專利名稱：由光敏和/或x－射線敏傳感器組成的傳感器設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器設(shè)備，包括一層按分布式樣配置的光敏和/或X-射線敏傳感器。
特別對于動態(tài)再現(xiàn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中X-射線圖像使用備有兩維，大面積層光敏和/或X-射線敏傳感器的傳感器設(shè)備。該類型的大面積X-射線傳感器還被稱為“平板狀動態(tài)X-射線檢測器”(FDXD)。FDXD式的檢測器是能在多種應(yīng)用-特別X-射線設(shè)備中應(yīng)用的通用檢測器部件。這些應(yīng)用一點也不包括使用計算機(jī)的X線斷層攝影術(shù)和核醫(yī)學(xué)。
例如，從EP 0 440 282 B1了解到一種FDXD X-射線檢測器。該已知的X-射線檢測器乃是基于薄膜技術(shù)，其中電流是通過在一個基片上沉積薄層形成的。與EP 0 440 282 B1一致這里形成一種矩陣配置，其由簡短地導(dǎo)通一個電流的光敏二極管組成，因為吸收光子，和能選擇性地耦合該各個光敏二極管到讀出引線的薄膜晶體管。使用無定形的硅作為半導(dǎo)體材料。由此得到的該設(shè)備構(gòu)成通過在該光敏二極管上沉積一附加的閃爍劑層能對X-射線提供靈敏的大面積光傳感器。然后該閃爍劑層將吸收X-射線量子并將該量子轉(zhuǎn)換成可以由該光敏二極管檢測的光量子。
還已知直接將X-射線轉(zhuǎn)換到電信號的設(shè)備。例如，DE 40 02 429A1描述用該薄膜技術(shù)制造的一個傳感器矩陣，其中使用在一個薄膜平板上的儲存電容替代光敏二極管和使用直接轉(zhuǎn)換材料替代該閃爍劑層。
在所有已知的FDXD類型的傳感器中，例如，如CMOS電路這樣的集成電路連接到該大面積薄膜電子設(shè)備的邊緣，所說電路用于行方向驅(qū)動該矩陣單元和列方向放大和采集來自該矩陣單元的信號。其缺陷在于行方面讀出該矩陣期間所謂的“轉(zhuǎn)換噪聲”，以及在各個傳感器和該電路之間的長連接引線將引起比較高的噪聲電平。
考慮到上述情況，本發(fā)明的一個目的在于提供一種改進(jìn)的傳感器設(shè)備，它包括光敏和/或X-射線敏傳感器的一個大面積陣列和包含較小的信號噪聲。
該目標(biāo)借助權(quán)利要求1中描述的一種傳感器設(shè)備實現(xiàn)。在該從屬權(quán)利要求中描述了有利的實施例。
該推薦的傳感器設(shè)備包括一層兩維分布的光敏和/或X-射線敏傳感器，每個包括至少一個接觸點。此外在該傳感器層上平行配置至少一個部件，其具有的一個集成電路最好借助半導(dǎo)體技術(shù)形成。該部件連接到所說接觸點并被配置來讀出該傳感器信號。該傳感器設(shè)備最好是一個大面積的設(shè)備，這意味著它一般包括數(shù)千個單獨(dú)的傳感器和占有的尺寸從若干平方厘米到數(shù)百平方厘米數(shù)量級的一個表面面積。在該傳感器上形成的接觸點最好部位于該兩維傳感器設(shè)備的一側(cè)上，即使并不絕對必要。此外，在該傳感器層和該集成電路之間提供至少一個連接層，其包括將該集成電路連接到該傳感器的接觸點和/或到外部端點的電引線。該外部端點特別地可以是電壓端。
該推薦的傳感器設(shè)備具有實質(zhì)上兩層結(jié)構(gòu)，包含光敏和/或X-射線敏傳感器的第一層而平行于該第一層延伸的第二層包括具有該集成電路的部件。以下為簡化起見將也稱該具有集成電路的部件為“集成電路”。由于描述兩層結(jié)構(gòu)，從該單個傳感器元件到該讀出電子電路的連接不必橫跨該整個表面遠(yuǎn)至邊緣路由選擇，而可以垂直于傳感器元件層延伸，即，沿最短路徑到相鄰該傳感器和向那里平行延伸的的集成電路。該類型的設(shè)備提供短連接路徑的優(yōu)點，由此降低在信號中的噪聲。此外，還有可能提供每個傳感器具有其自身的“像素電子電路”。
根據(jù)幾何觀點，該電路還有能使包括該集成電路的該大面積傳感器的結(jié)構(gòu)很緊湊的優(yōu)點。由于整個表面積現(xiàn)在是可利用的并且不只是該傳感器的邊緣，因此現(xiàn)在可使用比目前技術(shù)狀態(tài)所允許的更多的集成電路，即使在另一方面不需要用集成電路充滿該整個表面。
由于一個或多個連接層，可用合適的連接距離連接該傳感器到該集成電路。因此，在該傳感器上集成電路接線端無需幾何上準(zhǔn)確地設(shè)置，但同時仍然保持短引線路徑的優(yōu)點。此外，使用多個連接層，在安裝期間可保持施加的關(guān)于對準(zhǔn)精度的要求于適中的限度之內(nèi)，對于所使用的連接技術(shù)，例如，塊形連接(bump bond)技術(shù)將是如此。
該傳感器設(shè)備的集成電路最好借助CMOS技術(shù)形成。這是建立的并經(jīng)受時間考驗的半導(dǎo)體技術(shù)，其允許用小電源電壓進(jìn)行工作。
該連接層可包括至少一個電絕緣層，經(jīng)其處一種導(dǎo)電材料延伸通過。該絕緣層提供該電引線和該傳感器層的表面的電分離，由此提供關(guān)于路由這些引線的更多的自由度。
最好，該連接層永久連接到該傳感器層。這可以特別地通過在傳感器和它們的接觸點上直接沉積連接層來實現(xiàn)，使得在一個大面積上連接層和傳感器層彼此接觸并且通過材料保持力彼此相連接。
在推薦的傳感器設(shè)備中的相鄰傳感器的接觸點之間的距離與同該接觸點相關(guān)的集成電路的接線端之間的距離可以是不同的。該接觸點可特別地設(shè)置在這樣一個距離上，即比該集成電路的相關(guān)接線端之間的距離更大。在該情況下由該連接層提供還可認(rèn)為是“扇入”或“扇出”的不同距離的自適應(yīng)性。這樣的自適應(yīng)性的可能性使得最佳選擇在一側(cè)上的接觸點之間的距離和在另一側(cè)上的接線端之間的距離成為可能，即最佳選擇關(guān)于傳感器或該集成電路成為可能。特別地例如借助CMOS技術(shù)形成的該集成的電路可以減少以使尺寸最小。
最好借助薄膜技術(shù)在一個基片上形成光敏和或者還可能X-射線敏傳感器。該連接層也可有利地借助該薄膜技術(shù)形成。按照從技術(shù)狀態(tài)了解的該薄膜技術(shù)，通過蒸發(fā)沉積或除塵，同時應(yīng)用掩模沉積形成電阻，電容，導(dǎo)體跡線等的材料。此外，可執(zhí)行例如蝕刻這樣的附加處理步驟。由于在如此大面積處理中傳感器像素矩陣的形成，該接觸點具有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械精度。由此，精確地確定了該像素的位置，這對正確成像是重要的。
按本發(fā)明的該傳感器設(shè)備的形成能獲得對整個設(shè)備的高生產(chǎn)率，這是因為一方面該大面積的傳感器層結(jié)構(gòu)很簡單和粗糙，另一方面該集成電路具有普通尺度并能提前試驗。只要要求，這樣的集成電路還可以單獨(dú)地被替換，假定它們呈現(xiàn)故障的話，借助標(biāo)準(zhǔn)方法(例如，塊形連接技術(shù))能執(zhí)行在該連接層上安裝該集成電路，使得這也是相對不苛刻的。
特別地該傳感器可以是對X-射線敏感的，而由此由將X-射線直接轉(zhuǎn)換成電信號的材料所組成。這些材料可以是例如鍺(Ge)、硒(Se)，砷化鎵(GaAS)，碲化鎘(CdTe)，鎘鋅碲化物，氧化鉛(PbO)，碘化鉛(PbI2)和/或碘化汞(HgI2)。直接轉(zhuǎn)換的傳感器提供的優(yōu)點在于避免如由附加轉(zhuǎn)換步驟引起的信號錯誤和噪聲。
作為選擇，該傳感器還可以是對X-射線敏感的并且具有兩層結(jié)構(gòu)X-射線靈敏閃爍層和光靈敏感光層。在該類型的傳感器中，X-射線量子在該閃爍層中被轉(zhuǎn)換而形成光量子，其后該光量子能在該光敏感光層中進(jìn)行檢測。
在近來的結(jié)構(gòu)中該傳感器特別可包括光敏二極管于該光敏感光層中，該二極管有利地是無定形硅(Si)光敏二極管。
在該傳感器設(shè)備中貫穿該層形成的傳感器的分布最好是如柵格形狀的，即與一個有規(guī)則的同期的模式一致。特別地該設(shè)備可以是一個六邊形柵格和/或矩陣，即具有行和列的一個矩形柵格。準(zhǔn)確地該柵格被分成許多單元，一個集成電路與所說單元的每一個相關(guān)。一般地數(shù)千大量的單個傳感器被分成更小的傳感器組，其設(shè)置在相應(yīng)的公共單元中，接著這樣的一個單元的所有傳感器連接到相同的集成電路。該整個傳感器層的這樣一種模塊式的分解提供的優(yōu)點在于該集成電路的表面面積可以比由該相關(guān)傳感器所占據(jù)的表面面積更小，同時仍保持短的連接路徑，這是因為如此呈現(xiàn)的該傳感器的剩余表面面積貫穿整個傳感器設(shè)備是均勻分布的(以柵格形式)。此外，該類型的傳感器設(shè)備對故障表現(xiàn)出更好的保護(hù)能力，因為一個集成電路的故障只能與一個該柵格設(shè)備的單元相關(guān)而不是整個格柵。如果必要的話，也可取代單個集成電路用于糾錯。
在最近的柵格式傳感器設(shè)備中，在一個單元中最好配置接近在1000(一千)和接近100,000(十萬)之間的單個傳感器，而在10000(一萬)和100,000(十萬)之間為更好，所有所說傳感器與一個單獨(dú)的集成電路相關(guān)。對于這樣的數(shù)量，在盡可能少地分布集成電路中的讀出電子電路和需要盡可短的連接路徑之間達(dá)到最佳折衷。
與一個優(yōu)選的傳感器設(shè)備實施例相一致，相應(yīng)的讀出電子電路與每個傳感器相關(guān)。所說的讀出電子電路可形成包括多個用于若干傳感器的這樣的讀出電子電路的一個集成電路的部分。由于直接連接每個傳感器到該相關(guān)的集成讀出電子電路，所以該傳感器不再需要用行或列地址編址。由這種尋址操作引起的轉(zhuǎn)換噪聲由此而被消除。每個傳感器直接和永久連接到一個相關(guān)的讀出電子電路的進(jìn)一步的優(yōu)點在于讀出速度高于由編址讀出所達(dá)到的速度。此外，對于每個傳感器(像素)，可存在相關(guān)的一個相應(yīng)的讀出放大器用于每個傳感器，該讀出放大器具有一個相應(yīng)的前置放大器，使得例如能量檢測，計算，事件-控制讀出，劑量檢測，幀傳遞等復(fù)雜的信號處理能夠進(jìn)行。
本發(fā)明還涉及一種成像設(shè)備，其特征在于它包括所陳述類型的傳感器設(shè)備。該設(shè)備特別地可以是一種X-射線檢查設(shè)備，計算的X線斷層攝影術(shù)設(shè)備和/或核醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備。
以下將參照附圖用例子詳細(xì)描述本發(fā)明。其中

圖1是按本發(fā)明的包括一個連接層的一種傳感器設(shè)備的層式結(jié)構(gòu)的概略表示；圖2概略表示按本發(fā)明的包括兩個連接層的一種傳感器設(shè)備的層式結(jié)構(gòu)；圖3是按本發(fā)明的包括是以單元分布的矩陣式的16個集成電路的一種傳感器設(shè)備的平面圖。
圖1是按本發(fā)明的第一傳感器設(shè)備一部分的概略的側(cè)縱剖圖。該例涉及能特別用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用的一個大面積X-射線檢測器。
該整個傳感器設(shè)備建立在例如玻璃的基片1上。該傳感器設(shè)備的結(jié)構(gòu)在實際上是具有彼此配置在該基片1上面并平行于該基片1延伸的三個不同層的三層結(jié)構(gòu)。該第一層20是信號產(chǎn)生層，它吸收輸入光子(從圖1下面輸入)，這些輸入光子被轉(zhuǎn)換成例如充電信號(chargesignal)的電信號。該連接層30配置在該信號產(chǎn)生層20上，建立在該層20中各個傳感器(像素)和一個電子估算電路之間的電連接。該估算電路形成第三層并且由配置在該連接層30上的并與該連接層30相接觸的集成電路的“兩維”CMOS部件6組成。
該信號產(chǎn)生層20本身具有三層結(jié)構(gòu)；在該底部以及與該基片1接觸處形成一個平板后部接觸21，它特別用作接收一個給定的外部施加電位的電極。該光敏和/或X-射線敏結(jié)構(gòu)22配置在該后部接觸層21上并與其相接觸。該類型的層結(jié)構(gòu)原理上是已知的，并在例如DE 40 02429 A1或DE 42 27 096 A1中加以描述。層22可特別地由直接地轉(zhuǎn)換的材料組成，例如Se，PbO，PbI2，等等。作為選擇，該傳感器層22可以由光敏二極管組成，例如由無定形硅制成的PIN光敏二極管。在該情況下整個結(jié)構(gòu)(除集成電路6外)可由借助于普通的Si薄膜處理制造。
按在光敏和/或X-射線敏層22上的一個矩陣式柵格的形式提供像素接觸點23。這些接觸點是一種導(dǎo)電材料，特別是金屬的平面基元。單個光敏和/或X-射線敏傳感器(像素)的信號可從該相應(yīng)的像素接觸頭23導(dǎo)出。
該連接層30直接提供在該光敏和/或X-射線敏層22上并借助鈍化作用層31灌封該像素接觸點23。接觸相應(yīng)的像素接觸點23并在該鈍化作用層31表面上形成接觸點的像素連接件32通過該鈍化作用層31延伸。在該鈍化作用層31的表面上提供有附加的連接引線33，其例如從集成電路到該傳感器設(shè)備的邊緣延伸，在那里它們可以連接到電源。
最后，在該連接層30上向該層提供集成電路(IC)6。通過可以是銦塊形連接(indium bump bond)的一種接觸材料5，各個集成電路6電連接到該像素連接件32或其他連接引線33。
配置該大面積信號發(fā)生層20，該連接層30以及在其上提供的集成電路產(chǎn)生了一個結(jié)構(gòu)非常緊湊的大面積傳感器。與現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)相反，由于能容納所有大量的電路，所以不僅僅圍繞該傳感器的邊緣可利用用于該目的。在該像素接觸點23下面的各個像素最好直接和永久性地連接到相應(yīng)的相關(guān)電路，特別是在該集成電路6中的相關(guān)的前置放大器。該像素電子電路的噪聲由此急劇減小(轉(zhuǎn)換噪聲和長連接都將消除)。此外，可實施智能像素電子電路，包括具有能量檢測，計算，事件控制讀出，劑量檢測，幀傳遞等的信號處理。
圖2表示另一種結(jié)構(gòu)的傳感器設(shè)備。該結(jié)構(gòu)與圖1的不同點在于還有一個連接層40配置在第一連接層30上。集成電路6提供在所說連接層40上。由此所表征的標(biāo)號和要素相應(yīng)于圖1，而第二連接層40包括類似于第一連接層30，鈍化作用層41，像素連接件42和在其表面上的附加的連接引線43。連接層之一可包括電源電壓引線，和到/來自集成電路的其他引線以及例如可連接到在該傳感器設(shè)備邊緣的連接墊。如在圖中所示的，除第一連接層30之外，可使用第二連接層40將矩陣式分布的像素接觸點2 3變換到不相同的但最好是空間密集(denser)分布的像素連接件42(扇入)。這樣的一種密集模式的像素連接件42由此適用由集成電路6接觸。此外，在第二連接層40中可提供進(jìn)一步的電連接，使得存在更多的關(guān)于路由連接的自由度。
可借助已知的技術(shù)實現(xiàn)圖1和圖2中表示的傳感器設(shè)備，即，一方面如由薄膜技術(shù)得知的層20和連接層30和40的大面積生產(chǎn)，而另一方面借助于習(xí)慣上用于集成電路的已知連接技術(shù)，特別地如所謂的塊形連接技術(shù)。
圖3是一個完整的傳感器設(shè)備的平面圖，即同時看到該集成電路6采用的一個圖。該圖表示該光敏和/或X-射線敏層20由各個傳感器組成，在其上提供具有像素連接件的連接層32。該像素連接件32再引導(dǎo)到集成電路(IC)6和將這些電路連接到該各個傳感器基元。此外，在連接層表面上提供從該IC 6引導(dǎo)到外部接線端供電源電壓用的連接引線43。
如在圖3中還能看見的，在矩陣式設(shè)備中整個靈敏表面20由傳感器或像素占有，在所示該例中整個表面上的傳感器像素的數(shù)目總計512×512個。像素間距總計200μm(術(shù)語間距理解為相似結(jié)構(gòu)再現(xiàn)的距離)和有源表面的尺寸約為10×10cm2。該512×512個傳感器像素的矩陣被(邏輯地)細(xì)分為16個子矩陣或單元，中心地配置在該單元上的一個集成電路6準(zhǔn)確地與每個單元相關(guān)。每個集成電路6的像素溝道數(shù)由此總計為128×128，而連接間距總計為例如為80μm(＝在該IC中的像素間距)。
該集成電路6的表面區(qū)域最好借助CMOS技術(shù)形成，比該傳感器的有源表面區(qū)域小。在本實施例中IC 6的表面面積與傳感器有源表面面積之比總計為802/2002＝0.16(在附加連接等情況下接近20％)。對于給定的單元的幾何尺寸，對于具有例如2048×2048像素的更大的傳感器表面面積而言該系數(shù)也保持不變。
權(quán)利要求
1.一種傳感器設(shè)備，包括一層光敏和/或X-射線敏傳感器，這些傳感器按分布方式配置，每個包括至少一個接觸點，其中至少一個具有一個集成電路的部件配置在該傳感器層上并與其平行，所說集成電路連接到該接觸點并配置來讀出該傳感器信號，以及其中至少一個具有電引線的連接層提供在該傳感器層和所說部件之間，所說連接層將該集成電路連接到該傳感器的接觸點和/或外部接線端。
2.如權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于該連接層包括至少一個電絕緣層，經(jīng)其處一種導(dǎo)電材料延伸通過。
3.如權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于該連接層永久性地連接到該傳感器層。
4.如權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于在該傳感器的接觸點之間的距離不相同，并最好大于該集成電路相關(guān)引線端之間的距離。
5.如權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于光敏和/或X-射線敏傳感器和/或連接層借助薄膜技術(shù)制造。
6.如權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于該傳感器由將X-射線直接轉(zhuǎn)換到電信號的材料組成，最好是Ge，(無定形的)Se，GaAs，CdTe，CdZnTe，PbO，PbI2和/或HgI2。
7.如權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于傳感器具有兩層結(jié)構(gòu)包括對X-射線靈敏的閃爍層，和對光敏感的感光層。
8.如權(quán)利要求7的傳感器設(shè)備，其特征在于傳感器包括光敏二極管作為光敏感光層。
9.如權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于該傳感器按柵格配置，其被細(xì)分成單元，具有一個集成電路的一個部件準(zhǔn)確地與每個單元相關(guān)。
10.如權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于在該集成電路中每個傳感器與相應(yīng)的讀出電子電路相關(guān)，該讀出電子電路最好包括相應(yīng)的前置放大器供每個傳感器用。
11.一種成像設(shè)備，特別是一種成像X-射線檢查設(shè)備，一種計算X-線斷層攝影術(shù)設(shè)備或一種核醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備，其特征在于它包括如權(quán)利要求1中所要求的一種傳感器設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大面積傳感器設(shè)備，特別是一個平板狀動態(tài)X－射線檢測器(FDXD)。在一個基片(1)上按平面分布配置該傳感器設(shè)備的光敏和/或X－射線敏傳感器(像素)，由此形成一個敏感層(20)。在該層(20)的上面表面上備有用于每個傳感器的接觸點(23)，該接觸點通過一個或多個連接層(30，40)連接到一個集成電路(6)。由此得到一個多層的非常緊湊的結(jié)構(gòu)，其中按平面式樣并且平行于傳感器配置該電子估算電路(6)。最好，在該電路(6)中的各個估算電路與每個傳感器相關(guān)，由此導(dǎo)致很短的路徑同時還減小了噪聲。
文檔編號G01T1/20GK1636278SQ02816959
公開日2005年7月6日 申請日期2002年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月30日
發(fā)明者A·納斯塞蒂, M·奧維迪克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司