光子計數x-射線探測器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光子計數X-射線探測器、光子計數X-射線探測器單元和光子計數X-射線探測方法。
【背景技術】
[0002]光子計數X-射線探測器(也稱為直接轉換X-射線探測器)是本領域眾所周知的并且例如廣泛地用于CT(計算機斷層攝影)掃描器中。碲化鎘(CdTe)和碲鋅鎘(CZT)是非常適合于制造用于天體物理和醫學應用的(高通量)χ-射線探測器的寬帶隙半導體材料(參見，例如 Stefano Del Sordo, Leonardo Abbene, Ez1 Caroli, Anna MariaMancini，Andrea Zappettini 和 Pietro Ubertini:Progress in the Development ofCdTe and CdZnTe Semiconductor Radiat1n Detectors for Astrophysical and MedicalApplicat1ns，Sensors 2009，9，3491-3526)。這些類型的探測器在諸如固態核醫學系統和譜CT的應用中非常重要。這些應用是基于單個光子X-射線計數的。探測器的性能很大程度上由晶體的質量(單晶硅、成分、摻雜濃度、缺陷密度)以及用于形成探測器上的電極的材料和處理(使用的金屬相對于半導體的勢皇高度、接觸電阻、薄層電阻、粘附等)確定。此外，機械處理和表面制備(切割、磨削、拋光和清洗)以及最后的鈍化對最終的性能具有較大影響。
[0003]通過對探測器的塊狀材料進行充電常常嚴重干擾CdTe和CZT探測器的性能，這引起內部電場的局部建立并且抵消施加的偏置電壓。該效應被認為是探測器的極化。極化尤其出現在高通量X-射線暴露條件下，并且強烈地限制譜CT光子計數的性能。
[0004]US 5，821，539公開了具有二極管狀(或三極管狀)結構的直接轉換輻射探測器，其在具有額外的注入器電極的半導體主體的對側上具有第一操作電極和第二操作電極，所述額外的注入器電極將補償電荷陷阱的電荷載子注入到半導體主體中。以這種方式生成的次級暗電流不(或最小地)流經用于測量目的的電極，并且因此不影響測得的信號。通過在注入器電極下適當摻雜來促進注入。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供使得能夠在高通量條件下抑制極化的光子計數X-射線探測器、光子計數X-射線探測器單元和光子計數X-射線探測方法。
[0006]在本發明的第一方面中，提出了一種光子計數X-射線探測器，所述光子計數X-射線探測器包括:
[0007]-光子計數半導體元件，其用于響應于入射X-射線光子而生成電子-空穴對，
[0008]-陰極電極，其被布置在所述半導體元件面向激發的X-射線輻射的第一側，所述陰極電極包括兩個相互交叉的陰極元件，
[0009]-像素化陽極電極，其被布置在所述半導體元件與所述第一側相對的第二側，
[0010]-電源，其用于在所述陰極電極與所述陽極電極之間施加偏置電壓，并且所述電源用于在所述陰極元件之間暫時施加注入電壓，以及
[0011]-讀出單元，其用于讀出來自所述像素化陽極電極的電信號。
[0012]在本發明的另一方面中，提出了一種光子計數X-射線探測器單元，所述光子計數X-射線探測器單元包括:
[0013]-光子計數半導體元件，其用于響應于入射X-射線光子而生成電子-空穴對，
[0014]-陰極電極，其被布置在所述半導體元件面向激發的X-射線輻射的第一側，所述陰極電極包括兩個相互交叉的陰極元件，所述陰極電極被配置為耦合到電源，所述電源用于在所述陰極電極與所述陽極電極之間施加偏置電壓，并且所述電源用于在所述陰極元件之間暫時施加注入電壓，以及
[0015]-像素化陽極電極，其被布置在所述半導體元件與所述第一側相對的第二側，其中，所述像素化陽極電極被配置為耦合到讀出單元，所述讀出單元用于讀出來自所述像素化陽極電極的電信號，
[0016]其中，所述陰極電極被配置為耦合到電源，所述電源用于在所述陰極電極與所述陽極電極之間施加偏置電壓，并且所述電源用于在所述陰極元件之間暫時施加注入電壓。
[0017]在本發明的又一方面中，提供了一種光子計數X-射線探測方法，所述光子計數X-射線探測方法包括:
[0018]-使光子計數X-射線探測器單元經受入射X-射線輻射，所述入射X-射線輻射導致響應于入射X-射線光子而生成電子-空穴對，所述光子計數X-射線探測器單元包括:
[0019]光子計數半導體元件，其用于響應于入射X-射線光子而生成電子-空穴對，
[0020]陰極電極，其被布置在所述半導體元件面向激發的X-射線輻射的第一側，所述陰極電極包括兩個相互交叉的陰極元件，以及
[0021]像素化陽極電極，其被布置在所述半導體元件與所述第一側相對的第二側，
[0022]-在所述陰極電極與所述陽極電極之間施加偏置電壓
[0023]-在所述陰極元件之間暫時施加注入電壓，并且
[0024]-讀出來自所述像素化陽極電極的電信號。
[0025]在從屬權利要求中限定了本發明的優選實施例。應當理解，要求保護的探測方法和探測器單元具有與要求保護的探測器以及與在從屬權利要求中限定的相似和/或相同的優選實施例。
[0026]為了在高通量條件下抑制探測器的極化，根據本發明提出了所述陰極電極的特殊配置，所述陰極電極的所述特殊配置允許暫時注入電子，并且由此中和引起極化的空穴陷阱。尤其地，提出的陰極電極包括兩個相互交叉的陰極元件，在短時間間隔期間，在所述兩個相互交叉的陰極元件處施加注入電壓(例如，間歇性電壓脈沖或連續(脈沖型)電壓波信號)。所述注入電壓具有將電子暫時注入到所述光子計數半導體元件中的作用。由于在陰極電極與陽極電極之間施加的偏置電壓，這些電子移動到陽極電極，并且因此能夠中和引起所述極化的光子計數半導體元件內的占有空穴陷阱。
[0027]在實施例中，所述探測器還包括控制單元，所述控制單元用于通過所述電源來控制對所述注入電壓的施加。因此，能夠控制所述注入電壓的各個參數，尤其是間歇性電壓脈沖以最佳地實現極化抑制。
[0028]因此，在實施例中，所述控制單元被配置為控制所暫時施加的注入電壓，尤其是間歇性電壓脈沖的脈沖時間、形狀、占空比、重復頻率和/或電壓幅度(或任何其他參數)，即，控制對極化抑制具有影響的一個或多個參數，并且所述一個或多個參數也可以取決于其他參數，例如探測器的布局和維度、電極的樣式、施加的電壓等。
[0029]另外，所述控制單元優選地被配置為基于電子從所述陰極電極移動到所述陽極電極的飛行時間漂移時間測量結果來控制所暫時施加的注入電壓的脈沖時間、形狀、占空比、重復頻率和/或電壓幅度。所述飛行時間漂移時間測量結果指示電子從所述陰極電極漂移到所述陽極電極所需的時間，并且給出極化抑制的有效性的指示。
[0030]根據又一實施例，所述控制單元被配置為控制所述電源和所述讀出單元以使通過所述電源對所暫時施加的注入電壓的施加與對來自所述像素化陽極電極的電信號的讀出同步，使得在對所述注入電壓的施加期間沒有來自所述像素化陽極電極的電信號被讀出。因此，沒有對注入電子進行計數并且沒有篡改計數結果。
[0031]存在可用于相互交叉的陰極元件的布置的許多布局。在優選布置中，所述