7. 前記ドープ領域（２４）には、ガード構造を提供するように前記Ｘ線センサ（２１）の前記第１の側にガード電極が設けられている、請求項６に記載のＸ線センサ。
  8. 前記共通接合終端は、接合終端拡張（ＪＴＥ）および／または１つ以上のフローティングフィールドリング（ＦＦＲ）を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のＸ線センサ。
  9. 前記活性検出器領域は、検出器ダイオード（２２）のアレイを含み、前記共通接合終端は、前記検出器ダイオードのアレイを終端するように構成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のＸ線センサ。
  10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のＸ線センサ（２１）を備える、Ｘ線検出器システム（２０）。
  11. 請求項１０に記載のＸ線検出器システム（２０）を備える、Ｘ線撮像システム（１００）。
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