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具体实施方式

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图1示意示出作为示例的图像传感器100。所述图像传感器100可具有所述像素150的阵列。所述像素阵列可以是矩形阵列(如图1所示)、蜂窝阵列、六边形阵列、或任何其他合适的阵列。在图1的示例中，所述像素150的阵列具有4行和7列；然而，通常所述像素150的阵列可具有任意数目的行和任意数目的列。

每个所述像素150可被配置为检测入射在其上的来自辐射源的辐射，并且可被配置为测量所述辐射的特性(例如，辐射粒子的能量、波长、和频率)。例如，每个像素150可被配置为对一段时间内入射其上的，其能量落在多个能量仓中的辐射粒子的数目进行计数。所有的所述像素150可被配置为对所述相同时间段内入射其上的，在多个能量仓中的辐射粒子的数目进行计数。当所述入射辐射粒子具有相似的能量时，所述像素150可被简单地配置为在一段时间内计数入射在其上的辐射粒子的数量，而不测量所述单个辐射粒子的能量。

每个像素150可具有其自己的模拟数字转换器(ADC)，所述ADC被配置为将表示入射辐射粒子能量的模拟信号数字化为数字信号，或将表示多个入射辐射粒子总能量的模拟信号数字化为数字信号。所述像素150可被配置为并行操作。例如，当一个像素150测量一个入射的辐射粒子时，另一个像素150可能正在等待另一个辐射粒子到达。所述像素150可以不必是单独可寻址的。

这里所述的图像传感器100可具有诸如X射线望远镜、乳腺X射线照相、工业X射线缺陷检测、X射线显微镜或X射线显微照相、X射线铸件检验、X射线无损检测、X射线焊缝检验、X射线数字减影血管造影等应用。所述图像传感器100用于代替照相板、照相胶片、PSP板、X射线图像增强器、闪烁体、或其他半导体X射线检测器，也是适合的。所述图像传感器100还可以用作检测包含物体的图像的可见光光子的图像传感器。

图2A示意示出根据实施例的图1中沿2A-2A线的所述图像传感器100的简化横截面图。更具体地讲，所述图像传感器100可包括辐射吸收层110和电子层120(例如，ASIC)，其用于处理或分析在所述辐射吸收层110中产生的入射辐射的电信号。所述图像传感器100可包括也可不包括闪烁体(图中未显示)。所述辐射吸收层110可包括半导体材料，诸如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或其组合。所述半导体材料对于感兴趣的辐射可具有高的质量衰减系数。

图2B示意示出作为示例的图1中沿2A-2A线的所述图像传感器100的详细横截面图。更具体地讲，所述辐射吸收层110可包括由第一掺杂区111、第二掺杂区113的一个或多个离散区114组成的一个或多个二极管(例如，p-i-n或p-n)。所述第二掺杂区113可通过可选的本征区112而与所述第一掺杂区111分离。所述离散区114通过所述第一掺杂区111或所述本征区112而彼此分离。所述第一掺杂区111和所述第二掺杂区113具有相反类型的掺杂(例如，区域111是p型并且区域113是n型，或者区域111是n型并且区域113是p型)。在图2B中的示例中，所述第二掺杂区113的每个离散区114与所述第一掺杂区111和所述可选的本征区112一起组成一个二极管。即，在图2B的示例中，所述辐射吸收层110包括多个二极管(更具体地讲，7个二极管对应于图1的所述阵列中的一行的7个像素150，为了简化，在图2B中仅标记了两个像素150)。所述多个二极管具有电触点119A作为共享(共用)电极。所述第一掺杂区111还可具有离散部分。

所述电子层120可包括电子系统121，其适用于处理或解释由入射在所述辐射吸收层110上的辐射所产生的信号。所述电子系统121可包括模拟电路比如滤波器网络、放大器、积分器、比较器，或数字电路比如微处理器和内存。所述电子系统121可包括一个或多个ADC。所述电子系统121可包括由所述像素150共用的组件或专用于单个像素150的组件。例如，所述电子系统121可包括专用于每个像素150的放大器和在所有像素150间共用的微处理器。所述电子系统121可通过通孔131电连接到所述像素150。所述通孔之间的空间可用填充材料130填充，其可增加所述电子层120到所述辐射吸收层110连接的机械稳定性。其他键合技术有可能在不使用所述通孔131的情况下将所述电子系统121连接到所述像素150。

当来自所述辐射源(图中未显示)的辐射撞击包括二极管的所述辐射吸收层110时，所述辐射粒子可被吸收并通过若干机制产生一个或多个载流子(例如，电子和空穴)。所述载流子可在电场下向其中一个所述二极管的电极漂移。所述电场可以是外部电场。所述电触点119B可包括离散部分，其中的每个离散部分与所述离散区114电接触。术语“电接触”可与词语“电极”互换使用。在实施例中，所述载流子可向不同方向漂移，使得由单个辐射粒子产生的所述载流子大致未被两个不同的离散区114共用(“大致未被共用”在这里意指这些载流子中的不到2％、不到0.5％、不到0.1％、或不到0.01％流向与余下载流子不同的一个所述离散区114)。由入射在所述离散区114之一的足迹周围的辐射粒子所产生的载流子大致未被另一所述离散区114共用。与一个离散区114相关联的一个像素150可以是所述离散区114周围的区，由入射在其中的一个辐射粒子所产生的载流子大致全部(超过98％、超过99.5％、超过99.9％或超过99.99％)流向其中。即，所述载流子中的不到2％、不到1％、不到0.1％、或不到0.01％流到所述像素150之外。

图2C示意示出根据实施例的图1沿2A-2A线的所述图像传感器100的替代详细横截面图。更具体地讲，所述辐射吸收层110可包括半导体材料，比如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe、或其组合，的电阻器，但不包括二极管。所述半导体材料对于感兴趣的辐射可具有高的质量衰减系数。在实施例中，图2C中的所述电子层120在结构和功能方面类似于图2B中的所述电子层120。

当所述辐射撞击包括所述电阻器但不包括二极管的所述辐射吸收层110时，该辐射可被吸收并通过若干机制产生一个或多个载流子。一个辐射粒子可产生10到100000个载流子。所述载流子可在电场下向电触点119A和电触点119B漂移。所述电场可以是外部电场。所述电触点119B包括离散部分。在实施例中，所述载流子可向不同方向漂移，使得由单个辐射粒子产生的所述载流子大致未被所述电触点119B两个不同的离散部分共用(“大致未被共用”在这里意指这些载流子中不到2％、不到0.5％、不到0.1％或不到0.01％流向与余下载流子不同组的离散部分)。由入射在所述电触点119B离散部分之一的足迹周围的辐射粒子所产生的载流子大致未被另一所述电触点119B离散部分共用。与所述电触点119B离散部分之一相关联的一个像素150可以是所述离散部分周围的区，由入射在其中的辐射粒子所产生的载流子大致全部(超过98％、超过99.5％、超过99.9％或超过99.99％)流向其中。即，所述载流子中的不到2％、不到0.5％、不到0.1％、或不到0.01％流到与所述电触点119B离散部分之一相关联的所述像素之外。

图3A示意示出根据实施例的辐射检测器300的横截面图。具体地讲，所述辐射检测器300包括闪烁和反射层310以及图2B或图2C的所述图像传感器100。为了简单起见，此后仅显示所述图像传感器100的所述像素150、所述辐射吸收层110和所述电子层120，而所述图像传感器100的其他组件(例如，电触点119A、119B、通孔131)未被显示。

在实施例中，所述闪烁和反射层310包括基板312、反射器314和闪烁体316。所述基板312对于感兴趣的辐射320可以并非是不透明的(例如，所述辐射320可以部分衰减或基本无衰减地穿透所述基板312)。例如，所述基板312可以包括硅。

在实施例中，每个闪烁体316可以被像素150和反射器314完全包围或几乎完全包围(即，基本上完全地包围)。当所述闪烁体316暴露于所述辐射320时，所述闪烁体316可以发射光子。所述光子可以沿多个方向(例如，所有方向)被发射。在实施例中，所述闪烁体316可以包括诸如碘化钠(NaI)的材料。在实施例中，所述闪烁体316可以包括量子点。所述量子点的材料可以是硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、氧化锌(ZnO)或这些物质的任意组合。

在一个实施例中，每个反射器314的材料和厚度314′使得每个反射器314对于所述辐射320并非是不透明的，但是基本上将由包围在其中的闪烁体316发射的所有光子朝其反射。例如，每个反射器314可以包括铝、银、金、铜以及它们的任意组合；每个反射器314可以具有约为10微米(μm)的所述材料和厚度314′。

图3B示意示出根据实施例的像素150及其相关联的反射器314和闪烁体316的透视图。如图3B所示，所述闪烁体316被所述像素150和所述相关联的反射器314完全包围。

在实施例中，参考图3A和图3B，辐射检测器300的操作可以如下。具体地讲，辐射检测器300从物体330(例如，人体部位)暴露于所述辐射320(诸如X射线、伽马射线等)。所述辐射320可能先前已经从所述物体330穿透或散射，因此携带关于所述物体330的信息。

因为所述基板312和所述反射器314对所述辐射320并非是不透明的，所以每个闪烁体316暴露于所述辐射320，并因此发射光子。所述光子可以在多个方向(例如，所有方向)上发射。

每个反射器314反射入射在其上的光子。因为如上所述，每个闪烁体316基本上完全地被所述相关联的反射器314和所述相关联的像素150包围，所以由闪烁体316发射的每个光子可以进入所述像素150而不与所述反射器314发生相互作用，或者在其进入所述像素150之前所述反射器314会反射一次或多次。换句话说，所述反射器314防止了由所述闪烁体316发射的基本上所有(即，全部或几乎所有)的所述光子不进入所述像素150。也就是说，所述反射器314将由所述闪烁体316发射的基本上所有(即，全部或几乎所有)光子引导到所述像素150中。

图3C示出根据实施例的反射器314如何将由所述相关联的闪烁体316发射的光子引导到所述相关联的像素150中。具体地讲，在第一示例中，第一辐射粒子可以沿着朝向所述像素150的路径d1。在点A处，在没有所述反射镜314任何反射的情况下，所述第一辐射粒子可以与所述闪烁体316相互作用并导致第一光子的发射，该第一光子可以沿着路径d1′的进入所述像素150。在第二示例中，第二辐射粒子可以沿着朝向所述像素150的路径d2。在点B处，所述第二辐射粒子可以与所述闪烁体316相互作用并导致第二光子的发射，该第二光子可以沿着路径B-B1，在点B1处被所述反射器314反射，然后沿着路径d2′进入所述像素150。在第三示例中，第三辐射粒子可以沿着朝向所述像素150的路径d3。在点C处，所述第三辐射粒子可以与所述闪烁体316相互作用并导致第三光子的发射，该第三光子可以沿着路径C-C1，在点C1处被所述反射器314沿着路径C1-C2反射，然后在点C2处，被所述反射器314再次反射，然后沿着路径d3′进入像素150。其他路径也是可能的。

所述辐射检测器300的操作可以重新描述如下。可能已经从所述物体330穿透或散射的所述辐射320现在穿透所述基板312和所述反射器314，并且被所述闪烁体316转换成光子。基本上所有的所述光子都被所述反射器314引导到与所述闪烁体316相关联的所述像素150中。这样，所述图像传感器100捕获的所述物体330的图像在所述像素150之间的串扰可忽略不计，并且光子的损失较少。当由于所述辐射320的单个粒子发射的光子进入一个以上的像素150时，会发生像素串扰。

图4A-图4H示意示出根据实施例的图3A的辐射检测器300的制造过程。具体地讲，参考图4A，所述制造过程从具有顶表面312s的所述基板312开始。接下来，具有孔410a的模版410被定位在所述基板312的所述顶表面312s上。在实施例中，所述模版410可以由金属制成。所述模版410可以替代为用抗蚀剂形成的图案

图4B示出根据实施例的图4A的结构的俯视图，而图4A示出沿线4A-4A的图4B的结构的横截面图。在图4B中，所述基板312的所述顶表面312s的一部分通过所述模版410中的所述孔410a暴露。

接下来，参考图4C，所述模版410可以用作蚀刻所述基板312的掩模，从而在基板312的顶表面312s中形成凹部420。在实施例中，对所述基板312的蚀刻可以是使用氢氧化钾(KOH)作为蚀刻剂的各向异性湿蚀刻。如果所述基板312是硅基板，并且所述顶表面312s是(100)硅晶体平面，则所产生的凹部420，如图4C所示，可以具有平坦且成角度的蚀刻壁的截顶金字塔形状。

接下来，可以去除所述模版410，从而得到图4D的结构。接下来，参考图4E，在所述凹部420的壁(例如，侧壁和底壁)上形成所述反射器314(也在图3A中示出)。在实施例中，所述反射器314可以通过以下方式形成(a)将铝层沉积(例如，通过热蒸发、溅射或其他合适的技术)到图4D的结构上，然后(b)向后抛光直到所述基板312的所述顶表面312s暴露于周围环境中。

可替代地，可以通过在图4C的结构上沉积一层铝然后去除所述模版410来形成所述反射器314。

接下来，参考图4F，在所述顶表面312s和所述反射器314的顶部上形成闪烁体层316t。在实施例中，可以通过在所述顶表面312s和所述反射器314的顶部上沉积包含NaI的复合物来形成所述闪烁体层316t。

接下来，可以对所述闪烁体层316t的顶表面316s进行抛光，直到所述基板312的所述顶表面312s暴露于周围的环境中为止，从而，如图4G所示，产生了所述闪烁体316。同样作为结果，形成所述闪烁和反射层310。

接下来，如图4H所示，将所述闪烁和反射层310键合到所述图像传感器100，从而得到图3A的所述辐射检测器300。在实施例中，所述键合可以是直接键合，其是没有任何额外的中间层(例如，焊料凸块)的晶片键合工艺。所述键合过程基于两个表面之间的化学键。直接键合可以在高温下进行，但不必一定如此。

在上述实施例中，参考图3A，所述基板312可以包括硅或其他合适的材料。

在上述实施例中，所述反射器314包括铝。在替代实施例中，所述反射器314可以包括另一种金属，诸如银、金、铜及其任何组合。

在上述实施例中，参考图3A和图3B，每个像素150具有一对反射器314和闪烁体316的关联对。通常，每个像素150可以具有N个反射器314和闪烁体316的关联对(N是一个正整数)，位于所述像素150的覆盖范围内。一般情况下，对于每个像素150而言，由所述N个关联的闪烁体316发射的所有或几乎所有(即，基本上所有)光子被所述N个相关联的反射器314引导进入该像素150。

在上述实施例中，参考图4E，所述反射器314通过以下方式形成(a)在图4D的结构的顶部上沉积一层铝，然后(b)向后抛光直至所述基板312的所述顶部表面312s暴露于周围环境。在替代实施例中，仅执行上述步骤(a)(即，不执行步骤(b))，导致，如图5A所示，所述反射器314彼此接合。

接下来，在所述凹部420中形成所述闪烁体316，从而得到图5B的闪烁和反射层310′。图5B的所述闪烁体316的所述形成类似于图4G的所述闪烁体316的所述形成。最后，如图5C所示，将图5B的所述闪烁和反射层310′结合到所述图像传感器100，从而得到辐射检测器500。

参照图5C，每个闪烁体316被相关联的所述像素150和所述反射器314完全封闭(或几乎完全封闭)。

像图3A的辐射检测器300一样，图5C的所述辐射检测器500也对所述入射辐射320敏感。在所述辐射检测器500的操作过程中，所述闪烁体316发射的所有或几乎所有光子由所述反射器314引导到所述像素150中。

在上述实施例中，参考图3A和图5C，在所述辐射检测器300和所述辐射检测器500中，所述闪烁和反射层310/310′可以与所述图像传感器100的所述像素150直接物理接触。在替代实施例中，可以存在夹在所述闪烁和反射层310/310′与所述图像传感器100之间并与它们直接物理接触的密封层(未示出)。在该替代实施例中，所述密封层可以包括对所述辐射320透明或并非不透明的材料，例如聚合物或二氧化硅。所述密封层有助于将所述闪烁和反射层310/310′键合到所述图像传感器100。然而，由于存在所述密封层，每个闪烁体316不再被所述相关联的像素150和所述相关联的反射器314完全包围(或几乎完全包围)。在实施例中，所述密封层应该是薄的，因为所述密封层越厚，越多由所述闪烁体316发射的光子可以逃避相关联的所述像素150，从而增加像素串扰。

尽管本文已经公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例是为了说明的目的而不是限制性的，其真正的范围和精神应该以本文中的权利要求书为准。