一种X光探测器结构及其工作方法技术

一种X光探测器结构及其工作方法，包括探测器芯片、正面闪烁体、背面闪烁体、基板、固定结构；所述探测器芯片包括正入射面、背入射面；所述正入射面的感光区贴合正面闪烁体，所述背入射面的感光区贴合背面闪烁体；所述探测器芯片的非感光区贴合在基板上，所述探测器芯片的一端或者两端设置有信号传输区域并且通过绑线将信号传输区域传导至基板。本发明专利技术所述的X光探测器结构及其工作方法，结构设计合理，工作方法简单，采用双面入射的方式，提高了X光探测器整体闪烁体的厚度，同时不减少闪烁体光输出，并且不增加探测器芯片的面积，保证信号大小，提高成像质量，应用前景广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种X光探测器结构及其工作方法
本专利技术涉及X光探测器
，具体涉及一种X光探测器结构及其工作方法。
技术介绍
X光探测器是一种将X射线能量转换为可供记录的电信号的装置，通常由闪烁体，探测器芯片，以及基板组合而成，如图1所示，工作原理是X光子入射进入闪烁体，转换为可见光输出，进入探测器芯片。再由探测器芯片进行光电转换，形成电信号，并通过芯片与基板上的导线传输至后续的信号处理芯片，从而形成最终的图像。探测器芯片按照入射光的方向不同，分为正入式与背入式两种，如图2所示，其中，正入式的探测器芯片，闪烁体产生的可见光从探测器正面入射，进入探测器芯片后被吸收，产生的光生载流子从靠近芯片正面的二极管所收集，并通过正面的金属走线和电极所传输至基板及后续信号处理芯片。而背入式探测器芯片，闪烁体产生的可见光从探测器背面入射，进入探测器芯片后被吸收，产生的光生载流子从靠近芯片正面的二极管所收集，并通过正面的金属走线和电极所传输至基板及后续信号处理芯片。正入式和背入式探测器芯片各有优势，在实际产品中都有应用。近年来，随着X光探测器的大规模推广和使用，根据X光探测器不同的使用场景，例如小型安检设备、工业零件检测、大型集装箱检测等，被检测物体的质量、密度各不相同，所需的入射X光的能量也不相同，从几十KeV到几十MeV不等，并且相应的，使用的探测器闪烁体的厚度也有不同，尤其是对于能量较高的大型集装箱检测，闪烁体的厚度需要较厚，以便能充分的吸收入射的高能量X光，产生足够的信号，满足探测需求。而较厚的闪烁体会带来一些问题：其一，随着闪烁体厚度的增加，吸收X光而转换成的可见光就需要更长的路径才能传输到探测器芯片的表面，而在可见光传输的过程中，又有可能被吸收掉。尤其是闪烁体远离探测器芯片的位置，产生的可见光需要经过几乎整个闪烁体厚度，这样会大大降低整个闪烁体的光输出量，反而降低了检测信号的大小。其二，较厚的闪烁体，尤其是例如钨酸镉这种密度较大的材料，其质量也较大。在模组封装后，会对探测器芯片形成较大的挤压，容易形成损坏，对封装的要求较高。现有技术中有一种侧入式的高能量探测器模组，如图3所示，与顶入式的探测器不同，X光的入射方向平行与探测器芯片，从闪烁体的侧面进入被吸收，而在闪烁体内部产生的可见光，从探测器芯片垂直方向入射。这种结构一定程度上可以解决上述的问题，但是需要较大面积的探测器芯片，一方面增加了探测器的成本，另一方面较大的探测器芯片会引入较大的暗电流和寄生电容，从而增大系统的噪声，降低成像质量。因此，需要针对上述技术问题研发出一种X光探测器结构。中国专利申请号为CN201910706450.5公开了一种X射线探测器及其制备方法，是通过设于闪烁体层两侧的第一感光层和第二感光层通过各自独立耦合和采样，在低辐射剂量的单次曝光条件下，同时提高了空间分辨率和荧光吸收率，优化辐射剂量和信噪比，没有解决闪烁体的厚度增加导致光输出减少、质量大导致的损坏等问题。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供一种X光探测器结构及其工作方法，结构设计合理，工作方法简单，采用双面入射的方式，在探测器芯片的正入射面、背入射面分别耦合有正面闪烁体、背面闪烁体，X光子入射进入正面闪烁体转换为可见光输出从正入射面的感光区域进入探测器芯片，X光子入射进入背面闪烁体转换为可见光输出从背入射面的感光区域进入探测器芯片，提高了X光探测器整体闪烁体的厚度，同时不减少闪烁体光输出，并且不增加探测器芯片的面积，保证信号大小，提高成像质量，应用前景广泛。技术方案：一种X光探测器结构，包括探测器芯片、正面闪烁体、背面闪烁体、基板、固定结构；所述探测器芯片包括正入射面、背入射面，所述探测器芯片内靠近正入射面一侧设置有若干个光电二极管，所述正入射面上还设置有若干个金属导线、电极；所述正入射面的感光区贴合正面闪烁体，所述背入射面的感光区贴合背面闪烁体；所述探测器芯片的非感光区贴合在基板上，所述探测器芯片的一端或者两端设置有信号传输区域并且通过绑线将信号传输区域传导至基板；所述正面闪烁体、背面闪烁体的出光面积相同并且分别完全覆盖住探测器芯片正入射面与背入射面的感光区；所述正面闪烁体、背面闪烁体通过基板上的固定结构与基板进行固定；所述正入射面包括若干个像素；所述像素形成一维线阵列或者形成二维面阵列。本专利技术所述的X光探测器结构，采用双面入射的方式，在探测器芯片的正入射面、背入射面分别耦合有正面闪烁体、背面闪烁体，X光子入射进入正面闪烁体转换为可见光输出从正入射面的感光区域进入探测器芯片，X光子入射进入背面闪烁体转换为可见光输出从背入射面的感光区域进入探测器芯片，提高了X光探测器整体闪烁体的厚度，同时不减少闪烁体光输出，并且不增加探测器芯片的面积，保证信号大小，提高成像质量。所述探测器芯片内靠近正入射面一侧设置有若干个光电二极管，作用是将入射光产生的电荷分离，正入射面上的电极进行收集，收集到的电荷信号通过金属导线在探测器芯片表面传输到信号传输区域，信号传输区域可以位于探测器芯片的一侧或者两侧，通过绑定等方式将电信号从探测器芯片传导至基板。本专利技术中使用的探测器芯片的正入射面包括若干个像素，像素既可以形成一维线阵列，也可以形成二维面阵列，并且同一个探测器芯片内的像素尺寸可以不同，灵活性高。进一步的，上述的X光探测器结构，每个所述像素包含一个电荷收集电极并且通过金属导线从所述像素之间连接至位于探测器芯片一端或者两端的信号传输区域。进一步的，上述的X光探测器结构，所述金属导线通过一个金属焊盘并且通过金属绑线连接至基板。进一步的，上述的X光探测器结构，所述正面闪烁体、背面闪烁体也包括像分割，所述正面闪烁体、背面闪烁体的像素尺寸与所述探测器芯片正入射面的像素尺寸一一对应，所述正面闪烁体、背面闪烁体的像素之间为反射层材料。本专利技术中的正面闪烁体、背面闪烁体，可以分别是包含像素分割的，也可以是不包含像素分割。如果正面闪烁体、背面闪烁体包含像素分割，则正面闪烁体、背面闪烁体的像素尺寸与探测器芯片正入射面的像素尺寸一一对应，而正面闪烁体、背面闪烁体的像素之间则为反射层材料。每一个正面闪烁体、背面闪烁体的像素分割内部产生的可见光，将经过像素间的反射材料的反射而限制在本像素内，并最终通过与探测器芯片耦合的出光面进入探测器正入射面或者背入射面。进一步的，上述的X光探测器结构，所述固定结构为围绕或者部分围绕正面闪烁体、背面闪烁体的支架，所述固定结构通过固化后的胶水与正面闪烁体、背面闪烁体进行固定并且将正面闪烁体、背面闪烁体固定在基板上。进一步的，上述的X光探测器结构，所述探测器芯片材料为单晶硅或者非晶硅的一种；所述正面闪烁体、背面闪烁体材料为CsI、CWO、GOS、GAGG的一种或几种的混合。本专利技术中的探测器芯片，其材料可以采用单晶硅，也可以采用非晶硅。对于单晶硅材料的探测器芯片，其感光区是由不同的杂质从正入射面注入，在单晶硅衬底中形成的PN结构。对于非晶硅材料的探测器芯片，其感光区是由含有不同掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种X光探测器结构，其特征在于，包括探测器芯片（1）、正面闪烁体（2）、背面闪烁体（3）、基板（4）、固定结构（5）；所述探测器芯片（1）包括正入射面（11）、背入射面（12），所述探测器芯片（1）内靠近正入射面（11）一侧设置有若干个光电二极管（13），所述正入射面（11）上还设置有若干个金属导线（14）、电极（15）；所述正入射面（11）的感光区贴合正面闪烁体（2），所述背入射面（12）的感光区贴合背面闪烁体（3）；所述探测器芯片（1）的非感光区贴合在基板（4）上，所述探测器芯片（1）的一端或者两端设置有信号传输区域（16）并且通过绑线将信号传输区域（16）传导至基板（4）；所述正面闪烁体（2）、背面闪烁体（3）的出光面积相同并且分别完全覆盖住探测器芯片（1）正入射面与背入射面的感光区；所述正面闪烁体（2）、背面闪烁体（3）通过基板（4）上的固定结构（5）与基板（4）进行固定；所述正入射面（11）包括若干个像素（111）；所述像素（111）形成一维线阵列或者形成二维面阵列。/n

【技术特征摘要】
1.一种X光探测器结构，其特征在于，包括探测器芯片（1）、正面闪烁体（2）、背面闪烁体（3）、基板（4）、固定结构（5）；所述探测器芯片（1）包括正入射面（11）、背入射面（12），所述探测器芯片（1）内靠近正入射面（11）一侧设置有若干个光电二极管（13），所述正入射面（11）上还设置有若干个金属导线（14）、电极（15）；所述正入射面（11）的感光区贴合正面闪烁体（2），所述背入射面（12）的感光区贴合背面闪烁体（3）；所述探测器芯片（1）的非感光区贴合在基板（4）上，所述探测器芯片（1）的一端或者两端设置有信号传输区域（16）并且通过绑线将信号传输区域（16）传导至基板（4）；所述正面闪烁体（2）、背面闪烁体（3）的出光面积相同并且分别完全覆盖住探测器芯片（1）正入射面与背入射面的感光区；所述正面闪烁体（2）、背面闪烁体（3）通过基板（4）上的固定结构（5）与基板（4）进行固定；所述正入射面（11）包括若干个像素（111）；所述像素（111）形成一维线阵列或者形成二维面阵列。


2.根据权利要求1所述的X光探测器结构，其特征在于，每个所述像素（111）包含一个电荷收集电极并且通过金属导线（14）从所述像素（111）之间连接至位于探测器芯片（1）一端或者两端的信号传输区域（16）。


3.根据权利要求1所述的X光探测器结构，其特征在于，所述金属导线（14）通过一个金属焊盘并且通过金属绑线连接至基板（4）。


4.根据权利要求2所述的X光探测器结构，其特征在于，所述正面闪烁体（2）、背面闪烁体（3）也包括像素（111）分割，所述正面闪烁体（2）、背面闪烁体（3）的像素（111）尺寸与所述探测器芯片（1）正入射面（11）的像素（111）尺寸一一对应，所述正面闪烁体（2）、背面闪烁体（3）的像素（111）之间为反射层材料。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙磊，刘柱，王伟，李岩，
申请(专利权)人：奕瑞新材料科技太仓有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32