用于优化X射线噪声性能的像素结构制造技术

提供了一种用于图像传感器的像素（100），其中，像素（100）基于掺杂基板（110），在该掺杂基板上设置了轻掺杂的外延层（120）。感光结构（130）和绝缘反向偏置阱（140）被限定在外延层（120）中，并且感光结构（130）被封装在反向偏置阱（140）中。可选地，或作为补充，像素（100）包括遍及外延层的全部或至少主要部分在感光结构（130）的各侧上延伸的绝缘阱，以提供与图像传感器的相邻像素的绝缘。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及χ射线成像，更具体地，涉及结合使用闪烁器和像素图像传感器以捕获X射线图像的情况。
技术介绍
通常利用闪烁器结合图像传感器来捕获χ射线图像。在这样的设置中，图像传感器位于闪烁器的后面。然而，根据自然法则，闪烁器仅能吸收进入闪烁器的表面的所有X射线光子的某一部分。结果，多个未被吸收的X射线光子穿过闪烁器并且进入图像传感器。这些X射线光子的某些在图像传感器中被吸收，这通常造成明显的噪声，影响在X射线光子被吸收的位置的附近区域中的一个或几个像素。 在χ射线成像中，通常要求获得尽可能最好的图像质量，经常理解为高分辨率(锐度)和低噪声之间的平衡。这两个图像要求通常是矛盾的，从而使得高分辨率往往伴随着高噪声，反之亦然。如在上一段所说明的，在图像传感器中通过X射线光子的吸收而产生的噪声不能被容易地滤掉而不劣化图像中的分辨率(锐度)。有时，将由χ射线吸收玻璃制成的光纤板(FOP)放置在闪烁器与图像传感器之间，以吸收穿过闪烁器的X射线光子，从而降低噪声。然而，此解决方案成本高并且增加了系统的总体厚度和重量，这是所不期望的许多倍。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的这些以及其他的缺点。本专利技术的主要目标在于在图像传感器中通过降低X射线光子的吸收所产生的噪声来提供改善的图像质量。—个目标在于提供用于图像传感器的改进的像素。另一目标在于提供改进的图像传感器、X射线传感器系统以及X射线成像系统。在第一方面中，提供了一种用于图像传感器的像素，其中，像素基于掺杂基板，在掺杂基板上设置了轻掺杂的外延层。感光结构和绝缘反向偏置阱被限定在外延层中，并且感光结构被封装在反向偏置阱中。以这种方式，将会降低χ射线相互作用的可能性，而同时保持用于可见光子的充分吸收的足够深度。 在第二方面中，提供了一种用于图像传感器的像素，其中，像素基于掺杂基板，在掺杂基板上设置了轻掺杂的外延层。感光结构被限定在外延层中，并且像素包括遍及外延层的全部或至少主要部分在感光结构的各侧上延伸的绝缘阱，以提供与图像传感器的相邻像素的绝缘。通过这种方式，所吸收的X射线的噪声基本上被包含至仅一个像素。方面还提供了一种图像传感器、X射线传感器系统以及X射线成像系统。专利技术通常可应用在X射线成像应用中，在下面的技术应用中尤其有用牙齿X射线、工业X射线应用以及科学X射线应用。当阅读下面的详细描述时，将会理解专利技术的其他优点。附图说明通过参考以下描述并结合附图可以很好地理解本专利技术及其其他目标和优点，其中图IA和图IB示出了闪烁器与具有像素的图像传感器的实例的横截面，示出了期望的功能(图1A)以及产生噪声的不期望的处理(图1B)。图2是示出包括闪烁器、图像传感器(A)、用于读取和控制的电路(B)、用于成像处理的电路(C)以及计算机(D)的典型设置的示意框图。在右边示出可能的装置结构，其中连字号表示装置之间的分离。 图3A是根据专利技术的实施方式的示出像素的第一实例的示意图。图3B是根据专利技术的实施方式的示出像素的第二实例的示意图。图4A是根据专利技术的实施方式的示出像素的第三实例的示意图。图4B是根据专利技术的实施方式的示出像素的第四实例的示意图。图5A是示出作为距离表面的深度χ的函数的光学吸收百分数的实例的示意图。有用信号S被认为与此光学吸收成比例。图5B是示出作为距离表面的深度χ的函数的χ射线吸收的百分数的实例的示意图。通过由此吸收X射线光子产生的噪声N被认为与此χ射线吸收成比例。存在其他噪声机制，但这里未考虑。图6是示出了作为距离表面的深度χ的函数的光学吸收和X射线吸收之间的归一化相对SNR (信噪比)的实例的示意图。具体实施例方式在所有附图中，相同的参考标号用于类似或对应的元件。现在将参照一些示例性的和非限制性的实施方式来描述专利技术。图IA和图IB示出了在χ射线成像的典型结构中的闪烁器和图像传感器的实例。图IA示出了具有在闪烁器10中的χ射线吸收和光发射以及在图像传感器20中的可见光的吸收的结构的所期望的功能。图IB示出具有穿过闪烁器10并在图像传感器20中被吸收的χ射线光子的结构的不期望的处理。在图IA中示出了该设置的所期望的功能闪烁器吸收χ射线光子，对于每个这样的χ-射线光子，发射可见光范围内的光子脉冲，从而产生能被诸如电荷耦合器件(CCD)或CMOS成像传感器(CIS)的感光图像传感器捕获的光图像。然而，根据自然法则，闪烁器仅能吸收进入闪烁器的表面的χ-射线光子的某一部分。结果，如图B中所示，许多未被吸收的χ射线光子穿过闪烁器进入图像传感器。这些χ射线光子中的一些在图像传感器中被吸收，这通常导致高的噪声，该噪声影响在χ射线光子被吸收的位置的附近区域中的一个或几个像素。本专利技术至少部分涉及用于最小化在到来的χ射线光子与感光像素之间的相互作用的可能性的方法和装置；还涉及将通过这样的吸收的X射线光子产生的噪声信号包含至发生吸收的一个单个像素的方法和装置。在第一方面中，提供了一种用于图像传感器的像素，其中，像素基于其上设置有轻掺杂外延层的掺杂基板。在外延层中限定了感光结构和绝缘反向偏置阱，并且感光结构被封装在反向偏置阱中。例如，感光结构可通过耗尽区来限定，在该耗尽区中，光被转换成组成信号的电载流子(electrical carrier)，并且优选地耗尽区整个被包含在反向偏置阱内，以降低通过耗尽区外部的χ射线光子的吸收而产生的载流子向信号贡献或添加噪声的风险。优选地，将感光结构制得很浅，以降低感光结构中的X射线相互作用的可能性而同时保持用于可见光子的充分吸收的足够深度。在第二方面中，提供了一种用于图像传感器的像素，其中，像素基于其上设置了轻掺杂的外延层的掺杂基板。在外延层中限定了感光结构，并且像素包括绝缘阱，该绝缘阱遍及外延层的全部或至少主要部分在感光结构的各个侧面上延伸，以提供与图像传感器的相邻像素的绝缘。 例如，感光结构可通过耗尽区域来限定，在所述耗尽区中光被转换成组成信号的电载流子。作为实例，绝缘阱可被实现为刻蚀阱或反掺杂阱。图像传感器可因此被设计成具有根据上述方面的任意一个构造的多个像素。X射线传感器系统还可以被设置为包括与这样的图像传感器结合配置的闪烁器，并且包括这样的X射线传感器系统的总体X射线成像系统可以被提供。在第一方面中，期望以降低X射线光子的吸收的可能性的这样一种方式构造图像传感器。基本思想因此是以这种方式构造图像传感器，即，X射线光子与图像传感器相互作用从而产生噪声的可能性被最小化或至少被降低。例如，图像传感器可以以这种方式构造，即，每个成像元件(“像素”)内的感光结构被制造得尽可能浅，以最小化或至少降低X射线相互作用的可能性，而同时保持用于充分吸收来自闪烁器的可见光子的足够深度。在第二方面中，期望以这样一种方式构造图像传感器，S卩，由所吸收的X射线光子产生的噪声被基本上包含至仅一个像素。作为备选或至少部分地作为补充，可提供在每个像素(电的或其他的)中的感光结构周围的绝缘结构，以确保由所吸收的X射线光子产生的噪声信号主要被包含至仅一个像素。专利技术提供了下列优点中的至少一个·改进的像素结构。·改进的χ射线噪声特性。·用小且重量轻的X射线传感器系统捕获高分辨率并且噪声低的X射线图像的能力。 专利技术可产生与用光纤板(FOP)获得的类似的结果，尤其是在与合适的滤波器结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.09 US 61/322,5791.一种用于图像传感器的像素(100)，其中，所述像素(100)基于掺杂基板(110)，在所述掺杂基板上设置了轻掺杂的外延层(120)，其中，感光结构(130)和绝缘反向偏置阱(140)被限定在所述外延层(120)中，并且所述感光结构(130)被封装在所述反向偏置阱(140)中。2.根据权利要求I所述的像素，其中，所述感光结构(130)由光在其中被转换成构成信号的电载流子的耗尽区来限定，并且所述耗尽区整体被包含在所述反向偏置阱(140)中以降低通过在所述耗尽区外的X射线光子的吸收所产生的载流子向所述信号贡献噪声的风险。3.根据权利要求I或2所述的像素，其中，所述感光结构(130)被设计有用以在保持用于可见光子的充分吸收的足够深度的同时降低在所述感光结构中的X射线相互作用的可能性的深度或厚度。4.根据权利要求I至3中任一项所述的像素，其中，所述像素(100)进一步包括另外的绝缘阱(150)，所述绝缘阱遍及...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥洛夫·斯韦诺纽斯，
申请(专利权)人：斯基恩特X公司，
类型：
国别省市：