專利名稱：自由電荷像素探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電荷探測器，特別涉及自由電荷像素探測器。
背景技術(shù)：
氣體及液體的TPC(時(shí)間投影室)，真空光電管等器件都需要把自由的電荷收集起來以產(chǎn)生信號。信號的收集是在金屬陽極上完成。收集起來產(chǎn)生的信號可以由后面的讀出電路進(jìn)行處理和讀出。目前的TPC的信號收集一般是在PCB板(印刷電路板，是蟲王元器件電氣連接的提供者)上的小電極完成。信號的處理和讀出要設(shè)計(jì)專門的電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是，將在真空、氣體或者液體里的自由電荷收集起來產(chǎn)生信號，提供一種自由電荷像素探測器。該探測器與已有的金屬陽極相比，空間分辨率高和靈敏度高。本發(fā)明的具體技術(shù)方案是，采用集成電路芯片的金屬層作為吸收電荷的陽極，所述的集成電路芯片包括CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)和CCD (電荷耦合元件)，將集成電路芯片的最外層金屬層和外界直接接觸，吸收來自芯片外面的自由電荷，在金屬層下面的集成電路對電荷產(chǎn)生的信號進(jìn)行處理和讀出。本發(fā)明的一種自由電荷像素探測器，由硅層、信號處理和讀出電路，過孔，中間金屬層，絕緣層，頂層金屬組成；所述的頂層金屬為集成電路芯片的最外層金屬層，是一個(gè)金屬陣列，這層金屬裸露在外面，陣列中每一個(gè)小單元下面都有所述的過孔與所述的硅層相連接，所述的信號處理和讀出電路就做在所述的硅層上，所述的信號處理和讀出電路所用到的所述的中間金屬層與所述的頂層金屬之間有所述的絕緣層隔開。本發(fā)明的自由電荷像素探測器中，所述的集成電路芯片，包括可讀寫芯片CMOS和電荷耦合元件(圖像傳感器)CCD。本發(fā)明的自由電荷像素探測器中，所述的集成電路芯片的金屬層除引腳部分外均與集成電路芯片外部直接接觸，且至少有一層金屬層除引腳部分外不被絕緣層覆蓋。本發(fā)明的自由電荷像素探測器中，與所述的集成電路芯片外部直接接觸的金屬層部分由小金屬電極陣列組成，其陣列中最鄰近的小金屬電極中心之間的距離小于100微米。本發(fā)明的自由電荷像素探測器使用方法，在所述的自由電荷像素探測器的集成電路芯片的上面放一個(gè)陰極板，在該陰極板和所述的頂層金屬之間加電場，自由電荷被收集到所述的頂層金屬上，形成信號，在所述的頂層金屬下面的集成電路對電荷產(chǎn)生的信號進(jìn)行處理和讀出。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明將在真空、氣體或者液體里的自由電荷收集起來產(chǎn)生信號，與已有的金屬陽極相比，空間分辨率高和靈敏度高。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的自由電荷像素探測器結(jié)構(gòu)和實(shí)用化方法作進(jìn)一步說明。


圖I為頂層金屬電荷像素探測器在CMOS工藝上實(shí)現(xiàn)的示意2為頂層金屬電荷像素探測器信號形成過程。圖中1-硅層，2-信號處理和讀出電路，3-過孔，4-中間金屬層，5-絕緣層，6-頂層金屬，7-自由電荷,8-陰極板。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的自由電荷像素探測器結(jié)構(gòu)如圖I所示。該探測器由硅層I、信號處理和 讀出電路2，過孔3，中間金屬層4，絕緣層5，頂層金屬6組成；頂層金屬6為集成電路芯片的最外層金屬層，是一個(gè)金屬陣列，這層金屬裸露在外面，陣列中每一個(gè)小單元下面都有過孔3與硅層I相連接，信號處理和讀出電路2就做在硅層I上，信號處理和讀出電路(2所用到的中間金屬層4與頂層金屬6之間有絕緣層5隔開。本實(shí)例所述的集成電路芯片為可讀寫芯片CMOS或電荷耦合元件(圖像傳感器)CCD。其集成電路芯片的金屬層除引腳部分外均與集成電路芯片外部直接接觸，且至少有一層金屬層除引腳部分外不被絕緣層覆蓋。與集成電路芯片外部直接接觸的金屬層部分由小金屬電極陣列組成，其陣列中最鄰近的小金屬電極中心之間的距離小于100微米。本自由電荷探測器信號的形成過程如圖2所示在所述的自由電荷像素探測器的集成電路芯片的上面放一個(gè)陰極板8，在陰極板8和頂層金屬6之間加電場，自由電荷7被收集到頂層金屬上，形成信號，在頂層金屬6下面的集成電路對電荷產(chǎn)生的信號進(jìn)行處理和讀出。
權(quán)利要求
1.一種自由電荷像素探測器，其特征在于該探測器由硅層(I)、信號處理和讀出電路(2)，過孔(3)，中間金屬層(4)，絕緣層(5)，頂層金屬(6)組成；頂層金屬(6)為集成電路芯片的最外層金屬層，是一個(gè)金屬陣列，這層金屬裸露在外面，陣列中每一個(gè)小單元下面都有過孔⑶與硅層⑴相連接，信號處理和讀出電路⑵就做在硅層⑴上，信號處理和讀出電路(2)所用到的中間金屬層(4)與頂層金屬(6)之間有絕緣層(5)隔開。
2.如權(quán)利要求I所述的一種自由電荷像素探測器，其特征在于，所述的集成電路芯片， 包括可讀寫芯片CMOS或電荷耦合元件CXD。
3.如權(quán)利要求I所述的一種自由電荷像素探測器，其特征在于，所述的集成電路芯片的金屬層除引腳部分外均與集成電路芯片外部直接接觸，且至少有一層金屬層除引腳部分外不被絕緣層覆蓋。
4.如權(quán)利要求I所述的一種自由電荷像素探測器，其特征在于，與集成電路芯片外部直接接觸的金屬層部分由小金屬電極陣列組成，其陣列中最鄰近的小金屬電極中心之間的距離小于100微米。
5.如權(quán)利要求I所述的一種自由電荷像素探測器使用方法，其特征在于，在所述的自由電荷探測器的集成電路芯片的上面放一個(gè)陰極板(8)，在陰極板(8)和頂層金屬(6)之間加電場，自由電荷被收集到頂層金屬上，形成信號，在頂層金屬(6)下面的集成電路對電荷產(chǎn)生的信號進(jìn)行處理和讀出。
全文摘要
一種自由電荷像素探測器，由硅層、信號處理和讀出電路、過孔、中間金屬層、絕緣層和頂層金屬組成；其頂層金屬為集成電路芯片最外層金屬層，是一個(gè)金屬陣列，這層金屬裸露在外面，陣列中每一個(gè)小單元下面都有過孔與硅層相連接，信號處理和讀出電路就在硅層上，信號處理和讀出電路所用到的中間金屬層與頂層金屬之間有絕緣層隔開。本探測器中與集成電路芯片外部直接接觸的金屬層部分由小金屬電極陣列組成，其陣列中最鄰近的小金屬電極中心之間距離＜100微米。在集成電路芯片的上面放一個(gè)陰極板，在該陰極板和頂層金屬之間加電場，自由電荷被收集到頂層金屬上，形成信號。本探測器與已有的金屬陽極相比，空間分辨率和靈敏度更高。
文檔編號H04N5/369GK102931202SQ20121003935
公開日2013年2月13日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者孫向明, 許怒, 黃光明 申請人:華中師范大學(xué)