TW202026667A - 半導體輻射檢測器 - Google Patents
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Abstract
本發明公開一種輻射檢測器,其包括:包括第一組電觸點和第二組電觸點的電子器件層;配置為吸收輻射的輻射吸收層;第一組電極和第二組電極,其中第一組電極和第二組電極相互交叉並且沿其厚度方向延伸到輻射吸收層中;其中電子器件層和輻射吸收層結合,使得第一組電極電連接到第一組電觸點,並且第二組電極電連接到第二組電觸點。
Description
本發明是有關於一種檢測器,且特別是有關於一種半導體輻射檢測器。
輻射檢測器是可用於測量輻射的通量、空間分佈、光譜或其他特性的裝置。
輻射檢測器可用於許多應用,其中一個重要的應用是成像。輻射成像是一種放射線照相技術,並且可用於揭示非均勻組成和不透明物體(例如人體)的內部結構。
用於成像的早期輻射檢測器包括照相底片(photographic plates)和照相膠片(photographic films)。照相底片可以是具有光敏乳劑塗層的玻璃板。雖然照相底片被照相膠片取代,但由於它們提供的優良品質和極端穩定性,使得它們仍可用於特殊情況。照相膠片可以是具有光敏乳劑塗層的塑膠薄膜(例如,條狀或片狀)。
在1980年代,可光激發的磷光板(photostimulable phosphor plates,PSP板)開始使用。PSP板在其晶格中包含具有色心的磷光體材料。當PSP板暴露於輻射時,由輻射激發的電子被捕獲在色心中,直到它們被在PSP板表面上掃描的雷射光束所激發。當雷射掃描PSP板時,被捕獲的激發電子發出光,這些光被光電倍增管(photomultiplier tube)收集,收集的光被轉換成數位圖像。與照相底片和照相膠片相比,PSP板可重複使用。
另一種輻射檢測器是輻射圖像增強器(photomultiplier tube)。輻射圖像增強器的元件通常在真空中密封。與照相底片、照相膠片以及PSP板相比,輻射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。輻射首先撞擊輸入磷光體(例如,碘化銫)並被轉換成可見光。然後可見光撞擊光電陰極(例如,含有銫和銻化合物的薄金屬層)並引起電子發射。發射的電子數目與入射輻射的強度成正比。發射的電子通過電子光學器件投射到輸出磷光體上並使輸出磷光體產生可見光圖像。
閃爍體(Scintillators)在某種程度上與輻射圖像增強器的操作類似,因為閃爍體(例如,碘化鈉)吸收輻射並發射可見光,然後可通過合適的圖像感測器檢測到可見光。在閃爍體中,可見光在所有方向上擴散和散射,從而降低空間解析度。減小閃爍體厚度有助於改善空間解析度,但也減少了輻射的吸收。因此,閃爍體必須在吸收效率和解析度之間達成妥協。
半導體輻射檢測器通過將輻射直接轉換成電信號很大程度上克服了如上所述問題。半導體輻射檢測器可包括吸收感興趣波長輻射的半導體層。當在半導體層中吸收輻射粒子時,產生多個載流子(例如,電子和空穴)並在電場下朝向半導體層上的電觸點掃過。當前可用的半導體輻射檢測器(例如,Medipix)中所需的繁瑣的熱管理可使得具有較大面積和大量像素的半導體輻射檢測器難以生產或不可能生產。
本發明公開一種輻射檢測器,其包括:包括第一組電觸點和第二組電觸點的電子器件層;配置用以吸收輻射的輻射吸收層;第一組電極和第二組電極,其中所述第一組電極以及第二組電極相互交叉並且沿其厚度方向延伸至所述輻射吸收層中;其中所述電子器件層和所述輻射吸收層的結合,使得所述第一組電極電性連接至所述第一組電觸點,並且所述第二組電極電性連接至所述第二組電觸點。
根據實施例,所述輻射吸收層包括砷化鎵(GaAs)、碲化鎘(CdTe)、鎘鋅碲(CZT)或其組合。
根據實施例,所述第一組電極和所述第二組電極包括金屬或半導體。
根據實施例,所述第一組電極和所述第二組電極被配置為被差分偏置。
根據實施例,所述第一組電極中的一個電極與所述第二組電極中的最鄰近電極之間的距離不超過2λ,其中,λ是所述輻射吸收層中載流子的平均自由程。
根據實施例,所述第二組電極為圓柱形。
根據實施例,所述第二組電極為棱柱形。
根據實施例,所述第一組電極包括柵格。
根據實施例,所述第二組電極是離散的。
根據實施例,所述第一組電極和所述第二組電極在所述厚度方向上共延。
根據實施例,所述輻射檢測器進一步包括在遠離所述電子器件層的所述輻射吸收層的表面處的絕緣層;其中所述第一組電極和所述第二組電極連接到所述絕緣層。
根據實施例,所述輻射吸收層包括多晶半導體。
根據實施例,所述電子器件層被配置為通過所述第一組電觸點和所述第二組電觸點將所述第一組電極和所述第二組電極偏置為不同的電壓。
根據實施例,所述輻射是X射線。
根據實施例,所述電子器件層包括:第一電壓比較器,其被配置為將所述第二組電觸點的電壓與第一閾值進行比較;第二電壓比較器,其被配置為將所述電壓與第二閾值進行比較;計數器,其被配置為記錄被所述輻射吸收層接收的輻射粒子的數目;控制器,其中所述控制器被配置為從所述第一電壓比較器確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值時啟動時間延遲;其中所述控制器被配置為在所述時間延遲期間啟動所述第二電壓比較器;其中所述控制器被配置為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過所述第二閾值的絕對值,則使所述計數器記錄的數目增加一。
根據實施例,所述輻射檢測器進一步包括電連接到所述電極的積分器,其中所述積分器被配置為從所述電極收集載流子。
根據實施例,所述控制器被配置為在所述時間延遲的開始或期滿時啟動所述第二電壓比較器。
根據實施例,所述控制器被配置為將所述電觸點連接到電接地。
根據實施例,所述電壓的變化率在所述時間延遲期滿時大致為零。
本發明公開一種方法,其包括:獲得具有絕緣層和附著到所述絕緣層的半導體層的基板;通過蝕刻整個半導體層的厚度,從所述半導體層形成第一組電極和第二組電極;在所述第一組電極和所述第二組電極之間引入半導體粒子;將所述半導體層與包括第一組電觸點和第二組電觸點的電子器件層結合,以使所述第一組電極電連接到所述第一組電觸點,並且所述第二組電極電連接到所述第二組電觸點。
根據實施例,所述半導體粒子包括砷化鎵(GaAs)、碲化鎘(CdTe)、鎘鋅碲(CZT)或其組合。
根據實施例,所述在所述第一組電極和所述第二組電極之間引入半導體粒子,包括熔合所述半導體粒子。
根據實施例,所述第一組電極和所述第二組電極被配置為被差分偏置。
根據實施例,所述第一組電極中的一個電極與所述第二組電極中的最近電極之間的距離不超過2λ,其中,λ是跨所述半導體粒子的載流子的平均自由程。
根據實施例,所述第二組電極為圓柱形。
根據實施例,所述第二組電極為棱柱形。
根據實施例,所述第一組電極包括柵格。
根據實施例,所述第二組電極是離散的。
根據實施例,所述電子器件層被配置為通過所述第一組電觸點和所述第二組電觸點將所述第一組電極和所述第二組電極偏置為不同的電壓。
根據實施例,所述方法進一步包括去除所述絕緣層。
圖1A示意示出根據實施例的輻射檢測器100的橫截面圖。所述輻射檢測器100可包括輻射吸收層110和電子器件層120(例如,ASIC),所述電子器件層120用於處理或分析在所述輻射吸收層110中產生的入射輻射的電信號。在實施例中,所述輻射檢測器100不包括閃爍體。所述輻射吸收層110可包括多晶半導體材料,比如砷化鎵(GaAs)、碲化鎘(CdTe)、鎘鋅碲(CZT)或其組合。所述半導體對於感興趣的輻射能量可具有高的品質衰減係數。所述輻射檢測器100可進一步包括在遠離所述電子器件層120的所述輻射吸收層110的表面的絕緣層103。所述輻射可以是X射線。
如圖1B中根據實施例的所述輻射檢測器100的詳細橫截面圖所示,所述輻射檢測器100包括相互交叉並沿所述輻射吸收層110的厚度方向延伸進入所述輻射吸收層110的第一組電極119A和第二組電極119B。所述第一組電極119A和所述第二組電極119B可包括金屬或半導體材料。所述第一組電極119A和所述第二組電極119B可以在所述輻射吸收層110的厚度方向上共延。所述第一組電極119A和所述第二組電極119B可以附接到所述絕緣層103。
如圖1B所示,當輻射粒子撞擊所述輻射吸收層110時,所述輻射粒子可被所述輻射吸收層110吸收,並且所述輻射吸收層110可通過若干機制產生一個或多個載流子。一個輻射粒子可產生10到100000個載流子。所述載流子可在電場下向所述第一組電極119A和所述第二組電極119B漂移。所述電場可以通過對所述第一組電極119A和所述第二組電極119B進行差分偏置來建立。根據實施例,所述第一組電極119A中的一個電極與所述第二組電極119B中的最鄰近電極之間的距離(例如,圖1B中的104)不超過2λ,其中λ是所述輻射吸收層110中的載流子的平均自由程。
如圖1C至1E的示例所示,所述第一組電極119A和所述第二組電極119B可具有任何合適的尺寸和形狀。根據實施例(例如,在圖1C中),所述第二組電極中的至少一些電極是離散的並且是圓柱形的。根據實施例(例如,在圖1D中),所述第二組電極中的至少一些電極是離散的並且是棱柱形的。根據實施例(例如,在圖1E中),所述第一組電極包括柵格,並且所述第二組電極中的至少一些電極是離散的。
所述電子器件層120可包括電子系統121,所述電子系統121適合處理或解釋由入射在所述輻射吸收層110上的輻射所產生的信號。所述電子系統121可包括類比電路比如濾波器網路、放大器、積分器、比較器,或數位電路比如微處理器和記憶體。所述電子系統121可通過通孔131電結合到所述輻射吸收層110。所述通孔131之間的空間可用填充材料130填充,其可增加所述電子器件層120到所述輻射吸收層110連接的機械穩定性。其他結合技術有可能在不使用通孔的情況下將所述電子系統121連接到所述輻射吸收層110。
所述電子器件層120具有第一組電觸點118A和第二組電觸點118B。在將所述電子器件層120和所述輻射吸收層110結合之後,所述第一組電極119A被電連接到所述第一組電觸點118A(通過通孔131),並且所述第二組電極119B被電連接到所述第二組電觸點118B(例如,通過通孔131)。所述電子器件層120可被配置為分別通過所述第一組電觸點118A和所述第二組電觸點118B將所述第一組電極119A和所述第二組電極119B偏置到不同的電壓。例如,一個或多個電壓源122可以向所述第一組電觸點118A提供非零電壓,並且所述第二組電觸點118B可以被連接到所述電子系統121中的放大器的虛擬接地。
圖2A和圖2B各自示出根據實施例的所述電子系統121的元件圖。所述電子系統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。
所述第一電壓比較器301被配置為將所述第二組電觸點118B的一個電觸點的電壓與第一閾值進行比較。所述第一電壓比較器301可被配置為直接監控所述電壓,或通過對一段時間內流過所述電觸點的電流進行積分來計算所述電壓。所述第一電壓比較器301可由所述控制器310可控地啟動或停用。所述第一電壓比較器301可以是連續比較器。即,所述第一電壓比較器301可被配置為連續地被啟動並連續地監控所述電壓。所述第一電壓比較器301可以是鐘控比較器,其具有功耗較低的優點。所述第一閾值可以是單個可見光脈衝在所述電觸點上可產生的最大電壓的5-10%、10%-20%、20-30%、30-40%或40-50%。所述最大電壓可取決於所述入射輻射粒子的能量、所述輻射吸收層110的材料以及其他因素。例如,所述第一閾值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
所述第二電壓比較器302被配置為將所述電壓與第二閾值進行比較。所述第二電壓比較器302可被配置為直接監控所述電壓或通過對一段時間內流過所述電觸點的電流進行積分來計算所述電壓。所述第二電壓比較器302可以是連續比較器。所述第二電壓比較器302可由所述控制器310可控地啟動或停用。當所述第二電壓比較器302被停用時,所述第二電壓比較器302的功耗可以是當所述第二電壓比較器302啟動時功耗的不到1%、不到5%、不到10%或不到20%。所述第二閾值的絕對值大於所述第一閾值的絕對值。如本發明所使用的術語實數x 的“絕對值”或“模數”|x|是x的非負值而不考慮它的符號。即,。所述第二閾值可以是所述第一閾值的200%-300%。所述第二閾值至少是一個入射輻射粒子可以在所述第二組電觸點118B中的一個電觸點上產生的最大電壓的50%。例如,所述第二閾值可以是100mV、150mV、200mV、250mV或300mV。所述第二電壓比較器302和所述第一電壓比較器301可以是相同元件。即,所述電子系統121可具有同一個電壓比較器,該電壓比較器可在不同時間將電壓與兩個不同的閾值進行比較。
所述第一電壓比較器301或所述第二電壓比較器302可包括一個或多個運算放大器或任何其他合適的電路。所述第一電壓比較器301或所述第二電壓比較器302可具有高速度以允許所述電子系統121在高通量入射輻射粒子下操作。然而,具有高速度通常以功耗為代價。
所述計數器320被配置為記錄被所述輻射吸收層110接收的輻射粒子的至少一個數目(例如,由所述第一組電極119A的某個子集和所述第二組電極119B的某個子集收集的載流子產生的輻射粒子)。所述計數器320可以是軟體元件(例如,存儲在電腦記憶體中的數位)或硬體元件(例如,4017 IC和7490 IC)。
所述控制器310可以是硬體元件,例如,微控制器和微處理器等。所述控制器310被配置為從所述第一電壓比較器301確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值(例如,所述電壓的絕對值從低於所述第一閾值的絕對值增加到等於或超過所述第一閾值的絕對值)時啟動時間延遲。在這裡使用絕對值是因為電壓可以是負的或正的。所述控制器310可被配置為在所述第一電壓比較器301確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值之前,保持停用所述第二電壓比較器302、所述計數器320、以及所述第一電壓比較器301的操作中不需要的任何其他電路。在所述電壓變得穩定(即所述電壓的變化率大致為零)之前或之後,所述時間延遲可以期滿。短語“變化率大致為零”意指所述電壓的時間變化率小於0.1%/ns。短語“變化率大致為非零”意指所述電壓的時間變化率至少為0.1%/ns。
所述控制器310可被配置為在所述時間延遲期間(包括開始和期滿)啟動所述第二電壓比較器。在實施例中,所述控制器310被配置為在所述時間延遲開始時啟動所述第二電壓比較器。術語“啟動”意指使元件進入操作狀態(例如,通過發送諸如電壓脈衝或邏輯電平等信號,通過提供電力等)。術語“停用”意指使元件進入非操作狀態(例如,通過發送諸如電壓脈衝或邏輯電平等信號,通過切斷電力等)。所述操作狀態可具有比所述非操作狀態更高的功耗(例如,高10倍、高100倍、高1000倍)。所述控制器310其自身可被停用直到所述第一電壓比較器301的輸出在所述電壓絕對值等於或超過所述第一閾值絕對值時啟動所述控制器310。
如果在所述時間延遲期間,所述第二電壓比較器302確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第二閾值的絕對值,則所述控制器310可被配置為使所述計數器320記錄的數目增加一。
所述控制器310可被配置為使所述可選的電壓表306在所述時間延遲期滿時測量所述電壓。所述控制器310可被配置為使所述電觸點118B連接到電接地,以重定所述電壓並使累積在所述電觸點118B上的任何載流子放電。在實施例中,所述電觸點118B在所述時間延遲期滿後連接到電接地。在實施例中,所述電觸點118B連接到電接地並持續有限的復位時段。所述控制器310可通過控制所述開關305而使所述至少一個所述電觸點119B連接到所述電接地。所述開關可以是電晶體比如場效應電晶體(FET)。
在實施例中,所述電子系統121沒有類比濾波器網路(例如,RC網路)。在實施例中,所述電子系統121沒有類比電路。
所述電壓表306可將其測量的電壓以類比或數位信號饋送給所述控制器310。
所述電子系統121可包括電連接到所述電觸點118B的積分器309,其中所述積分器被配置為從所述電觸點118B收集載流子。所述積分器309可在放大器的回饋路徑中包括電容器。如此配置的放大器稱為電容跨阻放大器(CTIA)。CTIA通過防止所述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頻寬來提高信噪比。來自所述電觸點118B的載流子在一段時間(“積分期”)內累積在所述電容器上。在所述積分期期滿後,所述電容器電壓被採樣,然後通過重定開關進行重定。所述積分器309可包括直接連接到所述電觸點118B的電容器。
圖3示意示出流過所述電觸點118B的,由輻射粒子產生的載流子所引起的電流的時間變化(上曲線)和所述電觸點118B電壓的對應時間變化(下曲線)。所述電壓可以是電流相對於時間的積分。在時間t0
,所述輻射粒子撞擊所述輻射吸收層110,載流子開始在所述輻射吸收層110中產生,電流開始流過所述電觸點118B,並且所述電觸點118B的電壓的絕對值開始增加。在時間t1
,所述第一電壓比較器301確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值V1的絕對值,所述控制器310啟動時間延遲TD1並且所述控制器310可在所述TD1開始時停用所述第一電壓比較器301。如果所述控制器310在時間t1
之前被停用,在時間t1
啟動所述控制器310。在所述TD1期間,所述控制器310啟動所述第二電壓比較器302。如這裡使用的術語在時間延遲“期間”意指開始和期滿(即,結束)以及中間的任何時間。例如,所述控制器310可在所述TD1期滿時啟動所述第二電壓比較器302。如果在所述TD1期間,所述第二電壓比較器302確定在時間t2
電壓的絕對值等於或超過所述第二閾值V2的絕對值,則所述控制器310等待電壓穩定。所述電壓在時間te
穩定,這時輻射粒子產生的所有載流子漂移出所述輻射吸收層110。在時間ts
,所述時間延遲TD1期滿。在時間te
之時或之後,所述控制器310使所述電壓表 306數位化所述電壓並且確定輻射粒子的能量落在哪個倉中。然後所述控制器310使對應於所述倉的所述計數器320記錄的數目增加一。在圖3的示例中,所述時間ts
在所述時間te
之後;即TD1在輻射粒子產生的所有載流子漂移出輻射吸收層110之後期滿。如果無法輕易測得時間te
,TD1可根據經驗選擇以允許有足夠的時間來收集由輻射粒子產生的大致上全部的載流子,但TD1不能太長,否則會有另一個入射輻射粒子產生的載流子被收集的風險。即,TD1可根據經驗選擇使得時間ts
在時間te
之後。時間ts
不一定在時間te
之後,因為一旦達到V2,控制器310可忽視TD1並等待時間te
。因此,電壓和暗電流對電壓的貢獻值之間的差異的變化率在時間te
大致為零。所述控制器310可被配置為在TD1期滿時或在時間t2
或中間的任何時間停用第二電壓比較器302。
在時間te
的電壓與由所述輻射粒子產生的載流子的數目成正比,所述數目與所述輻射粒子的能量有關。所述控制器310可被配置為使用所述電壓表306來確定輻射粒子的能量。
在TD1期滿或被所述電壓表 306數位化後(以較遲者為准),所述控制器使所述電觸點118B連接到電接地並持續一個復位時段RST,以允許累積在所述電觸點119B上的載流子流到地面並重定電壓。在RST之後,所述電子系統121已準備好檢測另一個入射輻射粒子。若所述第一電壓比較器301被停用,所述控制器310可在RST期滿之前的任何時間啟動它。若所述控制器310被停用,可在RST期滿之前啟動它。
圖4A至圖4F示意示出根據實施例的製造所述輻射檢測器100的方法流程圖。圖4A示意示出所述流程從具有絕緣層103和附接到所述絕緣層103的半導體層117的基板開始。在示例中,所述半導體層117可以是重摻雜的矽。
圖4B示意示出所述第一組電極119A和第二組電極119B是通過在半導體層117的整個厚度上進行蝕刻而形成的。如先前的示例中所示,所述第一組電極119A可具有或可不具有與所述第二組電極119B相同的形狀或結構。
圖4C示意示出半導體粒子116被引入到所述第一組電極119A與所述第二組電極119B之間的空隙中。例如,所述空隙可以填充有包含有分佈在流體中的半導體粒子116的漿料,其在稍後將被去除。所述半導體粒子116可包括GaAs、CdTe、CZT或其組合。所述半導體粒子116可包括其他合適的半導體。在實例中,所述半導體粒子116是熔合的。熔合之後,至少一些所述半導體粒子116可以變成多晶半導體。熔合之後,所述半導體粒子116之間仍可能存在空隙。
圖4D示意示出結合到所述電子器件層120的半導體層117(現在包含所述第一組電極119A和所述第二組電極119B)。圖4E示意示出在結合之後,所述第一組電極119A被電連接到所述第一組電觸點118A,所述第二組電極119B被電連接到所述第二組電觸點118B。多個晶片可被結合到同一個所述電子器件層120,其中每個晶片均包括所述輻射吸收層110。
圖4F示意示出可以在結合之後去除所述絕緣層103。
以上描述的所述輻射檢測器100可以在各種系統中使用,例如以下提供的系統。
圖5示意示出包括本發明所述輻射檢測器100的一種系統9000。所述系統可用於醫學成像,比如胸部輻射射線照相術、腹部輻射射線照相術等。所述系統包括輻射源1201。從所述輻射源1201發射的輻射穿透物體1202(例如,人體部分比如胸部、肢體、腹部),其被所述物體1202的內部結構(例如,骨骼、肌肉、脂肪和器官等)不同程度地衰減,並被投射到所述系統9000。所述系統9000通過檢測所述輻射的強度分佈來形成圖像。
圖6示意示出包括本發明所述輻射檢測器100的一種系統9000。所述系統可用於醫學成像比如牙科輻射射線照相術。所述系統包括輻射源1301。從所述輻射源1301發射的輻射穿透作為哺乳動物(例如,人類)口腔的一部分的物體1302。所述物體1302可包括上頜骨、上顎骨、牙齒、下頜骨或舌頭。所述輻射被所述物體1302的不同結構不同程度地衰減並被投射到所述系統9000。所述系統9000通過檢測所述輻射的強度分佈來形成圖像。牙齒比齲齒、感染、牙周韌帶吸收更多的輻射。牙科患者接受的輻射劑量通常很小(對於全口系列大約為0.150mSv)。
圖7示意示出包括本發明所述輻射檢測器100的一種貨物掃描或非侵入式檢查(NII)系統9000。所述系統可用於公共交通站或機場的行李檢查。所述系統包括輻射源1501。從所述輻射源1501發射的輻射可穿透一件行李1502,被行李的內容物不同程度地衰減,並被投射到所述系統9000。所述系統9000通過檢測所述透射輻射的強度分佈來形成圖像。所述系統可揭示行李的內容並識別公共交通工具上禁止的物品,例如槍支、麻醉品、利器、易燃物品。
圖8示意示出包括本發明所述輻射檢測器100的一種全身掃描器系統9000。所述全身掃描器系統9000可檢測人身上的金屬物或非金屬物以進行安全檢查,而無需物理地移除衣物或進行身體接觸。所述全身掃描器系統包括輻射源1601。從所述輻射源1601發射的輻射可從被檢查的人1602及其上的物體反向散射,並被投射到所述系統9000。所述物體和所述人體可不同地反向散射輻射。所述系統9000通過檢測所述反向散射輻射的強度分佈來形成圖像。所述系統9000所述輻射源1601可被配置為沿線性或旋轉方向掃描人。
圖9示意示出一種輻射電腦斷層掃描(輻射CT)系統9000。所述輻射CT系統使用電腦處理的輻射來產生被掃描物體的特定區域的斷層圖像(虛擬“切片”)。所述斷層圖像可用於各種醫學學科中的診斷和治療目的,或用於探傷檢測、失效分析、計量學、裝配分析和逆向工程。所述輻射CT系統包括本發明所述輻射檢測器100和輻射源1701,所述輻射檢測器100和所述輻射源1701可被配置為沿著一個或多個圓形或螺旋形路徑同步旋轉。
本發明所述輻射檢測器100還可具有其他應用,比如輻射望遠鏡、乳腺輻射照相、工業輻射缺陷檢測、輻射顯微鏡或輻射顯微照相、輻射鑄件檢驗、輻射無損檢測、輻射焊縫檢驗、輻射數位減影血管造影等。它可能適合於使用所述系統9000代替照相底片、攝影膠片、PSP膠片、輻射圖像增強器、閃爍體或另一種半導體輻射檢測器。
儘管本發明已經公開了各個方面和實施例,但是其他方面和實施例對於本領域技術人員而言將是顯而易見的。本發明公開的各個方面和實施例是為了說明的目的而不是限制性的,其真正的範圍和精神應該以本發明中的申請專利範圍為准。
100:輻射檢測器
103:絕緣層
104:距離
110:輻射吸收層
116:半導體粒子
117:半導體層
118A:第一組電觸點
118B:第二組電觸點
119A:第一組電極
119B:第二組電極
120:電子器件層
121:電子系統
122:電壓源
130:填充材料
131:通孔
301:第一電壓比較器
302:第二電壓比較器
305:開關
306:電壓表
309:積分器
310:控制器
320:計數器
1201、1301、1501、1601、1701:輻射源
1202、1302、1502:物體
1602:人
9000:系統
V1:第一閾值
V2:第二閾值
TD1:時間延遲
RST:復位時段
V:電壓
I:電流
t、t0、t1、t2、te、ts、tm、tr:時間
圖1A示意示出根據實施例的輻射檢測器的橫截面圖。
圖1B示意示出根據實施例的所述輻射檢測器的詳細橫截面圖。
圖1C至圖1E各自示意示出根據實施例的所述輻射檢測器的第一組電極和第二組電極的合適配置。
圖2A和圖2B各自示意示出根據實施例的所述輻射檢測器的電子系統元件圖。
圖3示意示出根據實施例的,由入射到與電觸點相關聯的像素上的可見光脈衝產生的載流子引起的流過所述電觸點的電流的時間變化(上曲線),以及所述電壓的相應時間變化(下曲線)。
圖4A至圖4F示意示出根據實施例的製造所述輻射檢測器的方法的流程圖。
圖5至圖9各自示意示出包括本發明所述輻射檢測器的一種系統。
100:輻射檢測器
103:絕緣層
104:距離
110:輻射吸收層
118A:第一組電觸點
118B:第二組電觸點
119A:第一組電極
119B:第二組電極
120:電子器件層
121:電子系統
122:電壓源
130:填充材料
131:通孔
Claims (30)
- 一種輻射檢測器,其包括: 電子器件層,包括第一組電觸點以及第二組電觸點; 輻射吸收層,配置用以吸收輻射; 第一組電極以及第二組電極,其中所述第一組電極和所述第二組電極相互交叉並且沿厚度方向延伸至所述輻射吸收層中, 其中所述電子器件層和所述輻射吸收層的結合,使得所述第一組電極電性連接至所述第一組電觸點,且所述第二組電極電性連接至所述第二組電觸點。
- 如申請專利範圍第1項所述的輻射檢測器,其中所述輻射吸收層包括砷化鎵、碲化鎘、鎘鋅碲或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述的輻射檢測器,其中所述第一組電極和所述第二組電極包括金屬或半導體。
- 如申請專利範圍第1項所述的輻射檢測器,其中所述第一組電極和所述第二組電極被配置為被差分偏置。
- 如申請專利範圍第1項所述的輻射檢測器,其中所述第一組電極中的一個電極與所述第二組電極中的最鄰近電極之間的距離不超過2λ,其中,λ是所述輻射吸收層中載流子的平均自由程。
- 如申請專利範圍第1項所述的輻射檢測器,其中所述第二組電極為圓柱形。
- 如申請專利範圍第1項所述的輻射檢測器,其中所述第二組電極為棱柱形。
- 如申請專利範圍第1項所述的輻射檢測器,其中所述第一組電極包括柵格。
- 如申請專利範圍第1項所述的輻射檢測器,其中所述第二組電極是離散的。
- 如申請專利範圍第1項所述的輻射檢測器,其中所述第一組電極和所述第二組電極沿著所述厚度方向共同延伸。
- 如申請專利範圍第1項所述的輻射檢測器,其進一步包括在遠離所述電子器件層的所述輻射吸收層的表面處的絕緣層,其中所述第一組電極和所述第二組電極被連接到所述絕緣層。
- 如申請專利範圍第1項所述的輻射檢測器,其中所述輻射吸收層包括多晶半導體。
- 如申請專利範圍第1項所述的輻射檢測器,其中所述電子器件層被配置為通過所述第一組電觸點和所述第二組電觸點將所述第一組電極和所述第二組電極偏置為不同的電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述的輻射檢測器,其中所述輻射是X射線。
- 如申請專利範圍第1項所述的輻射檢測器,其中所述電子器件層包括: 第一電壓比較器,其被配置為將所述第二組電觸點的電壓與第一閾值進行比較; 第二電壓比較器,其被配置為將所述電壓與第二閾值進行比較; 計數器,其被配置為記錄被所述輻射吸收層接收的輻射粒子的數目;以及 控制器,其中所述控制器被配置為從所述第一電壓比較器確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值時啟動時間延遲, 其中所述控制器被配置為在所述時間延遲期間啟動所述第二電壓比較器, 其中所述控制器被配置為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過所述第二閾值的絕對值,則使所述計數器記錄的數目增加一。
- 如申請專利範圍第15項所述的輻射檢測器,其進一步包括電連接到所述電觸點的積分器,其中所述積分器被配置為從所述電觸點收集載流子。
- 如申請專利範圍第15項所述的輻射檢測器,其中所述控制器被配置為在所述時間延遲的開始或期滿時啟動所述第二電壓比較器。
- 如申請專利範圍第15項所述的輻射檢測器,其中所述控制器被配置為將所述電觸點連接到電接地。
- 如申請專利範圍第15項所述的輻射檢測器,其中所述電壓的變化率在所述時間延遲期滿時大致為零。
- 一種方法,其包括: 獲得具有絕緣層和附著到所述絕緣層的半導體層的基板; 通過蝕刻整個所述半導體層的厚度,從所述半導體層形成第一組電極和第二組電極; 在所述第一組電極和所述第二組電極之間引入半導體粒子;以及 將所述半導體層與包括第一組電觸點和第二組電觸點的電子器件層結合,以使所述第一組電極電性連接至所述第一組電觸點,並且所述第二組電極電性連接至所述第二組電觸點。
- 如申請專利範圍第20項所述的方法,其中所述半導體粒子包括砷化鎵、碲化鎘、鎘鋅碲或其組合。
- 如申請專利範圍第20項所述的方法,其中在所述第一組電極和所述第二組電極之間引入所述半導體粒子,包括熔合所述半導體粒子。
- 如申請專利範圍第20項所述的方法,其中所述第一組電極和所述第二組電極被配置為被差分偏置。
- 如申請專利範圍第20項所述的方法,其中所述第一組電極中的一個電極與所述第二組電極中的最鄰近電極之間的距離不超過2λ,其中,λ是跨所述半導體粒子的載流子的平均自由程。
- 如申請專利範圍第20項所述的方法,其中所述第二組電極為圓柱形。
- 如申請專利範圍第20項所述的方法,其中所述第二組電極為棱柱形。
- 如申請專利範圍第20項所述的方法,其中所述第一組電極包括柵格。
- 如申請專利範圍第20項所述的方法,其中所述第二組電極是離散的。
- 如申請專利範圍第20項所述的方法,其中所述電子器件層被配置為通過所述第一組電觸點和所述第二組電觸點將所述第一組電極和所述第二組電極偏置為不同的電壓。
- 如申請專利範圍第20項所述的方法,更包括去除所述絕緣層。
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