Детектор излучения и способ уменьшения количества захваченных носителей заряда в детекторе излучения

Группа изобретений относится к полупроводниковым детекторам рентгеновского или гамма-излучения. Полупроводниковый детектор для счета фотонов содержит подложку из полупроводникового материала, источник напряжения смещения для приложения к подложке напряжения смещения в течение каждого периода сбора данных, считывающее устройство для периодического считывания данных, характеризующих количество зарядов, образующихся в подложке (11) как отклик на фотоны, внешний источник оптического излучения, способный воздействовать указанным излучением на подложку для обеспечения возможности перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, управляющее устройство, функционально связанное с источником напряжения смещения, при этом управляющее устройство сконфигурировано с возможностью управлять источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и внешним источником оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки, обеспечивающего возможность перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, одновременно в течение по меньшей мере части указанных периодов считывания. Технический результат – повышение чувствительности детектора радиоактивного излучения. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к полупроводниковым детекторам рентгеновского или гамма-излучения.

Уровень техники

Полупроводниковый детектор состоит из пластинки полупроводникового материала с электродами на ее противоположных сторонах. Материал детектора является обедненным свободными носителями заряда, а между электродами посредством внешнего источника высокого напряжения создается электрическое поле. Высокоэнергетичные фотоны от внешнего радиоактивного источника или от рентгеновской трубки индуцируют в объеме полупроводника электронно-дырочные пары через фотоэлектрические или комптоновские взаимодействия. Данные взаимодействия представляют двухступенчатый процесс, в котором высокоэнергетичные электроны, созданные в результате фотоэлектрического или комптоновского события, теряют свою энергию при неоднократной ионизации с образованием электронно-дырочных пар. Как следствие высокого поперечного сечения этого процесса, электронно-дырочные пары образуют высоколокализованное облако заряда с диаметром всего несколько микрометров.

Важный аспект фотонного взаимодействия с точки зрения получения изображений состоит в том, что количество электронно-дырочных пар, создаваемых посредством фотоэлектрического эффекта, пропорционально энергии фотонов. Облако зарядов (электронов и дырок) разделяется в электрическом поле, и электроны и дырки движутся к противоположным электродам, создавая кратковременный ток через устройство. В типичном случае этот ток интегрируется зарядочувствительным предусилителем, чтобы измерить полный заряд, индуцированный внешним ионизирующим излучением (далее именуемым детектируемым излучением или излучением). Альтернативно, детектор является устройством типа счетчика фотонов, который фактически подсчитывает количество поглощенных фотонов посредством считывания электронных импульсов, вызванных взаимодействиями.

В процессе измерений на электроды подают напряжение смещения. Это означает, что в течение периода измерений будут непрерывно создаваться электронно-дырочные пары. Однако за каждым периодом формирования сигнала следует период, в течение которого детектирования электронно-дырочных пар не происходит. При получении изображения тела пациента или его частей может оказаться необходимым иметь детекторы с очень высокой частотой измерений. Это означает, что период формирования сигнала в каждом фрейме измерений может не превышать 1 мс, т.е. длительность считывания может составлять 200 мкс или менее.

Проблема, возникающая при использовании полупроводников, состоит в возможности существования в примесных полупроводниках дефектов с глубокими уровнями, которые могут захватывать носители заряда и тем самым снижать остаточную "чистую" концентрацию носителей. Захваченные отрицательные и положительные носители заряда вызывают образование пространственного заряда и, таким образом, влияют на электрическое поле в полупроводнике, что может приводить к шуму. В результате некоторые пиксели в сформированном изображении могут быть белыми (как следствие высокой концентрации электрического поля в направлении этих пикселей), тогда как другие пиксели будут черными (как следствие низкой концентрации электрического поля в направлении этих пикселей).

В US 2010/0078559 А1 описано решение, согласно которому время жизни носителей заряда резко сокращается за счет использования наружного источника оптической энергии, так что населенность дефектов с глубокими уровнями при интенсивном облучении поддерживается близким к тепловому равновесию для необлученного устройства. Вместо того чтобы для освобождения захваченных носителей опираться только на тепловую энергию, для получения энергии, достаточной для того, чтобы захваченные носители могли покинуть дефектные уровни, используется инфракрасное излучение. Кристаллы Cd1-xZnxTe являются прозрачными для инфракрасного излучения с такой энергией, так что отсутствует какое-либо дополнительное поглощение, не связанное с ионизацией целевых дефектов с глубокими уровнями. Это позволяет осуществлять облучение источником, расположенным с боковой стороны детекторных кристаллов Cd1-xZnxTe.

Однако подход, описанный в US 2010/0078559 А1, имеет тот недостаток, что кристаллы детектора должны быть прозрачны для излучения внешнего источника оптической энергии, чтобы исключить дополнительное поглощение. Это может ограничить диапазон пригодных внешних источников оптической энергии.

Еще один недостаток состоит в том, что чувствительность детектора может понизиться, поскольку освобожденные носители заряда будут смешиваться с носителями заряда, создаваемыми в результате взаимодействия между детектируемым излучением и кристаллами детектора, создавая помехи для детектирования. При нормальных условиях это может и не являться проблемой, но в случае низкой интенсивности излучения освобожденные носители заряда могут вызвать неприемлемое ухудшение чувствительности детектирования.

Следующий недостаток заключается в неэффективной рекомбинации освобожденных отрицательных и положительных носителей заряда, что дополнительно снижает чувствительность детектора. Недостатком является также то, что облучение кристаллов инфракрасным излучением увеличивает темновой ток детектора.

В ЕР 1018655 В1 описан способ устранения в детекторной панели артефактов, обусловленных предыдущей экспозицией, и, более конкретно, способ управления рентгеновской детекторной панелью и считывания с нее информации при непрерывном циклическом режиме функционирования панели и использовании информации о состоянии до и после облучения с целью минимизировать остаточное изображение. Согласно варианту данного способа постоянный циклический режим функционирования панели осуществляется следующим образом: В момент t1 на верхний электрод начинает постепенно подаваться высокое постоянное напряжение (ПН). После того как (в момент t2) будет достигнут максимальный уровень напряжения, оно поддерживается на этом уровне до момента t3. Затем ПН постепенно возвращается к потенциалу земли (или к нулевому значению), и (в момент t4) производится считывание напряжения с накопительных конденсаторов для всех детекторных элементов (пикселей), причем считанные данные записываются в память. С момента t5, следующего за считыванием, и до момента t6 панель предпочтительно освещается однородным излучением (например видимым), предпочтительно с обеих сторон. Эта операция может быть идентична операции облучения, описанной в US 5563421. В момент t6 эта операция завершается, и на верхний электрод снова начинает подаваться высокое ПН. Данный цикл реализуется непрерывно, причем данные, получаемые при каждом считывании, записываются в память, заменяя ранее записанные данные. При осуществлении описанного режима панель считается находящейся в состоянии ожидания.

Когда производится экспонирование для получения изображения, на верхний электрод панели снова подается постепенно возрастающее ПН, и экспонирование излучением для формирования изображения производится при продолжающемся приложении ПН к верхнему электроду. По завершении экспонирования снова производится считывание зарядов, накопленных в конденсаторах, и данные по экспонированным пикселям записываются в другие ячейки памяти или в другую память без замены ими данных, полученных при непосредственно предшествующем считывании с панели.

По завершении экспонирования панель возвращается в состояние ожидания, т.е, как и до экспонирования, непрерывно осуществляется цикл освещения, подачи высокого ПН и считывания с конденсаторов. Данные по экспонированию, непосредственно предшествующему экспонированию для получения изображения, сохраняются для использования при коррекции данных, относящихся к изображению.

Однако такой режим непригоден для формирования изображений с очень высокой частотой повторений, поскольку каждый фрейм включает дополнительный временной интервал t6-t5, введенный только с целью освещения панели излучением (например видимым), предпочтительно с обеих сторон.

Раскрытие изобретения

Изобретение направлено на создание детекторов излучения и способов, которые позволяют устранить или по меньшей мере ослабить некоторые из рассмотренных недостатков.

В своем первом аспекте изобретение относится к полупроводниковому детектору для счета фотонов, содержащему: подложку из полупроводникового материала; источник напряжения смещения для приложения к подложке напряжения смещения в течение каждого периода сбора данных; считывающее устройство для периодического считывания данных, характеризующих количество зарядов, образующихся в подложке как отклик на фотоны, поглощаемые ею, и движущихся через нее, в течение каждого периода считывания, следующего за периодом сбора данных (причем в состав указанных данных входит количество зарядных импульсов, соответствующих поглощаемым фотонам); внешний источник оптического излучения, способный воздействовать указанным излучением на подложку для обеспечения возможности перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, и управляющее устройство, функционально связанное с источником напряжения смещения, считывающим устройством и внешним источником оптического излучения.

Управляющее устройство сконфигурировано с возможностью управлять источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и внешним источником оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки, обеспечивающего возможность перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, одновременно в течение по меньшей мере части указанных периодов считывания.

Управляющее устройство может быть сконфигурировано с возможностью управлять источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и внешним источником оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки в циклическом режиме. При этом подложка облучается только в течение определенных периодов времени, каждый из которых следует за периодом, в течение которого детектор излучения сконфигурирован для приема детектируемого излучения.

Альтернативно, управляющее устройство может быть сконфигурировано с возможностью управлять источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и внешним источником оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки одновременно в течение каждого из указанных периодов считывания.

Управляющее устройство может быть также сконфигурировано с возможностью управлять подачей напряжения смещения с подачей указанного напряжения на подложку и отключением внешнего источника оптического излучения каждый раз в момент, предшествующий на короткий временной интервал концу периода считывания или следующий через короткий временной интервал за завершением периода считывания.

Далее, управляющее устройство может быть сконфигурировано с возможностью управлять подачей напряжения смещения с подачей указанного напряжения на подложку без облучения подложки от внешнего источника оптического излучения в течение каждого из периодов сбора данных.

Каждый период сбора данных может иметь длительность 0,1-500 мс, предпочтительно 0,5-200 мс, более предпочтительно 1-100 мс. При этом каждый период считывания может иметь длительность 0,01-10 мс, предпочтительно 0,1-5 мс, более предпочтительно 1-4 мс.

В соответствии с данным аспектом количество захваченных носителей заряда уменьшается в результате облучения подложки из полупроводникового материала оптическим излучением только в периоды, которые отделены во времени от периодов, в течение которых детектор излучения используется для детектирования излучения, т.е. от указанных периодов сбора данных.

Отсюда следует, что частота, на которой работает детектор, может сохраняться высокой, поскольку облучение подложки из полупроводникового материала оптическим излучением вообще не влияет на частоту повторения, т.е. оно осуществляется в течение уже существующих периодов считывания. Данное решение не может быть реализовано в случае детектора, описанного в ЕР 1018655 В1, поскольку он осуществляет накопление зарядов, так что на его показания будут влиять освобожденные заряды, которые сделают результирующие отсчеты искаженными или даже вообще бесполезными. В изобретении согласно первому аспекту используется детектор для счета фотонов, пиксели которого "заблокированы" на период считывания; как следствие, заряды, освобожденные вследствие облучения, не будут оказывать влияние на результаты считывания.

Далее, Подложка детектора может не быть прозрачной для используемого оптического излучения. Любые носители заряда, освобожденные в результате поглощения этого излучения подложкой, могут ускоряться при прохождении через нее, но не создадут помех для детектирования. По той же причине захваченные носители заряда, которые были освобождены при воздействии данным излучением, также не будут создавать помех для детектирования. Кроме того, темновой ток уменьшится, как только облучение будет прекращено в начале каждого периода, в течение которого детектор излучения используется для детектирования излучения, т.е. в начале периода сбора данных.

Может быть достигнуто также повышение отношения сигнал/шум.

Использование циклического напряжения смещения, которое прикладывается к подложке только в периоды времени, в течение которых детектор излучения используется для детектирования излучения (в периоды сбора данных), дополнительно сократит количество носителей заряда, захватываемых глубокими уровнями дефектов в подложке детектора.

Кроме того, отсутствие напряжения смещения во время облучения подложки оптическим излучением способствует эффективной рекомбинации освобожденных отрицательных и положительных носителей заряда.

Достоинство этого аспекта состоит в том, что никакие фреймы измерений не "теряются", а общая длительность измерений не увеличивается. С другой стороны, он предъявляет более высокие требования к скорости переключений оптического излучения и напряжения смещения. В некоторых приложениях, в которых частота повторений может составлять 1 кГц или более, использование данного аспекта может ограничиваться аппаратурными трудностями.

В связи с этим изобретение предлагает также решение, которое может быть использовано тогда, когда область применения изобретения согласно первому аспекту может быть ограниченной аппаратурными проблемами.

Соответственно, в своем втором аспекте изобретение относится к полупроводниковому детектору, содержащему: подложку из полупроводникового материала; источник напряжения смещения для приложения к подложке напряжения смещения в течение каждого периода сбора данных; считывающее устройство для периодического считывания данных, характеризующих количество зарядов, образующихся в подложке как отклик на фотоны, поглощаемые ею, и движущихся через нее, в течение каждого периода считывания, следующего за периодом сбора данных; внешний источник оптического излучения, способный воздействовать указанным излучением на подложку для обеспечения возможности перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, и управляющее устройство, функционально связанное с источником напряжения смещения, считывающим устройством и внешним источником оптического излучения.

Управляющее устройство сконфигурировано с возможностью управлять источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и внешним источником оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки оптическим излучением, обеспечивающего возможность перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, в течение периодов воздействия на подложку, каждый из которых следует за периодом измерений, причем каждый период измерений включает множество периодов сбора данных и множество периодов считывания.

Каждый период воздействия на подложку включает по меньшей мере часть периода сбора данных или один или множество периодов считывания и/или один или множество периодов сбора данных.

Управляющее устройство может быть сконфигурировано с возможностью управлять источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и внешним источником оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки в циклическом режиме.

Управляющее устройство может быть сконфигурировано также с возможностью управлять источником напряжения смещения с подачей указанного напряжения на подложку и внешним источником оптического излучения с прерыванием облучения подложки в течение каждого из периодов измерений.

Каждый период сбора данных имеет длительность менее 10 мс, предпочтительно менее 5 мс, более предпочтительно менее 1 мс, наиболее предпочтительно менее 0,5 мс.

Каждый период считывания имеет длительность менее 5 мс, предпочтительно менее 1 мс, более предпочтительно менее 0,5 мс, наиболее предпочтительно менее 0,1 мс.

При этом каждый период измерений может иметь длительность, примерно в 3 раза большую, предпочтительно по меньшей мере в 3 раза большую, более предпочтительно по меньшей мере в 5 раз большую, наиболее предпочтительно по меньшей мере в 10 раз большую, чем каждый период воздействия на подложку.

Изобретение в данном аспекте особенно эффективно в приложениях с очень высокой частотой повторения, в которых периоды считывания настолько короткие, что переключения источника напряжения смещения в течение таких периодов считывания могут быть трудноосуществимыми вследствие аппаратурных ограничений. Как следствие, вместо этого напряжение смещения отключается в период воздействия на подложку и любые считывания, выполняемые в течение этого периода, могут быть просто отброшены. При этом потери данных будут зависеть от соотношения периода воздействия на подложку и периода измерений.

Детектор излучения согласно каждому из рассмотренных аспектов может представлять собой детектор для счета фотонов на базе Cd-Te или Cd-Zn-Te, например камеру на базе Cd-Te или Cd-Zn-Te для получения двумерных изображений.

В своем третьем аспекте изобретение относится к способу уменьшения количества захваченных носителей заряда в полупроводниковом детекторе излучения, содержащем: подложку из полупроводникового материала; источник напряжения смещения для приложения к подложке напряжения смещения в течение каждого периода сбора данных; считывающее устройство для периодического считывания данных, характеризующих количество зарядов, образующихся в подложке как отклик на фотоны, поглощаемые ею, и движущихся через нее, в течение каждого периода считывания, следующего за периодом сбора данных (причем в состав указанных данных входит количество зарядных импульсов, соответствующих поглощаемым фотонам), и внешний источник оптического излучения, способный воздействовать указанным излучением на подложку для обеспечения возможности перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку. Способ согласно изобретению включает управление источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и управление внешним источником оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки, обеспечивающего возможность перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, одновременно в течение по меньшей мере части указанных периодов считывания.

В своем четвертом аспекте изобретение относится к способу уменьшения количества захваченных носителей заряда в полупроводниковом детекторе, содержащем: подложку из полупроводникового материала; источник напряжения смещения для приложения к подложке напряжения смещения в течение каждого периода сбора данных; считывающее устройство для периодического считывания данных, характеризующих количество зарядов, образующихся в подложке как отклик на фотоны, поглощаемые ею, и движущихся через нее, в течение каждого периода считывания, следующего за периодом сбора данных, и внешний источник оптического излучения, способный воздействовать указанным излучением на подложку для обеспечения возможности перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку. Способ согласно изобретению включает управление источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и управление внешним источником оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки, обеспечивающего возможность перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, одновременно в течение периодов воздействия на подложку, каждый из которых следует за периодом измерений. При этом каждый период измерений включает множество периодов сбора данных и множество периодов считывания.

Способы согласно третьему и четвертому аспектам могут быть модифицированы путем включения в них любых операций, описанных выше применительно к первому и второму аспектам изобретения.

Краткое описание чертежей

Другие свойства и преимущества изобретения станут очевидными из нижеследующего подробного описания его вариантов, проиллюстрированных на фиг. 1-3.

Фиг. 1 схематично иллюстрирует детектор излучения согласно варианту изобретения.

На фиг. 2 схематично показаны временные зависимости, иллюстрирующие детектирование излучения, а также подачу напряжения смещения и инфракрасного излучения в соответствии с использованным способом уменьшения количества носителей заряда, захваченных в детекторе излучения.

На фиг. 3 схематично показаны альтернативные временные зависимости, иллюстрирующие детектирование излучения, а также подачу напряжения смещения и инфракрасного излучения в соответствии с другим вариантом способа уменьшения количества носителей заряда, захваченных в детекторе излучения.

Осуществление изобретения

Фиг. 1 схематично иллюстрирует полупроводниковый детектор рентгеновского или гамма-излучения согласно варианту изобретения. Данный детектор содержит подложку 11 из полупроводникового материала, источник 12 для приложения к подложке напряжения (V) смещения, считывающее устройство 13 для считывания данных, характеризующих количество зарядов, образующихся в подложке 11 и движущихся через нее, и управляющее устройство 14 (например в виде микропроцессора, МП), функционально связанное с источником 12 напряжения смещения и считывающим устройством 13 для управления ими. Детектор излучения может быть выполнен на базе Cd-Te или Cd-Zn-Te.

Примеры схем детекторов такого типа и материалы подложки описаны в документах US 5379336; US 6933505; US 7170062; US 7189971; US 7361881; US 2006/011853; US 2006/071174 и US 2008/019477, содержание которых включено в данное описание посредством ссылки.

Детектор излучения содержит также внешний источник 15 оптического излучения для воздействия излучением на подложку 11, чтобы захваченные носители заряда могли перейти с дефектных уровней в подложку 11. Управляющее устройство 14 сконфигурировано для управления внешним источником 15 оптического излучения таким образом, чтобы облучение подложки 11, например, инфракрасным излучением приводило к переходам захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку 11 в циклическом режиме, т.е. подложка 11 облучается только в течение определенных периодов времени, за каждым из которых следует период, в течение которого детектор излучения способен принимать детектируемое излучение.

Внешним источником 15 оптического излучения для воздействия излучением на подложку 11, чтобы захваченные носители заряда могли перейти с дефектных уровней в подложку 11, может служить инфракрасный источник излучения, такой как инфракрасный светодиод, генерирующий инфракрасное излучение требуемой мощности на подходящих длинах волн. Специалист в данной области сможет рассчитать подходящие длины волн и значения мощности для детектора излучения с известной структурой и конструкцией или определить их экспериментально.

Управляющее устройство 14 может быть сконфигурировано также для управления источником 12 напряжения смещения так, чтобы напряжение смещения прикладывалось к подложке 11 в циклическом режиме, т.е. чтобы это напряжение прикладывалось только в периоды сбора данных, в которые детектор излучения сконфигурирован для приема детектируемого излучения.

На фиг. 2 схематично представлены временные зависимости, иллюстрирующие детектирование (DET) излучения, а также включения ("вкл.") и отключения ("откл.") напряжения (HV) смещения и инфракрасного (IR) излучения в соответствии со способом уменьшения количества носителей заряда, захваченных в детекторе излучения, таком как представленный на фиг. 1.

Детектор излучения сконфигурирован для приема детектируемого излучения периодически, т.е. в течение фреймов измерений, каждый из которых включает период sa сбора данных и период rо считывания. Длительность периода sa сбора данных равна t1, а длительность периода rо считывания равна t2, где t1>t2. Частота повторения циклов детектирования излучения равна 1/(t1+t2).

Управляющее устройство 14 может быть сконфигурировано также для управления источником 12 напряжения смещения с обеспечением приложения напряжения HV смещения к подложке 11 таким образом, что напряжение HV смещения подается только в течение периодов sa сбора данных, и для управления внешним источником 15 оптического излучения с обеспечением облучения подложки 11 IR излучением таким образом, что это излучение подается только в течение периодов ro считывания. В результате переключения (включения/выключения) напряжения HV смещения и подачи IR излучения синхронизированы с периодами детектирования (DET) излучения, причем частоты включения напряжения HV и подачи IR излучения совпадают с частотой повторения детектирования DET излучения.

Длительность каждого периода сбора данных находится примерно в пределах 0,1-500 мс, предпочтительно 0,5-200 мс, более предпочтительно 1-100 мс и/или длительность каждого периода считывания находится примерно в пределах 0,01-10 мс, предпочтительно 0,1-5 мс, более предпочтительно 1-4 мс.

При необходимости напряжение HV может включаться незадолго до начала каждого периода sa сбора данных, т.е. в момент, предшествующий на короткий временной интервал (δ) концу периода считывания (см. фиг. 2), так что у напряжения HV будет время подняться до требуемого уровня до начала каждого периода sa сбора данных. Альтернативно, напряжение HV может включаться одновременно или с небольшим запаздыванием относительно начала каждого периода sa сбора данных.

На фиг. 3 схематично представлены временные зависимости, иллюстрирующие детектирование (DET) излучения, а также включения ("вкл.") и отключения ("откл.") напряжения (HV) смещения и инфракрасного (IR) излучения в соответствии с альтернативным методом уменьшения количества носителей заряда, захваченных в детекторе излучения, таком как представленный на фиг. 1.

Как и в предыдущем варианте, детектор излучения сконфигурирован для приема детектируемого излучения периодически, т.е. в течение фреймов измерений, каждый из которых включает период sa сбора данных и период rо считывания. На фиг. 3 периоды ro считывания представлены в виде пичков, чтобы подчеркнуть, что каждый из них намного короче, чем периоды sa сбора данных.

Управляющее устройство 14 может быть сконфигурировано для управления источником 12 напряжения смещения с обеспечением приложения напряжения HV смещения к подложке 11 таким образом, что напряжение HV смещения подается в течение множества фреймов измерений (каждый из которых равен сумме периода sa сбора данных и периода ro считывания), во время которых детектор излучения осуществляет детектирование излучения и считывание данных. При этом детектор отключается на временной интервал, соответствующий одному или более фреймам измерений. Период времени, в течение которого напряжение HV смещения включено, обозначен, как t3, и именуется далее периодом измерений, а период времени, в течение которого напряжение HV смещения отключено, обозначен, как t4, и именуется далее периодом воздействия на подложку.

В течение периода, в который напряжение HV смещения отключено, может производиться или не производиться считывание данных считывающим устройством 13. Если считывания данных были произведены, они могут быть просто отброшены.

Управляющее устройство 14 может быть сконфигурировано также для управления внешним источником 15 оптического излучения таким образом, чтобы облучение подложки 11 IR излучением производилось только в те периоды времени, в которые напряжение HV смещения отключено.

При таком режиме переключения напряжения HV и IR излучения синхронизированы с периодами детектирования DET излучения, причем частоты переключений напряжения HV и IR излучения меньше, чем частота повторения периодов детектирования DET излучения.

Каждый период t1 сбора данных может иметь длительность менее примерно 10 мс, предпочтительно менее примерно 5 мс, более предпочтительно менее примерно 1 мс, наиболее предпочтительно менее примерно 0,5 мс, и/или каждый период считывания t2 может иметь длительность менее примерно 5 мс, предпочтительно менее примерно 1 мс, более предпочтительно менее примерно 0,5 мс, наиболее предпочтительно менее примерно 0,1 мс.

Каждый период t3 измерений может иметь длительность, примерно в 3 раза большую, предпочтительно по меньшей мере в 3 раза большую, более предпочтительно по меньшей мере в 5 раз большую, наиболее предпочтительно по меньшей мере в 10 раз большую, чем каждый период t4 воздействия на подложку.

Альтернативно, управляющее устройство 14 может быть сконфигурировано для управления источником 12 напряжения смещения таким образом, чтобы напряжение HV подавалось на подложку 11 только в течение частей периодов t3, соответствующих периодам sa сбора данных. В таком случае переключения напряжения HV будут соответствовать периодам считывания.

Специалисту в данной области будет понятно, что описанные варианты могут быть модифицированы с получением новых вариантов, не выходящих за пределы прилагаемой формулы изобретения.

1. Полупроводниковый детектор для счета фотонов, содержащий:

подложку (11) из полупроводникового материала;

источник (12) напряжения смещения для приложения к подложке напряжения смещения в течение каждого периода (t1) сбора данных;

считывающее устройство (13) для периодического считывания данных, характеризующих количество зарядов, образующихся в подложке (11) как отклик на фотоны, поглощаемые ею, и движущихся через нее, в течение каждого периода (t2) считывания, следующего за периодом сбора данных, причем в состав указанных данных входит количество зарядных импульсов, соответствующих поглощаемым фотонам;

внешний источник (15) оптического излучения, способный воздействовать указанным излучением на подложку для обеспечения возможности перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, и

управляющее устройство (14), функционально связанное с источником напряжения смещения, считывающим устройством и внешним источником оптического излучения,

отличающийся тем, что

управляющее устройство (14) сконфигурировано с возможностью управлять источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и внешним источником (15) оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки (11), обеспечивающего возможность перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, одновременно в течение по меньшей мере части указанных периодов считывания.

2. Детектор по п. 1, в котором управляющее устройство сконфигурировано с возможностью управлять источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и внешним источником (15) оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки (11) в циклическом режиме, при этом подложка облучается только в течение определенных периодов (t2) времени, каждый из которых следует за периодом (t1), в течение которого детектор излучения сконфигурирован для приема детектируемого излучения.

3. Детектор по п. 1, в котором управляющее устройство сконфигурировано с возможностью управлять источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и внешним источником (15) оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки (11) одновременно в течение каждого из указанных периодов считывания.

4. Детектор по п. 1, в котором управляющее устройство сконфигурировано с возможностью управлять подачей напряжения смещения с подачей указанного напряжения на подложку и отключением внешнего источника оптического излучения каждый раз в момент, предшествующий на короткий временной интервал (б) концу периода считывания или следующий через короткий временной интервал за завершением периода считывания.

5. Детектор по п. 1, в котором управляющее устройство сконфигурировано с возможностью управлять подачей напряжения смещения с подачей указанного напряжения на подложку без облучения подложки от внешнего источника оптического излучения в течение каждого из периодов сбора данных.

6. Детектор по любому из пп. 1-5, в котором каждый период сбора данных имеет длительность 0,1-500 мс, предпочтительно 0,5-200 мс, более предпочтительно 1-100 мс и/или каждый период считывания имеет длительность 0,01-10 мс, предпочтительно 0,1-5 мс, более предпочтительно 1-4 мс.

7. Полупроводниковый детектор, содержащий:

подложку (11) из полупроводникового материала;

источник (12) напряжения смещения для приложения к подложке напряжения смещения в течение каждого периода (t1) сбора данных;

считывающее устройство (13) для периодического считывания данных, характеризующих количество зарядов, образующихся в подложке (11) как отклик на фотоны, поглощаемые ею, и движущихся через нее, в течение каждого периода (t2) считывания, следующего за периодом сбора данных;

внешний источник (15) оптического излучения, способный воздействовать указанным излучением на подложку для обеспечения возможности перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, и

управляющее устройство (14), функционально связанное с источником напряжения смещения, считывающим устройством и внешним источником оптического излучения,

отличающийся тем, что

управляющее устройство (14) сконфигурировано с возможностью управлять источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и внешним источником (15) оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки (11), обеспечивающего возможность перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, одновременно в течение периодов (t4) воздействия на подложку, каждый из которых следует за периодом (t3) измерений, причем каждый период измерений включает множество периодов сбора данных и множество периодов считывания.

8. Детектор по п. 7, в котором каждый период воздействия на подложку включает по меньшей мере часть периода сбора данных.

9. Детектор по п. 7, в котором каждый период воздействия на подложку включает один или множество периодов считывания и/или один или множество периодов сбора данных.

10. Детектор по п. 7, в котором управляющее устройство сконфигурировано с возможностью управлять источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и внешним источником оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки в циклическом режиме.

11. Детектор по п. 7, в котором управляющее устройство сконфигурировано с возможностью управлять источником напряжения смещения с подачей указанного напряжения на подложку и внешним источником оптического излучения с прерыванием облучения подложки в течение каждого из периодов измерений.

12. Детектор по п. 7, в котором каждый период сбора данных имеет длительность менее 10 мс, предпочтительно менее 5 мс, более предпочтительно менее 1 мс, наиболее предпочтительно менее 0,5 мс и/или каждый период считывания имеет длительность менее 5 мс, предпочтительно менее 1 мс, более предпочтительно менее 0,5 мс, наиболее предпочтительно менее 0,1 мс.

13. Детектор по любому из пп. 7-12, в котором каждый период измерений имеет длительность, примерно в 3 раза большую, предпочтительно по меньшей мере в 3 раза большую, более предпочтительно по меньшей мере в 5 раз большую, наиболее предпочтительно по меньшей мере в 10 раз большую, чем каждый период воздействия на подложку.

14. Способ уменьшения количества захваченных носителей заряда в полупроводниковом детекторе для счета фотонов, содержащем: подложку (11) из полупроводникового материала; источник (12) напряжения смещения для приложения к подложке напряжения смещения в течение каждого периода (t1) сбора данных; считывающее устройство (13) для периодического считывания данных, характеризующих количество зарядов, образующихся в подложке (11) как отклик на фотоны, поглощаемые ею, и движущихся через нее, в течение каждого периода (t2) считывания, следующего за периодом сбора данных, причем в состав указанных данных входит количество зарядных импульсов, соответствующих поглощаемым фотонам, и внешний источник (15) оптического излучения, способный воздействовать указанным излучением на подложку для обеспечения возможности перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку,

отличающийся тем, что включает:

управление источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и

управление внешним источником (15) оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки (11), обеспечивающего возможность перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, одновременно в течение по меньшей мере части указанных периодов считывания.

15. Способ по п. 14, в котором управляют источником напряжения смещения с обеспечением прерывания подачи указанного напряжения на подложку и внешним источником оптического излучения с обеспечением подачи излучения для облучения подложки в циклическом режиме, при этом подложку облучают только в течение определенных периодов (t4; t2) времени, каждый из которых следует за периодом (t3; t1), в течение которого детектор излучения сконфигурирован для приема детектируемого излучения.

16. Способ по п. 14, в котором управляют источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и внешним источником оптического излучения с обеспечением подачи излучения для облучения подложки одновременно в течение каждого из указанных периодов считывания.

17. Способ по любому из пп. 14-16, в котором управляют источником напряжения смещения с подачей указанного напряжения на подложку и внешним источником оптического излучения с прерыванием облучения подложки в течение каждого из указанных периодов сбора данных.

18. Способ по любому из пп. 14-16, в котором каждый период сбора данных имеет длительность 0,1-500 мс, предпочтительно 0,5-200 мс, более предпочтительно 1-100 мс и/или каждый период считывания имеет длительность 0,01-10 мс, предпочтительно 0,1-5 мс, более предпочтительно 1-4 мс.

19. Способ уменьшения количества захваченных носителей заряда в полупроводниковом детекторе, содержащем: подложку (11) из полупроводникового материала; источник (12) напряжения смещения для приложения к подложке напряжения смещения в течение каждого периода (t1) сбора данных; считывающее устройство (13) для периодического считывания данных, характеризующих количество зарядов, образующихся в подложке (11) как отклик на фотоны, поглощаемые ею, и движущихся через нее, в течение каждого периода (t2) считывания, следующего за периодом сбора данных, и внешний источник (15) оптического излучения, способный воздействовать указанным излучением на подложку для обеспечения возможности перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку,

отличающийся тем, что включает:

управление источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и

управление внешним источником (15) оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки (11), обеспечивающего возможность перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, одновременно в течение периодов (t4) воздействия на подложку, каждый из которых следует за периодом (t3) измерений, при этом каждый период измерений включает множество периодов сбора данных и множество периодов считывания.

20. Способ по п. 19, в котором каждый период воздействия на подложку включает по меньшей мере часть периода сбора данных.

21. Способ по п. 19, в котором каждый период воздействия на подложку включает один или множество периодов считывания и/или один или множество периодов сбора данных.

22. Способ по любому из пп. 19-21, в котором управляющее устройство конфигурируют для управления источником напряжения смещения с прерыванием подачи напряжения смещения на подложку и внешним источником оптического излучения с облучением подложки в циклическом режиме.

23. Способ по любому из пп. 19-21, в котором каждый период сбора данных имеет длительность менее 10 мс, предпочтительно менее 5 мс, более предпочтительно менее 1 мс, наиболее предпочтительно менее 0,5 мс и/или каждый период считывания имеет длительность менее 5 мс, предпочтительно менее 1 мс, более предпочтительно менее 0,5 мс, наиболее предпочтительно менее 0,1 мс.



 

Похожие патенты:

Использование: для создания полупроводникового пиксельного детектора сильно ионизирующих заряженных частиц. Сущность изобретения заключается в том, что детектор включает последовательное соединение монолитного слоя высокоомного полупроводникового материала (сенсора) со сплошным внешним и пиксельным внутренним металлическими электродами и регистрирующей пиксельной микросхемы с коэффициентом усиления не менее 80 мВ/фКл, при этом из схемы детектора исключен источник напряжения смещения и добавлен резистор, который подключен к внешнему металлическому электроду сенсора и регистрирующей схеме.

Группа изобретений относится к способу контроля коэффициента усиления и установки в ноль многопиксельного счетчика фотонов. Способ контроля коэффициента усиления многопиксельного счетчика фотонов содержит этапы, на которых сигналы, генерируемые устройством, принимают в течение заданных периодов, пока не будет достигнуто заданное суммарное время измерений, формируют гистограмму амплитуд на основе принятых сигналов, определяют позиции двух последовательных пиков, измеримых на этой гистограмме, генерируют сигнал ошибки, равный девиации между этими двумя пиками, и на основе этого сигнала ошибки регулируют напряжение, подаваемое на устройство, чтобы поддерживать девиацию, равную заданной величине.

Группа изобретений относится к способу контроля коэффициента усиления и установки в ноль многопиксельного счетчика фотонов. Способ контроля коэффициента усиления многопиксельного счетчика фотонов содержит этапы, на которых сигналы, генерируемые устройством, принимают в течение заданных периодов, пока не будет достигнуто заданное суммарное время измерений, формируют гистограмму амплитуд на основе принятых сигналов, определяют позиции двух последовательных пиков, измеримых на этой гистограмме, генерируют сигнал ошибки, равный девиации между этими двумя пиками, и на основе этого сигнала ошибки регулируют напряжение, подаваемое на устройство, чтобы поддерживать девиацию, равную заданной величине.

Изобретение относится к сенсорному устройству для обнаружения сигналов излучения. Для обеспечения высокой целостности сигналов и сохранения способности к четырехсторонней стыковке сенсорное устройство содержит сенсорную матрицу, содержащую множество детекторов, сенсорный элемент для преобразования принятых сигналов излучения в множество соответствующих электрических сигналов, элемент интерпозера, простирающийся поперечно между первой боковой стороной и второй боковой стороной, и элемент интегральной схемы.

Изобретение относится к сенсорному устройству для обнаружения сигналов излучения. Для обеспечения высокой целостности сигналов и сохранения способности к четырехсторонней стыковке сенсорное устройство содержит сенсорную матрицу, содержащую множество детекторов, сенсорный элемент для преобразования принятых сигналов излучения в множество соответствующих электрических сигналов, элемент интерпозера, простирающийся поперечно между первой боковой стороной и второй боковой стороной, и элемент интегральной схемы.

Изобретение относится к материалам детекторов для регистрации ионизирующего излучения, а также может быть использовано как оптический материал для ИК-оптики, лазерной техники, акустооптики.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам для преобразования ионизирующего излучения в электрический сигнал, в частности к чувствительным элементам, предназначенным для использования в различных системах измерения уровней радиации.

Изобретение относится к области измерения ионизирующих излучений и может быть использовано при регистрации частиц, ультрафиолетового-, альфа-излучений. Чувствительный элемент с кольцевым контактом для алмазного детектора, предназначенный для регистрации частиц, альфа-, УФ излучений, содержит лицевой контакт, выполненный с отверстием радиуса R, определяющимся из условия достаточной величины электрического поля в цилиндрической области радиуса R и позволяющим устранить энергетические потери регистрируемых частиц вследствие отсутствия контакта внутри цилиндрической области радиуса R.

Изобретение относится к полупроводниковым детекторам ионизирующих излучений, в частности к алмазным детекторам, способным работать в условиях повышенных температур, пониженных давлений, в агрессивных средах.

Изобретение в целом относится к системам формирования изображения. Детекторное устройство для детектирования излучения содержит преобразующий слой, множество собирающих заряд электродов, множество внешних направляющих электродов, при этом детекторное устройство предназначено для приложения к направляющим электродам напряжения , где Ubias обозначает напряжение, приложенное между упомянутыми собирающими заряд электродами и противоэлектродом, через который принимается упомянутое излучение, dgap обозначает ширину упомянутых зазоров между упомянутыми собирающими заряд электродами, dg обозначает расстояние между соединительным слоем, на котором размещены упомянутые направляющие электроды, и упомянутым преобразующим слоем, εc обозначает относительную диэлектрическую проницаемость упомянутого преобразующего слоя, εg обозначает относительную диэлектрическую проницаемость в слое между упомянутыми собирающими электродами и упомянутыми направляющими электродами и dc обозначает толщину упомянутого преобразующего слоя.

Группа изобретений относится к полупроводниковым детекторам рентгеновского или гамма-излучения. Полупроводниковый детектор для счета фотонов содержит подложку из полупроводникового материала, источник напряжения смещения для приложения к подложке напряжения смещения в течение каждого периода сбора данных, считывающее устройство для периодического считывания данных, характеризующих количество зарядов, образующихся в подложке как отклик на фотоны, внешний источник оптического излучения, способный воздействовать указанным излучением на подложку для обеспечения возможности перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, управляющее устройство, функционально связанное с источником напряжения смещения, при этом управляющее устройство сконфигурировано с возможностью управлять источником напряжения смещения с прерыванием подачи указанного напряжения на подложку и внешним источником оптического излучения с включением указанного источника для облучения подложки, обеспечивающего возможность перехода захваченных носителей заряда с дефектных уровней в подложку, одновременно в течение по меньшей мере части указанных периодов считывания. Технический результат – повышение чувствительности детектора радиоактивного излучения. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх