X射线探测器和探测方法与流程

本技术涉及光电，特别是涉及一种x射线探测器和探测方法。

背景技术：

1、x射线探测器被广泛应用于医疗、安检、工业检测等领域，其中工业检测包括如食品/药品检测、烟草检测、矿石分选、金属探伤等具体领域，通过将射线源发出的x射线在穿透被检目标后对包含被检目标信息的x射线进行光到电的转换来重建图像，从而获取被检目标的信息。

2、常见的x射线探测系统的结构如图1a、1b、2a和2b所示。上述射线检测系统中，射线源101和探测器103安装在机架上，其中，图1a和图1b为以闪烁体和一个光电二极管阵列组合进行探测的结构和探测原理图，图2a和图2b为以新型x射线转换材料进行探测的结构和探测原理图。射线源11释放的x射线穿透被检目标12后，被探测器13接收，如图1a和1b所示，准直器13-1将大多数散射线吸收，闪烁体13-2吸收携带被检目标信息的x射线并将其转换为光信号，光电二极管阵列13-3吸收光信号并转换为电荷信号，电荷信号进而通过电路板13-4进行转换，具体原理为电荷通过与积分器并联的电容进行积分并形成电压，再通过模数转换芯片或等效电路转换成对应射线能量的数字信号量。其主要特征是各种能级的x射线被闪烁体吸收并产生对应不同能级及x光强度的可见光光子数量，可见光又被光电二极管阵列13-3转换成等比例的电荷数并最终通过电路进行量化。这种探测器虽然成本低，但电子学噪声高，同时由于积分式探测器的闪烁体把很多携带被检目标的不同能级的信息通过积分的形式转换为相对单一的波长光进行输出，湮没了很多的物质性质的信息。同时，为了获取更高清的图像，常常需要的x射线剂量比较大。

3、然而，针对图1a和图1b的缺点，图2a和图2b为一种新型结构，其将闪烁体和光电二极管阵列替换为新型转换材料14-2，常见为cdte、cdznte、纯si、化合物半导体等，其可以将x射线的每一个对应不同能量的x射线光子转换成不同高度的电荷脉冲，这些脉冲在时间方向上随机到达。电荷脉冲经过电路板14上的脉冲信号处理电路或者芯片14-3，如图2b所示，对某个时刻到来的电荷脉冲依次进行信号波形调理，并将其按照能量级别(t1、t2、…、tn)，分别进行计数或者对脉冲峰值保持后的电压进行模数量化计数，计数的多少代表了这个能量阈值范围内的射线强度，最后通过图像算法分别对不同能量阈值内的数据进行处理并进行图像重建。

4、通过设计新型的x射线探测器(又称光子计数探测器)14，可以大幅度的降低系统的电子学系统噪声，提高图像的空间分辨率和对比度噪声比，提高小信号情况下的图像分辨能力，由于对x射线连续能量谱进行了划分并单独进行图像重建，通过不同能级的射线穿过被检目标后携带的不同能级的被检目标的信息，可以提高被检目标物质的识别能力，同时x射线检查设备使用的剂量也可以得到降低，在医疗应用中通过k边缘成像，减少造影剂的需求，提高软组织的对比度。然而，新型转换材料14-2存在价格昂贵的问题。

5、因此，需要提供一种能够以更低的成本实现在低x射线辐射条件下具有更高成像质量的x射线探测器。

技术实现思路

1、为了解决上述问题至少之一，本技术提供一种x射线探测器，包括：

2、基板；

3、设置在基板第一表面上的堆叠结构，

4、其中，堆叠结构包括层叠设置的多层光电二极管阵列单元，每层光电二极管阵列单元之间由粘接层隔离。

5、在一些可选的实施例中，光电二极管阵列单元包括：

6、衬底；

7、形成在衬底第一侧上的阵列排布的感测像素和与感测像素一一对应电连接的多个第一电极；

8、形成在衬底第二侧上的第二电极，第二侧与第一侧相对。

9、在一些可选的实施例中，还包括：准直片，设置在相邻两层光电二极管阵列单元之间，准直片的材料为高原子序数材料。

10、在一些可选的实施例中，粘接层包括：第一粘接层和第二粘接层，

11、每两层光电二极管阵列单元之间包括一个层叠结构，

12、在远离基板的第一表面的方向上，层叠结构包括依次层叠设置的第一粘接层、准直片、以及第二粘接层，

13、其中，第一粘接层为绝缘材料，第二粘接层为导电材料。

14、在一些可选的实施例中，第一粘接层和第二粘接层中包括多个具有预设直径的支撑球或者预设厚度的支撑片，支撑球和支撑片为绝缘材料；或者

15、粘接层还包括：第三粘接层，其中，在远离基板的第一表面的方向上，层叠结构包括依次层叠设置的第一粘接层、支撑板、第三粘接层、准直片、以及第二粘接层。

16、在一些可选的实施例中，堆叠结构包括：朝向被检目标的探测面，探测面与第一表面垂直，

17、其中，准直片延长超过探测面。

18、在一些可选的实施例中，准直片包括：延长超过探测面的第一子部、与光电二极管阵列单元重叠的第二子部、以及延长超过探测面的相对面的第三子部，

19、第二子部包括多个镂空开口。

20、在一些可选的实施例中，

21、x射线探测器还包括设置在基板上的计数式电路芯片，以将光电二极管阵列单元转换的电荷信号进行量化计数，

22、或者

23、基板包括第一基板和第二基板，x射线探测器还包括：柔性电路板和计数式电路芯片，计数式电路芯片将光电二极管阵列单元转换的电荷信号进行量化计数，

24、其中，堆叠结构位于第一基板上，计数式电路芯片位于第二基板上，

25、柔性电路板的第一端与第一基板电连接，第二端与第二基板电连接。

26、在一些可选的实施例中，基板还包括：多个第一焊盘和至少一个第二焊盘，

27、第一焊盘与多个光电二极管阵列单元中每一个的第一电极一一对应电连接，第一焊盘的数量与多个光电二极管阵列的第一电极数量总和相等，

28、第二焊盘与光电二极管阵列单元的第二电极对应连接。

29、在一些可选的实施例中，

30、第一焊盘和第二焊盘通过电极引线与第一电极和第二电极电连接；或者

31、准直片通过导电粘接层与光电二极管阵列单元的第二电极电连接，准直片包括与光电二极管阵列单元粘接的准直部和自准直部延伸出的延伸部，

32、延伸部为弯折金属杆，并通过插接到基板的插口中将第二焊盘与第二电极电连接。

33、在一些可选的实施例中，

34、粘接层还包括第三粘接层，

35、层叠结构还包括：设置在第一粘接层靠近基板侧的等势电极片和设置在等势电极片靠近基板侧的第三粘接层，第三粘接层为绝缘材料。

36、本技术第二方面提供一种利用上文所述的x射线探测器的探测方法，包括：

37、光电二极管阵列单元接收x射线，并将x射线转换为电荷信号，以通过光子计数对电荷信号进行量化计数从而对被探测物体进行图像重建。

38、本技术的有益效果如下：

39、本技术针对现有的问题，制定一种x射线探测器和探测方法，通过提供由多层光电二极管阵列单元层叠形成的堆叠结构，能够有效改善单层光电二极管阵列单元对x射线检测效率不足，同时提高在检测移动方向上的扫描速度，提高图像空间分辨率和物质分辨能力，不必再需要大剂量x射线和闪烁体的配合，同时可以显著降低电子噪声；另外，通过采用层叠的光电二极管阵列单元作为x射线直接转换材料将x射线转换为电荷信号，可以有效降低成本，具有广阔的应用前景。