可重構(gòu)型x射線能譜探測(cè)方法及探測(cè)器像素單元結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電探測(cè)器領(lǐng)域，為解決現(xiàn)有的能譜CT探測(cè)器能量區(qū)分度不足的問題，提升能譜CT成像的精度，通過一次曝光，即可解析得到多個(gè)不同能量段的X射線的衰減信息。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，可重構(gòu)型X射線能譜探測(cè)方法及探測(cè)器像素單元結(jié)構(gòu)，作為探測(cè)器主體的襯底部分用于完成X射線的接收及光電信號(hào)的轉(zhuǎn)化，襯底部分尺寸以全部吸收待探測(cè)能譜范圍內(nèi)的X射線光子為宜；襯底部分兩表面為熱氧化生長(zhǎng)的氧化物，所述氧化物實(shí)現(xiàn)襯底部分與電極的電絕緣隔離；所述電極通過金屬導(dǎo)線連接至?xí)r序控制單元，實(shí)現(xiàn)電荷包的順序讀出；還設(shè)置有用于控制X射線曝光時(shí)間的遮光板。本發(fā)明主要應(yīng)用于半導(dǎo)體光電探測(cè)器設(shè)計(jì)制造場(chǎng)合。
【專利說明】
可重構(gòu)型X射線能譜探測(cè)方法及探測(cè)器像素單元結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電探測(cè)器領(lǐng)域，尤其涉及對(duì)醫(yī)用X射線能譜的探測(cè)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]傳統(tǒng)醫(yī)用螺旋CT(Computed Tomography，電子計(jì)算機(jī)斷層掃描)的探測(cè)器基于X射線的平均衰減效應(yīng)進(jìn)行探測(cè)，重建后的圖像受射束硬化效應(yīng)影響嚴(yán)重而無法區(qū)分人體內(nèi)相似組織結(jié)構(gòu)。目前，隨著探測(cè)器技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)物質(zhì)區(qū)分性更強(qiáng)的能譜CT越來越成為人們研究的焦點(diǎn)。能譜CT基于人體組織對(duì)不同光子能量吸收能力的差異，利用多組X射線能量的衰減特性進(jìn)行圖像重建，能提供比常規(guī)CT更多的影像信息。能譜CT成像的關(guān)鍵技術(shù)就是利用探測(cè)器獲得多種能量的X射線在人體內(nèi)的衰減信息，具有高精度能譜解析能力的X射線能譜探測(cè)器是能譜CT極其重要的部分。
[0003]目前，醫(yī)療能譜CT較常用的X射線探測(cè)器是間接型探測(cè)器，主要利用熒光閃爍體材料把X射線轉(zhuǎn)換成可見光，再用可見光探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)。該方法在轉(zhuǎn)換過程中，會(huì)不可避免地造成X射線能量損失，而且對(duì)X射線的能量區(qū)分度較低，如當(dāng)前醫(yī)學(xué)能譜CT中采用較多的雙能探測(cè)器只能對(duì)X射線的高能和低能組分進(jìn)行分析，而且還受射束硬化效應(yīng)影響嚴(yán)重，很難滿足利用多能量成像的能譜CT的實(shí)際醫(yī)學(xué)需求。本發(fā)明面向醫(yī)用能譜CT實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域， 提出了一種高精度的X射線能譜探測(cè)器像素結(jié)構(gòu)，并基于此結(jié)構(gòu)提出了一種可重構(gòu)的X射線能譜分層探測(cè)方法，通過一次曝光即可同時(shí)獲得多種能量組分的X射線的衰減信息，可為醫(yī)用能譜CT成像提供更多的參數(shù)信息，充分滿足能譜CT對(duì)物質(zhì)定性和定量分析的要求。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決現(xiàn)有的能譜CT探測(cè)器能量區(qū)分度不足的問題，提升能譜CT成像的精度，本發(fā)明提出了一種高精度的X射線能譜探測(cè)器像素結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的能譜分層探測(cè)方法。通過一次曝光，即可解析得到多個(gè)不同能量段的X射線的衰減信息。利用該探測(cè)器像素結(jié)構(gòu)及能譜探測(cè)方法，能夠在減小病人承受輻射量的同時(shí)獲得更高分辨率、更高精度的臨床圖像。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，可重構(gòu)型X射線能譜探測(cè)器像素單元結(jié)構(gòu)， 作為探測(cè)器主體的襯底部分用于完成X射線的接收及光電信號(hào)的轉(zhuǎn)化，襯底部分尺寸以全部吸收待探測(cè)能譜范圍內(nèi)的X射線光子為宜;襯底部分上表面為熱氧化生長(zhǎng)的氧化物，所述氧化物實(shí)現(xiàn)襯底部分與電極的電絕緣隔離;所述電極為多晶硅或金屬材料制成，且正負(fù)對(duì)應(yīng)離散排布在襯底部分下表面及氧化物上表面，其中所有的正電極分布在同一表面，所有的負(fù)電極分布在另一表面;所述正電極按相鄰依次排列關(guān)系分成若干層，每層正電極數(shù)目相同；所述若干層中各層的第一個(gè)正電極都通過同一根金屬導(dǎo)線連接至?xí)r序控制單元，所述若干層中各層的第二個(gè)正電極也都通過另一根金屬導(dǎo)線連接至?xí)r序控制單元，各層中其余電極與時(shí)序控制單元的連接以此類推;所述時(shí)序控制單元通過控制相鄰電極高低電平周期性變化，實(shí)現(xiàn)電荷包的順序讀出；還設(shè)置有用于控制X射線曝光時(shí)間的遮光板，遮光板打開X射線進(jìn)入襯底部分，遮光板關(guān)閉X射線被遮擋不能進(jìn)入襯底部分。
[0005]電極的三維尺寸、個(gè)數(shù)及電極間的間距視探測(cè)器襯底的尺寸及光生電荷的收集效率而定，順序排布的電極應(yīng)滿足完全收集曝光后光生電荷的要求。
[0006]所述襯底部分的構(gòu)成材料選擇輕摻雜的P型硅，或者碲鋅鎘、碲化鎘等半導(dǎo)體中的一種。
[0007]順序排布的電極應(yīng)滿足完全收集曝光后光生電荷的要求具體是指，在X射線結(jié)束曝光后，開始進(jìn)行光生電荷的轉(zhuǎn)移，在探測(cè)器內(nèi)光生電荷在電極電壓的控制下以電荷包的形式在相鄰電極間轉(zhuǎn)移，具體時(shí)序:在tl時(shí)刻，編號(hào)為I的正電極設(shè)置為高電平，電荷會(huì)在曝光期間收集到該正電極下的勢(shì)阱中；在t2時(shí)刻，編號(hào)為I的正電極設(shè)置為1/2倍的高電平，編號(hào)為2的正電極設(shè)置為高電平，兩個(gè)電極之間存在勢(shì)皇，在此過程中編號(hào)為I的正電極收集的電荷將不斷流向編號(hào)為2的正電極;在t3時(shí)刻，編號(hào)為I的正電極下的電子將全部轉(zhuǎn)移至編號(hào)為2的正電極下的勢(shì)阱中，編號(hào)為3的正電極設(shè)置為高電平;依此類推，直至將收集的光生電荷依次轉(zhuǎn)移到位于最邊上的讀出電路。
[0008]可重構(gòu)型X射線能譜探測(cè)方法，借助于前述探測(cè)器像素單元結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，步驟如下:
[0009]Stepl:探測(cè)器復(fù)位:每完成一次X射線的探測(cè)過程，都需復(fù)位重置探測(cè)器，以便開啟下一次的X射線束探測(cè)；
[0010]step2: X射線曝光:打開X射線遮光板進(jìn)行曝光，調(diào)整探測(cè)器方位，使射線自探測(cè)器的側(cè)邊緣射入探測(cè)器像素單元結(jié)構(gòu)襯底部分，滿足重建圖像要求的時(shí)間后關(guān)閉遮光板，停止射線的照射；
[0011]Step3:光生電荷收集:在X射線開始照射后將所有編號(hào)為I的正電極置為高電平，將負(fù)電極全部置為幅值與所述高電平相同的負(fù)電平，在曝光期間實(shí)現(xiàn)光生電荷的收集，遮光板關(guān)閉后電荷收集過程結(jié)束；
[0012]step4:光生電荷轉(zhuǎn)移。在X射線結(jié)束曝光后，開始進(jìn)行光生電荷的轉(zhuǎn)移，在探測(cè)器內(nèi)光生電荷在電極電壓的控制下以電荷包的形式在相鄰電極間轉(zhuǎn)移，具體時(shí)序:在11時(shí)刻，編號(hào)為I的正電極設(shè)置為高電平，電荷會(huì)在曝光期間收集到該正電極下的勢(shì)阱中；在t2時(shí)亥IJ，編號(hào)為I的正電極設(shè)置為1/2倍的高電平，編號(hào)為2的正電極設(shè)置為高電平，兩個(gè)電極之間存在勢(shì)皇，在此過程中編號(hào)為I的正電極收集的電荷將不斷流向編號(hào)為2的正電極;在t3時(shí)刻，編號(hào)為I的正電極下的電子將全部轉(zhuǎn)移至編號(hào)為2的正電極下的勢(shì)講中，編號(hào)為3的正電極設(shè)置為高電平;依此類推，直至將收集的光生電荷依次轉(zhuǎn)移到位于最邊上的讀出電路；
[0013]Step5-1:光生電荷分組處理:針對(duì)能譜解析過程，在電荷轉(zhuǎn)移讀出后，為了得到符合要求的能譜解析結(jié)果，不同深度的半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的光生電荷需要進(jìn)行分組累加，電荷分組的形式取決于待解析的X射線的能譜分段情況及射線在半導(dǎo)體中的吸收情況；
[0014]Step5-2:光生電荷重構(gòu)分組:為了得到最優(yōu)的能譜解析結(jié)果，設(shè)η種可重構(gòu)電荷分組方案，在Step5.1對(duì)電荷處理的基礎(chǔ)上，按照事先設(shè)定的η種分組方案，調(diào)整各個(gè)電極下電荷包的分組狀態(tài)，即電荷包從屬的組次，改變各組內(nèi)電荷的總量后再將各組電荷累加，并分別存儲(chǔ)各自的累加結(jié)果。當(dāng)所有的η種重構(gòu)方案都被實(shí)施后，結(jié)束此電荷重構(gòu)分組處理步驟；
[0015]Step6:能譜解析:根據(jù)η種分組方案，通過各組光生電荷的總量，倒推解析出各區(qū)間內(nèi)X射線的能譜衰減信息，選擇最優(yōu)的解析結(jié)果重建圖像。
[0016]待解析的分段能譜有幾種，即將半導(dǎo)體內(nèi)的光生電荷順序組合幾組，電荷分組的位置以相應(yīng)能量段的X射線在該半導(dǎo)體厚度內(nèi)完全吸收為宜。
[0017]本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果是:
[0018]本發(fā)明提出了一種高精度的X射線能譜探測(cè)器像素結(jié)構(gòu)，并提出了一種利用此結(jié)構(gòu)重構(gòu)探測(cè)X射線能譜信息的方法，實(shí)現(xiàn)了 X射線能譜的分層探測(cè)。經(jīng)過一次曝光，即可解析得到多種分段的X射線能譜衰減信息；并且能夠針對(duì)不同射線源及不同的能譜解析精度要求，動(dòng)態(tài)可重構(gòu)地調(diào)整電荷的分組。此探測(cè)方法不僅降低了患者承受的輻射劑量，更提升了能譜CT成像的質(zhì)量，適用于醫(yī)用X射線的多能譜組分的探測(cè)。
【附圖說明】
:
[0019]圖1本發(fā)明所提出的X射線能譜探測(cè)器的三維像素結(jié)構(gòu)。
[0020]圖2X射線能譜探測(cè)方法的流程圖。
[0021]圖3電荷收集轉(zhuǎn)移時(shí)序圖。
[0022]圖4像素結(jié)構(gòu)平面圖。
[0023]圖5半導(dǎo)體內(nèi)電荷動(dòng)態(tài)分組示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]復(fù)合X射線穿過半導(dǎo)體時(shí)，由于光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)及電子對(duì)效應(yīng)等作用，X射線(即入射光子)將在半導(dǎo)體中被吸收并產(chǎn)生光生電荷，不同能量的X射線強(qiáng)度遵循指數(shù)衰減規(guī)律，低能的X射線將先被吸收，高能的X射線吸收較緩慢。本發(fā)明基于上述X射線的吸收規(guī)律，提出了一種邊緣入射型X射線能譜探測(cè)器像素結(jié)構(gòu)，并提出了一種利用此像素結(jié)構(gòu)探測(cè)X射線分段能譜信息的方法。
[0025]本發(fā)明提出的探測(cè)器像素結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方案如下:
[0026]基本的三維探測(cè)器像素結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中101為探測(cè)器襯底部分，襯底材料可以選擇輕摻雜的P型硅，也可以是其他合適尺寸的碲鋅鎘、碲化鎘等半導(dǎo)體，其作為探測(cè)器的主體主要完成X射線的接收及光電信號(hào)的轉(zhuǎn)化，襯底尺寸以全部吸收待探測(cè)能譜范圍內(nèi)的X射線光子為宜；圖中102部分為熱氧化生長(zhǎng)的合適厚度的氧化物，主要實(shí)現(xiàn)襯底與電極的電絕緣隔離；圖中1 3部分為多晶硅或金屬材料的電極，其離散排布方式如圖所示，每個(gè)電極都通過金屬導(dǎo)線連接至?xí)r序控制單元105，時(shí)序控制單元通過控制相鄰電極高低電平周期性變化，實(shí)現(xiàn)電荷包的順序讀出。電極的三維尺寸、個(gè)數(shù)及電極間的間距視探測(cè)器襯底的尺寸及光生電荷的收集效率而定，順序排布的電極應(yīng)滿足完全收集曝光后光生電荷的要求；104部分為背面電極，尺寸及分布情況可參考103電極部分；106結(jié)構(gòu)為遮光板，主要作用是控制X射線的曝光時(shí)間。以上為本發(fā)明所提出的適用于可重構(gòu)的X射線能譜探測(cè)方法的探測(cè)器像素結(jié)構(gòu)。
[0027]基于上述探測(cè)器像素結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提出的X射線能譜探測(cè)方法的流程如圖2所示，具體實(shí)施方案如下:
[0028]Stepl:探測(cè)器復(fù)位。每完成一次X射線的探測(cè)過程，都需復(fù)位重置探測(cè)器，以便開啟下一次的X射線束探測(cè)?？刹捎脤⑷侩姌O電位置零的方式復(fù)位，但不僅限于此種方法。
[0029]Step2:X射線曝光。打開X射線遮光板進(jìn)行曝光，調(diào)整探測(cè)器方位，使射線自探測(cè)器的側(cè)邊緣射入探測(cè)器襯底101部分，如圖1所示，滿足重建圖像要求的時(shí)間后關(guān)閉遮光板，停止射線的照射。
[0030]Step3:光生電荷收集。在X射線開始照射后將所有編號(hào)為Vl的電極置為高電平(此處取高電平為5￥為例，但不僅限于此電平標(biāo)準(zhǔn))，將背面電極Vss全部置為-5v(但不僅限于此電平標(biāo)準(zhǔn))，在曝光期間實(shí)現(xiàn)光生電荷的收集，遮光板關(guān)閉后電荷收集過程結(jié)束。
[0031 ] Step4:光生電荷轉(zhuǎn)移。在X射線結(jié)束曝光后，開始進(jìn)行光生電荷的轉(zhuǎn)移，在探測(cè)器內(nèi)光生電荷主要在電極電壓的控制下以電荷包的形式在相鄰電極間轉(zhuǎn)移。此處以三相轉(zhuǎn)移邏輯為例(但不僅限于此邏輯的電荷轉(zhuǎn)移方式)，具體時(shí)序如圖2所示:在tl時(shí)刻，Vl電極設(shè)置為高電平，電荷會(huì)在曝光期間收集到Vl下的勢(shì)阱中；在t2時(shí)刻，Vl設(shè)置為1/2倍的高電平，v2電極設(shè)置為高電平，兩個(gè)電極之間存在勢(shì)皇，在此過程中Vl收集的電荷將不斷流向v2;在t3時(shí)刻，Vl電極下的電子將全部轉(zhuǎn)移至v2電極下的勢(shì)阱中，v3設(shè)置為高電平;t4時(shí)刻，v2電極下的電荷不斷向v3轉(zhuǎn)移，至t5時(shí)刻v2電荷全部轉(zhuǎn)移至v3電極勢(shì)阱中。至此完成了一次完整的三相控制電荷轉(zhuǎn)移過程。重復(fù)此步驟，可將收集的光生電荷依次轉(zhuǎn)移到最右端的讀出電路。
[0032]Step5-1:光生電荷分組處理。針對(duì)能譜解析過程，在電荷轉(zhuǎn)移讀出后，為了得到符合要求的能譜解析結(jié)果，不同深度的半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的光生電荷需要進(jìn)行分組累加。電荷分組的形式取決于待解析的X射線的能譜分段情況及射線在半導(dǎo)體中的吸收情況。一般情況下，待解析的分段能譜有幾種，即將半導(dǎo)體內(nèi)的光生電荷順序組合幾組，電荷分組的位置以相應(yīng)能量段的X射線在該半導(dǎo)體厚度內(nèi)完全吸收為宜。
[0033]Step5-2:光生電荷重構(gòu)分組。為了得到最優(yōu)的能譜解析結(jié)果，本發(fā)明針對(duì)被探測(cè)對(duì)象的射線吸收特性，事先提供了η種與之相適應(yīng)的可重構(gòu)電荷分組方案。在Step5.1對(duì)電荷處理的基礎(chǔ)上，按照事先設(shè)定的η種分組方案，調(diào)整各個(gè)電極下電荷包的分組狀態(tài)，即電荷包從屬的組次，改變各組內(nèi)電荷的總量后再將各組電荷累加并分別存儲(chǔ)各自的累加結(jié)果。當(dāng)所有的η種重構(gòu)方案都被實(shí)施后，結(jié)束此電荷重構(gòu)分組處理步驟；
[0034]射線曝光后，針對(duì)各個(gè)勢(shì)阱中的光生電荷包，按照η種預(yù)設(shè)方案進(jìn)行順序分組，利用連續(xù)的多個(gè)電極下勢(shì)阱中的電荷來求解一段射線能譜，每組電荷包數(shù)量的不同，也就意味著求解的能譜段存在差異。
[0035]Step6:能譜解析。根據(jù)η種分組方案，通過各組光生電荷的總量，倒推解析出各區(qū)間內(nèi)X射線的能譜衰減信息，選擇最優(yōu)的解析結(jié)果重建圖像。
[0036]通過以上六步，便可利用本發(fā)明所提出的探測(cè)器像素結(jié)構(gòu)完成醫(yī)用X射線分段能譜信息的重構(gòu)探測(cè)。
[0037]本發(fā)明所提出的X射線能譜CT探測(cè)器像素結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)如圖4所示，最佳實(shí)施方案以長(zhǎng)度為5cm的Si半導(dǎo)體為例，厚度TH和寬度Width均取0.5mm，其上淀積氧化物0.005mm的Si02，最后刻蝕多晶硅及完成電極互連，其中多晶硅電極的厚度為0.01mm，電極長(zhǎng)度為0.4mm，電極寬度為0.1mm，相鄰電極間隔為0.001mm。探測(cè)器像素結(jié)構(gòu)利用埋溝工藝降低表面陷阱或缺陷產(chǎn)生的暗電流。若待探測(cè)的X射線能量值超過lOOKev，探測(cè)器的長(zhǎng)度應(yīng)超過5cm。本發(fā)明提出的探測(cè)器結(jié)構(gòu)并不僅限于此種襯底材料及電極分布方案，還可以采用CZT、CdTe等其他半導(dǎo)體材料。
[0038]基于此結(jié)構(gòu)的X射線能譜探測(cè)過程如上六步所述，主要包括像素復(fù)位、X射線曝光、光生電荷收集、光生電荷轉(zhuǎn)移、電荷重構(gòu)分組處理及能譜解析等。此處以待解析三段連續(xù)能譜信息0-20Kev，20-40Kev，40-60Kev為例，X射線曝光后，不同能量的射線在半導(dǎo)體的不同深度產(chǎn)生數(shù)量不一的光生電荷，由電極下的勢(shì)阱完成各層電荷的收集，并按照如圖3所示的電荷轉(zhuǎn)移時(shí)序?qū)崿F(xiàn)電荷的分層讀出；參照待解析的X射線分段能譜信息及射線吸收規(guī)律，將半導(dǎo)體中的光生電荷按順序劃分為三組，如圖5所示，三組分別為0-0.5cm,0.5-2.0cm,2.0-3.5cm各段內(nèi)的光生電荷總數(shù)。根據(jù)能譜解析的精度及成像質(zhì)量，還可以再按照預(yù)先設(shè)定的5種分組方案，動(dòng)態(tài)調(diào)整5次電極下電荷包的分組狀態(tài)(即調(diào)整電荷包從屬的組次)，每次調(diào)整后都將各個(gè)組內(nèi)的電荷累加并存儲(chǔ)。當(dāng)所有的5種重構(gòu)方案都被實(shí)施后，結(jié)束此過程，最后通過最優(yōu)厚度的半導(dǎo)體內(nèi)的光生電荷總數(shù)倒推出X射線的分段能譜信息。本發(fā)明提供的能譜探測(cè)器像素結(jié)構(gòu)及與其相適應(yīng)的能譜探測(cè)方法，能提供更多組分的X射線能量衰減信息，可被應(yīng)用于醫(yī)用能譜CT成像領(lǐng)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可重構(gòu)型X射線能譜探測(cè)器像素單元結(jié)構(gòu)，其特征是，作為探測(cè)器主體的襯底部 分用于完成X射線的接收及光電信號(hào)的轉(zhuǎn)化，襯底部分尺寸以全部吸收待探測(cè)能譜范圍內(nèi) 的X射線光子為宜;襯底部分上表面為熱氧化生長(zhǎng)的氧化物，所述氧化物實(shí)現(xiàn)襯底部分與電 極的電絕緣隔離;所述電極為多晶硅或金屬材料制成，且正負(fù)對(duì)應(yīng)離散排布在襯底部分下 表面及氧化物上表面，其中所有的正電極分布在同一表面，所有的負(fù)電極分布在另一表面； 所述正電極按相鄰依次排列關(guān)系分成若干層，每層正電極數(shù)目相同；所述若干層中各層的 第一個(gè)正電極都通過同一根金屬導(dǎo)線連接至?xí)r序控制單元，所述若干層中各層的第二個(gè)正 電極也都通過另一根金屬導(dǎo)線連接至?xí)r序控制單元，各層中其余電極與時(shí)序控制單元的連 接以此類推;所述時(shí)序控制單元通過控制相鄰電極高低電平周期性變化，實(shí)現(xiàn)電荷包的順 序讀出；還設(shè)置有用于控制X射線曝光時(shí)間的遮光板，遮光板打開X射線進(jìn)入襯底部分，遮光 板關(guān)閉X射線被遮擋不能進(jìn)入襯底部分。2.如權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)型X射線能譜探測(cè)器像素單元結(jié)構(gòu)，其特征是，電極的三 維尺寸、個(gè)數(shù)及電極間的間距視探測(cè)器襯底的尺寸及光生電荷的收集效率而定，順序排布 的電極應(yīng)滿足完全收集曝光后光生電荷的要求。3.如權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)型X射線能譜探測(cè)器像素單元結(jié)構(gòu)，其特征是，所述襯底 部分的構(gòu)成材料選擇輕摻雜的P型硅、碲鋅鎘或碲化鎘半導(dǎo)體中的一種。4.如權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)型X射線能譜探測(cè)器像素單元結(jié)構(gòu)，其特征是，順序排布 的電極應(yīng)滿足完全收集曝光后光生電荷的要求具體是指，在X射線結(jié)束曝光后，開始進(jìn)行光 生電荷的轉(zhuǎn)移，在探測(cè)器內(nèi)光生電荷在電極電壓的控制下以電荷包的形式在相鄰電極間轉(zhuǎn) 移，具體時(shí)序:在tl時(shí)刻，編號(hào)為1的正電極設(shè)置為高電平，電荷會(huì)在曝光期間收集到該正電 極下的勢(shì)阱中；在t2時(shí)刻，編號(hào)為1的正電極設(shè)置為1/2倍的高電平，編號(hào)為2的正電極設(shè)置 為高電平，兩個(gè)電極之間存在勢(shì)皇，在此過程中編號(hào)為1的正電極收集的電荷將不斷流向編 號(hào)為2的正電極;在t3時(shí)刻，編號(hào)為1的正電極下的電子將全部轉(zhuǎn)移至編號(hào)為2的正電極下的 勢(shì)阱中，編號(hào)為3的正電極設(shè)置為高電平;依此類推，直至將收集的光生電荷依次轉(zhuǎn)移到位 于最邊上的讀出電路。5.—種可重構(gòu)型X射線能譜探測(cè)方法，其特征是，借助于權(quán)利要求1所述探測(cè)器像素單 元結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，步驟如下:Stepl:探測(cè)器復(fù)位:每完成一次X射線的探測(cè)過程，都需復(fù)位重置探測(cè)器，以便開啟下 一次的X射線束探測(cè)；Step2: X射線曝光:打開X射線遮光板進(jìn)行曝光，調(diào)整探測(cè)器方位，使射線自探測(cè)器的側(cè) 邊緣射入探測(cè)器像素單元結(jié)構(gòu)襯底部分，滿足重建圖像要求的時(shí)間后關(guān)閉遮光板，停止射 線的照射；Step3:光生電荷收集:在X射線開始照射后將所有編號(hào)為1的正電極置為高電平，將負(fù) 電極全部置為幅值與所述高電平相同的負(fù)電平，在曝光期間實(shí)現(xiàn)光生電荷的收集，遮光板 關(guān)閉后電荷收集過程結(jié)束；Step4:光生電荷轉(zhuǎn)移。在X射線結(jié)束曝光后，開始進(jìn)行光生電荷的轉(zhuǎn)移，在探測(cè)器內(nèi)光 生電荷在電極電壓的控制下以電荷包的形式在相鄰電極間轉(zhuǎn)移，具體時(shí)序:在tl時(shí)刻，編號(hào) 為1的正電極設(shè)置為高電平，電荷會(huì)在曝光期間收集到該正電極下的勢(shì)阱中；在t2時(shí)刻，編 號(hào)為1的正電極設(shè)置為1/2倍的高電平，編號(hào)為2的正電極設(shè)置為高電平，兩個(gè)電極之間存在勢(shì)皇，在此過程中編號(hào)為1的正電極收集的電荷將不斷流向編號(hào)為2的正電極;在t3時(shí)刻，編 號(hào)為1的正電極下的電子將全部轉(zhuǎn)移至編號(hào)為2的正電極下的勢(shì)講中，編號(hào)為3的正電極設(shè) 置為高電平;依此類推，直至將收集的光生電荷依次轉(zhuǎn)移到位于最邊上的讀出電路；Step5-1:光生電荷分組處理:針對(duì)能譜解析過程，在電荷轉(zhuǎn)移讀出后，為了得到符合要 求的能譜解析結(jié)果，不同深度的半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的光生電荷需要進(jìn)行分組累加，電荷分組的 形式取決于待解析的X射線的能譜分段情況及射線在半導(dǎo)體中的吸收情況；Step5-2:光生電荷重構(gòu)分組:為了得到最優(yōu)的能譜解析結(jié)果，設(shè)n種可重構(gòu)電荷分組方 案，在Step5-1對(duì)電荷處理的基礎(chǔ)上，按照事先設(shè)定的n種分組方案，調(diào)整各個(gè)電極下電荷包 的分組狀態(tài)，即電荷包從屬的組次，改變各組內(nèi)電荷的總量后再將各組電荷累加，并分別存 儲(chǔ)各自的累加結(jié)果，當(dāng)所有的n種重構(gòu)方案都被實(shí)施后，結(jié)束此電荷重構(gòu)分組處理步驟； Step6:能譜解析:根據(jù)n種分組方案，通過各組光生電荷的總量，倒推解析出各區(qū)間內(nèi)X 射線的能譜衰減信息，選擇最優(yōu)的解析結(jié)果重建圖像。6.如權(quán)利要求5所述的可重構(gòu)型X射線能譜探測(cè)方法，其特征是，待解析的分段能譜有 幾種，即將半導(dǎo)體內(nèi)的光生電荷順序組合幾組，電荷分組的位置以相應(yīng)能量段的X射線在該 半導(dǎo)體厚度內(nèi)完全吸收為宜。
【文檔編號(hào)】H01L31/115GK105974460SQ201610311377
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】史再峰, 孟慶振, 楊浩宇, 曹清潔, 張嘉平
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)