X射线检测器的制作方法
【技术领域】
本发明涉及x射线检测器，具体涉及具有信号路由结构的x射线检测器。
背景技术：
x射线检测器可以是用于测量x射线的通量、空间分布、光谱或其它特性的器件。
x射线检测器可用于许多应用。一个重要的应用是成像。x射线成像是一种射线照相技术，并能用于揭示非均匀物体的组成以及不透明物体(例如人体)的内部结构。
早期用于成像的x射线检测器包括摄影板和摄影胶片。摄影板可以是具有光敏乳剂涂层的玻璃板。虽然摄影板被照相胶片代替，但由于它们质量上乘且稳定性极好，因此仍然可以在特殊情况下使用。摄影胶片可以是具有光敏乳剂涂层的塑料膜(例如，带或片)。
在20世纪80年代，出现了光激励萤光板(psp板)。psp板可包含在它的晶格中具有色心的萤光材料。在将psp板暴露于x射线时，x射线激发的电子被困在色心中，直到它们受到在板表面上扫描的激光光束的激励。在激光扫描板时，所捕获的激发电子发出光，所发出的光被光电倍增管收集。被收集的光转换成数字图像。与摄影板以及被照相胶片相反，psp板可被重复使用。
另一种x射线检测器是x射线图像增强器。x射线图像增强器的部件通常在真空中密封。与摄影板、摄影胶片以及psp板相反，x射线图像增强器可以产生实时的图像，即，不需要曝光后处理来产生图像。x射线首先撞击输入荧光体(例如，碘化铯)，并被转换为可见光。然后，可见光撞击光电阴极(例如含有铯和锑化合物的薄金属层)，并引起电子发射。发射电子的数量与入射x射线的强度成比例。发射的电子通过电子光学被投射到输出荧光体上，并使所述输出荧光体产生可见光图像。
闪烁体的操作与x射线图像增强器有些类似之处在于，闪烁体(例如，碘化钠)吸收x射线并发射可见光，该可见光然后可以被适用于可见光的图像感测器检测到。在闪烁体中，可见光在各个方向上传播和散射，从而降低了空间解析度。使闪烁体厚度减少有助于提高空间解析度，但也减少了x射线吸收。由此，闪烁体必须在吸收效率与解析度之间达成妥协。
半导体x射线检测器通过将x射线直接转换成电信号，从而在很大程度上克服这种问题。半导体x射线检测器可包括半导体层，其在感兴趣波长吸收x射线。当在半导体层中吸收x射线光子时，产生多个载流子(例如，电子和空穴)，并且在电场下，这些载流子被扫向半导体层上的电触点。现有的半导体x射线检测器(例如，medipix)所需的繁琐热管理会使得难以生产或不可能生产具有大面积和大量像素的检测器。
技术实现要素：
本发明公开了一种适于检测x射线的装置，包括：x射线吸收层，x射线吸收层包括第一多个电触点，并且x射线吸收层配置成由入射在x射线吸收层上的x射线在所述第一多个电触点上产生电信号；电子层，该电子层包括第二多个电触点和电子系统，其中所述电子系统电连接所述第二多个电触点，并且所述电子系统配置成处理或解释所述电信号；分布层，该分布层配置成将所述第一多个电触点电连接到所述第二多个电触点的，其中所述x射线吸收层或电子层包括分布层；其中所述第一多个电触点和所述第二多个电触点具有不同的空间分布。
根据实施例，所述第一多个电触点的数量密度低于所述第二多个电触点的数量密度。
根据实施例，x射线吸收层包括分布层。
根据实施例，所述分布层包括与所述第一多个电触点对准并连接的多个通孔。
根据实施例，所述分布层还包括多个导电垫，其中，所述通孔连接至所述导电垫。
根据实施例，所述第二多个电触点结合到所述导电垫。
根据实施例，所述电子层包括所述分布层。
根据实施例，所述分布层包括与所述第二多个电触点对准并连接的多个通孔。
根据实施例，所述分布层还包括多个导电垫，其中所述通孔被连接至所述导电垫。
根据实施例，所述第一多个电触点被结合到所述导电垫。
本发明公开了一种适于检测x射线的装置，包括：x射线吸收层，该x射线吸收层包括第一多个电触点，并且所述x射线吸收层配置成由入射在所述x射线吸收层上的x射线在所述第一多个电触点上产生电信号；电子层，该电子层包括第二多个电触点和电子系统，其中所述电子系统电连接到所述第二多个电触点，并且所述电子系统配置成处理或解释所述电信号；其中，所述第一多个电触点和所述第二多个电触点具有不同的空间分布；包括分布层的板，其中，所述分布层被配置成将所述第一多个电触点电连接到所述第二多个电触点，其中所述x射线吸收层和所述电子层中的至少一者嵌入所述板中，其中，所述板包括电绝缘材料。
根据实施例，所述第一多个电触点的数量密度低于所述第二多个电触点的数量密度。
根据实施例，所述吸收层嵌入在所述板中。
根据实施例，所述分布层包括与所述第一多个电触点对准并连接的多个通孔。
根据实施例，所述分布层还包括多个导电垫，其中，所述通孔被连接至所述导电垫。
根据实施例，所述第二多个电触点被结合到所述导电垫。
根据实施例，所述电子层被嵌入板中。
根据实施例，所述分布层包括与所述第二多个电触点对准并连接的多个通孔。
根据实施例，所述分布层还包括多个导电垫，其中，所述通孔被连接至所述导电垫。
根据实施例，所述第一多个电触点结合到所述导电垫。
根据实施例，所述电绝缘材料为树脂、玻璃纤维、塑料或陶瓷。
根据实施例，所述板是柔性的。
根据实施例，上述任一装置的电子系统包括：第一电压比较器，其配置成将所述第一多个电触点的至少一个电触点的电压与第一阈值进行比较；第二电压比较器，其配置成将电压与第二阈值进行比较；计数器，其配置成记录到达所述吸收层的x射线光子数；控制器；其中，所述控制器配置成从所述第一电压比较器确定电压的绝对值大于等于所述第一阈值的绝对值的时刻开始时间延迟；其中，所述控制器配置成在所述时间延迟期间激活所述第二电压比较器；其中，所述控制器被配置成：如果第二电压比较器确定所述电压的绝对值大于等于所述第二阈值的绝对值，则使由所述计数器记录的数字增加1。
根据实施例，所述电子系统进一步包括多个电容器模块，每一个电容器模块电连接到所述第一多个电触点中的一个电触点，其中所述电容器模块配置成从所述第一多个电触点分别收集载流子。
根据实施例，所述控制器配置成在所述时间延迟开始或终止时激活第二电压比较器。
根据实施例，所述电子系统进一步包括电压计，其中所述控制器被配置成在所述时间延迟终止时促使电压计测量电压。
根据实施例，所述控制器配置成基于在所述时间延迟终止时测量的电压值确定x射线光子能量。
根据实施例，所述控制器配置成将所述电触点连接到电接地。
根据实施例，电压变化率在所述时间延迟终止时大致为零。
根据实施例，电压变化率在所述时间延迟终止时大致为非零。
根据实施例，所述电容器模块配置成补偿在所述电容器模块与所述第一多个电触点之间的电路的电容变化。
根据实施例，所述控制器配置成：通过将所述时间延迟期满时所测量的电压的值乘以因子来确定x射线光子能量，其中所述因子取决于所述电子系统和所述第一多个电触点之间的电路的电容。
【附图说明】
图1a示意性地示出了根据实施例的检测器的横截面图。
图1b示意性地示出了根据实施例的x射线吸收层和电子层以及它们的连接的详细横截面图。
图1c示意性地示出了根据实施例的x射线吸收层和电子层以及它们连接的详细横截面图。
图2a和图2b各自示意性地示出了根据实施例的所述电子层和所述x射线吸收层之间电连接的形式。
图3a-图3e各自示意性地示出了根据实施例的在所述电子层和包括板的检测器的x射线吸收层之间的电连接形式。
图4a和图4b各自示出了根据实施例的图1b或图1c中的检测器电子系统的部件图。
图5示意性地示出了流过暴露于x射线的二极管或电阻器的电触点电流的时间变化(上曲线)以及该电触点电压的对应时间变化(下曲线)，所述电流由入射在所述x射线吸收层的x射线光子产生的载流子引起。
图6示意性地示出了根据实施例的可具有像素阵列的检测器。
【具体实施方式】
图1a示意示出了根据实施例的检测器100的横截面图。检测器100可包括x射线层110和电子层120(例如，asic)，该电子层用于处理或分析入射x射线在x射线吸收层110中产生的电信号。在实施例中，检测器100不包括闪烁体。x射线吸收层110可包括半导体材料，例如硅、锗、gaas、cdte、cdznte或其组合。半导体对于感兴趣的x射线能量可具有高的质量衰减系数。
如图1b中的检测器100的详细横截面所示，根据实施例，x射线吸收层110可包括电触点119a、第一多个电触点119b、以及由第一掺杂区111、第二掺杂区113的一个或多个离散区114形成的一个或多个二极管(例如，p-i-n或p-n)。第二掺杂区113可通过本征区112(可选)与第一掺杂区111分离。离散区114通过第一掺杂区111或本征区112而彼此分离。第一掺杂区111和第二掺杂区113具有相反类型的掺杂(例如，区111是p型并且区113是n型，或者区111是n型并且区113是p型)。在图1b中的示例中，第二掺杂区113的离散区114中的每一个离散区与第一掺杂区111和本征区112(可选)一起形成二极管。即，在图1b中的示例中，x射线吸收层110具有多个二极管，这些二极管以第一掺杂区111作为共享电极。第一掺杂区111还可具有离散部分。在图1b的例子中，x射线吸收层110以电触点119a作为共享电触点。电触点119a可具有离散部分。第一多个电触点119b与离散区114电接触。
当x射线光子撞击x射线吸收层110(其包括二极管)时，x射线光子可被吸收，并且通过多个机制产生一个或多个载流子。一个x射线光子可产生10至100000个载流子。载流子可在电场下向数个二极管中的一个二极管的电极漂移，并且变成电触点119a和119b上的电信号。该电场可以是外部电场。在实施例中，载流子可在多个方向上漂移，使得单个x射线光子产生的载流子大致未被两个不同的离散区114共享(“大致未被共享”在这里意指这些载流子中不到2％、不到0.5％、不到0.1％或不到0.01％的载流子流向与余下载流子不同的数个离散区114中的一个离散区)。在这些离散区114中的一个离散区的足迹周围入射的x射线光子所产生的载流子大致未与这些离散区114中的另一个离散区所共享。
如在图1c中检测器100的备选详细横截面所示，根据实施例，x射线吸收层110可包括具有半导体材料(例如硅、锗、gaas、cdte、cdznte或其组合)的电阻器，但不包括二极管。半导体对于感兴趣的x射线能量可具有高的质量衰减系数。
在x射线光子撞击x射线吸收层110(其包括电阻器但不包括二极管)时，该x射线光子可被吸收，并且通过多个机制产生一个或多个载流子。一个x射线光子可产生10至100000个载流子。载流子可在电场下向电触点119a以及第一多个电触点119b漂移。该电场可以是外部电场。在实施例中，载流子可在多个方向上漂移，使得单个x射线光子产生的载流子大致未被第一多个电触点119b的两个不同的电触点共享(“大致未被共享”在这里意指这些载流子中不到2％、不到0.5％、不到0.1％或不到0.01％的载流子流向与余下载流子不同的数个离散区中的一个离散区)。在第一多个电触点119b中的一个电触点的足迹周围入射的x射线光子所产生的载流子大致未与这些第一多个电触点119b中的另一个电触点共享。
电子层120可包括电子系统121，该电子系统适合于处理或解释x射线吸收层110上入射的x射线光子产生的信号。电子层120可包括第二多个电触点125，其连接到电子系统121。电子系统121可包括：模拟电路，例如滤波网路、放大器、整合器和比较器；或数字电路，例如微处理器和存储器。电子系统121可包括专用于每个第二多个电触点125的部件或者由第二多个电触点125共享的部件。
在一实施例中，x射线吸收层110上的第一多个电触点119b的空间分布可不同于电子层120上的第二多个电触点125的空间分布。例如，所述第一多个电触点119b的数量密度低于所述第二多个电触点125的数量密度。在实施例中，x射线吸收层110或电子层120可包括分布层126，该分布层126被配置成将第一多个电触点119b电连接到第二多个电触点125。
如图2a中的检测器100的详细横截面图所示，根据实施例，x射线吸收层110包括分布层126(即，分布层126与x射线吸收层110的其余部分一样形成在相同的衬底上)。分布层126可包括多个通孔127a，这些通孔与第一多个电触点119b对准，并被连接到第一多个电触点119b。分布层126还可以包括多个导电垫127b，这些导电垫连接到通路127a，并结合到第二多个电触点125。分布层126可具有多个交替的通孔127a以及其之间的连接件。通孔127a和导电垫127b可以包括诸如铜和铝的导电材料。分布层126可以包括电绝缘材料(例如二氧化硅)，通孔127a和导电垫127b被嵌入该电绝缘材料中。
x射线吸收层110与电子层120的结合可以通过合适技术，例如直接结合、引线可结合或倒装芯片结合。
直接结合是没有任何附加中间层(例如焊料凸块)的晶片接合过程。结合过程是基于两个表面之间的化学结合。直接结合可以在升高的温度下进行，但不是必须如此。
引线接合是使用引线接合(例如，金线和铜线)将所述x射线吸收层110连接到所述电子层120的接合过程。引线结合可以由诸如环氧树脂之类的电绝缘材料固定并保证安全。
倒装芯片接合使用焊料凸块330，该焊料凸块被沉积到接触垫(例如，分布层126的导电垫127b)。x射线吸收层110或电子层120翻转，并且各层的接触垫对准。焊料凸块330可被熔化，以将x射线吸收层110的接触垫和电子层120焊接在一起。焊料凸块330中的任何空隙空间可以被绝缘材料填充。
如图2b中的根据实施例的检测器100的详细横截面图所示。除了电子层120包括分布层126(即，分布层126形成于与电子层120的其余部分相同的衬底上)之外，图2b所示的结构与图2a中的结构相似。分布层126可以包括多个通孔127a，这些通孔与第二多个电触点125对准，并连接到第二多个电触点125。分布层126也可包括多个导电垫127b，这些导电垫连接到所述多个通孔127a，并结合到所述第一多个电触点119b。
在实施例中，分布层126可以嵌入到由电绝缘材料制成的板399中。x射线吸收层110和电子层120的至少一个也嵌入到该板399中。板399可以由任何合适的材料制成，如树脂、玻璃纤维、塑料、以及陶瓷。如果检测器100是小型的检测器，或者使用了包括电子层120以及x射线吸收层110的多个芯片，则板399可以是柔性的，并且检测器100即使板399弯曲的情况下也可以保持功能。
如图3a中的检测器100的详细横截面图所示，根据实施例，分布层126为板399的一部分，并且x射线吸收层110嵌入在板399中。各种相互连接件(例如，传输线311和312、通孔340、分布层126的通孔127a)可以形成在板399中。分布层126的导电垫127b可在板399中形成。通孔127a可以与第一多个电触点119b对准并与其连接，并与导电垫127b连接。分布层126可具有多个交替的通孔127a层及其之间的连接件。电子层120可结合到板399上，使得所述第二多个电触点125电连接到分布层126的导电垫127b。x射线吸收层110与电子层120的结合可以通过合适的技术，例如直接结合或倒装芯片结合。传输线311可将通孔340电连接到传输线312，传输线311和312可以将x射线吸收层的二极管或电阻器电连接到电路外部。板399中的传输线312可以被安排成距板399的表面的不同的深度处——传输线312可以被安排在不同的层中。
如图3b中的检测器100的详细横截面图所示，根据实施例，分布层126和电子层120嵌入到板399中。除了电子层120嵌入在板399中以及x射线吸收层110安装在该板上并结合到分配层126之外，图3b中所示结构类似于图3a中结构。
如图3c中的检测器100的详细横截面图所示，根据实施例，包括电子层120的多个芯片可以结合到包括x射线吸收层110的衬底上。x射线吸收层110延伸跨过多个芯片。x射线吸收层110包括分布层126(即，分布层126与x射线吸收层110的其余部分一样形成在相同的衬底上)。分布层126的细节如图2a所示。
如图3d中的检测器100的详细横截面图所示，根据实施例，可以将包括电子层120的多个芯片重构到晶片398中。晶片398结合至包括x射线吸收层110的衬底。x射线吸收层110延伸跨过多个芯片。x射线吸收层110包括分布层126(即，分布层126与x射线吸收层110的其余部分一样形成在相同的衬底上)。分布层126的细节如图2a所示。晶片重构是通过将多个芯片连接到支撑晶片397并填充芯片之间的间隙以形成整体晶片的过程。
如图3e中的检测器100的详细横截面图所示，根据实施例，包括电子层120的多个芯片可以被重构到芯片398中。芯片398被结合到包括x射线吸收层110的衬底上。x射线吸收层110延伸跨过多个芯片。每个芯片中的电子层120包括分布层126(即，分布层126与同一芯片中的电子层120在同一衬底上形成)。分布层126的细节如图2b所示。
图4a和图4b各自示出了根据实施例的电子系统121的部件图。电子系统121可包括第一电压比较器301、第二电压比较器302、计数器320、开关305、电压表306、以及控制器310。
第一电压比较器301配置成将二极管300或电阻器的数个电触点中的至少一个电触点(例如，第一多个电触点119b中的一个电触点)的电压与第一阈值比较。二极管可以是由第一掺杂区111、第二掺杂区113的数个离散区114中的一个离散区、以及可选的本征区112形成的二极管。第一电压比较器301可配置成直接监测电压，或通过对一段时间内流过二极管或电阻器的电触点的电流整合来计算电压。第一电压比较器301可由控制器310可控地启动或停用。第一电压比较器301可以是连续比较器。即，第一电压比较器301可配置成被连续地启动，并且连续监测电压。配置为连续比较器的第一电压比较器301使系统121错过由入射x射线光子产生的信号的机会减少。配置为连续比较器的第一电压比较器301在入射x射线强度相对高时尤其适合。第一电压比较器301可以是钟控比较器，其具有较低功耗的益处。配置为钟控比较器的第一电压比较器301可导致系统121错过由一些入射x射线光子产生的信号。在入射x射线光子强度低时，错过入射x射线光子的机会会因为两个连续光子之间的间隔相对长而低。因此，配置为钟控比较器的第一电压比较器301在入射x射线强度相对低时尤其适合。第一阈值可以是一个入射x射线光子可在二极管或电阻器中产生的最大电压的5-10％、10％-20％、20-30％、30-40％或40-50％。最大电压可取决于入射x射线光子的能量(即，入射x射线的波长)、x射线吸收层110的材料和其它因素。例如，第一阈值可以是50mv、100mv、150mv或200mv。
第二电压比较器302配置成将电压与第二阈值比较。第二电压比较器302可配置成直接监测电压，或通过对一段时间内流过二极管或电阻器电触点的电流整合来计算电压。第二电压比较器302可以是连续比较器。第二电压比较器302可由控制器310可控地启动或停用。在停用第二电压比较器302时，第二电压比较器302的功耗可以是启动第二电压比较器302时功耗的不到1％、不到5％、不到10％或不到20％。第二阈值的绝对值大于第一阈值的绝对值。如本文使用的，术语实数x的“绝对值”或“模数”|x|是x的非负值而不考虑它的符号。即，
第一电压比较器301或第二电压比较器302可包括一个或多个运算放大器或任何其他适合的电路。第一电压比较器301或第二电压比较器302可具有高速度以允许电子系统121在高入射x射线通量下操作。然而，具有高速度通常以功耗为代价。
计数器320配置成记录到达二极管或电阻器的x射线光子数目。计数器320可以是软件部件(例如，电脑存储器中存储的数目)或硬件部件(例如，4017ic和7490ic)。
控制器310可以是诸如微控制器和微处理器的硬件部件。控制器310配置成从第一电压比较器301确定电压的绝对值大于等于第一阈值的绝对值(例如，电压的绝对值从第一阈值绝对值以下增加到大于等于第一阈值绝对值的值)的时刻起启动时间延迟。在这里，因为电压可以是负的或正的而使用了绝对值，这取决于是使用二极管的阴极还是阳极，或者取决于使用了哪个电触点的电压。控制器310可配置成在第一电压比较器301确定电压绝对值大于等于第一阈值绝对值的时间之前，保持停用第二电压比较器302、计数器320以及任何第一电压比较器301的操作不需要的其他电路。时间延迟可在电压变稳定(即，电压的变化率大致为零)之前或之后终止。短语“电压的变化率大致为零”意指电压的时间变化小于0.1％/ns。短语“电压的变化率大致为非零”意指电压的时间变化至少是0.1％/ns。
控制器310可配置成在时间延迟期间(其包括开始和终止)启动第二电压比较器。在实施例中，控制器310配置成在时间延迟开始时启动第二电压比较器。术语“启动”意指促使部件进入操作状态(例如，通过发送诸如电压脉冲或逻辑电平的信号、通过提供电力等)。术语“停用”意指促使部件进入非操作状态(例如，通过发送诸如电压脉冲或逻辑电平的信号、通过切断电力等)。操作状态可具有比非操作状态更高的功耗(例如，高10倍、高100倍、高1000倍)。控制器310本身可被停用，直到第一电压比较器301的输出在电压绝对值大于等于第一阈值绝对值时启动控制器310。
如果在时间延迟期间，第二电压比较器302确定电压的绝对值大于等于第二阈值的绝对值，那么控制器310可配置成促使计数器320记录的数目增加一。
控制器310可配置成促使电压表306在时间延迟终止时测量电压。控制器310可配置成使二极管或电阻器的电触点连接到电接地，以便使电压复位并且使二极管或电阻器的电触点上累积的任何载流子放电。在实施例中，二极管或电阻器的电触点在时间延迟终止后连接到电接地。在实施例中，二极管或电阻器的电触点在有限复位时期连接到电接地。控制器310可通过控制开关305使二极管或电阻器的电触点连接到电接地。开关可以是晶体管，例如场效应晶体管(fet)。
在实施例中，系统121没有模拟滤波器网路(例如，rc网路)。在实施例中，系统121没有模拟电路。
电压表306可将它测量的电压作为模拟或数字信号反馈给控制器310。
电子系统121可包括电容器模块309，该电容器模块309电连接到二极管300或电阻器的电触点(例如，第一多个电触点119b)。电容器模块309被配置成从二极管或电阻器的电触点分别地收集载流子。每一个电容器模块能包括放大器的回馈路径中的电容器。如此配置的放大器叫作电容跨阻放大器(ctia)。ctia通过防止放大器饱和而具有高动态范围，并且通过限制信号路径中的带宽来提高信噪比。来自二极管或电阻器的数个电触点中的一个电触点的载流子在一段时间(“整合期”)(例如，如在图5中示出地在t0至t1或t1-t2之间)内在电容器上累积。在整合期终止后，对电容器电压采样，然后由复位开关将其复位。每一个电容器模块可以包括直接连接到二极管或电阻器的每一个电触点的电容器。电容器模块309可被配置成补偿在电容器模块309和二极管或电阻器的电触点之间的电路电容的变化(例如，通过调节电容器模块309的每一个电容器的电容)。
图5示意示出了由二极管或电阻器上入射的x射线光子产生的载流子所引起的、流过二极管或电阻器的一个电触点的电流的时间变化(上曲线)和二极管或电阻器的该电触点的电压的对应时间变化(下曲线)。电压可以是电流关于时间的整合。在时间t0，x射线光子撞击二极管或电阻器，载流子开始在二极管或电阻器的电触点中产生，电流开始流过二极管或电阻器的电触点，并且电触点电压的绝对值开始增加。在时间t1，第一电压比较器301确定电压的绝对值大于等于第一阈值v1的绝对值，控制器310启动时间延迟td1，并且控制器310可在td1开始时停用第一电压比较器301。如果控制器310在t1之前被停用，那么在t1启动控制器310。在td1期间，控制器310启动第二电压比较器302。如这里使用的术语——在时间延迟“期间”——意指开始和终止(即，结束)及其之间的任何时间。例如，控制器310可在td1终止时启动第二电压比较器302。如果在td1期间，第二电压比较器302确定在时间t2电压的绝对值大于等于第二阈值的绝对值，则控制器310促使计数器320记录的数目增加一。在时间te，x射线光子产生的所有载流子漂移出第一辐射吸收层110。在时间ts，时间延迟td1终止。在图5的示例中，时间ts在时间te之后；即，td1在x射线光子产生的所有载流子漂移出x射线吸收层110之后终止。由此，电压的变化率在ts大致为零。控制器310可配置成在td1终止时或在t2或其之间的任何时间停用第二电压比较器302。
控制器310可配置成促使电压表306在时间延迟td1终止时测量电压。在实施例中，当电压的变化率在时间延迟td1终止后大致变为零之后，控制器310促使电压表306测量电压。该时刻的电压与x射线光子产生的载流子的数量成正比，所产生的载流子数量与x射线光子的能量有关。控制器310可配置成基于电压表306所测量的电压来确定x射线光子的能量。在实施例中，控制器310可配置成通过将时间延迟td1终止时所测量的电压值乘以因子来确定x射线光子的能量，其中所述因子取决于在电子系统121和二极管或电阻器的电触点之间电路的电容。确定能量的一个方式是通过使电压装仓。计数器320可具有用于每个仓的子计数器。在控制器310确定辐射粒子的能量落在仓中时，控制器310可促使对于该仓的子计数器中所记录的数目增加一。因此，电子系统121能够检测x射线图像，并且能够分辨每个x射线光子的x射线光子能量。
在td1终止后，控制器310在复位期rst使二极管或电阻器的电触点连接到电接地，以允许二极管或电阻器的电触点上累积的载流子流到地并使电压复位。在rst之后，系统121准备检测另一个入射x射线光子。隐含地，系统121在图5的示例中可以处理的入射x射线光子的速率受限于1/(td1+rst)。如果第一电压比较器301被停用，控制器310可以在rst终止之前的任何时间启动它。如果控制器310被停用，可在rst终止之前启动它。
图6示意性地示出了检测器100可以具有像素150的阵列。该阵列可以是矩形阵列、蜂窝阵列、六边形阵列或任何其他合适的阵列。像素150可以与包括二极管的x射线吸收层110的离散区114周围的区域相关联，或与包括电阻器但不包括二极管的x射线吸收层110的第一多个电触点119b中的一个电触点周围的区域相关联。由入射在该区域中的x射线光子产生的载流子基本上全部(大于98％、大于99.5％、大于99.9％、或大于99.99％)流向离散区114或电触点119b。即小于2％、小于1％、小于0.1％、或小于0.01％的这些载流子流到与离散区域114或电触点119b相关联的像素之外。电子系统121可包括像素共享的部件或专用于单个像素的部件。例如，电子系统121可包括专用于每个像素的放大器和在所有像素之间共享的微处理器。电子系统121可被电连接到像素。
每个像素150可配置成检测其上入射的x射线光子、测量x射线光子的能量或两者兼而有之。例如，每个像素150可配置成在一段时间内对该像素150上入射的、能量落在多个仓中的x射线光子的数目计数。所有像素150可配置成在相同时段内对其上入射的、在多个能量仓内的x射线光子的数目计数。每个像素150可具有它自己的模数转换器(adc)，该模数转换器配置成使代表入射x射线光子能量的模拟信号数字化为数字信号。adc可具有10位或更高的解析度。每个像素150可配置成测量它的暗电流，例如在每个x射线光子入射在其上之前或与之并行地测量。每个像素150可配置成从其上入射的x射线光子的能量减去暗电流的贡献。像素150可配置成并行地操作。例如，在一个像素150测量入射x射线光子时，另一个像素150可等待x射线光子到达。像素150可以但不必独立可寻址。
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