X射线传感器、构造X射线传感器的方法以及包括这种X射线传感器的X射线成像系统

技术领域

所提出的技术通常涉及X射线应用如X射线成像，并且更具体而言涉及X射线传感器，也称为X射线检测器。所提出的技术还涉及用于构造X射线传感器的方法和具有包括这种X射线传感器的检测器系统的X射线成像系统。

背景技术

射线照相成像技术如X射线成像已经在医疗应用和无损检测中使用多年。

通常而言，X射线成像系统包括X射线源和X射线检测器系统。X射线源发出X射线，该X射线要穿过待成像的对象或物体，然后由X射线检测器系统记录。由于某些材料比其他材料会吸收更大分数的X射线，因此会形成该对象或物体的图像。X射线检测器可以有不同类型，包括能量积分检测器和光子计数检测器。

常规X射线检测器设计通常在顶侧包括一个由检测器二极管像素覆盖的有源检测器区域，例如，在基底是n-型高电阻率材料的情况下以条状或矩形或六边形区域p-型掺杂的形式。顶侧还包括所谓的结终端区域，其包括所谓的防护件。

为了获得最高灵敏度，检测器建立PiN二极管结构的所谓漂移区的高电阻n-型部分必须完全耗尽电荷。这要求在500-550μm厚的n-型区域施加至少400伏的电压，而在该结构中的最大电场位置上不要达到结击穿的条件。此外，检测器必须承受明显更高的电压，才能确保对由于在钝化氧化物中进行辐照而产生的正表面电荷具有耐受性。已知这会增加该表面的电场并降低击穿电压。该结终端的功能是沿该检测器的表面散布电场，以降低电场强度并确保对正氧化物电荷的耐受性以及检测器在辐照下的足够长的寿命。

该结终端有两个主要概念适用于PiN二极管和检测器。一个是多个浮动场环(Multiple Floating Field Rings)MFFR，第二个是所谓的结终端扩展(JunctionTermination Extension)JTE。MFFR使用将所施加的反向电压分成包含于阳极p+像素覆盖区域周围的浮动环之间的空间内的小的各部分的原理，而JTE则使用耗尽负电荷的受体之下的JTE中以及也在耗尽正电荷受体之下的n-型漂移区中的掺杂剂电荷之间的电荷中性原理。两种技术的一个特征是它们都使用大的区域。场减小的基本原理是与材料本体相比，要拓宽该表面上的耗尽区。对于所需的400V-800V的电压，该结终端的宽度为100μm-500μm，包括防护件在内。浮环通常配备金属板，有助于避免电势在像素二极管的边缘拥挤。

防护件是与最外层的p-型掺杂环接触的最外层电极，其功能是收集从检测器外部并朝向检测器边缘的泄漏电流。该电极通常会接地。

该终端的一个具体缺点是有源检测器区域的损失。而且，由于许多检测器组合以覆盖更大的区域，则每个各个检测器中的丢失区域在检测器矩阵中构成“死区”或盲区，这对所获得图像的质量具有负面影响。

美国专利4,377,816涉及一种半导体元件，其具有至少一个p-n结并且设置有用于改善p-n结的抑制行为的区域防护环。该区域防护环基本上充当了所谓的通道阻断器场阑的作用，以防止空间电荷区电场到达该设备的边缘，从而防止电流泄漏。这表示一种简单的平面二极管，而没有任何结终端，并且具有防止电场到达设备侧壁表面的唯一防护措施。

美国专利8,093,624涉及一种雪崩式光电二极管，该雪崩式光电二极管具有的器件结构使得在可见光和近红外波长处的填充因子接近100％，从而消除了光学聚焦技术之需。还提供了n-型有源区和p-型有源区。该n-型和p-型有源区中的第一有源区在第一基底表面处设置于半导体基底中。n-型和p-型有源区中的第二有源区包括在基底中的第一深度处设置于有源区中的第一有源区下方的高场区，在基底中比第一深度更深的第二深度处的第一有源区的横向外侧设置的中场区，和连接该基底中的高场区和中场区的阶带区(stepzone)。利用这种构造设计，该光电二极管结构通过基本抑制绕过该器件的高场雪崩区域的光电子路径而防止非雪崩式光电子的收集。提供为p+区域的常规通道阻断区域位于该光电二极管的边缘。光电二极管还可以在阴极的外围处包括常规的防护环结构，例如，以圆形构造结构横向围绕光电二极管阴极。该雪崩式光电二极管在雪崩条件下运行会低压下击穿，并且未解决终止整个像素二极管阵列的问题。美国专利8,093,624更确切地涉及各个光电二极管的设计和构造，其中通道阻断器用于分隔各个像素二极管。

EP 0661753 A1涉及一种用于半导体结构的改进边缘终端方案，该半导体结构包括具有细至粗的递增方案的场限环，其在空间上相加以确保抵抗横向结变化的恒定性。这种空间增加方案极大地提高了击穿电压特性。另外，冗余环用于进一步保证该设备对制造变化的不敏感性。

尽管在检测器设计上进行了所有努力，但仍有改进的空间。所提出的技术旨在提供一种具有改进的结终端，特别是利用浮动场限环的结终端的X射线检测器。

发明内容

通常而言，一个目的是提供一种改进的X射线传感器，有时也称为X射线检测器，其具有包括浮动场限环(Floating Field Limiting Ring)的结终端。这种浮动场限环FFR有时称为场限环FLR。

一个具体的目的是提供一种改进的X射线传感器，其中FLR以使得能够获得更均匀的表面电场分布的方式进行空间分布。

具体而言，提供一种X射线传感器，其中在结终端内的电场峰值在所有FLR内具有很好平衡幅度，是合乎需要的。均匀的表面电场分布能够使结终端占据空间量减少，从而减少无源区域。

另一个目的是提供一种用于构造具有上述特征的X射线传感器的方法。

另一个目的是提供一种包括这种X射线传感器的X射线成像系统。

本发明的实施例满足了这些和其他目的。

根据第一方面，提供了一种具有包括设置于该X射线传感器的表面区域上的多个检测器二极管的有源检测器区域的X射线传感器，该X射线传感器还包括围绕该表面区域的结终端，该结终端包括最靠近该表面区域末端设置的防护件(5)，设置于该防护件外部的场阑和设置于防护件和场阑之间的N个场限环FLR，其中每个FLR(7)经过定位而使该防护件与第一FLR之间的距离以及不同FLR之间的距离满足以下约束条件：

·这些距离位于有效区域内，该有效区域由线α＝(10+1.3×(n-1))μm和β＝(5+1.05×(n-1))μm限定，和

·连续FLR(7)之间的距离是恒定的或随着n的增加而增加，其中n表示FLR(7)的指数，其中1≤n≤N。

根据第二方面，提供了一种用于构造X射线传感器的方法。该方法包括在材料基底的表面区域上提供多个检测器二极管。该方法还包括为该材料基底提供(S2)围绕该表面区域的结终端；其中该结终端通过以下步骤进行构建：

·在该表面区域附近提供防护环，和

·在该防护环之外提供场阑，和

·选择N个位置，这些位置经过选择以使不同FLR之间的距离以及防护件与第一个FLR之间的距离满足以下约束条件：

·这些距离位于由线α＝(10+1.3×(n-1))μm和β＝(5+1.05×(n-1))μm限定的有效区域内，和

·连续FLR(7)之间的距离随着n的增加而增加，或是相同的，其中n表示这些位置的指数，并且1≤n≤N。

该方法还包括将场限环FLR置于每个所选的位置上。

根据第三方面，提供了一种X射线成像系统。该X射线成像系统包括构造成发射X射线的X射线源。该X射线成像系统还包括X射线控制器，该X射线控制器连接到X射线源并且构造成控制来自X射线源的X射线的发射。该X射线成像系统还包括X射线检测器系统，该X射线检测器系统包括至少一个根据第一方面的X射线检测器。

所提出的技术的基本思想是提供一种X射线传感器，其中为场浮动环FFR提供的空间分布确保了在所有环内都能很好地平衡电场峰值的幅度。这种平衡的电场峰值将降低传感器被高电压损坏的风险，即电压超过传感器材料的击穿电压，并且同时能够更好地利用该终端所占的区域。

当阅读详细描述时，将会理解其他优点。

附图说明

通过参考以下结合附图进行的描述，可以最好地理解各实施方式及其进一步的目的和优点。

图1是图示说明整个X射线成像系统的一个实施例的示意图。

图2是举例说明X射线成像系统的另一实施例的示意图。

图3是图示说明根据一个实施方式的从顶视图进行观察的X射线传感器的一个实施例的示意图。

图4是图示说明当在结终端中使用三个场限环FLR时的充分平衡电场峰值分布图。

图5是图示说明当在结终端中使用四个FLR时的充分平衡电场峰值分布图。

图6是图示说明当在结终端中使用五个FLR时的充分平衡电场峰值分布图。

图7是图示说明当使用大量的FLR时的不平衡电场峰值分布图。

图8是包括具有FLR的结终端的X射线传感器的一部分的示意性截面图。

图9是X射线传感器包括具有FLR的结终端的部分的截面示意图。这显示了相邻FLR之间的各个距离。

图10是图示说明有效区域的概念的示例性曲线图。这显示了如何从有效区域内的点中选择出相邻FLR之间的特定距离。在此处，选择了四个距离，一个距离是FLR和防护件之间的距离，而另三个距离是对应于相邻FLR之间的距离。

图11是图示说明有效区域的概念的示例性曲线图。这显示了如何从有效区域内的点中选择出相邻FLR之间的特定距离。在此处，选择了十四个距离，一个距离是FLR与防护件之间的距离，而另十三个距离是对应于相邻FLR之间的距离。

图12是提供有效区域的概念的替代图示的示例性曲线图。这显示了如何从有效区域内的点中选择出不同FLR之间以及防护件与第一个FLR之间的距离。

图13是图示说明当在结终端中使用五个FLR并根据本发明已经选择出FLR的位置的情况下的充分平衡电场峰值分布图。

图14是图示说明如何根据本发明从该曲线图中不属于有效区域的部分的区域中选择出各距离的曲线图。这显示了两个不同的案例，案例A和案例C。

图15是图示说明当根据案例A选择各位置时获得的不平衡电场峰值分布曲线图。

图16是图示说明当根据案例C选择各位置时获得的不平衡电场峰值分布曲线图。

图17是图示说明根据所提出的技术的一个实施方式从顶视图观察的X射线传感器的实施例的示意图。

图18是图示说明根据所提出的技术用于构造X射线传感器的方法的示意性流程图。

具体实施方式

可以是有用的是，参照图1示意性地开始简要概述整个X射线成像系统。在该非限制性示例中，该X射线成像系统100基本上包括X射线源10、X射线检测器系统20和相关的图像处理设备30。通常而言，X射线检测器系统20配置成用于记录来自X射线源10的、可以已被可选的X射线光学器件聚焦并穿过了物体或对象或其部分的辐射。X射线检测器系统20可以经由适当的模拟处理和读出电子设备连接到图像处理设备30，该模拟处理和读出电子设备可以集成于X射线检测器系统20中以使得能够通过图像处理设备30进行图像处理和/或图像重建。

如图2所示，X射线成像系统100的另一个实例包括发射X射线的X射线源10；X射线检测器系统20，其在X射线穿过物体之后对其进行检测；模拟处理电路25，其处理来自检测器的原始电信号并将其数字化；数字处理电路40，其可以对测得的数据进行进一步的处理操作，如实施校正、暂时存储、或过滤；和计算机50，其存储处理后的数据，并可以执行进一步的后处理和/或图像重建。

整个检测器可以视为X射线检测器系统20，或与相关模拟处理电路25组合的X射线检测器系统20。

包括数字处理电路40和/或计算机50的数字部分可以当作数字图像处理系统30，其基于来自X射线检测器的图像数据执行图像重建。图像处理系统30因此可以视为计算机50，或可替代地数字处理电路40和计算机50的组合系统，或者如果该数字处理电路也进一步专用于图像处理和/或重建，则可以视为数字处理电路40本身。

常用的X射线成像系统的一个实例是计算机断层扫描CT系统，该系统可以包括产生X射线扇形或锥形束的X射线源，以及用于记录X射线传输穿过患者或物体的分数的相对X射线检测器系统。该X射线源和检测器系统通常安装于围绕成像物体旋转的机架(gantry)中。

因此，图2所示的X射线源10和X射线检测器系统20由此可以设置成CT系统的部分，例如，可安装于CT机架上。

现代的X射线检测器通常需要将入射X射线转换为电子，这通常通过光吸收或通过Compton相互作用而发生，并且所产生的电子通常会产生次级可见光，直到其能量消失并进而通过光敏材料对该光进行检测。还有一些检测器是基于半导体的，并且在这种情况下，由X射线产生的电子正在根据通过施加电场收集的电子-空穴对而产生电荷。

常规的X射线检测器是能量积分的，因此每个检测到的光子对检测到的信号的贡献与其能量成正比，并且在常规CT中，针对单个能量分布获取测量值。因此，由常规CT系统产生的图像具有一定的外观，其中不同的组织和材料显示某些范围内的典型值。

在某些应用中，光子计数检测器也已成为可行的替代方法；当前，这些检测器主要商业可用于乳房X线照相术(mammography)中。光子计数检测器具有一定的优势，因为原则上可以测量每个X射线的能量，这会产生有关该物体的组成的其他信息。该信息能够用于提高图像质量和/或降低辐射剂量。

与能量积分系统相比，光子计数CT具有以下优点。首先，通过在光子计数检测器中将最低能量阈值设置成高于本底噪声，就能够排除由能量积分检测器积分到信号中的电子噪声。其次，能量信息通过检测器进行提取，这允许通过最佳能量加权改善对比度-噪声比，并且还允许有效实施所谓的物质基础分解，借此所检测的对象或物体中的不同材料和/或组分就能够被识别和量化。第三，可以使用有益于分解技术如K-边缘成像的两种以上的基础材料，由此定量测定造影剂，例如，碘或钆的分布。第四，没有检测器余辉，这意味着可以获得高角度分辨率。最后但并非最不重要的是，通过使用更小的像素尺寸能够实现更高的空间分辨率。

用于光子计数X射线检测器的最有前景的材料是碲化镉CdTe、碲化镉锌CZT和硅Si。CdTe和CZT被用于几个光子计数光谱CT项目中，以提高临床CT中使用的高能X射线的吸收效率。然而，由于CdTe/CZT的一些缺点，这些项目进展缓慢。CdTe/CZT的载流子迁移率低，这导致严重的脉冲堆积，其通量率比临床实践中遇到的通量率低十倍。缓解此问题的一种方法是减小像素尺寸，而由于电荷共享和K逸出而导致频谱失真增加。此外，CdTe/CZT会遭受电荷俘获，这会导致在光子通量达到一定水平时导致输出计数率快速下降的极化。

相对而言，硅具有较高的载流子迁移率，并且没有极化问题。成熟的制造工艺和相对较低的成本也是其优势。但硅具有CdTe/CZT没有的局限性。因此，硅传感器必须相当厚，才能补偿其低的制动功率(stopping power)。通常而言，硅传感器需要几厘米的厚度才能吸收大多数入射光子，而CdTe/CZT仅需要几毫米。另一方面，硅的长衰减路径也使得其有可能将检测器分成不同的深度段，这将在下面进行解释。这进而使得硅基(硅类，基于硅的，silicon-based)光子计数检测器有可能正确处理CT中的高通量。

当使用简单的半导体材料如硅或锗时，Compton散射会导致许多X射线光子在转换为检测器中的电子-空穴对之前先从高能量转换为低能量。这导致大部分X射线光子最初以更高的能量产生，却产生比预期少得多的电子-空穴对，这进而会导致大部分光子通量出现在能量分布的低端。为了检测尽可能多的X射线光子，因此有必要检测尽可能低的能量。

常规X射线传感器/检测器设计通常在顶侧包括一个有源检测器区域，该区域由检测器二极管像素覆盖，例如，在基底是n-型高电阻率材料的情况下，以条状或矩形或六边形区域p-型掺杂形式。根据X射线传感器/检测器设计的主要趋势，顶侧还包括所谓的结终端区域。所提出的技术旨在提供一种具有改善的结终端的X射线检测器。本发明人特别地意识到，FLR的特定分布会产生FLR内高度平衡的电场峰值。即，在这些FLR内，电场峰值的幅度几乎相同。这是由于FLR相对于结终端的防护环的特定分布所致。在描述所提出的X射线传感器的特征之前，将提供具有FLR的X射线传感器的简要描述。应该注意的是，FLR有时称为浮动环，甚至称为浮动场限环FFLR。

为了描述利用FLR的传感器设计，参考图3。在图3中，图示说明了如何将多个二极管2(例如，像素二极管)用包括有时称为防护环的防护件5、场阑6和设置于防护件5和场阑6之间的多个FLR 7的结终端封闭。在图3中描述的传感器设计中，防护环的功能和FLR的功能通常明显不同且独立。FLR的功能是控制设备外围和设备表面的电场。通常而言，防护环的功能是完全收集在作为像素二极管阵列的传感器外围产生的泄漏电流。FLR概念可以用于终止高压平面p-n结，并且基于与围绕该p-n结的二极管的高掺杂侧相同的掺杂类型的多个扩散同心环的定位。在向二极管施加反向电压时，扩散环之间的空间会吸收电势。扩散环通常配备有金属或多晶硅场板，以扩散和软化靠近于扩散环两侧产生的内扩散p-n结的边缘的电场分布。通常需要大量等距环，才能使环之间的电势以及由此所致的表面电场相对于钝化材料保持足够低。环的数量随阻断电压的值而增加，并且FLR终端通常并不节省空间，因为它需要相对较大的表面积。除了FLR结构之外，通常通过使用与环相反类型的掺杂剂在环外部设置场阑环，以防止空间电荷区域向该芯片的缺陷边缘区域扩展。n制动环的意义仅限于极性相反的表面电荷的情况，这意味着在n-型低掺杂检测器本体材料以及p-型阳极区域和p-型FLR环的情况下是负电荷。通常而言，由于在氧化的硅表面上进行X射线曝光，预期会产生正表面电荷。

所提出的用于X射线检测器的FLR设计的一个具体目标是减少终端的横向延伸，以降低有源传感器区域的损耗，而同时确保在各FLR内的电场峰值之间保持平衡。也就是说，在不同的FLR内，电场峰值的幅度是相对相同的。

最空间有效的终端是导致表面电场呈矩形分布的终端。这遵循泊松(Poisson)方程，根据泊松方程，阻断电压是电场的积分。在FLR终端的情况下，表面上的电场分布由来自各环之间每个空间的三角形分布之和组成。为了减小终端的横向膨胀，必须以这样的方式进行尺寸控制，才能在所有间隔中确保相等的电场峰值高度，并还最小化扩散环的宽度。

此外，从可靠性的角度而言，在传感器的预测寿命期间必须保持准均匀、相等的场峰值分布。在暴露于X射线照射下，正表面电荷的积累出现于靠近硅和二氧化硅界面的氧化物中。在结的高掺杂侧为p-型的情况下，正表面电荷会导致电场分布朝p-n结外围漂移。这意味着属于最内环的电场最大值增大而外环的电场最大值减小。电场分布偏斜，并且最大值向主p-n结，即属于防护环的p-n结的外边缘发生漂移。空间有效的设计必须以此方式进行搭配，才能在表面电荷值的宽范围内或至少从0至1×10

基于此，所提出的技术提供了借此解决至少三个复杂问题的机制。所提出的FLR分布会确保FFR结终端的横向扩展减少。这由此确保了更大的有源检测区域。所提出的FLR分布还可以确保均匀的表面电场分布。这意味着，在FFR终端的情况下，电场峰值的幅度相对相等。所提出的FLR分布还确保对正表面电荷的敏感性降低。这遵循以下事实：电场分布将保持均匀，直到正表面电荷浓度的最高可能值。X射线检测器自然会暴露于X射线辐射。众所周知，X射线辐射会导致正电荷在覆盖检测器表面的氧化物中积累。正表面电荷会导致电场分布朝防护件漂移，并导致FFR终端中防护件和第一环之间的电场值增加。这会导致泄漏电流增加，并最终导致电压阻断特性损失，即最大阻断电压降低。这是检测器老化的部分，并构成影响应用中检测器寿命的重要特征。

现在参考图8，图8图示说明了根据图3所示的传感器设计的包括结终端的X射线传感器的截面。此处，该示意性图示说明的X射线传感器1包括检测器二极管2、结终端4和场阑6。该结终端由此包括防护件5和多个FLR7。在该构型中，相邻FLR之间的距离Δ是恒定的，即，每对相邻FLR之间的距离Δ是相同的。该图还图示了三个其他距离，即防护环5与最近的检测器元件2之间的距离Δ

在继续进行之前，我们提供本公开中使用的标记的简短描述。对于标记X

所提出的技术旨在改善图8中所示的设计。具体而言，其目的在于提供结终端的特定设计，其中以特定方式对各FLR进行定位，即，其中相邻FLR之间的距离经过选择才能满足特定标准。参考图9，其图示说明了与图8相同的截面，所提出的技术提供了一种X射线传感器，其中相邻FLR之间的特定距离Δ

在描述所提出的技术的具体实施方式之前，将提供对传感器之下的协作功能特征的更一般性描述。本发明人已经认识到，对于具有使用FLR的结终端的传感器而言，特别重要的特性是要在所有FLR上获得平衡的场峰值分布。即，电场峰值在所有FLR上优选应该具有相对相同的幅度。为了突出该见解，参照图7，其图示说明了利用相对大量等距放置的FLR的特定结终端的电场峰值。从图中可以清楚地看到，各种FLR的场峰值幅度差异很大。相反，所需要的是更多例如在图4、5和6中所示的分布。

本发明人还意识到，为了增加有源检测器面积，FLR的数量N应优选相当小，例如，N≤10。为了实现上述平衡的电场峰值分布，而同时能够使用小数量的FLR，则需要特定类型的FLR距离分布。所提出的技术旨在提供这种FLR距离分布。

实际上，所提出的FLR距离分布与整个FLR距离分布家族有关，该FLR距离分布家族被限制于特定区域(称为有效区域)内。为了理解这个概念，要参考图11，该图图示说明了由两条线约束的区域。图中的y轴表示以微米为单位的间距值，即两个相邻FLR之间的可能间距。x轴表示特定间距的指数。虚线所示的约束线具有Δ

正如上所述，要选择一个FLR距离分布，以使分隔一对相邻FLR的每个距离都位于有效区域内，该有效区域部分被两条具有Δ

图11中图示说明了另一具体示例性构型。在该具体实例中，分布了14个FLR。为实现此目的，在有效区域中的14个点以相邻FLR之间的距离随着n的增加而增加，或其中至少一些在连续FLR对内保持恒定为约束条件进行选择。如图10中选择了前四个距离。指数为5的FLR与指数为4的FLR的距离为约14μm。但指数为6和7的FLR的距离与指数为5的FLR的距离相同。就是说，提供具有指数6的FLR要距离具有指数5的FLR约14μm，而提供具有指数7的FLR要与具有指数6的FLR距离约14μm。这在图11中清楚地图示出，正如它们全部位于图中相同的水平线上。然后，指数为8的FLR定位与指数为7的FLR距离约17μm，而指数为9和10的FLR定位距离指数为8的FLR具有相同的分隔距离。最后，指数为11的FLR应该定位应该距离指数为10的FLR约20μm。此处，提供指数为12、13和14的FLR具有与指数为11的FLR相同的分隔距离。由图10和11显而易见的是，所有选定的距离都处于有效区域内，并且连续FLR 7之间的所有距离都是恒定的，或随着n的增加而增加，其中n表示FLR 7的指数，并且1≤n≤N，其中N是FLR的总数。即使在此实例中，FLR之间的距离在0-3μm内变化，但在整个分布内平均的平均距离增量却为约1.0μm。

所提供的实例举例说明了所提出的技术的设计规则。首先，有效区域通过具有函数形式Δ

因此，所提出的技术提供了一种X射线传感器1，其具有有源检测器区域，该有源检测器区域包括多个设置于X射线传感器1的表面区域3上的检测器二极管2。该X射线传感器1还包括围绕包括多个检测器二极管2的表面区域3的结终端4。结终端4包括最靠近表面区域3末端设置的防护件5，设置于防护件2外侧的场阑6和N个设置于防护件5和场阑6之间的场限环FLR 7。每个FLR 7经过定位而使防护件5和第一FLR之间的距离以及不同的FLR 7之间的距离满足以下约束条件：

·这些距离位于有效区域内，所述有效区域由线α＝(10+1.3×(n-1))μm和β＝(5+1.05×(n-1))μm限定，和

·连续FLR 7之间的距离是恒定的或随着n的增加而增加，其中n表示FLR 7的指数，其中1≤n≤N。

更具体而言，浮环由具有确定的宽度和特定的金属化的内扩散p-n结构成。根据所提出的技术，每个FLR经过定位而使属于前一个环的p-n结边缘的外边缘与后一个环的p-n结内边缘的距离入选具有函数形式Δ

所提出的技术提供了一种X射线传感器，其中N个各FLR经过定位而确保电场峰值分布平衡，正如图5和6中所示。当FLR的数目N相对较小时，即，当从区间1≤N≤10中选择FLR的数量N时，所提出的技术已经证实是特别有效。

在图13中提供了标识为案例B的特定说明性构型的电场分布。结终端具有4个FLR，并且在施加的500V电压下显示了两个正表面电荷值的表面电场分布。这对应于耗尽500μm厚的整个体积所需的电压。显示的是正表面电荷密度1E10 cm

所有特定的FLR构型都可以选择，前提是它们满足上述标准。这些构型可以是近似线性的构型，如图10所示，或非线性构型，如图11中示意性所示。接着，我们将描述或多或少的线性构型的具体实例。通过根据具体线性形式的分布函数选择相邻FLR之间的距离，而获得这些构型。在这些实施方式中，应该全部选择用于分配FLR的线性函数形式，以使相邻FLR之间的距离处于前面所述的特定有效区域内。Δ

上面描述了如何选择相邻FLR之间的各距离，以获得具有所需特征的结终端。所提出的技术还提供了另一种分布FLR以获得相同结果的方式。这种替代方式也满足了先前设定的标准，即各距离落入有效区域内，并且距离随着n的增加而增加或保持不变，从而相对于防护件5，对FLR进行分布。即，位置X

根据所提出的技术考虑FLR的宽度尺寸的实施方式，提供了一种X射线传感器，其中FLR 7的数量n(其中1≤n≤N＝FLR的总数)以由以下公式给出的距离防护件5的距离进行置位：

其中n表示特定FLR 7的指数，δ表示长度参数，σ表示FLR的宽度，并且其中X

以下我们将提供所提出的X射线传感器的多个示例性实施方式。这些实施方式不应该被解释为限制所提出的技术的范围。

满足这些标准的所提出的技术的特定实施方式由X射线传感器提供，其中，长度参数δ选自区间[1.05μm，1.30μm]。

根据满足这些标准的所提出的技术的另一特定实施方式，提供了一种X射线传感器，其中所述分隔距离Δ

正如上所述，所提出的技术提供了一种X射线传感器，其中N个各FLR经过定位，以确保平衡的电场峰值分布，正如，例如，图5和6中所示。当FLR的数量N相对较小时，即从区间1≤N≤10中选择FLR的数量N时，所提出的技术据证实是特别有效的。

根据所提出的技术的优选实施方式，提供了一种X射线传感器1，其中FLR的数量N选自区间3≤N≤8。

所提出的技术的特别优选的实施方式提供了一种X射线传感器1，其中FLR的数量N由N＝6给出。

如果还满足另一个约束条件，则会获得另一个优选实施方式。即，防护件和最靠近防护件的检测器元件之间的距离Δ

为了提供根据所提出的技术的传感器的明确实例，现在参考图17。图17提供了如图3所示的传感器的一部分的示意性俯视图。请注意，图17中的距离不是按比例的。该传感器包括被防护环5和六个场限环FLR包围的多个检测器二极管2。还显示了一个可选的标为FS的场阑。根据所提出的技术，应该选择各环之间的不同间距。首先，防护环5以距最近检测器元件的距离Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

该特定距离Δ

可选的是，距离Δ

根据所提出技术的另一可选实施方式，防护环的宽度应不小于约20μm，并且优选应该不大于约100μm。换句话说，所提出的技术提供了一种X射线传感器1，其中防护环5的宽度ω选自区间20μm≤ω≤100μm，优选区间25μm≤ω≤55μm，更优选区间45μm≤ω≤55μm，特别优选的替代方案由49μm≤ω≤51μm提供。

通过指定FLR相对于防护件5的位置，提供了所提出的技术满足位于有效区域内并呈现连续FLR之间的距离不变或随着n增加而增加的约束条件的具体实施方式，其中n表示FLR的指数。该实施方式提供了一种X射线传感器1，其具有有源检测器区域，该有源检测器区域包括设置于X射线传感器1的表面区域3上的多个检测器二极管2。X射线传感器1还包括围绕包括多个检测二极管2的表面区域3的结终端。结终端4包括最靠近表面区域3的端部设置的防护件5、设置于防护件5外部的场阑6和N个设置于防护件5和场阑6之间的场限环FLR7。每个FLR 7经过定位而使它们距离防护件5的距离由公式

根据该具体实施例，各位置应该由以下函数形式确定：

5μm≤Δ

让我们通过查看相对于防护件的N＝3个FLR的分布对该具体实施方式进行举例说明。利用公式

X

X

X

选择Δ

X

X

X

该分布描点绘制于图12中。

根据上面的数值实例中，显而易见的是，相邻FLR之间的各距离随n的增加而增加。这些点也落入有效区域内。因此，图12提供了用于设计这种传感器的有效区域的示意图。图12针对6μm的恒定FLR宽度绘制，其图示说明了如何将第一FLR设置于距防护件8μm的位置。第二FLR设置于距防护件20.05μm的位置，而第三FLR设置于距防护件33.15μm的位置。该距离定义为防护环5的外端与各FLR的中心之间的距离。正如能够看出，这些点全部位于由两条线所界定的区域内，并且毗邻或相邻FLR之间的距离随FLR的指数n的增加而增加。此具体实施例仅包含三个FLR，然而，对于更大的n值，使用公式

为了提供举例说明如何定位FLR的附加实施例，参考了图17。图17提供了如图3所示的传感器的一部分的示意性俯视图。请注意，图17中的距离不是按比例的。该传感器包括多个检测器二极管2、一个防护环5、六个FLR和一个表示为FS的可选场阑。在此具体实施例中，假定每个FLR具有宽度延伸均为σ。各FLR相对于防护环的定位需要知道FLR的宽度。所提出的技术提供的传感器中，从防护环观察，该n个不同FLR位于位置X

就其宽度尺寸而言，第一FLR的中心具有距离防护环5的距离由X

就其宽度尺寸而言，第二FLR的中心具有距离防护环5的距离由X

就其宽度尺寸而言，第三FLR的中心具有距离防护环5的距离由X

就其宽度尺寸而言，第四FLR的中心具有距离防护环5的距离由X

就其宽度尺寸而言，第五FLR的中心具有距离防护环5的距离由X

就其宽度尺寸而言，第六FLR的中心具有距离防护环5的距离由X

此外，该具体传感器包含防护环，该防护环以距离最近检测器元件2的距离Δ

在上面的实施例中为六个FLR分配位置的另一种方法是使用公式

使用上述公式，能够生成六个FLR相对于防护件的位置为：

X

X

X

X

X

X

现在有可能通过测量FLR的宽度σ，并从以下区间中选择Δ

5μm≤Δ

在要选择特定值的情况下，条件是相邻FLR之间的距离是恒定的，或者随着n的增加而增加。该过程将产生一族可能分布，每个分布对应于Δ

所提出的技术提供了一种X射线传感器，该传感器会产生平衡的电场峰值分布，并特别适用于小数量的FLR。这种组合使得X射线传感器高度合乎需要。该设计提供了一种更具鲁棒性的传感器，因为传感器暴露于所用材料的击穿电压之内的电压的风险得以降低。该传感器能够同时启用更小数量的FLR。这是非常需要的功能，因为通过减少FLR数量而节省的区域能够用作检测区域。由此，这将改善传感器输出的整体质量。

所提出的技术还特别适合于掺杂浓度相当低的传感器。它特别适合用于X射线传感器，其中有源检测器区域包含具有掺杂浓度处于区间1×10

所提出的技术的另一特定实施方式提供一种X射线传感器，其中有源检测器区域包括具有与场限环相反的掺杂类型的掺杂材料，如硅，即，如果有源检测器区域包括n-型掺杂的材料，则FLR就掺杂p-型掺杂。

根据所提出的技术的可选实施方式，在最后的FLR，即，在使用N个FLR的情况下具有指数N的FLR，与场阑6之间的距离Δ

在下面将对已经描述所提出的X射线传感器的各实施方式描述用于构造这种X射线传感器的具体方法。

根据该具体方面，所提出的技术提供了一种用于构造X射线传感器1的方法。该方法包括在材料基底的表面区域上提供S1多个检测器二极管的步骤。该方法还包括向材料基底提供S2围绕表面区域的结终端。该结终端通过以下步骤构建：

·毗邻表面区域提供S3防护环，和

·在防护环之外提供S4场阑，和

·选择S5 N个位置，这些位置经过选择而以不同FLR 7之间以及防护件与第一FLR之间的距离满足以下约束条件：

·该距离处于由线α＝(10+1.3×(n-1))μm和β＝(5+1.05×(n-1))μm限定的有效区域内，并且

·连续FLR 7之间的距离随着n的增加而增加或是相同的，其中n表示各位置的指数，并且1≤n≤N。

该方法还包括将场限环FLR放置S6于每个所选位置上。

根据所提出技术的具体实施方式，提供了一种方法，其中选择N个位置的步骤S5包括选择距离Δ

上述实施方式考虑了FLR的宽度尺寸。FLR设置于所选位置的步骤包括将FLR的中心点相对于宽度尺寸而设置于所选位置上。

根据所提出的技术的另一具体实施方式，提供了一种方法，其中长度参数δ选自区间[1.05μm，1.30μm]。

根据所提出的技术的另一具体实施方式，提供了一种方法，其中分隔距离Δ

根据所提出的技术的另一具体实施方式，提供了一种方法，其中FLR的数量N选自区间1≤N≤10。

根据所提出的技术的另一具体实施方式，提供了一种方法，其中FLR的数量N选自区间2≤N≤8。

根据所提出技术的另一具体实施方式，提供了一种方法，其中FLR的数量N由N＝6给出。

根据所提出的技术还有的另一个实施方式，提供了一种方法，其中提供防护环的步骤S3包括以距离设置于表面区域3上的最近检测器二极管2的距离Δ

根据所提出的技术还有的另一个实施方式，提供了一种方法，其中提供防护环的步骤S3包括提供具有宽度w的防护环，该宽度ω选自区间20μm≤ω≤100μm，优选区间25μm≤ω≤55μm，更优选区间45μm≤ω≤55μm，特别优选的替代方案由49μm≤ω≤51μm给出。

根据所提出的技术的一个具体实施方式，提供了一种方法，其中在材料基底的表面区域上提供S1多个检测器二极管的步骤包括在掺杂浓度处于1×10

根据所提出的技术的一个具体实施方式，提供了一种方法，其中所述多个检测器二极管设置于具有第一类型掺杂的硅基底上，并且其中在每个所选位置上设置S6场限环FLR的步骤包括将第二类型掺杂的FLR设置于每个所选的位置上。

根据所提出的技术的具体实施方式，提供了一种用于构建包括六个场限环FLR的X射线传感器1的方法。该方法包括在材料基底如硅的表面区域上提供S1多个检测器二极管2的步骤。该方法还包括为材料基底提供S2围绕该表面区域的结终端。该结终端通过在该表面区域的末端提供S3防护环，并在该防护环外部提供S4场阑进行构建。该结终端通过选择S5六个位置X

第一位置X

第二位置X

第三位置X

第四位置X

第五位置X

第六位置X

该方法还包括将场限环FLR设置S6于每个所选的位置的步骤。

上述实施方式考虑了FLR的宽度尺寸。FLR设置于所选位置的步骤包括将FLR的中心点，即相对于FLR的宽度尺寸的中心点，设置于所选位置。

该方法还可以包括以距离最近检测器元件2的距离Δ

该方法可以可选地包括以距离第六FLR的距离Δ

根据所提出的技术的另一方面，提供了一种X射线成像系统100，其包括构造成发射X射线的X射线源10。X射线成像系统100还包括X射线检测器系统20，该X射线检测器系统20包括至少一个根据所提出的技术的X射线传感器1。X射线成像系统100还包括图像处理设备30。这种X射线成像系统100如图1中所示。

正如图2中所示，X射线成像系统100的详细实例包括发射X射线的X射线源10；X射线检测器系统20，其在X射线穿过物体之后对其进行检测；模拟处理电路25，其处理来自检测器的原始电信号并将其数字化；数字处理电路40，其可以对所测得的数据进行进一步的处理操作，如进行校正、暂时存储或过滤；计算机50，其存储处理后的数据，并可以执行进一步的后处理和/或图像重建。

整个检测器可以视为X射线检测器系统20，或与相关模拟处理电路25组合的X射线检测器系统20。

包括数字处理电路40和/或计算机50的数字部分可以视为是数字图像处理系统30，其基于来自X射线检测器的图像数据执行图像重建。图像处理系统30因此可以视为计算机50，或可替代地作为数字处理电路40和计算机50的组合系统，或如果数字处理电路也进一步专用于图像处理和/或重建，则有可能视为数字处理电路40本身。

常用的X射线成像系统的一个实例是计算机断层扫描(CT)系统，该系统可以包括产生X射线扇形或锥形束的X射线源和用于记录透射患者或物体的X射线的分数。X射线源和检测器系统通常安装于围绕成像对象旋转的机架上。

因此，图2所示的X射线源10和X射线检测器系统20可以由此设置成CT系统的部分，例如，能够安装于CT机架上。