[发明专利]用于探测电磁辐射的探测器单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于探测电磁辐射的探测器单元、一种探测器装置以及一种探测电磁辐射的方法。此外，本发明还涉及一种可以存储探测电磁辐射的计算机程序的计算机可读介质以及一种探测电磁辐射的程序单元。

背景技术

当前市面上的大多数固态数字X射线探测器都可以由顶部具有非晶硅(a-Si)薄膜电子器件和X射线转换层的平玻璃板构成。X射线探测器要么是在光电二极管阵列的顶部具有闪烁体的间接转换型，要么是采用位于电极阵列顶部的光电导体的直接转换型。撞击的X射线被转换层吸收，并通过在所述阵列的每一像素中生成的电荷创建X射线吸收的数字图像。

一种玻璃上的薄膜电子器件的替代方案是将单晶硅晶圆用于像素电子器件。如上所述，对于间接或者直接X射线转换而言均可以构建具有或者不具有光电二极管的像素。通过在单晶硅中采用标准的CMOS处理一般可以得到比a-Si像素电路噪声更低，功能性更强的电子电路。就间接转换探测器而言，可以将闪烁器胶粘到Si晶圆上，也可以使其直接生长在Si晶圆上。对于直接X射线转换材料而言，还可以至少存在两种可能性：采用(例如)凸球连接单独制造的层，或者在硅上直接淀积。

当今，平板X射线探测器中的像素间距可以达到大约150μm到大约200μm，除了乳房造影和牙齿成像之外，在所述应用中，小于100μm的像素尺寸是常用的。而且，对于心脏学、神经学和血管应用而言，可以在X射线成像中发现这样一种一般趋势，即，对更高空间分辨率的需求正在不断增长。由于小特征尺寸的原因，可以将单晶Si探测器的像素尺寸降至远低于100μm的值，就是由于将这种技术用于晶体管和其它电子元件才使得这种情况成为可能。

然而，就间接转换探测器而言，空间分辨率可能受到闪烁体内的光扩展的限制。一般而言，不可降低闪烁体的厚度，以保持高X射线吸收率。为了充分利用具有小像素的探测器的高空间分辨率，直接X射线转换可能更适合。可以容易地将诸如硒、碘化汞、氧化铅或CdTe(碲化镉)的直接转换材料做得足够厚，从而在具有医疗成像的典型射束质量的情况下吸收80％以上的X射线。由于所生成的可以是电子和空穴的载流子可能遵循所施加的偏置场的场线，因而通常可以实现非常高的空间分辨率，所述场线垂直于所述像素电极和所述通常非结构化的顶部电极的表面延伸。

除了所述空间分辨率以外，直接转换CMOS探测器的另一优点可以是克服小像素中的光电二极管的有限填充因数的可能性。在直接转换探测器中，几乎覆盖整个像素区域的金属层可以起到像素电极的作用。

发明内容

本发明的目的在于改进探测器，尤其是提供一种充分灵敏的探测器。

可以通过与探测器单元、探测器装置、电磁辐射探测方法、程序单元和计算机可读介质相关的独立权利要求的特征实现这一目的。

根据本发明的示范性实施例，可以提供一种用于探测电磁辐射的探测器单元。所述探测器单元可以包括适于将撞击的电磁辐射转换成电荷载流子的转换材料。此外，所述探测器单元可以包括适于收集所转换的电荷载流子的电荷收集电极以及用于在所收集的电荷载流子的基础上估算电磁辐射的估算电路。此外，所述探测器单元可以包括半导体，所述半导体可以电耦合于所述电荷收集电极和所述估算电路之间。

可以将本发明的原理应用于各种传感器，尤其是图像传感器，例如，可以用在X射线装置中的CMOS图像传感器，并且可以应用于X射线探测器，尤其是CMOS X射线探测器。因而，本发明的原理可以涉及X射线探测器，所述探测器可以采用与COMS像素电路结合的直接X射线转换。所提出的像素电路可以利用从大的像素电极到专用的小的额外积分电容的额外电荷转移步骤提供非常高的灵敏度。在这种情况下，可以在不必像其它解决方案那样需要永久性偏置电流的情况下降低有效输入电容。这样的高灵敏度直接转换探测器的主要应用为乳房造影，但是也可以将其用于很多其它的X射线成像应用。还可以预见到，可以在所述电荷收集电极的前面或者在所述电荷收集电极之下布置屏蔽电极。该屏蔽电极可以适于与所述电荷收集电极形成电容。这样可以改善所述探测器单元的电容特性。

根据示范性实施例，所述探测器单元的半导体可以是包括栅极连接部、漏极连接部和源极连接部的晶体管，其中，所述源极连接部可以连接至所述电荷收集电极，所述漏极连接部可以连接至所述估算电路。

所述半导体可以具有任何类型，例如，其为FET，尤其是MOSFET。

根据示范性实施例，使所述栅极连接部保持预定电压，其中，所述预定电压可以适于提供源极漏极电流的从所述电荷收集电极到所述估算电路的电流流动。