用于探測器晶體的子帶紅外輻照制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及具有用于將入射輻射轉(zhuǎn)換為電信號的直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層的輻射探測。當(dāng)直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體材料被輻照時(shí)，子帶紅外(IR)輻照大大減少了直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體材料中的極化，使得可能以較高的管電流來進(jìn)行計(jì)數(shù)，而不存在任何基線偏移。IR輻照設(shè)備被集成到讀出電路中，晶體被以倒裝芯片的方式鍵合到所述讀出電路，以便實(shí)現(xiàn)4側(cè)可對接晶體。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及輻射探測器領(lǐng)域，例如但不限于包括用于將入射輻射轉(zhuǎn)換為電信號的直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層的X射線探測器。更具體地，本專利技術(shù)涉及光子計(jì)數(shù)(能量解析)探測器領(lǐng)域，例如用于人體醫(yī)學(xué)成像或其他目的。
技術(shù)介紹
包括直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層的X射線探測器使得個(gè)體X射線量子或光子能夠定量地并以能量選擇的方式被探測。在該類型X射線探測器的情況下，入射X射線光子部分地由于與半導(dǎo)體材料的多階段物理相互作用過程而在半導(dǎo)體層中生成電子空穴對形式的自由電荷載體。通過范例，以 CdTe, CdZnTe (CZT)、CdTeSe, CdZnTeSe, CdMnTe, InP、TIBr2 或 HGI2形式的半導(dǎo)體材料適合于探測X射線光子，這是因?yàn)檫@些材料在醫(yī)學(xué)成像的能量范圍中具有高X射線吸收。例如，與硅和鍺探測器相比，CZT是獨(dú)特的，即CZT在室溫下工作并且能夠處理多于一百萬個(gè)光子每秒每平方毫米。CZT的光譜分辨率超過大部分其他探測器的光譜分辨率。為了探測對應(yīng)于X射線光子的吸收事件，電極被安裝在半導(dǎo)體層的兩側(cè)，并且將電壓施加到電極以便于生成電場。針對吸收事件的空間解析探測，一個(gè)電極被體現(xiàn)為像素化形式，并且被設(shè)計(jì)為讀出電極。與其相對布置的另一電極通常被體現(xiàn)為平面形式，并且被設(shè)計(jì)為計(jì)數(shù)器電極。在這些電極(即陽極和陰極)之間生成的電場中，自由電荷載體在電極處依據(jù)電荷類型和極性而被加速，其中，自由電荷載體誘發(fā)電流形式的電信號。例如借助于評估單元，電流被轉(zhuǎn)換為評估信號，所述評估信號的幅度與電流曲線的面積積分成比例，并且因此與由入射X射線光子釋放的電荷量成比例。由此生成的評估信號隨后被引導(dǎo)到脈沖鑒別器，所述脈沖鑒別器以基于閾值的方式探測X射線。光子計(jì)數(shù)能量解析的光譜計(jì)算機(jī)斷層攝影(PCS-CT)探測器被認(rèn)為是醫(yī)療CT的下一大進(jìn)步。由于個(gè)體光子將被以20Mcps/mm2或更高的光子計(jì)數(shù)率關(guān)于其能量粗略地進(jìn)行計(jì)數(shù)和表征，所以這樣的探測器必須被建立有直接轉(zhuǎn)換材料，如CdTe，而不是展現(xiàn)閃爍(當(dāng)由電離輻射激發(fā)時(shí)發(fā)光的性質(zhì))并且大大慢于CZT的閃爍器。對于未來基于石榴石的閃爍器，這是可以改變的，然而，對于這樣的設(shè)備，也需要將光轉(zhuǎn)換為電信號的非?？斓墓怆姸O管。因此，當(dāng)前直接轉(zhuǎn)換材料(如CdTe)仍然是PCS-CT的有利選擇。然而，CZT材料傾向于極化，即在被利用X射線輻照時(shí)形成像素體積內(nèi)的空間電荷，所述空間電荷減弱施加的電場，使得在X射線光子與CZT材料的相互作用中生成電子空穴對不再足夠快地朝向陽極和陰極漂移。因此，收集到不足的電荷或甚至收集不到電荷，并且測量結(jié)果無疑是錯(cuò)誤的。這在圖4a中被圖示，圖4a示出了在具有四個(gè)各自不同的閾值(30keV、33keV、36keV、51keV)的4個(gè)不同能量通道Chl到Ch4上在12000個(gè)100 μ s的短測量周期內(nèi)測得的計(jì)數(shù)。鄰近2000個(gè)測量周期之前，X射線輻照開始(遮板打開)，并且在大約7000個(gè)測量周期處，X射線輻照停止(遮板關(guān)閉)。由于啟動(dòng)X射線輻照之后探測材料體積中的極化效應(yīng)，計(jì)數(shù)的數(shù)量在后續(xù)的測量周期期間下跌。到來的空間電荷削弱了電場，使得更少的電子到達(dá)陽極，這本身在減少的計(jì)數(shù)數(shù)量中得到證明。依據(jù)實(shí)際閾值，這種下跌在不同的時(shí)間點(diǎn)處被觀察到。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供在轉(zhuǎn)換材料中具有較小極化的更有效的輻射探測。該目的是通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射探測器、根據(jù)權(quán)利要求11所述的探測方法以及根據(jù)權(quán)利要求12的制造方法來實(shí)現(xiàn)的。因此，輻射光子減少了直接轉(zhuǎn)換材料的像素內(nèi)的極化傾向，使得以較高的X射線通量進(jìn)行計(jì)數(shù)成為可能。增加的IR光導(dǎo)致深阱被釋放，使得不形成空間電荷。更具體地，通過使用子帶IR光，待探測的輻射并不簡單地由直接轉(zhuǎn)換材料吸收，并且可以生成電子空穴對(例如以缺陷態(tài))。如果提出的IR輻照從不存在金屬化的側(cè)面完成，則IR光未被吸收(嚴(yán)格說，僅由缺陷態(tài)吸收)，也使得離IR光源最遠(yuǎn)的像素仍然接收足夠的子帶IR光。根據(jù)第一方面，多個(gè)紅外輻射源適于利用子帶紅外輻射來輻照直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層，所述子帶紅外輻射具有小于所述直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層的帶隙的光子能量。具有小于所述帶隙的能量的輻射光子還減少直接轉(zhuǎn)換材料的像素內(nèi)的極化傾向。根據(jù)可以與第一方面組合的第二方面，所述多個(gè)紅外輻射源可以被提供在紅外源層上，所述紅外源層被內(nèi)插在所述直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層和基板的讀出芯片之間，并且經(jīng)由像素盤被以倒裝芯片的方式鍵合到所述直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層。這樣的具有以倒裝芯片的方式鍵合的結(jié)構(gòu)由于4側(cè)可對接(buttable)結(jié)構(gòu)而允許高實(shí)裝密度。根據(jù)可以與第一或第二方面組合的第三方面，所述多個(gè)紅外輻射源中的每個(gè)可以被布置在所述像素盤的間隙部分處，即所述直接轉(zhuǎn)換材料未被盤金屬化覆蓋的位置。由此，所述IR輻射的至少部分可以進(jìn)入直所述接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層，而不受電極金屬化的任何抑制。根據(jù)可以與第一到第三方面中的任意一方面組合的第四方面，所述紅外源層可以包括用于將所述像素盤電連接到所述讀出芯片上的相關(guān)接觸部分的穿過連接部分。該措施減少布線復(fù)雜性，并且因此進(jìn)一步增加實(shí)裝密度。根據(jù)可以與第一到第四方面中的任意一方面組合的第五方面，所述多個(gè)紅外源可以包括多個(gè)組，每個(gè)組包括具有所述子帶紅外輻射的不同波長的紅外源。因此，可以通過提供較寬的輻射譜來增加IR輻照的效率。在第四方面的更具體的實(shí)現(xiàn)方式中，所述多個(gè)組中的一個(gè)的每個(gè)紅外源可以被布置在所述直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層的各自的像素盤的不同角處。由此，可以平衡不同波長的空間分布。根據(jù)可以與第一到第五方面中的任意一方面組合的第六方面，所述多個(gè)紅外源可以被布置為從陽極側(cè)輻照所述直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層。這提供的優(yōu)勢在于，由于陽極電極被提供具有間隙部分，所以由電極金屬化導(dǎo)致的輻射損失可以被減少。根據(jù)可以與第一到第六方面中的任意一方面組合的第七方面，其中，所述紅外源中的每個(gè)可以被分配到輻射探測器的像素的子集。這減少了紅外源的數(shù)量，并且允許較高的實(shí)裝密度。根據(jù)可以與第一到第七方面中的任意一方面組合的第八方面，所述直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層可以由CdTe晶體制成。該材料允許快速光子計(jì)數(shù)。這里，符號CdTe被用于表示兩種材料CdTe和CdZnTe (即CZT)。根據(jù)可以與第一到第八方面中的任意一方面組合的第九方面，制造過程可以包括將具有所述多個(gè)紅外輻射源的所述紅外源層內(nèi)插在所述直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層與所述讀出芯片之間。根據(jù)可以與第一到第九方面中的任意一方面組合的第十方面，所述制造過程可以包括利用被連接或被集成的紅外輻射源將所述直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層鍵合到所述讀出芯片。根據(jù)可以與第一到第十方面中的任意一方面組合的第十一方面，制造方法還可以包括使用所述紅外源層作為內(nèi)插器，以在將所述紅外源層安裝到所述讀出芯片之前測試所述直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層。由此，可以在所述制造過程期間評估提出的額外IR輻射的效果。應(yīng)當(dāng)理解，確定根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射探測器、根據(jù)權(quán)利要求11所述的探測方法和根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造方法的實(shí)質(zhì)具有相似和/或相同的(特別是如在從屬權(quán)利要求中定義的)優(yōu)選實(shí)施例。 應(yīng)當(dāng)理解，本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例也可以是從屬權(quán)利要求與各自的獨(dú)立權(quán)利要求的任何組合。參考下文描述的實(shí)施例，本專利技術(shù)的這些和其他方面將是顯而易見的，并且將參考下文描述的實(shí)施例對本專利技術(shù)的這些和其他方面進(jìn)行說明。【本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種輻射探測器，包括：a)直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層(60)，其用于將入射輻射轉(zhuǎn)換為電信號；b)包括讀出電子器件的基板(10)，所述讀出電子器件用于經(jīng)由被布置在所述直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層(60)處的像素盤(20)來接收所述電信號；以及c)多個(gè)輻射源(30、32)，其被連接或集成到所述基板，并且適于輻照所述直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層(60)。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：C·赫爾曼，R·斯特德曼布克，
申請(專利權(quán))人：皇家飛利浦有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：荷蘭;NL