TWI811285B - 輻射檢測器的封裝 - Google Patents

Abstract

本文所公開的是一種輻射檢測器，其包括：輻射吸收層，配置成通過吸收輻射微粒來生成電信號；電子層，包括電子系統，其配置成處理或解釋信號；柔性印刷電路板(PCB)，配置成接收來自電子系統的輸出；其中輻射吸收層和柔性PCB安裝在電子層的同一側。

Description

輻射檢測器的封裝

本文的本公開涉及輻射檢測器，具體來說涉及具有柔性印刷電路板(PCB)或通孔的輻射檢測器的封裝。

輻射檢測器是測量輻射的性質的裝置。性質的示例可包括輻射的強度、相位和極化的空間分佈。輻射可以是與受檢者進行交互的輻射。例如，由輻射檢測器所測量的輻射可以是穿透受檢者或者從受檢者反射的輻射。輻射可以是電磁輻射，例如紅外光、可見光、紫外光、X射線或γ射線。輻射可屬於其他類型，例如α射線和β射線。

一種類型的輻射檢測器基於輻射與半導體之間的交互。例如，這種類型的輻射檢測器可具有半導體層(其吸收輻射並且生成載荷子(例如電子和空穴))以及用於檢測載荷子的電路。

本文所公開的是一種輻射檢測器，其包括：輻射吸收層，配置成通過吸收輻射微粒來生成電信號；電子層，包括電子系統，其配置成處理或解釋信號；柔性PCB，配置成接收來自電子系統的輸出，其中輻射吸收層和柔性PCB安裝在電子層的同一側。

按照實施例，輻射檢測器包括沿輻射檢測器的一個邊緣的周邊區，並且其中柔性PCB在周邊區安裝到電子層。

按照實施例，輻射檢測器沒有包括沿任何其他邊緣的周邊區。

按照實施例，輻射吸收層包括電極；電子系統包括：第一電壓比較器，配置成將電極的電壓與第一閾值進行比較；第二電壓比較器，配置成將電壓與第二閾值進行比較；計數器，配置成記錄到達輻射吸收層的輻射微粒的數量；控制器；其中，控制器配置成從第一電壓比較器確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值的時間開始時間延遲；控制器配置成在該時間延遲期間啟動第二電壓比較器；控制器配置成在第二電壓比較器確定電壓的絕對值等於或超過第二閾值的絕對值時使計數器所記錄的數量增加一。

按照實施例，電子系統還包括電容器模組，其電連接到電極，其中電容器模組配置成收集來自電極的載荷子。

按照實施例，控制器配置成在時間延遲開始或到期時啟動第二電壓比較器。

按照實施例，電子系統還包括伏特計，其中控制器配置成在時間延遲到期時使伏特計測量電壓。

按照實施例，控制器配置成基於在時間延遲到期時所測量的電壓的值來確定輻射微粒能量。

按照實施例，控制器配置成將電極連接到電接地。

按照實施例，電壓的變化率在時間延遲到期時基本上為零。

按照實施例，電壓的變化率在時間延遲到期時基本上為非零。

本文所公開的是一種圖像感測器，其包括：第一輻射檢測器和第二輻射，其均安裝在系統PCB上；其中第一輻射檢測器的柔性PCB通過第二輻射檢測器的工作區來遮蔽。

按照實施例，第一輻射檢測器相對於系統PCB傾斜。

按照實施例，第一輻射檢測器通過第一輻射檢測器與系統PCB之間的夾具來支承。

按照實施例，該圖像感測器還包括第三輻射檢測器，其定位成與第一輻射檢測器相鄰；其中第三輻射檢測器與第一輻射檢測器之間的間隙不寬於第一輻射檢測器的像素。

本文所公開的是一種包括本文所公開的圖像感測器以及輻射源的系統，其中該系統配置成對人體胸腔或腹部執行射線照相。

本文所公開的是一種包括本文所公開的圖像感測器以及輻射源的系統，其中該系統配置成對人體口腔執行射線照相。

本文所公開的是一種貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統，包括本文所公開的圖像感測器以及輻射源，其中貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統配置成使用後向散射輻射來形成圖像。

本文所公開的是一種貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統，包括本文所公開的圖像感測器以及輻射源，其中貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統配置成使用經過被檢查對象所透射的輻射來形成圖像。

本文所公開的是一種全身掃描器系統，包括本文所公開的圖像感測器以及輻射源。

本文所公開的是一種輻射計算機斷層掃描(輻射CT)系統，其包括本文所公開的圖像感測器以及輻射源。

本文所公開的是一種電子顯微鏡，其包括本文所公開的圖像感測器、電子源和電子光學系統。

本文所公開的是一種系統，其包括本文所公開的圖像感測器，其中該系統是輻射望遠鏡或輻射顯微鏡，或者其中該系統配置成執行乳房X射線照相、工業缺陷檢測、顯微射線照相、鑄件檢查、焊接檢查或數字減影血管造影。

本文所公開的是一種輻射檢測器，其包括：輻射吸收層，配置成通過吸收輻射微粒來生成電信號；電子層，包括電子系統，其配置成處理或解釋信號；其中，輻射吸收層安裝在電子層的第一側；電子層在電子層的邊緣包括多個通孔、將電子系統電連接到多個通孔的第一傳輸線以及將多個通孔電連接到電子層中與第一側相對的第二側上的多個接合焊盤的第二傳輸線。

按照實施例，輻射吸收層遮蔽多個通孔。

按照實施例，輻射吸收層包括電極；電子系統包括：第一電壓比較器，配置成將電極的電壓與第一閾值進行比較；第二電壓比較器，配置成將電壓與第二閾值進行比較；計數器，配置成記錄到達輻射吸收層的輻射微粒的數量；控制器；其中，控制器配置成從第一電壓比較器確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值的時間開始時間延遲；控制器配置成在該時間延遲期間啟動第二電壓比較器；控制器配置成在第二電壓比較器確定電壓的絕對值等於或超過第二閾值的絕對值時使計數器所記錄的數量增加一。

按照實施例，電子系統還包括電容器模組，其電連接到電極，其中電容器模組配置成收集來自電極的載荷子。

按照實施例，控制器配置成在時間延遲開始或到期時啟動第二電壓比較器。

按照實施例，電子系統還包括伏特計，其中控制器配置成在時間延遲到期時使伏特計測量電壓。

按照實施例，控制器配置成基於在時間延遲到期時所測量的電壓的值來確定輻射微粒能量。

按照實施例，控制器配置成將電極連接到電接地。

按照實施例，電壓的變化率在時間延遲到期時基本上為零。

按照實施例，電壓的變化率在時間延遲到期時基本上為非零。

101:輻射檢測器

100A:第一輻射檢測器

100B:第二輻射檢測器

100C:第三輻射檢測器

100D:第四輻射檢測器

110:輻射吸收層

111:第一摻雜區

112:本征區

113:第二摻雜區

114:分立區

119A:電氣觸點

119B:電氣觸點

120:電子層

121:電子系統

122:襯底

124:第一表面

125:電氣觸點

127:傳輸線

128:第二傳輸線

129:通孔

130:填充材料

131:通孔

140:柔性PCB

145:接合焊盤

146:接合焊盤

150:像素

190:工作區

195:周邊區

198:第二表面

199:焊料塊

200:圖像感測器

300:二極體

301:第一電壓比較器

302:第二電壓比較器

305:開關

306:伏特計

309:電容器模組

310:控制器

320:計數器

450:系統PCB

451:夾具

1201:輻射源

1202:對象

1301:輻射源

1302:對象

1401:輻射源

1402:對象

1501:輻射源

1502:行李

1601:輻射源

1602:人體

1701:輻射源

1801:電子源

1802:樣本

1803:電子光系統

9000:圖像感測器

RST:復位期

t0、t1、t2、te、ts:時間

TD1:時間延遲

V1:第一閾值

V2:第二閾值

圖1A示意示出按照實施例的輻射檢測器的截面圖。

圖1B示意示出按照實施例的輻射檢測器的詳細截面圖。

圖1C示意示出按照實施例的輻射檢測器的備選詳細截面圖。

圖2示意示出按照實施例、輻射檢測器可具有像素陣列。

圖3示意示出按照實施例的輻射檢測器中的電子層的截面圖。

圖4A示意示出按照實施例、包括輻射吸收層、電子層和柔性PCB的輻射檢測器的頂視圖和截面圖。

圖4B示意示出按照實施例的圖像感測器的頂視圖和截面圖，其中圖4A的多個輻射檢測器安裝到系統PCB。

圖4C示意示出按照實施例的圖像感測器的頂視圖，其中圖4A的多個檢測器定位成彼此相鄰。

圖5A、圖5B、圖5C分別示意示出按照實施例、具有多個通孔的輻射檢測器的截面圖、頂視圖和底視圖。

圖5D示意示出按照實施例、包括圖5A、圖5B和圖5C的輻射檢測器的圖像感測器200的頂視圖和截面圖。

圖6A和圖6B各示出按照實施例、圖1B或圖1C中的輻射檢測器的電子系統的組件圖。

圖7示意示出按照實施例、流經暴露於輻射的輻射吸收層的電阻器的二極體或電氣觸點的電流的時間變化(上曲線)以及電極的電壓的對應時間變化(下曲線)，電流通過入射到輻射吸收層上的輻射微粒所生成的載荷子所引起。

圖8示意示出按照實施例、按照圖7所示方式進行操作的電子系統中通過雜訊(例如暗電流)所引起的流經電極的電流的時間變化(上曲線)以及電極的電壓的對應時間變化(下曲線)。

圖9示意示出按照實施例的系統，其包括本文所述的圖像感測器，適合於諸如胸腔射線照相、腹部射線照相等的醫療成像。

圖10示意示出按照實施例的系統，其包括本文所述的圖像感測器，適合於牙科射線照相。

圖11示意示出按照實施例、包括本文所述的圖像感測器的貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統。

圖12示意示出按照實施例、包括本文所述的圖像感測器的另一個貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統。

圖13示意示出按照實施例、包括本文所述的圖像感測器的全身掃描器系統。

圖14示意示出按照實施例、包括本文所述的圖像感測器的輻射計算機斷層掃描(輻射CT)系統。

圖15示意示出按照實施例、包括本文所述的圖像感測器的電子顯微鏡。

圖1示意示出按照實施例的輻射檢測器100的截面圖。輻射檢測器100可包括輻射吸收層110和電子層120(例如ASIC)，以用於處理或分析入射輻射在輻射吸收層110中生成的電信號。在實施例中，輻射檢測器100沒有包括閃爍器。輻 射吸收層110可包括半導體材料，例如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其組合。半導體對感興趣輻射能量可具有高質量衰減係數。

如圖1B中的輻射檢測器100的詳細截面圖所示，按照實施例，輻射吸收層110可包括一個或多個二極體(例如p-i-n或p-n)，其通過第一摻雜區111以及第二摻雜區113的一個或多個分立區114所形成。第二摻雜區113可通過可選本征區112與第一摻雜區111分隔。分立區114通過第一摻雜區111或本征區112相互分隔。第一摻雜區111和第二摻雜區113具有相反類型的摻雜(例如，區域111為p型，而區域113為n型，或者區域111為n型，而區域113為p型)。在圖1B的示例中，第二摻雜區113的分立區114的每個形成具有第一摻雜區111和可選本征區112的二極體。即，在圖1B的示例中，輻射吸收層110具有多個二極體，其具有作為共用電極的第一摻雜區111。第一摻雜區111還可具有分立區。

當輻射微粒照射輻射吸收層110(其包括二極體)時，輻射微粒可被輻射吸收層110所吸收，以及一個或多個載荷子可通過多個機制在輻射吸收層110中生成。輻射微粒可生成10至100000個載荷子。載荷子可在電場下漂移到二極體之一的電極。該電場可以是外部電場。電氣觸點119B可包括分立部分，其每個與分立區114進行電接觸。在實施例中，載荷子可沿方向漂移，使得單個輻射微粒所生成的載荷子基本上沒有由兩個不同分立區114所共用(“基本上沒有共用”在這裏表示這些載荷子的不到2%、不到0.5%、不到0.1%或者不到0.01%流動到分立區114中與載荷子的其餘部分不同的分立區114)。通過在這些分立區114之一的佔用面積周圍入射的輻射微粒所生成的載荷子基本上沒有與這些分立區114的另一個共用。與分立區114關聯的像素150可以是分立區114周圍的一個區域，其中入射到其上的輻射微粒所生成的基本上全部(超過98%、超過 99.5%、超過99.9%或者超過99.99%)載荷子流動到分立區114。即，這些載荷子的不到2%、不到1%、不到0.1%或者不到0.01流動到像素之外。

如圖1C的輻射檢測器100的備選詳細截面圖所示，按照實施例，輻射吸收層110可包括半導體材料(例如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其組合)的電阻器，但是沒有包括二極體。半導體對感興趣輻射能量可具有高質量衰減係數。

當輻射微粒照射輻射吸收層110(其包括電阻器但沒有包括二極體)時，它可被輻射吸收層110所吸收，以及一個或多個載荷子可通過多個機制在輻射吸收層110中生成。輻射微粒可生成10至100000個載荷子。載荷子可在電場下漂移到電氣觸點119A和119B。該電場可以是外部電場。電氣觸點119B包括分立部分。在實施例中，載荷子可沿方向漂移，使得單個輻射微粒所生成的載荷子基本上沒有由電氣觸點119B的兩個不同分立部分所共用(“基本上沒有共用”在這裏表示這些載荷子的不到2%、不到0.5%、不到0.1%或者不到0.01%流動到分立部分中與載荷子的其餘部分不同的分立部分)。通過在電氣觸點119B的這些分立部分之一的佔用面積周圍入射的輻射微粒所生成的載荷子基本上沒有與電氣觸點119B的這些分立部分的另一個共用。與電氣觸點119B的分立部分關聯的像素150可以是分立部分周圍的一個區域，其中入射到其上的輻射微粒所生成的基本上全部(超過98%、超過99.5%、超過99.9%或者超過99.99%)載荷子流動到電氣觸點119B的分立部分。即，這些載荷子的不到2%、不到0.5%、不到0.1%或者不到0.01流動到與電氣觸點119B的一個分立部分關聯的像素之外。

電子層120可包括電子系統121，其適合於處理或解釋入射到輻射吸收層110上的輻射微粒所生成的信號。電子系統121可包括模擬電路(例如濾波器網路、放大器、積分器和比較器)或者數字電路(例如微處理器和記憶體)。電子系統121可包括像素所共用的組件或者專用於單個像素的組件。例如，電子系統121可 包括專用於每個像素的放大器以及在全部像素之間共用的微處理器。電子系統121可通過通孔131電連接到像素。通孔之間的空間可填充有填充材料130，其可增加電子層120到輻射吸收層110的連接的機械穩定性。將電子系統121連接到像素而沒有使用通孔的其他接合技術是可能的。

圖2示意示出按照實施例、輻射檢測器100可具有像素150的陣列。陣列可以是矩形陣列、蜂窩陣列、六邊形陣列或者任何其他適當陣列。每個像素150可配置成檢測入射到其上的輻射微粒、測量輻射微粒的能量或它們兩者。例如，每個像素150可配置成對某個時間週期之內入射到其上、其能量落入多個格中的輻射微粒的數量進行計數。全部像素150可配置成對相同時間週期之內在能量的多個格內入射到其上的輻射微粒的數量進行計數。每個像素150可具有其自己的模數轉換器(ADC)，其配置成將表示入射輻射微粒的能量的模擬信號數位化為數字信號。ADC可具有10位或以上的解析度。每個像素150可配置成例如在入射到其上的每個輻射微粒之前或併發地測量其暗電流。每個像素150可配置成從入射到其上的輻射微粒的能量來推斷暗電流的份額。像素150可配置成並行地操作。例如，當一個像素150測量入射輻射微粒時，另一個像素150可等待輻射微粒到達。像素150可以是但不必是單獨可尋址的。輻射檢測器100可以沒有包含像素150的保護環。輻射檢測器100可以沒有側壁摻雜，其配置成降低輻射吸收層110的側壁上的洩漏電流。

圖3示意示出按照實施例的電子層120。電子層120包括襯底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，而是能夠完全或部分內埋的。電子層120包括第一表面124上的一個或多個電氣觸點125。一個或多個電氣觸點125可配置成電連接到輻射吸收層110的一個或多個電氣觸點119B。電子系統121可處於襯底122之中或之上。

襯底122可以是薄化襯底。例如，襯底可具有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。襯底122可以是矽襯底者襯底或者其他適當半導體或絕緣體。襯底122可通過將更厚襯底研磨到預期厚度來產生。

一個或多個電氣觸點125可以是金屬或摻雜半導體層。例如，電氣觸點125可以是金、銅、鉑、鈀、摻雜矽等。

圖3示意示出在輻射吸收層110的電氣觸點119B以及電子層120的電氣觸點125處的輻射吸收層110與電子層120之間的接合。接合可通過適當技術進行，例如直接接合或者倒裝晶片接合。電子層120可具有傳輸線127，其配置成為電子系統121供電、控制電子系統121或者與其通信。

直接接合是沒有任何附加中間層(例如焊料塊)的晶圓接合過程。該接合過程基於兩個表面之間的化學接合。直接接合可處於升高溫度，但不一定是這樣。

倒裝晶片接合使用沉積到接觸焊盤(例如輻射吸收層110的電氣觸點119B或者電氣觸點125)上的焊料塊199。輻射吸收層110或者電子層120翻轉，並且輻射吸收層110的電氣觸點119B對齊到電氣觸點125。焊料塊199可熔合，以便將電氣觸點119B和電氣觸點125焊接在一起。焊料塊199之間的任何空隙空間可填充有絕緣材料。

圖4A示意示出按照實施例的輻射檢測器100的頂視圖和截面圖。輻射檢測器100可具有工作區190，其是像素150所在的位置。工作區190是輻射檢測器100的區域，其中入射到其上的輻射可由輻射檢測器100來檢測。按照實施例，工作區190延伸到那個輻射檢測器100的除了一個以外的全部邊緣。即，輻射檢測器100可包括沿輻射檢測器100的一個邊緣的周邊區195，但是沒有包括沿任何其他邊緣的周邊區195。周邊區195是沿電子層120的邊緣的一個區域，其可 沒有被輻射檢測器100的工作區190所覆蓋。周邊區195可在電子層120中與輻射吸收層110相同的所述側上容納柔性PCB 140和多個接合焊盤145。如本文所使用的術語“PCB”並不局限於特定材料。例如，PCB可包括半導體。柔性PCB 140的一端可通過與多個接合焊盤145進行接合來安裝到電子層120。電子層120的電子系統121可通過電子層120的第一表面124上或者電子層120內部的傳輸線127電連接到接合焊盤145。輻射吸收層110和柔性PCB 140可安裝在電子層120的同一側。入射到輻射檢測器100的周邊區195上或者柔性PCB 140上的輻射不能被輻射檢測器100所檢測。

圖4B示意示出按照實施例的圖像感測器200的頂視圖和截面圖。圖像感測器200可包括第一輻射檢測器100A和第二輻射檢測器100B，其均安裝在系統PCB 450上。第一輻射檢測器100A和第二輻射檢測器100B通過第一輻射檢測器100A和第二輻射檢測器100B的每個與系統PCB 450之間的夾具451相對於系統PCB 450傾斜。按照一個實施例，第二輻射檢測器100B的周邊區195和柔性PCB 140隱藏在相鄰第一輻射檢測器100A下麵，使得第二輻射檢測器100B的周邊區195和柔性PCB 140被第一輻射檢測器100A的工作區190完全遮蔽。

圖4C示意示出按照實施例的圖像感測器的頂視圖，其中輻射檢測器可佈置成相互靠近。例如，第一輻射檢測器100A的工作區190可完全覆蓋第二輻射檢測器100B的周邊區195和柔性PCB 140。第一輻射檢測器100A與第二輻射檢測器110B的工作區190之間的間隙不寬於一個像素150。圖像感測器200還可包括第三輻射檢測器100C和第四輻射檢測器100D。第三輻射檢測器100C的工作區190可完全覆蓋第四輻射檢測器100D的周邊區195和柔性PCB 140。第一輻射檢測器100A的工作區190可與第三輻射檢測器100C的工作區190相鄰；第二輻射檢測器100B的工作區190可與第四輻射檢測器100D的工作區190相鄰。 第三輻射檢測器100C的工作區190可佈置成靠近第一輻射檢測器100A的工作區190。第三輻射檢測器100C的工作區190與第一輻射檢測器100A的工作區190之間的間隙不寬於一個像素150；第四輻射檢測器100D的工作區與第二輻射檢測器100B的工作區190之間的間隙不寬於一個像素150。

圖5A、圖5B和圖5C分別示意示出按照另一個實施例的輻射檢測器100的截面圖、頂視圖和底視圖。輻射檢測器100可包括輻射吸收層110、電子層120，其中輻射吸收層110安裝在電子層120的第一側。如圖5A所示，按照實施例，電子系統121可處於電子層120中。電子系統121可包括能夠收集、處理和解釋輻射吸收層110(其可包括像素150的電氣觸點)中生成的信號的電路以及傳送和處理電信號的其他電路和傳輸線，如圖5B所示。在電子層120的邊緣的多個通孔129通過第一傳輸線127電連接到電子系統121。多個通孔129還通過第二傳輸線128電連接到多個接合焊盤146，其處於電子層120中與第一側相對的第二側。多個接合焊盤146可處於電子層120的第二側的表面上，如圖5C所示。通過將通路與第一傳輸線127、第二傳輸線128、多個通孔129電連接，電子系統121可以能夠與輻射檢測器100外部的其他電路進行通信。

圖5D示意示出按照實施例、包括圖5A、圖5B和圖5C的輻射檢測器100的圖像感測器200的頂視圖和截面圖。如圖像感測器200的截面圖所示，輻射檢測器100可並排位於系統PCB 450之上，並且通過多個通孔129電連接到系統PCB 450。按照一個實施例，多個通孔129可被輻射檢測器100的輻射吸收層110完全遮蔽。圖像感測器200的輻射檢測器的每個可佈置成緊鄰其相鄰輻射檢測器，使得兩個相鄰輻射檢測器的工作區190之間的間隙不寬於像素150。

圖6A和圖6B各示出按照實施例的輻射檢測器100的電子系統121的組件圖。電子系統121可包括第一電壓比較器301、第二電壓比較器302、計數器320、開關305、伏特計306和控制器310。

第一電壓比較器301配置成將二極體300的電極的電壓與第一閾值進行比較。二極體可以是通過第一摻雜區111、第二摻雜區113的分立區114之一以及可選本征區112所形成的二極體。備選地，第一電壓比較器301配置成將電氣觸點(例如電氣觸點119B的分立部分)的電壓與第一閾值進行比較。第一電壓比較器301可配置成直接監測電壓，或者通過對某個時間週期對流經二極體或電氣觸點的電流求積分來計算電壓。第一電壓比較器301可由控制器310可控地啟動或停用。第一電壓比較器301可以是連續比較器。即，第一電壓比較器301可配置成連續被啟動，並且連續監測電壓。配置為連續比較器的第一電壓比較器301降低系統121缺失入射輻射微粒所生成的信號的機會。當入射輻射強度較高時，配置為連續比較器的第一電壓比較器301是特別適合的。第一電壓比較器301可以是定時比較器，其具有更低功率消耗的有益效果。配置為定時比較器的電壓比較器301可能使系統121缺失一些入射輻射微粒所生成的信號。當入射輻射強度較低時，缺失入射輻射微粒的機會較低，因為兩個連續光子之間的時間間隔較長。因此，當入射輻射強度較低時，配置為定時比較器的第一電壓比較器301是特別適合的。第一閾值可以是一個入射輻射微粒可在二極體或電阻器中生成的最大電壓的5-10%、10%-20%、20-30%、30-40%或40-50%。最大電壓可取決於入射輻射微粒的能量(即，入射輻射的波長)、輻射吸收層110的材料和其他因素。例如，第一閾值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。

第二電壓比較器302配置成將電壓與第二閾值進行比較。第二電壓比較器302可配置成直接監測電壓，或者通過對某個時間週期對流經二極體或電氣觸點 的電流求積分來計算電壓。第二電壓比較器302可以是連續比較器。第二電壓比較器302可由控制器310可控地啟動或停用。當停用第二電壓比較器302時，第二電壓比較器302的功率消耗可小於啟動第二電壓比較器302時的功率消耗的1%、5%、10%或20%。第二閾值的絕對值大於第一閾值的絕對值。如本文所使用的術語實數x的“絕對值”或“模量”｜x｜是x的非負值，而不考慮其符號。即，

。第二閾值可以是第一閾值的200%-300%。第二閾值可以是一個入射輻射微粒可在二極體或電阻器中生成的最大電壓的至少50%。例如，第二閾值可以是100mV、150mV、200mV、250mV或300mV。第二電壓比較器302和第一電壓比較器310可以是同一組件。即，系統121可具有一個電壓比較器，其能夠在不同時間將電壓與兩個不同閾值進行比較。

第一電壓比較器301或者第二電壓比較器302可包括一個或多個op-amp或者任何其他適當電路。第一電壓比較器301或第二電壓比較器302可具有高速度，以允許系統121在入射輻射的高通量下操作。但是，具有高速度常常以功率消耗為代價。

計數器320配置成記錄到達二極體或電阻器的輻射微粒的數量。計數器320可以是軟體組件(例如電腦記憶體中存儲的數值)或硬體組件(例如4017 IC和7490 IC)。

控制器310可以是硬體組件，例如微控制器或者微處理器。控制器310配置成從第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值(例如，電壓的絕對值從低於第一閾值的絕對值增加到等於或高於第一閾值的絕對值的值)的時間開始時間延遲。在這裏使用絕對值，因為電壓可以為負或正，這 取決於是二極體的陰極還是陽極的電壓或者使用哪一個電氣觸點。控制器310可配置成在第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值的時間之前保持停用第一電壓比較器301的操作不要求的第二電壓比較器302、計數器320和任何其他電路。時間延遲可在電壓變穩定、即電壓的變化率基本上為零之前或之後到期。詞語“電壓的變化率基本上為零”表示電壓的時間變化小於0.1%/ns。詞語“電壓的變化率基本上為非零”表示電壓的時間變化至少為0.1%/ns。

控制器310可配置成在該時間延遲期間(包括開始和到期)啟動第二電壓比較器。在實施例中，控制器310配置成在時間延遲開始時啟動第二電壓比較器。術語“啟動”表示使組件進入操作狀態(例如通過發送諸如電壓脈衝或邏輯電平之類的信號、通過提供電力等)。術語“停用”表示使組件進入非操作狀態(例如通過發送諸如電壓脈衝或邏輯電平之類的信號、通過切斷電力等)。操作狀態可具有比非操作狀態要高的功率消耗(例如高10倍、高100倍、高1000倍)。控制器310本身可停用，直到第一電壓比較器301的輸出在電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值時啟動控制器310。

控制器310可配置成在時間延遲期間、第二電壓比較器302確定電壓的絕對值等於或超過第二閾值的絕對值時，使計數器320所記錄的數量增加一。

控制器310可配置成在時間延遲到期時使伏特計306測量電壓。控制器310可配置成將電極連接到電接地，以便重置電壓，並且排放電極上累積的任何載荷子。在實施例中，電極在時間延遲到期之後連接到電接地。在實施例中，電極對有限重置時間週期連接到電接地。控制器310可通過控制開關305將電極連接到電接地。開關可以是電晶體(例如場效應電晶體(FET))。

在實施例中，系統121沒有模擬濾波器網路(例如RC網路)。在實施例中，系統121沒有模擬電路。

伏特計306可將所測量的電壓作為模擬或數字信號來饋送給控制器310。

系統121可包括電容器模組309，其電連接到二極體300的電極或者電氣觸點，其中電容器模組配置成收集來自電極的載荷子。電容器模組能夠包括放大器的回饋路徑中的電容器。這樣配置的放大器稱作電容互阻抗放大器(CTIA)。CTIA通過阻止放大器飽和而具有高動態範圍，並且通過限制信號路徑中的帶寬來改進信噪比。來自電極的載荷子對某個時間週期(“積分週期”)(例如，如圖7所示，在t0與t1或t1與t2之間)在電容器上累積。在積分週期已經到期之後，電容器電壓被取樣，並且然後通過複位開關來複位。電容器模組能夠包括直接連接到電極的電容器。

圖7示意示出入射到二極體或電阻器上的輻射微粒所生成的載荷子所引起的流經電極的電流的時間變化(上曲線)以及電極的電壓的對應時間變化(下曲線)。電壓可以是電流相對時間的積分。在時間t0，輻射微粒照射二極體或電阻器，載荷子在二極體或電阻器中生成，電流開始流經二極體或電阻器的電極，並且電極或電氣觸點的電壓的絕對值開始增加。在時間t1，第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值V1的絕對值，以及控制器310開始時間延遲TD1，並且控制器310可在TD1開始時停用第一電壓比較器301。如果在t1之前停用控制器310，則在t1啟動控制器310。在TD1期間，控制器310啟動第二電壓比較器302。如這裏所使用的術語在時間延遲“期間”表示開始和到期(即，結束)以及它們之間的任何時間。例如，控制器310可在TD1到期時啟動第二電壓比較器302。如果在TD1期間，第二電壓比較器302確定電壓的絕對值在時間t2等於或超過第二閾值的絕對值，則控制器310使計數器320所記錄的數 量增加一。在時間te，輻射微粒所生成的全部載荷子漂移出輻射吸收層110。在時間ts，時間延遲TD1到期。在圖7的示例中，時間ts在時間te之後；即，TD1在輻射微粒所生成的全部載荷子漂移出輻射吸收層110之後到期。因此，電壓的變化率在ts基本上為零。控制器310可配置成在TD1到期時或者在t2或者它們之間的任何時間停用第二電壓比較器302。

控制器310可配置成在時間延遲TD1到期時使伏特計306測量電壓。在實施例中，控制器310在電壓的變化率在時間延遲TD1到期後變成基本上為零之後使伏特計306測量電壓。在這個時刻的電壓與輻射微粒所生成的載荷子量成比例，其涉及輻射微粒的能量。控制器310可配置成基於伏特計306所測量的電壓來確定輻射微粒的能量。確定能量的一種方式是通過對電壓分箱來確定能量。計數器320可具有每格的子計數器。當控制器310確定輻射微粒的能量落入格中時，控制器310可使那一格的子計數器所記錄的數量增加一。因此，系統121可以能夠檢測輻射圖像，並且可以能夠解析每個輻射微粒的輻射微粒能量。

在TD1到期之後，控制器310對複位週期RST將電極連接到電接地，以允許電極上累積的載荷子流動到接地，並且重置電壓。在RST之後，系統121準備好檢測另一個入射輻射微粒。隱含地，系統121能夠在圖7的示例中所操控的入射輻射微粒的速率通過1/(TD1+RST)來限制。如果第一電壓比較器301已經停用，則控制器310能夠在RST到期之前的任何時間將它啟動。如果控制器310已經停用，則它可在RST到期之前被啟動。

圖7示意示出按照圖7所示方式進行操作的系統121中通過雜訊(例如暗電流、背景輻射、散射輻射、螢光輻射、來自相鄰像素的共用電荷)所引起的流經電極的電流的時間變化(上曲線)以及電極的電壓的對應時間變化(下曲線)。在時間t0，雜訊開始。如果雜訊不夠大以使電壓的絕對值超過V1的絕對值，則控制 器310不啟動第二電壓比較器302。如果雜訊如第一電壓比較器301所確定在時間t1足夠大以使電壓的絕對值超過V1的絕對值，則控制器310開始時間延遲TD1，並且控制器310可在TD1開始時停用第一電壓比較器301。在TD1期間(例如在TD1到期時)，控制器310啟動第二電壓比較器302。雜訊在TD1期間不太可能足夠大以使電壓的絕對值超過V2的絕對值。因此，控制器310沒有使計數器320所記錄的數量增加。在時間te，雜訊結束。在時間ts，時間延遲TD1到期。控制器310可配置成在TD1到期時停用第二電壓比較器302。如果電壓的絕對值在TD1期間不超過V2的絕對值，則控制器310可配置成不使伏特計306測量電壓。在TD1到期之後，控制器310對複位週期RST將電極連接到電接地，以允許因雜訊而在電極上累積的載荷子流動到接地，並且重置電壓。因此，系統121在雜訊抑制方面可極為有效。

圖9示意示出一種包括如相對圖4B-圖4C或圖5D所述的圖像感測器9000的系統。該系統可用於醫療成像，例如胸腔輻射射線照相、腹部輻射射線照相等。該系統包括輻射源1201。從輻射源1201所發射的輻射穿透對象1202(例如，人體部位，例如胸腔、肢體、腹部)，通過對象1202的內部結構(例如骨骼、肌肉、脂肪和器官等)不同程度地被衰減，並且投射到圖像感測器9000。圖像感測器9000通過檢測輻射的強度分佈來形成圖像。

圖10示意示出一種包括如相對圖4B-圖4C或圖5D所述的圖像感測器9000的系統。該系統可用於醫療成像，例如牙科輻射射線照相。該系統包括輻射源1301。從輻射源1301所發射的輻射穿透對象1302，其是哺乳動物(例如人類)口腔的部分。對象1302可包括上頜骨、齶骨、牙齒、下頜骨或舌頭。輻射通過對象1302的不同結構不同程度地被衰減，並且投射到圖像感測器9000。圖像感測器9000通過檢測輻射的強度分佈來形成圖像。牙齒比蛀牙、感染、牙周膜要更 多地吸收輻射。由牙科患者所接收的輻射的劑量通常較小(對全口系列為大約0.150mSv)。

圖11示意示出一種包括如相對圖4B-圖4C或圖5D所述的圖像感測器9000的貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統。該系統可用於檢查和識別運輸系統(例如集裝箱、車輛、船舶、行李等)中的商品。該系統包括輻射源1401。從輻射源1401所發射的輻射可從對象1402(例如集裝箱、車輛、船舶等)後向散射，並且投射到圖像感測器9000。對象1402的不同內部結構可不同地後向散射輻射。圖像感測器9000通過檢測後向散射輻射的強度分佈和/或後向散射輻射微粒的能量來形成圖像。

圖12示意示出一種包括如相對圖4B-圖4C或圖5D所述的圖像感測器9000的另一個貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統。該系統可用於公共交通車站和機場的行李檢查。該系統包括輻射源1501。從輻射源1501所發射的輻射可穿透一件行李1502，通過行李的內容以不同方式衰減，並且投射到圖像感測器9000。圖像感測器9000通過檢測透射輻射的強度分佈來形成圖像。該系統可展現行李的內容，並且識別對公共交通所禁止的商品(例如火器、麻醉劑、銳器、易燃品)。

圖13示意示出一種包括如相對圖4B-圖4C或圖5D所述的圖像感測器9000)的全身掃描器系統。全身掃描器系統可為了安檢而檢測人體上的對象，而無需物理上移開服裝或進行物理接觸。該全身掃描器系統可以能夠檢測非金屬對象。該全身掃描器系統包括輻射源1601。從輻射源1601所發射的輻射可從被檢查人體1602和其上的對象後向散射，並且投射到圖像感測器9000。對象和人體可不同地後向散射輻射。圖像感測器9000通過檢測後向散射輻射的強度分佈來形成圖像。圖像感測器9000和輻射源1601可配置成沿線性或旋轉方向來掃描人體。

圖14示意示出輻射計算機斷層掃描(輻射CT)系統。輻射CT系統使用電腦處理輻射來產生被掃描對象的特定區域的斷層掃描圖像(虛擬“層面”)。斷層掃描圖像可用於各種醫學學科中的診斷和治療目的或者用於瑕疵檢測、故障分析、度量衡、組合件分析和逆向工程。輻射CT系統包括如相對圖4B-圖4C或圖5D所述的圖像感測器9000以及輻射源1701。圖像感測器9000和輻射源1701可配置成沿一個或多個圓形或螺旋路徑同步地旋轉。

圖15示意示出電子顯微鏡。電子顯微鏡包括電子源1801(又稱作電子槍)，其配置成發射電子。電子源1801可具有各種發射機構，例如熱離子、光電陰極、冷發射或等離子體源。所發射電子經過電子光系統1803，其可配置成對電子進行整形、加速或聚焦。電子然後到達樣本1802，並且圖像檢測器可從其中形成圖像。電子顯微鏡可包括相對圖4B-圖4C或圖5D所述的圖像感測器9000，以用於執行能量擴散X射線光譜(EDS)。EDS是用於樣本的元素分析或化學表徵的分析技術。當電子入射到樣本時，它們引起特性X射線從樣本的發射。入射電子可激發樣本的原子的內核層中的電子，從而在創建電子所在的電子空穴的同時將它從殼層中逐出。來自更高能量外殼層的電子然後填充空穴，並且更高能量殼層與更低能量殼層之間的能量的差可採取X射線形式來釋放。從樣本所發射的X射線的數量和能量能夠由圖像感測器9000來測量。

這裏所述的圖像感測器9000可得到其他應用，例如在輻射望遠鏡、輻射乳房X射線照相、工業輻射缺陷檢測、輻射顯微鏡或顯微射線照相、輻射鑄件檢查、輻射無損測試、輻射焊接檢查、輻射數字減影血管造影等。可適合使用這個圖像感測器9000代替照相底板、膠片、PSP板、輻射圖像增強器、閃爍器或者另一個半導體輻射檢測器。

雖然本文公開了各個方面和實施例，但是其他方面和實施例將是本領域的 技術人員清楚知道的。本文所公開的各個方面和實施例是為了便於說明而不是要進行限制，其中真實範圍和精神通過以下權利要求書來指示。

100:輻射檢測器

110:輻射吸收層

120:電子層

121:電子系統

127:傳輸線

140:柔性PCB

145:接合焊盤

190:工作區

195:周邊區

Claims (21)

1. 一種輻射檢測器，包括：一輻射吸收層，配置成通過吸收輻射微粒來生成電信號；一電子層，包括一電子系統，其配置成處理或解釋該等信號；一柔性印刷電路板(PCB)，配置成接收來自該電子系統的輸出；其中該輻射吸收層和該柔性PCB安裝在該電子層的一同一側，其中該輻射檢測器包括沿該輻射檢測器的一個邊緣的一周邊區，其中該柔性PCB在該周邊區安裝到該電子層，及其中該輻射檢測器沒有包括沿任何其他邊緣的一周邊區。
2. 如請求項1之輻射檢測器，其中該輻射吸收層包括一電極；其中該電子系統包括：一第一電壓比較器，配置成將該電極的一電壓與一第一閾值進行比較；一第二電壓比較器，配置成將該電壓與一第二閾值進行比較；一計數器，配置成記錄到達該輻射吸收層的輻射微粒的一數量；一控制器；其中該控制器配置成從該第一電壓比較器確定該電壓的一絕對值等於或超過該第一閾值的一絕對值的一時間開始一時間延遲；其中該控制器配置成在該時間延遲期間啟動該第二電壓比較器；其中該控制器配置成在該第二電壓比較器確定該電壓的一絕對值等於或超過該第二閾值的一絕對值時，使該計數器所記錄的該數量增加一。
3. 如請求項2之輻射檢測器，其中該電子系統還包括一電容器模組，其電連接到該電極，其中該電容器模組配置成收集來自該電極的載荷子(charge carriers)。
4. 如請求項2之輻射檢測器，其中該控制器配置成在該時間延遲之一開始或到期時啟動該第二電壓比較器。
5. 如請求項2之輻射檢測器，其中該電子系統還包括一伏特計，其中該控制器配置成在該時間延遲到期時使該伏特計測量該電壓。
6. 如請求項2之輻射檢測器，其中該控制器配置成基於在該時間延遲到期時所測量的該電壓的一值來確定一輻射微粒能量。
7. 如請求項2之輻射檢測器，其中該控制器配置成將該電極連接到一電接地。
8. 如請求項2之輻射檢測器，其中該電壓的一變化率在該時間延遲到期時基本上為零。
9. 如請求項2之輻射檢測器，其中該電壓的一變化率在該時間延遲到期時基本上為非零。
10. 一種圖像感測器，包括：如請求項1之一第一輻射檢測器和一第二輻射檢測器，其均安裝在一系統PCB上；其中該第一輻射檢測器的該柔性PCB被該第二輻射檢測器的一工作區所遮蔽。
11. 如請求項10之圖像感測器，其中該第一輻射檢測器相對於該系統PCB傾斜。
12. 如請求項10之圖像感測器，其中該第一輻射檢測器通過該第一輻射檢測器與該系統PCB之間的一夾具來支承。
13. 如請求項10之圖像感測器，還包括如請求項1的一第三輻射檢測器，其定位成與該第一輻射檢測器相鄰；其中該第三輻射檢測器與該第一輻射檢測器之間的一間隙不寬於該第一輻射檢測器的一像素。
14. 一種包括如請求項10之該圖像感測器以及一輻射源的系統，其中該系統配置成對人體胸腔或腹部執行射線照相。
15. 一種包括如請求項10之該圖像感測器以及一輻射源的系統，其中該系統配置成對人體口腔執行射線照相。
16. 一種貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統，包括如請求項10之該圖像感測器以及一輻射源，其中該貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統配置成使用後向散射輻射來形成一圖像。
17. 一種貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統，包括如請求項10之該圖像感測器以及一輻射源，其中該貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統配置成使用經過被檢查之一對象所透射的輻射來形成一圖像。
18. 一種包括如請求項10之該圖像感測器以及一輻射源的全身掃描器系統。
19. 一種包括如請求項10之該圖像感測器以及一輻射源的輻射計算機斷層掃描(輻射CT)系統。
20. 一種包括如請求項10之該圖像感測器、一電子源和一電子光學系統的電子顯微鏡。
21. 一種包括如請求項10之該圖像感測器的系統，其中該系統是一輻射望遠鏡或一輻射顯微鏡，或者其中該系統配置成執行乳房X射線照相、工業缺陷檢測、顯微射線照相、鑄件檢查、焊接檢查或數字減影血管造影。

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