[发明专利]X射线探测器的信号读出装置和方法

权利要求书

1.一种X射线探测器的信号读出装置，其特征是，结构包括：衬底部分、埋层部分作为探测器的主体完成X射线的接收及光电信号的转化，衬底部分尺寸以全部吸收待探测能谱范围内的X射线光子为宜；热氧化生长的氧化物实现衬底部分与电极的电绝缘隔离，埋层部分则与电极相连通；所述电极为多晶硅或金属材料，顺序排布于热氧化生长的氧化物中，每个电极都通过金属导线连接至时序控制单元，时序控制单元控制相邻电极高低电平周期性变化，实现电荷包的顺序读出，电极的三维尺寸、个数及电极间距由衬底尺寸及光生电荷收集效率而定，顺序排布的电极应满足完全收集曝光后光生电荷的要求；背面电极与所述电极分布于衬底部分两侧，背面电极尺寸及分布情况与所述电极相对应；遮光板用于控制X射线曝光时间；收集电极用于收集前面电极下势阱电荷的，收集电极能产生势阱，将前面的电荷都收集完毕后，通过浮置扩散经输出电极将电荷读出到数字累加器经寄存器输出，完成混合累加中电荷累加输出。

2.如权利要求1所述的X射线探测器的信号读出装置，其特征是，埋层材料可以选择轻掺杂的N型硅，也可以是锗、碲锌镉或者碲化镉半导体，衬底材料可以选择轻掺杂的P型硅，也可以是锗、碲锌镉或者碲化镉半导体。

3.一种X射线探测器的信号读出方法，其特征是，步骤如下：

Step1：X射线曝光。打开X射线遮光板进行曝光；

Step2：光生电荷收集转移：X射线开始照射后，立刻将所有的电极置为高电平，将背面电极全部置为低电平，在曝光期间实现光生电荷收集的功能，遮光板关闭后电荷收集结束，结束曝光后，开始进行电荷转移，电荷在电极电压的控制下以电荷包的形式在相邻电极间转移；

Step3：将半导体中光生电荷按顺序分组，针对能谱解析过程，在电荷转移读出后，待解析的分段能谱有几种，即将半导体内的光生电荷顺序组合成不同的几组，电荷分组的位置以相应能量段的X射线在该半导体厚度内完全吸收为宜；

Step4：光生电荷信号的电荷域累加：重复Step2中转移步骤，直到收集的光生电荷依次转移到收集电极下的大容量势阱中，此时便完成了电荷域累加功能。然后将光生电荷通过采用浮置扩散方式的右端读出电路读出，具体实现方式为：将输出控制极O_G设置为高电平，输出电极将电荷读出；

Step5：A/D转换；

Step6：光生电荷重构分组：在Step3对电荷处理的基础上，按照预设的n种分组方案，分别调整电荷分组的位置，进而改变各组内电荷的总量后再将各组电荷累加，当所有的n种方案都重构结束后，完成电荷重构分组累加过程；

Step7：读出电荷信号并进行数字域累加：基于Step2，第一组的累加读出结果由相邻层累加读出结果构成，具体的构成方式为：将若干相邻层经过电荷域累加后的结果读出后，再通过数字域累加的方式使用数字加法器完成对量化结果的累加，最终完成了电荷数字域混合累加的功能；第二组、第三组及其余组与第一组类似，结果也是由相邻的若干层累加读出结果构成；基于Step6，调整电荷分组位置后便改变了一组的层数，层数的改变对应着电荷总量的改变，经过电荷域与数字域混合域累加后对应的成像精度改变，进而提高成像精度和能谱探测的动态范围。

4.如权利要求3所述的X射线探测器的信号读出方法，其特征是，光生电荷收集转移在一个实例中为三相转移逻辑，所示实例中一个像素结构有三相，一层有一个像素结构，具体时序：t1时刻，V1设置为高电平，电荷会在曝光期间被收集到V1下的势阱中；t2时刻，V1设置为1/2倍的高电平，V2设置为高电平，两个电极之间存在势垒，在此过程中V1收集的电荷将不断流向V2；在t3时刻，V1下的电子将全部转移至V2下的势阱中，V3设置为高电平；t4时刻，V2下的电荷向V3转移，至t5时刻V2电荷全部转移至V3下的势阱中。至此完成了一次完整的三相控制电荷转移过程；相应地顺序分组为三组。