TW201821826A - 半導體x射線檢測器的封裝 - Google Patents

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Abstract

本文公開圖像感測器，其包括：設置在多個層中的多個封裝；其中該封裝中的每個包括安裝在印刷電路板(PCB)上的X射線檢測器；其中封裝安裝在一個或多個系統PCB上；其中在包含多個封裝中的多個X射線檢測器的區域內，多個層中的每個中的封裝的死區被其他層中的封裝遮蔽。

Description

半導體X射線檢測器的封裝
本公開涉及X射線檢測器，特別涉及封裝半導體X射線檢測器的方法。
X射線檢測器可以是用於測量X射線的通量、空間分佈、光譜或其他性質的設備。
X射線檢測器可用於許多應用。一個重要應用是成像。X射線成像是放射攝影技術並且可以用於揭示組成不均勻和不透明物體(例如人體)的內部結構。
早期用於成像的X射線檢測器包括照相底片和照相膠片。照相底片可以是具有感光乳劑塗層的玻璃底片。儘管照相底片被照相膠片取代，由於它們所提供的優越品質和它們的極端穩定性而仍可在特殊情形中使用它們。照相膠片可以是具有感光乳劑塗層的塑膠膠片(例如，帶或片)。
在20世紀80年代，出現了光激勵螢光板(PSP板)。PSP板可包含在它的晶格中具有色心的螢光材料。在將PSP板暴露於X射線時，X射線激發的電子被困在色心中直到它們受到在板表面上掃描的鐳射光束的激勵。在鐳射掃描板時，捕獲的激發電子發出光，其被光電倍增管收集。收集的光轉換成數字圖像。與照相底片和照相膠片相比，PSP板可以被重複使用。
另一種X射線檢測器是X射線圖像增強器。X射線圖像增強器的部件通常在真空中密封。與照相底片、照相膠片和PSP板相比，X射線圖像增強器可產生即時圖像，即不需要曝光後處理來產生圖像。X射線首先撞擊輸入螢光體(例 如，碘化銫)並且被轉換成可見光。可見光然後撞擊光電陰極(例如，包含銫和銻複合物的薄金屬層)並且促使電子發射。發射電子數量與入射X射線的強度成比例。發射電子通過電子光學器件投射到輸出螢光體上並且促使該輸出螢光體產生可見光圖像。
閃爍體的操作與X射線圖像增強器有些類似之處在於閃爍體(例如，碘化鈉)吸收X射線並且發射可見光，其然後可以被對可見光合適的圖像感測器檢測到。在閃爍體中，可見光在各個方向上傳播和散射並且從而降低空間解析度。使閃爍體厚度減少有助於提高空間解析度但也減少X射線吸收。閃爍體從而必須在吸收效率與解析度之間達成妥協。
半導體X射線檢測器通過將X射線直接轉換成電信號而在很大程度上克服該問題。半導體X射線檢測器可包括半導體層，其在感興趣波長吸收X射線。當在半導體層中吸收X射線光子時，產生多個載荷子(例如，電子和空穴)並且在電場下，這些載流子被掃向電晶體層上的電觸點。現有的半導體X射線檢測器(例如，Medipix)中需要的繁瑣的熱管理會使得具有大面積和大量像素的檢測器難以生產或不可能生產。
本文公開圖像感測器，其包括：設置在多個層中的多個封裝；其中這些封裝中的每個包括安裝在印刷電路板(PCB)上的X射線檢測器；其中封裝安裝在一個或多個系統PCB上；其中在包含多個封裝中的多個X射線檢測器的區域內，多個層中的每個中的封裝的死區被其他層中的封裝遮蔽。
根據實施例，封裝與一個或多個系統PCB平行。
根據實施例，封裝相對於一個或多個系統PCB傾斜。
根據實施例，層中的至少一個中的封裝成行設置。
根據實施例，這些行中的至少一個中的封裝彼此部分重疊。
根據實施例，在該行中的封裝之中，一個封裝的死區的一部分被它的相鄰封裝遮蔽。
根據實施例，不同層中的封裝安裝在不同系統PCB上。
根據實施例，設置封裝使得在區域中入射的光可被封裝中的至少一個檢測到。
根據實施例，設置封裝使得在區域中入射的光可被封裝中的至少兩個檢測到。
根據實施例，封裝中的至少一些各自包括安裝在PCB上的多個X射線檢測器。
根據實施例，至少一個封裝的X射線檢測器包括周邊區，其中在該周邊區中入射的光不能被X射線檢測器檢測到。
根據實施例，封裝通過線接合安裝在一個或多個系統PCB上。
根據實施例，封裝的形狀是矩形。
根據實施例，封裝的形狀是六邊形。
根據實施例，封裝通過插頭和插座安裝在一個或多個系統PCB上。
根據實施例，封裝通過插頭、間隔器和插座安裝在一個或多個系統PCB上。
根據實施例，封裝中的至少一個的X射線檢測器包括X射線吸收層和電子 層；其中該X射線吸收層包括電極；其中電子層包括電子系統；其中該電子系統包括：第一電壓比較器，其配置成將電極的電壓與第一閾值比較；第二電壓比較器，其配置成將該電壓與第二閾值比較；計數器，其配置成記錄到達X射線吸收層的X射線光子的數目；控制器；其中該控制器配置成從第一電壓比較器確定電壓的絕對值等於或超出第一閾值的絕對值的時間啟動時間延遲；其中控制器配置成在時間延遲期間啟動第二電壓比較器；其中控制器配置成如果第二電壓比較器確定電壓的絕對值等於或超出第二閾值的絕對值則促使計數器記錄的數目增加一。
根據實施例，電子系統進一步包括電容器模組，其電連接到電極，其中該電容器模組配置成從電極收集載荷子。
根據實施例，控制器配置成在時間延遲開始或終止時啟動第二電壓比較器。
根據實施例，電子系統進一步包括電壓表，其中控制器配置成在時間延遲終止時促使電壓表測量電壓。
根據實施例，控制器配置成基於在時間延遲終止時測量的電壓值確定X射線光子能量。
根據實施例，控制器配置成使電極連接到電接地。
根據實施例，電壓變化率在時間延遲終止時大致為零。
根據實施例，電壓變化率在時間延遲終止時大致為非零。
本文公開這樣的系統，其包括本文公開的圖像感測器和X射線源，其中該系統配置成對人的胸部或腹部進行X射線放射攝影。
本文公開這樣的系統，其包括本文公開的圖像感測器和X射線源，其中該 系統配置成對人的口腔進行X射線放射攝影。
本文公開貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統，其包括本文公開的圖像感測器和X射線源，其中該貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統配置成使用背散射X射線形成圖像。
本文公開貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統，其包括本文公開的圖像感測器和X射線源，其中該貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統配置成使用透射通過被檢查物體的X射線來形成圖像。
本文公開全身掃描器系統，其包括本文公開的圖像感測器和X射線源。
本文公開X射線電腦斷層攝影(X射線CT)系統，其包括本文公開的圖像感測器和X射線源。
本文公開電子顯微鏡，其包括本文公開的圖像感測器、電子源和電子光學系統。
本文公開這樣的系統，其包括本文公開的圖像感測器，其中該系統是X射線望遠鏡或X射線顯微鏡，或其中該系統配置成進行乳房放射攝影、工業缺陷檢測、顯微放射攝影、鑄件檢查、焊縫檢查或數字減影血管攝影。
100‧‧‧檢測器
110‧‧‧X射線吸收層
111‧‧‧第一摻雜區
112‧‧‧本征區
113‧‧‧第二摻雜區
114‧‧‧離散區
119A‧‧‧電觸點
119B‧‧‧電觸點
120‧‧‧電子層
121‧‧‧電子系統
122‧‧‧襯底
124‧‧‧第一表面
125‧‧‧電觸點
128‧‧‧第二表面
130‧‧‧填充材料
131‧‧‧通孔
150‧‧‧像素
190‧‧‧活動區域
195‧‧‧周邊區
199‧‧‧焊料凸點
200‧‧‧封裝
300‧‧‧二極體
301‧‧‧第一電壓比較器
302‧‧‧第二電壓比較器
305‧‧‧開關
306‧‧‧電壓表
309‧‧‧電容器模組
310‧‧‧控制器
320‧‧‧計數器
400‧‧‧PCB
405‧‧‧區域
410‧‧‧接合線
450‧‧‧系統PCB
488‧‧‧死區
500‧‧‧PCB
510‧‧‧層
511‧‧‧PCB
520‧‧‧層
521‧‧‧PCB
530‧‧‧層
601‧‧‧系統PCB
602‧‧‧系統PCB
610‧‧‧層
620‧‧‧層
701‧‧‧系統PCB
702‧‧‧系統PCB
703‧‧‧系統PCB
710‧‧‧層
720‧‧‧層
730‧‧‧層
800‧‧‧封裝
805‧‧‧區域
810‧‧‧PCB
850‧‧‧系統PCB
888‧‧‧死區
899‧‧‧PCB
900‧‧‧系統PCB
910‧‧‧層
911‧‧‧PCB
920‧‧‧層
921‧‧‧PCB
930‧‧‧層
931‧‧‧PCB
1000‧‧‧系統PCB
1010‧‧‧層
1011‧‧‧PCB
1020‧‧‧層
1021‧‧‧PCB
1030‧‧‧層
1031‧‧‧PCB
1100‧‧‧系統PCB
1110‧‧‧層
1111‧‧‧PCB
1120‧‧‧層
1121‧‧‧PCB
1130‧‧‧層
1131‧‧‧PCB
1500‧‧‧系統PCB
1510‧‧‧插頭
1520‧‧‧插座
1530‧‧‧間隔器
1201‧‧‧X射線源
1202‧‧‧物體
1301‧‧‧X射線源
1302‧‧‧物體
1401‧‧‧X射線源
1402‧‧‧物體
1501‧‧‧X射線源
1502‧‧‧行李
1601‧‧‧X射線源
1602‧‧‧人
1701‧‧‧X射線源
1801‧‧‧電子源
1802‧‧‧樣本
1803‧‧‧電子光學系統
9000‧‧‧圖像感測器
RST‧‧‧復位期
t0、t1、t2、te、th、ts‧‧‧時間
TD1‧‧‧時間延遲
TD2‧‧‧時間延遲
V1‧‧‧第一閾值
V2‧‧‧第二閾值
VR‧‧‧殘餘電壓
圖1A示意示出根據實施例的檢測器的橫截面圖。
圖1B示意示出根據實施例的檢測器的詳細橫截面圖。
圖1C示意示出根據實施例的檢測器的備選詳細橫截面圖。
圖2示意示出根據實施例設備可具有像素陣列。
圖3示意示出根據實施例在檢測器中的電子層的橫截面圖。
圖4A示意示出封裝的頂視圖，該封裝包括檢測器的一個副本和印刷電路板(PCB)。
圖4B示意示出圖像感測器的橫截面圖，其中圖4A的多個封裝安裝到另一個PCB。
圖5A和圖5B示意示出根據實施例在圖像感測器中的圖4A的封裝的多層設置。
圖6A和圖6B示意示出根據實施例在圖像感測器中的圖4A的封裝的多層設置。
圖7A和圖7B示意示出根據實施例在圖像感測器中的圖4A的封裝的多層設置。
圖8A示意示出封裝的頂視圖，該封裝包括檢測器的多個副本和印刷電路板(PCB)。
圖8B示意示出圖像感測器的橫截面圖，其中圖8A的多個封裝安裝到另一個PCB。
圖9A和圖9B示意示出根據實施例在圖像感測器中的圖8A的封裝的多層設置。
圖10A和圖10B示意示出根據實施例在圖像感測器中的圖8A的封裝的多層設置。
圖11A和圖11B示意示出根據實施例在圖像感測器中的圖8A的封裝的多層設置。
圖12A示意示出一組四個封裝的示例，每個包括安裝到單個PCB的多個檢測器。
圖12B示意示出四個封裝可在圖像感測器中堆疊。
圖12C示意示出圖像感測器的橫截面圖。
圖13A示意示出一組三個封裝的示例，每個包括安裝到單個PCB的多個檢測器。
圖13B示意示出三個封裝可在圖像感測器中堆疊。
圖13C示意示出圖像感測器的橫截面圖。
圖14A示意示出一組三個封裝的示例，每個包括安裝到單個PCB的多個檢測器。
圖14B示意示出三個封裝可在圖像感測器中堆疊。
圖14C示意示出圖像感測器的橫截面圖。
圖15A示意示出根據實施例不同層中的圖4A或圖8A的封裝可如何安裝到圖像感測器中的PCB。
圖15B示意示出根據實施例不同層中的圖4A或圖8A的封裝可如何安裝到圖像感測器中的PCB。
圖16示意示出根據實施例的系統，其包括本文描述的適合於例如胸部X射線放射攝影、腹部X射線放射攝影等醫學成像的半導體X射線檢測器。
圖17示意示出根據實施例的系統，其包括本文描述的適合於牙齒X射線放射攝影的半導體X射線檢測器。
圖18示意示出根據實施例的貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統，其包括本文描述的半導體X射線檢測器。
圖19示意示出根據實施例的另一個貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統，其包括本文描述的半導體X射線檢測器。
圖20示意示出全身儀掃描系統，其包括本文描述的半導體X射線檢測器。
圖21示意示出根據實施例的X射線電腦斷層攝影(X射線CT)系統，其包括本文描述的半導體X射線檢測器。
圖22示意示出根據實施例的電子顯微鏡，其包括本文描述的半導體X射線檢測器。
圖23A和圖23B各自示出根據實施例的圖1A或圖1B中的檢測器的電子系統的部件圖。
圖24示意示出根據實施例流過暴露於X射線的X射線吸收層的二極體的電極或電阻器的電觸點的電流的時間變化(上曲線)和電極電壓的對應時間變化(下曲線)，電流由X射線吸收層上入射的X射線光子產生的載荷子引起。
圖25示意示出根據實施例在採用圖24中示出的方式操作的電子系統中雜訊(例如，暗電流)引起的流過電極的電流的時間變化(上曲線)和電極電壓的對應時間變化(下曲線)。
圖26示意示出根據實施例在電子系統操作來檢測處於較高速率的入射X射線光子時流過暴露於X射線的X射線吸收層的電極的電流的時間變化(上曲線)和電極電壓的對應時間變化(下曲線)，電流由X射線吸收層上入射的X射線光子產生的載荷子引起。
圖27示意示出根據實施例在採用圖26中示出的方式操作的電子系統中雜訊(例如，暗電流)引起的流過電極的電流的時間變化(上曲線)和電極電壓的對應時間變化(下曲線)。
圖28示意示出根據實施例在採用圖10中示出的方式(其中RST在te之前終止)操作的電子系統中由X射線吸收層上入射的一系列X射線光子產生的載荷子引起的流過電極的電流的時間變化(上曲線)和電極電壓的對應時間變化(下曲線)。
圖1A示意示出根據實施例的檢測器100的橫截面圖。檢測器100可包括X射線吸收層110和電子層120(例如，ASIC)，用於處理或分析入射X射線在X射線吸收層110中產生的電信號。在實施例中，檢測器100不包括閃爍體。X射線吸收層110可包括半導體材料，例如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或其組合。半導體對於感興趣的X射線能量可具有高的質量衰減係數。
如在圖1B中的檢測器100的詳細橫截面圖中示出的，根據實施例，X射線吸收層110可包括由第一摻雜區111、第二摻雜區113的一個或多個離散區114形成的一個或多個二極體(例如，p-i-n或p-n)。第二摻雜區113可通過本征區112(可選)而與第一摻雜區111分離。離散部分114通過第一摻雜區111或本征區112而彼此分離。第一摻雜區111和第二摻雜區113具有相反類型的摻雜(例如，區111是p型並且區113是n型，或區111是n型並且區113是p型)。在圖1B中的示例中，第二摻雜區113的離散區114中的每個與第一摻雜區111和本征區112(可選)一起形成二極體。即，在圖1B中的示例中，X射線吸收層110具有多個二極體，其具有第一摻雜區111作為共用電極。第一摻雜區111還 可具有離散部分。
在X射線光子撞擊X射線吸收層110(其包括二極體)時，X射線光子可被吸收並且通過許多機制產生一個或多個載荷子。一個X射線光子可產生10至100000個載荷子。載荷子可在電場下向二極體中的一個的電極漂移。場可以是外部電場。電觸點119B可包括離散部分，其中的每個與離散區114電接觸。在實施例中，載荷子可在多個方向上漂移使得單個X射線光子產生的載荷子大致未被兩個不同離散區114共用(“大致未被共用”在這裏意指這些載荷子中不到2%、不到0.5%、不到0.1%或不到0.01%流向與餘下載荷子不同的離散區114中的一個)。在這些離散區114中的一個的足跡內入射的X射線光子產生的載荷子大致未與這些離散區114中的另一個共用。與離散區114關聯的像素150可以是圍繞離散區114的區域，其中由其中入射的X射線光子產生的載荷子中的大致全部(超過98%、超過99.5%、超過99.9%或超過99.99%)流向離散區114。即，這些載荷子中不到2%、不到1%、不到0.1%或不到0.01%流到像素外。
如在圖1C中的檢測器100的備選詳細橫截面圖中示出的，根據實施例，X射線吸收層110可包括具有半導體材料(例如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或其組合)的電阻器，但不包括二極體。半導體對於感興趣的X射線能量可具有高的質量衰減係數。
在X射線光子撞擊X射線吸收層110(其包括電阻器但不包括二極體)時，它可被吸收並且通過許多機制產生一個或多個載荷子。一個X射線光子可產生10至100000個載荷子。載荷子可在電場下向電觸點119A和119B漂移。場可以是外部電場。電觸點119B包括離散部分。在實施例中，載荷子可在多個方向上漂移使得單個X射線光子產生的載荷子大致未被電觸點119B的兩個不同離散部 分共用(“大致未被共用”在這裏意指這些載荷子中不到2%、不到0.5%、不到0.1%或不到0.01%流向與餘下載荷子不同的離散區中的一個)。在電觸點119B的這些離散部分中的一個的足跡周圍入射的X射線光子產生的載荷子大致未與電觸點119B的這些離散部分中的另一個共用。與電觸點119B的離散部分關聯的像素150可以是圍繞離散部分的區域，其中由其中入射的X射線光子產生的載荷子中的大致全部(超過98%、超過99.5%、超過99.9%或超過99.99%)流向電觸點119B的離散部分。即，這些載荷子中不到2%、不到0.5%、不到0.1%或不到0.01%流到與電觸點119B的一個離散部分關聯的像素外。
電子層120可包括電子系統121，其適合於處理或解釋X射線吸收層110上入射的X射線光子產生的信號。電子系統121可包括例如濾波網路、放大器、積分器和比較器等模擬電路或例如微處理器等數字電路和記憶體。電子系統121可包括像素共用的部件或專用於單個像素的部件。例如，電子系統121可包括專用於每個像素的放大器和在所有像素之間共用的微處理器。電子系統121可通過通孔131電連接到像素。通孔之間的空間可用填充材料130填充，其可使電子層120到X射線吸收層110的連接的機械穩定性增加。在不使用通孔的情況下使電子系統121連接到像素的其他接合技術是可能的。
圖2示意示出檢測器100可具有像素150的陣列。陣列可以是矩形陣列、蜂窩狀陣列、六邊形陣列或任何其他適合的陣列。每個像素150可配置成檢測其上入射的X射線光子、測量X射線光子的能量或兩者兼而有之。例如，每個像素150可配置成在一段時間內對其上入射的、能量落在多個倉中的X射線光子的數目計數。所有像素150可配置成在相同時段內對其上入射的、在多個能量倉內的X射線光子的數目計數。每個像素150可具有它自己的模數轉換器(ADC)，其配置成使代表入射X射線光子的能量的模擬信號數位化為數字信 號。ADC可具有10位或更高的解析度。每個像素150可配置成測量它的暗電流，例如在每個X射線光子入射在其上之前或與之併發。每個像素150可配置成從其上入射的X射線光子的能量減去暗電流的貢獻。像素150可配置成並行操作。例如，在一個像素150測量入射X射線光子時，另一個像素150可等待X射線光子到達。像素150可以但不必獨立可尋址。
圖3示意示出根據實施例的電子層120的橫截面圖。電子層120包括襯底122，其具有第一表面124和第二表面128。如本文使用的“表面”不一定被暴露，而可以全部或部分被掩埋。電子層120包括第一表面124上的一個或多個電觸點125。該一個或多個電觸點125可配置成電連接到X射線吸收層110的一個或多個電觸點119B。電子系統121可在襯底122中或襯底122上。
襯底122可以是變薄襯底。例如，襯底可具有750微米或更少、200微米或更少、100微米或更少、50微米或更少、20微米或更少或5微米或更少的厚度。襯底122可以是矽襯底或其他適合的半導體或絕緣體襯底。襯底122可通過將較厚襯底研磨到期望厚度而產生。
一個或多個電觸點125可以是金屬或摻雜半導體的層。例如，電觸點125可以是金、銅、鉑、鈀、摻雜矽等。
圖3示意示出在X射線吸收層110的電觸點119B和電子層120的電觸點125處X射線吸收層110與電子層120之間的接合。該接合可以通過適合的技術，例如直接接合或倒裝接合。
直接接合是沒有任何額外中間層(例如，焊料凸點)的晶圓接合工藝。接合工藝基於兩個表面之間的化學接合。直接接合可在升高的溫度下進行但不一定如此。
倒裝接合使用沉積到接觸墊(例如X射線吸收層110的電觸點119B，或電觸點125)上的焊料凸點199。X射線吸收層110或電子層120翻轉並且X射線吸收層110的電觸點119B與電觸點125對齊。焊料凸點199可熔融以將電觸點119B和電觸點125焊接在一起。焊料凸點199之間的任何空隙空間可用絕緣材料填充。
圖4A示意示出封裝200的頂視圖，該封裝包括檢測器100和印刷電路板(PCB)400。如本文使用的術語“PCB”不限於特定材料。例如，PCB可包括半導體。檢測器100安裝到PCB 400。為了清楚起見未示出檢測器100與PCB 400之間的佈線。PCB 400僅具有單個檢測器100。PCB 400可具有未被檢測器100覆蓋的區域，以用於容納接合線410。檢測器100可具有活動區域190，其是像素150位於的地方。檢測器100可具有在檢測器100的邊緣附近的周邊區195。周邊區195沒有像素並且檢測器100未檢測到入射在周邊區195上的光子。
封裝200中的PCB 400與系統PCB 450之間的電連接通過接合線410進行。為了在PCB 400上容納接合線410，PCB 400具有未被檢測器100覆蓋的區域405。為了在系統PCB 450上容納接合線410，封裝200在中間具有間隙。這些間隙可以是近似1mm或以上。在周邊區195上、區域405上或間隙上入射的光無法被系統PCB 450上的封裝200檢測。封裝(例如，封裝200)的死區是封裝的光子接收表面的區域，其中入射光子無法被封裝中的檢測器或多個檢測器檢測。在圖4A中示出的該示例中，封裝200的死區包括周邊區195和區域405。一組封裝(例如，安裝在相同PCB上的封裝、設置在相同層中的封裝)的死區(例如，488)是該組中的封裝中的死區與封裝之間的間隙的組合。
為了捕捉在封裝層的死區488中入射的光，封裝200可設置在多個層中，其 中設置封裝200使得在一個層的死區488上入射的光被另一個層中的封裝200捕捉。
圖5A和圖5B示意示出根據實施例在圖像感測器中的封裝200的多層設置。在該實施例中，封裝200設置在至少三個層510、520和530中。封裝200中的全部可安裝到系統PCB 500。封裝200可與系統PCB 500平行，如在圖5B中的橫截面圖中示出的。在層510、520和530之中，層510最接近系統PCB 500。在層510、520和530之中，層530離系統PCB 500最遠。在由虛線框(在圖5A中的頂視圖中)和虛線雙箭頭(在圖5B中的橫截面圖中)標記的區域內，層510的死區被層520中的封裝200或層530中的封裝200遮蔽；層520的死區被層530中的封裝200或層510中的封裝200遮蔽；層530的死區被層510中的封裝200或層520中的封裝200遮蔽。術語“遮蔽”並不意味著特定順序；當第一區域被第二區域遮蔽意指當沿與系統PCB垂直的方向觀看時第一區域完全在第二區域的周邊內，儘管第一區域和第二區域可在不同層中也如此。由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域包含三個層510、520和530中的那些之中的多個檢測器100。在由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域中入射的光在三個層510、520和530中的那些之中的至少一個封裝200的活動區域內。即，在由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域中入射的光可被三個層510、520和530中的那些之中的至少一個封裝200檢測到。根據實施例，設置在至少三個層510、520和530中的封裝200可分別安裝到PCB 511、521和531；PCB 511、521和531可安裝到系統PCB 500。
圖6A和圖6B示意示出根據實施例在圖像感測器中的封裝200的多層設置。在該實施例中，封裝200設置在至少兩個層610和620中。層610和620中的封裝200分別安裝到系統PCB 601和系統PCB 602。封裝200相對於系統PCB 601和系統PCB 602可傾斜，如在圖6B中的橫截面圖中示出的。層610或層620 內的封裝200成行設置。如在圖6A和圖6B中示出的，一行中的封裝200彼此部分重疊(與一列屋面頂板類似)，使得在一行內，封裝的死區的一部分被它的相鄰封裝遮蔽。在由虛線框(在圖6A中的頂視圖中)和虛線雙箭頭(在圖6B中的橫截面圖中)標記的區域內，層610的死區(其包括行之間的間隙)被層620中的多行封裝200遮蔽；層620的死區被層610中的多行封裝200遮蔽。由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域包含兩個層610和620中的那些之中的多個檢測器100。在由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域中入射的光在層610和620中的那些之中的至少一個封裝200的活動區域內。即，在由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域中入射的光可被層610和620中的那些之中的至少一個封裝200檢測到。
圖7A和圖7B示意示出根據實施例在圖像感測器中的封裝200的多層設置。該實施例與圖6A和圖6B中圖示的相似，所不同的是封裝200設置在至少三個層710、720和730中。層710、720和730中的封裝200分別安裝到系統PCB 701、系統PCB 702和系統PCB 703。封裝200相對於系統PCB 701、702或703可傾斜，如在圖7B中的橫截面圖中示出的。層710、720和730中的每個內的封裝200成行設置。如在圖7A和圖7B中示出的，一行中的封裝200彼此部分重疊(與一列屋面頂板類似)，使得在一行內，封裝的死區的一部分被它的相鄰封裝遮蔽。在由虛線框(在圖7A中的頂視圖中)和虛線雙箭頭(在圖7B中的橫截面圖中)標記的區域內，層710的死區(其包括行之間的間隙)被兩個層720和730中的多行封裝200遮蔽；層720的死區被兩個層710和730中的多行封裝200遮蔽；層730的死區被兩個層710和720中的多行封裝200遮蔽。由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域包含三個層710、720和730中的那些之中的多個檢測器100。在由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域中入射的光在層710、720和730中的那些之中的至少兩個封裝200的活動區域內。即，在由虛線框或虛線雙箭 頭標記的區域中入射的光可被層710、720和730中的那些之中的至少兩個封裝200檢測到。
與圖4A中圖示的封裝200不同，多個檢測器100可安裝到PCB上。圖8A示意示出這樣的封裝，其包括安裝到單個PCB 899的多個檢測器100。PCB 899可具有未被檢測器100覆蓋的區域805。區域805可包括PCB 810的一部分，用於容納接合線810和多個檢測器100之間的間隙。檢測器100中的每個具有活動區域190，其是像素150位於的地方。檢測器100中的每個可具有在邊緣附近的周邊區195。周邊區195沒有像素並且檢測器100未檢測到入射在周邊區195上的光子。
圖8B示意示出圖像感測器的橫截面圖，其中多個封裝800安裝到系統PCB 850。封裝800中的PCB 899與系統PCB 850之間的電連接通過接合線810進行。為了在系統PCB 850上容納接合線810，封裝800在中間具有間隙。這些間隙可以是近似1mm或以上。在封裝800的區域805上或封裝800之間的間隙上入射的光無法被系統PCB 850上的封裝800檢測到。系統PCB 850上的封裝的死區888包括封裝800、封裝800的區域805與封裝中的檢測器100的任何周邊區之間的間隙。
為了捕捉在死區800中入射的光，封裝800可設置在多個層中，其中設置封裝800使得在一個層的死區888上入射的光到達另一個層中的封裝800的活動區域190。封裝800包括個體檢測器100。如封裝800中的檢測器100中的任一個出故障，整個封裝800可相對容易被替換，因為封裝800的相對大的尺寸使得更容易應對封裝800。
圖9A和圖9B示意示出根據實施例在圖像感測器中的封裝800的多層設 置。在該實施例中，封裝800設置在至少三個層910、920和930中。封裝800中的全部可安裝到系統PCB 900。封裝800可與系統PCB 900平行，如在圖9B中的橫截面圖中示出的。在層910、920和930之中，層910最接近系統PCB 900。在層910、920和930之中，層930離系統PCB 900最遠。在由虛線框(在圖9A中的頂視圖中)和虛線雙箭頭(在圖9B中的橫截面圖中)標記的區域內，層910的死區被層920中的封裝800或層930中的封裝800遮蔽；層920的死區被層930中的封裝800或層910中的封裝800遮蔽；層930的死區被層910中的封裝800或層920中的封裝800遮蔽。由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域包含三個層910、920和930中的那些之中的多個檢測器100。在由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域中入射的光在三個層910、920和930中的那些之中的至少一個封裝800的活動區域內。即，在由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域中入射的光可被三個層910、920和930中的那些之中的至少一個封裝800檢測到。根據實施例，設置在至少三個層910、920和930中的封裝900可分別安裝到PCB 911、921和931；PCB 911、921和931可安裝到系統PCB 900。
圖10A和圖10B示意示出根據實施例在圖像感測器中的封裝800的多層設置。在該實施例中，封裝800設置在至少兩個層1010和1020中。層1010和1020中的封裝800可安裝到系統PCB 1000。封裝800相對於系統PCB 1000可傾斜，如在圖10B中的橫截面圖中示出的。如在圖10A和圖10B中示出的，層1010或層1020內的封裝800彼此部分重疊(與一列屋面頂板類似)，使得封裝的死區的一部分被它的相鄰封裝遮蔽。在由虛線框(在圖10A中的頂視圖中)和虛線雙箭頭(在圖10B中的橫截面圖中)標記的區域內，層1010的死區被層1020中的封裝800遮蔽；層1020的死區被層1010中的封裝800遮蔽。由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域包含兩個層1010和1020中的那些之中的多個檢測器100。在由 虛線框或虛線雙箭頭標記的區域中入射的光在層1010和1020中的那些之中的至少一個封裝800的活動區域內。即，在由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域中入射的光可被層1010和1020中的那些之中的至少一個封裝800檢測到。根據實施例，設置在至少兩個層1010和1020中的封裝800可分別安裝到PCB 1011和1021；PCB 1011和1021可安裝到系統PCB 1000。
圖11A和圖11B示意示出根據實施例在圖像感測器中的封裝800的多層設置。該實施例與圖10A和圖10B中圖示的相似，所不同的是封裝800設置在至少三個層1110、1120和1130中。層1110、1120和1130中的封裝800可安裝到系統PCB 1100。封裝800相對於系統PCB 1100可傾斜，如在圖11B中的橫截面圖中示出的。如在圖11A和圖11B中示出的，層1110、1120或1130內的封裝800彼此部分重疊(與一列屋面頂板類似)，使得封裝的死區的一部分被它的相鄰封裝遮蔽。在由虛線框(在圖11A中的頂視圖中)和虛線雙箭頭(在圖11B中的橫截面圖中)標記的區域內，層1110的死區被兩個層1120、1130中的封裝800遮蔽；層1120的死區被兩個層1110和1130中的封裝800遮蔽；層1130的死區被兩個層1110和1120中的封裝800遮蔽。由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域包含三個層1110、1120和1130中的那些之中的多個檢測器100。在由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域包含在三個層1110、1120和1130中的那些之中的多個檢測器100。在由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域中入射的光在層1110、1120和1130中的那些之中的至少兩個封裝800的活動區域內。即，在由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域中入射的光可被層1110、1120和1130中的那些之中的至少兩個封裝800檢測到。根據實施例，設置在至少三個層1110、1120和1130中的封裝800可分別安裝到PCB 1111、1121和1131；PCB 1111、1121和1131可安裝到系統PCB 1100。
圖12A示意示出一組四個封裝的示例，每個包括安裝到單個PCB的多個檢測器100。這四個封裝每個具有檢測器100的陣列。陣列中的檢測器可以多列設置。圖12B示意示出四個封裝可在圖像感測器中堆疊使得在由虛線框(在圖12B中的頂視圖中)或虛線雙箭頭(在圖12C中的橫截面圖中)標記的區域中入射的光在四個封裝中的至少兩個的活動區域內。由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域包含四個封裝中的那些之中的多個檢測器100。即，在由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域中入射的光可被四個封裝中的至少兩個檢測到。
圖13A示意示出一組三個封裝的示例，每個包括安裝到單個PCB的多個檢測器100。這三個封裝每個具有檢測器100的陣列。陣列中的檢測器可以多列設置。圖13B示意示出三個封裝可在圖像感測器中堆疊使得在由虛線框(在圖13B中的頂視圖中)或虛線雙箭頭(在圖13C中的橫截面圖中)標記的區域中入射的光在三個封裝中的至少一個的活動區域內。由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域包含三個封裝中的那些之中的多個檢測器100。即，在由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域中入射的光可被三個封裝中的至少一個檢測。
圖14A示意示出一組三個封裝的示例，每個包括安裝到單個PCB的多個檢測器100。檢測器100的形狀不必是矩形。例如，檢測器的形狀可以是六邊形。三個封裝每個具有檢測器100的陣列。陣列中的檢測器可以三角形網格設置。圖14B示意示出三個封裝可在圖像感測器中堆疊使得在由虛線框(在圖14B中的頂視圖中)或虛線雙箭頭(在圖14C中的橫截面圖中)標記的區域中入射的光在三個封裝中的至少一個的活動區域內。由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域包含三個封裝中的那些之中的多個檢測器100。即，在由虛線框或虛線雙箭頭標記的區域中入射的光可被三個封裝中的至少一個檢測到。
圖15A示意示出根據實施例不同層中的封裝200或800可如何安裝到圖像感測器中的系統PCB 1500。封裝中的每個可具有電和機械連接於此的插頭1510。插頭1510對於不同層中的封裝可具有不同高度。系統PCB 1500可具有多個插座1520。封裝200或800可插入插座1520並且到離系統PCB 1500的不同距離靠插頭1510支承。
圖15B示意示出根據實施例不同層中的封裝200或800可如何安裝到圖像感測器中的系統PCB 1500。封裝中的每個可具有電和機械連接於此的插頭1510。插頭1510對於不同層中的封裝可具有相同高度。系統PCB 1500可具有多個插座1520。封裝200或800可插入間隔器1530並且間隔器1530可插入插座1520。間隔器1530對於不同層中的封裝可具有不同高度。到離系統PCB 1500的不同距離靠插頭1510和間隔器1530支承封裝。
圖16示意示出這樣的系統，其包括如關於圖4A-圖15B描述的圖像感測器9000。該系統可用於醫學成像，例如胸部X射線放射攝影、腹部X射線放射攝影等。系統包括X射線源1201。從X射線源1201發射的X射線穿過物體1202(例如，例如胸部、肢體、腹部等人體部位)、由於物體1202的內部結構(例如，骨頭、肌肉、脂肪和器官等)而衰減不同程度並且被投射到圖像感測器9000。圖像感測器9000通過檢測X射線的強度分佈來形成圖像。
圖17示意示出這樣的系統，其包括如關於圖4A-圖15B描述的圖像感測器9000。該系統可用於醫學成像，例如牙齒X射線放射攝影。系統包括X射線源1301。從X射線源1301發射的X射線穿過物體1302，其是哺乳動物(例如，人類)口腔的部分。物體1302可包括上顎骨、顎骨、牙齒、下顎或舌頭。X射線由於物體1302的不同結構而衰減不同程度並且被投射到圖像感測器9000。圖像 感測器9000通過檢測X射線的強度分佈來形成圖像。牙齒比齲齒、感染和牙周膜吸收更多的X射線。牙科患者接收的X射線輻射的劑量典型地是小的(對於全口系列是近似0.150mSv)。
圖18示意示出貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統，其包括如關於圖4A-圖15B描述的圖像感測器9000。系統可用於在例如海運集裝箱、車輛、輪船、行李等傳輸系統中檢查和識別物品。系統包括X射線源1401。從X射線源1401發射的X射線可從物體1402(例如，海運集裝箱、車輛、輪船等)背散射並且被投射到圖像感測器9000。物體1402的不同內部結構可有差異地背散射X射線。圖像感測器9000通過檢測背散射X射線的強度分佈和/或背散射X射線光子的能量來形成圖像。
圖19示意示出另一個貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統，其包括如關於圖4A-圖15B描述的圖像感測器9000。系統可用於公交站和機場處的行李篩查。系統包括X射線源1501。從X射線源1501發射的X射線可穿過行李1502、由於行李的內含物而有差異地衰減並且被投射到圖像感測器9000。圖像感測器9000通過檢測透射的X射線的強度分佈來形成圖像。系統可揭示行李的內含物並且識別公共交通上禁用的專案，例如槍支、毒品、鋒利武器、易燃物。
圖20示意示出全身掃描器系統，其包括如關於圖4A-圖15B描述的圖像感測器9000。該全身掃描器系統可為了安全篩查目的來檢測人體上的物體而不物理脫衣或進行物理接觸。全身掃描器系統可能夠檢測非金屬物體。全身掃描器系統包括X射線源1601。從X射線源1601發射的X射線可從被篩查的人1602和其上的物體背散射，並且被投射到圖像感測器9000。物體和人體可有差異地背散射X射線。圖像感測器9000通過檢測背散射X射線的強度分佈來形成圖 像。圖像感測器9000和X射線源1601可配置成直線或旋轉方向上掃描人。
圖21示意示出X射線電腦斷層攝影(X射線CT)系統。X射線CT系統使用電腦處理的X射線來產生被掃描物體的特定區域的斷層攝影圖像(虛擬“切片”)。斷層攝影圖像在各種醫學學科中可用於診斷和治療目的，或用於缺陷檢測、失效分析、計量、組件分析和逆向工程。X射線CT系統包括如關於圖4A-圖15B描述的圖像感測器9000和X射線源1701。圖像感測器9000和X射線源1701可配置成沿一個或多個圓形或螺旋形路徑同步旋轉。
圖22示意示出電子顯微鏡。該電子顯微鏡包括電子源1801(也叫作電子槍)，其配置成發射電子。電子源1801可具有各種發射機制，例如熱離子、光電陰極、冷發射或等離子體源。發射的電子經過電子光學系統1803，其可配置成使電子成形、加速或聚焦。電子然後到達樣本1802並且圖像檢測器可從其處形成圖像。電子顯微鏡可包括如關於圖4A-圖15B描述的圖像感測器9000，用於進行能量色散X射線光譜分析(EDS)。EDS是用於樣本的元素分析或化學表徵的分析技術。當電子入射在樣本上時，它們促使從樣本發射特徵X射線。入射電子可激發樣本中原子的內殼層中的電子、從殼層逐出電子，同時在電子所在的地方形成電子空穴。來自外部較高能量殼層的電子然後填充該空穴，並且較高能量殼層與較低能量殼層之間的能量差可採用X射線的形式釋放。從樣本發射的X射線的數量和能量可以被圖像感測器9000測量。
這裏描述的圖像感測器9000可具有其他應用，例如在X射線望遠鏡、X射線乳房攝影、工業X射線缺陷檢測、X射線顯微鏡或顯微放射攝影、X射線鑄件檢查、X射線無損檢驗、X射線焊縫檢查、X射線數字減影血管攝影等中。可以使用該圖像感測器9000來代替照相底片、照相膠片、PSP板、X射線圖像增 強器、閃爍體或另一個半導體X射線檢測器。
圖23A和圖23B各自示出根據實施例的電子系統121的部件圖。電子系統121可包括第一電壓比較器301、第二電壓比較器302、計數器320、開關305、電壓表306和控制器310。
第一電壓比較器301配置成將二極體300的電極的電壓與第一閾值比較。二極體可以是由第一摻雜區111、第二摻雜區113的離散區114中的一個和本征區112(可選)形成的二極體。備選地，第一電壓比較器301配置成將電觸點(例如，電觸點119B的離散部分)的電壓與第一閾值比較。第一電壓比較器301可配置成直接監測電壓，或通過使一段時間內流過二極體或電觸點的電流整合來計算電壓。第一電壓比較器301可由控制器310可控地啟動或停用。第一電壓比較器301可以是連續比較器。即，第一電壓比較器301可配置成被連續啟動，並且連續監測電壓。配置為連續比較器的第一電壓比較器301使系統121錯過由入射X射線光子產生的信號的機會減少。配置為連續比較器的第一電壓比較器301在入射X射線強度相對高時尤其適合。第一電壓比較器301可以是鐘控比較器，其具有較低功耗的益處。配置為鐘控比較器的第一電壓比較器301可導致系統121錯過由一些入射X射線光子產生的信號。在入射X射線強度低時，錯過入射X射線光子的機會因為兩個連續光子之間的間隔相對長而較低。因此，配置為鐘控比較器的第一電壓比較器301在入射X射線強度相對低時尤其適合。第一閾值可以是一個入射X射線光子可在二極體或電阻器中產生的最大電壓的5-10%、10%-20%、20-30%、30-40%或40-50%。最大電壓可取決於入射X射線光子的能量(即，入射X射線的波長)，X射線吸收層110的材料和其他因素。例如，第一閾值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
第二電壓比較器302配置成將電壓與第二閾值比較。第二電壓比較器302可配置成直接監測電壓，或通過使一段時間內流過二極體或電觸點的電流整合來計算電壓。第二電壓比較器302可以是連續比較器。第二電壓比較器302可由控制器310可控地啟動或停用。在停用第二電壓比較器302時，第二電壓比較器302的功耗可以是啟動第二電壓比較器302時的功耗的不到1%、不到5%、不到10%或不到20%。第二閾值的絕對值大於第一閾值的絕對值。如本文使用的，術語實數x的“絕對值”或“模數”|x|是x的非負值而不考慮它的符號。即， 。第二閾值可以是第一閾值的200%-300%。第二閾值可以是 一個入射X射線光子可在二極體或電阻器中產生的最大電壓的至少50%。例如，第二閾值可以是100mV、150mV、200mV、250mV或300mV。第二電壓比較器302和第一電壓比較器301可以是相同部件。即，系統121可具有一個電壓比較器，其可以在不同時間將電壓與兩個不同閾值比較。
第一電壓比較器301或第二電壓比較器302可包括一個或多個運算放大器或任何其他適合的電路。第一電壓比較器301或第二電壓比較器302可具有高的速度以允許系統121在高的入射X射線通量下操作。然而，具有高的速度通常以功耗為代價。
計數器320配置成記錄到達二極體或電阻器的X射線光子的數目。計數器320可以是軟體部件(例如，電腦記憶體中存儲的數目)或硬體部件(例如，4017 IC和7490 IC)。
控制器310可以是例如微控制器和微處理器等硬體部件。控制器310配置成從第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超出第一閾值的絕對值(例如，電壓的絕對值從第一閾值的絕對閾值以下增加到等於或超過第一閾值的絕對值 的值)的時間啟動時間延遲。在這裏因為電壓可以是負的或正的而使用絕對值，這取決於是使用二極體的陰極還是陽極的電壓或使用哪個電觸點。控制器310可配置成在第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超出第一閾值的絕對值的時間之前，保持停用第二電壓比較器302、計數器320和第一電壓比較器301的操作不需要的任何其他電路。時間延遲可在電壓變穩定(即，電壓的變化率大致為零)之前或之後終止。短語“電壓的變化率大致為零”意指電壓的時間變化小於0.1%/ns。短語“電壓的變化率大致為非零”意指電壓的時間變化是至少0.1%/ns。
控制器310可配置成在時間延遲期間(其包括開始和終止)啟動第二電壓比較器。在實施例中，控制器310配置成在時間延遲開始時啟動第二電壓比較器。術語“啟動”意指促使部件進入操作狀態(例如，通過發送例如電壓脈衝或邏輯電平等信號、通過提供電力等)。術語“停用”意指促使部件進入非操作狀態(例如，通過發送例如電壓脈衝或邏輯電平等信號、通過切斷電力等)。操作狀態可具有比非操作狀態更高的功耗(例如，高10倍、高100倍、高1000倍)。控制器310本身可被停用直到第一電壓比較器301的輸出在電壓的絕對值等於或超出第一閾值的絕對值時才啟動控制器310。
如果在時間延遲期間第二電壓比較器302確定電壓的絕對值等於或超出第二閾值的絕對值，控制器310可配置成促使計數器320記錄的數目增加一。
控制器310可配置成促使電壓表306在時間延遲終止時測量電壓。控制器310可配置成使電極連接到電接地，以便使電壓重定並且使電極上累積的任何載荷子放電。在實施例中，電極在時間延遲終止後連接到電接地。在實施例中，電極在有限複位時期連接到電接地。控制器310可通過控制開關305而使電極連 接到電接地。開關可以是電晶體，例如場效應電晶體(FET)。
在實施例中，系統121沒有模擬濾波器網路(例如，RC網路)。在實施例中，系統121沒有模擬電路。
電壓表306可將它測量的電壓作為模擬或數字信號饋送給控制器310。
系統121可包括電容器模組309，其電連接到二極體300的電極或電觸點，其中電容器模組配置成從電極收集載荷子。電容器模組可以包括放大器的回饋路徑中的電容器。如此配置的放大器叫作電容跨阻放大器(CTIA)。CTIA通過防止放大器飽和而具有高的動態範圍並且通過限制信號路徑中的帶寬來提高信噪比。來自電極的載荷子在一段時間(“整合期”)(例如，如在圖24中示出的，在t0至t1或t1-t2之間)內在電容器上累積。在整合期終止後，對電容器電壓採樣並且然後由重定開關將其重定。電容器模組可以包括直接連接到電極的電容器。
圖24示意示出由二極體或電阻器上入射的X射線光子產生的載荷子引起的流過電極的電流的時間變化(上曲線)和電極的電壓的對應時間變化(下曲線)。電壓可以是電流關於時間的整合。在時間t0，X射線光子撞擊二極體或電阻器，載荷子開始在二極體或電阻器中產生，電流開始流過二極體的電極或電阻器，並且電極或電觸點的電壓的絕對值開始增加。在時間t1，第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超出第一閾值V1的絕對值，並且控制器310啟動時間延遲TD1並且控制器310可在TD1開始時停用第一電壓比較器301。如果控制器310在t1之前被停用，在t1啟動控制器310。在TD1期間，控制器310啟動第二電壓比較器302。如這裏使用的術語在時間延遲“期間”意指開始和終止(即，結束)和中間的任何時間。例如，控制器310可在TD1終止時啟動第二 電壓比較器302。如果在TD1期間，第二電壓比較器302確定在時間t2電壓的絕對值等於或超出第二閾值的絕對值，控制器310促使計數器320記錄的數目增加一。在時間te，X射線光子產生的所有載荷子漂移出X射線吸收層110。在時間ts，時間延遲TD1終止。在圖24的示例中，時間ts在時間te之後；即TD1在X射線光子產生的所有載荷子漂移出X射線吸收層110之後終止。電壓的變化率從而在ts大致為零。控制器310可配置成在TD1終止時或在t2或中間的任何時間停用第二電壓比較器302。
控制器310可配置成促使電壓表306在時間延遲TD1終止時測量電壓。在實施例中，在電壓的變化率在時間延遲TD1終止後大致變為零之後，控制器310促使電壓表306測量電壓。該時刻的電壓與X射線光子產生的載荷子的數量成正比，該數量與X射線光子的能量有關。控制器310可配置成基於電壓表306測量的電壓確定X射線光子的能量。確定能量的一個方式是通過使電壓裝倉。計數器320對於每個倉可具有子計數器。在控制器310確定X射線光子的能量落在倉中時，控制器310可促使對於該倉的子計數器中記錄的數目增加一。因此，系統121可能夠檢測X射線圖像並且可能夠分辨每個X射線光子的X射線光子能量。
在TD1終止後，控制器310在複位期RST使電極連接到電接地以允許電極上累積的載荷子流到地面並且使電壓重定。在RST之後，系統121準備檢測另一個入射X射線光子。系統121在圖24的示例中可以應對的入射X射線光子的速率隱式地受限於1/(TD1+RST)。如果第一電壓比較器301被停用，控制器310可以在RST終止之前的任何時間啟動它。如果控制器310被停用，可在RST終止之前啟動它。
圖25示意示出在採用圖24中示出的方式操作的系統121中雜訊(例如，暗電流、背景輻射、散射X射線、螢光X射線、來自相鄰像素的共用電荷)引起的流過電極的電流的時間變化(上曲線)和電極的電壓的對應時間變化(下曲線)。在時間t0，雜訊開始。如果雜訊未大到足以促使電壓的絕對值超出V1的絕對值，控制器310未啟動第二電壓比較器302。如果在時間t1雜訊大到足以促使電壓的絕對值超出如由第一電壓比較器301確定的V1的絕對值，控制器310啟動時間延遲TD1並且控制器310可在TD1開始時停用第一電壓比較器301。在TD1期間(例如，在TD1終止時)，控制器310啟動第二電壓比較器302。在TD1期間，雜訊不太可能大到足以促使電壓的絕對值超出V2的絕對值。因此，控制器310未促使計數器320記錄的數目增加。在時間te，雜訊結束。在時間ts，時間延遲TD1終止。控制器310可配置成在TD1終止時停用第二電壓比較器302。如果在TD1期間電壓的絕對值未超出V2的絕對值，控制器310可配置成未促使電壓表306測量電壓。在TD1終止後，控制器310在複位期RST使電極連接到電接地以允許電極上由於雜訊而累積的載荷子流到地面並且使電壓重定。因此，系統121在雜訊抑制方面可非常有效。
圖26示意示出使用系統121操作來檢測處於比1/(TD1+RST)更高速率的入射X射線光子時由二極體或電阻器上入射的X射線光子產生的載荷子所引起的流過電極的電流的時間變化(上曲線)和電極的電壓的對應時間變化(下曲線)。電壓可以是電流關於時間的整合。在時間t0，X射線光子撞擊二極體或電阻器，載荷子開始在二極體或電阻器中產生，電流開始流過二極體的電極或電阻器的電觸點，並且電極或電觸點的電壓的絕對值開始增加。在時間t1，第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超出第一閾值V1的絕對值，並且控制器310啟動比時間延遲TD1還短的時間延遲TD2，並且控制器310可在TD2開始時停 用第一電壓比較器301。如果控制器310在t1之前被停用，在t1啟動控制器310。在TD2期間(例如，在TD2終止時)，控制器310啟動第二電壓比較器302。如果在TD2期間，第二電壓比較器302確定在時間t2電壓的絕對值等於或超出第二閾值的絕對值，控制器310促使計數器320記錄的數目增加一。在時間te，X射線光子產生的所有載荷子漂移出X射線吸收層110。在時間th，時間延遲TD2終止。在圖26的示例中，時間th在時間te之前；即TD2在X射線光子產生的所有載荷子漂移出X射線吸收層110之前終止。電壓的變化率從而在th大致為非零。控制器310可配置成在TD2終止時或在t2或中間的任何時間停用第二電壓比較器302。
控制器310可配置成從在TD2期間作為時間函數的電壓推斷在te的電壓並且使用推斷的電壓來確定X射線光子的能量。
在TD2終止後，控制器310在複位期RST使電極連接到電接地以允許電極上累積的載荷子流到地面並且使電壓重定。在實施例中，RST在te之前終止。當RST在te之前終止時，RST後電壓的變化率可因為X射線光子產生的所有載荷子未漂移出X射線吸收層110而大致為非零。電壓的變化率在te後大致變為零並且電壓在te後穩定為殘餘電壓VR。在實施例中，RST在te或te之後終止，並且RST後電壓的變化率可因為X射線光子產生的所有載荷子在te漂移出X射線吸收層110而大致為零。在RST後，系統121準備檢測另一個入射X射線光子。如果第一電壓比較器301被停用，控制器310可以在RST終止之前的任何時間啟動它。如果控制器310被停用，可在RST終止之前啟動它。
圖27示意示出在採用圖26中示出的方式操作的系統121中雜訊(例如，暗電流、背景輻射、散射X射線、螢光X射線、來自相鄰像素的共用電荷)引起 的流過電極的電流的時間變化(上曲線)和電極的電壓的對應時間變化(下曲線)。在時間t0，雜訊開始。如果雜訊未大到足以促使電壓的絕對值超出V1的絕對值，控制器310未啟動第二電壓比較器302。如果在時間t1雜訊大到足以促使電壓的絕對值超出如由第一電壓比較器301確定的V1的絕對值，控制器310啟動時間延遲TD2並且控制器310可在TD2開始時停用第一電壓比較器301。在TD2期間(例如，在TD2終止時)，控制器310啟動第二電壓比較器302。在TD2期間雜訊不太可能大到足以促使電壓的絕對值超出V2的絕對值。因此，控制器310未促使計數器320記錄的數目增加。在時間te，雜訊結束。在時間th，時間延遲TD2終止。控制器310可配置成在TD2終止時停用第二電壓比較器302。在TD2終止後，控制器310在複位期RST使電極連接到電接地以允許電極上由於雜訊而累積的載荷子流到地面並且使電壓重定。因此，系統121在雜訊抑制方面可非常有效。
圖28示意示出在採用圖26中示出的方式(其中RST在te之前終止)操作的系統121中由二極體或電阻器上入射的一系列X射線光子產生的載荷子所引起的流過電極的電流的時間變化(上曲線)和電極電壓的對應時間變化(下曲線)。由每個入射X射線光子產生的載荷子引起的電壓曲線在該光子之前偏移了殘餘電壓。殘餘電壓的絕對值隨每個入射光子而依次增加。當殘餘電壓的絕對值超出V1時(參見圖28中的虛線矩形)，控制器啟動時間延遲TD2並且控制器310可在TD2開始時停用第一電壓比較器301。如果在TD2期間在二極體或電阻器上沒有其他X射線光子入射，控制器在TD2結束時在複位時期RST期間使電極連接到電接地，由此使殘餘電壓重定。殘餘電壓從而未促使計數器320記錄的數目增加。
儘管本文公開各種方面和實施例，其他方面和實施例對於本領域內技術人 員將變得明顯。本文公開的各種方面和實施例是為了說明目的而不意在為限制性的，其真正範圍和精神由下列權利要求指示。

Claims (32)

  1. 一種圖像感測器，其包括：設置在多個層中的多個封裝；其中所述封裝中的每個包括安裝在印刷電路板(PCB)上的X射線檢測器；其中所述封裝安裝在一個或多個系統PCB上；其中在包含所述多個封裝中的多個X射線檢測器的區域內，所述多個層中的每個中的封裝的死區被其他層中的封裝遮蔽。
  2. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述封裝與所述一個或多個系統PCB平行。
  3. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述封裝相對於所述一個或多個系統PCB傾斜。
  4. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述層中的至少一個中的封裝成行設置。
  5. 如申請專利範圍第4項之圖像感測器，其中所述行中的至少一個中的封裝彼此部分重疊。
  6. 如申請專利範圍第5項之圖像感測器，其中在所述行中的封裝之中，一個封裝的死區的一部分被它的相鄰封裝遮蔽。
  7. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中不同層中的封裝安裝在不同系統PCB上。
  8. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中設置所述封裝使得在所述區 域中入射的光可被所述封裝中的至少一個檢測。
  9. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中設置所述封裝使得在所述區域中入射的光可被所述封裝中的至少兩個檢測到。
  10. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述封裝中的至少一些各自包括安裝在所述PCB上的多個X射線檢測器。
  11. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中至少一個封裝的X射線檢測器包括周邊區，其中在所述周邊區中入射的光不能被所述X射線檢測器檢測到。
  12. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述封裝通過線接合安裝在所述一個或多個系統PCB上。
  13. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述封裝的形狀是矩形。
  14. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述封裝的形狀是六邊形。
  15. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述封裝通過插頭和插座安裝在所述一個或多個系統PCB上。
  16. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述封裝通過插頭、間隔器和插座安裝在所述一個或多個系統PCB上。
  17. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述封裝中的至少一個的X射線檢測器包括X射線吸收層和電子層；其中所述X射線吸收層包括電極；其中所述電子層包括電子系統；其中所述電子系統包括： 第一電壓比較器，其配置成將所述電極的電壓與第一閾值比較；第二電壓比較器，其配置成將所述電壓與第二閾值比較；計數器，其配置成記錄到達所述X射線吸收層的X射線光子的數目；控制器；其中所述控制器配置成從所述第一電壓比較器確定所述電壓的絕對值等於或超出第一閾值的絕對值的時間啟動時間延遲；其中所述控制器配置成在所述時間延遲期間啟動所述第二電壓比較器；其中所述控制器配置成如果所述第二電壓比較器確定所述電壓的絕對值等於或超出第二閾值的絕對值則促使所述計數器記錄的數目增加一。
  18. 如申請專利範圍第17項之圖像感測器，其中所述電子系統進一步包括電容器模組，其電連接到所述電極，其中所述電容器模組配置成從所述電極收集載荷子。
  19. 如申請專利範圍第17項之圖像感測器，其中所述控制器配置成在所述時間延遲開始或終止時啟動所述第二電壓比較器。
  20. 如申請專利範圍第17項之圖像感測器，其中所述電子系統進一步包括電壓表，其中所述控制器配置成在所述時間延遲終止時促使所述電壓表測量電壓。
  21. 如申請專利範圍第17項之圖像感測器，其中所述控制器配置成基於在所述時間延遲終止時測量的電壓值確定X射線光子能量。
  22. 如申請專利範圍第17項之圖像感測器，其中所述控制器配置成使所述電極連接到電接地。
  23. 如申請專利範圍第17項之圖像感測器，其中所述電壓變化率在所述時間延遲終止時大致為零。
  24. 如申請專利範圍第17項之圖像感測器，其中所述電壓變化率在所述時間延遲終止時大致為非零。
  25. 一種系統，其包括如申請專利範圍第1項之圖像感測器和X射線源，其中所述系統配置成對人的胸部或腹部進行X射線放射攝影。
  26. 一種系統，其包括如申請專利範圍第1項之圖像感測器和X射線源，其中所述系統配置成對人的口腔進行X射線放射攝影。
  27. 一種貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統，其包括如申請專利範圍第1項之圖像感測器和X射線源，其中所述貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統配置成使用背散射X射線形成圖像。
  28. 一種貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統，其包括如申請專利範圍第1項之圖像感測器和X射線源，其中所述貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統配置成使用透射通過被檢查物體的X射線來形成圖像。
  29. 一種全身掃描器系統，其包括如申請專利範圍第1項之圖像感測器和X射線源。
  30. 一種X射線電腦斷層攝影(X射線CT)系統，其包括如申請專利範圍第1項之圖像感測器和X射線源。
  31. 一種電子顯微鏡，其包括如申請專利範圍第1項之圖像感測器、電子源和電子光學系統。
  32. 一種系統，其包括如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述系統 是X射線望遠鏡或X射線顯微鏡，或其中所述系統配置成進行乳房放射攝影、工業缺陷檢測、顯微放射攝影、鑄件檢查、焊縫檢查或數字減影血管攝影。
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