TW202104934A - 半導體x射線檢測器、檢查系統、貨物掃描或非侵入式檢查系統、全身掃描器系統、x射線電腦斷層掃描系統及電子顯微鏡 - Google Patents

半導體x射線檢測器、檢查系統、貨物掃描或非侵入式檢查系統、全身掃描器系統、x射線電腦斷層掃描系統及電子顯微鏡 Download PDF

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Abstract

一種用於檢測X射線的裝置，其包括：X射線吸收層，其包括電極、電子器件層和密封所述X射線吸收層與所述電子器件層之間的電連接之間的空間的壁。所述電子器件層包括：第一電壓比較器和第二電壓比較器，其被配置為將電極的電壓分別與第一閾值和第二閾值進行比較；計數器，其被配置為記錄所述X射線吸收層所吸收的X射線光子的數目；控制器，其被配置為：從所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值的時間開始時間延遲；在所述時間延遲期間啟動所述第二電壓比較器；如果在所述時間延遲期間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所述數目增加一。

Description

半導體X射線檢測器、檢查系統、貨物掃描或非侵入式檢查系統、全身掃描器系統、X射線電腦斷層掃描系統及電子顯微鏡
本文的公開涉及X射線檢測器，尤其涉及半導體X射線檢測器。
X射線檢測器是可用於測量X射線的通量、空間分佈、光譜或其他特性的裝置。
X射線檢測器可用於許多應用，其中一個重要的應用是成像。X射線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，比如條狀或片狀。
在20世紀80年代，可光激發的磷光板（PSP板）開始可用。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X射線時，由X射線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激發。當雷射掃描所述PSP板時，被捕獲的激發電子發出光，這些光被光電倍增管收集，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版可重複使用。
另一種X射線檢測器是X射線圖像增強器。X射線圖像增強器的組件通常在真空中密封。與照相底片、照相膠片以及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X射線的強度成正比。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。
閃爍體在某種程度上與X射線圖像增強器的操作類似，因為閃爍體（例如，碘化鈉）吸收X射線並發射可見光，然後可以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X射線的吸收。因此，閃爍體必須在吸收效率和解析度之間達成折衷。
半導體X射線檢測器通過將X射線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X射線檢測器可包括吸收感興趣波長X射線的半導體層。當在半導體層中吸收X射線光子時，產生多個載流子（例如，電子和電洞）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X射線檢測器（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圖元的半導體X射線檢測器難以生產或不可能生產。
本文公開一種半導體X射線檢測器，其包括：X射線吸收層，其包括電極；電子器件層以及所述X射線吸收層與所述電子器件層之間的電連接之間的空間的壁。所述電子器件層包括：第一電壓比較器，其被配置為將所述電極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極的電壓與第二閾值進行比較；計數器，其被配置為記錄所述X射線吸收層所吸收的X射線光子的數目；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的時間開始時間延遲；其中所述控制器被配置為在所述時間延遲期間（包括開始和終止）啟動所述第二電壓比較器；其中所述控制器被配置為如果在所述時間延遲期間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所述數目增加一。所述第一電壓比較器和所述第二電壓比較器可以是相同的組件。當電壓比較器確定電壓的絕對值是否等於或超過閾值的絕對值時，所述電壓比較器不必比較所述絕對值。相反，當所述電壓和所述閾值都為負數時，所述電壓比較器可以比較所述電壓和所述閾值的實際值。當所述電壓等於或大於所述閾值的負值時，所述電壓的絕對值等於或超過所述閾值的絕對值。
根據實施例，所述電子器件層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終止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在所述時間延遲的開始或在所述時間延遲期間停用所述第一電壓比較器。根據實施例，所述控制器被配置為在所述時間延遲終止時或在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時停用所述第二電壓比較器。
根據實施例，所述電子器件層可進一步包括電壓表，並且其中所述控制器被配置為促使所述電壓表在所述時間延遲終止後測量電壓。
根據實施例，所述控制器被配置為基於在所述時間延遲終止後測量的所述電壓的值來確定所述X射線光子的能量。
根據實施例，所述控制器被配置為使所述電極連接到電接地。所述電接地可以是虛擬接地。虛擬接地是電路的一個節點，該節點保持穩定的參考電位，而沒有直接連接到所述參考電位。
根據實施例，所述電壓的變化率在所述時間延遲終止時實質上為零。
根據實施例，所述電壓的變化率在所述時間延遲終止時實質上為非零。
根據實施例，所述X射線吸收層包括二極體。
根據實施例，所述X射線吸收層包括矽、鍺、砷化鎵（GaAs）、碲化鎘（CdTe）、碲化鎘鋅（CdZnTe）或其組合。
根據實施例，所述半導體X射線檢測器不包括閃爍體。
根據實施例，所述半導體X射線檢測器包括圖元陣列。
本文公開一種檢查系統，其包括如上所述的半導體X射線檢測器和X射線源，其中所述檢查系統被配置為對人的胸部或腹部進行X射線照相。
根據實施例，所述檢查系統包括如上所述的半導體X射線檢測器和X射線源，其中所述檢查系統被配置為對人的口腔進行X射線照相。
本文公開一種貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統，其包括如上所述的半導體X射線檢測器和X射線源，其中所述貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統被配置為使用反向散射的X射線來形成圖像。
本文公開一種貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統，其包括如上所述的半導體X射線檢測器和X射線源，其中所述貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統被配置為使用被檢查物體透射的X射線來形成圖像。
本文公開一種全身掃描器系統，其包括如上所述的半導體X射線檢測器和X射線源。
本文公開一種X射線電腦斷層掃描（X射線CT）系統，其包括如上所述的半導體X射線檢測器和X射線源。
本文公開一種電子顯微鏡，其包括如上所述的半導體X射線檢測器、電子源和電子光學系統。
本文公開一種檢查系統，其包括如上所述的半導體X射線檢測器，其中所述檢查系統是X射線望遠鏡或X射線顯微鏡，或其中所述檢查系統被配置為執行乳腺X射線照相、工業缺陷檢測、X射線顯微照相、鑄件檢驗、焊縫檢驗、或數位減影血管造影。
本文公開一種適用於相襯X射線成像（PCI）的檢查系統，所述檢查系統包括：如上所述的半導體X射線檢測器，第二X射線檢測器，間隔件，其中所述半導體X射線檢測器和所述第二X射線檢測器被所述間隔件隔開。
根據實施例，所述半導體X射線檢測器和所述第二X射線檢測器被配置為分別同時捕捉物體的圖像。
根據實施例，所述第二X射線檢測器等同於所述半導體X射線檢測器。
本文公開一種適用於相襯X射線成像（PCI）的檢查系統，所述檢查系統包括：如上所述的半導體X射線檢測器，其中所述半導體X射線檢測器被配置為移到物體並捕捉其圖像，所述物體暴露於離所述物體不同距離的入射X光線。
根據實施例，所述半導體X射線檢測器是大面積X射線檢測器。
根據實施例，所述壁包括焊料或膠。
根據實施例，所述空間未完全填充。
根據實施例，所述壁包圍所述半導體X射線檢測器的所有所述電連接。
根據實施例，所述壁包括多個部分，每個所述部分圍繞所述半導體X射線檢測器的所述電連接的一個子集。
根據實施例，所述壁包括多個部分，每個所述部分圍繞所述半導體X射線檢測器的所述電連接之一。
圖1A示意示出根據實施例的半導體X射線檢測器100。所述半導體X射線檢測器100可包括X射線吸收層110和電子器件層120（例如，ASIC或CMOS層），其用於處理或分析入射X射線在所述X射線吸收層110中產生的電信號。在實施例中，所述半導體X射線檢測器100不包括閃爍體。所述X射線吸收層110可包括半導體材料，比如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或其組合。所述半導體材料對於感興趣的X射線能量可具有高的質量衰減係數。所述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組成的一個或多個二極體（例如，p-i-n或p-n）。所述第二摻雜區113可通過可選的本徵區112而與所述第一摻雜區111分離。所述離散區114通過所述第一摻雜區111或所述本徵區112而彼此分離。所述第一摻雜區111和所述第二摻雜區113具有相反類型的摻雜（例如，第一摻雜區111是p型並且第二摻雜區113是n型，或者第一摻雜區111是n型並且第二摻雜區113是p型）。在圖1A中的示例中，所述第二摻雜區113的每個離散區114與所述第一摻雜區111和所述可選的本徵區112一起組成一個二極體。即，在圖1A中的示例中，所述X射線吸收層110包括多個二極體，其具有所述第一摻雜區111作為共用電極。所述第一摻雜區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。所述半導體X射線檢測器100可包括X射線吸收層110和電子器件層120（例如，ASIC），其用於處理或分析入射X射線在所述X射線吸收層110中產生的電信號。在實施例中，所述半導體X射線檢測器100不包括閃爍體。所述X射線吸收層110可包括半導體材料，比如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或其組合。所述半導體材料對於感興趣的X射線能量可具有高的質量衰減係數。所述X射線吸收層110可不包括二極體但包括電阻器。
當X射線光子撞擊包括二極體的所述X射線吸收層110時，所述X射線光子可被吸收並通過若干機制產生一個或多個載流子。一個X射線光子可產生10到100000個載流子。所述載流子可在電場下向其中一個所述二極體的電極漂移。所述電場可以是外部電場。所述電觸點119B可包括離散部分，其中的每一個所述離散部分均與所述離散區114電連接。在實施例中，所述載流子可向不同方向漂移，使得由單個X射線光子產生的所述載流子實質上未被兩個不同的離散區114共用（「實質上未被共用」在這裡意指這些載流子中的不到5%、不到2%或不到1%流向與餘下載流子不同的一個所述離散區114）。在實施例中，由單個X射線光子產生的所述載流子可被兩個不同的離散區114共用。圖2示出具有離散區114的4×4陣列的所述半導體X射線檢測器100的一部分的示例性俯視圖。由入射在所述離散區114之一的足跡周圍的X射線光子所產生的載流子實質上未被另一所述離散區114共用。所述離散區114的周圍區，由入射在其中的X射線光子所產生的載流子實質上全部（超過95%、超過98%或超過99%）流向該所述離散區114，被稱為與該所述離散區114相關聯的一個圖元。即，所述載流子中的不到5%、不到2%或不到1%流到所述圖元之外。通過測量流入每個所述離散區114的漂移電流，或通過測量每個所述離散區114的電壓的變化率，被吸收的X射線光子的數目（與入射X射線強度有關）和/或其在與所述離散區114相關聯的所述圖元中的能量可被確定。因此，入射X射線強度的空間分佈（例如，圖像）可以通過分別測量進入所述離散區114的陣列中的每一個所述離散區114的漂移電流，或通過測量所述離散區114的陣列中的每一個所述離散區114的電壓的變化率來確定。所述圖元可以以任何合適的陣列組織，例如，正方形陣列、三角形陣列和蜂窩陣列。所述圖元可以具有任何合適的形狀，例如，圓形、三角形、正方形、矩形和六角形。所述圖元可以是單獨可定址的。
當X射線光子撞擊包括電阻器但不包括二極體的所述X射線吸收層110時，所述X射線光子可被吸收並通過若干機制產生一個或多個載流子。一個X射線光子可產生10到100000個載流子。所述載流子可在電場下向所述電觸點119A和所述電觸點119B漂移。所述電場可以是外部電場。所述電觸點119B包括離散部分。在實施例中，所述載流子可向不同方向漂移，使得由單個X射線光子產生的所述載流子實質上未被兩個不同的電觸點119B共用（「實質上未被共用」在這裡意指這些載流子中的不到5%、不到2%或不到1%流向與餘下載流子不同的所述離散部分之一）。在實施例中，由單個X射線光子產生的所述載流子可被所述電觸點119B的兩個不同的離散部分共用。由入射在所述電觸點119B的這些離散部分之一的足跡周圍的X射線光子所產生的載流子實質上未被所述電觸點119B的這些離散部分的另一個共用。所述電觸點119B的離散部分的周圍區，由入射在其中的X射線光子所產生的載流子實質上全部（超過95%、超過98%或超過99%）流向該所述電觸點119B的所述離散部分，被稱為與該所述電觸點119B的所述離散部分相關聯的一個圖元。即，所述載流子中的不到5%、不到2%或不到1%流到與該所述電觸點119B的離散部分之一相關聯的所述圖元之外。通過測量流入所述電觸點119B的每個所述離散部分的漂移電流，或通過測量所述電觸點119B的每個所述離散部分的電壓的變化率，被吸收的X射線光子的數目（與入射X射線強度有關）和/或其在與所述電觸點119B的所述離散部分相關聯的所述圖元中的能量可被確定。因此，入射X射線強度的空間分佈（例如，圖像）可以通過分別測量進入所述電觸點119B的離散部分陣列中的每一個離散部分的漂移電流，或通過測量所述電觸點119B的離散部分陣列中的每一個離散部分的電壓的變化率來確定。所述圖元可以以任何合適的陣列被組織，例如，正方形陣列、三角形陣列和蜂窩陣列。所述圖元可以具有任何合適的形狀，例如，圓形、三角形、正方形、矩形和六角形。所述圖元可以是單獨可定址的。
所述電子器件層120可包括電子系統121，其適用於處理或解釋由入射在所述X射線吸收層110上的X射線光子所產生的信號。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可包括由所述圖元共用的組件或專用於單個圖元的組件。例如，所述電子系統121可包括專用於每個所述圖元的放大器和在所有圖元間共用的微處理器。
所述電子系統121可通過電連接131電連接到所述X射線吸收層110的所述圖元。所述電連接131可以是焊球或任何其他合適的粘接機制。在一些實施例中，所述電連接131之間的空間可用填充材料填充。然而，可能難以填充所述電連接131之間的空間，並且不均勻的填充會導致所述圖元之間的不均勻的電特性（例如，電容），這會不利地影響所述半導體X射線檢測器100的性能。因此，在一些實施例中，所述電連接131之間的空間可以用壁130密封。例如，所述壁130可以圍繞所述X射線檢測器的所有所述電連接131。例如，所述壁130可包括一些部分，這些部分的每一個均圍繞所述X射線檢測器的所述電連接131的一個子集。例如，所述壁130可包括一些部分，這些部分的每一個均圍繞所述X射線檢測器的所述電連接131之一。所述壁130可以由任何合適的材料製成。例如，所述壁130在一個實施例中可以是焊料壁，或者在另一實施例中可以是膠壁。所述壁130可以防止污染物顆粒進入所述電連接131之間的空間，和/或減少或消除填充所述空間的需要。在至少一個實施例中，具有所述壁130的所述半導體X射線檢測器100可以大於4X4英寸，6X6英寸，或者甚至大於12X12英寸。
圖1C示意示出根據實施例的所述壁130的排列的示例。在製造過程中，所述X射線吸收層110可以被製造在第一半導體晶片134上，並且所述電子器件層120可以被製造在第二半導體晶片136上。所述第一半導體晶片134可以通過任何已知或待開發的粘接技術，例如直接粘接或倒裝晶片粘接，被粘接到所述第二半導體晶片136上。所述壁130可以設置在所述X射線吸收層110和所述電子器件層120之間的所述空間中（例如，所述第一半導體晶片134和所述第二半導體晶片136之間的包括所述電連接131的空間）。例如，所述壁130可以在粘接之前形成在第一半導體晶片134、第二半導體晶片136或兩者上。可以沿著虛線的間隙135將粘接的半導體晶片134和半導體晶片136切成小塊，並切割成多個半導體X射線檢測器100。所述壁130可以包括多個部分，其中每個所述部分圍繞在多個所述半導體X射線檢測器100中每個所述半導體X射線檢測器100中的所述電連接131。
圖1D示意示出圖1C中的所述壁130的排列的俯視圖。如圖所示，在該示例中，所述壁130圍繞所述半導體X射線檢測器100中的所有所述電連接131。圖1E示意示出所述壁130的另一種排列的俯視圖。如圖所示，在該示例中，所述壁130包括多個部分，其中每個所述部分圍繞在所述半導體X射線檢測器100中的所述電連接131的一個子集。圖1F示意示出所述壁130的另一種排列的俯視圖。如圖所示，在該示例中，所述壁130 包括多個部分，其中每個所述部分圍繞在所述半導體X射線檢測器100中的所述電連接131中的一個所述電連接131。
圖3A和圖3B各自示出根據實施例的所述電子系統121的組件圖。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被配置為將二極體300的電極的電壓與第一閾值進行比較。所述二極體可以是由所述第一摻雜區111、所述第二摻雜區113的所述離散區114之一和可選的所述本徵區112形成的二極體。可替代地，所述第一電壓比較器301被配置為將電觸點的所述電壓（例如，電觸點119B的離散部分）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二極體或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。被配置為連續比較器的所述第一電壓比較器301減少了所述電子系統121錯過由入射X射線光子產生的信號的機會。當入射的X射線強度相對較高時，被配置為連續比較器的所述第一電壓比較器301是特別適合的。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。配置為鐘控比較器的所述第一電壓比較器301可能導致所述電子系統121錯過某些入射X射線光子生成的信號。當入射X射線強度較低時，錯過入射X射線光子的機會就較低，因為兩個連續光子之間的時間間隔相對較長。因此，當入射X射線強度相對較低時，被配置為鐘控比較器的所述第一電壓比較器301是特別適合的。所述第一閾值可以是一個入射X射線光子在所述二極體和所述電阻器中所產生的最大電壓的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X射線光子的能量（即，所述入射X射線的波長）、所述X射線吸收層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二極體或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。如本文所使用的術語實數x的「絕對值」或「模數」|x|是x的非負值而不考慮它的符號。即，
Figure 02_image002
。所述第二閾值可以是所述第一閾值的200%-300%。所述第二閾值可以是一個入射X射線光子在所述二極體和所述電阻器中所產生的最大電壓的至少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可以是相同組件。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X射線下操作。然而，具有高速度通常以功耗為代價。
所述計數器320被配置為記錄到達所述二極體和所述電阻器的X射線光子的數目。所述計數器320可以是軟體組件（例如，存儲在電腦記憶體中的數位）或硬體組件（例如，4017IC和7490IC）。
所述控制器310可以是硬體組件，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）時開始時間延遲。在這裡使用絕對值是因為所述電壓可以是負電壓，也可以是正電壓，具體取決於是否使用所述二極體的陰極或陽極的電壓或哪個電觸點被使用。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實質上為零）之前或之後，所述時間延遲可以期滿。短語「變化率實質上為零」意指所述電壓的時間變化率小於0.1%/ns。短語「變化率實質上為非零」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」意指使組件進入操作狀態（例如，通過發送諸如電壓脈衝或邏輯準位等信號，通過提供電力等）。術語「停用」意指使組件進入非操作狀態（例如，通過發送諸如電壓脈衝或邏輯準位等信號，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本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極連接到電接地，以重定所述電壓並使所述電極上累積的任何載流子放電。在實施例中，所述電極在所述時間延遲期滿後連接到電接地。在實施例中，所述電極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而使所述電極連接到所述電接地。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二極體300的所述電極或所述電觸點的積分器309，其中所述積分器被配置為從所述電極收集載流子。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。來自所述至少一個所述電觸點119B的載流子在一段時間（「積分期」）（例如，如圖4所示，在t0 到t1 之間，或在t1 到t2 之間）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。所述積分器可包括直接連接到所述電極的電容器。
圖4示意示出由入射在所述二極體和所述電阻器上的的X射線光子產生的載流子所引起的，流過所述電極的所述電流的時間變化（上曲線）和所述電極的電壓的相應的時間變化（下曲線）。所述電壓可以是所述電流相對於時間的積分。在時間t0 ，所述X射線光子撞擊所述二極體和所述電阻器，載流子開始在所述二極體和所述電阻器中產生，電流開始流過所述二極體和所述電阻器的所述電極，並且所述電極或所述電觸點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開始時間延遲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，則在時間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。這裡使用的術語在時間延遲「期間」意指開始和期滿（即，結束）和中間的任何時間。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 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使述計數器320記錄的數目增加一。在時間te ，由所述X射線光子產生的所有載流子全部漂移出所述X射線吸收層110。在時間ts ，所述TD1期滿。在圖4的示例中，時間ts 在時間te 之後；即TD1在所述X射線光子產生的所有載流子全部漂移出所述X射線吸收層110之後期滿。因此所述電壓的變化率在時間ts 實質上為零。所述控制器310可被配置為在TD1期滿時或在時間t2 ，或在二者之間的任何時間停用所述第二電壓比較器302。
所述控制器310可被配置為在所述時間延遲TD1期滿時使所述電壓表306測量所述電壓。在實施例中，當所述電壓的變化率在所述時間延遲TD1期滿後變為實質上為零之後，所述控制器310使所述電壓表306測量所述電壓。此時的所述電壓與一個X射線光子產生的載流子的數目成正比，其與所述X射線光子的能量有關。所述控制器310可被配置為基於所述電壓表306測得的電壓來確定所述X射線光子的能量。確定所述能量的一種方法是對電壓進行裝倉。所述計數器320可具有用於每個倉的子計數器。當所述控制器310確定所述X射線光子的所述能量落在一個倉中時，該所述控制器310可以使在針對該倉的子計數器中記錄的數目增加一。因此，所述電子系統121能夠檢測X射線的圖像並且能夠解析每個X射線光子的X射線光子能量。
在TD1期滿之後，所述控制器310使所述電極連接到電接地並持續一個復位時段RST，以允許所述電極上累積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X射線光子。隱含地，在圖4的示例中所述電子系統121可以處理的入射X射線光子的速率受限於1 /（TD1 + RST）。如果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。如果所述控制器310被停用，則其可在RST期滿之前被啟動。
圖5示意示出在以圖4所示的方式操作的所述電子系統121中，由雜訊（例如，暗電流、背景輻射、散射輻射、螢光輻射、來自相鄰圖元的共用電荷）引起的流過所述電極的電流的時間變化（上曲線），以及所述電極的電壓的相應的時間變化（下曲線）。在時間t0 ，所述雜訊開始。如果所述雜訊沒有大到足以導致所述電壓的絕對值超過V1的絕對值，則所述控制器310不啟動所述第二電壓比較器302。如果所述雜訊大到足以導致所述電壓的絕對值如所述第一電壓比較器301所確定的在時間t1 超過V1的絕對值，則所述控制器310啟動所述時間延遲TD1，並且所述控制器310可在TD1開始時停用所述第一電壓比較器301。在TD1期間（例如，在TD1期滿時），所述控制器310啟動所述第二電壓比較器302。所述雜訊非常不可能大到足以在TD1期間使所述電壓的絕對值超過V2的絕對值。因此，所述控制器310不會使所述計數器320記錄的數目增加。在時間te ，所述雜訊結束。在時間ts ，所述時間延遲TD1期滿。所述控制器310可被配置為在TD1期滿時停用所述第二電壓比較器302。如果在TD1期間所述電壓的絕對值不超過V2的絕對值，則所述控制器310可被配置為不讓所述電壓表306測量所述電壓。在TD1期滿後，所述控制器310將使所述電極連接到電接地並持續一個復位週期RST，以允許由於雜訊而累積在所述電極上的載流子流到地面並重定所述電壓。因此，所述電子系統121可以非常有效地抑制雜訊。
圖6示意示出，當所述電子系統121以高於1/（TD1 + RST）的速率操作以檢測入射X射線光子時，由入射在所述二極體和所述電阻器上的X射線光子產生的載流子所引起的流過所述電極的電流的時間變化（上曲線），以及所述電極的電壓的相應的時間變化（下曲線）。所述電壓可以是所述電流相對於時間的積分。在時間t0 ，所述X射線光子撞擊所述二極體和所述電阻器，載流子開始在所述二極體和所述電阻器中產生，電流開始流過所述二極體和所述電阻器的所述電極，所述電極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啟動比TD1短的時間延遲TD2，並且所述控制器310可在TD2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 之前已被停用，則所述控制器310在時間t1 被啟動。在TD2期間（例如，在TD2期滿時），所述控制器310啟動所述第二電壓比較器302。如果在TD2期間，所述第二電壓比較器302確定所述電壓的絕對值在時間t2 等於或超過所述第二閾值的絕對值，則所述控制器310使所述計數器320記錄的數目增加一。在時間te ，由所述X射線光子產生的所有載流子都漂移到所述X射線吸收層110之外。在時間th ，所述時間延遲TD2期滿。在圖6的示例中，時間th 在時間te 之前；即，TD2在由所述X射線光子產生的所有載流子都漂移出所述X射線吸收層110之前期滿。因此，所述電壓的變化率在時間th 實質上為非零。所述控制器310可被配置為在TD2期滿時或在時間t2 ，或在二者之間的任何時間停用所述第二電壓比較器302。
所述控制器310可被配置為根據在TD2期間作為時間函數的所述電壓來推斷在時間te 處的所述電壓，並使用所述推斷的電壓來確定所述X射線光子的能量。
在TD2期滿後，所述控制器310使所述電極連接到電接地並持續一個復位時段RST，以允許所述電極上累積的載流子流到地面並重定所述電壓。在實施例中，RST在時間te 之前期滿。所述電壓的變化率在RST之後可實質上為非零，因為由所述X射線光子產生的全部載流子在時間te 之前的RST期滿時還沒有漂移出所述X射線吸收層110。所述電壓的變化率在時間te 之後變得實質上為零，並且所述電壓在時間te 之後穩定在剩餘電壓VR。在實施例中，RST在時間te 之時或之後期滿，並且所述電壓的變化率在RST之後可實質上為零，因為由所述X射線光子產生的全部載流子在時間te 漂移出所述X射線吸收層110。在RST之後，所述電子系統121已準備好檢測另一個入射X射線光子。如果所述第一電壓比較器301已被停用，所述控制器310可在RST期滿之前的任何時間啟動它。如果所述控制器310已被停用，則其可在RST期滿之前被啟動。
圖7示意示出在以圖6中所示的方式操作的所述電子系統121中，由雜訊（例如，暗電流、背景輻射、散射輻射、螢光輻射、來自相鄰圖元的共用電荷）引起的流過所述電極的電流的時間變化（上曲線），以及所述電極的電壓的相應的時間變化（下曲線）。在時間t0 ，所述雜訊開始。如果所述雜訊沒有大到足以導致電壓的絕對值超過V1的絕對值，則所述控制器310不啟動所述第二電壓比較器302。如果所述雜訊大到，如第一電壓比較器301所確定的，足以導致所述電壓的絕對值在時間t1 超過V1的絕對值，則所述控制器310啟動所述時間延遲TD2，並且所述控制器310可以在TD2開始時停用第一電壓比較器301。在TD2期間（例如，在TD2期滿時），所述控制器310啟動第二電壓比較器302。所述雜訊非常不可能大到足以在TD2期間使所述電壓的絕對值超過V2的絕對值。因此，所述控制器310不會使所述計數器320記錄的數目增加。在時間te ，所述噪音結束。在時間th ，所述時間延遲TD2期滿。所述控制器310可被配置為在TD2期滿時停用所述第二電壓比較器302。在TD2期滿之後，所述控制器310將所述電極連接到電接地並持續一個復位週期RST，以允許由於雜訊而累積在所述電極上的載流子流到地面並重定所述電壓。因此，所述電子系統121可非常有效地抑制雜訊。
圖8示意示出，在以圖6中所示的方式操作的所述電子系統121中，RST在時間te 之前期滿，由入射在所述二極體和所述電阻器上的一系列X射線光子所產生的載流子引起的流過所述電極的電流的時間變化（上曲線），以及所述電極的電壓的相應的時間變化（下曲線）。由每個入射X射線光子產生的載流子所引起的電壓曲線被所述X射線光子之前的剩餘電壓抵消。所述剩餘電壓的絕對值隨每個入射X射線光子連續增加。當所述剩餘電壓的絕對值超過V1時（參見圖8中的虛線矩形），所述控制器啟動所述時間延遲TD2，並且所述控制器310可在TD2開始時停用所述第一電壓比較器301。如果在TD2期間沒有其他X射線光子入射在所述二極體和所述電阻器上，則所述控制器在TD2結束時的復位時間段RST期間將所述電極連接到電接地，從而重定所述剩餘電壓。因此，所述剩餘電壓不會導致所述計數器320記錄的數目增加。
圖9A示出適用於使用諸如圖4所示的所述電子系統121之類的系統來檢測X射線的方法的流程圖。在步驟901中，將暴露於X射線的二極體的電極或電阻器的電觸點的電壓與第一閾值進行比較（例如，使用所述第一電壓比較器301）。在步驟902中，確定（例如，使用所述控制器310）所述電壓的絕對值是否等於或超過所述第一閾值V1的絕對值。如果所述電壓的絕對值沒有等於或超過所述第一閾值的絕對值，則所述方法返回到步驟901。如果所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值，則繼續到步驟903。在步驟903中，開始（例如，使用所述控制器310）時間延遲TD1。在步驟904，在所述時間延遲TD1期間（例如，在TD1期滿時），啟動（例如，使用所述控制器310）電路（例如，所述第二電壓比較器302或所述計數器320）。在步驟905中，將所述電壓與所述第二閾值進行比較（例如，使用所述第二電壓比較器302）。在步驟906中，確定（例如，使用所述控制器310）所述電壓的絕對值是否等於或超過所述第二閾值V2的絕對值。如果所述電壓的絕對值沒有等於或超過所述第二閾值的絕對值，則所述方法進入步驟910。如果所述電壓的絕對值等於或超過所述第二閾值的絕對值，則繼續到步驟907。在步驟907中，使（例如，使用所述控制器310）所述計數器320中記錄的數目增加一。在可選的步驟908中，測量（例如，使用所述電壓表306）在所述時間延遲TD1期滿時的所述電壓。在可選的步驟909中，基於在步驟908中測得的所述電壓來確定（例如，使用所述控制器310）所述X射線光子能量。每個能量倉可以有一個計數器。在測量了所述X射線光子能量後，所述X射線光子能量所屬的所述倉的計數器可以增加一。所述方法在步驟909之後進入步驟910。在步驟910中，將所述電壓重置為電接地（例如，通過將所述二極體的所述電極或電阻器的電觸點連接到電接地）。步驟908和909可被省略，例如，當相鄰圖元共用從單個X射線光子產生的載流子的大部分（例如，＞ 30%）時。
圖9B示出適用於使用諸如圖6所示的所述電子系統121之類的系統檢測X射線的方法的流程圖。在步驟1001中，將二極體的電極或電阻器的電觸點的電壓與所述第一閾值進行比較（例如，使用所述第一電壓比較器301）。在步驟1002中，確定（例如，利用所述控制器310）所述電壓的絕對值是否等於或超過所述第一閾值V1的絕對值。如果所述電壓的絕對值沒有等於或超過所述第一閾值的絕對值，則所述方法返回到步驟1001。如果所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值，則繼續到步驟1003。在步驟1003中，開始（例如，使用所述控制器310）所述時間延遲TD2。在步驟1004中，在時間延遲TD2期間（例如，在TD2期滿時），啟動（例如，使用所述控制器310）電路（例如，第二電壓比較器302或計數器320）。在步驟1005中，將所述電壓與所述第二閾值進行比較（例如，使用所述第二電壓比較器302）。在步驟1006中，確定（例如，使用所述控制器310）所述電壓的絕對值是否等於或超過所述第二閾值V2的絕對值。如果所述電壓的絕對值沒有等於或超過所述第二閾值的絕對值，則所述方法進入步驟1010。如果所述電壓的絕對值等於或超過所述第二閾值的絕對值，則繼續步驟1007。在步驟1007中，使（例如，使用所述控制器310）所述計數器320中記錄的數目增加一。所述方法在步驟1007之後進入步驟1010。在步驟1010中，將所述電壓重置（例如，通過將所述二極體的所述電極或電阻器的電觸點連接到電接地）為電接地。
所述半導體X射線檢測器100可用於相襯X射線成像（PCI）（也稱為相敏X射線成像）。PCI包含至少部分地使用由物體引起的X射線束的相移（包括相移的空間分佈）來形成所述物體圖像的技術。獲得相移的一種方法是將相位轉換為強度變化。
PCI可以與斷層攝影技術結合以獲得所述物體的折射率的實部的3D分佈。與傳統的基於強度的X射線成像（例如射線照相）相比，PCI對所述物體的密度變化更敏感。PCI對軟組織成像尤其有用。
根據實施例，圖10示意示出適用於PCI的系統1900。所述系統1900可包括至少兩個X射線檢測器1910和1920。所述兩個X射線檢測器1910之一或其兩個是本文所述的半導體X射線檢測器100。所述X射線檢測器1910和1920可由間隔件1930隔開。所述間隔件1930可對所述X射線具有非常少的吸收。例如，所述間隔件1930可具有非常小的質量衰減係數（例如，>10 cm2g-1、>1 cm2g-1、>0.1 cm2g-1或 >0.01 cm2g-1）。所述間隔件1930的質量衰減係數可是均勻的（例如，所述間隔件1930中每兩個點之間的變化小於5%、小於1%或小於0.1%）。所述間隔件1930可以使穿過所述間隔件1930的X射線的相位改變相同的數量。例如，所述間隔件1930可以是氣體（例如，空氣），真空室，其可包括鋁、鈹、矽或其組合。
所述系統1900可用於獲得由成像的物體1960引起的入射X射線1950的相移。所述X射線檢測器1910和所述X射線檢測器1920可以同時捕獲兩個圖像（即，強度分佈）。由於所述X射線檢測器1910和所述X射線檢測器1920被所述間隔物1930隔開，所以兩個圖像距所述物體1960的距離不同。例如，可以使用基於菲涅耳衍射積分線性化的演算法從所述兩個圖像確定所述相位。
根據實施例，圖11示意示出適用於PCI的系統1800。所述系統1800包括本文所述的半導體X射線檢測器100。所述半導體X射線檢測器100被配置為移動並在距物體1860不同距離處捕獲暴露於入射X射線1850的所述物體1860的圖像。所述圖像可以不必同時被捕獲。例如，可以使用基於菲涅耳衍射積分線性化的演算法從所述圖像確定所述相位。
圖12示意示出包括本文所述的半導體X射線檢測器100的系統。所述系統可用於醫學成像，比如胸部X射線照相、腹部X射線照相等。所述系統包括X射線源1201。從所述X射線源1201發射的X射線穿透物體1202（例如，人體部分比如胸部、四肢、腹部），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，並被投射到所述半導體X射線檢測器100。所述半導體X射線檢測器100通過檢測所述X射線的強度分佈來形成圖像。
圖13示意示出包括本文所述的半導體X射線檢測器100的系統。所述系統可用於醫學成像，比如牙科X射線照相。所述系統包括X射線源1301。從所述X射線源1301發射的X射線穿透作為哺乳動物（例如，人）口腔一部分的物體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X射線被所述物體1302的不同結構不同程度地衰減並被投射到所述半導體X射線檢測器100。所述半導體X射線檢測器100通過檢測所述X射線的強度分佈來形成圖像。牙齒吸收X射線比齲齒、口腔病害、牙周韌帶等更多。牙科患者接受的X射線輻射劑量通常很小（對於一個完整的口腔系列，約為0.150mSv）。
圖14示意示出包括本文所述的半導體X射線檢測器100的貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統。所述系統可用於檢查和識別運輸系統中的貨物，比如集裝箱、車輛、船舶、行李等。所述系統包括X射線源1401。從所述X射線源1401發射的X射線可從物體1402（例如，運輸集裝箱、車輛、船舶等）反向散射並被投射到所述半導體X射線檢測器100。所述物體1402的不同內部結構可不同地反向散射X射線。所述半導體X射線檢測器100通過檢測所述反向散射的X射線的強度分佈和/或所述反向散射的X射線光子的能量來形成圖像。
圖15示意示出包括本文所述的半導體X射線檢測器100的另一貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統。所述系統可用於公共交通站和機場的行李檢查。所述系統包括X射線源1501。從所述X射線源1501發射的X射線可穿透一件行李1502，被行李的內容物不同程度地衰減，並被投射到所述半導體X射線檢測器100。所述半導體X射線檢測器100通過檢測透射的X射線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上禁止的物品，例如槍支、麻醉品、利器、易燃物品。
圖16示意示出包括本文所述的半導體X射線檢測器100的全身掃描器系統。所述全身掃描器系統可檢測人體上的物體以進行安全檢查，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能夠檢測非金屬物體。所述全身掃描器系統包括X射線源1601。從所述X射線源1601發射的X射線可從被遮罩的人1602及其上的物體反向散射，並被投射到所述半導體X射線檢測器100。所述物體和所述人體可不同地反向散射X射線。所述半導體X射線檢測器100通過檢測反向散射的X射線的強度分佈來形成圖像。所述半導體X射線檢測器100和所述X射線源1601可被配置為沿線性或旋轉方向掃描人。
圖17示意示出一種X射線電腦斷層掃描（X射線CT）系統。所述X射線電腦斷層掃描（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X射線電腦斷層掃描（X射線CT）系統包括本文所述的半導體X射線檢測器100和X射線源1701。所述半導體X射線檢測器100和所述X射線源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。
圖18示意示出一種電子顯微鏡。所述電子顯微鏡包括電子源1801（也稱為電子槍），其被配置為發射電子。所述電子源1801可具有各種發射機制，比如熱離子、光電陰極、冷發射或等離子體源。發射的所述電子穿過電子光學系統1803，其可被配置為塑形、加速或聚焦所述電子。然後所述電子到達樣品1802並且圖像檢測器可由此形成圖像。所述電子顯微鏡可包括本文所述的半導體X射線檢測器100，用於執行能量色散X射線光譜（EDS）。能量色散X射線光譜（EDS）是一種用於樣品的元素分析或化學表徵的分析技術。在所述電子入射到樣品上時，它們導致所述樣品發出特徵X射線。所述入射電子可激發所述樣品中原子內殼層的電子，將其從所述殼體中射出，同時產生所述電子之前所在的電子電洞。然後來自外層、更高能量殼的電子填充所述電洞，並且較高能量殼和較低能量殼之間的能量差可以以X射線的形式釋放。從所述樣品發射的X射線的數目和能量可由所述半導體X射線檢測器100測量。
這裡描述的所述半導體X射線檢測器100可具有其他應用，比如X射線望遠鏡、乳腺X射線照相、工業X射線缺陷檢測、X射線顯微鏡或X射線顯微照相、X射線鑄件檢驗、X射線無損檢測、X射線焊縫檢驗、X射線數位減影血管造影等。它可適用於使用所述半導體X射線檢測器100代替照相底片、攝影膠片、PSP膠片、X射線圖像增強器、閃爍體或另一種半導體X射線檢測器。
儘管本文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。本文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文中的申請專利範圍為準。
100:半導體X射線檢測器 110:X射線吸收層 111:第一摻雜區 112:本徵區 113:第二摻雜區 114:離散區 119A、119B:電觸點 120:電子器件層 121:電子系統 130:壁 131:電連接 134:第一半導體晶片 135:間隙 136:第二半導體晶片 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:積分器 310:控制器 320:計數器 901、902、903、904、905、906、907、908、909、910、1001、1002、1003、1004、1005、1006、1007、1010:步驟 1201、1301、1401、1501、1601、1701:X射線源 1202、1302、1402、1860、1960:物體 1502:行李 1602:人 1800、1900:系統 1801:電子源 1802:樣品 1803:電子光學系統 1850、1950:入射X射線 1910、1920:X射線檢測器 1930:間隔件 RST:復位時段 t0 、t1 、t2 、te 、th 、ts :時間 TD1、TD2:時間延遲 V1:第一閾值 V2:第二閾值
圖1A示意示出根據實施例的半導體X射線檢測器。 圖1B示出根據實施例的半導體X射線檢測器。 圖1C示意示出根據實施例的在所述X射線吸收層與所述半導體X射線檢測器的所述電子器件層之間的所述電連接之間的所述空間中的壁的排列的示例。 圖1D示意示出圖1C中的所述壁的排列的俯視圖。 圖1E示意示出所述壁的另一種排列的俯視圖。 圖1F示意示出所述壁的另一種排列的俯視圖。 圖2示出根據實施例的圖1A中的所述半導體X射線檢測器的一部分的俯視圖的示例。 圖3A和圖3B各自示出根據實施例的圖1A和圖1B中的所述半導體X射線檢測器的電子系統的組件圖。 圖4示意示出根據實施例的由所述X射線吸收層上入射的X射線光子產生的載流子所引起的，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），以及所述電極的所述電壓的相應的時間變化（下曲線）。 圖5示意示出根據實施例的，在以如圖4中所示的方式操作的所述電子系統中，由雜訊（例如，暗電流）所引起的流過所述電極的所述電流的時間變化（上曲線），以及所述電極的所述電壓的相應的時間變化（下曲線）。 圖6示意示出根據實施例的，當所述電子系統以更高的速率檢測入射的X射線光子時，由所述X射線吸收層上入射的X射線光子產生的載流子所引起的，流過暴露於X射線的所述X射線吸收層的電極的電流的時間變化（上曲線），以及所述電極的所述電壓的相應的時間變化（下曲線）。 圖7示意示出根據實施例的，在以如圖6中所示的方式操作的所述電子系統中，由雜訊（例如，暗電流）所引起的流過所述電極的所述電流的時間變化（上曲線），以及所述電極的所述電壓的相應的時間變化（下曲線）。 圖8示意示出根據實施例的，在以如圖6中所示的方式（其中RST在te 之前終止）操作的所述電子系統中，由所述X射線吸收層上入射的一系列的X射線光子產生的載流子所引起的，流過所述電極的所述電流的時間變化（上曲線），以及所述電極的所述電壓的相應的時間變化（下曲線）。 圖9A示出根據實施例的適用於使用如圖4中所示的電子系統之類的系統來檢測X射線的方法的流程圖。 圖9B示出根據實施例的適用於使用如圖6中所示的電子系統之類的系統來檢測X射線的方法的流程圖。 圖10示意示出根據實施例的適用於相襯X射線成像（PCI）的系統。 圖11示意示出根據實施例的適用於相襯X射線成像（PCI）的系統。 圖12示意示出根據實施例的包括本文所述的半導體X射線檢測器的系統，該系統適用於醫學成像，例如胸部X射線照相、腹部X射線照相等。 圖13示意示出根據實施例的包括本文所述的半導體X射線檢測器的一種系統，該系統適用於牙科X射線照相。 圖14示意示出根據實施例的一種貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統，其包括本文所述的半導體X射線檢測器。 圖15示意示出根據實施例的另一種貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統，其包括本文所述的半導體X射線檢測器。 圖16示意示出根據實施例的一種全身掃描器系統，其包括本文所述的半導體X射線檢測器。 圖17示意示出根據實施例的一種X射線電腦斷層掃描（X射線CT）系統，其包括本文所述的半導體X射線檢測器。 圖18示意示出根據實施例的一種電子顯微鏡，其包括本文所述的半導體X射線檢測器。
100:半導體X射線檢測器
130:壁
131:電連接

Claims (31)

  1. 一種半導體X射線檢測器，包括： X射線吸收層，其包括電極； 電子器件層，其包括： 第一電壓比較器，其被配置為將所述電極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極的電壓與第二閾值進行比較； 計數器，其被配置為記錄所述X射線吸收層所吸收的X射線光子的數目；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的時間開始時間延遲； 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在所述時間延遲期間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所述數目增加一；以及 所述X射線吸收層與所述電子器件層之間的電連接之間的空間的壁。
  2. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述電子器件層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。
  3. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述控制器被配置為在所述時間延遲的開始或終止時啟動所述第二電壓比較器。
  4. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述電子器件層進一步包括電壓表，其中所述控制器被配置為促使所述電壓表在所述時間延遲終止後測量電壓。
  5. 如請求項4所述的半導體X射線檢測器，其中所述控制器被配置為基於在所述時間延遲終止後測量的所述電壓的值來確定所述X射線光子的能量。
  6. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述控制器被配置為使所述電極連接到電接地。
  7. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述電壓的變化率在所述時間延遲終止時實質上為零。
  8. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述電壓的變化率在所述時間延遲終止時實質上為非零。
  9. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述X射線吸收層包括二極體。
  10. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述X射線吸收層包括矽、鍺、砷化鎵、碲化鎘、碲化鎘鋅或其組合。
  11. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述半導體X射線檢測器不包括閃爍體。
  12. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述半導體X射線檢測器包括圖元陣列。
  13. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述控制器被配置為在所述時間延遲開始時停用所述第一電壓比較器。
  14. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述控制器被配置為在所述時間延遲終止時，或在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時，或在其中間的時間停用所述第二電壓比較器。
  15. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述壁包括焊料或膠。
  16. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述空間未完全填充。
  17. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述壁包圍所述半導體X射線檢測器的所有所述電連接。
  18. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述壁包括多個部分，每個所述部分圍繞所述半導體X射線檢測器的所述電連接的一個子集。
  19. 如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述壁包括多個部分，每個所述部分圍繞所述半導體X射線檢測器的所述電連接之一。
  20. 一種檢查系統，其包括如請求項1所述的半導體X射線檢測器和X射線源，其中所述檢查系統被配置為對人的胸部或腹部進行X射線照相。
  21. 一種檢查系統，其包括如請求項1所述的半導體X射線檢測器和X射線源，其中所述檢查系統被配置為對人的口腔進行X射線照相。
  22. 一種貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統，其包括如請求項1所述的半導體X射線檢測器和X射線源，其中所述貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統被配置為使用反向散射的X射線來形成圖像。
  23. 一種貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統，其包括如請求項1所述的半導體X射線檢測器和X射線源，其中所述貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統被配置為使用被檢查物體透射的X射線來形成圖像。
  24. 一種全身掃描器系統，其包括如請求項1所述的半導體X射線檢測器和X射線源。
  25. 一種X射線電腦斷層掃描（X射線CT）系統，其包括如請求項1所述的半導體X射線檢測器和X射線源。
  26. 一種電子顯微鏡，其包括如請求項1所述的半導體X射線檢測器、電子源和電子光學系統。
  27. 一種檢查系統，其包括如請求項1所述的半導體X射線檢測器，其中所述檢查系統是X射線望遠鏡或X射線顯微鏡，或其中所述檢查系統被配置為執行乳腺X射線照相、工業缺陷檢測、X射線顯微照相、鑄件檢驗、焊縫檢驗、或數位減影血管造影。
  28. 一種適用於相襯X射線成像（PCI）的檢查系統，所述檢查系統包括： 如請求項1所述的半導體X射線檢測器， 第二X射線檢測器， 間隔件， 其中所述半導體X射線檢測器和所述第二X射線檢測器被所述間隔件隔開。
  29. 如請求項28所述的檢查系統，其中所述半導體X射線檢測器和所述第二X射線檢測器被配置為分別同時捕捉物體的圖像。
  30. 如請求項28所述的檢查系統，其中所述第二X射線檢測器等同於所述半導體X射線檢測器。
  31. 一種適用於相襯X射線成像（PCI）的檢查系統，所述檢查系統包括： 如請求項1所述的半導體X射線檢測器， 其中所述半導體X射線檢測器被配置為移到物體並捕捉其圖像，所述物體暴露於離所述物體不同距離的入射X光線。
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