[发明专利]用于具有改进的内部电场的检测器的系统和方法

说明书

提供了一种包含阴极、阳极和半导体晶圆的辐射检测器。半导体晶圆具有相对的第一和第二表面。阴极安装到第一表面，并且阳极安装到第二表面。半导体晶圆配置成由在阴极与阳极之间的电压偏置以在半导体晶圆中生成电场，并且响应于吸收的辐射而生成电信号。电场具有某个强度,其具有设置成接近第一表面或第二表面中的对应的至少一个的至少一个局部最大值。

背景技术

本文中公开的主题一般涉及用于半导体辐射检测器的设备和方法。

辐射检测器可用于诸如伽玛射线和X射线辐射的电离辐射。例如，由碲化镉(CdTe)或碲锌镉(CdZnTe或CZT)制成的辐射检测器可用作用于包焊在核医学成像应用中的医疗成像的检测器。辐射检测器可在各种各样的领域中例如，与伽玛拍摄装置、单光子发射计算断层成像(SPECT)、正电子发射断层成像(PET)、计算断层成像(CT)、空间望远镜或国土安全性应用结合地采用。

在诸如半导体辐射检测器的直接转换检测器中，在检测器体积(bulk)中吸收电离辐射的检测到的光子。在检测器体积中光子的吸收位置中，每个吸收的光子创建由多个电子空穴对组成的电荷。在正偏置阳极与负偏置阴极之间跨检测器体积应用高电压偏置。带负电的电子向正偏置阳极漂移，并且作为可称为电子云的基团向阳极移动。类似地，但在相反方向上，带正电的空穴向负偏置阴极漂移，并且作为可称为空穴云的基团向阴极移动。

在电子云(其具有表述为(-q)的总电荷)向阳极漂移时，在阳极上感应到“镜像”电荷Q_e。在缺少小像素效应的情况下，Q_e与电子云从检测器体积中光子的吸收位置到阳极的漂移距离X成比例。电荷Q_e可通过下式给出：

等式(1)

在等式1中，q₀是在离阳极的距离X的检测器体积中由光子的吸收产生的电子云的初始电荷，D是从阴极到阳极测量的检测器厚度，t_h是电子云从光子的吸收点(创建电子云之处)到阳极的漂移时间，以及τ_e是在电子与空穴重新组合或由禁带隙中的陷阱(trap)捕获前电子的寿命。

类似地，对于上述相同情况，空穴云具有向阴极漂移，并且感应到在阳极上的“镜像，，电荷Q_h的总电荷(+q)。在缺少小像素效应的情况下，Q_h与电子空穴从检测器块体中光子的吸收位置到阴极的漂移距离(D-X)成正比。电荷Q_h可表示为：

等式(2)

在等式(2)中，t_h是空穴云从光子的吸收点(创建空穴云之处)到阴极的漂移时间，并且τ_h是在空穴与电子重新组合或由禁带隙中的陷阱捕获前空穴的寿命。

电子和空穴分别带正电和负电，并且在相反方向上漂移。因此，在阳极上感应到的电荷Q_e和Q_h具有相同极性。电荷Q_e和Q_h可相加以给出通过下式给出的总诱导的电荷Q_T：

等式(3)

如果电子和空穴的寿命τ_e和τ_h明显长于电子和空穴分别到阳极和阴极的漂移时间t_e和t_h，则电子和空穴可到达阳极和阴极而不重新组合。在此种情况下，其中τ_e和τ_h＞＞t_e和t_h，等式(3)可表述为：

等式(3a)