[发明专利]直接转换辐射探测

说明书

本发明涉及一种辐射探测器(1)、一种成像系统以及一种用于辐射探测的相关的方法。所述探测器包括：直接转换材料(2)，其用于通过直接光子‑物质相互作用而将X射线和/或伽玛辐射转换成电子‑空穴对。所述探测器包括阳极(3)和阴极(4)，其被布置在直所述接转换材料(2)的相对侧上，使得电子和空穴能够分别由阳极和阴极来收集。所述阴极对红外辐射是基本上透明的。所述探测器包括光导层(5)，所述光导层在阴极上的所述阴极与直接转换材料相对的一侧处，其中，所述光导层适于使红外辐射在所述直接转换材料上分布。所述探测器包括反射体层(6)，所述反射体层被布置在光导层(5)上的在阴极相对的一侧处，其中，所述反射体层适于基本上反射红外辐射。所述探测器包括至少一个光发射器(7)，所述至少一个光发射器毗邻光导层(5)和/或被集成在光导层(5)中，其用于将红外辐射发射到光导层中。

技术领域

本发明涉及辐射探测领域，并且具体涉及通过将入射辐射直接转换为电信号来探测伽玛光子和X射线光子。更具体而言，本发明涉及一种辐射探测器以及一种用于探测辐射的方法。

背景技术

在本领域中已知使用半导体材料，诸如II-VI族二元或三元化合物材料，例如CdZnTe(CZT)和CdTe，作为光子探测中的直接转换材料。这样的材料的优点在于：其对于X射线和伽玛光子谱范围内的光子可能具有良好的阻止能力，并且还可以提供良好的瞬态响应速度以用于将入射辐射直接转换为电信号。CdMnTe、InP、TIBr₂或HGI₂是材料的其他示例，其由于在适当的能量范围中具有高吸收率而可能适合于X射线和/或伽玛探测。

诸如CZT和/或CdTe的半导体合金可能还适合于在室温下操作并且能够处理高光子通量(例如，每平方毫米每秒超过一百万个光子)的辐射探测器。

因此，这些直接转换材料特别适合于例如在临床应用(诸如谱CT和/或核医学)中的能量分辨光子计数。直接转换材料(诸如CdTe和CdZnTe)可能特别适合于在光子计数能量分辨谱计算机断层摄影(PCS-CT)探测器中使用。

在基于这样的半导体材料的探测器元件中，通过被布置在半导体材料层的两侧上的一对电极来探测对X射线光子或伽玛光子的吸收。能够将电压施加到电极上，以在半导体材料上生成电场，例如使得一个电极充当阴极，而另一电极充当阳极。在成像阵列中，所述电极中的一个电极可以在多个单独的探测元件上共享，例如充当反电极，同时阵列中的每个探测器元件可以具有用于对吸收事件的空间分辨探测的专用读出电极。

然而，直接转换材料(诸如CZT和CdTe)可能对电荷俘获敏感，例如，这导致极化，例如在被暴露于光子通量时引起电场的变化。例如，在探测器中的电极对之间生成的电场中，通过吸收事件而释放的电荷能够通过施加在电极对上的电压差朝向电极之一驱动。这可以生成例如电流形式的可探测的电信号，其幅度与电流曲线的面积积分成比例，并且因此与由入射光子释放的电荷的量成比例。由此生成的评估信号可以被提供给脉冲鉴别器，所述脉冲鉴别器能够以基于阈值的方式来探测光子。

然而，如果通过在探测器体积中的电荷俘获形成空间电荷，例如在像素体积内部，则所施加的电场可能会因该电荷而相对减弱，从而使由光子-物质相互作用生成的电子-空穴对向收集阳极/阴极对的偏移更缓慢。

在本领域中已知减轻例如极化变化和/或电场变化的CZT或CdTe中的电荷俘获的影响。例如，在WO 2014/072939中，公开了直接转换半导体材料的子带红外辐射可以显著减小偏振，例如，使得能够在更高的管电流下实现计数而无任何基线偏移。该国际专利申请还公开了一种被集成到读出电路中的红外辐射设备，半导体晶体是被结合到该读出电路以便使得半导体晶体能够在四个侧面邻接的倒装芯片。

因此，根据在本领域中已知的方法，能够利用包括与高于材料的带隙的能量(例如，针对CZT为1.4eV)相对应的波长的光来照射所述半导体材料。如已经实验证实的，通常由红外辐射进行的这种照射能够辅助显著减少成像和能量分辨率伪影，所述伪影能够由电场条件变化而引起。

发明内容