本發(fā)明涉及半導體探測器，具體地涉及碲鋅鎘半導體探測器及其封裝方法，更具體地涉及半導體探測器的陰極封裝、高壓連接、高壓濾波以及這樣得到的半導體探測器。

背景技術：

半導體探測器以其較高的探測效率、較好的能量分辨率受到廣泛的關注，被應用到輻射探測的各項應用中，例如環(huán)境輻射檢測中的核素識別儀、計量報警儀等；國家安全中的物品檢測如物品機、工業(yè)CT(Computed Tomography)；醫(yī)療應用中的CT、牙科成像、PET(Positron Emission Tomography)、SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)等。半導體材料的種類很多，例如CdMnTe(cadmium manganese telluride)、HgI2(mercury iodide)、TlBr(thallium bromide)、PbI2(lead iodide)、GaAs(gallium arsenide)、Ge(germanium)等，它們分別具有不同的特點，被應用到不同的領域。

碲鋅鎘(Cadmium Zinc Telluride，CZT)晶體是近年發(fā)展起來的一種性能優(yōu)異的室溫半導體輻射探測材料。CZT的電阻率高、原子序數(shù)大、禁帶寬度較大，所以制成的探測器漏電流小、在溫室下對X、γ射線的能量分辨率較好，無極化現(xiàn)象。當射線進入探測器后與碲鋅鎘相互作用產(chǎn)生電子和空穴。電子和空穴在電場的牽引下，分別向陽極和陰極移動，產(chǎn)生感應信號。

CdZnTe除具有很好的能量分辨率、高的探測效率外，它還能在室溫下工作，這是它成為最有潛力的輻射探測材料。然而碲鋅鎘是一種昂貴、易碎的半導體材料。在現(xiàn)有的設計應用中，CZT的陰極與高壓線連接采用焊接或?qū)щ娔z連接的方式，高壓線和電極裸露在空氣中。這種方式使得在安裝過程中會觸碰到晶體陰極面和高壓連接線，導致陰極面變臟、高壓線被觸碰。而且機械接觸會使陽極的晶體破碎，影響晶體的探測性能，甚至會損壞探測器。采用高壓接線直接連接到探測器的陰極面的方法會帶來安全隱患，導致短路或空間放電；重復安裝會導致高壓線斷裂，損壞探測器；在多個探測器的集成條件下，探測器高壓端距離高壓源較遠，由于無法進行有效濾波，會增加系統(tǒng)的噪聲。

圖1示出了傳統(tǒng)的CZT陰極高壓端的高壓連接方式。如圖1所示，高壓線101的一端焊接到探測器102的陰極，高壓線的另一端焊接到與陽極封裝在一起的PCB板103上；或者高壓線的另一端直接連接到高壓源上。這種連接方式，首先高壓線的連接不方便，懸空的線長時間后會變形，使用過程中也容易碰到高壓線；由于接到陽極的PCB103上，陽極的PCB大于探測器，因此不能實現(xiàn)多個探測器的無縫連接。由于陰極沒有任何保護措施，使用過程中容易磕碰探測器，導致性能下降。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及半導體探測器，具體地涉及碲鋅鎘半導體探測器及其封裝方法，更具體地涉及半導體探測器的陰極封裝、高壓連接、高壓濾波以及這樣得到的半導體探測器。

本發(fā)明提出了一種半導體探測器，包括：陽極電路板，包括讀出芯片；陰極電路板，所述陰極電路板包括陰極電路板高壓端頂層、陰極電路板底部連接層和填充在陰極電路板高壓端頂層和陰極電路板底部連接層之間的電介質(zhì)，所述陰極電路板高壓端頂層和陰極電路板底部連接層通過過孔連接；探測器晶體，包括晶體主體、陽極和陰極，所述陽極與所述陽極電路板上的讀出芯片相連，其中所述陰極電路板高壓端頂層用于連接半導體探測器的輸入，所述陰極電路板底部連接層與所述探測器晶體的陰極直接接觸而連接所述陰極和所述陰極電路板。

本發(fā)明還提出了一種半導體探測器的封裝方法，所述半導體探測器包括：陽極電路板，包括讀出芯片；陰極電路板，所述陰極電路板包括陰極電路板高壓端頂層、陰極電路板底部連接層和填充在陰極電路板高壓端頂層和陰極電路板底部連接層之間的電介質(zhì)，所述陰極電路板高壓端頂層和陰極電路板底部連接層通過過孔連接；探測器晶體，包括晶體主體、陽極和陰極，所述陽極與所述陽極電路板上的讀出芯片相連，所述方法包括：將所述陰極電路板高壓端頂層連接半導體探測器的高壓輸入，并且通過所述陰極電路板底部連接層與所述探測器晶體的陰極直接接觸而連接所述陰極和所述陰極電路板。

本發(fā)明的方法可以應用于線陣探測器、像素探測器以及其它半導體探測器中。

通過本發(fā)明的半導體探測器及其封裝方法，可以對探測器晶體的高壓端進行機械保護，降低高壓帶來的安全隱患，提高高壓連接的穩(wěn)固性；通過在距離探測器最近的地方添加濾波電路，能有效地降低高壓帶來的噪聲，提高探測器的性能；通過調(diào)節(jié)陰極和陽極電路板的尺寸能夠?qū)崿F(xiàn)多個探測器的無縫級聯(lián)。

附圖說明

圖1示出了傳統(tǒng)的CZT陰極高壓端的高壓連接方式；

圖2示出了本發(fā)明實施例的PCB與探測器的側(cè)面結(jié)構(gòu)圖；

圖3示出了本發(fā)明實施例的PCB的結(jié)構(gòu)圖；

圖4示出了本發(fā)明實施例的PCB底層結(jié)構(gòu)圖；

圖5示出了本發(fā)明的多個探測器的級聯(lián)(俯視圖)示意圖；

圖6示出了通過柔性PCB為多個級聯(lián)模塊提供高壓的示意圖；以及

圖7示出了一種半導體探測器的封裝方法的流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)在對本發(fā)明的實施例提供詳細參考，其范例在附圖中說明，圖中相同的數(shù)字全部代表相同的元件。為解釋本發(fā)明下述實施例將參考附圖被描述。

本發(fā)明采用將PCB(Printed Circuit Board、印刷電路板)直接封裝到探測器的高壓面。在探測器的高壓連接端，將PCB板直接封裝到探測器的高壓端，高壓端電極的類型可以為面陣、像素、條形等多種形狀。PCB板采用雙層結(jié)構(gòu)頂層和底層，不限于兩層，底層面為裸露電極，直接與探測器的高壓電極封裝在一起。PCB板的頂面為高壓連接面，在此面可以添加濾波電路。高壓經(jīng)引線連接到PCB板的頂層，在頂層濾波后經(jīng)過孔與PCB的地面相連。這樣能夠有效地避免探測器的陽極與外界的接觸，起到良好的保護作用。

PCB的尺寸可以與晶體的大小相同，也可以大于或小于探測器高壓端的尺寸。晶體的形狀可以為長方體、正方體或圓柱體等。優(yōu)選地，PCB與探測器的形狀和大小相同。

本發(fā)明通過PCB板實現(xiàn)高壓源與探測器高壓電極端的連接。PCB采用兩層結(jié)構(gòu)(底層和頂層)，也可以采用多層的PCB結(jié)構(gòu)。PCB的頂層和底層通過過孔連接，過孔的數(shù)量不限，分布方式不限；優(yōu)選地多個過孔按照多方位分布，使得探測器陰極面高壓均勻分布；PCB的底層電極直接與探測器的高壓電極端連接，可以采用導電膠連接的方式或者其他方式。PCB板的頂層采用焊接貼片插座，通過插拔高壓線就可以實現(xiàn)高壓連接，或者是直接焊接的方式，實現(xiàn)與高壓源的連接。在此過程中，優(yōu)選的采用柔性的PCB板。焊接點的金屬要盡量少，減少由于PCB板頂部的金屬對探測器探測性能的影響。

本發(fā)明還可以通過在高壓端的PCB上添加濾波電路，實現(xiàn)對高壓的濾波，減少了濾波電路與陽極的之間的距離。高壓濾波電路采用有源濾波或無源濾波，優(yōu)選無源濾波方式。這種方式能夠減小經(jīng)過濾波后的高壓與探測器之間的距離，減少有由于引線過長帶來的干擾，影響探測器的探測性能。在采用柔性PCB實現(xiàn)PCB與高壓源的連接時，優(yōu)選的將濾波電路放置在柔性PCB上，濾波方式優(yōu)選采用無源濾波。這種方式，在縮短了濾波后的高壓與探測器之間距離的同時，減少了當陰極入射時濾波電子元件對于射線的阻擋；當陽極入射時，電子元件的影響可以不予考慮。

本發(fā)明實施例中采用CZT探測器作為示例，探測器的大小為10*10*10mm³，探測的陽極為像素結(jié)構(gòu)，封裝在PCB板上與讀出芯片相連接；探測器的陰極為面陣結(jié)構(gòu)，與負高壓相連。本發(fā)明不受陽極的電極結(jié)構(gòu)、封裝方式限制；也不受陰極的電極機構(gòu)限制，陰極電極可以為面陣、共面柵、線陣等；也不受探測器的形成限制，探測器可為長方體、立方體、圓柱體等；也不受探測器的材料限制。

本發(fā)明采用PCB板與探測器的陰極直接封裝的方式，保護了探測器也提供了有效的高壓連接方式，PCB也可以采用多種材料。

在實施例中，CZT探測器為正方體。圖2示出了本發(fā)明實施例的PCB與探測器的側(cè)面結(jié)構(gòu)圖。如圖2所述，圖2中的ABC分別為三種情況下發(fā)明裝置的側(cè)面結(jié)構(gòu)圖。其中201為高壓端(陰極)的PCB板，202為探測器晶體，203為晶體另外一端(陽極)的電路板。陰極端的PCB板形狀和大小任意，即201的形狀可以為圓柱體、長方體，可以與探測器陰極面形狀相同也可不同。探測器202的陰極和陽極電極沒有標出。

圖3示出了本發(fā)明實施例的PCB的結(jié)構(gòu)圖。這種封裝結(jié)構(gòu)能夠有效的保護探測器的陽極，也能夠通過PCB板實現(xiàn)高壓與探測器陰極的連接。由于采用的PCB板，可以通過PCB板的底層與探測器的陰極直接連接，通過過孔將高壓連接到PCB板的頂層。具體地，PCB板的結(jié)構(gòu)如圖3所示，201為探測高壓端的PCB板；306為PCB底層，PCB底層的導電材料(材料可選金、銅等)直接與探測器的陰極接觸，可以采用導電膠的連接方式；305為PCB頂層，連接高壓；304為過孔，連接底層和頂層。過孔304的數(shù)目不限，分布不限，優(yōu)選多個過孔，多處分布。

根據(jù)本發(fā)明實施例的半導體探測器包括：陽極電路板，包括讀出芯片；陰極電路板，所述陰極電路板包括陰極電路板高壓端頂層、陰極電路板底部連接層和填充在陰極電路板高壓端頂層和陰極電路板底部連接層之間的電介質(zhì)，所述陰極電路板高壓端頂層和陰極電路板底部連接層通過過孔連接；探測器晶體，包括晶體主體、陽極和陰極，所述陽極與所述陽極電路板上的讀出芯片相連，其中所述陰極電路板高壓端頂層用于連接半導體探測器的輸入，所述陰極電路板底部連接層與所述探測器晶體的陰極直接接觸而連接所述陰極和所述陰極電路板。

優(yōu)選地，所述探測器晶體是碲鋅鎘晶體。

優(yōu)選地，所述陰極電路板底部連接層采用導電膠的形式與所述陰極接觸。

優(yōu)選地，所述半導體探測器包括多個過孔，所述過孔均勻地設置。

優(yōu)選地，所述陰極電路板高壓端頂層通過焊接貼片插座或者直接焊接與外部高壓源相連。

圖4示出了本發(fā)明實施例的PCB底層結(jié)構(gòu)圖。具體地，所述PCB底層305包括過孔304的開孔、濾波電路406和端口407。端口407可以采用焊接的方式、插座的方式等；可以直接與高壓源相連，也可以實現(xiàn)多個模塊的級聯(lián)，級聯(lián)的線可以選用普通高壓線，也可以選用柔性PCB，優(yōu)選的選用柔性PCB。級聯(lián)的方式可以為線陣級聯(lián)和像素級聯(lián)提高系統(tǒng)的探測器面積。

如圖4所示，在本發(fā)明實施例的半導體探測器，在所述陰極電路板高壓端頂層中設置濾波電路。濾波方式可以采用有源濾波和無緣濾波。優(yōu)選地，所述濾波電路采用無源濾波，無源濾波可以減少濾波電路的元件個數(shù)，降低由于電子器件產(chǎn)生的熱量對探測器性能的影響。在無源濾波電路元器件的選擇中，要考慮器件的散熱、功耗、材料等因素，即避免對探測器的性能有影響，避免對射線過多的阻擋。

所述濾波電路設置于所述陰極電路板高壓端頂層的邊緣。通過將高壓濾波電路設置為距離探測器陽極的距離最短，降低了噪聲的影響，提高了信噪比。這種方式能夠提高探測器的能量分辨率。

優(yōu)選地，所述陰極電路板是柔性電路板。所述濾波電路設置于所述柔性電路板中。也就是說，濾波方式可以采用柔性PCB的濾波方式，即通過柔性PCB實現(xiàn)高壓源與PCB頂層405的連接，在距離電壓連接端口407最近的地方放置濾波電路。同樣濾波方式可以采用有源濾波和無緣濾波，優(yōu)選的選用無源濾波，減少濾波電路的元件個數(shù)，降低由于電子器件產(chǎn)生的熱量對探測器性能的影響。在這種方式中，減小了濾波元器件對射線的阻擋，當射線陽極入射的情況下，濾波元件對射線的阻擋就不予考慮。

圖5示出了本發(fā)明的多個探測器的級聯(lián)(俯視圖)示意圖。如圖5所示，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)較多探測器模塊的級聯(lián)。現(xiàn)有技術中采用高壓線與探測器陰極連接然后通過探測器陽極面的電路板引出，不能實現(xiàn)面陣的級聯(lián)，同時級聯(lián)的探測器模塊之間的間隙也比較大。由于在以往的級聯(lián)中，高壓只進行了一次濾波就將所有的探測器模塊連接到一起，由于高壓線的加長，會大大增加系統(tǒng)的噪聲。同時，高壓線的裸露也會帶來安全隱患。而采用如圖5所示的級聯(lián)結(jié)構(gòu)圖，可以實現(xiàn)半導體探測器的各種級聯(lián)。

圖6示出了通過柔性PCB為多個級聯(lián)模塊提供高壓。如圖6所示，如上圖所示，在選用柔性PCB作為高壓連接線的情況下，可以增大柔性PCB的寬度。這種情況下可以將濾波電路放置在柔性PCB上，接近陰極的PCB板的端口。柔性PCB布局上應該繞開探測器的頂部，在探測器的邊緣，從而減少對射線的阻擋。本發(fā)明柔性PCB的形狀不限，可以采用其他形狀，結(jié)構(gòu)的柔性PCB。

圖7示出了一種半導體探測器的封裝方法的流程圖。所述半導體探測器包括：陽極電路板，包括讀出芯片；陰極電路板，所述陰極電路板包括陰極電路板高壓端頂層、陰極電路板底部連接層和填充在陰極電路板高壓端頂層和陰極電路板底部連接層之間的電介質(zhì)，所述陰極電路板高壓端頂層和陰極電路板底部連接層通過過孔連接；探測器晶體，包括晶體主體、陽極和陰極，所述陽極與所述陽極電路板上的讀出芯片相連。述方法包括：將所述陰極電路板高壓端頂層連接半導體探測器的輸入(S701)；以及通過所述陰極電路板底部連接層與所述探測器晶體的陰極直接接觸而連接所述陰極和所述陰極電路板(S702)。

具體地，在所述陰極電路板高壓頂層上設置濾波電路來實現(xiàn)對高壓的濾波。

通過本發(fā)明的半導體探測器及其封裝方法，可以對探測器晶體的高壓端進行機械保護，降低高壓帶來的安全隱患，提高高壓連接的穩(wěn)固性；通過在距離探測器最近的地方添加濾波電路，能夠降低高壓帶來的噪聲，提高探測器的性能；通過調(diào)節(jié)陽極和陰極電路板的尺寸能夠?qū)崿F(xiàn)多個探測器的無縫級聯(lián)。

盡管已經(jīng)參考本發(fā)明的典型實施例，具體示出和描述了本發(fā)明，但本領域普通技術人員應當理解，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對這些實施例進行形式和細節(jié)上的多種改變。