辐射检测器及其制造方法技术

提供了一种用于对辐射进行位置分辨检测的辐射检测器以及制造这种辐射检测器的方法。辐射检测器包括具有对辐射敏感的传感器材料的至少一个传感器贴片(1)，传感器贴片(1)限定水平平面；与传感器材料接触的导电材料的一组像素(2)；至少一个ASIC(5),具有与像素(2)电连接的输入触件(4)，其中至少一个输入触件(4)相对于对应像素(2)水平偏移；以及在至少一个传感器贴片(1)和至少一个ASIC(5)之间的再分布层(10)，再分布层(10)包括将输入触件(4)与对应的像素(2)电连接的导体轨道(11)。导体轨道(11)中的至少一个导体轨道与至少一个与对应像素不同的交叉像素交叉。至少一个交叉像素具有与导体轨道(11)的突起的至少一部分对应的导电材料的空隙(14)。以这种方式，可以最小化或避免不同像素(2)之间的寄生电容，并且提高位置分辨图像的质量。位置分辨图像的质量。位置分辨图像的质量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】辐射检测器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种用于对辐射进行位置分辨检测的辐射检测器以及制造这种检测器的方法。

技术介绍

[0002]辐射检测器主要用于检测例如X射线波段中的电磁辐射，或者能量例如在1keV和400keV之间的电子。对于一些应用，需要对辐射进行位置分辨检测，例如，在诸如针对例如乳房X射线照相术或血管造影术的X射线测量或计算机断层摄影(CT)扫描的医疗应用中，或者例如在用于如低温电子显微镜(Cryo
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EM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)或扫描透射电子显微镜(STEM)等应用的电子显微镜中。
[0003]一类著名的检测器是半导体检测器，其直接或间接地将入射辐射(即入射光子或电子)转换成与吸收能量成比例的电荷。半导体辐射检测器可以由检测器模块构成。每个模块由一个或几个半导体传感器贴片(tile)和一个或多个读出专用集成电路(ASIC)组成。光子或电子因此在半导体传感器贴片中被转换成电荷。然后，例如以入射辐射的位置分辨图像的形式评估电荷。在光子或电子计数检测器的情况下，在ASIC完成的电荷评估包括在时间范围内对高于某个阈值的电荷脉冲数量进行计数。
[0004]“位置分辨”是指检测器确定空间中每个地点的辐射量，例如光子数量、电子数量或沉积的能量。为此目的，敏感材料的空间通常以由限定在传感器贴片表面上的导电材料的面积表示的像素离散化。在另一个实施例中，像素可以指由传感器层上的导电扩散层限定的对应面积，其顶部具有金属触件(其中扩散层例如是形成在例如硅的传感器层内部的PIN二极管结构的部分)。传感器贴片的底表面包括周期性的像素阵列。相邻像素之间的距离被定义为“间距”。检测器空间分辨率取决于像素的大小和间距。其中检测到入射光子或电子的像素越小，像素间距通常可以越小。每个传感器贴片面积的像素数量越高，空间分辨率就越好。
[0005]每个像素例如借助于焊料凸块电连接到读出ASIC的输入触件。ASIC的顶侧包括输入触件阵列。ASIC中输入触件的间距被定义为相邻输入触件之间的距离。通常输入触件的间距在整个ASIC上是均匀的。在输入触件没有完全覆盖ASIC的情况下，这种间距的均匀性可能会在相邻ASIC边缘处的相邻输入触件之间遭到破坏。
[0006]两个常规输入触件之间的间距可以优选地在20um和500um之间。在常规的半导体辐射检测器中，像素和输入触件之间的电连接是直接的，即传感器像素间距和ASIC输入触件间距相同，并且输入触件和对应的像素位于彼此直接相对。
[0007]多个检测器模块可以并排组装，使得比单个检测器模块面积更大的面积中的辐射被记录。在相邻模块连接的区域中，会出现间隙，其中将不会检测到辐射。
[0008]此外，空间分辨检测的质量还取决于其它因素。在现有技术的半导体检测器中，由入射辐射产生的电荷在带有电荷敏感放大器的ASIC中被转换成电压。所得电压信号的振幅及其潜在噪声水平受到放大器输入端处电容的强烈影响。当噪声尽可能低且信号尽可能大
时，实现半导体检测器的最佳性能。由于信噪比决定了基本的检测器性能参数，例如检测器对低能辐射的响应，因此在整个检测器上，电压信号具有均匀且高的信噪比是重要的。为了确保高且均匀的信噪比，有必要降低电荷敏感放大器输入端处的电容，并在整个检测器上实现均匀的电容分布。还需要减少来自环境噪声源的其它噪声源，因为它们会进一步降低信噪比。
[0009]一般而言，期望具有覆盖某个面积的辐射检测器，其中没有或至少减少不敏感间隙并且没有或至少减少检测器模块、传感器贴片之间或两个ASIC之间的区域中的像素间距的偏差。这对于成像应用，例如对于医疗应用或对于电子成像应用尤其重要。常规的辐射检测器在检测器模块之间表现出间隙和/或在与相邻ASIC中的相邻输入触件对应的相邻像素之间表现出不同的间距。撞击两个检测器模块或传感器贴片之间间隙的辐射或光子实际上并未入射到像素上，因此未被检测到。这会导致一部分传入辐射的损失。此外，当X射线或电子撞击两个ASIC之间的区域时，相邻ASIC之间的输入触件周期性失真会导致检测器空间分辨率的局部变化。因此，本专利技术的目的是提供一种具有高分辨率的辐射检测器，其覆盖大面积，没有或至少最小化间隙并且没有或至少减少在ASIC、传感器贴片和/或检测器模块之间的连接处的像素间距变化。本专利技术可以在X射线或电子成像应用中具有特定的影响。

技术实现思路

[0010]该目的通过一种用于对辐射进行位置分辨检测的辐射检测器来实现，该辐射检测器包括以下元件：
[0011]‑
具有对辐射敏感的传感器材料的至少一个传感器贴片，限定水平平面：传感器贴片在水平平面上可以具有矩形或特别是正方形形状，边长例如为2cm或4cm或6cm或8cm。辐射是典型能量在2keV和200keV之间的X射线辐射，或者是能量在2keV和400keV之间的电子辐射。用于医疗应用的X射线通常具有5到100keV或高达200keV范围内的能量。合适的半导体传感器材料是硅、砷化镓、碲化镉或碲化镉锌。传感器材料优选地适于将入射辐射或入射光子转换成电荷，然后可以对其进行测量。
[0012]‑
与传感器材料接触的导电材料的一组像素：像素被定义为水平平面上的表面面积，通常由金属制成。在像素中感应的任何电荷，特别是源自转换的光子或电子的电荷，对像素的测量值有贡献。因此，检测器空间分辨率，即每单位面积的像素数或测量值，取决于像素间距。优选地，像素是矩形的并且特别是具有边长通常在20和1000μm之间、理想地在30和450μm之间的正方形。该组像素可以是网格状布置，例如矩形网格，理想地覆盖传感器贴片的大部分敏感材料，例如至少90％、95％或99％。
[0013]‑
至少一个具有与像素电连接的输入触件的ASIC，其中至少一个输入触件相对于对应像素水平偏移：每个输入触件优选地与恰好一个对应的像素连接，这意味着该组像素的数量优选地等于输入触件的数量。优选地，一个或多个ASIC对应于，即评估一个传感器贴片的所有信号。一个或多个ASIC优选地被配置为评估在与ASIC输入触件接触的像素上收集的电信号。特别地，评估可以包括以下至少一项或多项：确定每像素和时间的电荷量、对每像素和时间转换成电荷的高于给定信号阈值的入射光子或电子的数量进行计数，以及进一步处理诸如校准。优选地，为每个传感器贴片分配的至少一个ASIC被布置在平行于由传感器贴片限定的水平平面的平面中，并且优选地与传感器贴片和可能的其它部件(诸如下面
介绍的再分布层)一起布置在堆叠中。优选地，ASIC的输入触件面对像素，即使其它部件可以布置在它们之间。对于将输入触件简单地归因于像素，期望每个输入触件“直接在下面”，即对应像素没有任何水平偏移。但是，这可能是不可能的，因为与ASIC的大小相比，传感器贴片的大小不同，或者因为传感器贴片下方的空间和水平方向除了输入触件之外还需要其它元件，诸如输入/输出(I/O)焊盘，用于读出ASIC、设置ASIC的参数或向ASIC供电或参考电压。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对辐射进行位置分辨检测的辐射检测器，包括：
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具有对辐射敏感的传感器材料的至少一个传感器贴片(1)，传感器贴片(1)限定水平平面，
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与传感器材料接触的导电材料的一组像素(2)，
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分配给所述至少一个传感器贴片(1)的至少一个ASIC(5)，所述至少一个ASIC(5)具有与像素(2)电连接的输入触件(4)，其中至少一个输入触件(4)相对于对应像素(2)水平偏移，
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在所述至少一个传感器贴片(1)和所述至少一个ASIC(5)之间的再分布层(10)，所述再分布层(10)包括将输入触件(4)与对应的像素(2)电连接的导体轨道(11)，其中导体轨道(11)中的至少一个导体轨道与不同于对应像素的至少一个交叉像素交叉，其中所述至少一个交叉像素具有与交叉导体轨道(11)的投影的至少一部分对应的导电材料的空隙(14)。2.根据权利要求1所述的辐射检测器，其中所述传感器材料适于将入射辐射转换成电荷，并且其中所述传感器材料包括半导体材料，特别是硅或砷化镓或碲化镉或碲化镉锌。3.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，其中所述至少一个传感器贴片(1)在其在所分配的所述至少一个ASIC(5)上的投影中突出超过所述至少一个ASIC(5)的至少一个边缘，优选地，其中所述至少一个传感器贴片(1)在水平平面中具有比所分配的所述至少一个ASIC(5)更大的表面面积，特别是其中所述一组像素(2)的水平延伸大于输入触件(4)的阵列的延伸，特别是其中每个传感器贴片(1)具有至少2cmx2cm的表面面积。4.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，其中所述组中的每个像素(2)被分配给多个输入触件(4)中的一个输入触件(4)，并且其中所述组中的每个像素(2)通过导体轨道(11)中的一个导体轨道电连接到所分配的输入触件(4)。5.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，其中与不同于对应像素的至少一个交叉像素交叉的导体轨道(11)中的至少一个导体轨道是电连接相对于对应像素(2)水平偏移的所述至少一个输入触件(4)的导体轨道，优选地，其中在所述至少一个输入触件(4)和对应像素之间的水平偏移是指对应导体轨道的对应像素的面积内输入触件的位置和终止点的位置，优选地，其中对于所述组的至少两个像素，对应像素内的终止点的位置是不同的，优选地，其中至少一个，并且优选地所有终止点都位于对应像素面积的边缘处。6.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，包括相邻像素(2)之间的非导电材料的像素间间隙(21)，其中所述导体轨道(11)中的至少一个导体轨道的至少一部分与像素间间隙(21)中的一个像素间间隙对齐。7.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，
其中所述空隙(14)的面积总计为限定所述投影的所述部分的所述投影的面积的至少80％，特别是至少90％。8.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，其中所述空隙(14)由导电材料的连续边缘(15)界定。9.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，其中所述再分布层(10)具有至少1μm，特别是至少5μm的厚度，优选地，其中所述至少一个ASIC(5)的所述输入触件(4)和所述导体轨道(11)经由焊料凸块和凸块下金属化层(11c)连接。10.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射检测器，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：德克特里斯股份公司，
类型：发明
国别省市：