专利名称：在敏感层上具有多个电极的辐射探测器的制作方法
在敏感层上具有多个电极的辐射探测器
本发明涉及辐射探测器，该辐射探测器包括用于将光子转换成电信号
的敏感层，该敏感层的表面上具有多个电极。此外，本发明涉及x射线探
测器和包括这种辐射探测器的成像系统。
US 2006/0033029 Al公开了一种辐射探测器，其包括一叠敏感层(例 如CeZnTe (CZT)晶体)，这些敏感层的正面和背面上具有电极。在一个具 体的设计中，该电极采用平行条带的形式，其中正面和背面上的条带相互 垂直。辐射既可以与敏感层平行也可以与敏感层垂直地撞击到所述探测器 上。
基于这一情形，本发明的一个目的是提供一种替代性的探测器设计， 其中期望所述设计更易于制造并且特别适于在计数探测器中使用。
这一目的是通过根据权利要求1的辐射探测器、根据权利要求12的X 射线探测器以及根据权利要求13的成像系统而实现的。在从属权利要求中 公开了优选实施例。
根据本发明的辐射探测器可在任何领域的应用中用于电磁辐射(特别 是X辐射或伽玛辐射)的定量和/或定性探测。其包括下列部件
a) 辐射孔径，要探测的辐射的光子可以通过该辐射孔径进入，其中所 述光子平均沿给定辐射方向传播。该辐射孔径可以是物理实体，如快门中 的开口，或者其可简单地表示几何区域。
b) 用于将光子转换成电信号的敏感层，这些光子通过前述辐射孔径而 来，其中所述敏感层具有正面和与其相对的背面，它们平行于前述辐射方 向。此外，所述正面和背面优选为彼此平行。该敏感层通常是单件、单晶 或多晶结构，其中该材料可以例如选自包括CZT、硒或PbO的组。由入射 光子产生的电信号通常是电荷，特别是电子空穴对。
c) 位于该敏感层的正面的独立可寻址的电极的二维阵列，其中这些电极中的至少两个具有不同的形状。作为定义，"二维阵列"中的电极在两个 垂直方向上一个位于另一个后面。因此该阵列包括至少四个布置在(任意) 四边形的角处的电极。此外，术语"形状"的定义应包括形式和尺寸这两 者；因此具有不同尺寸的两个正方形电极也被认为具有不同的形状。通常， 这些电极具有规则形式，如矩形、多边形或圆形，并且以规则模式(如矩 阵模式)布置。电极是"独立可寻址的"的特征是指每个电极可以独立于 其他电极地钳至一电位并且可以从每个电极独立地采样电信号(例如，到 达该电极的电荷)。最后，应当注意的是，术语"正面"和"背面"是任意 与该敏感层的两个相对面相关联的，并且因此不存在一般性的限制来要求 该电极阵列位于正面上。
d)至少一个位于该敏感层的背面上的对电极。正如其命名所指示的， 该对电极通常连接到与敏感层正面上的电极相比的电功率源的相对端。在 许多应用中，对电极用作收集例如由入射辐射产生的空穴的阴极，而该阵 列的电极用作收集相关联的电子的阳极。对电极通常基本上覆盖该敏感层 的整个背面，尽管在背面上存在对电极的一维或二维阵列也是可能的。
所述辐射探测器具有非常适用于光子计数应用的优点，因为敏感层的 全部体积被功能性地划分成(至少)与正面上的电极阵列中的电极一样多 的敏感子区域。因此，可以通过使这些电极的尺度相对很小而将这些电极 中每个所必须应付的计数率限制为非常易管理的值。进一步的优点在于可 以将该阵列的电极和对电极之间的距离保持很小，因为光子垂直于所述距 离传播并且通过使该距离变得非常小因而可以不损失光子。电极之间的小 距离的可能性具有这样的优点，即可以实现在很小的光子损失和较少的伪 影下的快速响应，这显著改进了测量结果。
根据该辐射探测器的进一步发展，在敏感层的正面上的至少两个电极 具有不同的高度，其中所述高度在定义上是在辐射方向上测量的。特别地， 该高度在辐射方向上可在电极间变化。以此方式，以相关联的电极的尺寸 来定义的敏感层中的敏感子区域的尺寸可以最优地适于沿辐射方向的光子 转换条件。
在前述方法的具体实施例中，敏感层正面上的电极的高度在辐射方向 上增加。这种增加归因于入射射束中的光子数量由于吸收和转换而在辐射
5方向上不断降低的事实；光子路径起始处的电极将因此必须比在辐射方向 上更靠后的电极管理更高的计数率，前者电极可以相应地更大。
在本发明另一优选实施例中，敏感层正面和/或背面上的至少一个电极 连接至信号处理电路，该信号处理电路包括至少一个用于放大由该电极感 测的信号的放大器、至少一个用于抑制低于相关联的预定阈值的电脉冲的 鉴别器，和/或至少一个用于对由该电极感测的电脉冲的数量进行计数的脉 冲计数器。用脉冲计数器可以确定在相关联的电极的敏感子区域中转换的 光子的数量。有利地，可以使用具有不同阈值的一组鉴别器以确定经转换 的光子的能量是否在一定的能量窗之内并因此允许光谱分辨的测量。优选 地，正面上的所有电极都连接至至少一个相应的放大器、鉴别器和/或计数
班 益o
敏感层正面或背面上的至少一个电极可任选地连接至评估模块，该模 块适于将该电极的位置与所探测到的光子的能量相关联。这一方法利用了 以下事实敏感层中的光子转换的局部可能性取决于所述光子的能量；因
此高能量光子在它们被转换之前通常将比低能量光子更远地传播到敏感层 中。优选地，正面上的所有电极都连接至该评估模块。然而应当注意的是， 由相互作用深度所提供的能量信息优选地只用于验证或辅助由评估模块所 执行的一些其他(更精确且主要的)能量确定方法。因此，通常将通过一 组具有不同阈值的若干鉴别器来鉴别所产生的电信号的脉冲高度，所述鉴 别器与电极阵列中的每个电极相关联以提供关于所吸收的光子的能量的主 要信息。
存在各种可能性来接触敏感层正面上的电极以将它们连接至适当的信 号处理电子设备。在优选实施例中，接触线位于敏感层的正面上，其中这 些接触线中的每条从该敏感层的一个特定边缘(下文中称作"连接边缘") 通向电极中的一个。在这一情况下，在两个敏感层之间不需要消耗空间的 额外的层以用于布线目的。该连接边缘优选与该敏感层紧邻辐射孔径的边 缘相对地定位，因为在这一情况下将接触线和相关联的处理电子设备保持 在入射辐射之外。
在前述方法的进一步发展中，正面上的电极具有在定义上平行于连接 边缘而测量的宽度，该宽度随着它们距连接边缘的距离而增加。这些电极因而占据了正面上的空间，该空间由于接触线在接触边缘开始且在它们到 达其相关联的电极时结束而连续地可用。
虽然辐射探测器及其优选实施例的上述说明关于敏感层的数量没有进 行假设(即，对于只有一个敏感层的设计是有效的)，但是优选该辐射探测 器包括多个敏感层，这些敏感层具有包含所需特征的相关联的电极，其中 所述多个层在从它们的正面到它们的背面看去的方向上， 一层叠在另一层 后面。利用这样的一叠敏感层和相关联的电极，可以构成任意大的敏感体 积，该体积满足潜在应用的需要。
具有一叠敏感层的前述设计优选地包括至少两个具有相向的正面或背 面的相邻敏感层。优选地，整叠的所有敏感层以具有相向的正面或背面的 两个相邻层成对布置。这一设计具有的优点在于可以在相邻敏感层之间共 享电极(例如，对电极可以设置在两个相邻的相对取向的敏感层的背面之间)。
根据具有成叠的敏感层的设计的进一步发展，可以在两个相邻敏感层 之间定位绝缘层(用于电隔离与不同敏感层相关联的电极)、半导体层、光 子吸收层和/或具有与电极接触的线的层。如果存在防散射格栅或类似装置， 所提及的层优选与其对准以使敏感区域的损失最小化。可使用半导体层(例
如CMOS层)来接触电极并提供信号处理电路，例如基于多个阈值用于脉 冲高度测量的放大器、鉴别器和/或计数器。可以使用具有接触线的层以提 供至该电极的独立通路而不需要用于在敏感层的正面或背面的平面中进行 布线的空间。
在前述实施例中，特别地可使用光子吸收层来吸收本来会导致邻近的 像素之间的串扰的荧光光子。因此优选地，该光子吸收层对于这种荧光光 子是高度吸收的，所述荧光光子由通过辐射孔径撞击到该层上的初级光子 在相邻敏感层中所产生。这例如在吸收材料的K边缘稍低于荧光光子能量 时实现。用于吸收层的适当材料的示例包括Ag、 Pd、 Mo和Zr。
本发明还涉及一种X射线探测器，其包括上述那种对X射线敏感的辐 射探测器。此外，本发明涉及包括上述那种辐射探测器的成像系统，其中 所述成像装置具体而言可以是X射线、CT (计算机断层摄影)、PET (正电 子发射断层摄影)、SPECT (单光子发射计算机断层摄影)或核成像装置。
7通过参考下文所述的实施例，本发明的这些及其他方面将显而易见并 得以阐明。将借助附图以示例的方式描述这些实施例，在附图中
图1示出具有在y方向上具有各种尺寸的电极的根据本发明的单层X
射线探测器的示意性透视图2示出根据本发明的多层X射线探测器的示意性侧视图3示意性地示出具有中间基板的根据本发明的多层X射线探测器的
图4示意性地示出具有用于吸收荧光光子的中间层的根据本发明的多
层X射线探测器的侧视图5示出根据本发明的X射线探测器正面上的电极的优选布线。 附图中同样的参考数字或相差100的整数倍的参考数字表示相同或相 似的部件。
在下面，将关于X射线探测器的示例描述本发明，具体而言是可以被 用于医学成像系统如CT扫描仪的X射线探测器。然而应注意本发明不限 于这一应用，而是可以有利地用于任何需要辐射探测的领域。
X射线的探测仍然是密切研究的领域。许多努力集中于这一方面以开 发出具有更快响应时间、更高空间分辨率并且尤其是具有探测能量分辨的 单光子转换事件的可能性的探测器。
目前在计算机断层摄影(CT)和具有平板探测器的X射线成像中应用 的观念是胶粘到光电二极管上的闪烁体材料(如Csl、 CWO或GOS)。该 闪烁体将X射线转换成光学光子(间接转换)，其穿过胶层，并在光电二极 管中被转换成电信号。在多数应用(如CT或平板探测器)中，这一观念具 有缓慢的响应时间、余辉问题以及弱的空间分辨率的缺点。
与此相反，直接转换材料(如CZT、硒或PbO)提供将X射线直接转 换成电子空穴对的观念。所得到的载流子云随后在KV/cm量级的电场中漂 移至该转换材料的表面上的电极。可以对在那里产生的电脉冲进行探测和 计数，其中脉冲高度允许对光子能量的探测。 一般而言，直接转换的观念 提供了更好的响应时间、更高的空间分辨率，并且原则上可以允许具有能
8量分辨率的单光子探测。
在直接转换探测器的可能的设置中， 一个电极覆盖转换材料的表面(通
常是x射线光子入射的那个表面)，而相对的表面由"像素"电极阵列所覆 盖。理论上，根据所意在的应用的需要来选择像素间距并且考虑由入射的x
射线光子的后续电离簇射所产生的电荷云尺寸。
直接转换探测器的最大计数率取决于诸如电子平均漂移长度的若干效 应。在这一方面，电极的距离是重要的参数并且应尽可能的小。然而转换 材料在辐射方向上需要一定高度以得到用于光子的足够的停止功率并实现
高探测量子效率。例如，期望医学应用中的CZT探测器具有至少2mm的 高度，这远大于由X射线光子产生的电荷云。所产生的载流子必须漂移很 长路途到电极，这显著损害探测器的响应时间以及探测量子效率(由于载 流子俘获以及重组导致信号损失)。
此外，根据转换材料，存在载流子满足该材料内部的局部陷阱态的一 定可能性。陷阱态在材料的晶体结构内是局部紊乱的，这可能"结合"载 流子一定时间，然后释放它们，从而造成所谓的"余辉"效应。余辉在较 长的时间尺度上(通常在ms至秒时间域)产生历史依赖型信号，这在大多 数应用(尤其是在CT)中是强烈不想要的，其处理高动态信号范围并采集 具有高桢率的投影图像。
如已经提及的，在计算机断层摄影中期望转为能量分辨成像。可以通 过使用计数探测器并结合直接转换器材料来实现这种能量分辨率。通过设 定一定数量的阈值，有可能用这种探测器来对有多少光子处于一定能量窗 内进行计数。然而，基于计数探测器的光谱CT读出电子设备的限制因素是 该电子设备必须处理的非常高的计数率。通常，处理这一非常高的计数率 的一种方式是减小像素尺寸。
在直接转换材料中观察到的另一重要效应被称作K荧光会发生的是， 进入的X射线光子与例如CZT材料相互作用以致产生具有较低能量的另一 光子。这一荧光光子将前进通过CZT并在某处产生另一事件。如果该荧光 光子到达CZT中接近不同阳极的位置，通常探测器响应将会被错误地解释。 代替一个光子，具有较小能量的两个光子被记录。可以由大的探测器单元 解决这一问题，因为它们降低了荧光光子可以逃逸的可能性。然而计数率问题需要与此相反，因为较小单元具有较少光子要进行计数并且可以将计 数的总工作量分成更多较小的单元。
本发明提供解决了上面提及的问题的直接转换探测器的设计。这一设 计包括将电极放置在直接转换器上以致最佳地利用了计数能力并且可通过 考虑光子在材料中的吸收深度而更好地分辨能量的新方式。
图1示出根据前述方法的第一实现方式的X射线探测器100。为简单 起见，只示出该探测器100的单个层，尽管它通常包括多个这种层(参见 图2)。 X射线探测器100包括下列部件
1、 如CZT的转换器材料的敏感层112， X射线光子X在该层中被转换 成可被探测为电信号的电子空穴对。敏感层112通常被定形为具有正面F 和背面B的薄立方体片。
2、 位于敏感层112的正面F上的独立可寻址的电极113 (通常用作阳 极)的二维阵列。在所示出的示例中，电极113被布置在具有四行(x方向) 和四列(y方向)的矩阵中，其中各行中的电极具有相等的尺寸而电极的高 度dy在每列中从顶部到底部(即在辐射方向y上)增加。 一般而言，可任 意设定电极113的尺度dx和dy以适应合理的计数率和能量分离。如测量 结果所示，越接近辐射孔径的表面，可以观察到越高的计数率。这一事实 是由敏感层112的顶部处的较小电极尺寸dy而考虑的。可根据期望的最大 计数率和所需的空间分辨率来设计电极113的实际尺寸。
由于电极113确定该装置的空间分辨率，它们在下面有时将被称作"像素"。
3、 位于敏感层112的背面B上的对电极111，其中所述对电极通常用 作阴极。
4、 辐射孔径101，其在此简单地由矩形开口指示，X辐射X可以在平 均辐射方向y上通过该辐射孔径进入该装置并传播到敏感层112中。与大 多数通常的探测器设计相反，辐射X因而垂直于在正面F上的电极113和 在背面B上的对电极111之间产生的电场而传播。
所描述的几何结构的优点在于载流子的短得多的漂移长度，这些载流 子在层表面F、 B之间水平地(z方向)而非垂直地(y方向)通过整块转 换器材料而传播。因此可以使漂移长度减小为10和20之间的因子G分之一，从而隐含了下列优点
-更好的响应时间(因子G分之一，由于载流子在电极处更快)；
-减小的余辉(因子G分之一，由于俘获更不经常，)；
-提高的探测量子效率(由于较少的电子空穴重组和因俘获引起的信号
损失)；
-增加的空间分辨率(由于传播方向的限制以及较小的电荷扩散)；
-电极间的电压可以被降低为因子G分之一，同时保持相同的电场强度。
图1所示的设计的另一优点涉及辐射方向y上的电极113的构建。如 测量结果所示，对入射光子X的吸收显著取决于光子能量以及光子在该敏 感材料中前进的深度y。具体而言，具有较高能量的光子在该材料中很深处 被吸收而较低能量光子接近于材料的表面进行相互作用。光子X在敏感层 112中被转换/探测的y位置因此包括关于该光子能量的隐含信息。
图1所示出的辐射探测器100的典型尺度如下
-敏感层112的高度Dy约为3mm，需要此以在X射线束方向上具有 足够的停止功率。
-敏感层112的厚度Dz约为0.1mm至0.5mm，这是三种效应的折衷 (i)其应尽可能小以降低探测器单元的计数率负荷；(ii)其应尽可能大以 降低荧光问题；以及(m)其应尽可能大以减小总生产努力和成本。
-敏感层112的长度Dx必须平衡该探测器在x方向上所需的尺寸以及 转换器材料的子模块的生产问题。探测器可以在这一方向上被细分成更小 的子模块。
-正面电极113的长度dx约为0.1mm至0.3mm，这是计数率划分(寻 求小电极)和荧光问题(寻求大电极)之间的折衷。
-正面电极113的高度dy从顶部至底部变化，其中为了高计数率，最 顶部的电极应尽可能小但不能太小以避免遭受太多荧光效应。由于y方向 上的吸收可能性迅速降低并且也由于计数率的需要，可以将较低的电极做 得较大。优选在y方向上有三至四个电极。
图2示出多层辐射探测器200，其包括一个叠在另一个后面的多个图1 所示出的那种单层辐射探测器。独立敏感层212的正面上的所有电极213
ii通过线221连接至放大器222 (通常是具有整形器的前级放大器)和鉴别器 单元223。所有的通道(即所有电极213)通常具有相同的阈值水平设定， 以在噪声水平(对于CT近似为20keV至30keV)处或充分高于该噪声水平 的阈值设定开始。通过评估相关联的电极脉冲获得关于探测到的光子的光 谱信息，即在鉴别器单元223中相对于多个给定阈值确定/判别脉冲高度(这 一粗略的确定只评估该脉冲高度落入若干范围中的哪个)。此外，通过提供 特定计数的电极213的y位置而固有地给出关于光子能量的附加信息。通 过评估模块224来评估整个光谱信息。尽管在这一方法中只将相互作用深 度用作附加输入，应注意，作为替代也可以将其用作唯一的能量相关信息 以简化该探测器设计(其使用例如每个电极只一个阈值来抑制噪声)。
在如图2的多层布置中，由于电极层所需的空间将损失敏感区域(xz 平面)的某一小部分。然而，由于电极层的厚度(通常约5^im)相比于转 换材料的厚度Dz (通常大于50^xm)很小，该损失的区域相对很小并且被 上面列出的有利效应过补偿。
探测器200由若干薄层构成的事实相对于多晶直接转换材料的使用可 能是有利的，这些薄层可以比单晶层更简单且便宜地生产(例如通过蒸发)。 这些薄层可以补偿载流子在多晶材料中的较低迁移率，以致探测装置实现 了足够短的响应时间，这在多晶材料中本来可能是不可能的。
直接转换材料的薄片212的背面完全被阴极211覆盖。该阴极收集空 穴，这些空穴对于标准直接转换材料(如CZT)通常具有比电子更低的迁 移率和更短的寿命。在这些片的正面上，矩阵模式的阳极213空间分辨地 收集较快移动的电子。转换材料的厚度对应于阳极213的间距并且通常为 例如100nm的量级。此外，为了利用小像素效应(参见例如Barrett等人， Phys. Rev. Lett. 75， 156-159,(1995); Eskin等人，J. Appl. Phys" 85, 647-659 (1999))，在保持阳极的间距较小的同时，较厚的片(例如为阳极间距的4 至10倍)可能是有利的。
在图2的多层探测器200中，将两个片对背对背地放在一起。然后通 过薄绝缘体箔214将每个这种双层从相邻的双层分离。在这一成对的片的 几何结构中，在防止电容效应下将具有相同电位的电极紧密地放在一起。 用于相邻双层的阴极211的绝缘体箔不是必需的。
12可以关于具有相同的0.3mm阳极尺度的折衷(计数率相对于荧光)和 转换材料的相同高度(3mm)的探测器来讨论所提出的探测器设计的优点。 常规设计具有1/(0.3mm)的单元密度以及约2.5mm的电子平均漂移长度。大 的漂移长度来自于以下事实在探测器上部的吸收的可能性高得多，以及 到阳极的平均剩余路途很长。如果可以在y方向上放置四个阳极，那么这 里提出的设计具有4/(0.5mm)的单元密度。平均漂移长度仅为0.25mm (转 换材料的厚度的一半)。所提出的设计通过较小的单元以及短一个数量级的 电子漂移长度而提供2.4倍的更高的计数率划分。
图3示出如图2的多层探测器的多层探测器300的侧视图。该多层探 测器300包括多个敏感层312，该多个敏感层312在它们的正面具有(不同 尺寸的)电极313的阵列以及覆盖它们背面的单电极311，其中相邻敏感层 的正面/背面彼此相向。与图2相反，在两个相邻敏感层的正面之间没有绝 缘层，而是有基板314 (通常是半导体如硅、玻璃、陶瓷、印刷电路板或一 些等效装置)。基板314携带CZT-模块312并且将正面电极313与读出和评 估电子设备(未示出)相连接。
图4示出多层X射线探测器400的另一实施例的示意性侧视图，其可 以有利地与前面描述的实施例相组合并且其如前所述地包括的一叠敏感层 412，在这些敏感层的背面上覆盖有公共阴极411而在它们的正面上覆盖有 阳极413的阵列。探测器400提供对于邻近的片之间的串扰问题的解决方 案。由荧光光子介导的串扰限制了像素宽度低于约100-300Mm的传感器的 光谱性能。对于敏感层的高Z材料(其对于硬X射线的探测是不可缺少的)， 荧光是用于遭受初级相互作用过程的原子的最可能的去激发过程。因此， 与邻近像素的串扰对于CTX射线探测器来说是固有的。由于对光谱-CT探 测器的设计以将像素细分(约lxlmn^的尺寸)为子像素为特征，在此更加 关心邻近像素之间的串扰。由于在X射线CT探测器中必须将子像素尺度 选择为尽可能小，必须采取措施来使最小像素尺寸进一步下降，即来应对 串扰问题。
探测器400通过插入平行于电极平面的附加的吸收层414来解决前述 问题。优化这一吸收层414的材料以抑制来自敏感层412的材料的荧光光 子，例如在Cd(Zn)Te基探测器的情况下来自Cd或Te。对于具体实现方式存在若干选择
-吸收层414可以被固定为与公共电极411直接接触。在极端情况下，
吸收层可以是增厚的电极层，尽管在这一情况下，应采取进一步措施来防 止厚电极的剥离。
-将绝缘层(图4中未示出)放置在吸收层414和公共电极411之间。 这一绝缘层可以是例如吸收金属层的经氧化的表面。
-可以通过将吸收层接近像素化电极层来执行最后的选择。
对于荧光光子的有效抑制，吸收材料的K边缘必须稍低于荧光光子能 量。对于CdTe型探测器(其中Z-48和Z-50)的情况，用于吸收层414的 适当材料可为例如Ag、 Pd、 Mo、 Zr。例如，100nm厚的钼层吸收93%的 24keV光子(Ka Cd)和85%的28keV光子(KaTe)。
为了保持高的几何探测量子效率，优选将吸收层414放置在特定位置。 例如将吸收层414定位在与由设置在探测器400前的防散射格栅(ASG) 的薄层415所限定的那些平面相似的平面中是有利的。ASG薄层415投射 阴影，其限定出不敏感的探测器区域。因此提出将吸收层414的边缘放置 在这些不敏感的区域，因为新的层因而不会降低起作用的探测器体积。当 然，对于其他不敏感部件如电极411、 413或任选的绝缘层，可以有利地进 行相对于ASG薄层415的相同的对准。应进一步注意，ASG薄层415限定 了孔径401， X辐射可以通过孔径401进入。
对于敏感层正面上的独立电极的连接，用于有效电子连接和通过放大 器、鉴别器和进一步的(计数)电子设备的信号读出的不同布线方案是可 能的，例如
-例如基于CMOS的电子设备或其他前端电子设备与每个电极的直接 耦接。由于CMOS电子设备相对庞大，这对于CT应用是较不利的，因为 它需要具有导致几何探测量子效率高损失的某一厚度的层。在此主要限制 在于互连方面，因为结合凸起(bondbumping)占据了相当大量的空间。然 而其他连接技术可能是更适当的。直接耦接因此将主要是具有大像素尺寸 的应用中的解决方案，例如行李检查。
-代替使用CMOS基板作为插入机构，可以使用在像素之间产生薄的 多的间隙的布线层。该布线层也可以被制成双面的，从而使得将两个像素与相同的插入机构互连。特别地，如行李检査的应用可获益于这一方法。
根据图5的设计，对于连接问题的极好解决方案是没有插入机构层的 布线方案。基本理念是从最上的像素行a中的顶电极513a的最大宽度dx一a 开始在x方向上降低正面电极的尺寸。这允许在垂直的y方向上至像素底 行d中的底电极513d下方的进一步信号处理电子设备的布线结构。当然， 电极513a、 513b、 513c、 513d的具体位置和分布可与图5所示出的示例性 位置和分布不同。应注意通常需要绝缘层(未示出)，尤其是在阳极或阴极 并不面向彼此时。
如图1-4所示，进一步的实施例可以另外考虑电极513的不对称的y 尺度。这一方法由于直接转换依赖于电场的事实而在不损失探测器的电荷 收集效率的情况下是可能的。在此，相对于高达约100pm的间隙尺寸的性 會巨，可以忽视邻近的像素之间的间隙(如在A.E. Bolotnikov等人的Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A432 (1999) 326-331中所讨论)假定CZT阵列的表 面几乎是理想的电介质(即只稍微导电)，那么对于较小像素和较大间隙， 电场线仍旧在像素处终止而不是更加弯曲。因此也在来自像素尺寸之外区 域的像素处有效地收集电荷。
本发明可以应用于每种这样的X射线探测器，即对其来说，更快的响 应时间和低的余辉(同时保持空间分辨率)是很重要的，特别是在计算机 断层摄影(CT)探测器中。这利用其所有益处开启了高强度应用(如CT) 中的单光子计数探测并且另外提供光谱信息的可能性。除了 X射线探测和 CT，许多其他应用也可获益于所提出的具有能量分辨率的计数电子设备。
最后应指出，在本发明中术语"包括"不排除其他元件或步骤，且"一" 或"一个"不排除多个，并且单个处理器或其他单元可以实现若干装置的 功能。本发明存在于每个新颖特性特征以及特性特征的每个组合。此外， 权利要求中的参考标记不应被解释为限制其范围。
1权利要求
1、一种辐射探测器(100，200，300，400，500)，包括a)辐射孔径(101，401)，沿平均辐射方向(y)传播的光子(X)可以通过所述辐射孔径而进入；b)敏感层(112，212，312，412，512)，其用于将通过所述辐射孔径而来的光子(X)转换成电信号，所述敏感层具有平行于所述辐射方向(y)的正面(F)和背面(B)；c)二维阵列的独立可寻址的电极(113，213，313，413，513)，其位于所述敏感层的所述正面(F)上，其中，所述正面(F)上的至少两个电极(113，313)具有不同的形状；d)至少一个对电极(111，211，311，411)，其位于所述敏感层的所述背面(B)上。
2、 根据权利要求1所述的辐射探测器(100,300)，其特征在于，所述 正面(F)上的至少两个电极(113,213,313,413)具有在所述辐射方向(y) 上测量的不同高度(dy)。
3、 根据权利要求2所述的辐射探测器(100,300)，其特征在于，所述 高度(dy)在所述辐射方向(y)上增加。
4、 根据权利要求1所述的辐射探测器(100， 200, 300, 400， 500)，其特 征在于，至少一个电极(213)连接至包括至少一个放大器(222)、鉴别器(223)和/或脉冲计数器的信号处理电路。
5、 根据权利要求1所述的辐射探测器(100， 200， 300， 400, 500)，其特 征在于，至少一个电极(213)连接至用于将所述电极的位置与所探测到的 光子(X)的能量相关联的评估模块(224)。
6、 根据权利要求1所述的辐射探测器(500)，其特征在于，连接线(521)位于所述正面(F)上，其中，所述线中的每条都从所述敏感层(512)的 一个连接边缘通向一个电极(513a-d)。
7、 根据权利要求6所述的辐射探测器(500)，其特征在于，所述电极 (513)具有平行于所述连接边缘测量的宽度(dx_a)，所述宽度随着距所述连接边缘的距离而增加。
8、 根据权利要求1所述的辐射探测器(100, 200， 300, 400, 500)，其特 征在于，其包括多个这种敏感层(212， 312)，所述敏感层在从它们的正面(F)到它们的背面(B)的方向上一个叠在另一个后面。
9、 根据权利要求8所述的辐射探测器(100, 200， 300, 400, 500)，其特 征在于，其包括至少两个具有相向的正面(F)或背面(B)的相邻敏感层(212,312)。
10、 根据权利要求8所述的辐射探测器(100， 200， 300， 400, 500)，其 特征在于，绝缘层(214)、半导体层(314)、光子吸收层(414)和/或具有 连接所述电极的线的层位于所述相邻敏感层(212,312,412)之间。
11、 根据权利要求10所述的辐射探测器(100， 200, 300， 400， 500)，其 特征在于，所述光子吸收层(414)高度吸收敏感层(412)中产生的荧光 光子。
12、 一种X射线探测器，包括根据权利要求1所述的辐射探测器(100， 200,300， 400， 500)。
13、 一种成像系统，具体而言是一种X射线、CT、 PET、 SPECT或核 成像装置，所述成像系统包括根据权利要求1所述的辐射探测器。
全文摘要
本发明涉及一种辐射探测器(200)，具体而言是一种X射线探测器，其包括至少一个用于将入射光子(X)转换成电信号的敏感层(212)。电极(213)的二维阵列位于该敏感层(212)的正面，而其背面携带对电极(211)。电极(213)的尺寸可在辐射方向(y)上变化以适应电极的计数工作量。此外，电极(213)相对于辐射方向(y)的位置提供关于所探测到的光子(X)的能量的信息。
文档编号G01T1/29GK101542315SQ200780042651
公开日2009年9月23日 申请日期2007年11月12日 优先权日2006年11月17日
发明者C·博伊默, C·赫尔曼, E·勒斯尔, G·蔡特勒, J·维格特, K·J·恩格尔, R·斯特德曼布克, R·普罗克绍 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司