TWI804502B - 製造ｘ射線檢測器的方法 - Google Patents

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Abstract

本文公開製造和使用適於X射線檢測的吸收單元陣列的方法以及包括這種吸收單元陣列的檢測器。製造吸收單元陣列的方法可包括在基板上形成吸收單元陣列，並且在從基板分離吸收單元陣列之後形成保護環，其包圍所述吸收單元陣列的多於一個的吸收單元；或可包括在基板的部分上在從所述基板分離所述部分之後形成多個吸收單元以及包圍多於一個的吸收單元的保護環。使用吸收單元陣列的方法可包括通過施加電壓，將吸收單元陣列的一些吸收單元用作保護環。適於X射線檢測的檢測器包括吸收層和電子層，其中所述吸收層包括吸收單元陣列。

Description

製造X射線檢測器的方法
本發明涉及製造和使用具有吸收單元陣列的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，空間分布，光譜或其它特性的器件。
X射線檢測器可用於許多應用。一個重要的應用是成像。X射線成像是射線照相技術，並能用於揭示非均勻組成的以及不透明物體(例如人體)的內部結構。
早期用於成像的X射線檢測器包括攝影板和攝影膠片。攝影板可以是具有光敏乳劑塗層的玻璃板。雖然攝影板被照相膠片代替，由於它們提供較好 的質量和極好的穩定性，它們仍然可以在特殊情況下使用。攝影膠片可以是具有光敏乳劑塗層的塑料膜(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。被收集的光轉換成數字圖像。與攝影板以及照相膠片相反，PSP板可被重復使用。
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。與攝影板、攝影膠片和PSP板相反，X射線圖像增強器可以產生實時圖像，即，不需要曝光後處理來產生圖像。X射線首先撞擊輸入熒光體(例如，碘化銫)並被轉換為可見光。可見光然後撞擊光電陰極(例如含有銫和銻化合物的薄金屬層)並引起電子發射。發射電子的數量與入射X射線的強度成比例。發射的電子通過電子光學被投射到輸出熒光體上，並使所述輸出熒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，這些載荷子被掃向半導體層上的電觸點。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圖元的檢測器難以生產或不可能生產。
本文公開適用於檢測X射線的吸收單元陣列的制作方法，所述方法包括：在基板上形成吸收單元陣列，其中所述吸收單元陣列包括多個被配置為吸收 X射線的吸收單元，其中在所述吸收單元陣列與所述基板分離之前所述吸收單元中的至少一個在其內不包括保護環並且不被包圍在保護環之中；將所述吸收單元陣列與所述基板分離。
根據實施例，所述吸收單元陣列包括矽，鍺，GaAs，CdTe，CdZnTe或其組合。
根據實施例，所述吸收單元的每個包括電觸點。
根據實施例，所述吸收單元的每個包括二極體。
根據實施例，所述吸收單元的每個包括電阻器。
根據實施例，所述方法還包括：在所述吸收單元陣列與所述基板分離後，在所述吸收單元陣列上形成摻雜側壁，其中，所述摻雜側壁包括多於一個的吸收單元。
根據實施例，形成摻雜側壁包括摻雜吸收單元陣列的側壁和退火。
本文公開適於檢測X射線的吸收單元陣列的制作方法，所述方法包括：從基板分離基板的部分；在分離出所述部分後，在所述基板的所述部分上形成吸收單元陣列，其中所述吸收單元陣列包括多個吸收單元和摻雜側壁，其 中所述吸收單元被配置為吸收X射線，其中所述摻雜側壁包括多於一個的吸收單元。
根據實施例，所述吸收單元陣列包括矽，鍺，GaAs，CdTe，CdZnTe或其組合。
根據實施例，所述吸收單元的每個包括電觸點。
根據實施例，所述吸收單元的每個包括二極體。
根據實施例，所述吸收單元的每個包括電阻器。
根據實施例，形成吸收單元陣列包括通過摻雜所述基板的部分的側壁來形成所述摻雜側壁。
根據實施例，在形成吸收單元之前形成摻雜側壁。
根據實施例，在形成吸收單元之後形成摻雜側壁。
本文公開適於檢測X射線的吸收單元陣列的使用方法，所述方法包括：獲得吸收單元陣列，其包括沿所述吸收單元陣列的周邊的第一多個吸收單元和位於所述吸收單元陣列內部的第二多個吸收單元；通過向所述第一多個吸收單元施加電壓，對所述第二多個吸收單元進行電屏蔽。
根據實施例，第一多個吸收單元與第二多個吸收單元相同。
根據實施例，吸收單元陣列包括矽，鍺，GaAs，CdTe，CdZnTe或其組合。
根據實施例，所述吸收單元的每個包括電觸點。
根據實施例，所述吸收單元的每個包括二極體。
根據實施例，所述吸收單元的每個包括電阻器。
本文公開檢測器，其包括：包括吸收單元陣列的X射線吸收層，其中所述吸收單元陣列包括多個吸收單元，其中所述吸收單元的每個包括電觸點，其中，所述吸收單元中的至少一個在其內不包括保護環，其中所述吸收單元的至少一些被配置為吸收X射線並從被吸收的X射線在其電觸點上產生電信號；第一電壓比較器，其被配置為將電觸點的電壓與第一閾值進行比較；第二電壓比較器，其被配置為將電壓與第二閾值進行比較；控制器；多個計數器，每個與箱相關聯，並且被配置為記錄由所述吸收單元的至少一個吸收的、其中X射線光子能量落入所述箱中的X射線光子數；其中所述控制器被配置為從所述第一電壓比較器確定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，所述控制器配置成確定X射線光子能量是否落入所述箱中；其中，所述控制器被配置為使與所述箱相關聯的計數器記錄的數增加一。
根據實施例，所述檢測器還包括電連接到電觸點的電容器模塊，其中，所述電容模塊配置為從所述電觸點收集載荷子。
根據實施例，所述控制器被配置為在時間延遲的開始或期滿時激活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，在所述時間延遲終止時，電壓的變化率基本上是零。
根據實施例，檢測器的吸收單元陣列包括包括保護環，其包括多於一個的吸收單元。
100:檢測器
110: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
301:第一電壓比較器
302:第二電壓比較器
305:開關
306:ADC(模數轉換器)
309:電容器模塊
310:控制器
320:計數器
320A:計數器
320B:計數器
320C:計數器
320D:計數器
400:基板
410:吸收單元陣列
410A:吸收單元陣列
410B:吸收單元陣列
410C:吸收單元陣列
420:吸收單元
423:摻雜側壁
431A:保護環
431B:保護環
500:基板
510:基板
RST:復位期
t0:時間
t1:時間
t2:時間
te:時間
ts:時間
TD1:時間延遲
V1:第一閾值
圖1A示意性地示出根據實施例的吸收單元陣列。
圖1B示意性地示出根據實施例的吸收單元陣列的詳細橫截面視圖。
圖1C示意性地示出根據實施例的吸收單元陣列的備選的詳細橫截面視圖。
圖2A示意性地示出根據實施例的吸收單元陣列的詳細橫截面視圖。
圖2B示意性地示出根據實施例的吸收單元陣列的備選的詳細橫截面視圖。
圖2C和圖2D示意性地示出形成圖2A或圖2B的吸收單元陣列的過程。
圖3A-圖3C示意性地示出：根據實施例，基於圖2A或圖2B的吸收單元陣列形成吸收單元陣列。
圖4A示意性地示出根據實施例的吸收單元陣列的詳細橫截面視圖。
圖4B示意性地示出根據實施例的圖4A的吸收單元陣列的備選的詳細橫截面視圖。
圖4C-圖4E示意性地示出：根據實施例，形成圖4A或圖4B的吸收單元陣列的過程。
圖5示意性地示出：根據實施例，使用吸收單元陣列的方法。
圖6示意性地示出根據實施例的檢測器。
圖7A示意性地示出根據實施例的檢測器的截面圖。
圖7B示意性地示出根據實施例的檢測器的詳細橫截面視圖。
圖7C示意性地示出根據實施例的檢測器的備選的詳細橫截面視圖。
圖8A和圖8B各自示出根據實施例的檢測器的電子系統的部件圖。
圖9示意性地示出：根據實施例，由入射在與所述電觸點相關聯的圖元上的X射線光子產生的載荷子引起的流過電觸點的電流的時間變化(上曲線)以及電觸點的電壓的相應時間變化(下曲線)。
圖1A示意性地示出根據實施例的吸收單元陣列410。吸收單元陣列410具有吸收單元420的陣列，每個吸收單元420可以包括半導體和電觸 點。每個吸收單元420可配置成吸收入射X射線並產生電信號。所述電信號可以是電觸點上的電壓信號。吸收單元陣列410可包括保護環以防止由於局部集中電場以及電接觸處的表面電勢差引起的過早擊穿，或為吸收單元420提供電隔離。吸收單元陣列410可以包括半導體材料，例如，矽，鍺，GaAs，CdTe，CdZnTe或它們的組合。半導體材料可對感興趣的X射線能量具有高的質量衰減系數。在實施例中，吸收單元陣列410不包括閃爍體。吸收單元陣列410可以是矩形陣列，蜂窩陣列，六邊形陣列或任何其它合適的陣列。陣列410上的吸收單元420可排列成一個或多個網格。例如，吸收單元420可以布置成兩個網格，其中有間隙。
圖1B示意性地示出根據實施例的吸收單元陣列410的詳細橫截面視圖。吸收單元陣列410包括多個吸收單元420。吸收單元陣列410可包括保護環431B。保護環431B可以包圍多於一個的吸收單元420。每個吸收單元420可以包括二極體(例如，p-i-n或p-n)，其由第一摻雜區111、第二 摻雜區113的離散區114形成。每個吸收單元420可包括電觸點119A和119B。第二摻雜區113和第一摻雜區111可被可選的本征區112隔開。離散部分114相互之間被第一摻雜區111或本征區112隔開。電觸點119B可包括離散部分，其每個與離散區114電接觸。第一摻雜區111和第二摻雜區113具有相反類型的摻雜(例如，區域111為p型並且區域113為n型，或者，區域111為n型並且區域113為p型)。在圖1B的例子中，吸收單元420的每個包括二極體，其由第二摻雜區113的離散區114與第一摻雜區111以及可選本征區112形成。即，在圖1B的例子中，吸收單元420具有第一摻雜區域111作為共享電極。第一摻雜區111也可具有離散部分。在圖1B的例子中，每個吸收單元420可包括保護環431A。保護環431A可圍繞吸收單元420的離散部分114放置，保護環431A和431B可由摻雜區或淺溝槽隔離形成。
當X射線光子擊中包括二極體的吸收單元陣列410時，X射線光子可以通過多個機制被吸收並產生一個或多個載荷子。一個X射線光子可以產生 10至100000個載荷子。載荷子可在電場下漂移到所述吸收單元的一個的電極。該場可以是外部電場。在實施例中，載荷子可以這樣沿各方向漂移，以至於由單個X射線光子產生的載荷子基本上不被吸收單元420的兩個不同的離散部分共用(在這裏“基本上不被共用”意味著小於2%，小於0.5%，小於0.1%，或小於0.01%的這些載荷子流至與其余載荷子不同的吸收單元420的離散區114)。由入射在一個吸收單元420上的X射線光子產生的載荷子基本上不與另一個吸收單元420相共享。入射於吸收單元420上的X射線光子產生的載荷子基本上全部(大於98%，大於99.5%，大於99.9%或大於99.99%)流到所述單元的離散區114。即，這些載荷子流中，小於2%，小於0.5%，小於0.1%，或小於0.01%流到所述吸收單元之外。保護環431B可阻止在離散區域114和電觸點119B的邊緣處的局部集中電場引起的過早擊穿，或阻止離散區域114和電觸點119B處的表面位差。
圖1C示意性地示出：根據實施例，吸收單元陣列410的備選的詳細橫截面視圖。吸收單元陣列410可以包括多個吸收單元420。所述吸收單元 420的每個可以包括電觸點119A，電觸點119B的離散部分以及由諸如矽、鍺、GaAs，CdTe，CdZnTe或其組合的半導體材料的區域形成的電阻器。吸收單元陣列410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系數。
當X射線光子撞擊包括電阻器但不包括二極體的吸收單元陣列410時，它可通過多種機制被吸收並產生一個或多個載荷子。一個X射線光子可以產生10至100000個載荷子。載荷子可在電場下漂移到電觸點119A和119B。該場可以是外部電場。在實施例中，載荷子可以這樣沿各方向漂移，以至於由單個X射線光子產生的載荷子基本上不被兩個不同的吸收單元420共用(在這裏“基本上不被共用”意味著小於2%，小於0.5%，小於0.1%，或小於0.01%的這些載荷子流至與其余載荷子不同的吸收單元420的電觸點119B的離散部分)。入射在吸收單元420的X射線光子產生的載荷子基本上不與另一個吸收單元420相共享。入射在吸收單元420上的X射線光子產生的載荷子基本上全部(大於98%，大於99.5%，大於99.9%或大於 99.99%)流到所述單元的電觸點119B的離散部分。即，這些載荷子流中，小於2%，小於0.5%，小於0.1%，或小於0.01%流到所述吸收單元420的電觸點119B的離散部分之外。
圖2A示意性地示出：根據實施例，吸收單元陣列410A的詳細橫截面視圖，這裏吸收單元陣列410A中的吸收單元420包括二極體。圖2B示意性地示出：根據實施例，吸收單元陣列410A的備選的詳細橫截面視圖，這裏吸收單元陣列410A包括電阻器但不包括二極體。至少一個吸收單元420在其內不包括保護環。多於一個的吸收單元420不被保護環包圍。這些例子中的吸收單元陣列410A可以不包括任何保護環。
圖2C和圖2D示意性地示出根據實施例的形成吸收單元陣列410A的過程。
圖2C示意性地示出在基板400上形成吸收單元陣列410A。吸收單元陣列410A可以用半導體光刻工藝形成，包括形成氧化膜，應用光刻膠，曝 光，顯影，刻蝕，摻雜，布線等步驟的組合。基板400可以包括一個或多個吸收單元陣列410A。在圖2C的例子中，多個吸收單元陣列410A形成在基板400上。在圖2C的例子中，吸收單元陣列410A的區域在曝光過程中逐一曝光以圖案化相同的電路圖案。
圖2D示意性地示出從基板400分離吸收單元陣列410A。將吸收單元陣列410A與基板分離可以是劃片工藝，其包括劃片和斷線，機械鋸切或激光切割。在圖2D的例子中，吸收單元陣列410與基板400通過沿模具通道或所述吸收單元陣列410之間的間隙切割而被分離。
圖3A-圖3C示意性地示出：根據實施例，在從基板分離陣列410A之後，從吸收單元陣列410A形成吸收單元陣列410B。
圖3A根據實施例從吸收單元陣列410A和410B的透視圖示意性地示出其形成過程。在從基板400分離陣列410A之後，吸收單元陣列410B通過在吸收單元陣列410A上形成摻雜側壁423(有時稱為"主動邊緣")而形 成。可以通過對吸收單元陣列410A的側壁進行摻雜和退火來形成摻雜側壁423。摻雜側壁423可以用與吸收單元陣列410A的離散區114相同類型的摻雜劑摻雜，但摻雜濃度不同(例如摻雜側壁423為p型，離散區114為P+型)。所述退火可以是激光退火。
圖3B根據實施例從吸收單元陣列410A和410B的詳細橫截面視圖示意性地示出其形成過程，這裏，吸收單元陣列410A和410B包括二極體。在圖3B的例子中，摻雜側壁423包圍多於一個的吸收單元420(例如，當摻雜側壁423被圍繞吸收單元陣列410B的周邊放置時吸收單元陣列410B的所有吸收單元420)。
圖3C根據實施例從吸收單元陣列410A和410B的備選的詳細橫截面視圖示意性地示出其形成過程，這裏吸收單元陣列410B包括電阻器但不包括二極體。
圖4A示出根據實施例的吸收單元陣列410C的詳細橫截面視圖，這裏吸收單元陣列410C為包括二極體的吸收單元陣列410的一種類型。圖4B示意性地示出：根據實施例，吸收單元陣列410C的備選的詳細橫截面視圖，這裏吸收單元陣列410C包括電阻器但不包括二極體。吸收單元陣列410C包括多個吸收單元420和摻雜側壁423。摻雜側壁423包圍多於一個的吸收單元420。吸收單元陣列410C可以包括多於一個的保護環。
圖4C-圖4E示意性地示出：根據實施例，形成吸收單元陣列410C的過程。
圖4C示意性地示出從基板500分離基板510的部分。從基板500分離基板510的部分可以是劃片工藝，其包括劃片和斷線，機械鋸切或激光切割。基板510的部分可以包括半導體材料，例如，矽，鍺，GaAs，CdTe，CdZnTe或其組合。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系數。基板510的部分可以包括摻雜區域。
圖4D示意性地示出：根據實施例，在基板510的部分上(在從基板500分離所述部分之後)形成吸收單元陣列410C，這裏吸收單元陣列410C包括二極體。圖4E根據實施例，從基板510的部分和吸收單元陣列410C的備選的詳細橫截面圖示意性示出吸收單元陣列410C的形成過程。這裏，吸收單元陣列410C包括電阻器但不包括二極體。吸收單元420可由半導體光刻工藝形成，包括諸如形成氧化膜，應用光刻膠，曝光，顯影，刻蝕，摻雜，布線的步驟組合。摻雜側壁423可以在形成吸收單元420的之前，之後或期間形成，可以通過摻雜基板510的部分的側壁並且進行退火而形成摻雜側壁423。退火可以是激光退火。
圖5示意性地示出使用吸收單元陣列410的方法。沿著吸收單元陣列410的周邊的第一多個吸收單元420(例如，那些被發生的吸收單元420)施加電壓，使得第一多個吸收單元420作為保護環或為吸收單元陣列410的內部的第二多個吸收單元提供電屏蔽。第二多個吸收單元可被配置為吸收X射線並產生電信號。
圖6示意性地示出根據實施例的檢測器100。在實施例中，檢測器100可具有諸如本文描述的任何吸收單元陣列的圖元150的陣列。陣列可以是矩形陣列、五邊形陣列、蜂窩狀陣列、六邊形陣列或任何其他適合的陣列。每個圖元150配置成檢測其上入射的X射線光子並且測量X射線光子的能量。例如，每個圖元150配置成在一段時間內對其上入射的、能量落在多個箱中的X射線光子的數目計數。所有圖元150可配置成在相同時段內對其上入射的、能量在多個箱內的X射線光子的數目計數。每個圖元150可具有它自己的模數轉換器(ADC)，其配置成使代表入射X射線光子的能量的類比信號數字化為數位信號。每個圖元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並發。每個圖元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。圖元150可配置成並行操作。例如，在一個圖元150測量入射X射線光子時，另一個圖元150可等待X射線光子到達。圖元150可不必獨立可尋址。
檢測器100可具有至少100、2500、10000個或更多的圖元150。檢測器100可配置成使所有圖元150所計數的具有相同能量範圍的箱的X射線光子的數目相加。例如，檢測器100可使圖元150存儲在能量從70KeV到71KeV的箱中的數目相加，使圖元150存儲在能量從71KeV到72KeV的箱中的數目相加，等等。檢測器100可將箱的相加數字編纂為檢測器100上入射的X射線光子的光譜。
圖7A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系數。
如圖7B中的檢測器100的詳細橫截面圖所示，根據實施例，X射線吸收層110可以包括一個或多個具有二極體的吸收單元陣列410。圖7C示意性地示出：根據實施例，檢測器100的備選的詳細橫截面視圖，這裏X射線吸收層110包括電阻器但不包括二極體。吸收單元陣列410可以包括保護環(例如，431B)。吸收單元陣列410的吸收單元420的至少一些被配置為吸收X射線並產生電信號。例如，沿著第一多個吸收單元陣列410的周邊的第一吸收單元420可以作為保護環，或通過施加電壓(例如，第一多個吸收單元420的二極體比第二多個吸收單元420的二極體更高的反向偏壓)為在吸收單元陣列410的內部的第二多個吸收單元420提供電屏蔽。第二多個吸收單元420可被配置為吸收X射線並產生電信號。所述第二多個中的每個吸收單元420可以與圖元150相關聯。
電子層120可包括電子系統121，其適於處理或解釋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可包括類比電路，例如 濾波網路、放大器、積分器和比較器，或數位電路，例如微處理器和記憶體。電子系統121可包括圖元共享的部件或專用於單個圖元的部件。例如，電子系統121可包括專用於每個圖元的放大器和在所有圖元之間共用的微處理器。電子系統121可通過通孔131電連接到圖元。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連接到圖元的其他接合技術是可能的。
圖8A和圖8B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、多個計數器320(包括計數器320A、320B、320C、320D…)、開關305、ADC 306和控制器310。
第一電壓比較器301配置成將電觸點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射線光子可在電觸點119B上產生的最大電壓的1-5%、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的材料和其它因素。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，
Figure 107125601-A0305-02-0026-2
。第二閾值可以是第一閾值的200%-300%。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)。每個計數器320與對於一定能量範圍的箱關聯。例如，計數器320A可與70-71KeV的箱關聯，計數器320B可與71-72KeV的箱關聯，計數器320C可與72-73KeV的箱關聯，計數器320D可與73-74KeV的箱關聯。在入射X射線光子的能量由ADC 306確定為在計數器320與之關聯的箱中時，計數器320中記錄的數增加一。
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)之後終止。短語“變化率大致為零”意指時間變化小於0.1%/ns。短語“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(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沖或邏輯電平等信號、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沖或邏輯電平等信號、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並且X射線光子的能量落在與計數器320關聯的箱中，控制器310可配置成促使計數器320中的一個記錄的數增加一。
控制器310可配置成在時間延遲終止時促使ADC 306將電壓數字化並且基於電壓確定X射線光子的能量落在哪個箱中。
控制器310可配置成使電觸點119B連接到電接地，以便使電壓重定並且使電觸點119B上累積的任何載荷子放電。在實施例中，電觸點119B在時間延遲終止後連接到電接地。在實施例中，電觸點119B在有限復位時期連接到電接地。控制器310可通過控制開關305而使電觸點119B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沒有類比濾波器網路(例如，RC網路)。在實施例中，系統121沒有類比電路。
ADC 306可將它測量的電壓作為類比或數位信號饋送給控制器310。ADC可以是逐次逼近型寄存器(SAR)ADC(也叫作逐次逼近ADC)。SAR ADC在最終匯聚於類比信號的數字輸出之前經由通過所有可能量化等級的二進位搜索來使類比信號數字化。SAR ADC可具有四個主要子電路：采樣和保持電路，用於獲取輸入電壓(Vin)；內部數模轉換器(DAC)，其配置成對類比電壓比較器供應等於逐次逼近型寄存器(SAR)的數字代碼輸出的類比電壓，該類比電壓比較器將Vin與內部DAC的輸出比較並且向SAR輸出比較結果，SAR配置成向內部DAC供應Vin的逼近數字代碼。SAR可被初始化使得最高有效位(MSB)等於數字1。該代碼被饋送到內部DAC內，其然後將該數字代碼的類比等效物(Vref/2)供應到比較器內用於與Vin比較。如果該類比電壓超出Vin，比較器促使SAR將該位重定；否則，位留下1。然後SAR的下一個位設置為1並且進行相同測試，從而繼續該二進位 搜索直到SAR中的每個位已被測試。所得的代碼是Vin的數字逼近並且最後在數字化結束時由SAR輸出。
系統121可包括電容器模塊309，其電連接到電觸點119B，其中電容器模塊配置成從電觸點119B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9中示出的，在ts至t0之間)內在電容器上累積。在整合期終止後，由ADC 306對電容器電壓采樣並且然後由重定開關將其重定。電容器模塊309能包括直接連接到電觸點119B的電容器。
圖9示意示出由與電觸點119B關聯的圖元150上入射的X射線光子產生的載荷子引起的流過電觸點119B的電流的時間變化(上曲線)和電觸點119B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，載荷子開始在圖元150中產生，電流開始流過電觸點119B，並且電觸點119B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等待電壓穩定來穩定。電壓在時間te穩定，這時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。在時間te或時間te之後，控制器310促使ADC 306使電壓數字化並且確定X射線光子的能量落在哪個箱中。控制器310然後促使對應於箱的計數器320記錄的數增加一。在圖9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。如果不易測量時間te，可以根據經驗選擇TD1以允許有足夠時間收集X射線光子產生的基本上所有載荷子但並未太長而冒著具有另一個入射X射線光子的風險。即，可以根據經驗選擇TD1使得時間ts根據經驗在時間te後。時間ts不是必須在時間te後，因為一旦達到第二閾值V2控制器310可忽視TD1並且等待時間te。電壓與暗電流對電壓的貢獻之間的差異的變化率從而在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。
在時間te電壓與X射線光子產生的載荷子的數量成比例，其與X射線光子的能量有關。控制器310可配置成基於ADC 306的輸出確定X射線光子的能量所落入的箱。
在TD1終止或被ADC 306數字化後，以較後者為準，控制器310在復位期RST使電觸點119B連接到電接地以允許電觸點119B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9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。
因為檢測器100具有可並行操作的許多圖元150，檢測器可以應對速率高得多的入射X射線光子。這是因為特定圖元150上的入射率是整個陣列圖元上的入射率的1/N，其中N是圖元數目。
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。
410A:吸收單元陣列

Claims (14)

  1. 一種製造一X射線檢測器之方法，其包括：在基板上形成吸收單元陣列，所述吸收單元陣列包括被配置為吸收X射線的多個吸收單元，其中在所述吸收單元陣列從所述基板分離之前，所述吸收單元中的至少一個不在其內包括保護環並不被保護環包圍；從所述基板分離所述吸收單元陣列；及在從所述基板分離所述吸收單元陣列之後，在所述吸收單元陣列上形成摻雜側壁，所述摻雜側壁包圍多於一個的吸收單元。
  2. 如請求項1之方法，其中所述吸收單元陣列包括矽，鍺，GaAs，CdTe，CdZnTe或其組合。
  3. 如請求項1之方法，其中，所述吸收單元的每個包括電觸點。
  4. 如請求項1之方法，其中所述吸收單元的每個包括二極體。
  5. 如請求項1之方法，其中所述吸收單元中的每個包括電阻器。
  6. 如請求項1之方法，其中形成所述摻雜側壁包括摻雜所述吸收單元陣列的側壁和退火。
  7. 一種製造一X射線檢測器之方法，其包括：從一基板分離所述基板的一部分； 在分離所述部分之後在所述基板的所述部分上形成吸收單元陣列，所述吸收單元陣列包括多個吸收單元和一摻雜側壁，其中所述吸收單元被配置為吸收X射線，其中所述摻雜側壁包圍多於一個的吸收單元。
  8. 如請求項7之方法，其中，所述吸收單元陣列包括矽，鍺，GaAs，CdTe，CdZnTe其組合。
  9. 如請求項7之方法，其中所述吸收單元的每個包括電觸點。
  10. 如請求項7之方法，其中所述吸收單元的每個包括二極體。
  11. 如請求項7之方法，其中，所述吸收單元的每個包括電阻器。
  12. 如請求項7之方法，其中形成所述吸收單元陣列包括：通過摻雜所述基板的部分的側壁來形成所述摻雜側壁。
  13. 如請求項7之方法，其中在形成所述吸收單元之前形成所述摻雜側壁。
  14. 如請求項7之方法，其中在形成所述吸收單元之後形成所述摻雜側壁。
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