基于硅基光电探测器的硬X射线探测器的制作方法

本发明涉及一种x射线探测器，尤其涉及一种基于硅基光电探测器的硬x射线探测器。

背景技术：

x射线在医学诊断、无损检测和安全检查等领域具有重要的技术价值，在科研、生产、生活等许多领域得到了广泛应用；硬x射线由于其穿透深度更深，在工业及医疗方面使用广泛；现有的硬x射线探测器大多采用基于csi、cdwo4等闪烁晶体的光子转换原理来实现探测，目前，还没有采用硅基探测器实现硬x射线直接探测成像的报导；基于闪烁晶体的硬x射线探测器在对硬x射线进行探测时，需要先通过光子转换过程将x光子转换为可见光子或者紫外光子，然后再由硅基探测器对转换后的光子进行吸收从而实现成像，转换过程和光子吸收过程中不可避免地存在转换效率问题和吸收效率问题，从而使得现有的硬x射线探测器对硬x射线的探测效率较低，尤其在医学应用时，为了实现探测，需要增大辐照剂量，对人体损伤较大。

技术实现要素：

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种基于硅基光电探测器的硬x射线探测器，其创新在于：所述硬x射线探测器包括硅片及形成在硅片上的硅光电探测器；所述硅片的周向面上设置有一平面，所述平面与硅片轴向平行，所述硅光电探测器的光敏面形成在所述平面上，硅光电探测器的轴向与所述平面垂直，硅片的径向尺寸远大于轴向尺寸。

本发明的原理是：基于本领域的常识可知，若要使硅光电探测器能够对硬x射线进行有效探测，需要硅光电探测器具有较大的探测深度(0.6mm～6cm)；基于现有技术可知，现有技术中形成在硅片上的硅光电探测器，其光敏面通常设置在硅片的大平面上，硅光电探测器的轴向与硅片的厚度方向(也即轴向)平行，因此，硅片的厚度实质上就决定了硅光电探测器的有效探测深度；现有技术中，较为成熟的硅工艺所制作出的硅光电探测器，其硅片的厚度通常为600μm左右，这种厚度的硅片根本无法为硅光电探测器提供足够的有效探测深度来进行硬x射线探测，若贸然增大硅片的厚度，又会导致工艺兼容性等一系列问题；于是本发明独辟蹊径，将硅光电探测器的光敏面形成在硅片的周向面上，硅光电探测器上的吸收区等结构沿硅片的径向布置，利用硅片径向尺寸较大的特点使硅光电探测器获得较大的有效探测深度，当x射线以垂直于硅片周向面的方向照射到光敏面上时，由于硅光电探测器具有较大的有效探测深度，于是硅光电探测器就能对硬x射线进行有效吸收从而实现硅光电探测器对硬x射线的直接探测成像，同时，由于不需要象现有技术那样通过闪烁晶体进行光子转换，于是也就避免了光子转换效率问题，并且在工艺上，也与现有成熟的硅工艺完全兼容。

基于本发明的方案可知，与现有硅光电探测器上的光敏面相比，本发明中形成在硅片周向面上的光敏面的尺寸较小，若欲扩展探测区域，在使用时，可将本发明的硬x射线探测器进行多片拼接。

本领域技术人员应该清楚，硅光电探测器使用时还要连接相应的读出电路，针对读出电路设置问题，本发明提出了两种优选方案，方案一，所述硅光电探测器与一读出电路连接，所述读出电路集成在所述探测器的硅片上；方案二，所述硅光电探测器与一读出电路连接，所述读出电路形成在一电路板上，所述电路板通过倒焊柱焊接在硅片端面上，电路板的位置与硅光电探测器的位置对应；采用方案一时，器件的集成度较高，硅片上的空间的利用率较高，采用方案二时，硅光电探测器和读出电路相对独立，可分别制作，制作难度较低，利于提高成品率。

优选地，所述硅光电探测器的吸收区的轴向长度范围为0.6mm～6cm。

本发明的有益技术效果是：提供了一种基于硅基光电探测器的硬x射线探测器，该方案可有效提高硅基光电探测器对硬x射线的探测效率，使硅基光电探测器能够直接对硬x射线进行成像，避免了现有技术中存在的光子转换效率问题，可有效降低x射线医疗成像时人体所受到的幅照剂量。

附图说明

图1、本发明的结构示意图；

图2、本发明的一种实施例(为了示出读出电路下方的结构体，图中所示的读出电路与硅片的间隔画得较大，实际制作，应尽量减小读出电路与硅片的间隔距离，以提高结构稳定性)；

图中各个标记所对应的名称分别为：硅光电探测器1、硅片2、光敏面3、读出电路4、倒焊柱5、硅光电探测器的有效探测深度l。

具体实施方式

一种基于硅基光电探测器的硬x射线探测器，其创新在于：所述硬x射线探测器包括硅片及形成在硅片上的硅光电探测器；所述硅片的周向面上设置有一平面，所述平面与硅片轴向平行，所述硅光电探测器的光敏面形成在所述平面上，硅光电探测器的轴向与所述平面垂直，硅片的径向尺寸远大于轴向尺寸。

进一步地，所述硅光电探测器与一读出电路连接，所述读出电路形成在所述硅片上。

进一步地，所述硅光电探测器与一读出电路连接，所述读出电路形成在一电路板上，所述电路板通过倒焊柱焊接在硅片端面上，电路板的位置与硅光电探测器的位置对应。

进一步地，所述硅光电探测器的吸收区的轴向长度范围为0.6mm～6cm。

采用本发明后，当硅光电探测器的吸收区的轴向长度为2cm时，其对硬x射线的探测效率率可达80％，而现有基于闪烁晶体的硬x射线探测器的探测率约为20％，探测效率提高后可降低x射线的剂量，降低人体所受的辐射。另外，闪烁晶体接收x射线后发出的光每个方向都有，被相邻像元探测到后会造成图像模糊，清晰度下降；本发明采用硅直接吸收x射线，不存在这一问题。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于硅基光电探测器的硬X射线探测器，其创新在于：所述硬X射线探测器包括硅片及形成在硅片上的硅光电探测器；所述硅片的周向面上设置有一平面，所述平面与硅片轴向平行，所述硅光电探测器的光敏面形成在所述平面上，硅光电探测器的轴向与所述平面垂直，硅片的径向尺寸远大于轴向尺寸。本发明的有益技术效果是：提供了一种基于硅基光电探测器的硬X射线探测器，该方案可有效提高硅基光电探测器对硬X射线的探测效率，使硅基光电探测器能够直接对硬X射线进行成像，避免了现有技术中存在的光子转换效率问题，可有效降低X射线医疗成像时人体所受到的幅照剂量。

技术研发人员：汪朝敏;王小东;郭培
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十四研究所
技术研发日：2017.06.08
技术公布日：2017.10.13