DE10142531A1 - Sensoranordnung aus licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindlichen Sensoren - Google Patents

Sensoranordnung aus licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindlichen Sensoren

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine großflächige Sensoranordnung, insbesondere einen flachen dynamischen Röntgendetektor (FDXD). Die licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindlichen Sensoren (Pixel) der Sensoranordnung sind auf einem Substrat (1) unter Ausbildung einer sensitiven Schicht (20) flächig verteilt. An der Oberseite der Schicht (20) ist für jeden Sensor ein Kontaktpunkt (23) angeordnet, welcher über ein oder mehrere Verbindungslagen (30, 40) mit einer integrierten Schaltung (6) verbunden ist. Auf diese Weise entsteht ein mehrlagiger, sehr kompakter Aufbau, bei welchem die Auswerteelektronik (6) flächig parallel zu den Sensoren (20) angeordnet ist. Vorzugsweise ist jedem Sensor eine eigene Auswerteelektronik in der Schaltung (6) zugeordnet, wodurch sich sehr kurze Leitungswege und ein geringes Rauschen ergeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung mit einer Schicht aus verteilt angeordneten licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindlichen Sensoren.
  • Sensoranordnungen mit zweidimensionalen, großflächigen Schichten aus licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindlichen Sensoren finden insbesondere im medizinischen Bereich bei der dynamischen Darstellung von Röntgenabbildungen Anwendung. Derartige großflächige Röntgensensoren werden auch als "flache dynamische Röntgendetektoren" (FDXD) bezeichnet. FDXD-artige Detektoren gelten als universelle Detektorkomponenten, die in verschiedenen anwendungsspezifischen Röntgengeräten verwendet werden können. Zu den Anwendungen gehört nicht zuletzt auch die Computertomografie und die Nuklearmedizin.
  • Ein FDXD-Röntgendetektor ist zum Beispiel aus der EP 0 440 282 B1 bekannt. Dieser Röntgendetektor basiert auf der Dünnfilmtechnologie, bei welcher eine elektrische Schaltung durch Aufbringen dünner Schichten auf ein Substrat hergestellt wird. Gemäß der EP 0 440 282 B1 wird so eine Matrixanordnung von Fotodioden, welche durch die Absorption von Photonen kurzzeitig einen elektrischen Strom leiten, und Dünnfilmtransistoren, welche eine selektive Ankopplung der jeweiligen Fotodiode an Ausleseleitungen erlauben, hergestellt. Als Halbleitermaterial wird amorphes Silizium verwendet. Die erhaltene Anordnung stellt einen großflächigen Fotosensor dar, welcher durch eine zusätzliche Szintillatorschicht auf den lichtempfindlichen Fotodioden röntgenstrahlungsempfindlich gemacht werden kann. Dabei absorbiert die Szintillatorschicht Röntgenquanten und konvertiert diese in von den Fotodioden nachweisbare Lichtquanten.
  • Des weiteren sind auch Anordnungen bekannt, die Röntgenstrahlung direkt in elektrische Signale konvertieren. So beschreibt zum Beispiel die DE 40 02 429 A1 eine in Dünnfilmtechnik hergestellte Sensormatrix, bei der statt Fotodioden Speicherkapazitäten auf einer Dünnschichtplatte und statt der Szintillatorschicht ein direkt konvertierendes Material verwendet werden.
  • Bei allen bekannten FDXD-artigen Sensoren werden am Rand der großflächigen Dünnfilmelektronik integrierte Schaltungen wie zum Beispiel CMOS-Schaltkreise angeschlossen, die zur zeilenweisen Ansteuerung der Matrixzellen und zum spaltenweisen Verstärken und Erfassen der Signale aus den Matrixzellen dienen. Nachteilig hierbei ist, dass das sogenannte "Schaltrauschen" beim zeilenweisen Auslesen der Matrix sowie die langen Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Sensoren und den Schaltungen zu einem verhältnismäßig hohen Rauschpegel führen.
  • Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Sensoranordnung mit großflächig angeordneten licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindlichen Sensoren bereitzustellen, welche ein geringeres Signalrauschen aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
  • Die vorgeschlagene Sensoranordnung enthält eine Schicht aus zweidimensional verteilt angeordneten licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindlichen Sensoren, welche jeweils mindestens einen Kontaktpunkt aufweisen. Auf dieser Schicht der Sensoren und parallel hierzu ist mindestens ein Baustein mit einer vorzugsweise in Halbleitertechnik ausgebildeten integrierten Schaltung angeordnet, wobei der Baustein mit den genannten Kontaktpunkten verbunden und für das Auslesen der Sensorsignale eingerichtet ist. Die Sensoranordnung ist vorzugsweise großflächig, das heißt, dass sie typischerweise mehrere tausend Einzelsensoren enthält und eine Fläche in der Größenordnung von einigen bis mehreren Hundert Quadratzentimetern bedeckt. Die an den Sensoren ausgebildeten Kontaktpunkte liegen vorzugsweise alle auf einer Seite der zweidimensionalen Sensoranordnung, obwohl dies nicht zwingend erforderlich ist. Weiterhin ist zwischen der Schicht der Sensoren und den integrierten Schaltungen mindestens eine Verbindungslage angeordnet, welche elektrische Leitungen enthält, die die integrierten Schaltungen mit den Kontaktpunkten der Sensoren und/oder mit externen Anschlüssen verbinden. Die externen Anschlüsse können insbesondere solche für die Versorgungsspannung sein.
  • Die vorgeschlagene Sensoranordnung hat einen im Wesentlichen zweilagigen Aufbau, wobei sich in der ersten Lage die Schicht der licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindlichen Sensoren befindet, und wobei sich in der zweiten Lage, die parallel zur ersten Lage angeordnet ist, die Bausteine mit den integrierten Schaltungen befinden. Die Bausteine mit den integrierten Schaltungen werden nachfolgend oft kurz als "integrierte Schaltungen" bezeichnet. Die Verbindungen von den einzelnen Sensorelementen zur Ausleseelektronik müssen aufgrund des beschriebenen zweilagigen Aufbaus nicht über die gesamte Fläche zum Rand geführt werden, sondern sie können senkrecht zur Schicht der Sensorelemente und damit auf kürzestem Wege zu den integrierten Schaltungen verlaufen, welche benachbart zu den Sensoren sitzen und sich parallel zu diesen erstrecken. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil kurzer Verbindungswege, was zu einem geringeren Rauschen in den Signalen führt. Ferner wird es möglich, jeden Sensor mit seiner eigenen "Pixelelektronik" auszustatten.
  • Die Schaltanordnung hat ferner in geometrischer Hinsicht den Vorteil, dass sie einen sehr kompakten Aufbau des großflächigen Sensors inklusive der integrierten Schaltkreise ermöglicht. Dabei können mehr integrierte Schaltungen als beim Stand der Technik verwendet werden, da die gesamte Fläche und nicht nur der Rand der Sensoren zur Verfügung steht, wobei jedoch andererseits nicht die gesamte Fläche zwingend mit integrierten Schaltungen bestückt werden muss.
  • Durch die eine oder mehreren Verbindungslagen ist es möglich, die Sensoren unter Adaptation der Anschlussabstände mit den integrierten Schaltungen zu verbinden. Die Anschlüsse der integrierten Schaltungen müssen somit nicht geometrisch genau über den Sensoren sitzen, wobei jedoch nach wie vor der Vorteil kurzer Leitungswege erhalten bleibt. Ferner können mit Hilfe der Verbindungslagen die Anforderungen an die Präzision der Ausrichtung der Montage bei der verwendeten Verbindungstechnik, z. B. der Bump- Bond Technologie, in moderaten Grenzen gehalten werden.
  • Die integrierten Schaltungen der Sensoranordnung werden vorteilhafterweise in CMOS Technik hergestellt. Hierbei handelt es sich um eine etablierte und bewährte Halbleitertechnik, welche einen Betrieb mit geringen Versorgungsspannungen erlaubt.
  • Die Verbindungslage kann mindestens eine elektrisch isolierende Schicht enthalten, durch welche Durchkontaktierungen aus einem elektrisch leitenden Material verlaufen. Die isolierende Schicht sorgt dabei für eine elektrische Trennung der elektrischen Leitungen von der Oberfläche der Sensorschicht, was entsprechende Gestaltungsfreiräume bei der Führung dieser Leitungen eröffnet.
  • Vorzugsweise ist die Verbindungslage fest mit der Schicht der Sensoren verbunden. Dies kann insbesondere durch direktes Aufbringen der Verbindungslage auf die Sensoren und deren Kontaktpunkte bewirkt werden, was dazu führt, dass die Verbindungslage und die Sensorschicht großflächig in Kontakt stehen und durch Stoffschluss miteinander verbunden sind.
  • Der Abstand der Kontaktpunkte benachbarter Sensoren kann bei der vorgeschlagenen Sensoranordnung anders als der Abstand der zu den Kontaktpunkten gehörigen Anschlüsse der integrierten Schaltung sein. Insbesondere können die Kontaktpunkte einen größeren Abstand als die zugehörigen Anschlüsse der integrierten Schaltung haben. Die Adaptation der unterschiedlichen Abstände, die auch als "Fan-in" bzw. "Fan-out" bezeichnet werden kann, wird in diesem Falle von der Verbindungslage geleistet. Die Möglichkeit einer solchen Adaptation erlaubt es, die Abstände der Kontaktpunkte einerseits und die Abstände der Anschlüsse andererseits in Hinblick auf die Sensoren bzw. integrierten Schaltungen optimal zu wählen. Insbesondere können die z. B. in CMOS Technologie hergestellten integrierten Schaltungen auf eine minimale Ausdehnung beschränkt werden.
  • Die lichtempfindlichen und gegebenenfalls auch die röntgenstrahlungsempfindlichen Sensoren werden vorzugsweise in Dünnfilmtechnik auf einem Substrat ausgebildet. Ebenso kann die Verbindungslage vorteilhafterweise in Dünnfilmtechnik hergestellt werden. Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Dünnfilmtechnik werden unter Verwendung von Masken Materialien zur Erzeugung von Widerständen, Kondensatoren, Leiterbahnen und dergleichen durch Aufdampfen oder Aufstäuben aufgebracht. Darüber hinaus können zusätzliche Verarbeitungsschritte wie etwa ein Ätzen vorgesehen werden. Durch die Herstellung der Sensorpixelmatrix in einem derartigen großflächigen Prozess erreichen die Kontaktpunkte eine gute mechanische Genauigkeit. Hierdurch wird die Position der Pixel präzise bestimmt, was für eine korrekte Bildgebung wichtig ist.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung erlaubt eine hohe Ausbeute für die komplette Anordnung, da zum einen die großflächigen Sensorschichten sehr einfach und grob strukturiert sind, und da zum anderen die integrierten Schaltungen übliche Abmessungen haben und vorgetestet werden können. Gegebenenfalls können diese integrierten Schaltungen auch einzeln ersetzt werden, falls sie einen Defekt aufweisen. Die Montage der integrierten Schaltungen auf der Verbindungslage kann über Standardverfahren (z. B. Bump-Bonding) erfolgen und ist daher ebenfalls verhältnismäßig unkritisch. Die Sensoren können insbesondere röntgenstrahlungsempfindlich sein und zu diesem Zweck aus einem Material bestehen, das Röntgenstrahlung direkt in elektrische Signale konvertiert. Bei diesem Material kann es sich zum Beispiel um Germanium (Ge), amorphes Selen (Se), Galliumarsenid (GaAs), Cadmiumtellurid (CdTe), Cadmiumzinktellurid (CdZnTe), Bleioxid (PbO), Bleijodid (PbI2) und/oder Quecksilberjodid (HgI2) handeln. Direkt konvertierende Sensoren haben den Vorteil, dass Signalfehler und Rauschen durch zusätzliche Konvertierungsschritte vermieden werden.
  • Alternativ können die Sensoren auch röntgenstrahlungsempfindlich sein und dabei einen zweilagigen Aufbau aus einer röntgenstrahlungsempfindlichen Szintillationsschicht und einer lichtempfindlichen Fotoschicht aufweisen. Bei derartigen Sensoren werden Röntgenquanten in der Szintillationsschicht in Lichtquanten umgewandelt, welche dann in der lichtempfindlichen Fotoschicht nachgewiesen werden können.
  • Die Sensoren können bei dem zuletzt genannten Aufbau insbesondere Fotodioden in der lichtempfindlichen Fotoschicht enthalten, bei denen es sich vorteilhafterweise um Fotodioden aus amorphen Silizium (Si) handelt.
  • Die Verteilung der Sensoren über die von ihnen ausgebildete Schicht in der Sensoranordnung ist vorzugsweise rasterförmig, das heißt gemäß einem regelmäßigen periodischen Muster. Insbesondere kann die Anordnung ein hexagonales Gitter sein und/oder eine Matrix, d. h. ein rechteckiges Gitter mit Zeilen und Spalten. Dabei ist das Raster in Zellen unterteilt, wobei jeder dieser Zellen genau eine integrierte Schaltung zugeordnet ist. Die große Zahl von typischerweise mehreren tausend einzelnen Sensoren wird somit in kleinere Gruppen von Sensoren unterteilt, die jeweils in einer gemeinsamen Zelle liegen, und alle Sensoren aus einer solchen Zelle werden dann an dieselbe integrierte Schaltung angeschlossen. Eine derartige modulare Zerlegung der gesamten Sensorschicht hat den Vorteil, dass die Fläche der integrierten Schaltungen kleiner als die von den zugehörigen Sensoren eingenommene Fläche sein kann und dass gleichzeitig kurze Leitungswege erhalten bleiben, da sich der entstehende Flächenüberschuss der Sensoren gleichmäßig (rasterförmig) über die gesamte Sensoranordnung verteilt. Ferner ist eine derartige Sensoranordnung störungssicherer, da der Ausfall einer integrierten Schaltung lediglich maximal eine Zelle der Rasteranordnung und nicht das gesamte Raster betreffen kann. Gegebenenfalls kann auch zur Reparatur eine einzelne integrierte Schaltung ausgetauscht werden.
  • Bei der zuletzt erläuterten rasterförmigen Anordnung der Sensoren sind in einer Zelle vorzugsweise zwischen ca. 1000 (tausend) und ca. 100 000 (einhunderttausend), besonders bevorzugt zwischen 10 000 (zehntausend) und 100 000 (einhunderttausend) einzelne Sensoren angeordnet, welche einem einzigen integrierten Schaltkreis zugeordnet sind. Bei derartigen Zahlen ergibt sich ein optimaler Kompromiss zwischen der Verteilung der Ausleseelektronik auf möglichst wenige integrierte Schaltungen und der Forderung nach möglichst kurzen Leitungswegen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Sensoranordnung ist jedem Sensor eine eigene Ausleseelektronik zugeordnet. Die genannte Ausleseelektronik kann dabei Teil einer integrierten Schaltung sein, welche mehrere derartiger Ausleseelektroniken für verschiedene Sensoren enthält. Durch die unmittelbare Verbindung eines jeden Sensors mit der zugehörigen integrierten Ausleseelektronik müssen die Sensoren nicht mehr durch Zeilen- und Spaltenadressierungen angesprochen werden. Das bei derartigen Adressierungsvorgängen entstehende Schaltrauschen entfällt somit. Ein weiterer Vorteil der direkten und dauerhaften Verbindung eines jeden Sensors mit einer zugehörigen Ausleseelektronik besteht darin, dass eine höhere Auslesegeschwindigkeit als bei der adressierten Auslesung möglich ist. Ferner kann jedem Sensor (Pixel) eine eigene Ausleseelektronik zugeordnet werden, welche vorzugsweise für jeden Sensor einen eigenen Vorverstärker bzw. eine komplexe Signalverarbeitung wie zum Beispiel eine Energieerfassung, ein Zählen, ein ereignisgesteuertes Auslesen, eine Dosiserfassung, einen Frame-Transfer und dergleichen ermöglicht.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine bildgebende Vorrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Sensoranordnung der oben erläuterten Art enthält. Bei der Vorrichtung kann es sich insbesondere um einen Röntgen-Untersuchungsapparat, einen Computertomographen und/oder einen nuklearmedizinischen Untersuchungsapparat handeln.
  • Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigt:
  • Fig. 1 schematisch den schichtförmigen Aufbau einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit einer Verbindungslage;
  • Fig. 2 schematisch den schichtförmigen Aufbau einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit zwei Verbindungslagen;
  • Fig. 3 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Sensoranordnung mit 16 matrixförmig auf Zellen verteilten integrierten Schaltungen.
  • Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht schematisch einen Ausschnitt aus einer ersten erfindungsgemäßen Sensoranordnung. Dabei soll es sich im betrachteten Beispiel um einen großflächigen Röntgendetektor handeln, welcher insbesondere für medizinische Anwendungen eingesetzt werden kann.
  • Die gesamte Sensoranordnung ist auf einem Substrat 1 zum Beispiel aus Glas aufgebaut. Die prinzipielle Struktur dieser Sensoranordnung ist dreilagig mit drei verschiedenen, aufeinander angeordneten und sich parallel zum Substrat 1 erstreckenden Schichten. Die erste Schicht 20 ist dabei die signalerzeugende Schicht, in welcher (in Fig. 1 von unten) einfallende Photonen absorbiert und in elektrische Signale wie zum Beispiel Ladungssignale umgewandelt werden. Die über der signalerzeugenden Schicht 20 angeordnete Verbindungslage 30 stellt elektrische Verbindungen zwischen einzelnen Sensoren (Pixeln) in der Schicht 20 und einer Auswerteelektronik her. Die Auswerteelektronik stellt die dritte Schicht dar und besteht aus "zweidimensionalen" CMOS-Bausteinen 6 von integrierten Schaltungen, welche auf der Verbindungslage 30 und in Kontakt zu dieser angeordnet sind.
  • Die signalerzeugende Schicht 20 ist ihrerseits dreilagig aufgebaut, wobei zuunterst und in Kontakt zu dem Substrat 1 ein flächiger Rückkontakt 21 ausgebildet ist, welcher insbesondere als eine von außen auf ein bestimmtes Potential gelegte Elektrode dient. Über der Rückkontakt-Schicht 21 und in Verbindung hierzu ist die licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindliche Struktur 22 angeordnet. Der Aufbau derartiger Schichten ist grundsätzlich bekannt und kann zum Beispiel der DE 40 02 429 A1 oder der DE 42 27 096 A1 entnommen werden. Insbesondere kann es sich bei der Schicht 22 um ein direkt konvertierendes Material wie etwa a-Se, PbO, PbI2 oder ähnliches handeln. Alternativ kann die Sensorschicht 22 auch aus einer Fotodiode bestehen, zum Beispiel einer PIN-Fotodiode aufgebaut aus amorphem Silizium. In diesem Fall ist der gesamte Aufbau (mit Ausnahme der integrierten Schaltungen 6) in einem üblichen a-Si Dünnfilm- Prozess herstellbar.
  • Auf der licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindlichen Schicht 22 befinden sich in einem matrixartigen Raster die Pixelkontakte 23. Hierbei handelt es sich um Flächenelemente aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere aus Metall. An den Pixelkontakten 23 kann jeweils das Signal eines einzelnen licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindlichen Sensors (Pixels) abgegriffen werden.
  • Die Verbindungslage 30 ist unmittelbar auf der licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindlichen Schicht 22 angeordnet und bettet mit einer Passivationsschicht 31 die Pixelkontakte 23 ein. Durch die Passivationsschicht 31 verlaufen Pixelverbindungen 32, welche jeweils einen Pixelkontakt 23 kontaktieren und auf der Oberfläche der Passivationsschicht 31 einen Kontaktpunkt bereitstellen. Ferner verlaufen auf der Oberfläche der Passivationsschicht 31 zusätzliche Verbindungsleitungen 33, die zum Beispiel von den integrierten Schaltkreisen zum Rand der Sensoranordnungen gehen und dort an die Versorgungsspannung angeschlossen sein können.
  • Oberhalb der Verbindungslage 30 ist schließlich die Schicht mit den integrierten Schaltungen (ICs) 6 angeordnet. Die einzelnen integrierten Schaltungen 6 sind dabei über ein Kontaktmaterial 5, bei dem es sich um Indium Bump-Bonds handeln kann, mit den Pixelverbindungen 32 beziehungsweise den sonstigen Verbindungsleitungen 33 elektrisch verbunden.
  • Durch die Anordnung der großflächigen signalerzeugenden Schicht 20, der Verbindungslage 30 und der darauf angebrachten integrierten Schaltkreise 6 wird ein sehr kompakter Aufbau des großflächigen Sensors erreicht. Dabei können insgesamt mehr Schaltkreise untergebracht werden, da anders als beim Stand der Technik für diese nicht nur der Rand um die Sensoren herum zur Verfügung steht. Die sich unter den Pixelkontakten 23 befindlichen einzelnen Pixel sind vorzugsweise direkt und dauerhaft mit einer eigenen zugehörigen Schaltung, insbesondere einem zugehörigen Vorverstärker, in dem integrierten Schaltkreis 6 verbunden. Die Pixelelektronik wird hierdurch besonders rauscharm (Schaltrauschen und lange Verbindungen entfallen). Ferner kann eine intelligente Pixelelektronik implementiert werden, welche eine Signalverarbeitung mit einer Energieerfassung, einem Zählen, einem ereignisgesteuerten Auslesen, einer Dosiserfassung, einem Frame-Transfer und dergleichen enthält.
  • In Fig. 2 ist ein alternativer Aufbau einer Sensoranordnung dargestellt. Dieser unterscheidet sich von dem Aufbau nach Fig. 1 dadurch, dass über der ersten Verbindungslage 30 eine weitere Verbindungslage 40 angeordnet ist. Auf dieser zweiten Verbindungslage 40 befinden sich dann die integrierten Schaltungen 6. Die Bezugszeichen und die damit gekennzeichneten Elemente entsprechen denjenigen aus Fig. 1, wobei die zweite Verbindungslage 40 analog zur ersten Verbindungslage 30 eine Passivationsschicht 41, Pixelverbindungen 42 und auf ihrer Oberfläche zusätzliche Verbindungsleitungen 43 aufweist. Eine der Verbindungslagen kann die Versorgungsspannungen und weitere Leitungen zu und von den integrierten Schaltungen enthalten und beispielsweise zu Bondpads an den Rand der Sensoranordnung führen. Wie der Figur entnommen werden kann, kann die zweite Verbindungslage 40 zusätzlich zur ersten Verbindungslage 30 dazu eingesetzt werden, die matrixartig verteilten Pixelkontakte 23 in ein anderes, vorzugsweise ein räumlich enger verteiltes Muster von Pixelverbindungen 42 zu überführen ("Fan-in"). Dieses räumlich engere Muster der Pixelverbindungen 42 eignet sich dann für die Kontaktierung durch die integrierten Schaltungen 6. Ferner können in der zweiten Verbindungslage 40 weitere elektrische Verbindungen vorgesehen werden, so dass eine größere Freiheit für die Führung von Anschlüssen besteht.
  • Die Realisierung der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Sensoranordnungen kann mit bekannten Technologien erfolgen, nämlich einerseits mit der großflächigen Herstellung von Schichten 20 und Leitungsebenen 30 und 40, wie sie beispielsweise aus der Dünnfilmtechnologie bekannt ist, und andererseits mittels bekannter Verbindungstechniken für integrierte Schaltkreise, insbesondere dem sogenannten Bump-Bonding.
  • Fig. 3 zeigt eine komplette Sensoranordnung in einer Aufsicht von der Seite der integrierten Schaltungen 6 her gesehen. Zu erkennen ist die aus einzelnen Sensoren bestehende licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindliche Schicht 20, auf der sich die Verbindungslage mit den Pixelverbindungen 32 befindet. Die Pixelverbindungen 32 führen wiederum zu den integrierten Schaltungen (ICs) 6 und koppeln diese an die einzelnen Sensorelemente. Des weiteren sind auf der Oberfläche der Verbindungslage Verbindungsleitungen 43 angeordnet, die von den ICs 6 zu externen Anschlüssen für eine Versorgungsspannung führen.
  • Wie in Fig. 3 ferner erkennbar ist, ist die gesamte sensitive Fläche 20 matrixartig mit Sensoren beziehungsweise Pixeln belegt, wobei im dargestellten Beispiel die Anzahl der Sensorpixel auf der gesamten Platte 512 × 512 beträgt. Der Pixelpitch beträgt 200 µm ("Pitch" bezeichnet den Abstand, in dem sich gleiche Strukturen wiederholen) und die Größe der aktiven Fläche ca. 10 × 10 cm2. Die Matrix der 512 × 512 Sensorpixel ist (logisch) in 16 Untermatritzen beziehungsweise Zellen unterteilt, wobei jeder Zelle genau eine integrierte Schaltung 6 zugeordnet ist, die zentral auf der Zelle angeordnet ist. Die Anzahl der Pixelkanäle pro integrierter Schaltung 6 beträgt somit 128 × 128, und der Bond-pitch beträgt zum Beispiel 80 µm (= Pixelpitch im IC).
  • Die Fläche der integrierten Schaltungen 6, die vorzugsweise in CMOS-Technik hergestellt sind, ist kleiner als die aktive Fläche der Sensoren. Im hier angegebenen Ausführungsbeispiel hat das Flächenverhältnis der ICs 6 zur aktiven Fläche der Sensoren den Wert 802/2002 = 0.16 (mit zusätzlichen Anschlüssen etc. ca. 20%). Bei gegebener Zellengeometrie bleibt dieser Faktor auch für größere Sensorflächen mit zum Beispiel 2048 × 2048 Pixeln konstant.

Claims (11)

1. Sensoranordnung mit einer Schicht aus verteilt angeordneten licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindlichen Sensoren, welche jeweils mindestens einen Kontaktpunkt aufweisen, wobei auf der Schicht der Sensoren und parallel hierzu mindestens ein Baustein mit einer integrierten Schaltung angeordnet ist, welcher mit den Kontaktpunkten verbunden und für das Auslesen der Sensorsignale eingerichtet ist, und wobei zwischen der Schicht der Sensoren und dem genannten Baustein mindestens eine Verbindungslage mit elektrischen Leitungen angeordnet ist, welche die integrierten Schaltungen mit den Kontaktpunkten der Sensoren und/oder mit externen Anschlüssen verbindet.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungslage mindestens eine elektrisch isolierende Schicht enthält, durch welche Durchkontaktierungen aus einem elektrisch leitenden Material verlaufen.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungslage fest mit der Schicht der Sensoren verbunden ist.
4. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Kontaktpunkte der Sensoren anders, vorzugsweise größer als der Abstand der zugehörigen Anschlüsse der integrierten Schaltung ist.
5. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die licht- und/oder röntgenstrahlungsempfindlichen Sensoren und/oder die Verbindungslage in Dünnfilmtechnik ausgebildet sind.
6. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren aus einem Röntgenstrahlung direkt in elektrische Signale konvertierenden Material bestehen, vorzugsweise aus Ge, (amorphem) Se, GaAs, CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2 und/oder HgI2.
7. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren einen zweilagigen Aufbau aus einer röntgenstrahlungsempfindlichen Szintillationsschicht und einer lichtempfindlichen Fotoschicht aufweisen.
8. Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren eine Fotodiode als lichtempfindliche Fotoschicht enthalten.
9. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren in einem Raster angeordnet sind, wobei das Raster in Zellen unterteilt ist und jeder Zelle genau ein Baustein mit einer integrierten Schaltung zugeordnet ist.
10. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den integrierten Schaltungen jedem Sensor eine eigene Ausleseelektronik zugeordnet ist, welche vorzugsweise für jeden Sensor einen eigenen Vorverstärker enthält.
11. Bildgebende Vorrichtung, insbesondere bildgebender Röntgen-Untersuchungsapparat, Computertomograph oder nuklearmedizinischer Untersuchungsapparat, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Sensoranordnung nach Anspruch 1 enthält.
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