[发明专利]单片CMOS积体像素侦测器、及粒子侦测成像系统与方法

权利要求书

1.一种用于高能质量粒子与无质量粒子之侦测的单片CMOS积体像素侦测器(10、210、210’、210”、210”’、310、410、510)，其包含

a.硅晶圆(12、212、312、312’、412、412’、512、512’)，其具有包含CMOS处理读出电子组件(14、214、314、414、514)的前侧(16,216,316,416,516)及与该前侧相对的包含薄化漂移区域(28、228、328、328’、428’、528’)的背侧(20、220、320’、420’、520’)；

b.电荷收集器(38、238、338、438、538)，其与该些读出电子组件通讯及界定侦测器像素(41、241、341、441、541)；以及，

c.吸收晶圆(18、218、218’、257”、257”’、318、318’、457’、557’)，其由选自单晶吸收体清单的至少一种单晶吸收体制成，其包含薄化硅基板(256、456’)上的单晶晶圆(18、218、218’、318、318’、518)和磊晶吸收层(218”、218”’、418)，该吸收晶圆具有金属化背接触(32、232、232’、332’、432、532)，

其中该硅晶圆与该吸收晶圆形成包含无氧化物导电共价晶圆接合(250、250’、250”、350、350’、450、550)的单片单元，该无氧化物导电共价晶圆接合在该硅晶圆的背侧(20、220、320’、420’、520’)与该吸收晶圆(18、218、218’、257”、257”’、318、318’、457’、557’)的表面之间，该吸收晶圆的表面与该背接触(32、232、232’、332’、432、532)相对；以及其中该电荷收集器被设置用以接收当藉由入射在该吸收晶圆之该上表面的高能粒子(22)被产生时的电荷(42、44)；以及其中该读出电子组件被设置用以转换该电荷成为数字讯号，其可被储存、被处理以及在计算机屏幕上被显示成影像。

2.根据权利要求1所述的像素侦测器，其中该些读出电子组件与该吸收晶圆适用于来自粒子清单之粒子的该侦测，其包含

a.光子

b.基本粒子，其乘载质量。

3.根据权利要求2所述的像素侦测器，其中该像素尺寸包含范围清单之范围以内的尺寸，其包含100-200μm、50-100μm、20-50μm以及5-25μm。

4.根据权利要求1所述的像素侦测器，其中该硅晶圆(12、212、312、312’、412、412’、512、512’)的薄化漂移区域(28、228、328、328’、428’、528’)被设置成被当藉由入射在该吸收晶圆的金属化背接触(32、232、232’、332’、432、532)上的高能粒子(22)被产生时的电荷(42、44)横过，以及其中该电荷收集器(38、238、338、438、538)被设置用以接收电荷，其横过该漂移区域，以及允许该电荷由该读出电子组件转换成为可被储存、被处理以及在计算机屏幕上被显示成影像的数字讯号。

5.根据权利要求1所述的像素侦测器，其中该硅晶圆(12、212、312、312’、412、412’、512、512’)之该薄化漂移区域(28、228、328、328’、428’、528’)具有10-100μm的厚度。

6.根据权利要求5所述的像素侦测器，其中该硅晶圆(12、212、312、312’、412、412’、512、512’)之该薄化漂移区域(28、228、328、328’、428’、528’)具有10-20μm的厚度。

7.根据权利要求1所述的像素侦测器，因为该吸收晶圆(18、218、218’、257”、257”’、318、318’457’、557’)与该硅晶圆(12、212、312、312’、412、412’、512、512’)之热膨胀系数的不匹配，其中藉由温度改变所引起的热应变系为低于10^-3。