CN118235248A - 用于辐射的位置分辨检测的辐射检测器 - Google Patents
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Abstract
一种用于辐射的位置分辨检测的辐射检测器包括具有对辐射敏感的传感器材料(11)的至少一个传感器瓦片(1)。传感器瓦片(1)限定由第一轴(x)和与第一轴(x)正交的第二轴(y)跨越的水平平面。导电材料的一组传感器像素(12)布置在水平平面中并与传感器材料(11)接触。该组包括内传感器像素(12i)的子组，其中内传感器像素(12i)在第一轴(x)和第二轴(y)的每个方向上具有相邻传感器像素(12)。子组的至少两个相邻的内传感器像素(12i)示出沿着第二轴(y)的延伸超过沿着第一轴(x)的延伸。辐射检测器还包括至少一个读出芯片(2)，所述至少一个读出芯片指定给至少一个传感器瓦片(1)并且沿着第一轴(x)和第二轴(y)延伸。读出芯片(2)包括一组集成读出电路(21)，其中该组的每个读出电路(21)电连接到该组的传感器像素(12)中的一个以用于从指定传感器像素(12)读出电荷条目。该组读出电路(21)包括内读出电路(21i)的子组，其中内读出电路(21i)在第一轴(x)和第二轴(y)的每个方向上具有读出电路(21)。指定并连接到两个相邻的内传感器像素(12i)的两个内读出电路(21i)中的每一个示出沿着第一轴(x)的延伸不同于指定传感器像素(12i)沿着第一轴(x)的延伸(xd)，和/或沿着第二轴(y)的延伸不同于指定传感器像素(12i)沿着第二轴(y)的延伸(yd)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于辐射的位置分辨检测的辐射检测器。
背景技术
现有技术的混合像素检测器(HPD)包括像素化传感器瓦片，所述像素化传感器瓦片逐像素地连接到读出芯片。在现有技术的HPDs中，通常使用半导体作为传感器瓦片的传感器材料。更具体地，传感器瓦片的顶侧包括连续电极，而传感器瓦片的底侧包括与传感器材料接触并彼此隔离的金属化层和/或导电层形式的分离电极。这种金属化有助于传感器像素。传感器像素连接到读出芯片的指定读出电路。每个金属化借助于通过凸块下金属化(UBM)工艺制造的凸块接合连接到指定读出电路的触点。这种触点也可以称为读出芯片的电极。
期望检测和测量的电离辐射与传感器材料相互作用并在传感器材料中沉积能量。沉积的能量转换成传感器材料中的电子-空穴对。在传感器材料中，通过在传感器的顶侧电极上施加电压并将虚拟接地设置到指定读出电路的第一放大级的输入来形成电场。因此在指定读出电路中处理在传感器像素中的一个中收集的电荷。
现有技术的混合像素检测器具有通常具有方形形状的传感器像素。该设计适用于许多应用，例如计算机断层摄影、X射线衍射应用、扫描透射电子显微镜、扫描电子显微镜或电子显微镜。这些应用的共同之处在于，鉴于传感器像素的方形形状，在x和y两个方向上实现相同的分辨率。
然而，当期望实现不同的分辨率时，在大多数情况下不再使用相同的读出芯片，或者仅与缺点组合使用：
a)在鉴于较小的传感器像素接受较小的总传感器表面并且减小传感器瓦片的尺寸的情况下，如果由与之前相同的读出芯片服务，则这种重新设计的传感器瓦片被读出芯片的尺寸超过很多，这导致空间浪费。
b)在读出芯片为重新设计的传感器瓦片的较小尺寸而重新设计的情况下，必须实现芯片重新设计，这消耗了大量的努力，并且在成本和资源方面都是不经济的。
c)在先前的传感器瓦片应当或需要保持其原始尺寸并且填充有附加的传感器像素，并且先前的读出芯片应当继续服务于该传感器瓦片的情况下，需要附加的读出芯片来服务于传感器瓦片上随后增加数量的传感器像素。这样的附加读出芯片在x和y两个方向上消耗大量空间。
发明内容
因此，本发明的一般目的是提供一种辐射检测器，其允许连续使用给定尺寸和/或给定数量的读出电路的现有读出芯片，同时获得传感器像素组中变化分辨率的灵活性。
该问题通过根据权利要求1所述的辐射检测器来解决。假设辐射检测器包括对辐射敏感的传感器材料的传感器瓦片，以及包括与传感器材料接触的导电材料的一组传感器像素，则辐射检测器允许辐射的位置分辨检测。传感器材料可以例如是以下中的一种：硅(Si)、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)、碲化镉锌(CdZnTe)或锗(Ge)。传感器材料优选地根据待检测的辐射的类型来选择。
为了读出该组的单独的传感器像素，优选地以ASIC(专用集成电路)的形式提供读出芯片，其在平行于传感器瓦片的水平平面中延伸。读出芯片包括一组读出电路，每个读出电路优选地负责读出指定传感器像素。
为了阐明辐射检测器的部件相对于彼此的几何关系，传感器瓦片被确定为在由第一轴和与第一轴正交的第二轴跨越的水平平面中延伸。通常，传感器瓦片沿着第一轴的宽度和沿着第二轴的高度中的每一个超过传感器瓦片沿着与第一轴和第二轴正交的第三轴的厚度，并且优选地超过其至少10倍。该组传感器像素布置在水平平面中，并且因此覆盖传感器瓦片的例如底表面的一部分。传感器像素包括导电材料，例如以金属化部或注入物的形式，所述导电材料也被称为底部电极。后一项源自其充当电极的功能，优选地与顶部电极组合，优选地是传感器瓦片的相对表面(即顶表面)上的连续顶部电极。传感器像素优选地借助于金属化部或注入物之间的隔离间隙而彼此电隔离。
预期辐射会遇到包括顶部电极的传感器瓦片的顶表面。优选地，顶部电极相对于待检测的辐射是透明的。由入射在其中的传感器材料中的辐射沉积的能量转换成电子-空穴对。所产生的电荷沿着施加在顶部电极和底部电极组之间的电场的场线转移。因此，每个传感器像素从传感器材料中的指定体积收集辐射感应电荷。因此传感器像素沿着第一轴和第二轴的布置允许入射辐射的位置分辨检测。
每个读出电路中的信号处理可以包括由指定传感器像素提供的电信号中的电荷的放大、整形、滤波、判别、积分、存储和/或计数中的一种或多种且优选全部。读出电路还可以提供像素间通信，这可以意味着像素信号的否决、求和、滤波，这取决于相邻像素中的信号，或者延时积分(TDI)。在每个读出电路中，经处理的信号可以实现最终状态，其中它可以被存储一定时间，例如直到它可以被读出。最终状态可以由每个读出电路的一个或多个计数器值、每个传感器像素的一个或多个模拟信号或其组合来表示。如果需要，读出电路还可以将先前的最终状态存储在例如模拟或数字先进先出(FIFO)电路中、存储单元等中。
假定期望辐射检测器不浪费传感器瓦片所要求的区域外部的空间，则传感器瓦片优选地布置在读出芯片的顶部上，其中底部电极面向读出芯片的顶表面。读出芯片的顶表面优选地包括每个读出电路的电触点。
该组的至少两个相邻内传感器像素示出了沿着第二轴(例如，y轴)的延伸，所述延伸超过沿着第一轴(例如，x轴)的延伸。同时，对于服务于这两个相邻内传感器像素的(优选内)读出电路，尺寸设定如下：这些读出电路中的每一个沿着第一轴的延伸不同于指定传感器像素沿着第一轴的延伸，和/或这些指定读出电路中的每一个沿着第二轴的延伸不同于指定传感器像素沿着第二轴的延伸。
换句话说，相关传感器像素的延伸是非方形的，并且特别是矩形的，而相关联的读出电路的延伸在至少一个方向上是不同的，并且优选地在两个方向上是不同的。因此，相关的相邻内传感器像素在x和y方向上提供不同的分辨率，而指定读出电路具有不同的形状。
特别地，在读出芯片是要重复使用的现有读出芯片的情况下，至少两个相邻的(并且优选子组的所有内传感器像素)被设计成使得一方面在不同的方向上实现不同的分辨率，并且另一方面这些传感器像素的几何形状不同于指定读出电路的几何形状。特别地，读出电路的形状可以例如是方形的，而指定传感器像素的形状可以是矩形的。因此，不再需要内传感器像素和指定读出电路具有与常规辐射检测器中相同的形状。
特别地，优选的是，指定读出电路在一个维度上(例如，沿着x轴)的延伸小于传感器像素在相同方向上的延伸，而同时，读出电路沿着第二维度(例如，沿着y轴)的延伸超过传感器像素在相同方向上的延伸。当然，在上述教导中可以交换x轴和y轴。
特别是当使用现有读出芯片时，通过使传感器像素布局适应于在x和y方向上提供不同分辨率的形状来实现应用所需的不同分辨率。因此，矩形或六边形内传感器像素是可能的，即使读出电路具有如在现有技术应用中常见的方形形状。这使得即使在多个不同的传感器像素设计受制于应用的情况下也能够使用相同的读出芯片。这是有利的，原因是读出芯片的开发是重要的任务。另一方面，与新的读出芯片设计相比，传感器瓦片可以更容易地重新设计并且以更短的设计到生产周期重新设计。
具体地，可以在需要高分辨率的方向上减小像素尺寸，而可以在低分辨率足够的另一方向上增加像素尺寸。至少两个相邻内传感器像素的本设计实现这两个不同的方向相关分辨率。同时，读出芯片可以与这样的传感器像素组合使用，所述读出芯片最初设计成与方形形状的常规传感器像素一起使用。因此，相同的读出芯片可以用于不同的分辨率要求，尤其是通过牺牲一个方向上的分辨率来增强另一方向上的分辨率。
为了确定术语“延伸”、“形状”、“内传感器像素”等，参考以下内容：
该组传感器像素可以包括传感器瓦片上的所有传感器像素，或者例如远离另一组布置的传感器像素的组。该组传感器像素通常包括内传感器像素的子组，其中内传感器像素在第一轴和第二轴的每个方向上具有相邻传感器像素。因此，可能存在包含不满足内传感器像素的要求的外传感器像素的传感器像素的另一子组。
两个相邻内传感器像素中的每一个沿着第一轴的延伸由传感器像素的导电材料沿着第一轴的延伸加上相邻内传感器像素的导电材料之间在第一轴的方向上的间隙的距离来确定。以相同的方式，两个相邻内传感器像素中的每一个沿着第二轴的延伸由传感器像素的导电材料沿着第二轴的延伸加上相邻内传感器像素的导电材料之间在第二轴的方向上的间隙的距离来确定。
该组读出电路可以包括读出芯片的所有读出电路或读出电路组。至少那些读出电路是该组的成员，其电连接到子组的至少两个内传感器像素。通常，该组读出电路包括读出芯片的所有读出电路。子组包括该组的内读出电路。内读出电路示出了在第一轴和第二轴的每个方向上的读出电路。
每个读出电路应该包括触点，优选地在读出芯片的面向传感器瓦片的上表面处。在读出芯片与传感器瓦片组装之后，读出电路经由它们相应的触点电连接到指定传感器像素/底部电极以用于从其接收电信号。
每个内读出电路沿着第一轴的延伸由第一轴上的两个最外面的内读出电路的触点之间的距离除以Ni-1来定义，其中Ni表示沿着第一轴的内读出电路的数量。每个内读出电路沿着第二轴的延伸由第二轴上的两个最外面的内读出电路的触点之间的距离除以Mi-l来定义，其中Mi表示沿着第二轴的内读出电路的数量。因此，假设所有内读出电路具有沿着第一轴的相同延伸，以及沿着第二轴的相同延伸。
通常，当比较延伸，特别是x方向和y方向上的延伸，诸如稍后介绍的量度xd和yd时，在延伸彼此相比在10％的范围内的情况下，应假设延伸之间相等。特别地，边长比小于1.1:1且大于0.9:1的矩形被认为是正方形。
待检测的辐射是电离辐射，并且通常可以包括例如以下中的一种：在HPD是电子检测器的情况下，高于几keV至几百keV的能量的电子，在HPD是X射线检测器的情况下，具有几百keV至几百keV的能量的X射线，或其他类型的电离辐射。因此，本辐射检测器可以用于成像应用，但也可以用于由X射线或电子形成的衍射图案的成像。
另一方面，存在需要在一个方向上的高分辨率，但是在另一个方向上的分辨率相当无关紧要的应用。这样的应用包括例如以下中的一种：电子能量损失光谱(EELS)、小角度X射线散射(SAXS)、波长色散光谱等，其中如果在一个方向上(例如，在X方向上)的分辨率高于在另一方向上(例如，Y方向上)的分辨率，则是有利的。
以下实施例涉及传感器像素的延伸和形状：
-优选地，两个相邻的内传感器像素示出沿着第一轴的相同延伸和沿着第二轴的相同延伸。因此，它们具有相同的形状。如果应用于子组的所有内传感器像素，则这使得能够沿着x轴和y轴中的每一个实现相同的分辨率。
-优选地，两个相邻的内传感器像素具有相同的矩形形状，即导电材料的区域具有基本上矩形形状。矩形形状使由在x和y方向上具有不同延伸的传感器像素覆盖的区域最大化。
-优选地，两个相邻的内传感器像素均示出沿着第二轴的延伸超过沿着第一轴的延伸至少四倍。因此，分辨率的差异是不可忽略的。通过该实施例，可以以沿着另一轴的分辨率为代价显著增加沿着一个轴的分辨率。
-优选地，子组的所有内传感器像素具有相同的矩形形状。上面已经提到了该实施例的益处。
-优选地，该组的所有传感器像素具有相同的矩形形状，这在整个传感器瓦片上每轴应用恒定的分辨率。
-优选地，子组的至少四个并且优选所有内传感器像素具有相同的矩形形状，并且沿着第一轴和第二轴以二维阵列布置。在该上下文中，阵列被理解为传感器像素的规则布置，其中列的矩形传感器像素在宽度上全部在相同的x坐标之间延伸，而行的矩形传感器像素在高度上全部在相同的y坐标之间延伸。因此，在相同列和相同行的传感器像素之间不存在移位或偏移。这使得能够在两个方向上实现恒定的分辨率。
-除了在先前实施例中之外，在不同的实施例中，子组的至少四个并且优选所有内传感器像素具有相同的矩形形状，并且以相对于彼此偏移的行和相对于彼此偏移的列中的一种布置。
-优选地，偏移最大是内传感器像素沿着偏移轴的延伸的一半。
-优选地，偏移是内传感器像素沿着偏移轴的延伸的一半。
-优选地，偏移是内传感器像素沿着偏移轴的延伸的三分之一。
-优选地，偏移是在偏移轴上的传感器像素延伸除以整数，其中除法运算的最大整数小于沿着与偏移轴正交的轴的读出电路的数量。
-优选地，两个相邻的内传感器像素中的每一个具有相同的矩形形状，并且在电接触装置(诸如凸块接合)与传感器像素接合以将传感器像素连接到指定读出电路的区域中包括局部不对称。这使得能够用中心触点直接竖直连接到下方的方形读出电路。
-优选地，局部不对称由传感器像素的边界上的凸起表示。这使内传感器像素区域之间的不规则形状的变化最小化。
-优选地，两个相邻的内传感器像素中的每一个包括与相邻传感器像素的凸起互补的凹部形式的另一局部不对称。这使得能够实现相邻传感器像素中的凸起。
以下实施例涉及读出电路的延伸和形状：
-优选地，两个内读出电路均示出沿着第一轴和沿着第二轴的相同延伸。这导致方形内读出电路，这是许多常规读出芯片中的读出电路的形状。
-优选地，子组的所有内读出电路具有相同的方形形状，
-优选地，该组的所有读出电路具有相同的方形形状。
-优选地，子组的至少四个并且优选所有内读出电路具有相同的方形形状，并且沿着第一轴和第二轴以二维阵列布置。再次，阵列被理解为规则布置，其中列的方形读出电路在宽度上全部在相同的x坐标之间延伸，而行的矩形读出电路在高度上全部在相同的y坐标之间延伸。因此，在相同列和相同行的读出电路之间不存在移位或偏移。这使得能够实现读出电路的封装布置。
以下实施例更明确地涉及与读出电路的延伸相关的传感器像素的延伸。因此，这些实施例处理所实现的分辨率，而同时保持传感器瓦片(读出电路布置)所要求的占用面积：
-优选地，两个内读出电路中的每一个沿着第一轴的延伸超过指定传感器像素沿着第一轴的延伸。该几何形状为一个读出电路与两个传感器像素重叠铺平了道路。
-优选地，两个内读出电路中的每一个沿着第二轴的延伸小于指定传感器像素沿着第二轴的延伸。该几何形状为一个读出电路与两个指定传感器像素重叠并且允许第二读出电路也与两个指定传感器像素重叠铺平了道路。
-优选地，两个内读出电路中的每一个沿着第一轴的延伸是指定传感器像素沿着第一轴的延伸的至少两倍。该几何形状为读出电路要求不超过传感器像素的面积铺平了道路。
-优选地，两个内读出电路中的每一个沿着第二轴的延伸是指定传感器像素沿着第二轴的延伸的一半或更小。
-优选地，两个内读出电路中的每一个沿着第一轴的延伸是指定传感器像素沿着第一轴的延伸的两倍，并且两个内读出电路中的每一个沿着第二轴的延伸是指定传感器像素沿着第二轴的延伸的一半。该几何形状实现2:1比率的分辨率，而两个读出电路和两个指定传感器像素要求相同的面积。
-优选地，两个内读出电路中的每一个沿着第一轴的延伸是指定传感器像素沿着第一轴的延伸的3/2倍，并且其中两个内读出电路中的每一个沿着第二轴的延伸是指定传感器像素沿着第二轴的延伸的2/3倍。该几何形状实现3:2比率的分辨率，而六个读出电路和六个指定传感器像素可以要求相同的面积。
以下实施例涉及传感器像素和读出电路相对于彼此的几何形状：
-优选地，两个相邻的内传感器像素沿着第一轴彼此相邻地布置，组合地跨越矩形，并且指定的两个内读出电路沿着第二轴彼此相邻地布置，从而跨越与两个相邻的内传感器像素所跨越的矩形一致的矩形。因此，每对内传感器像素和读出电路具有相同的尺寸，并且优选地可以完全重叠，如将在以下实施例中介绍的。
-优选地，两个相邻的内传感器像素所跨越的矩形沿着第一轴和第二轴具有与指定的两个内读出电路所跨越的矩形相同的位置。
-优选地，两个相邻的内传感器像素所跨越的矩形不与指定的两个内读出电路所跨越的矩形重叠。优选地，结合该实施例应用重新分布层，如稍后将解释的。
-优选地，子组的两个内读出电路中的至少一个与指定传感器像素不重叠。
-优选地，子组的内传感器像素中的每一个要求的面积超过指定内读出电路的面积，指定内读出电路的面积由其沿着第一轴的延伸乘以其沿着第二轴的延伸来确定。
-优选地，子组的所有内传感器像素要求的组合面积超过子组的所有内读出电路的组合面积，组合面积由内读出电路沿着第一轴的延伸乘以读出电路沿着第二轴的延伸乘以内读出电路的数量来确定。
在另一优选实施例中，重新布线或重新分布层布置在传感器瓦片和读出芯片之间。重新布线层优选地用于将传感器像素电连接到指定读出电路的UBM触点。重新布线层可以沉积在传感器表面上金属化的底部电极上。优选地，重新布线层包括布置在传感器瓦片和读出芯片之间的绝缘材料和导电迹线。
传感器像素的每个导电材料可以包括于在传感器瓦片的底侧上形成单独电极的层堆叠中。这种堆叠可以例如包括n++或p++注入、不同的金属、绝缘层(例如SiO、SiN、…、凸块下金属化等)。该堆叠中的不同层可以不需要具有相同的尺寸。堆叠的顶层可以限定传感器瓦片内部的电场将朝向其弯曲的区域。响应于电离辐射的能量冲击而产生的一种极性的电荷(电子或空穴，取决于施加电压的极性)将沿着电场线朝向堆叠的顶层漂移。例如将该堆叠与绝缘层和穿过绝缘层的通孔组合，该构造可以用于将信号从堆叠的顶层所在的x-y位置路由到堆叠的底层所在的不同x-y位置。这甚至可以用于穿越由不同传感器的像素堆叠的顶层覆盖的x-y区域。
典型的读出电路延伸可以是：如果是方形的，在10μm×10μm和2mm×2mm之间，并且如果是矩形的，在10μm和2mm之间，每个宽度和高度。典型的传感器像素延伸可以是：在10μm和10mm之间，每个宽度和高度。
上述类别中的实施例可以单独应用，或者与相同类别的一个或多个其他实施例组合应用，或者与不同类别的一个或多个实施例组合应用，或者与不同类别的一个或多个实施例组合应用。
附图说明
当考虑到本发明的以下详细描述时，将更好地理解本发明，并且除了上述目的之外的目的将变得显而易见。这样的描述参考附图，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的辐射检测器的剖视图；
图2示出了图1的传感器瓦片1的剖视图；
图3示出了根据本发明的实施例的辐射检测器的读出芯片的俯视图；
图4示出了根据本发明的实施例的辐射检测器的传感器瓦片的仰视图；
图5示出了根据本发明的实施例的辐射检测器的切口上的示意性透明俯视图；
图6示出了根据本发明的另一实施例的辐射检测器的剖视图；
图7至9均示出了根据本发明的实施例的辐射检测器的切口上的示意性透明俯视图；以及
图10示出了根据本发明的实施例的辐射检测器的传感器瓦片的切口上的示意性仰视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的辐射检测器的剖视图。传感器瓦片1电连接到读出芯片2，所述读出芯片又电连接到电路板3。传感器瓦片1包括传感器材料11，所述传感器材料夹在连续的顶部电极13和多个分离的底部电极12之间，所述电极由导电材料表示，例如以金属化的形式，有助于传感器像素。传感器材料对待检测的辐射敏感。假设辐射从顶部撞击传感器瓦片1，如箭头所示。
传感器瓦片1布置在水平平面x、y中，其中，在本示例中，x轴被称为第一轴，并且y轴被称为与第一轴正交的第二轴，它们组合限定水平平面。考虑到传感器瓦片在第一和第二轴上的延伸均超过其在z方向(即第三轴)上的厚度，传感器瓦片的特征在于在水平平面中的平面延伸。
读出芯片2还具有其沿着第一和第二轴X、Y的主延伸，平行于传感器瓦片1布置，并且特别地布置在传感器瓦片1下方。读出芯片2包括读出电路21，以及在其顶表面上的电输入触点22。优选地，每个读出电路21具有指定输入触点22以从其接收输入信号。优选地，传感器瓦片1的传感器像素12和读出芯片2的输入触点22以一对一的关系彼此电连接，这意味着输入触点22/读出电路21的数量等于传感器像素12的数量。在本示例中，对应的传感器像素12和输入触点22沿着第三轴位于彼此上方/下方，并且目前通过凸块接合4电连接。内传感器像素由12i表示，而外传感器像素由12o表示。内读出电路由21i表示，而外读出电路由21o表示。
图1中的辐射检测器安装到具有附加读出电子器件的高密度互连(HDI)印刷电路板3。例如，读出芯片2的I/O焊盘23和HDIPCB 3的I/O焊盘31之间的电连接通过焊线接合5建立。
期望检测和测量的入射辐射与包括在传感器瓦片1中的传感器材料11相互作用并在传感器材料11中沉积能量。沉积的能量转换为传感器材料11中的电子-空穴对。
图2示出了图1的传感器瓦片1的剖视图。将正电压或负电压施加到连续顶部电极13。顶部电极13可以包括由传感器注入物(例如，p++、n++)、金属(例如，Al、Au、Ag、Cu，...中的一种或多种)、其他导电层和/或绝缘层构建的堆叠。底部电极12也可以由层的堆叠表示。电场线从顶部电极13通向底部电极12。在传感器材料11中产生的电荷沿着场线漂移。在图2中，底部电极堆叠12中的所有层具有相同的尺寸，特别是沿着第一轴x的相同延伸。指定给每个传感器像素12的体积14的边界显示为虚线。
因此，每个传感器像素12从传感器材料11中的指定体积14收集辐射感应电荷，所述指定体积在图2中针对所有传感器像素12示出，并且在图1中仅针对一个传感器像素12示出。
返回到图1，从指定体积14收集的电荷经由指定金属化部21、指定凸块接合4和相应的触点22到达对电荷进行处理的读出电路21。读出电路21优选地由集成在读出芯片2的半导体材料中的电子器件表示。优选地，每个读出电路21服务于专用传感器像素12，并且因此与其他读出电路21及其触点22隔离，只要单独的读出电路21中的处理结果不被组合和转发、多路复用等以发送到PCB 3即可。因此，读出电路21由与指定触点连接但与相邻读出电路21分离的虚线矩形指示，也是因为每个读出电路在水平平面x、y中消耗读出芯片2的面积。
在图1的剖视图中，传感器像素12全部具有沿着第一轴x的相同延伸。每个内传感器像素12i沿着第二轴y的延伸超过其沿着第一轴x的延伸。优选地，所有内传感器像素12i沿着第二轴y的延伸是相同的，使得当前内传感器像素12i具有相同的矩形形状。
如已经从图1导出的，每个内读出电路21i沿着第一轴x的延伸超过每个内传感器像素12i沿着第一轴x的延伸，并且优选地对于所有内读出电路21i是相同的。优选地，如不能从图1导出的，内读出电路21i沿着第二轴y的延伸小于内传感器像素12i沿着第二轴y的延伸。优选地，每个内读出电路21i沿着第二轴y的延伸与沿着第一轴x的延伸相同，使得内读出电路21i具有相同的方形形状。
优选地，但从图1不可想到，每个内读出电路21i沿着第二轴y的延伸是指定内传感器像素12i的延伸的一半，并且每个内读出电路沿着第一轴x的延伸是指定内传感器像素12i沿着第一轴x的延伸的两倍。
在图1的剖视图中，一些内传感器像素12i未示出为电连接到指定内读出电路21i。其原因在于，这样的内传感器像素12i借助于凸块接合电连接到指定读出电路，但是由于布置在y>0的平面x、z中而从图1不可想到。结合随后的附图将更好地理解这一点。
图1的辐射检测器沿着第二轴y提供的分辨率低于沿着第一轴x的分辨率。对应的内读出电路21i具有与对应的传感器像素12i不同的形状，并且要求在传感器像素12i下方的读出芯片2的相同面积。
图3示出了在根据本发明的实施例的辐射检测器中使用的读出芯片2的切口的俯视图。在本实施例中，该组读出电路21布置成行和列的阵列。该组包含外读出电路21o的子组和内读出电路21i的子组。特别地，在每个方向x、y上的四个最外面的内读出电路由21oi表示。另外，至少对于一些读出电路21，输入触点22由点示出。在本示例中，输入触点22布置在每个读出电路21的左下四分之一中。然而，输入触点22可以替代地布置在每个读出电路21的中心，在不同的位置处，或者甚至在读出电路21上变化的位置处。在该实施例中，读出电路21具有基本上方形的形状。
为了将读出电路21的尺寸和/或形状与指定传感器像素的尺寸和/或形状进行比较，采取以下假设，如结合图3所示：
关于每个内读出电路21i/21oi沿着第一轴x的延伸dx，在最外面的内读出电路21i/21oi的触点22之间沿着第一轴x测量距离Dx，所述距离Dx除以Ni-1，其中Ni表示内读出电路21i/21oi沿着第一轴x的数量。结果是确定每个内读出电路21i/21oi沿着第一轴x具有的延伸dx。
以相同的方式，在最外面的内读出电路21oi的触点22之间沿着第二轴y测量距离Dy，所述距离Dy除以Mi-1，其中Mi表示沿着第二轴y的内读出电路21i/21oi的数量。结果是确定每个内读出电路21i/21oi沿着第二轴y具有的延伸dy。
图4示出了如在根据本发明的实施例的辐射检测器中使用的传感器瓦片1的切口的仰视图。在本实施例中，内传感器像素12i的子组布置成行和列的阵列。子组的每个内传感器像素12i示出其金属化部的延伸xs和ys。沿着第一轴x相邻的内传感器像素12i的金属化部之间的间隙具有尺寸gx。内传感器像素12i的金属化部由直矩形示出。沿着第二轴Y相邻的金属化部之间的间隙具有尺寸gy。为了将读出电路的尺寸和/或形状与指定传感器像素12的尺寸和/或形状进行比较，进行以下假设：内传感器像素12i沿着第一轴x的延伸xd被设定为xs+gx，而内传感器像素12i沿着第二轴y的延伸yd被设定为ys+gy。
图5示出了根据本发明的实施例的辐射检测器的切口上的示意性透明俯视图。在该具体实施例中，该透明俯视图将示出传感器像素12相对于读出电路21的几何布局。传感器像素12i具有由其对应的传感器像素边界(由实线表示)限定的矩形形状。读出电路21i具有由其对应的读出电路边界(由点/斜线表示)限定的方形形状。出于说明的目的，省略了间隙。
传感器像素矩形的纵横比xd:yd为1:4。传感器像素12i沿着x轴的延伸(宽度)是读出电路21i沿着x轴的延伸(宽度)的一半。传感器像素12i沿着y轴的延伸(高度)是读出电路21i沿着y轴的延伸(高度)的两倍。每两个水平(在x方向上)相邻的传感器像素12i覆盖与两个竖直(在y方向上)相邻的读出电路21i大致相同的面积。
可以实现两个相邻的传感器像素12i与指定读出电路21i之间的连接，使得左传感器像素12i连接到顶部读出电路21i，并且右传感器像素12i连接到底部读出电路。关系由箭头示意性地指示。注意在该实施例中，传感器像素12i相对于读出电路21i在x方向和y方向两者上移位。
可以在若干步骤中执行从传感器像素12i到指定读出电路21i的电连接。在优选实施例中，传感器像素金属化部和读出电路触点(例如，其凸块下金属化(UBM))在相同的x-y坐标中，但是在不同的平行平面上(竖直移位)。如果读出电路21i上的传感器像素12i的投影不与UBM重叠，则可能需要重新布线层。
图6示出了根据本发明的辐射检测器的另一实施例，包括传感器像素12和读出电路21之间的重新布线。除了图1的辐射检测器之外，还提供了重新分布层6，其通过介电材料62中的导体轨道61建立传感器像素12与读出电路21的对应输入触点22的一对一电连接。重新分布层6的/上的触点63连接到凸块接合4，并且因此连接到读出电路21的触点22。通常，重新分布层6单片集成在传感器瓦片1上。在读出电路62在x轴或y轴上从指定传感器像素12横向偏移的情况下，优选地应用重新分布层6。
图7示出了根据本发明的实施例的辐射检测器的切口上的示意性透明俯视图。在该实施例中，内右传感器像素12ir(沿着第一轴x的一对两个相邻内传感器像素12i的相应每个内右传感器像素12ir)示出凸起121，以便覆盖在指定内下读出电路21il中居中的凸块接合4。因此，同时表示指定内下读出电路21il的触点的x、y位置的凸块接合4可以从内右传感器像素12ir竖直连接，而不需要横向重新布线。内左传感器像素12il(沿着第一轴x的一对两个相邻内传感器像素12i的相应每个内左传感器像素12il)示出与内右传感器像素12ir的凸起互补的凹部122，以便不使后者短路。在该实施例中，触点22和凸块接合4可以保持全部在读出电路21上居中。
注意，如果传感器像素12仅略微偏离矩形形状，并且在偏离小于沿着第一轴x的读出电路延伸的四分之一并且小于沿着第二轴y的读出电路延伸的四分之一的情况下，传感器像素12也被认为是矩形的。
图8示出了根据本发明的另一实施例的辐射检测器的切口上的示意性透明俯视图。在该实施例中，内传感器像素12i的矩形形状被完全保留。在该实施例中，在内传感器像素12i和内读出电路21i之间应用例如SiO2、SiN的绝缘层或在半导体处理中使用的任何其他介电层。通过绝缘层制造(例如，蚀刻)通孔64，诸如由图6中的64所示。孔64用电导体金属化，产生导体路径61的一部分，参见图6。凸块接合4然后通过导电迹线(在图6中也是61)连接到金属化孔64，所述导电迹线也由例如铜、银、铝等制成。在该实施例中，内传感器像素12i的原始矩形形状被保留。
图9示出了根据本发明的另一实施例的辐射检测器的切口上的示意性透明俯视图。图9示出了本发明的实施例，其中读出电路21i的形状不与对应的传感器像素12i重叠。在该实施例中，在传感器像素12i和内读出电路21i之间应用例如由SiO2、SiN制成的绝缘层或在半导体处理中使用的任何其他绝缘层。孔64例如通过绝缘层蚀刻，并且孔64填充有导电材料。凸块接合4的位置然后通过例如由铜、银、铝等制成的导电迹线61连接到孔64中的导电材料。在想要将传感器像素12i的分辨率例如在x方向上选择为读出电路21i的分辨率的非整数除数或倍数的情况下，该实施例是有利的。不同读出电路21i之间的x-y区域可以用具有与内传感器像素12i相似或相同形状的传感器像素12i覆盖，从而在整个传感器瓦片上在x或y方向上产生均匀分辨率。在布线需要覆盖穿越不同传感器像素的大部分的较大距离的情况下，则有利的是在迹线61穿越像素处留下传感器像素金属化的空隙。
在不同的实施例中，以类似的方式在读出芯片的顶层中实现布线。在不同的实施例中，使用(例如，玻璃或Si、陶瓷的)中介层，并且在中介层中的不同层上实现布线。
注意可以使用布线，使得由传感器像素覆盖的总面积可以不同于由读出电路覆盖的总面积。特别地，由传感器像素覆盖的面积可以大于由读出电路覆盖的面积。
图9中描述的实施例可以容易地扩展到具有不同纵横比的传感器像素。对于1:9的纵横比X:Y，三个内传感器像素(左、中间水平、右)均对应地连接到三个读出电路(顶部、中间竖直、底部)中的一个。
图10示出了根据本发明的实施例的辐射检测器的传感器瓦片的切口上的示意性俯视图。在该实施例中，内传感器像素12i具有矩形形状并且以相对于彼此偏移的行布置。在本示例中，相邻行的内传感器像素12i移位一半内传感器像素宽度的偏移，即沿着x轴的延伸。这允许在x方向上实现甚至更高的分辨率。当然，图10的图案可以在两个方向+y/-y上重复，并且可以在+x/-x上继续。
可能存在另外的偏移，例如偏移像素宽度的1/3，或像素宽度的1/4，或像素宽度的1/n，其中n小于或等于ni,row-1，其中ni,row是内传感器像素12i的行的总数。代替每行将传感器像素移位偏移+off，当通过每行交替+off和-off来移位传感器像素时，可以实现“交替”图案。
在该情况下，每个内传感器像素行在x方向上以辐射分布的不同间隔进行采样。在y方向上的辐射分布不携带信息，即辐射在n个偏移行的y延伸上具有至少近似相同的分布的情况下，则可以通过该过采样方法重建1D分布。组合从移位行获得的信号使得能够沿着x方向利用过采样(即，增加的采样分辨率)来获取信号。
Claims (20)
1.一种用于辐射的位置分辨检测的辐射检测器，其包括
-具有对辐射敏感的传感器材料(11)的至少一个传感器瓦片(1)，所述传感器瓦片(1)限定由第一轴(X)和与所述第一轴(X)正交的第二轴(Y)跨越的水平平面，
-布置在所述水平平面中的一组传感器像素(12)，每个传感器像素(12)包括与所述传感器材料(11)接触的导电材料，
-其中所述一组传感器像素(12)包括内传感器像素(12i)的子组，其中内传感器像素(12i)在所述第一轴(x)和所述第二轴(y)的每个方向上具有相邻传感器像素(12)，
-其中所述子组的至少两个相邻的内传感器像素(12i)示出沿着所述第二轴(y)的延伸(yd)超过沿着所述第一轴(x)的延伸(xd)，
-其中内传感器像素(12i)沿着所述第一轴(x)的延伸(xd)由其导电材料沿着所述第一轴(x)的延伸(xs)加上所述内传感器像素(12i)与在所述第一轴(x)的方向上相邻布置的内传感器像素(12i)之间的间隙的距离(gx)确定，
-其中内传感器像素(12i)沿着所述第二轴(y)的延伸(yd)由其导电材料沿着所述第二轴(y)的延伸(ys)加上所述内传感器像素(12i)与在所述第二轴(y)的方向上相邻布置的内传感器像素(12i)之间的间隙的距离(gy)确定，
-至少一个读出芯片(2)，所述至少一个读出芯片指定给所述至少一个传感器瓦片(1)并且沿着所述第一轴(x)和所述第二轴(y)延伸，
-集成在所述读出芯片(2)中的一组读出电路(21)，所述组的每个读出电路(21)包括触点(22)，并且每个读出电路(21)经由其触点(22)电连接到所述组的所述传感器像素(12)中的一个以用于从所述指定传感器像素(12)读出电荷条目，
-其中所述一组读出电路(21)包括内读出电路(21i)的子组，其中内读出电路(21i)在所述第一轴(x)和所述第二轴(y)的每个方向上具有读出电路(21)，
-其中每个内读出电路(21i)沿着所述第一轴(x)的延伸(dx)由所述第一轴(x)上的两个最外面的内读出电路(21oi)的触点(22)之间的距离(Dx)除以Ni-1来定义，其中Ni表示内读出电路(21i)沿着所述第一轴(x)的数量，
-其中每个内读出电路(21i)沿所述第二轴(y)的延伸(dy)由所述第二轴(y)上的两个最外面的内读出电路(21oi)的触点(22)之间的距离(Dy)除以Mi-1来定义，其中Mi表示内读出电路(21i)沿所述第二轴(y)的数量，
-其中被指定并连接到所述两个相邻的内传感器像素(12i)的所述两个内读出电路(21i)中的每一个示出
沿着所述第一轴(x)的延伸(dx)不同于所述指定内传感器像素(12i)沿着所述第一轴(x)的延伸(xd)，和/或
沿着所述第二轴(y)的延伸(dy)不同于所述指定内传感器像素(12i)沿着所述第二轴(y)的延伸(yd)。
2.根据权利要求1所述的辐射检测器，
其中所述两个相邻的内传感器像素(12i)示出沿着所述第一轴(x)的相同延伸(xd)和沿着所述第二轴(y)的相同延伸(yd)，
优选地，其中所述两个相邻的内传感器像素(12i)具有相同的矩形形状，
优选地，其中所述两个相邻的内传感器像素(12i)均示出沿着所述第二轴(y)的延伸(yd)超过沿着所述第一轴(x)的延伸(xd)至少四倍，
优选地，其中所述子组的所有内传感器像素(12i)具有相同的矩形形状，
优选地，其中所述组的所有传感器像素(12i)具有相同的矩形形状。
3.根据权利要求1或2所述的辐射检测器，
其中所述子组的至少四个并且优选所有内传感器像素(12i)具有相同的矩形形状，并且沿着所述第一轴(x)和所述第二轴(y)以二维阵列布置。
4.根据权利要求1或2所述的辐射检测器，
其中所述子组的至少四个并且优选所有内传感器像素(12i)具有相同的矩形形状，并且以相对于彼此偏移的行和列中的一种布置，
优选地，其中所述偏移(off)最大是所述内传感器像素(12i)沿着所述偏移轴(x，y)的延伸(xd，yd)的一半，
优选地，其中所述偏移(off)是所述内传感器像素(12i)沿着所述偏移轴(x，y)的延伸(xd，yd)的一半，
优选地，其中所述偏移(off)是所述内传感器像素(12i)沿着所述偏移轴(x，y)的延伸(xd，yd)的三分之一，
优选地，其中所述偏移(off)是所述偏移轴(x，y)上的所述传感器像素延伸(xd，yd)除以整数，其中最大整数小于沿着与所述偏移轴(x，y)正交的轴的读出电路(21i)的数量。
5.根据任一项权利要求所述的辐射检测器，
其中具有相同矩形形状的所述两个相邻的内传感器像素(12i)中的每一个包括局部不对称，在所述局部不对称处，电接触装置与所述内传感器像素(12i)接合以用于将所述内传感器像素(12i)连接到所述指定内读出电路(21i)，
优选地，其中所述局部不对称由所述内传感器像素(12i)的形状中的凸起(121)表示，
优选地，其中所述两个相邻的内传感器像素(12i)中的每一个包括与所述相邻传感器像素(12i)的所述凸起(121)互补的凹部(122)形式的另一局部不对称。
6.根据任一项权利要求所述的辐射检测器，
其中所述两个内读出电路(21i)均示出沿着所述第一轴(x)和沿着所述第二轴(y)的相同延伸(dx，dy)，
优选地，其中所述两个内读出电路(21i)具有相同的方形形状，
优选地，其中所述子组的所有内读出电路(21i)具有相同的方形形状，
优选地，其中所述组的所有读出电路(21i)具有相同的方形形状。
7.根据任一项权利要求所述的辐射检测器，
其中所述子组的至少四个并且优选所有内读出电路(21i)具有相同的方形形状，并且沿着所述第一轴(x)和所述第二轴(y)以二维阵列布置。
8.根据任一项权利要求所述的辐射检测器，
其中所述两个内读出电路(21i)中的每一个沿着所述第一轴(x)的延伸(dx)超过所述指定内传感器像素(12i)沿着所述第一轴(x)的延伸(xd)。
9.根据权利要求8所述的辐射检测器，
其中所述两个内读出电路(21i)中的每一个沿着所述第二轴(y)的延伸(dy)小于所述指定内传感器像素(12i)沿着所述第二轴(y)的延伸(yd)。
10.根据权利要求8或9所述的辐射检测器，
其中所述两个内读出电路(21i)中的每一个沿着所述第一轴(x)的延伸(dx)是所述指定传感器像素(12i)沿着所述第一轴(x)的延伸(xd)的至少两倍。
11.根据权利要求9或10所述的辐射检测器，
其中所述两个内读出电路(21i)中的每一个沿着所述第二轴(y)的所述延伸(dy)是所述指定传感器像素(12i)沿着所述第二轴(y)的延伸(yd)的一半或更小。
12.根据权利要求11所述的辐射检测器，
其中所述两个内读出电路(21i)中的每一个沿着所述第一轴(x)的延伸(dx)是所述指定传感器像素(12i)沿着所述第一轴(x)的延伸(xd)的两倍，并且
其中所述两个内读出电路(21i)中的每一个沿着所述第二轴(y)的延伸(dy)是所述指定传感器像素(12i)沿着所述第二轴(y)的延伸(yd)的一半。
13.根据权利要求11所述的辐射检测器，
其中所述两个内读出电路(21i)中的每一个沿着所述第一轴(x)的延伸(dx)是所述指定传感器像素(12i)沿着所述第一轴(x)的延伸(xd)的3/2倍，并且
其中所述两个内读出电路(21i)中的每一个沿着所述第二轴(y)的延伸(dy)是所述指定传感器像素(12i)沿着所述第二轴(y)的延伸(yd)的2/3倍。
14.根据任一项权利要求所述的辐射检测器，
其中所述两个相邻的内传感器像素(12i)沿着所述第一轴(x)彼此相邻地布置，组合地跨越矩形，
其中所述指定的两个内读出电路(21i)沿着所述第二轴(y)彼此相邻地布置，从而跨越与所述两个相邻内传感器像素(12i)所跨越的矩形一致的矩形。
15.根据权利要求14所述的辐射检测器，
其中所述两个相邻的内传感器像素(12i)所跨越的矩形沿着所述第一和第二轴(x，y)具有与所述指定的两个内读出电路(21i)所跨越的矩形相同的位置。
16.根据权利要求14所述的辐射检测器，
其中所述两个相邻的内传感器像素(12i)所跨越的矩形不与所述指定的两个内读出电路(21i)所跨越的矩形重叠。
17.根据任一项权利要求所述的辐射检测器，
其中所述子组的所述两个内读出电路(21i)中的至少一个不与所述指定传感器像素(12i)重叠。
18.根据任一项权利要求所述的辐射检测器，
其中所述子组的所述内传感器像素(12i)中的每一个要求的面积超过所述指定内读出电路(21i)要求的面积，所述指定内读出电路(21i)的面积由其沿着所述第一轴(x)的延伸(dx)乘以其沿着所述第二轴(y)的延伸(dy)来确定。
19.根据任一项权利要求所述的辐射检测器，
其中所述子组的所有内传感器像素(12i)要求的组合面积超过所述子组的所有内读出电路(21i)的组合面积，所述组合面积由所述内读出电路(21i)沿着所述第一轴(x)的延伸(dx)乘以其沿着所述第二轴(y)的延伸(dy)乘以内读出电路(21i)的数量来确定。
20.根据任一项权利要求所述的辐射检测器，
其包括在所述传感器瓦片(1)和所述读出芯片(2)之间的重新布线层(6)，用于将所述传感器像素(12)电连接到所述指定读出电路(21)的触点(22)，
优选地，其中所述重新布线层(6)包括布置在所述传感器瓦片(1)和所述读出芯片(2)之间的包括导电迹线(61)的绝缘材料(62)。
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Family Cites Families (4)
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- 2021-12-23 EP EP21844351.3A patent/EP4385067A1/en active Pending
Also Published As
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| WO2023117109A1 (en) | 2023-06-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |