TW201602620A - 光偵測器 - Google Patents

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TW201602620A
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斉藤信美
舟木英之
木村俊介
中野慎太郎
河田剛
長谷川
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東芝股份有限公司
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Abstract

根據一實施例，光偵側器包括複數個光電傳感器、複數個電阻器、及複數個重置區段。該等光電傳感器的每一個被建構來輸出源自將所接收之光轉換成電荷的偵測信號。該等電阻器的每一個係與在該電阻器之一端部的對應光電傳感器之輸出端串連地連接。該等重置區段的每一個係與對應電阻器平行地連接，且被建構來回應於該偵測信號將該對應光電傳感器的輸出端帶至重置位準。

Description

光偵測器 前後參照之相關申請案
此申請案係基於及主張來自2014年4月11日提出之日本專利申請案第2014-082263號的優先權之利益；其整個內容係以引用的方式併入本文中。
在此中所敘述之實施例大致上有關光偵側器。
矽基光倍增器現在正被主動地開發，且改良亦已在系統中被作成，用於使用閃爍器及光倍增器偵測非常微弱的光。針對達成更好性能之發展努力係亦在進行中。尤其是，矽光倍增器(SiPMs)能夠達成高信噪(SN)比及高動態範圍，並能以低電壓被驅動，且如此許多應用被預期，該SiPMs包含一列陣的突崩光二極體(APDs)，且每一APDs與熄滅電阻器串連地連接。
來自光倍增器之電荷輸出通常藉由積分器電路被轉換成電壓，被取樣及固持，且接著被類比至數位(AD)轉換。 所取得之數位信號接著被數位信號處理，且被譯成直方圖。
使用光子計數的X射線計算機斷層成像(CT)設備被估計，以具有入射在每秒約108次計數的閃爍器上之X射線計數率，且因此需要讀出電路，其能夠遍及數百個通道以高能量解析力同時地測量高速資料。
以光子計數，該計數率大多數係藉由該等光倍增器的恢復時間及AD轉換中所需要之時間所限制。雖然高性能AD轉換器已變得可用，其係仍然需要減少該等光倍增器的恢復時間，以便在高計數率達成測量。用於達成較短之恢復時間的一可能方法係藉由減少該電容器(C)及該電阻器(R)之CR時間常數來減少該光倍增器(SiPMs)中的熄滅阻抗。
然而，如果該熄滅阻抗變得太小，該光倍增器可落在未能施行該熄滅操作。這在該恢復時間中之減少中強加一限制。被揭示來減輕此折衷者係主動熄滅。於主動熄滅中，電晶體被使用來代替該熄滅電阻器。主動熄滅要求每一APD係與電晶體串連地連接。為達成光電傳感器列陣，其想要的是使APD將與電晶體整合，但高電壓APDs不能與低電壓電晶體輕易地整合。再者，該APDs需要被確保孔徑比。
實施例之目的係提供光偵側器，其能夠提供高計數 率。
根據一實施例，光偵側器包括複數個光電傳感器、複數個電阻器、及複數個重置區段。該等光電傳感器的每一個被建構來輸出源自將所接收之光轉換成電荷的偵測信號。該等電阻器的每一個係與在該電阻器之一端部的對應光電傳感器之輸出端串連地連接。該等重置區段的每一個係與對應電阻器平行地連接，且被建構來回應於該偵測信號將該對應光電傳感器的輸出端帶至重置位準。
根據上面所述之光偵側器，高計數率能被提供。
10‧‧‧構台
11‧‧‧放射控制器
12‧‧‧X射線產生器
12a‧‧‧X射線管
12b‧‧‧楔塊
12c‧‧‧視準儀
13‧‧‧偵測器
14‧‧‧收集器
15‧‧‧旋轉機架
16‧‧‧驅動器
20‧‧‧臥榻
21‧‧‧臥榻驅動裝置
22‧‧‧臥榻頂部
30‧‧‧主控臺
31‧‧‧輸入單元
32‧‧‧顯示器
33‧‧‧掃描控制器
34‧‧‧前處理器
35‧‧‧第一儲存器
36‧‧‧再現器
37‧‧‧第二儲存器
38‧‧‧控制器
40‧‧‧偵測元件
41‧‧‧基板
42‧‧‧p-型半導體層
43‧‧‧p+型半導體層
44‧‧‧通道擋止部區域
45‧‧‧不活動區域
46‧‧‧絕緣層
47‧‧‧絕緣層
48‧‧‧接觸層
50‧‧‧突崩光二極體
51‧‧‧熄滅電阻器
52‧‧‧第一佈線層
53‧‧‧薄膜電晶體
54‧‧‧第二佈線層
55‧‧‧放大器電路
56‧‧‧閘極電極
57‧‧‧閘極絕緣薄膜
58‧‧‧保護薄膜
59‧‧‧汲極電極
60‧‧‧源極電極
61‧‧‧鈍化薄膜
62‧‧‧電極層
63‧‧‧通道層
64‧‧‧通道層
65‧‧‧汲極電極
66‧‧‧源極電極
67‧‧‧輸出端子
68‧‧‧輸出端子
69‧‧‧輸出端子
70‧‧‧電容器
71‧‧‧閘極電極
72‧‧‧電阻器層
73‧‧‧電阻器層
81‧‧‧重置開關
82‧‧‧積分器電路
83‧‧‧輸入端子
84‧‧‧比較器
85‧‧‧計數器
86‧‧‧記憶體
87‧‧‧輸出端子
90‧‧‧閃爍器層
91‧‧‧反射構件
92‧‧‧黏著層
P‧‧‧物件
圖1係根據第一實施例的光子計數CT設備之組構的概要圖；圖2係被提供至根據該第一實施例的光子計數CT設備之偵測器的平面圖；圖3係被提供至根據該第一實施例的光子計數CT設備中之偵測器的偵測元件之截面視圖；圖4係該偵測器中之電荷信號讀出電路的方塊圖；圖5係被提供至根據第二實施例的光子計數CT設備中之偵測器的偵測元件之截面視圖；圖6係被提供至根據第三實施例的光子計數CT設備中之偵測器的電荷信號讀出電路之方塊圖；及圖7係與閃爍器結合的偵測器之截面視圖。
下文詳細地參考所附圖面敘述使用光偵側器的光子計數計算機斷層成像(CT)設備之一些實施例。
第一實施例
於計數源自通過物件的X射線(X射線光子)之光子中，根據第一實施例的光子計數CT設備以高SN比藉由使用光子計數偵測器再現X射線CT影像資料。因為每一光子具有不同能量，該光子計數CT設備藉由測量每一光子之能量位準獲得X射線有功分量的資訊。該光子計數CT設備藉由以一管電壓驅動X射線管來收集一段投影資料，將該投影資料分成複數個有功分量，及使用該有功分量產生影像。
圖1說明根據該第一實施例之光子計數CT設備的組構。如在圖1中所說明，該光子計數CT設備包括構台10、臥榻20、及主控臺30。
該構台10包括放射控制器11、X射線產生器12、偵測器13、收集器(資料擷取系統(DAS))14、旋轉機架15、及驅動器16。該構台10放射X射線至物件P，並測量通過該物件P的X射線。
該旋轉機架15以面朝彼此、並使該物件P介入其間之方式來支撐該X射線產生器12及該偵測器13。該旋轉機架15係圓形機架，其藉由稍後敘述的驅動器16被驅動至在高速沿著繞著該物件P之圓形路徑旋轉。
該X射線產生器12包括X射線管12a、楔塊12b、及視準儀12c。該X射線產生器12係將X射線放射至該物件P的裝置。該X射線管12a係被造成藉由高電壓將X射線放射至該物件P之真空管，該高電壓藉由稍後敘述的X射線產生器12所供給。該X射線管12a放射X射線光束至該物件P，同時當該旋轉機架15被旋轉時被旋轉。該X射線管12a產生散佈在扇角及錐角之X射線光束。
該楔塊12b係X射線過濾器，用於調整由該X射線管12a所放射的X射線之數量。明確地是，該楔塊12b係過濾器，其使由該X射線管12a所放射的X射線通過及衰減，以致由該X射線管12a所放射的X射線具有預定之分佈，並該以X射線照射該物件P。
譬如，該楔塊12b係藉由將鋁處理至預定目標角度及預定厚度所達成的過濾器。該楔塊亦被稱為楔形過濾器或蝶結形過濾器。在稍後敘述之放射控制器11的控制之下，該視準儀12c係用於限制以該X射線所照射之區域的裂口，並使其數量藉由該楔塊12b所控制。
該放射控制器11係將高電壓供給至當作高電壓產生器之X射線管12a的裝置，且該X射線管12a使用藉由該放射控制器11所供給之高電壓來產生X射線。該放射控制器11藉由調整待供給至該X射線管12a之管電壓及管電流來調整X射線的數量，並以該X射線照射該物件P。該放射控制器11亦藉由調整該視準儀22c之孔徑來調整以X射線所照射的範圍(該扇角或該錐角)。
該驅動器16驅動該旋轉機架15旋轉，藉此造成該X射線產生器12及該偵測器13沿著繞著該物件P之圓形路徑旋轉。該偵測器13每次接收X射線光子，該偵測器13輸出對應於該X射線光子的能量位準之信號。該等X射線光子係譬如由該X射線管12a所放射及通過該物件P的X射線光子。該偵測器13包括複數個偵測元件，每次X射線光子係入射時，該等偵測元件之每一個輸出一脈衝電信號(類比信號)。入射在該等偵測元件的每一個上之X射線光子的數目能藉由計數電信號之數目(脈衝)被計數。藉由對該信號施行預定操作，該信號輸出中所導致的X射線光子之能量位準可被測量。
該偵測器13中之偵測元件的每一個包括閃爍器及諸如矽光倍增器(SiPM)之光感測器。該偵測器13被建構為所謂“間接轉換偵測器”，其中該偵測器13經由該閃爍器將入射X射線光子轉換成閃爍器光，並使用光感測器、諸如光倍增器將該閃爍器光轉換成電信號。於此範例中，雖然所謂“間接轉換偵測器”被提供當作該偵測器13，“直接轉換偵測器”可被提供，其直接地取得對應於入射X射線的數量之電荷的脈衝，而沒有使用閃爍器等。
圖2說明該偵測器13之範例。該偵測器13係表面偵測器，其中包括閃爍器及諸如光倍增器的光感測器之每一偵測元件40係於該通道方向(圖1中的Y軸向方向)中之N列中、及在該本體軸向方向(於圖1中的Z軸向方向)中之M行中被配置。該等偵測元件40的每一個輸出用於一 入射光子之一脈衝電信號。藉由彼此區別由該等偵測元件40的對應一者所輸出之脈衝，入射在該對應偵測元件40上的X射線光子之數目能被計數。所計數的X射線光子之能量位準能藉由施行基於該脈衝強度的操作而被測量。
被稱為類比前端而用於計數來自該等偵測元件40的每一個之輸出、並將該等輸出供給至圖1中所說明的收集器14之電路在該偵測器13之後被提供。
該收集器14收集計數資訊，該計數資訊係計數來自該偵測器13的輸出之結果。換句話說，該收集器14彼此區別由該偵測器13所接收的信號，並收集該計數資訊。該計數資訊係一段資訊，每一次由該X射線管12a所放射及通過該物件P的X射線光子係入射時，該段資訊能由該偵測器13(偵測元件40)所接收之信號被取得。明確地是，該計數資訊係資訊，其中入射在該偵測器13(偵測元件40)上的X射線光子之計數係與能量位準有關聯。該收集器14將所收集的計數資訊傳輸至該主控臺30。
換句話說，該收集器14彼此區別由該等偵測元件40的每一個所接收之脈衝，且於該X射線管12a的每一相位(真空管相位)，在該對應偵測元件40及該X射線光子的能量位準收集入射在該對應入射位置(偵測位置)上之X射線光子的計數當作計數資訊。該收集器14使用該偵測元件40之位置譬如當作該入射位置，並已輸出該計數中所使用的脈衝。該收集器14亦藉由對該等電信號施行給定操作來測量該X射線光子之能量位準。
圖1中所說明的臥榻20係該物件P被安置在該其上之裝置，且包括臥榻頂部22及臥榻驅動裝置21。該臥榻頂部22係該物件P被安置在該其上的桌面。該臥榻驅動裝置21於該Z軸向方向中運動該臥榻頂部22，藉此運動該物件P進入該旋轉機架15。
該構台10施行用於螺旋地掃描該物件P之螺旋狀掃描，譬如，藉由旋轉該旋轉機架15同時運動該臥榻頂部22。該構台20亦可施行傳統掃描，其中該臥榻頂部22被運動，且接著該物件P被固定在一位置及藉由造成該旋轉機架15旋轉而沿著圓形路徑被掃描。該構台10亦可藉由在某些增量運動該臥榻頂部22的位置及越過複數個個別掃描區域施行傳統掃描來施行步進及拍攝掃描。
該主控臺30具有輸入單元31、顯示器32、掃描控制器33、前處理器34、第一儲存器35、再現器36、第二儲存器37、及控制器38之功能。該主控臺30接收藉由操作員所施行的光子計數CT設備之操作，及使用藉由該構台10所控制的計數資訊再現X射線CT影像。
該輸入單元31將藉由操作員操作該光子計數CT設備上之滑鼠、鍵盤等所輸入的各種指令及設定之資訊傳送至該控制器38。譬如，該輸入單元31接收資訊、諸如用於擷取X射線CT影像資料的條件、用於再現該X射線CT影像資料之再現條件、及用於由該操作員的X射線CT影像資料之影像處理條件。
該顯示器32係藉由該操作員所觀看的監示器裝置。 該顯示器32顯示X射線CT影像資料、及用於由該操作員經由該輸入單元31在該控制器38的控制之下接收各種指令、設定等的圖形使用者介面(GUIs)。
藉由在該控制器38的控制之下控制該放射控制器11、該驅動器16、該收集器14、及該臥榻驅動裝置21的操作，該掃描控制器33控制收集藉由該構台10所施行之計數資訊的製程。
藉由對由該收集器14所接收之計數資訊應用校正、諸如對數轉換、偏置校正、敏感性校正、及光束硬化校正，該前處理器34產生投影資料。
該第一儲存器35在其中儲存藉由該前處理器34所產生之投影資料。換句話說，該第一儲存器35在其中儲存用於再現該X射線CT影像資料的投影資料(經校正之計數資訊)。
該再現器36使用該第一儲存器35中所儲存的投影資料再現該X射線CT影像資料。該X射線CT影像資料能使用各種技術被再現，該等技術之一範例包括反向投影。該反向投影的範例包括濾過反向投影(FBP)。該再現器36亦藉由對該X射線CT影像資料施行各種型式的影像處理來產生影像資料。該再現器36儲存該經再現之X射線CT影像資料及由於在該第二儲存器37中處理之影像的此各種型式之結果所產生的影像資料。
由藉由該光子計數CT設備所取得之計數資訊所產生的投影資料包括已藉由通過該物件P被衰減之X射線能 量的資訊。該再現器36係因此譬如能夠再現特定有功分量之X射線CT影像資料。譬如，用於複數個有功分量的每一個，該再現器36亦可再現一段X射線CT影像資料。
該再現器36亦可產生複數個X射線CT影像資料之片段，藉由將代表該有功分量的顏色分派至代表該有功分量之X射線CT影像資料的每一像素，其每一片段代表不同顏色中的有功分量之對應分量。該再現器36亦可將此等X射線CT影像資料的片段重疊成一段影像資料。
藉由控制該構台10、該臥榻20、及該主控臺30之操作，該控制器38控制該整個光子計數CT設備。明確地是，該控制器38控制在該構台10中藉由控制該掃描控制器33所施行的CT掃描。藉由控制該前處理器34及該再現器36，該控制器38亦控制藉由該主控臺30所施行之影像再現製程及影像產生製程。該控制器38亦控制來將該第二儲存器37中所儲存的各種型式之影像資料顯示至該顯示器32上。
圖3說明一截面視圖，其代表被提供至該偵測器13的偵測元件40。當作光電傳感器之範例，該偵測元件40的每一個包括複數個突崩光二極體(APDs)50，例如於該列方向中有五個及於該行方向中有五個，且總共25個。藉由對半導體基板施行半導體製造製程，該APDs 50係呈塊狀製造。明確地是，首先，p-型半導體層42係在n型半導體基板41上外延生長。雜質(諸如硼)接著被植入，以 致該p-型半導體層42係局部地轉變成p+型半導體層43。以此方式，該APD係複數個形成在該n型半導體基板41上。於圖3中所說明之X方向中、或垂直於該X方向的方向中(亦即，於圖2中之本體軸向方向)的APDs 50之每一個的長度係譬如800微米，該X方向係配置該等APDs 50之方向(其係圖2中的通道方向)。
該等APDs 50接著被彼此絕緣，以致該等APDs 50不會彼此電干涉。對該等APDs 50間之區域，此絕緣係藉由提供深溝渠絕緣結構當作一範例、或以磷植入所達成之通道擋止部結構當作另一範例所施行。經過此絕緣，通道擋止部區域44被形成於該等APDs 50之間。此絕緣被調整，以致在該p-型半導體層42的表面上，被提供當作複數個APDs 50的偵測元件40及另一偵測元件40間之區域(亦即，像素區域及另一像素區域間之相互間像素區域)含有矽(Si)，該側面係較靠近閃爍器層的側面。換句話說，該絕緣被調整，以致該通道擋止部區域44在較靠近該閃爍器層的側面上含有Si。
在該等APDs 50被形成之p-型半導體層42上，不活動區域45以此一方式被成對地提供，使得該對應APD 50係介入該二不活動區域45之間，且接著被覆蓋以絕緣層46。被使用於被動熄滅及將與該對應APD 50被串連地連接的熄滅電阻器51接著被形成在該對不活動區域45之其中一者上。該熄滅電阻器51係電阻器的範例，且多晶矽譬如被使用於形成該熄滅電阻器51。絕緣層47接著被提 供，且用於將該APD 50及該熄滅電阻器51帶入傳導之接觸層(接觸洞)48被提供。第一佈線層52接著被形成，且經由該接觸層(接觸洞)48被帶入與該熄滅電阻器51傳導。
作為重置區段的範例之重置薄膜電晶體(TFT)53接著被形成在該不活動區域45上方。當作一範例，該重置TFT53具有底部閘極結構。除了該重置TFT 53以外，被提供當作TFT的放大器電路55亦被形成，該放大器電路以預定增益放大來自該APD 50之輸出及輸出該結果。
為明確地說明，首先，當該第一佈線層52被形成時，該重置TFT 53的閘極電極56及該放大器電路55之閘極電極同時被形成。閘極絕緣薄膜57接著被沈積。氧化矽薄膜、氮化矽薄膜、氮氧化矽薄膜、氧化鋁、或其疊層譬如可被用作該閘極絕緣薄膜57。用於該重置TFT 53的半導體層(通道層63)及用於該放大器電路55之半導體層(通道層64)接著被沈積。至少該重置TFT 53的通道層63係以譬如含有銦(In)、鎵(Ga)、及鋅(Zn)的一或多個之氧化物半導體的濺鍍所達成。用於該放大器電路55之通道層64亦可被以譬如含有銦(In)、鎵(Ga)、及鋅(Zn)的一或多個之氧化物半導體的濺鍍所達成。
蝕刻保護薄膜58接著被沈積，且該結構在攝氏300度至攝氏500度左右之溫度被熱處理。該蝕刻保護薄膜58可含有材料、諸如氧化矽薄膜、氮化矽薄膜、氮氧化矽薄膜、氧化鋁、或其層疊結構。該結構可在諸如惰性大 氣、例如氮化物的大氣中、或在為含有氧或氫之惰性大氣的混合大氣中被熱處理。
開口接著被形成在該蝕刻保護薄膜58及該閘極絕緣薄膜57上。該重置TFT 53之第二佈線層54、汲極電極59、及源極電極60、與該放大器電路55的汲極電極65及源極電極66接著被形成。該重置TFT 53之汲極電極59及源極電極60被電連接至該被動熄滅電阻器51的個別端部。以此方式，該平行路徑係以該重置TFT 53被達成，且該熄滅操作係在高速施行。該放大器電路55之輸出端部被連接至該重置TFT 53的閘極電極56。以此方式，該重置TFT 53被控制，以藉由該放大器電路55之輸出所驅動。
鈍化薄膜61接著被形成。在該重置TFT 53的製造製程中，平坦化製程可譬如在該第一佈線層52被沈積之前、或在該半導體層被沈積之前被施行。該平坦化技術的範例包括化學機械拋光、或使用塗覆絕緣薄膜(例如旋塗式玻璃(SOG)、硼磷矽玻璃(BPSG)、或磷矽玻璃(PSG))之回流。該重置TFT 53被說明為具有底部閘極結構，但可具有另一結構、諸如頂部閘極結構。
最後，電極層62被形成在該n型半導體基板41的後表面上。該電極層62具有該APD 50的陰極電極之作用。以此製程所達成者係設有該主動熄滅APDs 50的偵測器13(偵測元件40)。
圖4說明用於由該APD 50讀取電荷的讀出電路之方 塊圖。如在圖4中所說明，於該讀出電路中，以蓋革模式操作的APD 50係串連地連接至該被動熄滅電阻器51，且該主動熄滅重置TFT 53係與該熄滅電阻器51平行地連接。用於放大光子信號之放大器電路55被連接至該APD 50的陽極端部A。該放大器電路55之輸出端部被連接至該重置TFT 53的閘極G。該重置TFT 53之源極S被連接於電容器70與該放大器電路55之間。該重置TFT 53的汲極D被連接至用於低速類比路徑的輸出端子67及該熄滅電阻器51(與該APD 50相反之熄滅電阻器的一側面)間之連接。當作用於讀取高速類比信號的機制，用於移去直流分量之電容器70係AC-耦合至該APD 50的陽極端部A。
該讀出電路具有用於該APD 50之電源端子66、用於該放大器電路55的電源端子(未說明)、用於該低速類比路徑之輸出端子67、及用於高速數位路徑的輸出端子68。於具有AC耦合電容器70之組構中，該讀出電路係亦設有用於高速類比路徑的輸出端子69。這些全體總計高達五或六個端子。
於此一讀出電路中，當該APD 50接收光子時，藉由光電傳感器所產生之電洞對係於該APD 50中放大，且所產生及放大的電荷係在該APD 50的陽極A與陰極K間之乏層電容中充電。這馬上在該APD 50的陽極端部A升高該電位。藉由該熄滅電阻器51所產生之電荷被轉換成電流，且經由用於該低速類比路徑的輸出端子67及用於該 高速類比路徑之輸出端子69，被輸出當作具有該熄滅電阻器51的放電時間常數及該乏層電容之類比脈衝。因為用於該高速類比路徑的輸出端子69係與該電容器70 AC耦合，經由用於該高速類比路徑之輸出端子69的類比脈衝輸出具有僅只該類比脈衝之高頻分量。
該放大器電路55在該APD 50的陽極端部A放大該電位，且經由用於該高速數位路徑之輸出端子68輸出一功率級信號(當作一數位值的高位準)。此來自該放大器電路55之輸出被反饋至該重置TFT 53的閘極G。這驅動該重置TFT 53，以施行該重置操作。當該重置TFT 53施行該重置操作時，在該APD 50之陽極端部A的電荷能在比該熄滅電阻器51及該乏層電容的放電時間常數較短之時間常數被放電。
當該APD 50的陽極端部A被完全放電時，該陽極端部A被帶至重置位準，且來自該放大器電路55之輸出亦被重置至該GND位準(當作一數位值的低位準)。以此方式，該APD 50可被更迅速地重置，具有比該APD 50之熄滅電阻器51及乏層電容的放電時間常數較短之時間常數。
如可由上面的敘述變得清楚，用於根據該第一實施例之光子計數CT設備，該熄滅電阻器51及該重置TFT 53係在該APD 50上方分層，且該重置TFT 53係藉由來自該APD 50的輸出所驅動。因此，高速熄滅操作可被施行，其中該APD 50係以比該APD 50之熄滅電阻器51及 乏層電容的放電時間常數較短之時間常數更迅速地重置，以致非常微弱的光能被以高計數率所測量。當作一範例，該非常微弱之光係“每秒1010次計數”左右的照射。
第二實施例
下文敘述根據第二實施例之光子計數CT設備。於設備根據該第二實施例的光子計數CT設備中，該重置TFT 53之閘極電極係使用與該被動熄滅電阻器相同的材料所形成，以致生產該第一佈線層52之製程被省略。
圖5說明被提供至根據該第二實施例的光子計數CT設備中之偵測器12的偵測元件40之截面視圖。藉由對半導體基板施行半導體製造製程，該等偵測元件40的每一個包括呈塊狀地製造之複數個APD 50，如稍早所論及。明確地是，首先，p-型半導體層42係外延地生長在n型半導體基板41上。雜質(諸如硼)接著被植入，以致該p-型半導體層42係局部地轉變成p+型半導體層43。經過此製程，複數個APD 50被形成在該n型半導體基板41上。
藉由提供深溝渠絕緣結構當作一範例、或以磷植入所達成之通道擋止部結構當作另一範例，該APDs 50接著係彼此絕緣，以致對該等APDs 50間之區域，該等APDs 50不會彼此電干涉。經過此絕緣，通道擋止部區域44被形成於該等APDs 50之間。此絕緣被調整，以致在該p-型半導體層42的表面上，被提供當作複數個APDs 50的偵測元件40及另一偵測元件40間之區域(亦即，像素區域 及另一像素區域間之相互間像素區域)含有矽(Si)，該側面係較靠近該閃爍器層的側面。換句話說，該絕緣被調整，以致該通道擋止部區域44在較靠近該閃爍器層的側面上含有Si。
在該等APDs 50被形成之p-型半導體層42上，不活動區域45以此一方式被成對地提供，使得該對應APD 50係介入該二不活動區域45之間，且接著被覆蓋以絕緣層46。該重置TFT 53的閘極電極71接著譬如係以多晶矽被形成在該不活動區域45上，且具有該被動熄滅電阻器之作用的電阻器層72及73以及上述之第一佈線層52接著被以該相同多晶矽所形成。該電阻器層72係與該APD 50串連地連接。
該閘極絕緣薄膜57接著被沈積。氧化矽薄膜、氮化矽薄膜、氮氧化矽薄膜、氧化鋁、或其疊層譬如可被用作該閘極絕緣薄膜57。在該閘極絕緣薄膜57被沈積之後，該接觸層(接觸洞)48被提供，且該APD 50被帶入與該電阻器層72傳導。
該重置TFT 53接著被形成在該不活動區域45上方。當作一範例，該重置TFT 53具有底部閘極結構。除了該重置TFT 53以外，被提供當作TFT的放大器電路55亦被形成，該放大器電路在預定增益放大來自該APD 50之輸出及輸出該結果。
為明確地說明，首先，該重置TFT 53的閘極電極71、該等電阻器層72及73、及該放大器電路55之閘極 電極被形成。該蝕刻保護薄膜58接著被沈積，且該結構係在攝氏300度至攝氏500度左右的溫度熱處理。該蝕刻保護薄膜58可含有諸如氧化矽薄膜、氮化矽薄膜、氮氧化矽薄膜、氧化鋁、或其層疊結構之材料。該結構可在諸如惰性大氣、例如氮化物的大氣中、或在為含有氧或氫之惰性大氣的混合大氣中被熱處理。
開口接著被形成在該蝕刻保護薄膜58上，且該重置TFT 53之半導體層(通道層63)及該放大器電路55的半導體層(通道層64)被形成。至少該重置TFT 53的通道層63係以譬如含有銦(In)、鎵(Ga)、及鋅(Zn)的一或多個之氧化物半導體的濺鍍所達成。用於該放大器電路55之通道層64亦可被以譬如含有銦(In)、鎵(Ga)、及鋅(Zn)的一或多個之氧化物半導體的濺鍍所達成。
開口接著被形成在該蝕刻保護薄膜58上。該重置TFT 53的第二佈線層54、汲極電極59及源極電極60、與該放大器電路55的汲極電極65及源極電極66接著被形成。該重置TFT 53之汲極電極59及源極電極60被電連接至該被動熄滅電阻器層72的個別端部。以此方式，該平行路徑係以該重置TFT 53所達成，且該熄滅操作係在高速施行。該放大器電路55之輸出端部被連接至該重置TFT 53的閘極電極71。以此方式，該重置TFT 53被控制，以藉由該放大器電路55之輸出所驅動。
該鈍化薄膜61接著被形成。在該重置TFT 53的製造製程中，平坦化製程可譬如在該半導體層被沈積之前被施 行。該平坦化技術的範例包括化學機械拋光、或使用塗覆絕緣薄膜(例如SOG、BPSG、或PSG)之回流。該重置TFT 53被說明為具有底部閘極結構，但可具有另一結構、諸如頂部閘極結構。
最後，電極層62被形成在該n型半導體基板41的後表面上。該電極層62具有該APD 50的陰極電極之作用。以此製程所達成者係設有該主動熄滅APDs 50的偵測器13(偵測元件40)。
在根據該第二實施例之光子計數CT設備中，譬如，多晶矽譬如被使用於形成該重置TFT 53的閘極電極71，且該相同多晶矽被使用於形成具有該被動熄滅電阻器之作用的電阻器層72及73、以及上述之第一佈線層52。以此方式，除了以該第一實施例所達成的相同之有利效果以外，該重置TFT 53的閘極電極71及該熄滅電阻器(電阻器層72)能夠在該相同製程中被生產，且製造該第一佈線層52之製程(看圖3)能被省略。
第三實施例
下文敘述根據第三實施例的光子計數CT設備。根據該第三實施例之光子計數CT設備係設有讀出電路，其計數入射光子的數目及數位地輸出該結果，當作由該APD 50讀取該電荷之讀出電路。因為該下述第三實施例及該上述其他實施例間之唯一差異係該讀出電路，僅只代表該差異的讀出電路將在下面被說明，且多餘之說明被省略。
圖6說明用於由該APDs 50讀取電荷的讀出電路之方塊圖，該讀出電路被提供至根據該第三實施例的光子計數CT設備。於圖6中，呈現與該第一實施例中所說明之讀出電路中的那些操作相同之操作的零件(看圖4)被分派以該相同之參考數字。如吾人可在圖6中看見，根據該第三實施例的光子計數CT設備包括積分器電路82，其包括重置開關81、比較器84、計數器85、及記憶體86。
該重置開關81在預定測量間隔施行重置操作。遍及由當該重置開關81施行重置操作時至當該重置開關81施行另一重置操作時之時期(那是該測量間隔)，該積分器電路82計算來自該放大器電路55的輸出之積分，並將該結果供給至該比較器84。
藉由經由閾值輸入端子83比較閾值輸入與來自該比較器84的積分輸出，該比較器84數位化藉由該APD 50所偵測的X射線偵測輸出。該比較器84於該積分輸出係等於或超過該閾值之時期間輸出高位準(1)的比較輸出，且於該積分輸出係少於該閾值之時期間輸出低位準(0)的比較輸出。
該計數器85計數該高位準之比較輸出的數目。該計數器85經由用於該高速數位路徑之輸出端子68輸出該計數。該計數器85亦將該計數供給至暫存器或譬如被提供當作靜態隨機存取記憶體(SRAM)的記憶體86。該記憶體86在其中儲存該計數。該記憶體86中所儲存之計數係基於圖1中所說明的控制器38之讀取控制被讀取，且係經 由該輸出端子87輸出。
根據該第三實施例的光子計數CT設備係能夠計數及數位地輸出該光子計數。再者，光子入射事件之數目可被儲存用於該等APDs 50的每一個，除了以上述實施例所達成之有利效果以外。
最後，圖7說明該偵測器13的截面視圖，其中該偵測元件係與閃爍器結合。於圖7中，在配置該等像素區域之方向(X方向)中，閃爍器層90係以反射構件91分成對應於像素區域之區域。藉由該反射構件91所分開之閃爍器層90的像素區域之每一個的長度係譬如900微米。該反射構件91之相反表面的每一個之寬度係譬如100微米。
被分開成各區域的閃爍器層90係以介入在其間之黏著層92接合至該鈍化薄膜61，該等區域藉由該反射構件91被帶入與該個別像素區域緊密接觸。該黏著層92的厚度係譬如50微米。
根據上述至少一實施例之光偵側器，該光偵側器包括複數個光電傳感器、複數個電阻器、及複數個重置區段。該等光電傳感器的每一個被建構來輸出一偵測信號，該偵測信號源自將所接收之光轉換成電荷。該等電阻器的每一個係在該電阻器之一端部與對應光電傳感器的輸出端串連地連接。該等重置傳感器之每一個係與對應電阻器平行地連接，且回應於該偵測信號，被建構來將該對應光電傳感器的輸出端帶至重置位準。因此，高計數率能被提供。
雖然某些實施例已被敘述，這些實施例已僅只當作範例被呈現，且沒有意欲限制本發明之範圍。實際上，在此中所敘述的新穎實施例可被以各種其他形式具體化；再者，在此中所敘述之實施例的形式中之各種省略、替代及變化可被作成，而未由本發明的精神脫離。所附申請專利範圍及其同等項係意欲涵括此等形式或修改，如將落在本發明之範圍及精神內。
50‧‧‧突崩光二極體
51‧‧‧熄滅電阻器
53‧‧‧薄膜電晶體
55‧‧‧放大器電路
66‧‧‧源極電極
67‧‧‧輸出端子
68‧‧‧輸出端子
69‧‧‧輸出端子
70‧‧‧電容器

Claims (8)

  1. 一種光偵側器，包含：複數個光電傳感器，每一個光電傳感器被建構來輸出源自將所接收之光轉換成電荷的偵測信號；複數個電阻器，每一個電阻器與在該電阻器之一端部的對應光電傳感器之輸出端串連地連接；及複數個重置區段，每一個重置區段與對應電阻器平行地連接，且被建構來回應於該偵測信號將該對應光電傳感器的輸出端帶至重置位準。
  2. 如申請專利範圍第1項之光偵側器，其中該等光電傳感器的每一個被建構為於蓋革模式中操作之突崩光二極體，具有等於或超過崩潰電壓的反向偏置電壓。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之光偵側器，其中該等重置區段的每一個被建構當作薄膜電晶體，其中源極及閘極被連接至該對應光電傳感器之輸出端，且汲極被連接至該對應電阻器的另一端。
  4. 如申請專利範圍第3項之光偵側器，其中該等光電傳感器的每一個包括被設在第一傳導型之半導體基板上的複數個元件，該等元件之每一個被提供當作第二傳導型的半導體區域，其輸出源自將在半導體表面上所接收之光轉換成電荷的偵測信號，該等電阻器之每一個係形成在該半導體基板上接收光的區域之外側，每一個電阻器係經由絕緣薄膜設置，該等光電傳感器的每一個及該對應電阻器係藉由形成 在該每一個光電傳感器及該對應電阻器上方之第一佈線層所連接，該薄膜電晶體被建構來使用該第一佈線層當作底部閘極電極，並具有介入在其間的氧化物薄膜，該薄膜電晶體之源極及汲極藉由第二佈線層而接觸，該第二佈線層係沈積在該薄膜電晶體上且被連接至該第一佈線層；及該第二佈線層係以被沈積在該第二佈線層上的絕緣保護層覆蓋。
  5. 如申請專利範圍第3項之光偵側器，其中該等電阻器含有多晶半導體或薄膜金屬，及該薄膜電晶體係由含有銦、鎵、及鋅的一或多個之氧化物半導體所生產。
  6. 如申請專利範圍第3項之光偵側器，其中該薄膜電晶體的閘極及該等電阻器含有相同之電阻器材料。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之光偵側器，另包含：數位轉換器，被建構來藉由輸出來自該等光電傳感器之每一個的偵測信號及預定閾值間之比較的結果，輸出偵測信號之數位化偵測資料；及記憶體，被建構來儲存來自該數位轉換器的偵測資料及按照讀取控制輸出該偵測資料。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之光偵側器，另包含閃爍器，被建構來將入射光轉換成閃爍器光，以造成該閃爍器光被接收在該光電傳感器上。
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