KR20200002915A - x-선 영상화용 방사선 경질 실리콘 검출기 - Google Patents

Abstract

x-선 영상화를 위한 검출기 시스템이 개시된다. 검출기 시스템은 다수의 에지-온 검출기 모듈을 갖는 검출기로 구성된다. 각각의 에지-온 검출기 모듈은 x-선 광원을 향해 배향되도록 맞춰지는 제 1 에지 및 유입하는 x-선의 방향에 근본적으로 평행하게 움직이는 전면으로 구성된다. 전면은 하나 이상의 전하 수집 전극으로 구성된다. 다수의 에지-온 검출기 모듈의 적어도 서브셋은 전면 대 전면으로, 쌍으로 배열되고, 그에 의해 쌍으로 배열된 에지-온 검출기 모듈의 전면 사이에서 전면 대 전면 갭이 정의된다. 쌍으로 배열된 에지-온 검출기 모듈은 x-선 광원과 에지-온 검출기 모듈 사이에서 x-선 경로에 배열되고 전면 대 전면 갭을 오버랩하는 산란-방지형 콜리메이터와 연관된다.

Description

x-선 영상화용 방사선 경질 실리콘 검출기

본 발명은 일반적으로 x-선 영상화용 검출기 시스템에 관한 것이고 더 상세하게는 에지-온 검출기 모듈이 제공되는 검출기 시스템에 관한 것이다.

검출기 물질로 사용될 수 있는 반도체 물질 중에서 실리콘(silicon)은 높은 순도 및 전하 캐리어의 생성에 요구되는 저 에너지 및 또한 전하 캐리어의 높은 이동성과 같은 많은 이점을 갖는데, 그 모든 것은 방사선 검출기용으로 주로 사용되는 사용 가능한 반도체 물질에서 실리콘을 우세하게 한다. 낮게 도핑된 실리콘의 윗면에 전기적 접촉으로 고농도로 도핑된 층을 임플란트함으로써 및 검출기가 완전히 공핍되도록 역바이어스를 접합부에 적용함으로써, 방사선이 생성된 전하 캐리어 전자-정공 쌍은 상응하는 전하 수집 전극에 의해 수집될 수 있다.

의료 영상화에 대해 특히 광자 계수 검출기용 물질로써 실리콘에 상당한 관심이 있어 왔다. 단연코 검출기는 검출기가 다수의 x-선으로부터의 신호를 통합하고 이 신호가 픽셀에서 입사하는 x-선의 수에 대해 최상의 추측을 검색하기 위해 나중에서야 디지털화된다는 의미에서 통합 모드에서 동작한다. 지난 수년간 이른바 광자 계수 검출기는 일부 응용에서 현실성 있는 대안으로써 나타났고 주로 유방조영술에서 상업적으로 이용 가능하다. 광자 계수 검출기는 원칙적으로 각각의 반응하는 x-선의 에너지가 측정될 수 있기 때문에 대상의 구성 요소에 대해 추가적인 정보를 산출하는 이점을 갖고, 개선된 영상 품질 및/또는 방사선량의 감소로 이어진다.

실리콘은 예를 들어 2000년 Proc. SPIE, Physics of Medical Imaging, vol 3977, pp 239-249 San Diego에서 M. Danielsson 등에 의해 "디지털 유방조영술에 대한 선량-효과 시스템(Dose-efficient system for digital mammography)"에서 서술된 바와 같이, 더 낮은 에너지를 갖는 응용에서 성공적으로 사용되고 있다. 실리콘이 갖는 주요 도전은 그것이 더 높은 에너지에 대해 효과적인 흡수재가 될 수 있도록 매우 두껍게 제작되어야 함을 의미하는, 그의 낮은 원자 번호 및 저밀도이다. 낮은 원자 번호는 또한 검출기에서 컴프턴 산란된 x-선 광자의 분율이 산란된 광자의 문제를 생성할 광-흡수된 광자에 대해 우세할 것이라는 것을 의미하는데, 이는 그들이 픽셀에서 잡음과 대등하게 될 검출기의 다른 픽셀에서 신호를 유도할 수 있기 때문이다.

Mats Danielsson 등의 미국 특허 제8,183,535호 "x-선 영상화용 실리콘 검출기 어셈블리(Silicon detector assembly for x-ray imaging)", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 715201311-17에서 Cheng Xu 등의 "광자 계수 스펙트럼 CT를 위한 세그먼트된 실리콘 스트립의 에너지 해상도(Energy resolution of a segmented silicon strip detector for photon-counting spectral CT)" 및 Journal of Medical Imaging 23 2015 033502에서 Xuejin Liu 등의 "멀티빈 광자 계수 컴퓨터 단층촬영을 위한 스펙트럼 응답 모델 및 그의 응용(Spectral response model for a multibin photon-counting spectral computed tomography detector and its applications)"에 기술된 바와 같이, 컴퓨터 단층촬영과 같은, 고 에너지 응용에 대해 실리콘을 사용하는 실현 가능성을 평가하는데 지속적인 노력을 하고 있다. 실리콘 검출기의 에지-온 설정이 기술되고, 그와 함께 실리콘의 검출 효능은 상당히 증가된다. 컴프턴 산란의 결과로 산란된 광자가 다른 실리콘 기판에 도달하는 것을 중단하기 위해 하이(high) Z 소자의 얇은 산란-방지형 포일이 기판에 부착된다.

콜리메이터가 제공된 검출기 모듈을 갖는 검출기가 Nelson 등의 미국 특허공개 제US2004/0251419 A1호에 예시된다. 스트립 검출기에서 각각의 검출기가 어떻게 콜리메이터를 제공하는지 도시된다. 인접하는 스트립 검출기는 에어-갭(air-gap)으로 분리된다.

방사선-유도된 손상으로부터의 성능 저하는 임의의 반도체 검출기에 대한 문제점이다. 실리콘에 대한 관련 연구는 수십 년간 수행되어 왔다. 실리콘 검출기를 통과하는 입자는 이온화 또는 비-이온화 에너지 증착으로 이어지는 물질에 반응할 수 있다. 두 경우 모두 실리콘 검출기에 대한 손상이 가능하다. 실리콘 검출기에서 두 유형의 방사선 손상인, 벌크 손상 및 표면 손상이 있다. 입사하는 입자의 비-이온화 에너지 손실로 인한 벌크 손상은 약 300 keV 미만의 에너지에 대해서는 일어나기 어렵고, 반면에 표면 손상은 40 keV 내지 250 keV의 x-선 영상화의 에너지 범위에 사용되는 실리콘 검출기에 대해 대부분의 문제를 유발한다. 표면 손상은 주로 하전 입자(charged particle) 또는 x-선 광자의 이온화 에너지 손실에 의해 도입되고, 이는 이산화규소(silicon dioxide) 및 실리콘(silicon)과 이산화규소 사이의 인터페이스에서 양전하(positive charge) 및 트랩의 축적으로 이어진다.

플레이너 공정을 이용하는 실리콘 검출기의 성공은 산화물층을 갖는 전면 표면을 패시베이트(passivate)하는 가능성에 강하게 의존한다. 주로 이산화규소 층은 상승된 온도에서 이온화 환경에 실리콘을 노출함으로써 실리콘 기판에서 열에 의해 증가된다. x-선이 실리콘 검출기에 반응할 때, 전하 캐리어의 클라우드가 방출된다. 실리콘 안에서 생성된 전하 캐리어는 적용된 전기장 하에서 전하 수집 전극에 의해 수집될 수 있지만, 이산화규소 층 안에서 생성된 전하 캐리어는 실리콘과 이산화규소 사이의 인터페이스에 트랩된다. 실리콘과 이산화규소 사이의 인터페이스로부터 다수의 나노미터 내에서, 그 영역은 매우 무질서해지고, 여기에서 깊은 준위 결함이 위치된다. 이산화규소에서 깊은 준위 결함은 정공을 트랩하고 고정된 양의(positive) 산화물 전하를 형성할 수 있으며, 이는 검출기의 일부 문제를 유발할 수 있다. 이산화규소 및 실리콘과 이산화규소 사이의 인터페이스에서 다른 종류의 결함이 존재하며, 이는 Jiaguo Zhang의 "X-ray radiation damage studies and design of a silicon pixel sensor for science at the XFEL" 및 Jorn Schwandt의 "Design of a radiation hard silicon pixel sensor for x-ray science"에서 논의되었다.

방사선에 의해 유도된 결함은 전기적 성질에 영향을 주고 실리콘 검출기의 다음의 성능 저하를 유발한다: 누수 전류의 증가, 공핍 전압의 증가, 정전용량(capacitance)의 증가, 전자 축적 층의 형성, 항복 전압의 감소 및 실리콘과 이산화규소 사이의 인터페이스 근처에서 전하 감소. 전자-축적 층은 실리콘 검출기의 전기적 성질의 변화와 관련이 있고, 표면에서 검출기의 완전 공핍을 방지한다. 전하 수집 효율은 또한 검출기의 전면 표면 근처의 용적 내에서 전자-축적 층에 의해 영향을 받을 수 있다. 결과적으로, 반도체 검출기, 특히 실리콘 검출기에 대한 기술에 있어서 수요가 있고, 이는 x-선 방사선에 노출될 때 덜 민감하다.

본 개시의 목적은 x-선 감수성과 관련하여 개선된 강건성을 갖는 검출기를 갖는 검출기 시스템을 제공하는 것이다.

더욱 특별한 목적은 x-선 감수성과 관련하여 개선된 강건성을 갖는 에지-온 검출기 모듈을 갖는 검출기 시스템을 제공하는 것이다.

제안된 기술의 하나의 양상에 따르면 x-선 영상화용 검출기 시스템이 제공된다. 검출기 시스템은 다수의 에지-온 검출기 모듈을 갖는 검출기로 구성된다. 각각의 에지-온 검출기 모듈은 x-선 광원을 향해 배향되도록 맞춰지는 제 1 에지 및 유입하는 x-선의 방향에 근본적으로 평행하게 움직이는 전면으로 구성된다. 전면은 하나 이상의 전하 수집 전극으로 구성된다. 다수의 에지-온 검출기 모듈의 적어도 서브셋은 전면 대 전면으로, 쌍으로 배열되고, 그에 의해 쌍으로 배열된 에지-온 검출기 모듈의 전면 사이에서 전면 대 전면 갭이 정의된다. 쌍으로 배열된 에지-온 검출기 모듈은 x-선 광원과 에지-온 검출기 모듈 사이에서 x-선 경로에 배열되고 전면 대 전면 갭을 오버랩하는 산란-방지형 콜리메이터와 연관된다.

제안된 기술의 실시예는 검출기 모듈 전면 상에 제공된 민감성 절연 층이 x-선 방사선으로부터 직접적인 영향에 의해 가해진 손상 및 악화로부터 보호되는 검출기 시스템을 제공한다. 제안된 기술의 특정 실시예는 또한 검출기 모듈의 오정렬(misalignment)에 둔감하고 이에 따라 변함 없는 기하학적 효율을 유지하는 검출기 시스템을 제공한다. 제안된 기술의 특정 실시예는 또한 후면에서의 직접적인 조명 또는 음영 효과로부터의 아티팩트를 방지하기 위한 메커니즘을 제공한다.

도 1은 실리콘 기판의 예시적인 단면의 개략도이다.
도 2는 한 쌍의 검출기 모듈 및 검출기의 전면이 어떻게 산란-방지형 콜리메이터에 의해 보호되는지에 대한 사시도이다.
도 3은 사이에 산란-방지형 포일을 갖는 한 쌍의 검출기 모듈 및 검출기의 전면이 어떻게 산란-방지형 콜리메이터에 의해 보호되는지에 대한 사시도이다.
도 4는 제안된 기술의 특정 실시예에 따라 전면 대 전면으로 배열되고 산란-방지형 콜리메이터 및 산란-방지형 포일이 제공되는 세 쌍의 에지-온 검출기 모듈을 예시하는 개략도이다.
도 5는 산란-방지형 콜리메이터를 갖는 검출기 모듈을 정렬할 때 회피되어야 하는 상이한 예를 예시하는 개략도이다.
도 6은 산란-방지형 콜리메이터로부터의 음영 효과 및 기하학적 오정렬의 경우 이것이 어떻게 변함 없는 기하학적 효율을 유지하는 것을 도울 수 있는지 예시하는 개략도이다.
도 7은 에지-온 검출기를 예시하는 개략도이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 x-선 검출기 시스템의 개략도이다.

도 8은 예시적인 실시예에 따른 x-선 검출기 시스템의 개략도이다. 이 예에서 x-선 C를 방출하는 x-선 광원 B를 갖는 X-선 검출기의 개략적인 뷰가 도시된다. 검출기는 나란히 스택(stack)된 다수의 검출기 모듈로 구성된다. 검출기 모듈은 광원을 향해 뒤를 향하는 에지 D로 구성되고, 그들은 바람직하게 약간 만곡된 전체 구성으로 배열된다. 검출기의 두 가지 가능한 스캐닝 동작(E, F)이 표시된다. 각각의 스캐닝 동작에서 광원은 정지되거나 움직일 수 있고, E로 표시된 스캐닝 동작에서 x-선 광원 및 검출기는 사이에 위치된 대상 주위로 회전될 수 있다. F로 표시된 스캐닝 동작에서 검출기 및 광원은 대상에 대해 병진 이동될 수 있고, 또는 대상이 움직일 수 있다. 또한 스캐닝 동작 E에서 대상은 회전 중에 병진 이동될 수 있으며, 이른바 나선형 주사(spiral scanning)라고 한다. 예로써, CT 구현에 대해서, x-선 광원 및 검출기는 영상화될 대상 또는 피사체 주위로 회전하는 갠트리 내에 장착될 수 있다. 도 7은 더 상세한 특정 에지-온 검출기의 예시를 제공한다. 검출기의 전면이 다수의 검출기 스트립으로 구성되는 방법이 예시되고, 음(negative)의 y-방향으로 이 특정 지오메트리에서, 각각의 스트립은 유입하는 x-선의 방향으로 움직이는 전하 수집 전극에 의해 형성되는 다수의 깊이 세그먼트로 구성된다.

도 1은 반도체 기판, 예를 들어 표면 방사선 손상을 갖는 실리콘 기판(101)의 예시적인 단면을 예시하는 개략도이다. 전하 수집 전극의 금속 컨택(102)은 상응하는 전극의 P-플러스 임플란테이션(103)의 윗면에 증착된다. 실리콘 검출기의 전면 상의 산화물 층(104)은 장시간의 x-선 방사선 이후의 실리콘과 이산화규소 사이의 인터페이스에 형성되는 고정된 양전하에 따라, x-선 방사선에 가장 민감하다. 이상적으로, 각각의 반응하는 광자에 의해 방출된 전하 캐리어는 필드 라인(field line)을 따라 이동할 것이고 그 다음 후면 금속 컨택(105)에 역바이어스를 공급함으로써 적용된 전기장의 효과 하에서 상응하는 전하 수집 전극에 의해 수집될 것이다. 그러나, 실리콘과 이산화규소 사이의 인터페이스 아래 형성된 전자 축적 층(106)은 전면 표면에서 센서의 완전 공핍을 방지하고, 이는 이 영역에서 약한 전기장 및 이에 따른 전하 캐리어의 손실을 초래한다. 고 전기장은 또한 107로 표시된 전하 수집 전극의 에지 근처의 결과이고, 항복 전압의 감소로 이어진다.

도 8에 예시되는 검출기 모듈은 전면 및 후면을 갖는, 실리콘과 같은, 반도체 물질로 구성된다. 도 1이 예시를 제공하는, 전면은 검출기의 전자적 특성을 수반한다. 특정 실시예에서 라우팅 트레이스(routing trace)는 전하 수집 전극을 전단 전자기기에 연결하고, 또한 절연 영역 뿐만 아니라 도핑 및 비도핑된 영역과 같은 선택적인 특징으로 구성될 수 있는 실시예도 있다. 절연 영역은 x-선 방사선에 매우 민감하고 x-선이 전면에 직접적으로 충돌할 경우 네거티브하게 영향을 받을 것이다.

제안된 기술의 목적은 검출기를 형성하는 검출기 모듈의 전면이 충돌하는 x-선의 가능한 악영향으로부터 보호되는 한에 있어서 개선된 강건성을 갖는 검출기를 제공하는 것이다. 즉, 제안된 기술은 검출기 모듈의 x-선 민감성 전면이 손상을 주는 x-선으로부터 보호되는 메커니즘을 제공하는 것을 목표로 한다. 제안된 기술의 방어적인 특성은 또한 개선된 전하 수집을 가능하게 하는 검출기 시스템을 제공한다.

기본적인 메커니즘은 고강도의 직접적인 x-선 빔이 검출기의 전면 용적에 도달하는 것을 방지하는 산란-방지형 콜리메이터를 사용함으로써 실리콘 에지-온 검출기와 같은, 에지-온 검출기의 전면을 보호하는 것이고, 그럼으로써 상대적으로 방사선 손상의 위험을 감소시키는 것이다.

예를 들어 영상 품질을 증가시키기 위해 대상체 산란의 양을 감소시키는 대부분의 x-선 의료 영상화 응용에 산란-방지형 콜리메이터가 필요하다. 또, 본 발명은 검출기 모듈의 오정렬의 경우 변함 없는 기하학적 효율을 유지하는 것을 도울 수 있고, 이는 다른 이점이다. 다음에서, 검출기 시스템은 실리콘 형태의 특정 검출기 물질을 사용함으로써 기술될 것이다. 이는 그러나 기술될 다양한 실시예가 임의의 반도체 물질로 동등하게 잘 실시되기 때문에 본질적인 특징은 아니다. 즉, 제안된 기술에 따른 검출기 시스템은 임의의 적합한 반도체 물질의 검출기 모듈로 구성될 수 있다.

이러한 목적을 위해, x-선 영상화용 검출기 시스템이 제공된다. 다수의 에지-온 검출기 모듈(201)을 갖는 검출기로 구성되는 검출기 시스템을 개략적으로 예시하는 도 2를 참조한다. 각각의 에지-온 검출기 모듈(201)은 x-선 광원을 향해 배향되도록 맞춰지는 제 1 에지 및 유입하는 x-선의 방향에 근본적으로 평행하게 움직이는 전면(202)으로 구성된다. 검출기 모듈의 전면(202)은 하나 이상의 전하 수집 전극으로 구성된다. 검출기를 형성하는 다수의 에지-온 검출기 모듈(201)의 적어도 서브셋은 전면 대 전면으로 쌍으로 배열되고, 그에 의해 전면 대 전면 갭이 쌍으로 배열된 에지-온 검출기 모듈(201)의 전면 사이에서 정의된다. 쌍으로 배열된 에지-온 검출기 모듈(201)은 상기 광원과 상기 에지-온 검출기 모듈(201) 사이에서 x-선 경로에 배열되고 상기 전면 대 전면 갭을 오버랩하는 산란-방지형 콜리메이터(203)와 연관된다.

도 2는 콜리메이터(203)가 어떻게 두 인접한 검출기 모듈(201)에 의해 정의된 전면 대 전면 갭 위에 배열되는지 예시하는 단순화된 다이어그램을 제공한다. 이 특정한 배열은 검출기의 전면(202)에 보호를 제공한다. 콜리메이터가 갭을 오버랩하는 사실은 또한 비스듬히 검출기 상에 충돌하는 x-선으로부터 보호를 제공한다. 더 상세하게, 서로 마주하는 전면 표면(202)을 갖는 한 쌍의 검출기 모듈(201) 및 양 검출기 모듈의 전면 표면의 윗면에 위치되거나 배열되는 산란-방지형 콜리메이터(203)가 도시된다. 산란-방지형 콜리메이터는 대상에 의해 산란되는 직접적인 x-선 빔 및 x-선 광자를 효율적으로 흡수할 수 있는 하이 Z 물질로 제작된다. 검출기 모듈은 검출기 모듈의 에지를 유입하는 x-선을 향해 배향함으로써 에지-온 구성으로 배열된다. 본 실시예에서, 검출기 모듈의 전면은 서로 마주보고, 이에 따라 산란-방지형 콜리메이터는 양 검출기 모듈의 전면 표면을 커버하며, 이는 직접적인 x-선 빔이 검출기 모듈의 전면 표면에 도달하는 것을 방지하고, 이에 따라 표면 손상이 덜 된다.

예를 들어 도 8에 나타날 수 있는 것과 같이, 제안된 기술에 따른 검출기는 나란히 스택된 다수의 검출기 모듈로 구성된다. 모듈의 스태킹(stacking)은, 제안된 기술에 따라, 특정한 검출기 모듈의 전면이 다른 검출기 모듈의 전면을 마주하는 방식으로 쌍으로 배열되는 검출기 모듈의 적어도 서브셋으로 구성되어야 한다.

그것은 산란-방지형 콜리메이터(203)가 하이 Z 물질의 콜리메이터로 구성되는 경우 바람직하다. 콜리메이터는 충돌하는 방사선을 흡수하기 위한 것이기 때문에 하이 Z 물질이 있다는 사실은 효율적인 흡수를 보장할 것이고 이런 이유로 고 에너지 방사선이 검출기 모듈의 민감한 부분에 충돌하는 위험이 감소된다. 즉, 검출기 모듈의 전면에 배열되는 민감한 부분을 말한다.

제안된 기술의 특정 실시예는 인접한 검출기 모듈 사이에서 전면 대 전면 갭이 산란-방지형 포일로 구성되는 검출기 시스템을 제공한다. 이러한 선택적인 특징은, 산란-방지형 포일이 예를 들어 산란-방지형 콜리메이터(203)에서 나오는 가능한 잔류 방사선에 대해 대응책을 제공할 것이기 때문에, 전면에 훨씬 더한 보호를 제공할 것이다. 산란-방지형 포일은 특정 실시예에서 텅스텐과 같은, 하이 Z 물질로 구성될 수 있다.

도 3은 한 쌍의 검출기 모듈(201)이 어떻게 검출기 모듈의 전면 사이에 부착되는 산란-방지형 포일(204)에 제공되는지 예시하는 개략도이다. 또한 산란-방지형 포일의 윗면에 제공되는 산란-방지형 콜리메이터(203)가 도시된다. 양 검출기 모듈의 전면 표면은 산란-방지형 포일에 부착되고, 이에 따라 산란-방지형 콜리메이터는 산란-방지형 포일 및 검출기 모듈의 전면 표면을 모두 커버하며, 이는 검출기 모듈의 전면 표면을 보호한다. 도 4는 결국 도 3에 예시된 바와 같은 실리콘 검출기 쌍이 검출기 모듈의 어레이를 형성하기 위해 어떻게 나란히 위치되는지 예시하는 개략도이다.

적은 방사선 손상을 얻는 검출기 모듈을 갖기 위해, 전면 표면은 직접적인 x-선 빔이 x-선 민감성 용적에 도달하는 것을 방지하는 산란-방지형 콜리메이터에 의해 커버되어야 한다. 산란-방지형 콜리메이터(203)의 에지 또는 산란-방지형 콜리메이터의 커버리지의 밖으로 배열된 실리콘 검출기 모듈의 전면 에지(202)로, 도 5에 예시된 경우는 피해야 한다. 두 경우 모두, 직접적인 x-선 빔이 검출기 모듈의 전면 표면에 충돌할 수 있고, 방사선 손상을 초래한다. 따라서, 전면 표면에서 커버된 용적은 위의 두 경우를 피하기 위해 총 검출기 용적의 1%를 초과해야 한다.

도 6은 검출기 모듈의 기하학적 오정렬의 경우 위의 산란-방지형 콜리메이터의 배열이 어떻게 변함 없는 기하학적 효율을 유지하는 것을 도울 수 있는지 예시하는 개략도이다. 이 예는 검출기 모듈의 전면 및 산란-방지형 포일(204) 모두를 커버하는 산란-방지형 콜리메이터(203)를 갖는 검출기 모듈(201)의 에지-온 구성을 예시한다. 전면의 검출기 모듈의 용적은 음영이 만들어진다(206). 기계적인 정렬은 기다란 검출기에 도전이 될 수 있고 기하학적 오정렬이 영상에 아티팩트를 유발할 수 있다. 본 실시예의 도 6에 표시된 바와 같이, 검출기 모듈의 기하학적 오정렬에 의한 기하학적 효율의 손실은 거의 없다.

이제 검출기 모듈의 어레이의 개략적인 예시를 제공하는 도 4를 참조하고, 여기에서 다수의 검출기 모듈은 그들의 전면이 서로 마주하도록 쌍으로 배열된다. 각각의 쌍에는 인접한 검출기 모듈의 전면 사이의 갭을 오버랩하기 위해 배열된 산란-방지형 콜리메이터가 제공된다. 도면에는 또한 검출기 모듈 사이의 공간에 배열된 선택적인 산란-방지형 포일이 예시된다. 도시된 쌍별(pairwise) 구성에 배열된 검출기 모듈의 후면은 다른 이웃하는 인접한 모듈의 후면을 마주할 것이다. 이는 인접한 검출기 모듈 사이에서 후면 대 후면 갭(205)으로 이어질 것이다. 제안된 기술의 특정 실시예에 따라, 쌍으로 배열된 에지-온 검출기 모듈(201) 중 하나 이상의 에지-온 검출기 모듈(201)의 후면은, 후면 대 후면 갭이 상기 에지-온 검출기 모듈(201)과 상기 상응하는 에지-온 검출기 모듈(201) 사이에 형성되는 방식으로 상응하는 에지-온 검출기 모듈(201)의 후면을 마주하도록 배열되는 검출기 시스템이 제공된다. 인접한 검출기 모듈에 의해 정의된 후면 대 후면 갭은 특정 실시예에 따라, 상기 에지-온 검출기 모듈(201)의 후면에 직접적인 x-선 조사 또는 음영 효과를 방지하기 위해 배열되는 감쇠 물질이 제공될 수 있다.

갭에 제공되는 감쇠 물질이 갖는 특정 목적은 검출된 x-선 계수의 수를 기하학적 오정렬에 덜 민감하게 만드는 것이다. 좁은 갭은 이러한 목적을 위해 실리콘(silicone)과 같은, 감쇠기로 채워질 수 있고, 이는 실리콘(silicon) 같은 유사한 감쇠 특성을 유지한다. 오정렬의 경우, 검출기 모듈 사이에 제공된 감쇠기는 검출기 면에 직접적인 조명을 금지할 것이고 검출된 스펙트럼이 실리콘 벌크를 통과한 그것과 가까워지도록 할 것이다.

달성된 다른 이로운 특징은 감쇠 물질이 에지-온 검출기 모듈(201)의 후면을 관통하는 x-선 방사선의 양을 감소시킬 수 있다는 것이다. 이러한 목적을 위해 텅스텐과 같은 하이 Z 물질이 사용될 수 있는데, 그러한 물질은 그러나 검출기의 효율에 네거티브하게 영향을 주는 음영으로 이어질 수 있으며, 단순히 공기가 채워진 갭은 결국 검출기 시스템에도 네거티브한 영향을 주는, 후면에서의 직접적인 조명을 초래할 수 있다. 이러한 목적을 위해 발명자는 바람직한 물질은 검출기에 사용되는 반도체 물질, 예를 들어 실리콘(silicon)과 유사한 감쇠 특성을 가져야 한다는 것을 깨달았다. 검출기 모듈이 실리콘(silicon)으로 구성되는 경우에 사용될 수 있는 특정 예는 실리콘(silicon)을 함유하는 실리콘(silicone)이다. 실리콘(silicone)은 실리콘(silicon)과 유사한 감쇠 특성을 갖고 이 조합은 특정 적합한 실시예를 형성한다. 그러나 많은 기타 조합 또는 검출기 물질 또는 감쇠 물질도 가능하다. 주요 목적은 감쇠 물질이 검출기 물질로써 사용되는 물질과 유사한 감쇠 특성을 갖는 것이다.

위에 기술한 실시예는 단지 예로서 제시된 것이고, 제안된 기술은 이에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 통상의 기술자는 첨부된 특허 청구의 범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 상기 실시예에 대하여 다양한 변형, 결합 및 변경이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 특히, 기타 실시예에서의 상이한 부분적인 해결책은 기술적으로 가능할 경우 기타의 구성으로 결합될 수 있다.

[참고 문헌]

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·J. Schwandt, “Design of a Radiation Hard Silicon Pixel Sensor for X-ray Science”, Doctoral Thesis, Hamburg University, DESY-THESIS-2014-029 2014

Claims (11)

1. x-선 영상화용 검출기 시스템으로서, 검출기 시스템은 다수의 에지-온 검출기 모듈을 갖는 검출기로 구성되고:
   - 각각의 에지-온 검출기 모듈은 x-선 광원을 향해 배향되도록 맞춰지는 제 1 에지 및 유입하는 x-선의 방향에 근본적으로 평행하게 움직이는 전면으로 구성되고, 전면은 하나 이상의 전하 수집 전극 및 전하 수집 전극을 전단 전자기기에 연결하는 라우팅 트레이스로 구성되며;
   - 다수의 에지-온 검출기 모듈의 적어도 서브셋은 전면 대 전면으로 쌍으로 배열되고, 그에 의해 전면 대 전면 갭이 쌍으로 배열된 에지-온 검출기 모듈의 전면 사이에서 정의되고;
   - 쌍으로 배열된 에지-온 검출기 모듈은 x-선 광원과 에지-온 검출기 모듈 사이에서 x-선 경로에 배열되고 전면 대 전면 갭을 오버랩하는 산란-방지형 콜리메이터와 연관되고, 검출기의 전면 용적이 직접적으로 입사하는 x-선에 대항하여 보호될 수 있도록 산란-방지형 콜리메이터가 배열되는 x-선 영상화용 검출기 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 산란-방지형 콜리메이터는 하이 Z 물질의 콜리메이터로 구성되는 x-선 영상화용 검출기 시스템.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 전면 대 전면 갭은 산란-방지형 포일로 구성되는 x-선 영상화용 검출기 시스템.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 산란-방지형 포일은 하이 Z 산란-방지형 포일로 구성되는 x-선 영상화용 검출기 시스템.
5. 청구항 4에 있어서, 산란-방지형 콜리메이터에 의해 보호되는 전면 용적은 총 검출기 용적의 1%를 초과하는 x-선 영상화용 검출기 시스템.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 쌍으로 배열된 에지-온 검출기 모듈 중 하나 이상의 에지-온 검출기 모듈의 후면은, 후면 대 후면 갭이 에지-온 검출기 모듈과 상응하는 에지-온 검출기 모듈 사이에 형성되는 방식으로 상응하는 에지-온 검출기 모듈의 후면을 마주하도록 배열되는 x-선 영상화용 검출기 시스템.
7. 청구항 6에 있어서, 후면 대 후면 갭은 감쇠 물질로 구성되는 x-선 영상화용 검출기 시스템.
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 에지-온 검출기 모듈은 반도체 물질의 에지-온 검출기 모듈로 구성되는 x-선 영상화용 검출기 시스템.
9. 청구항 8에 있어서, 반도체 물질은 실리콘(silicon)으로 구성되는 x-선 영상화용 검출기 시스템.
10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서, 감쇠 물질은 검출기 모듈에 사용되는 반도체 물질과 유사한 감쇠 특성을 갖는 물질로 구성되는 x-선 영상화용 검출기 시스템.
11. 청구항 10에 있어서, 감쇠 물질은 실리콘(silicone)으로 구성되는 x-선 영상화용 검출기 시스템.

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