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特表2022-533338フィールドリミッティングリング構成を有するX線センサ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-22
(54)【発明の名称】フィールドリミッティングリング構成を有するX線センサ
(51)【国際特許分類】
   G01T 1/24 20060101AFI20220714BHJP
   A61B 6/03 20060101ALI20220714BHJP
【FI】
G01T1/24
A61B6/03 320R
A61B6/03 373
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021567898
(86)(22)【出願日】2019-05-14
(85)【翻訳文提出日】2021-11-26
(86)【国際出願番号】 SE2019050430
(87)【国際公開番号】W WO2020231304
(87)【国際公開日】2020-11-19
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】512120638
【氏名又は名称】プリズマティック、センサーズ、アクチボラグ
【氏名又は名称原語表記】PRISMATIC SENSORS AB
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100118843
【弁理士】
【氏名又は名称】赤岡 明
(74)【代理人】
【識別番号】100124372
【弁理士】
【氏名又は名称】山ノ井 傑
(72)【発明者】
【氏名】ミーテク、バコウスキー、ホルトリード
(72)【発明者】
【氏名】マッツ、ダニエルソン
(72)【発明者】
【氏名】チェン、シュ
【テーマコード(参考)】
2G188
4C093
【Fターム(参考)】
2G188BB02
2G188CC31
2G188DD05
4C093AA22
4C093CA01
4C093CA35
4C093EA07
4C093EB13
4C093EB17
4C093EB20
(57)【要約】
提案された技術は、X線センサ(1)の表面領域(3)上に配置された複数の検出器ダイオード(2)を備える活性検出器領域を有するX線センサ(1)を提供する。X線センサ(1)は、複数の検出器ダイオード(2)を備える表面領域(3)を包囲する接合終端(4)をさらに備える。接合終端(4)は、表面領域(3)の端部に最も近く配置されたガード(5)と、ガード(5)の外側に配置されたフィールドストップ(6)と、ガード(5)とフィールドストップ6との間に配置された少なくとも2つのフィールドリミッティングリングFLR(7)とを備え、第1のFLR(7)は間隔[4μm;12μm]から選択されたガード(20)からの距離Δに配置され、第2のFLR(7)は間隔[6.5μm;14μm]から選択された第1のFLR(7)からの距離Δに配置され、距離Δは距離Δよりも大きい。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
X線センサ(1)であって、前記X線センサ(1)は、前記X線センサ(1)の表面領域(3)に配置された複数の検出器ダイオード(2)を備える活性検出器領域を有し、前記X線センサ(1)は、前記複数の検出器ダイオード(2)を備える前記表面領域(3)を包囲する接合終端(4)をさらに備え、前記接合終端(4)は、前記表面領域(3)の端部に最も近く配置されたガード(5)と、前記ガード(5)の外側に配置されたフィールドストップ(6)と、前記ガード(5)と前記フィールドストップ(6)との間に配置された少なくとも2つのフィールドリミッティングリングFLR(7)とを備え、第1のFLR(7)は、間隔[4μm;12μm]から選択された前記ガード(5)からの距離Δに配置され、第2のFLR(7)は、間隔[6.5μm;15μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δに配置され、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、X線センサ。
【請求項2】
前記距離Δは10±0.5μmであり、前記距離Δは13±0.5μmである、請求項1に記載のX線センサ。
【請求項3】
前記接合終端(4)は、少なくとも3つのFLRを備え、第1のFLR(7)は間隔[7μm;11μm]から選択された前記ガード(5)からの距離Δに配置され、第2のFLR(7)は間隔[10μm;14μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δに配置され、第3のFLR(7)は間隔[13μm;17μm]から選択された前記第2のFLR(7)からの距離Δに配置され、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、請求項1に記載のX線センサ。
【請求項4】
前記距離Δは9±0.5μmであり、前記距離Δは12±0.5μmであり、前記距離Δは15±0.5μmである、請求項3に記載のX線センサ。
【請求項5】
前記接合終端(4)は、少なくとも4つのFLRを備え、第1のFLR(7)は間隔[6μm;10μm]から選択された前記ガード(5)からの距離Δに配置され、第2のFLR(7)は間隔[9μm;13μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δに配置され、第3のFLR(7)は間隔[12μm;16μm]から選択された前記第2のFLR(7)からの距離Δに配置され、第4のFLR(7)は間隔[15μm;19μm]から選択された前記第3のFLR(7)からの距離Δに配置され、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、請求項1に記載のX線センサ。
【請求項6】
前記距離Δは8±0.5μmであり、前記距離Δは11±0.5μmであり、前記距離Δは14±0.5μmであり、前記第4の距離Δは17±0.5μmである、請求項5に記載のX線センサ。
【請求項7】
前記接合終端(4)は、少なくとも5つのFLRを備え、第1のFLR(7)は間隔[5μm;9μm]から選択された前記ガード(20)からの距離Δに配置され、第2のFLR(7)は間隔[8μm;12μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δに配置され、第3のFLR(7)は間隔[10.5μm;14.5μm]から選択された前記第2のFLR(7)からの距離Δに配置され、第4のFLR(7)は間隔[13.5μm;17.5μm]から選択された前記第3のFLR(7)からの距離Δに配置され、第5のFLR(7)は間隔[16μm;20μm]から選択された前記第4のFLR(7)からの距離Δに配置され、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、請求項1に記載のX線センサ。
【請求項8】
前記距離Δは7±0.5μmであり、前記距離Δは10±0.5μm前記距離Δは12.5±0.5μmであり、前記第4の距離Δは15.5±0.5μmであり、前記距離Δは18±0.5である、請求項7に記載のX線センサ。
【請求項9】
前記接合終端(4)は6つのFLR(7)を備え、第1のFLR(7)は間隔[4μm;8μm]から選択された前記ガード(5)からの距離Δに配置され、第2のFLR(7)は間隔[6.5μm;10.5μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δに配置され、第3のFLR(7)は間隔[9μm;13μm]から選択された前記第2のFLR(7)からの距離Δに配置され、第4のFLR(7)は間隔[11.5μm;15.5μm]から選択された前記第3のFLR(7)からの距離Δに配置され、第5のFLR(7)は間隔[14μm;18μm]から選択された前記第4のFLR(7)からの距離Δに配置され、第6のFLR(7)は間隔[17μm;21μm]から選択された前記第5のFLR(7)からの距離Δに配置され、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、請求項1に記載のX線センサ。
【請求項10】
前記距離Δは6±0.5μmであり、前記距離Δは8.5±0.5μmであり、前記距離Δは11±0.5μmであり、前記距離Δは13.5±0.5μmであり、前記距離Δは16±0.5μmであり、前記距離Δは19±0.5μmである、請求項9に記載のX線センサ(1)。
【請求項11】
前記活性検出器領域は、1x1010cm-3から1x1012cm-3の間隔のドーピング濃度を有するドープ材料を備える、請求項1から10のいずれか一項に記載のX線センサ。
【請求項12】
前記活性検出器領域は、前記フィールドリミッティングリングと反対のドーピングタイプを有するドープシリコンを備える、請求項1から11のいずれか一項に記載のX線センサ。
【請求項13】
前記ガード(5)に最も近い前記検出器ダイオード(2)と前記ガード(5)との間の距離は、間隔[20μm;30μm]内になるように選択される、請求項1から12のいずれか一項に記載のX線センサ。
【請求項14】
前記フィールドストップ(6)に最も近い前記FLR(7)と前記フィールドストップ(6)との間の距離は、間隔[20μm;50μm]から、好ましくは間隔[40μm;50μm]から選択される、請求項1から13のいずれか一項に記載のX線センサ。
【請求項15】
X線撮像システム(100)であって、
-X線を放出するように構成されたX線源(10)と、
-請求項1から14のいずれか一項に記載の少なくとも1つのX線センサ(1)を備えるX線検出器システム(20)と、
-画像処理装置(30)と
を備えるX線撮像システム。
【請求項16】
X線センサ(1)を構築する方法であって、前記方法は、
-材料基板の表面領域上に複数の検出器ダイオード(2)を提供するステップ(S1)と、
-前記材料基板に前記表面領域を包囲する接合終端を提供するステップ(S2)とを備え、前記接合終端は、
-前記表面領域に隣接するガード(5)を提供するステップ(S3)と、
-前記ガード(5)の外側にフィールドストップを提供するステップ(S4)と、
-前記ガード(5)と前記フィールドストップ(6)との間に少なくとも2つのフィールドリミッティングリングFLR(7)を配置するステップ(S5)であって、第1のFLR(7)は、間隔[4μm;12μm]から選択されたガード(20)からの距離Δに配置され、第2のFLR(7)は、間隔[6.5μm;15μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δに配置され、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、ステップ(S5)と
によって構築される、方法。
【請求項17】
前記少なくとも2つのFLRを配置するステップ(S5)は、10±0.5μmによって与えられる距離Δに前記第1のFLR(7)を配置するステップと、13±0.5μmによって与えられる前記第1のFLR(7)からの距離Δに前記第2のFLR(7)を配置するステップとをさらに備える、請求項16に記載の方法。
【請求項18】
前記少なくとも2つのFLRを配置するステップ(S5)は、少なくとも3つのFLRを配置することを備え、第1のFLR(7)は間隔[7μm;11μm]から選択された前記ガード(5)からの距離Δにあり、第2のFLR(7)は間隔[10μm;14μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δにあり、第3のFLR(7)は間隔[13μm;17μm]から選択された前記第2のFLR(7)からの距離Δにあり、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、請求項16に記載の方法。
【請求項19】
前記少なくとも3つのFLRを配置するステップ(S5)は、9±0.5μmによって与えられる距離Δに前記第1のFLR(7)を配置するステップと、12±0.5μmによって与えられる前記第1のFLR(7)からの距離Δに前記第2のFLR(7)を配置するステップと、15±0.5μmによって与えられる前記第2のFLR(7)からの距離Δに前記第3のFLR(7)を配置するステップとをさらに備える、請求項18に記載の方法。
【請求項20】
前記少なくとも2つのFLRを配置するステップ(S5)は、前記ガード(5)と前記フィールドストップ(6)との間に少なくとも4つのFLRを配置することを備え、第1のFLR(7)は間隔[6μm;10μm]から選択された前記ガード(20)からの距離Δにあり、第2のFLR(7)は間隔[9μm;13μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δにあり、第3のFLR(7)は間隔[12μm;16μm]から選択された前記第2のFLR(7)からの距離Δにあり、第4のFLR(7)は間隔[15μm;19μm]から選択された前記第3のFLR(7)からの距離Δにあり、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、請求項16に記載の方法。
【請求項21】
前記距離Δは8±0.5μmであり、前記距離Δは11±0.5μmであり、前記距離Δは14±0.5μmであり、前記距離Δは17±0.5μmである、請求項20に記載の方法。
【請求項22】
前記少なくとも2つのFLRを配置するステップ(S5)は、前記ガード(5)と前記フィールドストップ(6)との間に少なくとも5つのFLRを配置することを備え、第1のFLR(7)は間隔[5μm;9μm]から選択された前記ガード(5)からの距離Δにあり、第2のFLR(7)は間隔[8μm;12μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δにあり、第3のFLR(7)は間隔[10.5μm;14.5μm]から選択された前記第2のFLR(7)からの距離Δにあり、第4のFLR(7)は間隔[13.5μm;17.5μm]から選択された前記第3のFLR(7)からの距離Δにあり、第5のFLR(7)は間隔[16μm;20μm]から選択された前記第4のFLR7からの距離Δにあり、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、請求項16に記載の方法。
【請求項23】
前記距離Δは7±0.5μmであり、前記距離Δは10±0.5μmであり、前記距離Δは12.5±0.5μmであり、前記第4の距離Δは15.5±0.5μmであり、前記距離Δは18±0.5である、請求項22に記載の方法。
【請求項24】
前記少なくとも2つのFLRを配置するステップ(S5)は、前記ガード(5)と前記フィールドストップ(6)との間に6つのFLRを配置することを備え、第1のFLR(7)は間隔[4μm;8μm]から選択された前記ガード(5)からの距離Δに配置され、第2のFLR(7)は間隔[6.5μm;10.5μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δに配置され、第3のFLR(7)は間隔[9μm;13μm]から選択された前記第2のFLR(7)からの距離Δに配置され、第4のFLR(7)は間隔[11.5μm;15.5μm]から選択された前記第3のFLR(7)からの距離Δに配置され、第5のFLR(7)は間隔[14μm;18μm]から選択された前記第4のFLR(7)からの距離Δに配置され、第6のFLR(7)は間隔[17μm;21μm]から選択された前記第5のFLR(7)からの距離Δに配置され、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、請求項16に記載の方法。
【請求項25】
前記距離Δは6±0.5μmであり、前記距離Δは8.5±0.5μmであり、前記距離Δは11±0.5μmであり、前記距離Δは13.5±0.5μmであり、前記距離Δは16±0.5μmであり、前記距離Δは19±0.5μmである、請求項24に記載の方法。
【請求項26】
材料基板の表面領域上に複数の検出器ダイオードを提供するステップ(S1)は、1x1010cm-3から1x1012cm-3の間隔のドーピング濃度を有するドープ材料を備える前記基板の表面領域上に複数の検出器ダイオードを提供することを備える、請求項16から25のいずれか一項に記載の方法。
【請求項27】
前記表面領域は、前記フィールドリミッティングリングと反対のドーピングタイプを有するドープシリコンを備える、請求項26に記載の方法。
【請求項28】
前記表面領域に隣接するガード(5)を提供するステップ(S3)は、前記ガード(5)に最も近い前記検出器ダイオード(2)からの間隔[20μm;30μm]から選択された距離に前記ガードを配置することを備える、請求項16から27のいずれか一項に記載の方法。
【請求項29】
前記ガード(5)と前記フィールドストップ(6)との間に少なくとも2つのフィールドリミッティングリングFLR(7)を配置(S5)するステップ(S5)は、前記フィールドストップからの間隔[20μm;50μm]から、好ましくは間隔[40μm;50μm]から選択された距離に、前記フィールドストップ(6)に最も近い前記FLR(7)を配置することを備える、請求項16から28のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願につながるプロジェクトは、協定書番号830294の下で欧州連合のホライズン2020研究および革新プログラムから資金提供を受けている。
【0002】
提案された技術は、一般に、X線撮像などのX線用途に関し、より具体的には、X線検出器とも呼ばれるX線センサに関する。提案された技術はまた、X線センサを構築する方法、ならびにこのようなX線センサを備える検出器システムを有するX線撮像システムにも関する。
【背景技術】
【0003】
X線撮像などの放射線撮像は、医療用途および非破壊検査で長年にわたって使用されてきた。
【0004】
通常、X線撮像システムは、X線源およびX線検出器システムを含む。X線源はX線を放出し、これは撮像される対象または物体を通過し、その後X線検出器システムによって記録される。一部の材料は他の材料よりも多くのX線を吸収するので、対象または物体の画像が形成される。X線検出器は、エネルギー統合検出器および光子計数検出器を含む、異なるタイプであってもよい。
【0005】
従来のX線検出器設計は、通常、上面に、たとえば基板がn型高抵抗材料である場合にp型ドープされたストリップもしくは矩形または六角形領域の形態の、検出器ダイオード画素によって覆われた活性検出器領域を含む。上面はまた、いわゆるガードを含む、いわゆる接合終端領域も含む。
【0006】
最大の感度を得るには、PiNダイオード構造のいわゆるドリフト領域を構築する検出器の高抵抗n型部分の電荷が完全に空乏していなければならない。これには、構造内の最大電界の位置で接合破壊の状態に達することなく、厚さ500から550μmのn型領域で少なくとも300ボルトの電圧を印加する必要がある。さらに、検出器は、不動態化酸化物内の照射の結果として生じる正の表面電荷に対する耐性を確保するために、著しく高い電圧を維持しなければならない。これは、表面の電界を増加させて破壊電圧を低減することが知られている。接合終端の機能は、電界強度を低下させ、正の酸化物電荷に対する耐性および照射下での検出器の十分に長い寿命を確保するために、検出器の表面に沿って電界を広げることである。
【0007】
PiNダイオードおよび検出器に適用される接合終端には、2つの主要な概念がある。1つはマルチプルフローティングフィールドリングMFFRであり、2つ目はいわゆる接合終端拡張JTEである。MFFRは、印加された逆電圧を、アノードp+画素被覆領域を包囲するフローティングリング間の空間に閉じ込められた小さい部分に分割する原理を使用し、JTEは、空乏負に帯電したアクセプタ下のJTE中とやはり空乏正に帯電したドナー下のn型ドリフト領域中とのドーパント電荷間の電荷的中性の原理を使用する。両方の手法の特徴は、広い領域を使用することである。まさに電界還元の原理は、材料の大半と比較して表面における空乏領域幅を拡大することである。300Vから800Vの必要とされる電圧では、接合終端の幅はガードを含めて100μmから500μmの間である。フローティングリングは通常、画素ダイオードの縁部での潜在的な密集を回避するのに役立つ金属プレートを備えている。
【0008】
ガードは、検出器の外側の領域から検出器縁部に向かって漏れ電流を収集する機能を有する最も外側のp型ドープリングと接触する最も外側の電極である。この電極は通常、アースに接続されている。
【0009】
終端の特定の欠点は、活性検出器領域の損失である。また、より広い領域を覆うために多くの検出器が組み合わせられるため、各個別の検出器の失われた領域は、得られた画像の品質に悪影響を及ぼす検出器マトリックス内の「デッド」またはブラインド領域を構成する。
【0010】
米国特許第4,377,816号明細書は、少なくとも1つのp-n接合を有し、p-n接合の抑制挙動を改善するためのゾーンガードリングが設けられた、半導体素子に関する。ゾーンガードリングは実質的に、空間電荷領域電界が装置の縁部に到達するのを防止し、こうして電流の漏れを防止するために、いわゆるチャネルストッパフィールドストップとして機能する。これは、接合終端がなく、電界が装置の側壁表面に到達するのを防止する保護のみを備えた、単純な平面ダイオードを表す。
【0011】
米国特許第8,093,624号明細書は、可視および近赤外波長で100%に近づく曲線因子を可能にし、光学集束技術の必要性を排除する装置構造を有するアバランシェフォトダイオードに関する。n型活性領域およびp型活性領域が提供される。n型およびp型活性領域の1つ目は、第1の基板表面において半導体基板内に設けられる。n型およびp型活性領域の2つ目は、基板内の第1の深さの活性領域の1つ目の下に設けられた高電界ゾーンと、第1の深さよりも深い基板内の第2の深さの第1の活性領域の横方向外側に設けられた中電界ゾーンと、基板内の高電界ゾーンおよび中電界ゾーンを接続するステップゾーンとを含む。この構成を用いて、フォトダイオード構造は、装置の高電界アバランシェ領域を迂回する光電子経路を実質的に禁止することによって、非アバランシェ光電子収集を防止する。p+領域として提供される、従来のチャネルストップ領域は、フォトダイオードの縁部に配置されている。フォトダイオードはまた、たとえば円形の構成で、フォトダイオードカソードを横方向に包囲する、カソードの外周の従来のガードリング構造も含み得る。アバランシェフォトダイオードは低電圧でアバランシェ状態(破壊)で動作し、画素ダイオードのアレイ全体を終端させる問題は解決されない。米国特許第8,093,624号明細書はむしろ、個別の画素ダイオードを分離するためにチャネルストッパが使用される、個別のフォトダイオードの設計および構成に関する。
【0012】
欧州特許第0661753A1号明細書は、横方向の接合変動に対する一貫性を保証する、空間的に付加的な微細から粗への増大スキームを有するフィールドリミッティングリングを含む半導体構造のための改善された縁部終端スキームに関する。この空間的増加スキームは、破壊電圧特性を大幅に向上させる。加えて、製造ばらつきに対する装置の非感受性をさらに保証するために、冗長リングが使用される。
【0013】
検出器の設計に投資された全ての努力にもかかわらず、依然として改善の余地がある。提案された技術は、X線検出器に改善された接合終端、特にフィールドリミッティングリングFLRを利用する接合終端を提供することを目的とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0014】
【特許文献1】米国特許第4,377,816号明細書
【特許文献2】米国特許第8,093,624号明細書
【特許文献3】欧州特許第0661753A1号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
X線検出器に改善された接合終端、特にフィールドリミッティングリングを利用する接合終端を提供することを目的とする。
【0016】
特定の目的は、様々なFLRに沿った電界ピークのバランスのとれた均一な広がりを保証する、フィールドリミッティングリングFLRの特定の構成を有するX線検出器を提供することである。
【0017】
別の目的は、たとえば使用されるFLRの数Nが2≦N≦6である、少数のFLRを利用するX線検出器のための様々なFLRに沿った電界ピークのバランスのとれた均一な広がりを保証する、フィールドリミッティングリングの特定の構成を有するX線検出器を提供することである。
【0018】
提案された技術のさらに別の目的は、改善された接合終端、特にフィールドリミッティングリングを利用する接合終端を有するX線検出器を構築する方法を提供することである。
【0019】
特定の目的は、たとえば、長時間のX線曝露に対する破壊電圧および漏れ電流の耐性を提供し、長い検出器寿命を確保する、1cmあたり1010から最小5x1011個の電荷の広範な表面電荷濃度における様々なFLRに沿った電界ピークのバランスのとれた均一な広がりを保証する、フィールドリミッティングリングFLRの特定の構成を有するX線検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0020】
これらおよびその他の目的は、提案された技術の実施形態によって満たされる。
【0021】
第1の態様によれば、X線センサの表面領域3に配置された複数の検出器ダイオードを備える活性検出器領域を有するX線センサが提供される。X線センサは、複数の検出器ダイオードを備える表面領域を包囲する接合終端をさらに備える。接合終端は、表面領域の端部に最も近く配置されたガードと、ガードの外側に配置されたフィールドストップと、ガードとフィールドストップとの間に配置された少なくとも2つのフィールドリミッティングリングFLRとを備える。第1のFLRは、間隔[4μm;12μm]から選択されたガードからの距離Δに配置され、第2のFLRは、間隔[6.5μm;15μm]から選択された第1のFLRからの距離Δに配置され、距離は、距離Δが距離Δよりも大きくなるように選択される。
【0022】
第2の目的によれば、X線を放出するように構成されたX線源を備えるX線撮像システムが提供される。X線撮像システムはまた、第1の目的による少なくとも1つのX線検出器を備えるX線検出器システムと、画像処理装置とを備える。
【0023】
第3の目的によれば、X線センサを構築する方法が提供される。方法は、材料基板の表面領域上に複数の検出器ダイオードを提供するステップを備える。方法はまた、材料基板に表面領域を包囲する接合終端を提供するステップも備える。接合終端は、表面領域に隣接するガードリングを提供し、ガードリングの外側にフィールドストップを提供し、ガードとフィールドストップとの間に少なくとも2つのフィールドリミッティングリングFLRを配置することによって構築され、第1のFLRは、間隔[4μm;12μm]から選択されたガードからの距離Δに配置され、第2のFLRは、間隔[6.5μm;15μm]から選択された第1のFLRからの距離Δに配置され、距離は、距離Δが距離Δよりも大きくなるように選択される。
【0024】
提案された技術の実施形態は、非常に少数のFLRであっても、FLRに沿った電界ピークのバランスのとれた均一な分布を有するX線検出器を可能にする。加えて、提案された技術によるFLRの特定の構成は、FLRの数が少ないため、まばらな領域が多数のFLRによって占有されないので、活性検出器領域が増加したX線検出器を可能にする。
【0025】
他の利点は、詳細な説明を読めば理解されるだろう。
【0026】
実施形態は、そのさらなる目的および利点と共に、添付図面と併せて以下の説明を参照することで、最もよく理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【0027】
図1】全体的なX線撮像システムの一例を示す概略図である。
図2】X線撮像システムの別の例を示す概略図である。
図3】一実施形態による上から見たX線センサの一例を示す概略図である。
図4】2つのフィールドリミッティングリングFLRが接合終端で使用されるときの、バランスのとれた電界ピークプロファイルを示すグラフである。
図5】3つのFLRが接合終端で使用されるときの、バランスのとれた電界ピークプロファイルを示すグラフである。
図6】等距離で配置された多数のフィールドリミッティングリングが使用されるときの、不均衡な電界ピークプロファイルを示すグラフである。
図7】隣接するリング間に一定の間隔または距離を伴って配置されたフィールドリミッティングリングを有するX線センサの概略図である。
図8】フィールドリミッティングリングFLRが隣接するFLR間に異なる間隔を伴って配置されている、提案された技術によるX線センサの概略図である。
図9】フィールドリミッティングリングFLRの数が2である、提案された技術によるX線センサの概略図である。
図10】フィールドリミッティングリングFLRの数が3である、提案された技術によるX線センサの概略図である。
図11】フィールドリミッティングリングFLRの数が4である、提案された技術によるX線センサの概略図である。
図12】フィールドリミッティングリングFLRの数が5である、提案された技術によるX線センサの概略図である。
図13】フィールドリミッティングリングFLRの数が6である、提案された技術によるX線センサの概略図である。
図14a】2つのFLRが使用される提案された技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図14b】2つのFLRが使用される提案された技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図14c】2つのFLRが使用される提案された技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図14d】2つのFLRが使用される提案された技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図14e】2つのFLRが使用される提案された技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図14f】2つのFLRが使用される提案された技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図15a】3つのFLRが使用される提案された別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図15b】3つのFLRが使用される提案された別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図15c】3つのFLRが使用される提案された別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図15d】3つのFLRが使用される提案された別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図15e】3つのFLRが使用される提案された別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図15f】3つのFLRが使用される提案された別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図16a】4つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図16b】4つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図16c】4つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図16d】4つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図16e】4つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図16f】4つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図17a】5つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図17b】5つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図17c】5つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図17d】5つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図17e】5つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図17f】5つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図18a】6つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図18b】6つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図18c】6つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図18d】6つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図18e】6つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図18f】6つのFLRが使用される提案されたさらに別の技術の特定の例によって得られる有益な電界分布を示すグラフである。
図19】提案された技術によるX線センサを構築する方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
図面全体を通して、類似または対応する要素には同じ参照符号が使用されている。
【0029】
一般に、本明細書で使用される全ての用語は、異なる意味が明確に与えられ、および/または使用されている文脈から暗示されているのでなければ、関連する技術分野における通常の意味にしたがって解釈されるべきである。要素、装置、構成要素、手段、ステップなどへの全ての言及は、そうではないと明確に示されない限り、要素、装置、構成要素、手段の少なくとも1つの事例を指すものとしてオープンに解釈されるべきである。本明細書に開示される任意の方法のステップは、あるステップが別のステップに続くかまたは先行すると明確に記載されない限り、および/またはあるステップが別のステップに続くかまたは先行しなければならないことが暗示的である場合を除き、開示されたとおりの順序で実行される必要はない。本明細書に開示される実施形態のいずれかの任意の特徴は、必要に応じて他の任意の実施形態に適用され得る。同様に、実施形態のいずれかの任意の利点が他の任意の実施形態に適用されてもよく、その逆も同様である。添付の実施形態のその他の目的、特徴、および利点は、以下の説明から明らかになるだろう。
【0030】
提案された技術をより良く理解するために、簡単なシステム概要および/または技術的問題の分析から始めることが有用であろう。この目的のために、図1を参照する。この非限定例では、X線撮像システム100は基本的に、X線源10、X線検出器システム20、および関連する画像処理装置30を備える。一般に、X線検出器システム20は、任意選択的なX線光学系によって集束され、物体または対象もしくはこれらの一部を通過した可能性のあるX線源10からの放射線を記録するように構成されている。X線検出器システム20は、画像処理装置30による画像処理および/または画像再構築を可能にするために、X線検出器システム20に組み込まれ得る適切なアナログ処理および読み出しエレクトロニクスを介して画像処理装置30に接続可能である。
【0031】
図2に示されるように、X線撮像システム100の別の例は、X線を放出するX線源10と、物体を通過した後のX線を検出するX線検出器システム20と、検出器からの生の電気信号を処理してこれをデジタル化するアナログ処理回路25と、補正の適用、その一時的な記憶、またはフィルタリングなどのさらなる処理動作を測定データに対して実行できるデジタル処理回路40と、処理済みデータを記憶してさらなる後処理および/または画像再構築を実行できるコンピュータ50と、を備える。
【0032】
検出器全体は、X線検出器システム20、または関連するアナログ処理回路25と組み合わせられたX線検出器システム20と見なされてもよい。
【0033】
デジタル処理回路40および/またはコンピュータ50を含むデジタル部はデジタル画像処理システム30と見なされてもよく、これはX線検出器からの画像データに基づいて画像再構築を実行する。したがって、画像処理システム30は、コンピュータ50、あるいはデジタル処理回路40およびコンピュータ50の組合せシステム、または場合により、デジタル処理回路が画像処理および/または再構築にもさらに特化された場合にはそれ自体がデジタル処理回路40として見なされてもよい。
【0034】
一般的に使用されるX線撮像システムの一例はコンピュータ断層撮影(CT)システムであり、これは、X線の扇状ビームまたは円錐ビームを生成するX線源と、患者または物体を透過するX線の部分を記録するための対向するX線検出器システムとを含んでもよい。X線源および検出器システムは通常、撮像された物体の周りを回転するガントリ内に実装されている。
【0035】
したがって、図2に示されるX線源10およびX線検出器システム20はこのように、たとえばCTガントリ内に実装可能であるなど、CTシステムの一部として配置されてもよい。
【0036】
現代のX線検出器は通常、入射X線を電子に変換する必要があり、これは典型的には光吸収またはコンプトン相互作用を通じて行われ、その結果生じる電子は通常、そのエネルギーが失われるまで、二次可視光を生成し、次にこの光が感光性材料によって検出される。半導体に基づく検出器もあるが、この場合、X線によって生成された電子は、印加された電界を通じて収集される電子正孔対に関して電荷を生成している。
【0037】
従来のX線検出器はエネルギー積算型であるので、各検出光子から検出信号への貢献はそのエネルギーに比例し、従来のCTでは単一のエネルギー分布に対して測定値が取得される。したがって、従来のCTシステムによって生成された画像は特定の外観を有し、異なる組織または材料が特定の範囲内で典型的な値を示す。
【0038】
光子計数検出器もまた、いくつかの用途で実現可能な代替として登場した。現在、これらの検出器は主にマンモグラフィにおいて商業的に入手可能である。原則的に各X線のエネルギーが測定可能であり、これは物体の組成に関する追加情報を生み出すので、光子計数検出器は利点を有する。この情報は、画質を向上させるため、および/または放射線量を低減するために、使用され得る。
【0039】
エネルギー積算システムと比較して、光子計数CTは以下の利点を有する。第1に、エネルギー統合検出器によって信号に組み込まれる電子ノイズは、光子計数検出器内のノイズフロアより上に最も低いエネルギー閾値を設定することによって拒絶され得る。第2に、エネルギー情報は検出器によって抽出されることが可能であり、これは最適なエネルギー重み付けによってコントラスト対ノイズ比を改善できるようにし、またいわゆる材料別の分解も可能にし、これによって検査の対象または物体中の異なる材料および/または成分を識別および定量化することができ、効率的に実行される。第3に、たとえばヨウ素またはガドリニウムなどの造影剤の分布を定量的に判断できるようにする、Kエッジ撮像(K-edge imaging)などの分解技術に寄与する3つ以上の基礎材料が使用されてもよい。第4に、検出器の残光がなく、これは高い角度分解能が得られることができることを意味する。最後になったが、より小さい画素サイズを使用することによってより高い空間分解能が達成され得る。
【0040】
光子計数X線検出器の最も有望な材料は、テルル化カドミウムCdTe、テルル化カドミウム亜鉛CZT、およびシリコンSiである。CdTeおよびCZTは臨床CTで使用される高エネルギーX線の高吸収効率のためにいくつかの光子計数スペクトルCTプロジェクトで採用されている。しかしながら、これらのプロジェクトはCdTe/CZTのいくつかの欠点のためゆっくりと進行している。CdTe/CZTは電荷キャリア移動度が低いため、臨床現場で発生する10分の1の束率で深刻なパルスパイルアップを引き起こす。この問題を緩和する方法の1つは画素サイズを縮小することであるが、これは電荷共有およびKエスケープの結果としてスペクトルの歪みを増大させる。また、CdTe/CZTは電荷トラップの影響を受けるが、これは光子束が特定レベルより上に到達したときに出力計数率の急速な低下を引き起こす分極を招く。
【0041】
対照的に、シリコンは電荷キャリア移動度が高く、分極の問題がない。成熟した製造プロセスおよび比較的低いコストもまたその利点である。しかし、シリコンはCdTe/CZTにはない制限を有する。したがって、シリコンセンサは、その低阻止能を補償するためにかなり厚くなければならない。典型的には、シリコンセンサは入射光子のほとんどを吸収するために数センチメートルの厚さを必要とするが、CdTe/CZTは数ミリメートルしか必要としない。一方、シリコンの長い減衰経路は、以下に説明されるように、検出器を異なる深さセグメントに分割することも可能にする。そしてこれは、シリコンベースの光子計数検出器がCT内で高束を適切に処理できるようにする。
【0042】
シリコンまたはゲルマニウムなどの単純な半導体材料を使用するとき、コンプトン散乱は、検出器内の電子正孔対への変換の前に多くのX線光子を高エネルギーから低エネルギーに変換させる。これにより、元々高いエネルギーで、大部分のX線光子を生じ、予想されたよりもはるかに少ない電子正孔対を生成し、ひいては光子束のかなりの部分がエネルギー分布の下端に現れる。したがって、可能な限り多くのX線光子を検出するためには、可能な限り低いエネルギーを検出する必要がある。
【0043】
従来のX線センサ/検出器設計は、通常、上面に、たとえば基板がn型高抵抗材料である場合にp型ドープされたストリップもしくは矩形または六角形領域の形態の、検出器ダイオード画素によって覆われた活性検出器領域を含む。X線センサ/検出器設計における主な傾向によれば、上面は、いわゆる接合終端領域も含む。提案された技術は、改善された接合終端を有するX線検出器を提供することを目的とする。本発明者らは、FLRの特定の分布が、FLRにわたって高度にバランスのとれた電界ピークを生み出すことを、特に認識した。つまり、電界ピークの大きさは、FLRにわたってほぼ同じである。これは、接合終端のガードリングに対するFLRの特定の分布に由来する。提案されたX線センサの特徴を説明する前に、FLRが設けられたX線センサの簡単な説明が提供される。FLRは、フローティングリング、またはフローティングフィールドリミッティングリングFFLRとさえ呼ばれることがあることに留意されたい。
【0044】
FLRを利用するセンサ設計を説明するために、図3を参照する。図3では、いくつかの検出器ダイオード2、たとえば画素ダイオードが、ガードリングと呼ばれることもあるガード5と、フィールドストップ6と、ガード5とフィールドストップ6との間に配置されたいくつかのFLR7とを備える接合終端によってどのように取り囲まれるかが示されている。図3に示されるセンサ設計では、ガードリングの機能およびFLRの機能は、典型的には明らかに異なり、分離している。FLRの機能は、装置周辺および装置の表面において電界を制御することである。通常、ガードリングの機能は、画素ダイオードのアレイであるセンサの周辺で生成された漏れ電流を完全に収集することである。FLRの概念は、高電圧の平坦なp-n接合を終端するために使用されてもよく、p-n接合を包囲するダイオードの高ドープ側と同じドーピングタイプのいくつかの拡散同心リングの配置に基づいている。ダイオードに逆電圧が印加されると、電位は拡散リング間の空間によって吸収される。拡散リングは、多くの場合、拡散リングの両側に形成された内部拡散p-n接合の縁部付近の電界分布を広げて軟化させるために、金属またはポリシリコンのフィールドプレートを備える。通常、リング間の電位、ひいては表面電界を不動態化材料に対して十分に低く保つために、多数の等距離リングが必要とされる。リングの数は阻止電圧の値と共に増加し、FLR終端は、比較的広い表面積を必要とするので、通常は空間効率が高くない。FLR構造に加えて、フィールドストップリングは、チップの欠陥エッジ領域に向かう空間電荷領域の膨張を防止するために、リングとは逆のタイプのドーパントを使用することによって、リングの外側に設けられることが多い。nストップリングの重要性は、n型低ドープ検出器バルク材料ならびにp型アノード領域およびp型FLRリングの場合に負の電荷を意味する反対極性の表面電荷の場合のみに限定される。通常、正の表面電荷は、酸化シリコン表面におけるX線曝露の結果として予想される。
【0045】
X線検出器に使用される、提案されたFLR設計の特定の目的は、様々なFLRにわたって電界ピーク間にバランスがあることを同時に保証しながら活性センサ領域の損失を低減するために、終端の横方向膨張を低減することである。つまり、電界ピークの大きさは、異なるFLRにわたって比較的同じである。
【0046】
最も空間効率の高い終端は、表面電界の矩形の分布をもたらすものである。これは、阻止電圧が電界の積分であるポアソン方程式から導かれる。FLR終端の場合、表面における電界分布は、リング間の空間の各々から三角形分布の合計からなる。終端の横方向膨張を低減するために、リング間の間隔は、全ての間隔で等しい電界ピーク高さを確保し、また拡散リングの幅を最小化するような寸法でなければならない。
【0047】
さらに、信頼性の観点から、センサの予測された寿命の間、準均一な等しい電界ピーク分布が維持されなければならない。X線照射への曝露下で、シリコンおよび二酸化シリコンの界面に近い酸化物中で、正の表面電荷の蓄積が起こる。正の表面電荷は、接合の高ドープ側がp型である場合に、p-n接合周辺に向かう電界分布のシフトを引き起こす。これは、最も内側のリングに属する電界最大値が増加し、外側のリングの電界最大値は減少することを意味する。電界分布は、主要なp-n接合、すなわちガードリングに属するp-n接合の外縁部に向かって最大値がシフトするにつれて、歪んでくる。空間効率の高い設計は、広範囲の、または少なくともおよそ0から、すなわち実際には1010cm-2から1x1012cm-2までの表面電荷値での終端の完全な拡張における電界最大値を均等化するように調整されなければならない。
【0048】
これに基づいて、提案された技術は、少なくとも3つの複雑さに対処するメカニズムを提供する。提案されたFLR分布は、FFR接合終端の横方向拡張の減少を保証する。そしてこれは、より広い活性検出領域を保証する。提案されたFLR分布はまた、均一な表面電界分布も保証する。これは、FFR終端の場合、比較的等しい大きさの電界ピークを意味する。提案されたFLR分布はまた、正の表面電荷に対する感受性の低下も保証する。これは、正の表面電荷の濃度の可能な限り高い値まで電界分布が均一になるという事実に由来する。X線検出器は、当然ながらX線放射に曝される。X線放射は、検出器の表面を覆う酸化物中に正電荷を蓄積させることが知られている。正の表面電荷は、ガードに向かう電界分布のシフト、およびFFR終端におけるガードと第1のリングとの間の電界値の増加を引き起こす。これにより、漏れ電流が増加し、最終的に電圧阻止特性が失われ、すなわち最大阻止電圧が低下する。これは、検出器の経年劣化の一部であり、用途における検出器の寿命に影響を及ぼす重要な特徴を構成する。
【0049】
ここで、図3に示されるセンサ設計による接合終端を備えるX線センサの断面を示す図7を参照する。ここで、概略的に示されるX線センサ1は、検出器ダイオード2、接合終端4、およびフィールドストップ6を備える。次に接合終端は、ガード5と、いくつかのFLR7とを備える。隣り合うFLR間の距離Δは、この構成では一定であり、すなわち、ガード5と第1のFLR7との間の距離Δを含む隣り合うFLRの各ペアの間の距離Δは同じである。図面はまた、ガードリング5と、最も近い検出器要素2との間の距離Δ、および最後のFLRとフィールドストップ6との間の距離Δの2つの追加の距離も示している。FLRのドーピングは、検出器材料のドーピングとは反対であるが、検出器ダイオード2およびガードリング5のドーピングとは同じであることに留意すべきである。つまり、検出器材料、たとえばシリコンがn型である場合には、FLRのドーピングはp型である。
【0050】
先に進む前に、本開示で使用される表記の簡単な説明を提供する。表記Xとは、下記において、FLRの中心からガードの外縁部までの距離を意図している。FLRの中心とは、幅寸法に関してFLRの中心または中点を意図している。FLRが幅δを有する場合、FLRの中心点はδ/2に位置する。ガードの外縁部とは、FLRに最も近いガードの縁部を意図している。つまり、ガードは、その内側では検出器ダイオード2に面し、その反対側の縁部では、ガードはFLRに面する。したがって、反対側の縁部は、外縁部と呼ばれる。表記Δは、隣り合うFLR間、またはガードリングとその最も近いFLRとの間の分離距離を指定し、Δはたとえば、ガードと第1のFLR、つまりガードの最も近くに設けられたFLRとの間の分離距離を示すことができる。Δは、同様に、第1のFLRと第2のFLRとの間の分離距離などを示すことができる。分離距離は、互いに対向するFLRの縁部間の距離を指すことに留意すべきである。FLRの幅を考慮する場合、第1のFLRの中心点と第2のFLRの中心点との間の距離はΔ+σで与えられ、ここでδはFLRの幅である。
【0051】
提案された技術は、図7に示される設計を改善することを目的とする。これは特に、個々のFLRが特定の方法で配置される、すなわち隣り合うFLR間の距離が特に選択されている、接合終端の特定の設計を提供することを目的とする。図7と同じ断面を示す図8を参照すると、提案された技術は、隣接するFLR間の特定の距離Δが特に効果的な接合終端を実現するように選択されるX線センサを提供する。4つのFLRを備える図8の設計では、これは、4つの距離Δ、Δ、Δ、およびΔ、ならびに選択的にガードリングと、最も近い検出器ダイオード2との間の距離Δ、および最後のFLRとフィールドストップ6との間の距離Δも選択することに対応する。ガードの内縁部と、ガードに最も近い検出器ダイオードの外縁部との間の距離Δには、特殊な制限も適用される。この距離は、提案された技術によれば、好ましくは20μm≦Δ≦30μmの間隔から選択されるべきである。
【0052】
提案された技術の特定の実施形態を説明する前に、センサの基礎となる協働機能のより一般的な説明が提供される。本発明者らは、FLRを使用する接合終端を有するセンサの特に重要な特性が、全てのFLRにわたってバランスのとれた電界ピークプロファイルを得ることであると認識した。つまり、電界ピークは、好ましくは、全てのFLRにわたって比較的同じ大きさを有するべきである。この洞察を強調するために、比較的多数の等距離に配置されたFLRを利用する特定の接合終端の電界ピークを示す図6を参照する。グラフから明らかなように、様々なFLRにわたって電界ピークの大きさには大きな違いがある。むしろ、たとえば図4および図5に示されるようなプロファイルの方が望ましい。
【0053】
発明者らはまた、全体的な本発明の活動の一部として、活性検出器領域を拡大するために、FLRの数Nは比較的小さいのが好ましく、好ましくはN≦6であるべきであることも認識した。しかしながら、活性センサ領域を拡大する要望はFLRの数が減少することを要求する一方で、様々なFLRにわたる電界ピークの大きさのこのような均一な分布は、多数のFLRが使用されることを示すので、この制約は、電界ピークの取得およびその均一な分布の目的と矛盾する。しかしながら、本発明者らは、FLRがガードおよびその隣接物に対して特定の距離で分布されるFLRの特定の構造は、特性を求めて接合終端に到達することを認識した。これらの構成は、6つ以下のFLRを備える接合終端、具体的にはFLRの数NがN=2、N=3、N=4、N=5、およびN=6によって与えられる場合に適用される。
【0054】
図9は、X線センサ1を示す概略図である。X線センサ1は、X線センサ1の表面領域に配置された複数の検出器ダイオード2を備える活性検出器領域3を有する。X線センサ1は、複数の検出器ダイオード2を備える表面領域3を包囲する接合終端4をさらに備える。接合終端4は、表面領域3の端部に最も近く配置されたガード5と、ガード5の外側に配置されたフィールドストップ6と、ガード5とフィールドストップ6との間に配置された少なくとも2つのフィールドリミッティングリングFLRとを備え、第1のFLR7は間隔[4μm;12μm]から選択されたガード5からの距離Δに配置され、第2のFLR7は間隔[6.5μm;15μm]から選択された第1のFLR7からの距離Δに配置される。提案された技術によれば、追加の制約は、距離Δが距離Δよりも大きくなければならないことである。
【0055】
言い換えると、相互およびガード5に対して特に選択された距離で、特定の構成で提供された少なくとも2つのFLRを備える接合終端を有するX線センサ1が提供される。選択される距離は、好ましくは、2つ、3つ、4つ、5つ、または6つのFLRを備える接合終端において、ガード5に最も近いものである、最初の2つのFLRに対して選択される。選択された距離は、FLRにわたって均一な電界ピーク分布が非常に限られた数のFLRで達成され得るという驚くべき結果をもたらす。
【0056】
ここで、本明細書で企図される実施形態のいくつかが、添付図面を参照してより完全に説明される。しかしながら、他の実施形態は、本明細書に開示された主題の範囲に含まれ、開示された主題は、本明細書に明記される実施形態にのみ限定されると解釈されるべきではない。むしろこれらの実施形態は、主題の範囲を当業者に伝えるために例として提供される。
【0057】
提案された技術の効果的な実施形態によれば、距離Δが10±0.5μmであり、距離Δが13±0.5μmであるX線センサが提供される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0058】
言い換えると、相互およびガード5に対して特定の距離構成で提供された少なくとも2つのFLRを備える接合終端を有するX線センサ1が提供される。選択された距離は、2つのFLRのみが使用されるという事実にもかかわらず、FLRにわたって均一な電界ピーク分布を生み出すことが示されてきた。
【0059】
図9は、提案された技術によるX線センサ1の特定の実施形態の概略図を提供する。X線センサ1は、複数の検出器ダイオード2を備える表面領域3に隣接して示される接合終端4を備えるが、実際には、これは表面領域3全体を包囲しており、図3を参照されたい。接合終端4は、表面領域3の端部に最も近く配置されたガード5と、ガード5の外側に配置されたフィールドストップ6と、ガード5とフィールドストップ6との間に配置された2つのフィールドリミッティングリングFLRとを備える。提案された技術によれば、第1のFLR7は、間隔[4μm;12μm]から選択されたガード5からの距離Δに配置され、第2のFLR7は、間隔[6.5μm;15μm]から選択された第1のFLR7からの距離Δに配置される。提案された技術によれば、距離Δよりも大きい距離Δという追加の制約もまた満たされるべきである。
【0060】
一例として、第2のFLRとフィールドストップ6との間の距離Δは、好ましくは間隔[20μm;50μm]から、好ましくは間隔[40μm;50μm]から選択される。最も内側のFLRと、これに最も近い検出器ダイオードとの間の距離Δは、提案された技術の実施形態によれば、好ましくは間隔[20μm;30μm]から選択されるべきである。
【0061】
図14a~図14fは、言及された間隔内の距離の特定の選択のために、および1x1011cm-2と5x1011cm-2と同じくらい異なる正の表面電荷密度のために提案された技術によって得られる有益な電界分布を示すグラフを提供する。
【0062】
図14aは、2つのFLRおよびフィールドストップを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは8μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は11μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0063】
図14bは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された2つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは8μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は11μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合も終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0064】
図14cは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された2つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは10μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は13μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0065】
図14dは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された2つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは10μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は13μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合も終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0066】
図14eは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された2つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは12μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は15μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0067】
図14fは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された2つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは12μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は15μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合も終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0068】
提案されたX線センサ1の別の可能な実施形態は、複数の検出器ダイオード2を備える表面領域3に隣接して示される接合終端4を備えるが、実際には、これは表面領域3全体を包囲しており、図3を参照されたい。接合終端4は、表面領域3の端部に最も近く配置されたガード5と、ガード5の外側に配置されたフィールドストップ6と、ガード5とフィールドストップ6との間に配置された少なくとも3つのフィールドリミッティングリングFLRとを備える。提案された技術によれば、第1のFLR7は、間隔[7μm;11μm]から選択されたガード5からの距離Δに配置され、第2のFLR7は、間隔[10μm;14μm]から選択された第1のFLR7からの距離Δに配置され、第3のFLR7は、間隔[13μm;17μm]から選択された第2のFLR7からの距離Δに配置される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0069】
一例として、第3のFLRとフィールドストップ6との間の距離Δは、好ましくは間隔[20μm;50μm]から、好ましくは間隔[40μm;50μm]から選択される。最も内側のFLRと、これに最も近い検出器ダイオードとの間の距離Δは、提案された技術の実施形態によれば、好ましくは間隔[20μm;30μm]から選択されるべきである。
【0070】
図15a~図15fは、言及された間隔および所与の表面電荷内の距離の特定の選択のために提案された技術によって得られる電界分布を示すグラフを提供する。縦軸は表面上の電界に対応し、横軸はμm単位の距離である。
【0071】
図15aは、3つのFLRおよびフィールドストップを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは7μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は10μmであり、第2のFLRと第3のFLRとの間の距離は13μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0072】
図15bは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された3つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは7μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は10μmであり、第2のFLRと第3のFLRとの間の距離は13μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合にも、終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0073】
図15cは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された3つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは9μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は12μmであり、第2のFLRと第3のFLRとの間の距離は15μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0074】
図15dは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された3つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは9μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は12μmであり、第2のFLRと第3のFLRとの間の距離は15μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合にも、終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0075】
図15eは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された3つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは11μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は14μmであり、第2のFLRと第3のFLRとの間の距離は17μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0076】
図15fは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された3つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは11μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は14μmであり、第2のFLRと第3のFLRとの間の距離は17μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度のときにも、終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0077】
提案された技術の好適な実施形態によれば、距離Δが9±0.5μmであり、距離Δが12±0.5μmであり、距離Δが15±0.5μmであるX線センサが提供される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0078】
提案された技術の別の特定の実施形態は、接合終端4が少なくとも4つのFLRを備え、第1のFLR7は間隔[6μm;10μm]から選択されたガード5からの距離Δに配置され、第2のFLR7は間隔[9μm;13μm]から選択された第1のFLR7からの距離Δに配置され、第3のFLR7は間隔[12μm;16μm]から選択された第2のFLR7からの距離Δに配置され、第4のFLR7は間隔[15μm;19μm]から選択された第3のFLR7からの距離Δに配置される、X線センサを提供する。図11は、このようなX線センサ1の概略図を提供する。第4のFLRとフィールドストップ6との間の距離Δは、好ましくは間隔[20μm;50μm]から、好ましくは間隔[40μm;50μm]から選択される。最も内側のFLRと、これに最も近い検出器ダイオードとの間の距離Δは、提案された技術によれば、好ましくは間隔[20μm;30μm]から選択されるべきである。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0079】
図16a~図16fは、言及された間隔および所与の表面電荷内の距離の特定の選択のために提案された技術によって得られる有益な電界分布を示すグラフを提供する。縦軸は表面上の電界に対応し、横軸はμm単位の距離である。
【0080】
図16aは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された4つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは6μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は9μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は12μmであり、第3と第4の間隔の間の距離は15μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0081】
図16bは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された4つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは6μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は9μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は12μmであり、第3と第4の間隔の間の距離は15μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合も終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0082】
図16cは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された4つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは8μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は11μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は14μmであり、第3と第4の間隔の間の距離は17μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0083】
図16dは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された4つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは8μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は11μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は14μmであり、第3と第4の間隔の間の距離は17μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合も終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0084】
図16eは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された4つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは10μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は13μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は16μmであり、第3と第4の間隔の間の距離は19μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0085】
図16fは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された4つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは10μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は13μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は16μmであり、第3と第4の間隔の間の距離は19μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合も終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0086】
4つのFLRを有するX線センサの好適な実施形態は、距離Δが8±0.5μmであり、距離Δが11±0.5μmであり、距離Δが14±0.5μmであり、第4の距離Δが17±0.5μmであるX線センサによって提供される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0087】
提案された技術の別の特定の実施形態は、接合終端4が少なくとも5つのFLRを備え、第1のFLR7は間隔[5μm;9μm]から選択されたガード5からの距離Δに配置され、第2のFLR7は間隔[8μm;12μm]から選択された第1のFLR7からの距離Δに配置され、第3のFLR7は間隔[10.5μm;14.5μm]から選択された第2のFLR7からの距離Δに配置され、第4のFLR7は間隔[13.5μm;17.5μm]から選択された第3のFLR7からの距離Δに配置され、第5のFLR7は間隔[16μm;20μm]から選択された第4のFLR7からの距離Δに配置される、X線センサを提供する。図14は、このようなX線センサ1の概略図を提供する。第5のFLRとフィールドストップ6との間の距離Δは、好ましくは間隔[20μm;50μm]から、好ましくは間隔[40μm;50μm]から選択される。最も内側のFLRと、これに最も近い検出器ダイオードとの間の距離Δは、提案された技術によれば、好ましくは間隔[20μm;30μm]から選択されるべきである。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0088】
図17a~図17fは、言及された間隔および所与の表面電荷内の距離の特定の選択のために提案された技術によって得られる有益な電界分布を示すグラフを提供する。縦軸は表面上の電界に対応し、横軸はμm単位の距離である。
【0089】
図17aは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された5つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは5μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は8μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は10.5μmであり、第3と第4のFLRとの間の距離は13.5μmであり、第4と第5のFLRとの間の距離は16μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0090】
図17bは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された5つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは5μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は8μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は10.5μmであり、第3と第4のFLRとの間の距離は13.5μmであり、第4と第5のFLRとの間の距離は16μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合も終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0091】
図17cは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された5つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは7μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は10μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は12.5μmであり、第3と第4のFLRとの間の距離は15.5μmであり、第4と第5のFLRとの間の距離は18μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0092】
図17dは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された5つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは7μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は10μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は12.5μmであり、第3と第4のFLRとの間の距離は15.5μmであり、第4と第5のFLRとの間の距離は18μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合も終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0093】
図17eは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された5つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは9μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は12μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は14.5μmであり、第3と第4のFLRとの間の距離は17.5μmであり、第4と第5のFLRとの間の距離は20μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0094】
図17fは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された5つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは9μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は12μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は14.5μmであり、第3と第4のFLRとの間の距離は17.5μmであり、第4と第5のFLRとの間の距離は20μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合も終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0095】
5つのFLRを有するX線センサの好適な実施形態は、距離Δが7±0.5μmであり、距離Δが10±0.5μmであり、距離Δが12.5±0.5μmであり、距離Δが15.5±0.5μmであり、第5の距離Δが18±0.5μmであるX線センサによって提供される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0096】
図13に概略的に示される、提案された技術のさらに別の特定の実施形態は、接合終端4が6つのFLR7を備え、第1のFLR7は間隔[4μm;8μm]から選択されたガード5からの距離Δに配置され、第2のFLR7は間隔[6.5μm;10.5μm]からの第1のFLR7からの距離Δに配置され、第3のFLR7は間隔[9μm;13μm]から選択された第2のFLR7からの距離Δに配置され、第4のFLR7は間隔[11.5μm;15.5μm]から選択された第3のFLR7からの距離Δに配置され、第5のFLR7は間隔[14μm;18μm]から選択された第4のFLR7からの距離Δに配置され、第6のFLR7は間隔[17μm;21μm]から選択された第5のFLR7からの距離Δに配置される、X線センサ1を提供する。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0097】
図18a~図18fは、言及された間隔および所与の表面電荷内の距離の特定の選択のために提案された技術によって得られる有益な電界分布を示すグラフを提供する。縦軸は表面上の電界に対応し、横軸はμm単位の距離である。
【0098】
図18aは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された6つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは4μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は6.5μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は9μmであり、第3と第4のFLRとの間の距離は11.5μmであり、第4と第5のFLRとの間の距離は14μmであり、第5と第6のFLRとの間の距離は17μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0099】
図18bは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された6つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは5μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は8μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は10.5μmであり、第3と第4のFLRとの間の距離は13.5μmであり、第4と第5のFLRとの間の距離は16μmであり、第5と第6のFLRとの間の距離は19μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度のときにも、終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0100】
図18cは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された6つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは6μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は8.5μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は11μmであり、第3と第4のFLRとの間の距離は13.5μmであり、第4と第5のFLRとの間の距離は16μmであり、第5と第6のFLRとの間の距離は19μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0101】
図18dは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された6つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは6μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は8.5μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は11μmであり、第3と第4のFLRとの間の距離は13.5μmであり、第4と第5のFLRとの間の距離は16μmであり、第5と第6のFLRとの間の距離は19μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度のときにも、終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0102】
図18eは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された6つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは8μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は10.5μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は13μmであり、第3と第4のFLRとの間の距離は15.5μmであり、第4と第5のFLRとの間の距離は18μmであり、第5と第6のFLRとの間の距離は21μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、1x1011cm-2の正の表面電荷密度の場合に終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0103】
図18fは、ガードリングとフィールドストップとの間に配置された6つのFLRを有する接合終端を示す。ガードリングと第1のFLRとの間の距離は、この特定のグラフでは8μmであり、第1のFLRと第2のFLRとの間の距離は10.5μmであり、第2と第3のFLRとの間の距離は13μmであり、第3と第4のFLRとの間の距離は15.5μmであり、第4と第5のFLRとの間の距離は18μmであり、第5と第6のFLRとの間の距離は21μmである。これらの値は、特定の間隔の範囲内であり、5x1011cm-2の正の表面電荷密度のときにも、終端にわたってバランスのとれたピーク分布を生み出す。
【0104】
6つのFLRを有するX線センサ1の特に好適な実施形態は、距離Δが6±0.5μmであり、距離Δが8.5±0.5μmであり、距離Δが11±0.5μmであり、距離Δが13.5±0.5μmであり、距離Δが16±0.5μmであり、距離Δが19±0.5μmであるX線センサ1によって提供される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0105】
前述のX線センサの好適な実施形態は、活性検出器領域が、1x1010/cmから1x1012/cmの間隔のドーピング濃度を有するドープ材料を備えるX線センサによって提供される。
【0106】
前述のX線センサの別の好適な実施形態は、活性検出器領域が、フィールドリミッティングリングと反対のドーピングタイプを有するドープシリコンを備えるX線センサによって提供される。
【0107】
前述のX線センサのさらに別の好適な実施形態は、ガード5に最も近い検出器ダイオード2とガード5との間の距離が間隔[20μm;30μm]内になるように選択される、X線センサによって提供される。
【0108】
提案された技術の任意選択の実施形態によれば、ガード5の幅は好ましくは、間隔[30μm;50μm]内、より好ましくは間隔[40μm;50μm]内になるように選択される。これらの選択は、全てのFLR構成、すなわちN=2、N=3、N=4、N=5、およびN=6に適用される。
【0109】
提案された技術の任意選択の実施形態によれば、フィールドリミッティングリングFLRの幅は、好ましくは間隔[5μm;15μm]内になるように選択される。これらの選択は、全てのFLR構成、すなわちN=2、N=3、N=4、N=5、およびN=6に適用される。
【0110】
提案された技術の追加の実施形態は、フィールドストップ6に最も近いFLR7とフィールドストップ6との間の距離が間隔[20μm;50μm]から、好ましくは間隔[40μm;50μm]から選択されるX線センサを提供する。これらの選択は、全てのFLR構成、すなわちN=2、N=3、N=4、N=5、およびN=6に適用される。
【0111】
提案されたX線センサは、好ましくはX線撮像システム内で使用され得る。特定のシステムは、X線を放出するように構成されたX線源10を備えるX線撮像システム100によって提供される。X線撮像システム100はまた、提案された技術による少なくとも1つのX線センサ1を備えるX線検出器システム20も備える。X線撮像システム100はまた、画像処理装置30も備える。このようなX線撮像システムの実施形態は、図1および図2に概略的に示されている。
【0112】
提案された技術はまた、前述の実施形態によるX線センサを構築する方法も提供する。以下では、提案された方法をある程度詳細に説明する。
【0113】
図19は、X線センサ1を構築する方法の一例を示す概略フロー図である。方法は、材料基板の表面領域上に複数の検出器ダイオードを提供するステップS1を備える。方法はまた、材料基板に表面領域を包囲する接合終端を提供するステップS2も備える。方法はまた、
・表面領域に隣接するガードリングを提供するステップS3と、
・ガードリングの外側にフィールドストップを提供するステップS4と、
・ガード5とフィールドストップ6との間に少なくとも2つのフィールドリミッティングリングFLR7を配置するステップS5であって、第1のFLR7は、間隔[4μm;12μm]から選択されたガード5からの距離Δに配置され、第2のFLR7は、間隔[6.5μm;15μm]から選択された第1のFLR7からの距離Δに配置される、ステップと
によって接合終端を構築することも備える。提案された技術によれば、距離Δは、距離Δよりも長くなるように選択される。
【0114】
提案された技術の特定の実施形態によれば、少なくとも2つのFLRを配置するステップS5は2つのFLRを配置することを備え、第1のFLR7は10±0.5μmによって与えられる距離Δに配置され、第2のFLR7は13±0.5μmによって与えられる第1のFLR7からの距離Δに配置される、方法が提供される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0115】
提案された技術の特定の実施形態によれば、少なくとも2つのFLRを配置するステップS5は、3つのFLRを配置することを備え、第1のFLR7は間隔[7μm;12μm]から選択されたガード5からの距離Δにあり、第2のFLR7を間隔[10μm;14μm]から選択された第1のFLR7からの距離Δに配置し、第3のFLR7を間隔[13μm;17μm]から選択された第2のFLR7からの距離Δに配置する、方法が提供される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0116】
提案された技術の特定の実施形態によれば、少なくとも2つのFLRを配置するステップS5は、少なくとも3つのFLRを配置することを備え、第1のFLR7は9±0.5μmによって与えられる距離Δに配置され、第2のFLR7は12±0.5μmによって与えられる第1のFLR7からの距離Δに配置され、第3のFLR7は15±0.5μmによって与えられる第2のFLR7からの距離Δに配置される、方法が提供される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0117】
提案された技術のさらに別の実施形態によれば、少なくとも2つのFLRを配置するステップS5は、ガード5とフィールドストップ6との間に4つのFLRを配置することを備え、第1のFLR7は間隔[6μm;10μm]から選択されたガード5からの距離Δに配置され、第2のFLR7は間隔[9μm;13μm]から選択された第1のFLR7からの距離Δに配置され、第3のFLR7は間隔[12μm;16μm]から選択された第2のFLR7からの距離Δに配置され、第4のFLR7は間隔[15μm;19μm]から選択された第3のFLR7からの距離Δに配置される、方法が提供される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0118】
提案された技術の特定の実施形態によれば、少なくとも2つのFLRを配置するステップS5は、少なくとも4つのFLRを配置することを備え、距離Δは8±0.5μmであり、距離Δは11±0.5μmであり、距離Δは14±0.5μmであり、距離Δは17±0.5μmである、方法が提供される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0119】
提案された技術によれば、少なくとも2つのFLRを配置するステップS5は、ガード5とフィールドストップ6との間に少なくとも5つのFLRを配置することを備え、第1のFLR7は間隔[5μm;9μm]から選択されたガード5からの距離Δに配置され、第2のFLR7は間隔[8μm;12μm]から選択された第1のFLR7からの距離Δに配置され、第3のFLR7は間隔[10.5μm;14.5μm]から選択された第2のFLR7からの距離Δに配置され、第4のFLR7は間隔[13.5μm;17.5μm]から選択された第3のFLR7からの距離Δに配置され、第5のFLR7は間隔[16μm;20μm]から選択された第4のFLR7からの距離Δに配置される、方法が提供される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0120】
提案された技術の特定の実施形態によれば、少なくとも2つのFLRを配置するステップS5は、5つのFLRを配置することを備え、距離Δは7±0.5μmであり、距離Δは10±0.5μmであり、距離Δは12.5±0.5μmであり、距離Δは15.5±0.5μmであり、距離Δは18±0.5μmである、方法が提供される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0121】
提案された技術の特定の実施形態によれば、少なくとも2つのFLRを配置するステップS5は、ガード5とフィールドストップ6との間に6つのFLRを配置することを備え、第1のFLR7は間隔[4μm;8μm]から選択されたガード5からの距離Δに配置され、第2のFLR7は間隔[6.5μm;10.5μm]から選択された第1のFLR7からの距離Δに配置され、第3のFLR7は間隔[9μm;13μm]から選択された第2のFLR7からの距離Δに配置され、第4のFLR7は間隔[11.5μm;15.5μm]から選択された第3のFLR7からの距離Δ4に配置され、第5のFLR7は間隔[14μm;18μm]から選択された第4のFLR7からの距離Δに配置され、第6のFLR7は間隔[17μm;21μm]から選択された第5のFLR7からの距離Δに配置される、方法が提供される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0122】
提案された技術の特定の実施形態によれば、少なくとも2つのFLRを配置するステップS5は、6つのFLRを配置することを備え、距離Δは6±0.5μmであり、距離Δは8.5±0.5μmであり、距離Δは11±0.5μmであり、距離Δは13.5±0.5μmであり、距離Δは16±0.5μmであり、距離Δは19±0.5μmである、方法が提供される。以下の制約、すなわち距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きく、距離Δが距離Δよりも大きいという制約も満たされるべきである。
【0123】
提案された技術の特定の実施形態によれば、材料基板の表面領域上に複数の検出器ダイオードを提供するステップS1は、1x1010cm-3から1x1012cm-3の間隔のドーピング濃度を有するドープ材料を備える基板の表面領域上に複数の検出器ダイオードを提供することを備える、上記の実施形態のいずれかによる方法が提供される。
【0124】
提案された技術の特定の実施形態によれば、表面領域がフィールドリミッティングリングと反対のドーピングタイプを有するドープシリコンを備える方法が提供される。
【0125】
提案された技術のさらに別の実施形態によれば、表面領域に隣接するガード5を提供するステップS3は、ガード5に最も近い検出器ダイオード2からの間隔[20μm;30μm]から選択された距離にガード5を配置することを備える、方法が提供される。
【0126】
提案された技術の追加の実施形態は、ガード5とフィールドストップ6との間に少なくとも2つのフィールドリミッティングリングFLR7を配置するステップS5は、フィールドストップ6からの間隔[20μm;50μm]から、好ましくは間隔[40μm;50μm]から選択された距離に、フィールドストップ6に最も近いFLR7を配置することを備える、方法を提供する。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14a
図14b
図14c
図14d
図14e
図14f
図15a
図15b
図15c
図15d
図15e
図15f
図16a
図16b
図16c
図16d
図16e
図16f
図17a
図17b
図17c
図17d
図17e
図17f
図18a
図18b
図18c
図18d
図18e
図18f
図19
【手続補正書】
【提出日】2021-11-29
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
X線センサ(1)であって、前記X線センサ(1)は、前記X線センサ(1)の表面領域(3)に配置された複数の検出器ダイオード(2)を備える活性検出器領域を有し、前記X線センサ(1)は、前記複数の検出器ダイオード(2)を備える前記表面領域(3)を包囲する接合終端(4)をさらに備え、前記接合終端(4)は、前記表面領域(3)の端部に最も近く配置されたガード(5)と、前記ガード(5)の外側に配置されたフィールドストップ(6)と、前記ガード(5)と前記フィールドストップ(6)との間に配置された少なくとも2つのフィールドリミッティングリングFLR(7)とを備え、第1のFLR(7)は、間隔[4μm;12μm]から選択された前記ガード(5)からの距離Δに配置され、第2のFLR(7)は、間隔[6.5μm;15μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δに配置され、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、X線センサ。
【請求項2】
前記距離Δは10±0.5μmであり、前記距離Δは13±0.5μmである、請求項1に記載のX線センサ。
【請求項3】
前記接合終端(4)は、少なくとも3つのFLRを備え、第1のFLR(7)は間隔[7μm;11μm]から選択された前記ガード(5)からの距離Δに配置され、第2のFLR(7)は間隔[10μm;14μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δに配置され、第3のFLR(7)は間隔[13μm;17μm]から選択された前記第2のFLR(7)からの距離Δに配置され、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、請求項1に記載のX線センサ。
【請求項4】
前記距離Δは9±0.5μmであり、前記距離Δは12±0.5μmであり、前記距離Δは15±0.5μmである、請求項3に記載のX線センサ。
【請求項5】
前記接合終端(4)は、少なくとも4つのFLRを備え、第1のFLR(7)は間隔[6μm;10μm]から選択された前記ガード(5)からの距離Δに配置され、第2のFLR(7)は間隔[9μm;13μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δに配置され、第3のFLR(7)は間隔[12μm;16μm]から選択された前記第2のFLR(7)からの距離Δに配置され、第4のFLR(7)は間隔[15μm;19μm]から選択された前記第3のFLR(7)からの距離Δに配置され、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、請求項1に記載のX線センサ。
【請求項6】
前記距離Δは8±0.5μmであり、前記距離Δは11±0.5μmであり、前記距離Δは14±0.5μmであり、前記第4の距離Δは17±0.5μmである、請求項5に記載のX線センサ。
【請求項7】
前記接合終端(4)は、少なくとも5つのFLRを備え、第1のFLR(7)は間隔[5μm;9μm]から選択された前記ガード(20)からの距離Δに配置され、第2のFLR(7)は間隔[8μm;12μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δに配置され、第3のFLR(7)は間隔[10.5μm;14.5μm]から選択された前記第2のFLR(7)からの距離Δに配置され、第4のFLR(7)は間隔[13.5μm;17.5μm]から選択された前記第3のFLR(7)からの距離Δに配置され、第5のFLR(7)は間隔[16μm;20μm]から選択された前記第4のFLR(7)からの距離Δに配置され、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、請求項1に記載のX線センサ。
【請求項8】
前記距離Δは7±0.5μmであり、前記距離Δは10±0.5μmであり、前記距離Δは12.5±0.5μmであり、前記第4の距離Δは15.5±0.5μmであり、前記距離Δは18±0.5である、請求項7に記載のX線センサ。
【請求項9】
前記接合終端(4)は6つのFLR(7)を備え、第1のFLR(7)は間隔[4μm;8μm]から選択された前記ガード(5)からの距離Δに配置され、第2のFLR(7)は間隔[6.5μm;10.5μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δに配置され、第3のFLR(7)は間隔[9μm;13μm]から選択された前記第2のFLR(7)からの距離Δに配置され、第4のFLR(7)は間隔[11.5μm;15.5μm]から選択された前記第3のFLR(7)からの距離Δに配置され、第5のFLR(7)は間隔[14μm;18μm]から選択された前記第4のFLR(7)からの距離Δに配置され、第6のFLR(7)は間隔[17μm;21μm]から選択された前記第5のFLR(7)からの距離Δに配置され、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、請求項1に記載のX線センサ。
【請求項10】
前記距離Δは6±0.5μmであり、前記距離Δは8.5±0.5μmであり、前記距離Δは11±0.5μmであり、前記距離Δは13.5±0.5μmであり、前記距離Δは16±0.5μmであり、前記距離Δは19±0.5μmである、請求項9に記載のX線センサ(1)。
【請求項11】
前記活性検出器領域は、1x1010cm-3から1x1012cm-3の間隔のドーピング濃度を有するドープ材料を備える、請求項1に記載のX線センサ。
【請求項12】
前記活性検出器領域は、前記フィールドリミッティングリングと反対のドーピングタイプを有するドープシリコンを備える、請求項1に記載のX線センサ。
【請求項13】
前記ガード(5)に最も近い前記検出器ダイオード(2)と前記ガード(5)との間の距離は、間隔[20μm;30μm]内になるように選択される、請求項1に記載のX線センサ。
【請求項14】
前記フィールドストップ(6)に最も近い前記FLR(7)と前記フィールドストップ(6)との間の距離は、間隔[20μm;50μm]から、好ましくは間隔[40μm;50μm]から選択される、請求項1に記載のX線センサ。
【請求項15】
X線撮像システム(100)であって、
-X線を放出するように構成されたX線源(10)と、
-請求項1から14のいずれか一項に記載の少なくとも1つのX線センサ(1)を備えるX線検出器システム(20)と、
-画像処理装置(30)と
を備えるX線撮像システム。
【請求項16】
X線センサ(1)を構築する方法であって、前記方法は、
-材料基板の表面領域上に複数の検出器ダイオード(2)を提供するステップ(S1)と、
-前記材料基板に前記表面領域を包囲する接合終端を提供するステップ(S2)とを備え、前記接合終端は、
-前記表面領域に隣接するガード(5)を提供するステップ(S3)と、
-前記ガード(5)の外側にフィールドストップを提供するステップ(S4)と、
-前記ガード(5)と前記フィールドストップ(6)との間に少なくとも2つのフィールドリミッティングリングFLR(7)を配置するステップ(S5)であって、第1のFLR(7)は、間隔[4μm;12μm]から選択されたガード(20)からの距離Δに配置され、第2のFLR(7)は、間隔[6.5μm;15μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δに配置され、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、ステップ(S5)と
によって構築される、方法。
【請求項17】
前記少なくとも2つのFLRを配置するステップ(S5)は、10±0.5μmによって与えられる距離Δに前記第1のFLR(7)を配置するステップと、13±0.5μmによって与えられる前記第1のFLR(7)からの距離Δに前記第2のFLR(7)を配置するステップとをさらに備える、請求項16に記載の方法。
【請求項18】
前記少なくとも2つのFLRを配置するステップ(S5)は、少なくとも3つのFLRを配置することを備え、第1のFLR(7)は間隔[7μm;11μm]から選択された前記ガード(5)からの距離Δにあり、第2のFLR(7)は間隔[10μm;14μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δにあり、第3のFLR(7)は間隔[13μm;17μm]から選択された前記第2のFLR(7)からの距離Δにあり、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、請求項16に記載の方法。
【請求項19】
前記少なくとも3つのFLRを配置するステップ(S5)は、9±0.5μmによって与えられる距離Δに前記第1のFLR(7)を配置するステップと、12±0.5μmによって与えられる前記第1のFLR(7)からの距離Δに前記第2のFLR(7)を配置するステップと、15±0.5μmによって与えられる前記第2のFLR(7)からの距離Δに前記第3のFLR(7)を配置するステップとをさらに備える、請求項18に記載の方法。
【請求項20】
前記少なくとも2つのFLRを配置するステップ(S5)は、前記ガード(5)と前記フィールドストップ(6)との間に少なくとも4つのFLRを配置することを備え、第1のFLR(7)は間隔[6μm;10μm]から選択された前記ガード(20)からの距離Δにあり、第2のFLR(7)は間隔[9μm;13μm]から選択された前記第1のFLR(7)からの距離Δにあり、第3のFLR(7)は間隔[12μm;16μm]から選択された前記第2のFLR(7)からの距離Δにあり、第4のFLR(7)は間隔[15μm;19μm]から選択された前記第3のFLR(7)からの距離Δにあり、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きく、前記距離Δは前記距離Δよりも大きい、請求項16に記載の方法。
【国際調査報告】