本发明专利技术涉及具有用于将入射辐射转换为电信号的直接转换半导体层的辐射探测。当直接转换半导体材料被辐照时，子带红外(IR)辐照大大减少了直接转换半导体材料中的极化，使得可能以较高的管电流来进行计数，而不存在任何基线偏移。IR辐照设备被集成到读出电路中，晶体被以倒装芯片的方式键合到所述读出电路，以便实现4侧可对接晶体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及辐射探测器领域，例如但不限于包括用于将入射辐射转换为电信号的直接转换半导体层的X射线探测器。更具体地，本专利技术涉及光子计数(能量解析)探测器领域，例如用于人体医学成像或其他目的。
技术介绍
包括直接转换半导体层的X射线探测器使得个体X射线量子或光子能够定量地并以能量选择的方式被探测。在该类型X射线探测器的情况下，入射X射线光子部分地由于与半导体材料的多阶段物理相互作用过程而在半导体层中生成电子空穴对形式的自由电荷载体。通过范例，以 CdTe, CdZnTe (CZT)、CdTeSe, CdZnTeSe, CdMnTe, InP、TIBr2 或 HGI2形式的半导体材料适合于探测X射线光子，这是因为这些材料在医学成像的能量范围中具有高X射线吸收。例如，与硅和锗探测器相比，CZT是独特的，即CZT在室温下工作并且能够处理多于一百万个光子每秒每平方毫米。CZT的光谱分辨率超过大部分其他探测器的光谱分辨率。为了探测对应于X射线光子的吸收事件，电极被安装在半导体层的两侧，并且将电压施加到电极以便于生成电场。针对吸收事件的空间解析探测，一个电极被体现为像素化形式，并且被设计为读出电极。与其相对布置的另一电极通常被体现为平面形式，并且被设计为计数器电极。在这些电极(即阳极和阴极)之间生成的电场中，自由电荷载体在电极处依据电荷类型和极性而被加速，其中，自由电荷载体诱发电流形式的电信号。例如借助于评估单元，电流被转换为评估信号，所述评估信号的幅度与电流曲线的面积积分成比例，并且因此与由入射X射线光子释放的电荷量成比例。由此生成的评估信号随后被引导到脉冲鉴别器，所述脉冲鉴别器以基于阈值的方式探测X射线。光子计数能量解析的光谱计算机断层摄影(PCS-CT)探测器被认为是医疗CT的下一大进步。由于个体光子将被以20Mcps/mm2或更高的光子计数率关于其能量粗略地进行计数和表征，所以这样的探测器必须被建立有直接转换材料，如CdTe，而不是展现闪烁(当由电离辐射激发时发光的性质)并且大大慢于CZT的闪烁器。对于未来基于石榴石的闪烁器，这是可以改变的，然而，对于这样的设备，也需要将光转换为电信号的非常快的光电二极管。因此，当前直接转换材料(如CdTe)仍然是PCS-CT的有利选择。然而，CZT材料倾向于极化，即在被利用X射线辐照时形成像素体积内的空间电荷，所述空间电荷减弱施加的电场，使得在X射线光子与CZT材料的相互作用中生成电子空穴对不再足够快地朝向阳极和阴极漂移。因此，收集到不足的电荷或甚至收集不到电荷，并且测量结果无疑是错误的。这在图4a中被图示，图4a示出了在具有四个各自不同的阈值(30keV、33keV、36keV、51keV)的4个不同能量通道Chl到Ch4上在12000个100 μ s的短测量周期内测得的计数。邻近2000个测量周期之前，X射线辐照开始(遮板打开)，并且在大约7000个测量周期处，X射线辐照停止(遮板关闭)。由于启动X射线辐照之后探测材料体积中的极化效应，计数的数量在后续的测量周期期间下跌。到来的空间电荷削弱了电场，使得更少的电子到达阳极，这本身在减少的计数数量中得到证明。依据实际阈值，这种下跌在不同的时间点处被观察到。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供在转换材料中具有较小极化的更有效的辐射探测。该目的是通过根据权利要求1所述的辐射探测器、根据权利要求11所述的探测方法以及根据权利要求12的制造方法来实现的。因此，辐射光子减少了直接转换材料的像素内的极化倾向，使得以较高的X射线通量进行计数成为可能。增加的IR光导致深阱被释放，使得不形成空间电荷。更具体地，通过使用子带IR光，待探测的辐射并不简单地由直接转换材料吸收，并且可以生成电子空穴对(例如以缺陷态)。如果提出的IR辐照从不存在金属化的侧面完成，则IR光未被吸收(严格说，仅由缺陷态吸收)，也使得离IR光源最远的像素仍然接收足够的子带IR光。根据第一方面，多个红外辐射源适于利用子带红外辐射来辐照直接转换半导体层，所述子带红外辐射具有小于所述直接转换半导体层的带隙的光子能量。具有小于所述带隙的能量的辐射光子还减少直接转换材料的像素内的极化倾向。根据可以与第一方面组合的第二方面，所述多个红外辐射源可以被提供在红外源层上，所述红外源层被内插在所述直接转换半导体层和基板的读出芯片之间，并且经由像素盘被以倒装芯片的方式键合到所述直接转换半导体层。这样的具有以倒装芯片的方式键合的结构由于4侧可对接(buttable)结构而允许高实装密度。根据可以与第一或第二方面组合的第三方面，所述多个红外辐射源中的每个可以被布置在所述像素盘的间隙部分处，即所述直接转换材料未被盘金属化覆盖的位置。由此，所述IR辐射的至少部分可以进入直所述接转换半导体层，而不受电极金属化的任何抑制。根据可以与第一到第三方面中的任意一方面组合的第四方面，所述红外源层可以包括用于将所述像素盘电连接到所述读出芯片上的相关接触部分的穿过连接部分。该措施减少布线复杂性，并且因此进一步增加实装密度。根据可以与第一到第四方面中的任意一方面组合的第五方面，所述多个红外源可以包括多个组，每个组包括具有所述子带红外辐射的不同波长的红外源。因此，可以通过提供较宽的辐射谱来增加IR辐照的效率。在第四方面的更具体的实现方式中，所述多个组中的一个的每个红外源可以被布置在所述直接转换半导体层的各自的像素盘的不同角处。由此，可以平衡不同波长的空间分布。根据可以与第一到第五方面中的任意一方面组合的第六方面，所述多个红外源可以被布置为从阳极侧辐照所述直接转换半导体层。这提供的优势在于，由于阳极电极被提供具有间隙部分，所以由电极金属化导致的辐射损失可以被减少。根据可以与第一到第六方面中的任意一方面组合的第七方面，其中，所述红外源中的每个可以被分配到辐射探测器的像素的子集。这减少了红外源的数量，并且允许较高的实装密度。根据可以与第一到第七方面中的任意一方面组合的第八方面，所述直接转换半导体层可以由CdTe晶体制成。该材料允许快速光子计数。这里，符号CdTe被用于表示两种材料CdTe和CdZnTe (即CZT)。根据可以与第一到第八方面中的任意一方面组合的第九方面，制造过程可以包括将具有所述多个红外辐射源的所述红外源层内插在所述直接转换半导体层与所述读出芯片之间。根据可以与第一到第九方面中的任意一方面组合的第十方面，所述制造过程可以包括利用被连接或被集成的红外辐射源将所述直接转换半导体层键合到所述读出芯片。根据可以与第一到第十方面中的任意一方面组合的第十一方面，制造方法还可以包括使用所述红外源层作为内插器，以在将所述红外源层安装到所述读出芯片之前测试所述直接转换半导体层。由此，可以在所述制造过程期间评估提出的额外IR辐射的效果。应当理解，确定根据权利要求1所述的辐射探测器、根据权利要求11所述的探测方法和根据权利要求12所述的制造方法的实质具有相似和/或相同的(特别是如在从属权利要求中定义的)优选实施例。 应当理解，本专利技术的优选实施例也可以是从属权利要求与各自的独立权利要求的任何组合。参考下文描述的实施例，本专利技术的这些和其他方面将是显而易见的，并且将参考下文描述的实施例对本专利技术的这些和其他方面进行说明。【本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种辐射探测器，包括：a)直接转换半导体层(60)，其用于将入射辐射转换为电信号；b)包括读出电子器件的基板(10)，所述读出电子器件用于经由被布置在所述直接转换半导体层(60)处的像素盘(20)来接收所述电信号；以及c)多个辐射源(30、32)，其被连接或集成到所述基板，并且适于辐照所述直接转换半导体层(60)。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·赫尔曼，R·斯特德曼布克，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL
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