TW201828463A - 製作半導體x射線檢測器的方法 - Google Patents

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Abstract

本文公開圖像感測器和製作該圖像感測器的方法。圖像感測器可以包括半導體輻射檢測器的一個或多個封裝。該一個或多個封裝中的每個可以包括輻射檢測器，其包括第一條帶的半導體晶圓上的輻射吸收層和第二條帶的半導體晶圓上的電子層。輻射吸收層沿第一條帶的半導體晶圓可以是連續的而沒有覆蓋缺口。第一條帶和第二條帶可以縱向對齊且接合在一起。輻射檢測器可以安裝在印刷電路板(PCB)上並且接近輻射檢測器的邊緣電連接到PCB。

Description

製作半導體X射線檢測器的方法
本公開涉及X射線檢測器，特別涉及製作半導體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雷射光束的激勵。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)並且在朝向半導體層上的電觸點的電場下掃過它們。當前可用半導體X射線檢測器(例如，Medipix)中需要的繁瑣的熱管理可能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：半導體輻射檢測器的一個或多個封裝；其中該一個或多個封裝中的每個包括輻射檢測器，其中該輻射檢測器包括第一條帶的半導體晶圓上的輻射吸收層和第二條帶的半導體晶圓上的電子層，其中輻射吸收層沿第一條帶的半導體晶圓是連續的而沒有覆蓋缺口，其中第一條帶和 第二條帶縱向對齊且接合在一起。
根據實施例，一個或多個封裝中的至少一個包括安裝在印刷電路板(PCB)上的多個輻射檢測器，該多個輻射檢測器中的每個相對於PCB傾斜並且電連接到PCB。
根據實施例，多個輻射檢測器中的至少一個與多個輻射檢測器中的另一個部分重疊。
根據實施例，設置多個輻射檢測器使得在至少一個封裝的區域中入射的光可被輻射檢測器中的至少一個檢測到。
根據實施例，設置多個輻射檢測器使得在至少一個封裝的區域中入射的光可被輻射檢測器中的至少兩個檢測到。
根據實施例，電子層包括接合到第一條帶的半導體晶圓的第二條帶的半導體晶圓的第一表面處的傳輸線。
根據實施例，電子層包括電連接到傳輸線的通孔。
根據實施例，第二條帶的半導體晶圓包括電連接到通孔的再分佈層(RDL)。
根據實施例，輻射吸收層包括電連接到電子層的電觸點的電連接。
根據實施例，電連接包括第一條帶的半導體晶圓中的摻雜區。
根據實施例，一個或多個封裝包括接合且電連接到第一PCB的第一組輻射檢測器和接合且電連接到第二PCB的第二組輻射檢測器，該第一PCB和第二PCB接合且電連接到系統PCB。
根據實施例，第一組輻射檢測器與第二組輻射檢測器至少部分重疊。
根據實施例，輻射吸收層配置成檢測電磁輻射中的一個，包括紫外線(UV)、X射線、伽馬射線。
根據實施例，輻射吸收層配置成檢測粒子輻射中的一個，包括α粒子、β粒子和中子粒子。
根據實施例，輻射吸收層包括電極並且電子層包括電子系統，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，其配置成記錄到達輻射吸收層的輻射光子或粒子的數目；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，並且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，其中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。
本文公開了製作本文公開的圖像感測器的方法，其中該方法包括：製作半 導體輻射檢測器，其包括：獲得第一條帶的半導體晶圓，其包括輻射吸收層；獲得第二條帶的半導體晶圓，其包括電子層；使第一條帶和第二條帶沿縱向方向接合；使第二條帶變薄；形成通過第二半導體晶圓的通孔；形成再分佈層(RDL)金屬化；通過鈍化覆蓋半導體晶圓的表面；以及形成到半導體輻射檢測器的電觸點。
根據實施例，添加到半導體輻射檢測器的電觸點是焊球、插頭、襯墊或插座。
100‧‧‧半導體X射線檢測器
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
130‧‧‧填充材料
131‧‧‧通孔
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
902‧‧‧第一半導體晶圓
903‧‧‧條帶
904‧‧‧電子系統
906‧‧‧第二半導體晶圓
908‧‧‧條帶
910‧‧‧缺口
912‧‧‧缺口
914‧‧‧傳輸線
916‧‧‧鈍化層
918‧‧‧接合層
919‧‧‧電觸點
920‧‧‧通孔
922‧‧‧電接觸層
924‧‧‧焊球
1002‧‧‧半導體X射線檢測器
1004‧‧‧半導體X射線檢測器
1006‧‧‧接合層
1008‧‧‧電連接
1010‧‧‧電連接
1012‧‧‧通孔
1014‧‧‧通孔
1016‧‧‧焊球
1018‧‧‧焊球
1020‧‧‧切口
1102‧‧‧封裝
1104‧‧‧印刷電路板(PCB)
1106‧‧‧封裝
1108‧‧‧PCB
1110‧‧‧PCB
1112‧‧‧PCB
1120‧‧‧封裝
1122‧‧‧封裝
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半導體X射線檢測器。
圖1B示意示出根據實施例的半導體X射線檢測器100。
圖2示出根據實施例的圖1A中的檢測器的一部分的示範性頂視圖。
圖3A和圖3B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4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5示意示出根據實施例在採用圖4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6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7示意示出根據實施例在採用圖6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8示意示出根據實施例在採用圖6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。
圖9示意示出根據實施例的具有多條帶的X射線吸收層的第一半導體晶圓和具有多條帶的電子層的第二半導體晶圓。
圖10A示意示根據實施例的圖9的具有多條帶的X射線吸收層和電子層的半導體晶圓對齊且接合在一起。
圖10B示意示出根據實施例的圖10A中的具有多條帶的電子層的半導體晶圓變薄。
圖10C示意示出根據實施例蝕刻通孔並且在圖10B中的具有多條帶的電子層的半導體晶圓上添加側壁絕緣。
圖10D示意示出根據實施例的圖10C中的具有多條帶的電子層的半導體晶圓上的通孔和再分佈層(RDL)金屬化。
圖10E示意示出根據實施例的圖10D中的具有多條帶的電子層的半導體晶圓的焊球的鈍化和增加。
圖10F示意示出根據實施例的半導體X射線檢測器的頂視圖、底視圖和橫截面圖。
圖10G示意示出根據實施例的另一個半導體X射線檢測器的橫截面圖。
圖11A示意示出根據實施例的多個半導體X射線檢測器的封裝。
圖11B示意示出根據實施例的多個半導體X射線檢測器的另一個封裝。
圖11C示意示出根據實施例的多個半導體X射線檢測器的再另一個封裝。
圖11D示意示出根據實施例的多個半導體X射線檢測器的再另一個封裝。
圖12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13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14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15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16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17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18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1A示意示出根據實施例的半導體X射線檢測器100。該半導體X射線檢測器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，半導體X射線檢測器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品質衰減係數。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1A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1A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。
圖1B示意示出根據實施例的半導體X射線檢測器100。該半導體X射線檢測器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，半導體X射線檢測器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品質衰減係數。X射線吸收層110可不包括二極體但包括電阻器。
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5%、不到2%或不到1%流向與餘下載荷子不同的離散區114中的一個)。在實施例中，單個X射線光子產生的載荷子可以被兩個不同離散區114共用。圖2示出具有4×4陣列的離散區114的設備100的一部分的示範性頂視圖。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。圍繞離散區114的區域叫作與離散區114關聯的像素，在該區域中由其中入射的X射線光子產生的載荷子中的大致全部(超過95%、超過98%或超過99%)流向離散區114。即，這些載荷子中不到5%、不到2%或不到1%流到像素外。通過測量流入離散區114中的每個的漂移電流或離散區114中的每個的電壓變化率，可以確定與離散區114關聯的像素中被吸收的X射線光子的數目(其與入射X射線強度有關)和/或其能量。從而，入射X射線強度的空間分佈(例如，圖像)可通過單獨測量到離散區114陣列中的每一個內的漂移電流或測量離散區114的陣列中的每一個的電壓變化率來確定。像素可採用任何適合的陣列來組織，例如方形陣列、三角形陣列和蜂窩狀陣列。像素可具有任何適合的形狀，例如圓形、三角形、方形、矩形和六角形。像素可以是獨立可尋址的。
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5%、不到2%或不到1%流向與餘下載荷子不同的離散部分中的一個)。在實施例中，單個X射線光子產生的載荷子可以被電觸點119B的兩個不同離散部分共用。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。圍繞電觸點119B的離散部分的區域叫作與電觸點119B的離散部分關聯的像素，在該區域中由其中入射的X射線光子產生的載荷子中的大致全部(超過95%、超過98%或超過99%)流向電觸點119B的離散部分。即，這些載荷子中不到5%、不到2%或不到1%流到與電觸點119B的一個離散部分關聯的像素外。通過測量流入電觸點119B的離散部分中的每個的漂移電流或電觸點119B的離散部分中的每個的電壓變化率，可以確定與電觸點119B的離散部分關聯的像素中被吸收的X射線光子的數目(其與入射X射線強度有關)和/或其能量。從而，入射X射線強度的空間分佈(例如，圖像)可通過單獨測量到電觸點119B的離散部分陣列中的每一個內的漂移電流或測量電觸點119B的離散部分陣列中的每一個的電壓變化率來確定。像素可採用任何適合的陣列來組織，例如方形陣列、三角形陣列和蜂窩狀陣列。像素可具有任何適合的形狀，例如圓形、三角形、方形、矩形和六角形。像素可以是獨立可尋址的。
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。
在一些實施例中，吸收層110可以在一個晶圓上製造並且電子層120可以在單獨晶圓上製造。這兩個晶圓可以接合在一起。在一個實施例中，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3A和圖3B各自示出根據實施例的電子系統121的部件圖。電子系統121可以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4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4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4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比率，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4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5示意示出在採用圖4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6示意示出在系統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6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7示意示出在採用圖6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8示意示出在採用圖6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8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。
圖9示意示出具有多條帶903的電子層120的第一半導體晶圓902和具有多條帶908的X射線吸收層110的第二半導體晶圓906。根據一個實施例，條帶908上的X射線吸收層110可以是連續的並且沿縱向方向在條帶908的X射線吸收層110內可沒有吸收覆蓋缺口。每個條帶903的電子層120可以包括多個電子系統904。條帶903的電子系統120可以通過小的缺口(例如，具有幾十微米或幾百微米的寬度)而分開。條帶903的電子系統120也可以稱為一列電子系統。在列內，電子系統904可以彼此保持接近而沒有或幾乎沒有缺口。在一個實施例中，一列電子系統904可保持完整(即，沒有被切塊)用於製作半導體X射線檢測器。在另一個實施例中，每個電子系統904可以切塊成單獨的ASIC晶片。應注意條帶903和908以及電子系統904的數目和尺寸僅僅是為了說明，並且在不同實施例中可以不同。此外，在一個實施例中，條帶903可以從襯底902切塊並且可以接合到半導體晶圓906。此外，在一個實施例中，通過半導體晶圓902的通孔可以在切塊之前或之後製成。
圖10A-10E示出製作圖10F中的半導體X射線檢測器1002的過程。圖10A 示意示出圖9的具有多條帶908的X射線吸收層110的半導體晶圓906和具有多條帶903的電子系統120的半導體晶圓902對齊並且通過接合層918接合在一起。半導體晶圓902可以包括要與晶圓906接合的表面處的鈍化層916。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。半導體晶圓902可以包括一個或多個電觸點919，其可以在電子層120內為電子系統904提供輸入/輸出(I/O)觸點。一個或多個電觸點919可以是金屬或摻雜半導體的層。例如，電觸點919可以是金、銅、鉑、鈀、摻雜矽等。在一個實施例中，半導體晶圓902可以包括傳輸線914，其配置成使到電子系統904的電連接再分佈到接近電子層120的每個條帶903的邊緣的位置。缺口910(示出為虛線框)是晶圓902上的電子系統120的多個條帶903之間的缺口。圖10A是橫截面圖，其中缺口910示出為在電子層120的相鄰條帶903中的電子系統904之間並且傳輸線914示出為接近電子系統904的側邊。缺口912(示出為虛線框)是晶圓906上的X射線吸收層110的多個條帶908之間的對應缺口。
圖10B示意示出具有多條帶908的X射線吸收層110的半導體晶圓906和具有多條帶的電子層120的半導體晶圓902如圖10A中示出的那樣對齊且接合在一起，此外其中半導體晶圓902變薄。例如，半導體晶圓902的襯底可具有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。半導體晶圓902的襯底可以是矽襯底或其他適合的半導體或絕緣體襯底。變薄的襯底可通過將較厚襯底研磨到期望厚度而產生。
圖10C示意示出如圖10B中示出的經接合的半導體晶圓906和半導體晶圓902，此外在半導體晶圓902中形成通過電子層120的通孔920。通孔920有時稱為“矽直通孔”，但它們可以在除矽之外的材料的襯底中製造。在一個實施例 中，側壁絕緣可以添加到通孔920。
圖10D示意示出如圖10C中示出的經接合的半導體晶圓906和半導體晶圓902，此外具有半導體晶圓902上的通孔920和再分佈層(RDL)金屬化。通孔920和RDL金屬化可以形成電接觸層922。電接觸層922可以覆蓋通孔920的側壁以及半導體晶圓902的底面上的區域。電接觸層922可以包括一個或多個傳輸線。
圖10E示意示出如圖10D中示出的經接合的半導體晶圓906和半導體晶圓902，此外其中半導體晶圓902鈍化且在底面處在電接觸層922上添加焊球924。在一個實施例中，焊球924可以接近電子系統904的邊緣施加。電接觸層922可以包括一個或多個傳輸線。電子系統904可以通過傳輸線914電連接到焊球924並且通過一個或多個通孔920電連接到電接觸層922。在另一個實施例中，代替焊球可以提供其他類型的電觸點，例如但不限於插頭、襯墊、插座。
在一個實施例中，接合的晶圓902和906可以沿缺口910和912被切塊來形成一個或多個輻射檢測器。每個輻射檢測器可以包括在第一條帶的導體晶圓上製造的輻射吸收層和在第二條帶的半導體晶圓上製造的電子層，並且該第一條帶和第二條帶縱向對齊且接合在一起。
圖10F示意示出這樣的半導體X射線檢測器1002的頂視圖、底視圖和橫截面圖。頂視圖示出來自半導體晶圓906的條帶908，其可以包括輻射吸收層(例如，X射線吸收層110)。底視圖示出來自半導體晶圓902的條帶903，其包括具有接近條帶903的邊緣的焊球924的電子層120。橫截面圖示出X射線吸收層110的一個條帶908和具有接合的電子層120的電子系統904，該接合的電子層120只是圖10A-10E中示出的接合晶圓902和906中的一段。
圖10G示意示出根據實施例的另一個半導體X射線檢測器1004的橫截面圖。該半導體X射線檢測器1004可以包括如本文示出且描述的X射線吸收層110和電子層120。X射線吸收層110可以是一個條帶908的半導體晶圓906並且電子層120可以是來自如本文示出且描述的來自半導體晶圓902的一個條帶903的電子系統904。在半導體X射線檢測器1004中，半導體晶圓902和906可以通過接合層1006而接合並且X射線吸收層110可以包括一個或多個電連接(例如，電連接1008和1010)。接合層1006可以包括一個或多個通孔1012和1014。電子層120可以包括半導體晶圓902上的一個或多個切口1020來對吸收層110暴露半導體晶圓906上的電接觸墊。切口1020可以是通過半導體晶圓906的狹縫。
半導體X射線檢測器1004可以進一步包括一個或多個焊球1016和1018作為半導體X射線檢測器1004的電觸點。一個或多個焊球1016和1018可以接近條帶908的縱向邊緣對齊。電子系統904可以通過通孔1012和1014以及通過電連接1008和1010電連接到焊球1016和1018。因此，來自電子系統904的電信號可以通過吸收層110。在一個實施例中，電連接1008和1010可以是X射線吸收層110中的摻雜區。此外，在一個實施例中，代替焊球可以提供其他類型的電觸點，例如但不限於插頭、襯底、插座。
半導體晶圓902和半導體晶圓906的接合可以是直接接合或倒裝接合。在一個實施例中，接合(例如，層918和層1006)可以是基於微凸點的接合層。在另一個實施例中，另一個接合技術可以用於在不使用通孔的情況下使電子系統904電連接到吸收層110。此外，在一個實施例中，半導體晶圓906沒有RDL層並且可以實現到晶圓接合的高密度互連晶圓。例如，在基於微凸點的接合中，節距可以是約幾十微米(例如，50-70μm)、幾百微米。
圖11A示意示出根據實施例的圖像感測器中的多個半導體X射線檢測器1002的封裝1102。該多個半導體X射線檢測器1002可以安裝在印刷電路板(PCB)1104上，並且可以相對於PCB 1104傾斜使得接近半導體晶圓的條帶908的縱向邊緣的焊球可以電連接到PCB 1104。圖11B示意示出根據實施例的圖像感測器中的多個半導體X射線檢測器1004的另一個封裝1106。多個半導體X射線檢測器1004可以安裝在PCB 1108上，並且可以相對於PCB 1108傾斜使得接近半導體晶圓的條帶903的縱向邊緣的焊球可以電連接到PCB 1108。根據另一個實施例，封裝1102除一個或多個半導體檢測器1002外還可以包括一個或多個半導體X射線檢測器1004，並且封裝1106除一個或多個半導體檢測器1004外還可以包括一個或多個半導體X射線檢測器1002。
圖11C示意示出根據實施例的圖像感測器中的多個半導體X射線檢測器1002的再另一個封裝1120。多個半導體X射線檢測器1002中的每個可以安裝在PCB 1110上並且電連接到它，並且PCB 1110可以安裝在系統PCB 1112上且電連接到它。
圖11D示意示出根據實施例的圖像感測器中的多個半導體X射線檢測器1004的再另一個封裝1122。多個半導體1004中的每個可以安裝在PCB 1110上並且電連接到它，並且PCB 1110可以安裝在系統PCB 1112上且電連接到它。根據另一個實施例，封裝1120除一個或多個半導體檢測器1002外還可以包括一個或多個半導體X射線檢測器1004，並且封裝1122除一個或多個半導體檢測器1004外還可以包括一個或多個半導體X射線檢測器1002。
在一個或多個實施例中，圖像感測器中的多個半導體X射線檢測器(例如，1002和1004)可以並行設置並且至少部分重疊來覆蓋不同條帶908中的X射線 吸收層之間的缺口。此外，在一個或多個實施例中，圖像感測器中的半導體X射線檢測器(例如，1002和1004)的多個封裝可以堆疊且交錯，並且不同封裝中的半導體X射線檢測器(例如，1002和1004)可以設置成至少重疊來覆蓋不同半導體X射線檢測器之間的缺口使得在一定區域中入射的光可被封裝中的至少一個檢測到。此外，在一個或多個實施例中，圖像感測器中的半導體X射線檢測器(例如，1002和1004)的多個封裝可以堆疊且交錯，並且不同封裝中的半導體X射線檢測器(例如，1002和1004)可以設置成重疊使得在一定區域中入射的光可被封裝中的至少兩個檢測到。圖像感測器中堆疊且交錯的多個封裝不必相同。例如，封裝1102和封裝1120可以堆疊且交錯。此外，圖像感測器的封裝或堆疊中的多個半導體X射線檢測器不必相同。例如，多個半導體X射線檢測器在厚度、結構或材料方面可不同。
根據實施例，半導體輻射檢測器可以使用包括以下的方法而獲得：獲得第一半導體晶圓，其包括輻射吸收層條帶；獲得第二半導體晶圓，其包括電子層條帶；使具有輻射吸收層條帶的第一半導體和具有電子層條帶的第二半導體縱向對齊；使第二半導體晶圓變薄；獲得通過第二半導體晶圓的通孔，其中這些通孔的側壁可以絕緣；獲得通過通孔的電連接；以及通過鈍化且將焊球添加到第二半導體晶圓來覆蓋半導體晶圓的表面。在一個實施例中，焊球可以接近電子層條帶的邊緣添加。此外，在一個實施例中，電連接可以通過通孔和RDL金屬化而獲得。
圖12-18示意示出各種系統，每個包括圖像感測器9000。該圖像感測器9000可以是包括本文描述的半導體輻射檢測器的一個或多個封裝的圖像感測器的實施例。應注意根據實施例的輻射檢測器可以用於檢測一個或多個類型的輻射並 且X射線只是一個示例。例如，輻射可以是電磁輻射，例如紅外光、可見光、紫外光、X射線或γ射線。輻射可以具有其他類型，例如α射線和β射線。
圖12示意示出這樣的系統，其包括本文描述的圖像感測器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13示意示出這樣的系統，其包括本文描述的圖像感測器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14示意示出貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統，其包括本文描述的圖像感測器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15示意示出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件、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16示意示出全身掃描器系統，其包括本文描述的圖像感測器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可配置成線上性或旋轉方向上掃描人。
圖17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系統包括本文描述的圖像感測器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18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。電子顯微鏡可包括本文描述的圖像感測器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。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，這可是適合的。
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：半導體輻射檢測器的一個或多個封裝；其中所述一個或多個封裝中的每個包括輻射檢測器，其中所述輻射檢測器包括第一條帶的半導體晶圓上的輻射吸收層和第二條帶的半導體晶圓上的電子層，其中所述輻射吸收層沿所述第一條帶的半導體晶圓是連續的而沒有覆蓋缺口，其中所述第一條帶和所述第二條帶縱向對齊且接合在一起。
  2. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述一個或多個封裝中的至少一個包括安裝在印刷電路板(PCB)上的多個輻射檢測器，其中所述多個輻射檢測器中的每個相對於所述PCB傾斜並且電連接到所述PCB。
  3. 如申請專利範圍第2項之圖像感測器，其中所述多個輻射檢測器中的至少一個與所述多個輻射檢測器中的另一個部分重疊。
  4. 如申請專利範圍第2項之圖像感測器，其中設置所述多個輻射檢測器使得在所述至少一個封裝的區域中入射的光可被所述輻射檢測器中的至少一個檢測到。
  5. 如申請專利範圍第2項之圖像感測器，其中設置所述多個輻射檢測器使得在所述至少一個封裝的區域中入射的光可被所述輻射檢測器中的至少兩個檢測到。
  6. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述電子層包括接合到所述第一條帶的半導體晶圓的第二條半導體晶圓的第一表面處的傳輸線。
  7. 如申請專利範圍第6項之圖像感測器，其中所述電子層包括電連接到所述傳輸線的通孔。
  8. 如申請專利範圍第7項之圖像感測器，其中所述第二條帶的半導體晶圓包括電連接到所述通孔的再分佈層(RDL)。
  9. 如申請專利範圍第6項之圖像感測器，其中所述輻射吸收層包括電連接到所述電子層的電觸點的電連接。
  10. 如申請專利範圍第9項之圖像感測器，其中所述電連接包括所述第一條帶的半導體晶圓中的摻雜區。
  11. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述一個或多個封裝包括接合且電連接到第一PCB的第一組輻射檢測器和接合且電連接到第二PCB的第二組輻射檢測器，其中所述第一PCB和所述第二PCB接合且電連接到系統PCB。
  12. 如申請專利範圍第11項之圖像感測器，其中所述第一組輻射檢測器與所述第二組輻射檢測器至少部分重疊。
  13. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述輻射吸收層配置成檢測電磁輻射中的一個，包括紫外線(UV)、X射線、伽馬射線。
  14. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述輻射吸收層配置成檢測粒子輻射中的一個，包括α粒子、β粒子和中子粒子。
  15. 如申請專利範圍第1項之圖像感測器，其中所述輻射吸收層包括電極 並且所述電子層包括電子系統，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輻射吸收層的輻射光子或粒子的數目；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所述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所述第二閾值的絕對值則促使所述計數器記錄的數目增加一。
  16. 如申請專利範圍第15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。
  17. 如申請專利範圍第15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。
  18. 如申請專利範圍第15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。
  19. 如申請專利範圍第15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。
  20. 如申請專利範圍第15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。
  21. 如申請專利範圍第15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。
  22. 如申請專利範圍第15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。
  23. 一種系統，其包括如申請專利範圍第1-22項之任一項所述的圖像感測器和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。
  24. 一種系統，其包括如申請專利範圍第1-22項之任一項所述的圖像感測器和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。
  25. 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1-22項之任一項所述的圖像感測器和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。
  26. 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1-22項之任一項所述的圖像感測器和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。
  27. 一種全身掃描器系統，其包括如申請專利範圍第1-22項之任一項所述的圖像感測器和X射線源。
  28. 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1-22項之任一項所述的圖像感測器和X射線源。
  29. 一種電子顯微鏡，其包括如申請專利範圍第1-22項之任一項所述的圖 像感測器、電子源和電子光學系統。
  30. 一種系統，其包括如申請專利範圍第1-22項之任一項所述的圖像感測器，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。
  31. 一種製作如申請專利範圍第1-22項之任一項所述的圖像感測器的方法，所述方法包括：製作所述半導體輻射檢測器，其包括：獲得第一條帶的半導體晶圓，其包括所述輻射吸收層；獲得第二條帶的半導體晶圓，其包括所述電子層；使所述第一條帶和所述第二條帶沿縱向方向接合；使所述第二條帶變薄；形成通過所述第二半導體晶圓的通孔；形成再分佈層(RDL)金屬化；通過鈍化覆蓋所述半導體晶圓的表面；以及形成到所述半導體輻射檢測器的電觸點。
  32. 如申請專利範圍第31項之方法，其中添加到所述半導體輻射檢測器的電觸點是焊球、插頭、襯墊或插座。
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