本發(fā)明涉及半導(dǎo)體x射線探測(cè)器領(lǐng)域，尤其涉及一種x射線能量探測(cè)器。

背景技術(shù)：

1、隨著x射線的發(fā)現(xiàn)，目前x光成像已在現(xiàn)代醫(yī)療影像領(lǐng)域獲得了大量的應(yīng)用，對(duì)于x射線的定量探測(cè)也提出了更高的要求。在能譜ct成像領(lǐng)域，具有x射線能量解析功能的探測(cè)器是其重要組成部分。目前x射線探測(cè)器主要有間接型和直接型探測(cè)器兩種類型，其中間接型探測(cè)器利用閃爍體材料吸收x射線并轉(zhuǎn)化為可見光信號(hào)，并通過光電二極管轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，直接型探測(cè)器則直接實(shí)現(xiàn)x射線到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于閃爍體具有余暉效應(yīng)、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，目前大量的研究集中在基于半導(dǎo)體材料的直接型x射線探測(cè)器。

2、半導(dǎo)體材料的x射線探測(cè)器可以劃分x射線的能量區(qū)間，適用于能譜ct成像。其中光子計(jì)數(shù)探測(cè)器(pcd)通過設(shè)置能量閾值來統(tǒng)計(jì)光電流脈沖，提供了高分辨率圖像的同時(shí)，也受限于脈沖堆積效應(yīng)、光子溢出以及半導(dǎo)體內(nèi)部載流子噪聲產(chǎn)生的影響。層析式x射線探測(cè)器作為多能譜探測(cè)器的另一個(gè)種類，主要原理為：x射線從半導(dǎo)體探測(cè)器的邊緣入射，與襯底中原子相互作用，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在電極上加合適的偏壓，產(chǎn)生的電子就會(huì)被收集到勢(shì)阱中去，形成電荷包，實(shí)現(xiàn)電荷包的收集。依據(jù)不同能量的x射線在不同厚度的半導(dǎo)體材料中的吸收特性，將半導(dǎo)體探測(cè)器縱向劃分為不同深度的能量層。每一層按順序排布若干電極，連接到時(shí)序控制單元，通過時(shí)序控制單元周期性變化，實(shí)現(xiàn)不同能量層電荷包的順序讀出，通過能量解析方程計(jì)算出不同能量的x射線分量。該探測(cè)器受到光源和信號(hào)堆疊的影響較小，有效提高了成像精度，減小了臨床應(yīng)用難度，但是仍然存在內(nèi)部載流子噪聲等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種x射線能量探測(cè)器，該探測(cè)器通過增加的時(shí)序控制單元的控制來實(shí)現(xiàn)總體能量的光生電荷的轉(zhuǎn)移與循環(huán)倍增，進(jìn)一步提高了探測(cè)器的信噪比與探測(cè)靈敏度。

2、為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種低劑量x射線能量探測(cè)器，所述探測(cè)器由本體構(gòu)成；所述探測(cè)器上設(shè)置有基底層、氧化層和電路輸出模塊；所述探測(cè)器還包括：第一時(shí)序控制單元、第二時(shí)序控制單元；其中：所述基底層根據(jù)x射線能量解析的需要，劃分為若干轉(zhuǎn)移層和倍增層所述轉(zhuǎn)移層通過3個(gè)電極為一組的電極組連接到第一時(shí)序控制單元；所述倍增層通過5個(gè)電極連接到第二時(shí)序控制單元；其中：

4、所述第一時(shí)序控制單元與每個(gè)所述電極組的正向電極連接，用于控制光生電荷的收集和轉(zhuǎn)移；

5、所述第二時(shí)序控制單元與所述倍增層的每個(gè)電極連接；用于控制對(duì)轉(zhuǎn)移過來的電荷包進(jìn)行倍增與讀出。

6、進(jìn)一步地，所述第一時(shí)序控制單元與每個(gè)所述電極組的正向電極連接，用于光生電荷的收集和轉(zhuǎn)移過程，包括：

7、每個(gè)所述電極組的第一個(gè)正電極p1連接到第一時(shí)序控制單元，施加轉(zhuǎn)移電壓信號(hào)

8、v1，第二個(gè)正電極p2連接至第一時(shí)序控制單元，施加轉(zhuǎn)移電壓信號(hào)v2，以此類推；其中：

9、t2時(shí)刻，v3開始施加轉(zhuǎn)移電壓，在t3時(shí)刻，v2電壓緩慢下降，v3施加轉(zhuǎn)移電壓不變，p2電極收集的電荷將不斷流向p3(p3)電極；在t4時(shí)刻，v1開始施加轉(zhuǎn)移電壓；t5時(shí)刻，v3電壓緩慢下降，p3(p3)電極下的電荷不斷向p1轉(zhuǎn)移，至t6時(shí)刻，v2開始施加轉(zhuǎn)移電壓；重復(fù)此步驟可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移層中收集到的電荷同時(shí)垂直向下轉(zhuǎn)移，直至有電荷包轉(zhuǎn)移至倍增層。

10、進(jìn)一步地，所述第二時(shí)序控制單元與每個(gè)電極連接；用于對(duì)轉(zhuǎn)移過來的電荷包進(jìn)行倍增與讀出過程，包括:所述倍增層的5個(gè)電極分別連接到第二時(shí)序控制單元，各自施加b1、b2、b3、b4、b5五個(gè)電壓信號(hào)，其中：第一個(gè)電極用來收集或轉(zhuǎn)移電荷，施加轉(zhuǎn)移電壓信號(hào)b1；第二個(gè)電極用來轉(zhuǎn)移和倍增電荷，主要通過施加轉(zhuǎn)移和倍增電壓b2實(shí)現(xiàn)；第三個(gè)電極用來轉(zhuǎn)移電荷，施加轉(zhuǎn)移電壓信號(hào)b3；第四個(gè)電極將經(jīng)過一個(gè)倍增周期的電荷暫時(shí)存儲(chǔ)在此電極等待下一次倍增；第五個(gè)電極為讀出電荷開關(guān)，施加門限電壓b5將電荷轉(zhuǎn)移給后續(xù)的讀出電路。

11、進(jìn)一步地，所述第二時(shí)序控制單元對(duì)于轉(zhuǎn)移過來的待倍增電荷循環(huán)過程，包括：

12、第一次轉(zhuǎn)移循環(huán)倍增時(shí)序開始時(shí)間為t5時(shí)刻，此時(shí)p3(p3)存儲(chǔ)的電荷開始向倍增層轉(zhuǎn)移；在t5時(shí)刻，b4電位拉低，b5施加門限電壓脈沖，同時(shí)對(duì)于轉(zhuǎn)移過來的待倍增電荷，首先b1、b2、b3、b4依次施加轉(zhuǎn)移電壓，循環(huán)倍增的過程通過b2、b3和b4三個(gè)電極實(shí)現(xiàn)，從t6時(shí)刻開始，同時(shí)是循環(huán)倍增周期的開始時(shí)刻ta；

13、b2施加倍增電壓，b3施加低電平，在tb時(shí)刻，b3施加轉(zhuǎn)移電壓，同時(shí)b4電平拉低，電荷由b4倍增轉(zhuǎn)移到b2，之后在tc時(shí)刻，b2電位下降，電荷流向b3，在td時(shí)刻，b4施加轉(zhuǎn)移電壓，然后b3電平拉低，電荷流向b4；

14、其中：ta到te為一個(gè)倍增周期，根據(jù)設(shè)置的倍增次數(shù)調(diào)整倍增周期的時(shí)間；

15、重復(fù)以上的倍增步驟達(dá)到預(yù)先設(shè)定好的固定次數(shù)后，結(jié)束倍增過程，即tf時(shí)刻；

16、等待下一個(gè)轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移過來的電荷包位于p3(p3)電極的勢(shì)阱里的時(shí)刻；

17、在t11時(shí)刻，下一個(gè)轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移過來的電荷包位于p3(p3)電極的勢(shì)阱里的時(shí)刻，b5施加門限電壓，將b4存儲(chǔ)的倍增后的電荷轉(zhuǎn)移到后續(xù)的讀出電路；

18、重復(fù)上述過程直至所有收集的電荷都讀出。

19、有益效果

20、本發(fā)明通過第一時(shí)序控制單元對(duì)轉(zhuǎn)移層的控制實(shí)現(xiàn)總體能量的光生電荷的轉(zhuǎn)移，同時(shí)通過第二控制單元對(duì)倍增層實(shí)現(xiàn)電荷循環(huán)倍增；減少探測(cè)器內(nèi)部產(chǎn)生噪聲；提高了探測(cè)器的信噪比與探測(cè)靈敏度。

技術(shù)特征：

1.一種x射線能量探測(cè)器，所述探測(cè)器由本體構(gòu)成；所述探測(cè)器上設(shè)置有基底層、氧化層和電路輸出模塊；其特征在于，所述探測(cè)器還包括：第一時(shí)序控制單元第二時(shí)序控制單元；其中：所述基底層根據(jù)x射線能量解析的需要，劃分為若干轉(zhuǎn)移層和倍增層；所述轉(zhuǎn)移層通過3個(gè)電極為一組的電極組連接到第一時(shí)序控制單元；所述倍增層通過5個(gè)電極構(gòu)成連接到第二時(shí)序控制單元；其中：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種x射線能量探測(cè)器，其特征在于，所述第一時(shí)序控制單元與每個(gè)所述電極組的正向電極連接，用于光生電荷的收集和轉(zhuǎn)移過程，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低劑量x射線能量探測(cè)器，其特征在于，所述第二時(shí)序控制單元與每個(gè)電極連接；用于對(duì)轉(zhuǎn)移過來的電荷包進(jìn)行倍增與讀出過程，包括:所述倍增層的5個(gè)電極分別連接到第二時(shí)序控制單元，各自施加b1、b2、b3、b4、b5五個(gè)電壓信號(hào)，其中：第一個(gè)電極用來收集或轉(zhuǎn)移電荷，施加轉(zhuǎn)移電壓信號(hào)b1；第二個(gè)電極用來轉(zhuǎn)移和倍增電荷，主要通過施加轉(zhuǎn)移和倍增電壓b2實(shí)現(xiàn)；第三個(gè)電極用來轉(zhuǎn)移電荷，施加轉(zhuǎn)移電壓信號(hào)b3；第四個(gè)電極將經(jīng)過一個(gè)倍增周期的電荷暫時(shí)存儲(chǔ)在此電極等待下一次倍增；第五個(gè)電極為讀出電荷開關(guān)，施加門限電壓b5將電荷轉(zhuǎn)移給后續(xù)的讀出電路。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低劑量x射線能量探測(cè)器，其特征在于，所述第二時(shí)序控制單元對(duì)于轉(zhuǎn)移過來的待倍增電荷循環(huán)過程，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種X射線能量探測(cè)器，所述探測(cè)器由本體構(gòu)成；所述探測(cè)器上設(shè)置有基底層、氧化層和電路輸出模塊；所述探測(cè)器還包括所述：第一時(shí)序控制單元、第二時(shí)序控制單元；其中：所述基底層根據(jù)X射線能量解析的需要，劃分為若干轉(zhuǎn)移層和倍增層；所述轉(zhuǎn)移層通過3個(gè)電極為一組的電極組連接到第一時(shí)序控制單元；所述倍增層通過5個(gè)電極連接到第二時(shí)序控制單元；其中：所述第一時(shí)序控制單元與每個(gè)所述電極組的正向電極連接，用于控制光生電荷的收集和轉(zhuǎn)移；所述第二時(shí)序控制單元與所述倍增層的每個(gè)電極連接；用于控制對(duì)轉(zhuǎn)移過來的電荷包進(jìn)行倍增與讀出；本發(fā)明通過增加的時(shí)序控制單元的控制來實(shí)現(xiàn)總體能量的光生電荷的轉(zhuǎn)移與循環(huán)倍增，進(jìn)一步提高了探測(cè)器的信噪比與探測(cè)靈敏度。

技術(shù)研發(fā)人員：史再峰,靳宜超,高靜,羅韜,陳倩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2