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CN111587387A - 辐射检测器的封装 - Google Patents

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CN111587387A
CN111587387A CN201880086355.3A CN201880086355A CN111587387A CN 111587387 A CN111587387 A CN 111587387A CN 201880086355 A CN201880086355 A CN 201880086355A CN 111587387 A CN111587387 A CN 111587387A
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CN
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radiation
radiation detector
voltage
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image sensor
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刘雨润
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Shenzhen Xpectvision Technology Co Ltd
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Shenzhen Xpectvision Technology Co Ltd
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Abstract

本文所公开的是一种辐射检测器，其包括：辐射吸收层，配置成通过吸收辐射粒子来生成电信号；电子层，包括电子系统，其配置成处理或解释信号；柔性PCB，配置成接收来自电子系统的输出；其中辐射吸收层和柔性PCB安装在电子层的同一侧。

Description

辐射检测器的封装
【技术领域】
本公开涉及辐射检测器，具体来说涉及具有柔性PCB或通孔的辐射检测器的封装。
【背景技术】
辐射检测器是测量辐射的性质的装置。性质的示例可包括辐射的强度、相位和极化的空间分布。辐射可以是与受检者进行交互的辐射。例如，由辐射检测器所测量的辐射可以是穿透受检者或者从受检者反射的辐射。辐射可以是电磁辐射，例如红外光、可见光、紫外光、X射线或γ射线。辐射可属于其他类型，例如α射线和β射线。
一种类型的辐射检测器基于辐射与半导体之间的交互。例如，这种类型的辐射检测器可具有半导体层(其吸收辐射并且生成载流子(例如电子和空穴))以及用于检测载流子的电路。
【发明内容】
本文所公开的是一种辐射检测器，其包括：辐射吸收层，配置成通过吸收辐射粒子来生成电信号；电子层，包括电子系统，其配置成处理或解释信号；柔性PCB，配置成接收来自电子系统的输出，其中辐射吸收层和柔性PCB安装在电子层的同一侧。
按照实施例，辐射检测器包括沿辐射检测器的一个边缘的周边区，并且其中柔性PCB在周边区安装到电子层。
按照实施例，辐射检测器没有包括沿任何其他边缘的周边区。
按照实施例，辐射吸收层包括电极；电子系统包括：第一电压比较器，配置成将电极的电压与第一阈值进行比较；第二电压比较器，配置成将电压与第二阈值进行比较；计数器，配置成记录到达辐射吸收层的辐射粒子的数量；控制器；其中，控制器配置成从第一电压比较器确定电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值的时间开始时间延迟；控制器配置成在该时间延迟期间启动第二电压比较器；控制器配置成在第二电压比较器确定电压的绝对值等于或超过第二阈值的绝对值时使计数器所记录的数量增加一。
按照实施例，电子系统还包括电容器模块，其电连接到电极，其中电容器模块配置成收集来自电极的载流子。
按照实施例，控制器配置成在时间延迟开始或到期时启动第二电压比较器。
按照实施例，电子系统还包括伏特计，其中控制器配置成在时间延迟到期时使伏特计测量电压。
按照实施例，控制器配置成基于在时间延迟到期时所测量的电压的值来确定辐射粒子能量。
按照实施例，控制器配置成将电极连接到电接地。
按照实施例，电压的变化率在时间延迟到期时基本上为零。
按照实施例，电压的变化率在时间延迟到期时基本上为非零。
本文所公开的是一种图像传感器，其包括：第一辐射检测器和第二辐射，其均安装在系统PCB上；其中第一辐射检测器的柔性PCB通过第二辐射检测器的工作区来遮蔽。
按照实施例，第一辐射检测器相对于系统PCB倾斜。
按照实施例，第一辐射检测器通过第一辐射检测器与系统PCB之间的夹具来支承。
按照实施例，该图像传感器还包括第三辐射检测器，其定位成与第一辐射检测器相邻；其中第三辐射检测器与第一辐射检测器之间的间隙不宽于第一辐射检测器的像素。
本文所公开的是一种包括本文所公开的图像传感器以及辐射源的系统，其中该系统配置成对人体胸腔或腹部执行射线照相。
本文所公开的是一种包括本文所公开的图像传感器以及辐射源的系统，其中该系统配置成对人体口腔执行射线照相。
本文所公开的是一种货物扫描或者非侵入式检查(NII)系统，包括本文所公开的图像传感器以及辐射源，其中货物扫描或者非侵入式检查(NII)系统配置成使用背散射辐射来形成图像。
本文所公开的是一种货物扫描或者非侵入式检查(NII)系统，包括本文所公开的图像传感器以及辐射源，其中货物扫描或者非侵入式检查(NII)系统配置成使用经过被检查对象所透射的辐射来形成图像。
本文所公开的是一种全身扫描仪系统，包括本文所公开的图像传感器以及辐射源。
本文所公开的是一种辐射计算机断层扫描(辐射CT)系统，其包括本文所公开的图像传感器以及辐射源。
本文所公开的是一种电子显微镜，其包括本文所公开的图像传感器、电子源和电子光学系统。
本文所公开的是一种系统，其包括本文所公开的图像传感器，其中该系统是辐射望远镜或辐射显微镜，或者其中该系统配置成执行乳房X射线照相、工业缺陷检测、显微射线照相、铸件检查、焊接检查或数字减影血管造影。
本文所公开的是一种辐射检测器，其包括：辐射吸收层，配置成通过吸收辐射粒子来生成电信号；电子层，包括电子系统，其配置成处理或解释信号；其中，辐射吸收层安装在电子层的第一侧；电子层在电子层的边缘包括多个通孔、将电子系统电连接到多个通孔的第一传输线以及将多个通孔电连接到电子层中与第一侧相对的第二侧上的多个接合焊盘的第二传输线。
按照实施例，辐射吸收层遮蔽多个通孔。
按照实施例，辐射吸收层包括电极；电子系统包括：第一电压比较器，配置成将电极的电压与第一阈值进行比较；第二电压比较器，配置成将电压与第二阈值进行比较；计数器，配置成记录到达辐射吸收层的辐射粒子的数量；控制器；其中，控制器配置成从第一电压比较器确定电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值的时间开始时间延迟；控制器配置成在该时间延迟期间启动第二电压比较器；控制器配置成在第二电压比较器确定电压的绝对值等于或超过第二阈值的绝对值时使计数器所记录的数量增加一。
按照实施例，电子系统还包括电容器模块，其电连接到电极，其中电容器模块配置成收集来自电极的载流子。
按照实施例，控制器配置成在时间延迟开始或到期时启动第二电压比较器。
按照实施例，电子系统还包括伏特计，其中控制器配置成在时间延迟到期时使伏特计测量电压。
按照实施例，控制器配置成基于在时间延迟到期时所测量的电压的值来确定辐射粒子能量。
按照实施例，控制器配置成将电极连接到电接地。
按照实施例，电压的变化率在时间延迟到期时基本上为零。
按照实施例，电压的变化率在时间延迟到期时基本上为非零。
【附图说明】
图1A示意示出按照实施例的辐射检测器的截面图。
图1B示意示出按照实施例的辐射检测器的详细截面图。
图1C示意示出按照实施例的辐射检测器的备选详细截面图。
图2示意示出按照实施例、辐射检测器可具有像素阵列。
图3示意示出按照实施例的辐射检测器中的电子层的截面图。
图4A示意示出按照实施例、包括辐射吸收层、电子层和柔性PCB的辐射检测器的顶视图和截面图。
图4B示意示出按照实施例的图像传感器的顶视图和截面图，其中图4A的多个辐射检测器安装到系统PCB。
图4C示意示出按照实施例的图像传感器的顶视图，其中图4A的多个检测器定位成彼此相邻。
图5A、图5B、图5C分别示意示出按照实施例、具有多个通孔的辐射检测器的截面图、顶视图和底视图。
图5D示意示出按照实施例、包括图5A、图5B和图5C的辐射检测器的图像传感器200的顶视图和截面图。
图6A和图6B各示出按照实施例、图1B或图1C中的辐射检测器的电子系统的组件图。
图7示意示出按照实施例、流经暴露于辐射的辐射吸收层的二极管的电极或电阻器的电触点的电流的时间变化(上曲线)以及电极的电压的对应时间变化(下曲线)，电流通过入射到辐射吸收层上的辐射粒子所生成的载流子所引起。
图8示意示出按照实施例、按照图7所示方式进行操作的电子系统中通过噪声(例如暗电流)所引起的流经电极的电流的时间变化(上曲线)以及电极的电压的对应时间变化(下曲线)。
图9示意示出按照实施例的系统，其包括本文所述的图像传感器，适合于诸如胸腔射线照相、腹部射线照相等的医疗成像。
图10示意示出按照实施例的系统，其包括本文所述的图像传感器，适合于牙科射线照相。
图11示意示出按照实施例、包括本文所述的图像传感器的货物扫描或者非侵入式检查(NII)系统。
图12示意示出按照实施例、包括本文所述的图像传感器的另一个货物扫描或者非侵入式检查(NII)系统。
图13示意示出按照实施例、包括本文所述的图像传感器的全身扫描仪系统。
图14示意示出按照实施例、包括本文所述的图像传感器的辐射计算机断层扫描(辐射CT)系统。
图15示意示出按照实施例、包括本文所述的图像传感器的电子显微镜。
【具体实施方式】
图1A示意示出按照实施例的辐射检测器100的截面图。辐射检测器100可包括辐射吸收层110和电子层120(例如ASIC)，以用于处理或分析入射辐射在辐射吸收层110中生成的电信号。在实施例中，辐射检测器100没有包括闪烁器。辐射吸收层110可包括半导体材料，例如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其组合。半导体对感兴趣辐射能量可具有高质量衰减系数。
如图1B中的辐射检测器100的详细截面图所示，按照实施例，辐射吸收层110可包括一个或多个二极管(例如p-i-n或p-n)，其通过第一掺杂区111以及第二掺杂区113的一个或多个分立区114所形成。第二掺杂区113可通过可选本征区112与第一掺杂区111分隔。分立区114通过第一掺杂区111或本征区112相互分隔。第一掺杂区111和第二掺杂区113具有相反类型的掺杂(例如，区域111为p型，而区域113为n型，或者区域111为n型，而区域113为p型)。在图1B的示例中，第二掺杂区113的分立区114的每个与第一掺杂区111和可选本征区112形成二极管。即，在图1B的示例中，辐射吸收层110具有多个二极管，其具有作为共享电极的第一掺杂区111。第一掺杂区111还可具有分立区。
当辐射粒子照射辐射吸收层110(其包括二极管)时，辐射粒子可被辐射吸收层110所吸收，并且一个或多个载流子可通过多个机制在辐射吸收层110中生成。辐射粒子可生成10至100000个载流子。载流子可在电场下漂移到二极管之一的电极。该电场可以是外部电场。电触点119B可包括分立部分，其每个与分立区114进行电接触。在实施例中，载流子可沿这样的方向漂移，使得单个辐射粒子所生成的载流子基本上没有由两个不同分立区114所共享(“基本上没有共享”在这里表示这些载流子的不到2％、不到0.5％、不到0.1％或者不到0.01％流动到分立区114中与载流子的其余部分不同的分立区114)。通过在这些分立区114之一的占用面积周围入射的辐射粒子所生成的载流子基本上没有与这些分立区114的另一个共享。与分立区114关联的像素150可以是分立区114周围的一个区域，其中入射到其上的辐射粒子所生成的基本上全部(超过98％、超过99.5％、超过99.9％或者超过99.99％)载流子流动到所述分立区114。即，这些载流子的不到2％、不到1％、不到0.1％或者不到0.01％流动到所述像素之外。
如图1C的辐射检测器100的备选详细截面图所示，按照实施例，辐射吸收层110可包括半导体材料(例如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其组合)的电阻器，但是没有包括二极管。半导体对感兴趣辐射能量可具有高质量衰减系数。
当辐射粒子照射辐射吸收层110(其包括电阻器但没有包括二极管)时，它可被辐射吸收层110所吸收，并且一个或多个载流子可通过多个机制在辐射吸收层110中生成。辐射粒子可生成10至100000个载流子。载流子可在电场下漂移到电触点119A和119B。该电场可以是外部电场。电触点119B包括分立部分。在实施例中，载流子可沿这样的方向漂移，使得单个辐射粒子所生成的载流子基本上没有由电触点119B的两个不同分立部分所共享(“基本上没有共享”在这里表示这些载流子的不到2％、不到0.5％、不到0.1％或者不到0.01％流动到分立部分中与载流子的其余部分不同的分立部分)。通过在电触点119B的这些分立部分之一的占用面积周围入射的辐射粒子所生成的载流子基本上没有与电触点119B的这些分立部分的另一个共享。与电触点119B的分立部分关联的像素150可以是分立部分周围的一个区域，其中入射到其上的辐射粒子所生成的基本上全部(超过98％、超过99.5％、超过99.9％或者超过99.99％)载流子流动到所述电触点119B的所述分立部分。即，这些载流子的不到2％、不到0.5％、不到0.1％或者不到0.01％流动到与所述电触点119B的所述一个分立部分关联的所述像素之外。
电子层120可包括电子系统121，其适合于处理或解释入射到辐射吸收层110上的辐射粒子所生成的信号。电子系统121可包括模拟电路(例如滤波器网络、放大器、积分器和比较器)或者数字电路(例如微处理器和内存)。电子系统121可包括像素所共享的组件或者专用于单个像素的组件。例如，电子系统121可包括专用于每个像素的放大器以及在全部像素之间共享的微处理器。电子系统121可通过通孔131电连接到像素。通孔之间的空间可填充有填充材料130，其可增加电子层120到辐射吸收层110的连接的机械稳定性。将电子系统121连接到像素而没有使用通孔的其他接合技术是可能的。
图2示意示出按照实施例、辐射检测器100可具有像素150的阵列。阵列可以是矩形阵列、蜂窝阵列、六边形阵列或者任何其他适当阵列。每个像素150可配置成检测入射到其上的辐射粒子、测量辐射粒子的能量或它们两者。例如，每个像素150可配置成对某个时间段之内入射到其上、其能量落入多个格中的辐射粒子的数量进行计数。全部像素150可配置成对相同时间段之内在能量的多个格内入射到其上的辐射粒子的数量进行计数。每个像素150可具有其自己的模数转换器(ADC)，其配置成将表示入射辐射粒子的能量的模拟信号数字化为数字信号。ADC可具有10位或以上的分辨率。每个像素150可配置成例如在入射到其上的每个辐射粒子之前或并发地测量其暗电流。每个像素150可配置成从入射到其上的辐射粒子的能量减去暗电流的份额。像素150可配置成并行地操作。例如，当一个像素150测量入射辐射粒子时，另一个像素150可等待辐射粒子到达。像素150可以是但不必是单独可寻址的。辐射检测器100可以没有包含像素150的保护环。辐射检测器100可以没有侧壁掺杂，其配置成降低辐射吸收层110的侧壁上的泄漏电流。
图3示意示出按照实施例的电子层120。电子层120包括衬底122，其具有第一表面124和第二表面198。如本文所使用的“表面”不一定是外露的，而是能够完全或部分内埋的。电子层120包括第一表面124上的一个或多个电触点125。一个或多个电触点125可配置成电连接到辐射吸收层110的一个或多个电触点119B。电子系统121可处于衬底122之中或之上。
衬底122可以是薄化衬底。例如，衬底可具有750微米或以下、200微米或以下、100微米或以下、50微米或以下、20微米或以下或者5微米或以下的厚度。衬底122可以是硅衬底或者衬底或者其他适当半导体或绝缘体。衬底122可通过将更厚衬底研磨到预期厚度来产生。
一个或多个电触点125可以是金属或掺杂半导体层。例如，电触点125可以是金、铜、铂、钯、掺杂硅等。
图3示意示出在辐射吸收层110的电触点119B以及电子层120的电触点125处的辐射吸收层110与电子层120之间的接合。接合可通过适当技术进行，例如直接接合或者倒装芯片接合。电子层120可具有传输线127，其配置成为电子系统121供电、控制电子系统121或者与其通信。
直接接合是没有任何附加中间层(例如焊料块)的晶圆接合过程。该接合过程基于两个表面之间的化学接合。直接接合可处于升高温度，但不一定是这样。
倒装芯片接合使用沉积到接触焊盘(例如辐射吸收层110的电触点119B或者电触点125)上的焊料块199。辐射吸收层110或者电子层120翻转，并且辐射吸收层110的电触点119B对齐到电触点125。焊料块199可熔合，以便将电触点119B和电触点125焊接在一起。焊料块199之间的任何空隙空间可填充有绝缘材料。
图4A示意示出按照实施例的辐射检测器100的顶视图和截面图。辐射检测器100可具有工作区190，其是像素150所在的位置。工作区190是辐射检测器100的区域，其中入射到其上的辐射可由辐射检测器100来检测。按照实施例，工作区190延伸到那个辐射检测器100的除了一个以外的全部边缘。即，辐射检测器100可包括沿辐射检测器100的一个边缘的周边区195，但是没有包括沿任何其他边缘的周边区195。周边区195是沿电子层120的边缘的一个区域，其可没有被辐射检测器100的工作区190所覆盖。周边区195可在电子层120中与辐射吸收层110相同的所述侧上容纳柔性PCB 140和多个接合焊盘145。如本文所使用的术语“PCB”并不局限于特定材料。例如，PCB可包括半导体。柔性PCB 140的一端可通过与多个接合焊盘145进行接合来安装到电子层120。电子层120的电子系统121可通过电子层120的第一表面124上或者电子层120内部的传输线127电连接到接合焊盘145。辐射吸收层110和柔性PCB 140可安装在电子层120的同一侧。入射到辐射检测器100的周边区195上或者柔性PCB 140上的辐射不能被辐射检测器100所检测。
图4B示意示出按照实施例的图像传感器200的顶视图和截面图。图像传感器200可包括第一辐射检测器100A和第二辐射检测器100B，其均安装在系统PCB450上。第一辐射检测器100A和第二辐射检测器100B通过第一辐射检测器100A和第二辐射检测器100B的每个与系统PCB 450之间的夹具451相对于系统PCB 450倾斜。按照一个实施例，第二辐射检测器100B的周边区195和柔性PCB 140隐藏在相邻第一辐射检测器100A下面，使得第二辐射检测器100B的周边区195和柔性PCB140被第一辐射检测器100A的工作区190完全遮蔽。
图4C示意示出按照实施例的图像传感器的顶视图，其中辐射检测器可布置成相互靠近。例如，第一辐射检测器100A的工作区190可完全覆盖第二辐射检测器100B的周边区195和柔性PCB 140。第一辐射检测器100A与第二辐射检测器110B的工作区190之间的间隙不宽于一个像素150。图像传感器200还可包括第三辐射检测器100C和第四辐射检测器100D。第三辐射检测器100C的工作区190可完全覆盖第四辐射检测器100D的周边区195和柔性PCB 140。第一辐射检测器100A的工作区190可与第三辐射检测器100C的工作区190相邻；第二辐射检测器100B的工作区190可与第四辐射检测器100D的工作区190相邻。第三辐射检测器100C的工作区190可布置成靠近第一辐射检测器100A的工作区190。第三辐射检测器100C的工作区190与第一辐射检测器100A的工作区190之间的间隙不宽于一个像素150；第四辐射检测器100D的工作区与第二辐射检测器100B的工作区190之间的间隙不宽于一个像素150。
图5A、图5B和图5C分别示意示出按照另一个实施例的辐射检测器100的截面图、顶视图和底视图。辐射检测器100可包括辐射吸收层110、电子层120，其中辐射吸收层110安装在电子层120的第一侧。如图5A所示，按照实施例，电子系统121可处于电子层120中。电子系统121可包括能够收集、处理和解释辐射吸收层110(其可包括像素150的电触点)中生成的信号的电路以及传送和处理电信号的其他电路和传输线，如图5B所示。在电子层120的边缘的多个通孔129通过第一传输线127电连接到电子系统121。多个通孔129还通过第二传输线128电连接到多个接合焊盘146，其处于电子层120中与第一侧相对的第二侧。多个接合焊盘146可处于电子层120的第二侧的表面上，如图5C所示。通过将通路与第一传输线127、第二传输线128、多个通孔129电连接，电子系统121可以能够与辐射检测器100外部的其他电路进行通信。
图5D示意示出按照实施例、包括图5A、图5B和图5C的辐射检测器100的图像传感器200的顶视图和截面图。如图像传感器200的截面图所示，辐射检测器100可并排位于系统PCB 450之上，并且通过多个通孔129电连接到系统PCB 450。按照一个实施例，多个通孔129可被辐射检测器100的辐射吸收层110完全遮蔽。图像传感器200的辐射检测器的每个可布置成紧邻其相邻辐射检测器，使得两个相邻辐射检测器的工作区190之间的间隙不宽于像素150。
图6A和图6B各示出按照实施例的辐射检测器100的电子系统121的组件图。电子系统121可包括第一电压比较器301、第二电压比较器302、计数器320、开关305、伏特计306和控制器310。
第一电压比较器301配置成将二极管300的电极的电压与第一阈值进行比较。二极管可以是通过第一掺杂区111、第二掺杂区113的分立区114之一以及可选本征区112所形成的二极管。备选地，第一电压比较器301配置成将电触点(例如电触点119B的分立部分)的电压与第一阈值进行比较。第一电压比较器301可配置成直接监测电压，或者通过对某个时间段对流经二极管或电触点的电流求积分来计算电压。第一电压比较器301可由控制器310可控地启动或停用。第一电压比较器301可以是连续比较器。即，第一电压比较器301可配置成连续被启动，并且连续监测电压。配置为连续比较器的第一电压比较器301降低系统121错过入射辐射粒子所生成的信号的机会。当入射辐射强度较高时，配置为连续比较器的第一电压比较器301是特别适合的。第一电压比较器301可以是钟控比较器，其具有更低功率消耗的有益效果。配置为钟控比较器的电压比较器301可能使系统121错过一些入射辐射粒子所生成的信号。当入射辐射强度较低时，错过入射辐射粒子的机会较低，因为两个连续光子之间的时间间隔较长。因此，当入射辐射强度较低时，配置为钟控比较器的第一电压比较器301是特别适合的。第一阈值可以是一个入射辐射粒子可在二极管或电阻器中生成的最大电压的5-10％、10％-20％、20-30％、30-40％或40-50％。最大电压可取决于入射辐射粒子的能量(即，入射辐射的波长)、辐射吸收层110的材料和其他因素。例如，第一阈值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
第二电压比较器302配置成将电压与第二阈值进行比较。第二电压比较器302可配置成直接监测电压，或者通过对某个时间段对流经二极管或电触点的电流求积分来计算电压。第二电压比较器302可以是连续比较器。第二电压比较器302可由控制器310可控地启动或停用。当停用第二电压比较器302时，第二电压比较器302的功率消耗可小于启动第二电压比较器302时的功率消耗的1％、5％、10％或20％。第二阈值的绝对值大于第一阈值的绝对值。如本文所使用的术语实数x的“绝对值”或“模量”|x|是x的非负值，而不考虑其符号。即，
Figure BDA0002581513610000141
第二阈值可以是第一阈值的200％-300％。第二阈值可以是一个入射辐射粒子可在二极管或电阻器中生成的最大电压的至少50％。例如，第二阈值可以是100mV、150mV、200mV、250mV或300mV。第二电压比较器302和第一电压比较器310可以是同一组件。即，系统121可具有一个电压比较器，其能够在不同时间将电压与两个不同阈值进行比较。
第一电压比较器301或者第二电压比较器302可包括一个或多个运算放大器或者任何其他适当电路。第一电压比较器301或第二电压比较器302可具有高速度，以允许系统121在入射辐射的高通量下操作。但是，具有高速度常常以功率消耗为代价。
计数器320配置成记录到达二极管或电阻器的辐射粒子的数量。计数器320可以是软件组件(例如计算机内存中存储的数值)或硬件组件(例如4017IC和7490IC)。
控制器310可以是硬件组件，例如微控制器或者微处理器。控制器310配置成从第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值(例如，电压的绝对值从低于第一阈值的绝对值增加到等于或高于第一阈值的绝对值的值)的时间开始时间延迟。在这里使用绝对值，因为电压可以为负或正，这取决于是二极管的阴极还是阳极的电压或者使用哪一个电触点。控制器310可配置成在第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值的时间之前保持停用第一电压比较器301的操作不要求的第二电压比较器302、计数器320和任何其他电路。时间延迟可在电压变稳定、即电压的变化率基本上为零之前或之后到期。词语“电压的变化率基本上为零”表示电压的时间变化小于0.1％/ns。词语“电压的变化率基本上为非零”表示电压的时间变化至少为0.1％/ns。
控制器310可配置成在该时间延迟期间(包括开始和到期)启动第二电压比较器。在实施例中，控制器310配置成在时间延迟开始时启动第二电压比较器。术语“启动”表示使组件进入操作状态(例如通过发送诸如电压脉冲或逻辑电平之类的信号、通过提供电力等)。术语“停用”表示使组件进入非操作状态(例如通过发送诸如电压脉冲或逻辑电平之类的信号、通过切断电力等)。操作状态可具有比非操作状态要高的功率消耗(例如高10倍、高100倍、高1000倍)。控制器310本身可停用，直到第一电压比较器301的输出在电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值时启动控制器310。
控制器310可配置成在时间延迟期间、第二电压比较器302确定电压的绝对值等于或超过第二阈值的绝对值时，使计数器320所记录的数量增加一。
控制器310可配置成在时间延迟到期时使伏特计306测量电压。控制器310可配置成将电极连接到电接地，以便重置电压，并且排放电极上累积的任何载流子。在实施例中，电极在时间延迟到期之后连接到电接地。在实施例中，电极连接到电接地有限重置时间段。控制器310可通过控制开关305将电极连接到电接地。开关可以是晶体管(例如场效应晶体管(FET))。
在实施例中，系统121没有模拟滤波器网络(例如RC网络)。在实施例中，系统121没有模拟电路。
伏特计306可将所测量的电压作为模拟或数字信号来馈送给控制器310。
系统121可包括电容器模块309，其电连接到二极管300的电极或者电触点，其中电容器模块配置成收集来自电极的载流子。电容器模块能够包括放大器的反馈路径中的电容器。这样配置的放大器称作电容互阻抗放大器(CTIA)。CTIA通过阻止放大器饱和而具有高动态范围，并且通过限制信号路径中的带宽来改进信噪比。来自电极的载流子对某个时间段(“积分周期”)(例如，如图7所示，在t0与t1或t1与t2之间)在电容器上累积。在积分周期已经到期之后，电容器电压被取样，并且然后通过复位开关来复位。电容器模块能够包括直接连接到电极的电容器。
图7示意示出入射到二极管或电阻器上的辐射粒子所生成的载流子所引起的流经电极的电流的时间变化(上曲线)以及电极的电压的对应时间变化(下曲线)。电压可以是电流相对时间的积分。在时间t0，辐射粒子照射二极管或电阻器，载流子在二极管或电阻器中生成，电流开始流经二极管或电阻器的电极，并且电极或电触点的电压的绝对值开始增加。在时间t1，第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超过第一阈值V1的绝对值，以及控制器310开始时间延迟TD1，并且控制器310可在TD1开始时停用第一电压比较器301。如果在t1之前停用控制器310，则在t1启动控制器310。在TD1期间，控制器310启动第二电压比较器302。如这里所使用的术语在时间延迟“期间”表示开始和到期(即，结束)以及它们之间的任何时间。例如，控制器310可在TD1到期时启动第二电压比较器302。如果在TD1期间，第二电压比较器302确定电压的绝对值在时间t2等于或超过第二阈值的绝对值，则控制器310使计数器320所记录的数量增加一。在时间te，辐射粒子所生成的全部载流子漂移出辐射吸收层110。在时间ts，时间延迟TD1到期。在图7的示例中，时间ts在时间te之后；即，TD1在辐射粒子所生成的全部载流子漂移出辐射吸收层110之后到期。因此，电压的变化率在ts基本上为零。控制器310可配置成在TD1到期时或者在t2或者它们之间的任何时间停用第二电压比较器302。
控制器310可配置成在时间延迟TD1到期时使伏特计306测量电压。在实施例中，控制器310在电压的变化率在时间延迟TD1到期后变成基本上为零之后使伏特计306测量电压。在这个时刻的电压与辐射粒子所生成的载流子量成比例，其涉及辐射粒子的能量。控制器310可配置成基于伏特计306所测量的电压来确定辐射粒子的能量。确定能量的一种方式是通过对电压分箱来确定能量。计数器320可具有每格的子计数器。当控制器310确定辐射粒子的能量落入格中时，控制器310可使那一格的子计数器所记录的数量增加一。因此，系统121可以能够检测辐射图像，并且可以能够解析每个辐射粒子的辐射粒子能量。
在TD1到期之后，控制器310将电极连接到电接地复位周期RST，以允许电极上累积的载流子流动到接地，并且重置电压。在RST之后，系统121准备好检测另一个入射辐射粒子。隐含地，系统121能够在图7的示例中所操控的入射辐射粒子的速率通过1/(TD1+RST)来限制。如果第一电压比较器301已经停用，则控制器310能够在RST到期之前的任何时间将它启动。如果控制器310已经停用，则它可在RST到期之前被启动。
图7示意示出按照图7所示方式进行操作的系统121中通过噪声(例如暗电流、背景辐射、散射辐射、荧光辐射、来自相邻像素的共享电荷)所引起的流经电极的电流的时间变化(上曲线)以及电极的电压的对应时间变化(下曲线)。在时间t0，噪声开始。如果噪声不够大以使电压的绝对值超过V1的绝对值，则控制器310不启动第二电压比较器302。如果噪声如第一电压比较器301所确定在时间t1足够大以使电压的绝对值超过V1的绝对值，则控制器310开始时间延迟TD1，并且控制器310可在TD1开始时停用第一电压比较器301。在TD1期间(例如在TD1到期时)，控制器310启动第二电压比较器302。噪声在TD1期间不太可能足够大以使电压的绝对值超过V2的绝对值。因此，控制器310没有使计数器320所记录的数量增加。在时间te，噪声结束。在时间ts，时间延迟TD1到期。控制器310可配置成在TD1到期时停用第二电压比较器302。如果电压的绝对值在TD1期间不超过V2的绝对值，则控制器310可配置成不使伏特计306测量电压。在TD1到期之后，控制器310将电极连接到电接地复位周期RST，以允许因噪声而在电极上累积的载流子流动到接地，并且重置电压。因此，系统121在噪声抑制方面可极为有效。
图9示意示出一种包括如相对图4B-图4C或图5D所述的图像传感器9000的系统。该系统可用于医疗成像，例如胸腔辐射射线照相、腹部辐射射线照相等。该系统包括辐射源1201。从辐射源1201所发射的辐射穿透对象1202(例如，人体部位，例如胸腔、肢体、腹部)，通过对象1202的内部结构(例如骨骼、肌肉、脂肪和器官等)不同程度地被衰减，并且投射到图像传感器9000。图像传感器9000通过检测辐射的强度分布来形成图像。
图10示意示出一种包括如相对图4B-图4C或图5D所述的图像传感器9000的系统。该系统可用于医疗成像，例如牙科辐射射线照相。该系统包括辐射源1301。从辐射源1301所发射的辐射穿透对象1302，其是哺乳动物(例如人类)口腔的部分。对象1302可包括上颌骨、腭骨、牙齿、下颌骨或舌头。辐射通过对象1302的不同结构不同程度地被衰减，并且投射到图像传感器9000。图像传感器9000通过检测辐射的强度分布来形成图像。牙齿比蛀牙、感染、牙周膜要更多地吸收辐射。由牙科患者所接收的辐射的剂量通常较小(对全口系列为大约0.150mSv)。
图11示意示出一种包括如相对图4B-图4C或图5D所述的图像传感器9000的货物扫描或者非侵入式检查(NII)系统。该系统可用于检查和识别运输系统(例如集装箱、车辆、船舶、行李等)中的商品。该系统包括辐射源1401。从辐射源1401所发射的辐射可从对象1402(例如集装箱、车辆、船舶等)背散射，并且投射到图像传感器9000。对象1402的不同内部结构可不同地背散射辐射。图像传感器9000通过检测背散射辐射的强度分布和/或背散射辐射粒子的能量来形成图像。
图12示意示出一种包括如相对图4B-图4C或图5D所述的图像传感器9000的另一个货物扫描或者非侵入式检查(NII)系统。该系统可用于公共交通车站和机场的行李检查。该系统包括辐射源1501。从辐射源1501所发射的辐射可穿透行李1502，通过行李的内容以不同方式衰减，并且投射到图像传感器9000。图像传感器9000通过检测透射辐射的强度分布来形成图像。该系统可展现行李的内容，并且识别对公共交通所禁止的商品(例如火器、麻醉剂、锐器、易燃品)。
图13示意示出一种包括如相对图4B-图4C或图5D所述的图像传感器9000的全身扫描仪系统。全身扫描仪系统可为了安检而检测人体上的对象，而无需物理上移开服装或进行物理接触。该全身扫描仪系统可以能够检测非金属对象。该全身扫描仪系统包括辐射源1601。从辐射源1601所发射的辐射可从被检查人体1602和其上的对象背散射，并且投射到图像传感器9000。对象和人体可不同地背散射辐射。图像传感器9000通过检测背散射辐射的强度分布来形成图像。图像传感器9000和辐射源1601可配置成沿线性或旋转方向来扫描人体。
图14示意示出辐射计算机断层扫描(辐射CT)系统。辐射CT系统使用计算机处理辐射来产生被扫描对象的特定区域的断层扫描图像(虚拟“层面”)。断层扫描图像可用于各种医学学科中的诊断和治疗目的或者用于瑕疵检测、故障分析、度量衡、组合件分析和逆向工程。辐射CT系统包括如相对图4B-图4C或图5D所述的图像传感器9000以及辐射源1701。图像传感器9000和辐射源1701可配置成沿一个或多个圆形或螺旋路径同步地旋转。
图15示意示出电子显微镜。电子显微镜包括电子源1801(又称作电子枪)，其配置成发射电子。电子源1801可具有各种发射机构，例如热离子、光电阴极、冷发射或等离子体源。所发射电子经过电子光系统1803，其可配置成对电子进行整形、加速或聚焦。电子然后到达样本1802，并且图像检测器可从其中形成图像。电子显微镜可包括相对图4B-图4C或图5D所述的图像传感器9000，以用于执行能量色散X射线光谱(EDS)。EDS是用于样本的元素分析或化学表征的分析技术。当电子入射到样本时，它们引起特征X射线从样本的发射。入射电子可激发样本的原子的内核层中的电子，从而在创建电子所在的电子空穴的同时将它从壳层中逐出。来自更高能量外壳层的电子然后填充空穴，并且更高能量壳层与更低能量壳层之间的能量的差可采取X射线形式来释放。从样本所发射的X射线的数量和能量能够由图像传感器9000来测量。
这里所述的图像传感器9000可得到其他应用，例如在辐射望远镜、辐射乳房X射线照相、工业辐射缺陷检测、辐射显微镜或显微射线照相、辐射铸件检查、辐射无损测试、辐射焊接检查、辐射数字减影血管造影等。可适合使用这个图像传感器9000代替照相底板、胶片、PSP板、辐射图像增强器、闪烁器或者另一个半导体辐射检测器。
虽然本文公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例对本领域的技术人员将是显而易见的。本文所公开的各个方面和实施例是为了便于说明而不是要进行限制，其真实范围和精神通过以下权利要求书来指示。

Claims (33)

1.一种辐射检测器，包括：
辐射吸收层，配置成通过吸收辐射粒子来生成电信号；
电子层，包括电子系统，其配置成处理或解释所述信号；
柔性PCB，配置成接收来自所述电子系统的输出；
其中所述辐射吸收层和柔性PCB安装在所述电子层的同一侧。
2.如权利要求第1项所述的辐射检测器，其中，所述辐射检测器包括沿所述辐射检测器的一个边缘的周边区，并且其中所述柔性PCB在所述周边区安装到所述电子层。
3.如权利要求第2项所述的辐射检测器，其中，所述辐射检测器没有包括沿任何其他边缘的周边区。
4.如权利要求第1项所述的辐射检测器，
其中，所述辐射吸收层包括电极；
其中所述电子系统包括：
第一电压比较器，配置成将所述电极的电压与第一阈值进行比较；
第二电压比较器，配置成将所述电压与第二阈值进行比较；
计数器，配置成记录到达所述辐射吸收层的辐射粒子的数量；
控制器；
其中所述控制器配置成从所述第一电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第一阈值的绝对值的时间开始时间延迟；
其中所述控制器配置成在所述时间延迟期间启动所述第二电压比较器；
其中所述控制器配置成在所述第二电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第二阈值的绝对值时，使所述计数器所记录的所述数值增加一。
5.如权利要求第4项所述的辐射检测器，其中，所述电子系统还包括电容器模块，其电连接到所述电极，其中所述电容器模块配置成收集来自所述电极的载流子。
6.如权利要求第4项所述的辐射检测器，其中，所述控制器配置成在所述时间延迟开始或到期时启动所述第二电压比较器。
7.如权利要求第4项所述的辐射检测器，其中，所述电子系统还包括伏特计，其中所述控制器配置成在所述时间延迟到期时使所述伏特计测量所述电压。
8.如权利要求第4项所述的辐射检测器，其中，所述控制器配置成基于在所述时间延迟到期时所测量的所述电压的值来确定辐射粒子能量。
9.如权利要求第4项所述的辐射检测器，其中，所述控制器配置成将所述电极连接到电接地。
10.如权利要求第4项所述的辐射检测器，其中，所述电压的变化率在所述时间延迟到期时基本上为零。
11.如权利要求第4项所述的辐射检测器，其中，所述电压的变化率在所述时间延迟到期时基本上为非零。
12.一种图像传感器，包括：
如权利要求第1项所述的第一辐射检测器和第二辐射检测器，其均安装在系统PCB上；
其中所述第一辐射检测器的所述柔性PCB被所述第二辐射检测器的工作区所遮蔽。
13.如权利要求第12项所述的图像传感器，其中，所述第一辐射检测器相对于所述系统PCB倾斜。
14.如权利要求第12项所述的图像传感器，其中，所述第一辐射检测器通过所述第一辐射检测器与所述系统PCB之间的夹具来支承。
15.如权利要求第12项所述的图像传感器，还包括如权利要求1所述的第三辐射检测器，其定位成与所述第一辐射检测器相邻；
其中所述第三辐射检测器与所述第一辐射检测器之间的间隙不宽于所述第一辐射检测器的像素。
16.一种包括如权利要求第12项所述的图像传感器以及辐射源的系统，其中，所述系统配置成对人体胸腔或腹部执行射线照相。
17.一种包括如权利要求第12项所述的图像传感器以及辐射源的系统，其中，所述系统配置成对人体口腔执行射线照相。
18.一种货物扫描或者非侵入式检查(NII)系统，包括如权利要求第12项所述的图像传感器以及辐射源，其中所述货物扫描或者非侵入式检查(NII)系统配置成使用背散射辐射来形成图像。
19.一种货物扫描或者非侵入式检查(NII)系统，包括如权利要求第12项所述的图像传感器以及辐射源，其中所述货物扫描或者非侵入式检查(NII)系统配置成使用经过被检查对象所透射的辐射来形成图像。
20.一种包括如权利要求第12项所述的图像传感器以及辐射源的全身扫描仪系统。
21.一种包括如权利要求第12项所述的图像传感器以及辐射源的辐射计算机断层扫描(辐射CT)系统。
22.一种包括如权利要求第12项所述的图像传感器、电子源和电子光学系统的电子显微镜。
23.一种包括如权利要求第12项所述的图像传感器的系统，其中，所述系统是辐射望远镜或辐射显微镜，或者所述系统配置成执行乳房X射线照相、工业缺陷检测、显微射线照相、铸件检查、焊接检查或数字减影血管造影。
24.一种辐射检测器，包括：
辐射吸收层，配置成通过吸收辐射粒子来生成电信号；
电子层，包括电子系统，其配置成处理或解释所述信号；
其中所述辐射吸收层安装在所述电子层的第一侧；
其中所述电子层在所述电子层的边缘包括多个通孔、将所述电子系统电连接到所述多个通孔的第一传输线以及将所述多个通孔电连接到所述电子层中与所述第一侧相对的第二侧上的多个接合焊盘的第二传输线。
25.如权利要求第24项所述的辐射检测器，其中，所述辐吸收层遮蔽所述多个通孔。
26.如权利要求第24项所述的辐射检测器，
其中，所述辐射吸收层包括电极；
其中所述电子系统包括：
第一电压比较器，配置成将所述电极的电压与第一阈值进行比较；
第二电压比较器，配置成将所述电压与第二阈值进行比较；
计数器，配置成记录到达所述辐射吸收层的辐射粒子的数量；
控制器；
其中所述控制器配置成从所述第一电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第一阈值的绝对值的时间开始时间延迟；
其中所述控制器配置成在所述时间延迟期间启动所述第二电压比较器；
其中所述控制器配置成在所述第二电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第二阈值的绝对值时，使所述计数器所记录的所述数值增加一。
27.如权利要求第26项所述的辐射检测器，其中，所述电子系统还包括电容器模块，其电连接到所述电极，其中所述电容器模块配置成收集来自所述电极的载流子。
28.如权利要求第27项所述的辐射检测器，其中，所述控制器配置成在所述时间延迟开始或到期时启动所述第二电压比较器。
29.如权利要求第27项所述的辐射检测器，其中，所述电子系统还包括伏特计，其中所述控制器配置成在所述时间延迟到期时使所述伏特计测量所述电压。
30.如权利要求第27项所述的辐射检测器，其中，所述控制器配置成基于在所述时间延迟到期时所测量的所述电压的值来确定辐射粒子能量。
31.如权利要求第27项所述的辐射检测器，其中，所述控制器配置成将所述电极连接到电接地。
32.如权利要求第27项所述的辐射检测器，其中，所述电压的变化率在所述时间延迟到期时基本上为零。
33.如权利要求第27项所述的辐射检测器，其中，所述电压的变化率在所述时间延迟到期时基本上为非零。
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