TW202105907A - 用於暗噪音補償的放大器 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種放大器，其包括：運算放大器，該運算放大器被配置爲在其輸入端接收第一電流；第一MOS（金屬氧化物半導體）電容器，其連接到所述運算放大器的所述輸入端和輸出端。

Description

用於暗噪音補償的放大器

本發明是有關於一種放大器，且特別是有關於一種用於暗噪音補償的放大器。

輻射檢測器是一種測量輻射特性的設備。所述特性的示例可包括輻射的强度、相位和偏振的空間分布。輻射可以是與對象相互作用的輻射。例如，由輻射檢測器測量的輻射可以是已經從對象穿透或從對象反射的輻射。輻射可以是電磁輻射，比如，紅外光、可見光、紫外光、X射線或γ射線。輻射可以是其他類型，比如，α射線和β射線。

一種類型的輻射檢測器是基於輻射和半導體之間的相互作用。例如，該類型的輻射檢測器可具有吸收輻射並産生電荷載子（例如，電子和空穴）的半導體層和用於檢測所述電荷載子的電路。

輻射檢測器可受到暗噪音（例如，暗電流）的不利影響。即使沒有輻射檢測器被配置來檢測的輻射入射到所述輻射檢測器上，所述輻射檢測器中的暗噪音也包括物理效應。隔離或减少所述暗噪音對所述輻射檢測器檢測到的整體信號的影響，有助於使所述輻射檢測器更有用。减少所述暗噪音影響的一種方法是通過確定和消除所述輻射檢測器的信號測量電路中的暗噪音貢獻來補償所述暗噪音。

本發明公開一種放大器，其包括：運算放大器，該運算放大器被配置爲在其輸入端接收第一電流；第一MOS電容器，其連接到所述運算放大器的所述輸入端和輸出端。

根據實施例，所述放大器進一步包括可調電流源，該可調電流源將第二電流饋送到所述輸入端。

根據實施例，所述第一MOS電容器是MOSFET，該MOSFET的源極電極短路到其汲極電極。

根據實施例，所述源極電極和所述汲極電極連接到所述運算放大器的所述輸出端，並且所述MOSFET的栅極電極連接到所述運算放大器的所述輸入端。

根據實施例，所述源極電極和所述汲極電極連接到所述運算放大器的所述輸入端，而所述MOSFET的栅極電極連接到所述運算放大器的所述輸出端。

根據實施例，所述可調節電流源可通過電信號來調節。

根據實施例，所述可調電流源包括第二MOS電容器。

根據實施例，所述可調電流源包括與所述第二MOS電容器並聯的第三MOS電容器；其中所述第二MOS電容器的栅極電極連接至所述輸入端並且所述第三MOS電容器的本體觸點連接至所述輸入端；其中所述第三MOS電容器的栅極電極連接到所述運算放大器的所述輸入端並且所述第三MOS電容器的本體觸點連接到所述電信號。

根據實施例，所述第一電流包括輻射檢測器的暗噪音；其中所述可調電流源被配置爲補償所述暗噪音。

根據實施例，所述放大器進一步包括處理器，該處理器被配置爲基於所述輸出的位準來産生所述電信號。

根據實施例，所述處理器被配置爲進一步基於比較器的輸出來産生所述電信號。

根據實施例，所述處理器包括電荷泵。

根據實施例，所述電荷泵被配置爲通過時鐘信號來接通和斷開。

本發明公開一種輻射檢測器，其包括：輻射吸收層，其包括電極；如請求項1所述的放大器，其中所述第一電流來自所述電極，並且所述放大器被配置爲基於所述第一電流在所述輸出端産生電壓；第一電壓比較器，其被配置爲將所述電極的電壓與第一閾值進行比較；第二電壓比較器，其被配置爲將所述電壓與第二閾值進行比較；計數器，其被配置爲記錄被所述輻射吸收層吸收的輻射粒子的數目；控制器；其中所述控制器被配置爲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爲在所述時間延遲期間啓動所述第二電壓比較器；其中所述控制器被配置爲，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，所述輻射是X射線。

根據實施例，所述控制器被配置爲在所述時間延遲的開始或期滿時啓動所述第二電壓比較器。

根據實施例，所述輻射檢測器進一步包括電壓表，其中所述控制器被配置爲在所述時間延遲期滿後使所述電壓表測量所述電壓。

根據實施例，所述控制器被配置爲基於在所述時間延遲期滿後測得的所述電壓的值來確定輻射粒子的輻射。

根據實施例，所述控制器被配置爲將所述輻射吸收層的所述電極連接到電性接地。

根據實施例，所述電壓的變化率在所述時間延遲期滿時大體上爲零。

根據實施例，所述電壓的變化率在所述時間延遲期滿時大體上爲非零。

根據實施例，所述輻射吸收層包括矽、鍺、砷化鎵、碲化鎘、碲鋅鎘或其組合。

根據實施例，所述輻射檢測器不包括閃爍體。

根據實施例，所述輻射檢測器包括像素陣列。

圖1A示意地表示根據實施例的放大器309的組件圖。所述放大器309包括運算放大器391。所述運算放大器391具有輸入端和輸出端。所述 運算放大器391被配置爲在所述輸入端處接收第一電流。所述放大器309可以被配置爲基於所述第一電流在所述輸出端處産生放大的電信號（例如，電壓）。

如圖1B和圖1C所示，所述放大器309具有第一MOS電容器393，該第一MOS電容器393是所述運算放大器391的所述輸入端和所述輸出端之間的反饋電路392中的組件。所述第一MOS電容器393 可以連接到所述運算放大器391的所述輸入端和所述輸出端。如圖1B和圖1C所示，所述第一MOS電容器393可以是MOSFET，該MOSFET的源極電極短路到其汲極電極。如圖1B所示，在一個實施例中，所述第一MOS電容器393的所述源極電極及所述汲極電極連接到所述運算放大器391的所述輸出端，並且所述第一MOS電容器393的栅極電極連接到所述運算放大器391的所述輸入端。如圖1C所示，在一個實施例中，所述源極電極和所述汲極電極連接到所述運算放大器391的輸入端，並且所述第一MOS電容器393的所述栅極電極連接到所述運算放大器391的輸出端。

在實施例中，所述放大器309包括可調電流源394，該可調電流源394是所述反饋電路392中的組件。所述可調電流源394將第二電流饋送到所述運算放大器391的所述輸入端。所述第二電流可以從所述運算放大器391的所述輸入端流出或流入所述運算放大器391的所述輸入端。所述可調電流源394可以通過電信號Vcomp進行調整。例如，所述第二電流的大小和方向取决於所述電信號Vcomp。所述電信號Vcomp可以是電壓，也可以是其他類型的電信號。在一個實施例中，當所述放大器309的所述輸入端的所述第一電流包括輻射檢測器的暗噪音時，所述可調節電流源394被配置爲補償所述暗噪音，例如，通過改變所述第二電流的大小和方向。

圖1D和圖1E各自示意地表示根據實施例的所述可調電流源394的配置。在圖1D所示的配置中，所述可調電流源394包括二極體連接的NMOSFET（N型金屬氧化物半導體場效應電晶體） 397，其栅極電極和汲極電極被短路。所述二極體連接的NMOSFET 397用作偏置二極體，其將所述第二電流作爲在所述汲極電極處接收的所述電信號Vcomp的函數饋送到所述運算放大器391的所述輸入端。在這種配置中，所述第二電流從所述汲極電極流到所述源極電極。

在圖1E所示的配置中，所述可調電流源394包括第二MOS電容器395。所述第二MOS電容器395可以是NMOSFET（N型金屬氧化物半導體場效應電晶體），該NMOSFET的源極電極短路到其汲極電極。在實施例中，所述可調電流源394還包括第三MOS電容器396，其可以是PMOSFET（P型金屬氧化物半導體場效應電晶體），該PMOSFET的源極電極短路到其汲極電極。所述第二MOS電容器395和所述第三MOS電容器396可以並聯連接。所述第二MOS電容器395的栅極電極連接到所述運算放大器391的所述輸入端，並且所述第二MOS電容器395的體接觸被配置爲接收所述電信號Vcomp。所述第三MOS電容器396的栅電極連接到所述運算放大器391的輸入端，並且所述第三MOS電容器396的本體觸點被配置爲接收所述電信號Vcomp。通過這種配置，所述可調電流源394可以雙向地提供所述第二電流，例如，根據Vcomp，所述第二電流的方向可以從所述可調電流源394流到所述運算放大器391的所述輸入端，也可以從所述運算放大器391的所述輸入端流到所述可調電流源394。

所述電信號Vcomp可以憑經驗進行選擇，以對所述運算放大器391的所述輸出中的所述暗噪音進行足够的補償。所述電信號Vcomp也可以基於所述運算放大器391的輸出來確定。圖1F示意地表示根據實施例的所述放大器309可以進一步包括處理器350。所述處理器350被配置爲基於所述運算放大器391的所述輸出端的位準並且可選擇地還基於比較器380的輸出來確定電信號Vcomp，所述比較器380將所述運算放大器391的輸出與閾值SH進行比較。

所述處理器350可以進一步包括電荷泵。所述電荷泵可以被配置爲通過時鐘信號CLK來接通和斷開。可以爲輻射檢測器的每個單獨的像素確定所述電信號Vcomp，並將其施加到該像素的所述可調電流源394。可以基於一個像素或幾個像素的暗噪音來確定所述電信號Vcomp，並將其施加到一個或幾個像素的可調電流源394。圖1G示出了具有所述電荷泵的所述處理器350的示例。

作爲示例，圖2示意地表示包括本發明所述的放大器309的輻射檢測器100。所述輻射檢測器100可以具有像素150的陣列。所述陣列可以是矩形陣列、蜂窩形陣列、六邊形陣列或任何其他合適的陣列。每個像素150被配置爲檢測來自輻射源的入射在其上的輻射，並且可以被配置爲測量所述輻射的特性（例如，所述輻射粒子的能量、波長和頻率）。例如，每個像素150被配置爲在一段時間內對入射在其上的能量落入多個倉中的輻射粒子的數目進行計數。所有所述像素150可以被配置爲對在相同時間段內的多個能量倉內的入射在其上的輻射粒子的數目進行計數。每個像素150可以具有其自己的類比數位轉換器（ADC），該類比數位轉換器被配置爲將表示入射的輻射粒子能量的類比信號數位化爲數位信號。所述像素150可以被配置爲並行操作。例如，當一個像素150測量入射的輻射粒子時，另一個像素150可能正在等待輻射粒子到達。所述像素150可以不必是單獨可尋址的。每個像素150可以被配置爲在每個輻射粒子入射到其上之前或與其同時測量其暗電流。每個像素150可以被配置爲從入射在其上的輻射粒子的能量中扣除暗電流的貢獻。

圖3A示意地表示根據實施例的所述輻射檢測器100的截面圖。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），其用於處理或分析入射輻射在所述輻射吸收層110中所産生的電信號。所述輻射檢測器100可包括或不包括閃爍體。所述輻射吸收層110可包括半導體材料，比如矽、鍺、砷化鎵、碲化鎘、碲鋅鎘或其組合。所述半導體對於感興趣的輻射可具有高的質量衰减係數。所述輻射可以是X射線。

如圖3B中輻射檢測器100的詳細橫截面圖所示，根據實施例的所述輻射吸收層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可通過可選的本征區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或所述本征區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3B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和所述可選的本征區112一起組成一個二極體。即，在圖3B的示例中，所述輻射吸收層110包括多個二極體，這些二極體具有所述第一摻雜區111作爲共用電極。所述第一摻雜區111還可具有離散部分。

當輻射粒子撞擊包括二極體的所述輻射吸收層110時，所述輻射粒子可被吸收並通過若干機制産生一個或多個電荷載子。所述電荷載子可在電場下向其中一個二極體的電極漂移。所述電場可以是外部電場。所述電觸點119B可包括離散部分，其中的每個離散部分與所述離散區114電接觸。在實施例中，所述電荷載子可向不同方向漂移，使得由單個輻射粒子産生的所述電荷載子大體上未被兩個不同的離散區114共用（“大體上未被共用”在這裏意指這些電荷載子中的不到2%、不到0.5%、不到0.1%或不到0.01%流向與餘下電荷載子不同的一個所述離散區114）。由入射在所述離散區114之一的足迹周圍的輻射粒子所産生的電荷載子大體上未被另一所述離散區114共用。與一個離散區114相關聯的所述像素150可以是所述離散區114的周圍區，由入射在其中的輻射粒子所産生的電荷載子大體上全部（超過98％、超過99.5％、超過99.9％或超過99.99％）流向所述離散區114。即，所述電荷載子中的不到2％、不到1％、不到0.1％或不到0.01％流到所述像素之外

如圖3C中的輻射檢測器100的替代詳細橫截面圖所示，根據實施例的所述輻射吸收層110可包括半導體材料（比如矽、鍺、砷化鎵、碲化鎘、碲鋅鎘或其組合）的電阻器，但不包括二極體。所述半導體對於感興趣的輻射可具有高的質量衰减係數。

當所述輻射粒子撞擊包括電阻器但不包括二極體的所述輻射吸收層110時，所述輻射粒子可被吸收並通過若干機制産生一個或多個電荷載子。一個輻射粒子可産生10到100000個電荷載子。所述電荷載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，所述電荷載子可向不同方向漂移，使得由單個輻射粒子産生的所述電荷載子大體上未被所述電觸點119B兩個不同的離散部分共用（“大體上未被共用”在這裏意指這些電荷載子中不到2%、不到0.5%、不到0.1%或不到0.01%流向與餘下電荷載子不同組的離散部分）。入射在所述電觸點119B離散部分之一的足迹周圍的輻射粒子所産生的電荷載子大體上未被所述電觸點119B的另一個離散部分共用。與所述電觸點119B離散部分之一相關聯的一個像素150可以是所述離散部分的周圍區，由入射在其中的輻射粒子所産生的電荷載子大體上全部（超過98％、超過99.5％、超過99.9％或超過99.99％）流向所述電觸點119B的所述離散部分。即，所述電荷載子中的不到2％、不到0.5％、不到0.1％或不到0.01％流到與所述電觸點119B的那一個離散部分相關聯的所述像素之外。

所述電子器件層120可包括電子系統121，其適合於處理或解釋由入射在所述輻射吸收層110上的輻射粒子所産生的信號。所述電子系統121可包括類比電路比如濾波器網絡、放大器、積分器、比較器，或數位電路比如微處理器和內存。所述電子系統121可包括由所述像素共用的組件或專用於單個像素的組件。例如，所述電子系統121可包括專用於每個所述像素的放大器和在所有像素間共用的微處理器。所述電子系統121可通過通孔131電連接到所述像素。所述通孔之間的空間可用填充材料130填充，該填充材料130可增加所述電子器件層120到所述輻射吸收層110的連接的機械穩定性。其他鍵合技術有可能在不使用通孔的情况下將所述電子系統121連接到所述像素。

由入射在所述輻射吸收層110上的所述輻射産生的所述信號可以是電流的形式。同樣地，所述暗噪音也可以是電流的形式（例如，從所述電觸點119B流出的直流電流）。如果所述電流可以被確定，則所述電流可以被補償（例如，通過本發明所述的放大器309）。

圖4示意地表示根據實施例的所述電子系統121的組件圖。所述電子系統121包括電連接到所述電觸點119B的離散部分的所述放大器309。來自所述電觸點119B的所述離散部分的電荷載子可以在一段時間（“積分時段”）內累積在所述放大器309中。在所述積分時段期滿之後，對所述放大器309的輸出端進行采樣，並且可選地由可選開關305將其重置。

電流形式的所述暗噪音連同由所述輻射産生的所述信號一起對與所述放大器309耦合的所述電容器充電。所述暗噪音可能是非常小的電流，例如，在皮安的範圍內（例如，1-1000 pA）。可以由所述放大器309執行所述暗噪音的補償。在一個實施例中，當所述輻射檢測器沒有暴露於輻射時所述暗噪音被測量。可以基於所述測得的暗噪音來確定所述電信號Vcomp並將其施加到所述可調電流源394。當所述放大器309的輸入端接收到包括所述暗噪音（例如，暗電流）的所述第一電流時，所述可調電流源394可以以適當的方向和幅度將所述第二電流饋送到所述放大器309的所述運算放大器391。所述 第二電流的大小可以相似，但是所述暗噪音的方向相反。

所述電子系統121可進一步包括第一電壓比較器301、第二電壓比較器302、多個計數器320（其包括計數器320A、320B、320C、320D……）、可選開關305、電壓表306和控制器310。

所述第一電壓比較器301被配置爲將所述電觸點119B的所述離散部分的電壓與第一閾值進行比較。所述第一電壓比較器301可被配置爲直接監測所述電壓，或者通過對在一段時間內流過所述電觸點的所述離散部分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可控地啓動或停用。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可被配置爲被連續啓動，並且連續地監測所述電壓。被配置爲連續比較器的所述第一電壓比較器301使所述電子系統121錯過由入射輻射粒子産生的信號的機會减少。被配置爲連續比較器的所述第一電壓比較器301在所述入射輻射强度相對較高時尤其適合。所述第一電壓比較器301可以是鐘控比較器，其具有較低功耗的益處。被配置爲鐘控比較器的所述第一電壓比較器301可導致所述電子系統121錯過由一些入射輻射粒子産生的信號。當所述入射輻射强度低時，由於兩個連續的輻射粒子之間的時間間隔相對較長，錯過所述入射輻射粒子的機會很低。因此，被配置爲鐘控比較器的所述第一電壓比較器301在入射輻射强度相對低時尤其適合。所述第一閾值可以是一個入射輻射粒子可在所述電觸點119B的所述離散部分上産生的最大電壓的1-5％、5-10％、10％-20％、20-30％、30-40％或40-50％。所述最大電壓可取决於所述入射輻射粒子的所述能量（例如，所述入射輻射的波長）、所述輻射吸收層110的材料和其他因素。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被配置爲將所述電壓與第二閾值V2進行比較。所述第二電壓比較器302可被配置爲直接監測所述電壓，或者通過對一段時間內流過所述電觸點119B的所述離散部分的電流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可控地啓動或停用。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的功耗可以是所述第二電壓比較器302被啓動時的功耗的不到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，所述術語實數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％。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可以具有同一個電壓比較器，其可在不同時間將具有兩個不同閾值的電壓進行比較。

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適合的電路。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在高通量的入射輻射下操作。然而，具有高的速度通常以功耗爲代價。

所述計數器320可以是軟體組件（例如，電腦內存中存儲的數位）或硬體組件（例如，4017IC和7490IC）。每個計數器320與一個能量範圍的倉相關聯。例如，計數器320A可以與70-71 KeV的倉相關聯，計數器320B可以與71-72 KeV的倉相關聯，計數器320C可以與72-73 KeV的倉相關聯，計數器320D可以與73-74 KeV的倉相關聯。當入射輻射粒子的所述能量被所述電壓表306確定爲是在計數器320相關聯的所述倉中時，所述計數器320中記錄的數目增加一。

所述控制器310可以是硬體組件，比如，微控制器和微處理器。所述控制器310被配置爲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。在這裏使用所述絕對值因爲所述電壓可以是負的或正的。所述控制器310可被配置爲在所述第一電壓比較器301確定所述電壓的所述絕對值等於或超過所述第一閾值的所述絕對值之前，保持停用所述第二電壓比較器302、所述計數器320及所述第一電壓比較器301的操作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體上爲零）之後，所述時間延遲可以期滿。所述短語“變化率大體上爲零”意指時間變化小於0.1％/ns。所述短語“變化率大體上爲非零”意指電壓的時間變化至少爲0.1％/ns。

所述控制310可被配置爲在所述時間延遲期間（其包括開始和期滿）啓動所述第二電壓比較器。在實施例中，所述控制器310被配置爲在所述時間延遲開始時啓動所述第二電壓比較器。所述術語“啓動”意指使組件進入操作狀態（例如，通過發送諸如電壓脉衝或邏輯位準等信號，通過提供電力等）。所述術語“停用”意指使組件進入非操作狀態（例如，通過發送諸如電壓脉衝或邏輯位準等信號，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）。所述控制器310本身可被停用直到所述第一電壓比較器301的輸出電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值時才啓動所述控制器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，並且所述輻射粒子的所述能量落入與所述計數器320相關聯的倉中，則所述控制器310可被配置爲使所述計數器320的其中一個計數器記錄的數目增加一。

所述控制器310可被配置爲使所述電壓表306在所述時間延遲期滿時使所述電壓數位化並且基於所述電壓來確定所述輻射粒子的能量落入哪個倉中。

所述控制器310可被配置爲使所述電觸點119B的所述離散部分連接到電性接地，以使所述電壓複位並使所述電觸點119B的所述離散部分上累積的任何電荷載子放電。在實施例中，所述電觸點119B的所述離散部分在所述時間延遲期滿後連接到電性接地。在實施例中，所述電觸點119B的所述離散部分連接到電性接地並持續有限的複位時段。所述控制器310可通過控制所述的可選開關305而使所述電觸點119B的所述離散部分連接到電性接地。所述開關可以是電晶體，例如，場效應電晶體（FET）。

在實施例中，所述電子系統121沒有類比濾波器網絡（例如，RC網絡）。在實施例中，所述電子系統121沒有類比電路。

所述電壓表 306可將它測量的所述電壓作爲類比或數位信號饋送給所述控制器310。

圖5示意地表示流過所述電觸點119B的所述離散部分的，由與該電觸點119B的所述離散部分相關聯的所述像素150上入射的輻射粒子産生的電荷載子所引起的電流的時間變化（上曲線）和所述電觸點119B的所述離散部分的所述電壓的對應時間變化（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 ，所述輻射粒子撞擊所述二極體或所述電阻器，電荷載子開始在所述像素150中産生，電流開始流過所述電觸點119B的所述離散部分，並且所述電觸點119B的所述離散部分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，並且所述控制器310開始時間延遲TD1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t₁ 之前被停用，則所述控制器310在t₁ 被啓動。在所述TD1期間，所述控制器310啓動所述第二電壓比較器302。在這裏使用的所述術語在時間延遲“期間”意指所述時間延遲的開始和期滿（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期滿時啓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等待所述電壓穩定下來。所述電壓在時間t_e 穩定，這時由所述輻射粒子産生的所有電荷載子漂移出所述輻射吸收層110。在時間t_s ，所述時間延遲TD1期滿。在圖5的示例中，時間t_s 在時間t_e 之後；即TD1在由所述輻射粒子産生的所有電荷載子漂移出所述輻射吸收層110之後期滿。所述電壓的變化率因此在時間t_e 大體上爲零。所述控制器310可被配置爲在TD1期滿時或在時間t₂ ，或中間的任意時間停用所述第二電壓比較器302。

所述控制器310可被配置爲在所述時間延遲TD1期滿時使所述電壓表306測量所述電壓。在實施例中，在所述時間延遲TD1期滿之後，所述控制器310在所述電壓的變化率大體上爲零之後使所述電壓表306測量電壓。此時的所述電壓與由輻射粒子産生的電荷載子的所述數目成正比，這與所述輻射粒子的所述能量有關。所述控制器310可被配置爲基於所述電壓表306測得的電壓來確定所述輻射粒子的所述能量。一種確定所述能量的方法是對所述電壓進行分倉。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確定所述輻射粒子的所述能量落入一個倉中時，所述控制器310可以使該箱在所述子計數器中記錄的所述數目增加一。因此，所述電子系統121可能能够檢測輻射圖像並且可能能够解析每個輻射粒子的輻射能量的粒子。

在TD1期滿之後，所述控制器310將所述電觸點119B的所述離散部分連接到電性接地並持續一個複位周期RST，以使積累在所述電觸點119B的所述離散部分上的電荷載子流到所述地面並複位所述電壓。在RST之後，所述電子系統121已準備好檢測另一個入射的輻射粒子。如果所述第一電壓比較器301已經被停用，則所述控制器310可以在RST期滿之前的任意時間將其啓動。如果所述控制器310已經被停用，則它可以在RST期滿之前被啓動。

此處所述的輻射檢測器100可以具有其他的應用，例如應用在X射線望遠鏡、乳腺X射線照相、工業X射線缺陷檢測、X射線顯微鏡或顯微照相、X射線鑄件檢驗，X射線無損試驗、X射線焊接檢驗、X射線數位减影血管造影等。將所述輻射檢測器100用於代替照相底片、照相膠片、光激發磷光板、X射線圖像增强器、閃爍體或X射線探測器。

儘管本發明已經公開了各個方面和實施例，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爲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爲準。

100:輻射檢測器 110:輻射吸收層 111:第一摻雜區 112:本征區 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:填充材料 131:通孔 150:像素 301:第一電壓比較器 302:第二電壓比較器 305:可選開關 306:電壓表 309:放大器 310:控制器 320、320A、320B、320C、320D:計數器 350:處理器 380:比較器 391:運算放大器 392:反饋電路 393:第一MOS電容器 394:可調電流源 395:第二MOS電容器 396:第三MOS電容器 397:NMOSFET t₀、t₁、t₂、t_e、t_s、t_m、t_r:時間 V1:第一閾值 V2:第二閾值 TD1:時間延遲 RST:複位周期

圖1A示意地表示根據實施例的放大器的組件圖。 圖1B -圖1C各自示意地表示根據實施例的所述放大器的詳細組件圖。 圖1D和圖1E各自示意地表示根據實施例的所述放大器的可調電流源的配置。 圖1F示意地表示根據實施例的所述放大器可進一步包括處理器。 圖1G示出根據實施例的具有電荷泵的所述處理器的示例。 圖2示意地表示根據實施例的輻射檢測器的一部分的俯視圖。 圖3A示意地表示根據實施例的所述輻射檢測器的截面圖。 圖3B示意地表示根據實施例的所述輻射檢測器的詳細截面圖。 圖3C示意地表示根據實施例的所述輻射檢測器的替代詳細截面圖。 圖4示意地表示根據實施例的圖3B或圖3C中的所述輻射檢測器的電子系統的組件圖。 圖5示意地表示流過電觸點的，由入射在與所述電觸點相關聯的像素上的輻射粒子産生的電荷載子所引起的電流的時間變化（上曲線），以及所述電觸點的所述電壓的相應時間變化（下曲線）。

392:反饋電路

393:MOS電容器

394:可調電流源

Claims (23)

1. 一種放大器，其包括： 一運算放大器，該運算放大器被配置爲在其輸入端接收一第一電流； 一第一MOS（金屬氧化物半導體）電容器，其連接到所述運算放大器的所一述輸入端和一輸出端。
2. 如請求項1所述的放大器，其進一步包括一可調電流源，該可調電流源將第二電流饋送到所述輸入端。
3. 如請求項1所述的放大器，其中所述第一MOS電容器是MOSFET（金屬氧化物半導體場效應電晶體），該MOSFET的源極電極短路到其汲極電極。
4. 如請求項3所述的放大器，其中所述源極電極和所述汲極電極連接到所述運算放大器的所述輸出端，並且所述MOSFET的栅極電極連接到所述運算放大器的所述輸入端。
5. 如請求項3所述的放大器，其中所述源極電極和所述汲極電極連接到所述運算放大器的所述輸入端，而所述MOSFET的栅極電極連接到所述運算放大器的所述輸出端。
6. 如請求項2所述的放大器，其中所述可調節電流源可通過一電信號來調節。
7. 如請求項6所述的放大器，其中所述可調電流源包括一第二MOS電容器。
8. 如請求項7所述的放大器，其中所述可調電流源包括與所述第二MOS電容器並聯的一第三MOS電容器；其中所述第二MOS電容器的栅極電極連接至所述輸入端並且所述第三MOS電容器的本體觸點連接至所述輸入端；其中所述第三MOS電容器的栅極電極連接到所述運算放大器的所述輸入端並且所述第三MOS電容器的一本體觸點連接到所述電信號。
9. 如請求項2所述的放大器，其中所述第一電流包括一輻射檢測器的一暗噪音；其中所述可調電流源被配置爲補償所述暗噪音。
10. 如請求項6所述的放大器，其進一步包括一處理器，該處理器被配置爲基於所述輸出端的一位準來産生所述電信號。
11. 如請求項10所述的放大器，其中所述處理器被配置爲進一步基於比較器的輸出來産生所述電信號。
12. 如請求項10所述的放大器，其中所述處理器包括電荷泵。
13. 如請求項12所述的放大器，其中所述電荷泵被配置爲通過時鐘信號來接通和斷開。
14. 一種輻射檢測器，其包括： 一輻射吸收層，其包括一電極； 如請求項1所述的放大器，其中所述第一電流來自所述電極，並且所述放大器被配置爲基於所述第一電流在所述輸出端産生一電壓； 一第一電壓比較器，其被配置爲將所述電極的一電壓與一第一閾值進行比較； 一第二電壓比較器，其被配置爲將所述電壓與一第二閾值進行比較； 一計數器，其被配置爲記錄被所述輻射吸收層吸收的輻射粒子的數目； 一控制器； 其中，所述控制器被配置爲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一時間延遲； 其中，所述控制器被配置爲在所述時間延遲期間啓動所述第二電壓比較器； 其中，所述控制器被配置爲，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。
15. 如請求項14所述的輻射檢測器，其中所述輻射是X射線。
16. 如請求項14所述的輻射檢測器，其中所述控制器被配置爲在所述時間延遲的開始或期滿時啓動所述第二電壓比較器。
17. 如請求項14所述的輻射檢測器，其進一步包括一電壓表，其中所述控制器被配置爲在所述時間延遲期滿後使所述電壓表測量所述電壓。
18. 如請求項14所述的輻射檢測器，其中所述控制器被配置爲基於在所述時間延遲期滿後測得的所述電壓的值來確定一輻射粒子的輻射。
19. 如請求項14所述的輻射檢測器，其中所述控制器被配置爲將所述輻射吸收層的所述電極連接到電性接地。
20. 如請求項14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爲零。
21. 如請求項14所述的輻射檢測器，其中所述輻射吸收層包括矽、鍺、砷化鎵、碲化鎘、碲鋅鎘或其組合。
22. 如請求項14所述的輻射檢測器，其中所述輻射檢測器不包括閃爍體。
23. 如請求項14所述的輻射檢測器，其中所述輻射檢測器包括像素陣列。

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