光子计数x-射线探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光子计数X-射线探测器、光子计数X-射线探测器单元和光子计数X-射线探测方法。
【背景技术】
[0002]光子计数X-射线探测器(也称为直接转换X-射线探测器)是本领域众所周知的并且例如广泛地用于CT(计算机断层摄影)扫描器中。碲化镉(CdTe)和碲锌镉(CZT)是非常适合于制造用于天体物理和医学应用的(高通量)χ-射线探测器的宽带隙半导体材料(参见，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)。这些类型的探测器在诸如固态核医学系统和谱CT的应用中非常重要。这些应用是基于单个光子X-射线计数的。探测器的性能很大程度上由晶体的质量(单晶硅、成分、掺杂浓度、缺陷密度)以及用于形成探测器上的电极的材料和处理(使用的金属相对于半导体的势皇高度、接触电阻、薄层电阻、粘附等)确定。此外，机械处理和表面制备(切割、磨削、抛光和清洗)以及最后的钝化对最终的性能具有较大影响。
[0003]通过对探测器的块状材料进行充电常常严重干扰CdTe和CZT探测器的性能，这引起内部电场的局部建立并且抵消施加的偏置电压。该效应被认为是探测器的极化。极化尤其出现在高通量X-射线暴露条件下，并且强烈地限制谱CT光子计数的性能。
[0004]US 5，821，539公开了具有二极管状(或三极管状)结构的直接转换辐射探测器，其在具有额外的注入器电极的半导体主体的对侧上具有第一操作电极和第二操作电极，所述额外的注入器电极将补偿电荷陷阱的电荷载子注入到半导体主体中。以这种方式生成的次级暗电流不(或最小地)流经用于测量目的的电极，并且因此不影响测得的信号。通过在注入器电极下适当掺杂来促进注入。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供使得能够在高通量条件下抑制极化的光子计数X-射线探测器、光子计数X-射线探测器单元和光子计数X-射线探测方法。
[0006]在本发明的第一方面中，提出了一种光子计数X-射线探测器，所述光子计数X-射线探测器包括:
[0007]-光子计数半导体元件，其用于响应于入射X-射线光子而生成电子-空穴对，
[0008]-阴极电极，其被布置在所述半导体元件面向激发的X-射线辐射的第一侧，所述阴极电极包括两个相互交叉的阴极元件，
[0009]-像素化阳极电极，其被布置在所述半导体元件与所述第一侧相对的第二侧，
[0010]-电源，其用于在所述阴极电极与所述阳极电极之间施加偏置电压，并且所述电源用于在所述阴极元件之间暂时施加注入电压，以及
[0011]-读出单元，其用于读出来自所述像素化阳极电极的电信号。
[0012]在本发明的另一方面中，提出了一种光子计数X-射线探测器单元，所述光子计数X-射线探测器单元包括:
[0013]-光子计数半导体元件，其用于响应于入射X-射线光子而生成电子-空穴对，
[0014]-阴极电极，其被布置在所述半导体元件面向激发的X-射线辐射的第一侧，所述阴极电极包括两个相互交叉的阴极元件，所述阴极电极被配置为耦合到电源，所述电源用于在所述阴极电极与所述阳极电极之间施加偏置电压，并且所述电源用于在所述阴极元件之间暂时施加注入电压，以及
[0015]-像素化阳极电极，其被布置在所述半导体元件与所述第一侧相对的第二侧，其中，所述像素化阳极电极被配置为耦合到读出单元，所述读出单元用于读出来自所述像素化阳极电极的电信号，
[0016]其中，所述阴极电极被配置为耦合到电源，所述电源用于在所述阴极电极与所述阳极电极之间施加偏置电压，并且所述电源用于在所述阴极元件之间暂时施加注入电压。
[0017]在本发明的又一方面中，提供了一种光子计数X-射线探测方法，所述光子计数X-射线探测方法包括:
[0018]-使光子计数X-射线探测器单元经受入射X-射线辐射，所述入射X-射线辐射导致响应于入射X-射线光子而生成电子-空穴对，所述光子计数X-射线探测器单元包括:
[0019]光子计数半导体元件，其用于响应于入射X-射线光子而生成电子-空穴对，
[0020]阴极电极，其被布置在所述半导体元件面向激发的X-射线辐射的第一侧，所述阴极电极包括两个相互交叉的阴极元件，以及
[0021]像素化阳极电极，其被布置在所述半导体元件与所述第一侧相对的第二侧，
[0022]-在所述阴极电极与所述阳极电极之间施加偏置电压
[0023]-在所述阴极元件之间暂时施加注入电压，并且
[0024]-读出来自所述像素化阳极电极的电信号。
[0025]在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的探测方法和探测器单元具有与要求保护的探测器以及与在从属权利要求中限定的相似和/或相同的优选实施例。
[0026]为了在高通量条件下抑制探测器的极化，根据本发明提出了所述阴极电极的特殊配置，所述阴极电极的所述特殊配置允许暂时注入电子，并且由此中和引起极化的空穴陷阱。尤其地，提出的阴极电极包括两个相互交叉的阴极元件，在短时间间隔期间，在所述两个相互交叉的阴极元件处施加注入电压(例如，间歇性电压脉冲或连续(脉冲型)电压波信号)。所述注入电压具有将电子暂时注入到所述光子计数半导体元件中的作用。由于在阴极电极与阳极电极之间施加的偏置电压，这些电子移动到阳极电极，并且因此能够中和引起所述极化的光子计数半导体元件内的占有空穴陷阱。
[0027]在实施例中，所述探测器还包括控制单元，所述控制单元用于通过所述电源来控制对所述注入电压的施加。因此，能够控制所述注入电压的各个参数，尤其是间歇性电压脉冲以最佳地实现极化抑制。
[0028]因此，在实施例中，所述控制单元被配置为控制所暂时施加的注入电压，尤其是间歇性电压脉冲的脉冲时间、形状、占空比、重复频率和/或电压幅度(或任何其他参数)，即，控制对极化抑制具有影响的一个或多个参数，并且所述一个或多个参数也可以取决于其他参数，例如探测器的布局和维度、电极的样式、施加的电压等。
[0029]另外，所述控制单元优选地被配置为基于电子从所述阴极电极移动到所述阳极电极的飞行时间漂移时间测量结果来控制所暂时施加的注入电压的脉冲时间、形状、占空比、重复频率和/或电压幅度。所述飞行时间漂移时间测量结果指示电子从所述阴极电极漂移到所述阳极电极所需的时间，并且给出极化抑制的有效性的指示。
[0030]根据又一实施例，所述控制单元被配置为控制所述电源和所述读出单元以使通过所述电源对所暂时施加的注入电压的施加与对来自所述像素化阳极电极的电信号的读出同步，使得在对所述注入电压的施加期间没有来自所述像素化阳极电极的电信号被读出。因此，没有对注入电子进行计数并且没有篡改计数结果。
[0031]存在可用于相互交叉的阴极元件的布置的许多布局。在优选布置中，所述