(57)【要約】  Ｘ線センサ（１）であって、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）を含むアクティブ検出領域を有し、Ｘ線センサ（１）が、複数の検出器ダイオード（２）を含む表面エリア（３）を包囲する接合終端（４）をさらに備え、接合終端（４）が、表面領域（３）の端部の最も近くに配置されたガード（５）、ガード（２）の外側に配置されたフィールドストップ（６）、およびガード（５）とフィールドストップ（６）との間に配置された個数Ｎの電界緩和リング、ＦＬＲ（７）を含み、ＦＬＲ（７）の各々が、異なるＦＬＲ（７）の間、およびガードと第１のＦＬＲとの間の距離が有効エリア内にあり、有効エリアは、線α＝（１０＋１．３ｘ（ｎ−１））μｍおよびβ＝（５＋１．０５ｘ（ｎ−１））μｍによって境界される、ように選択され、連続するＦＬＲ（７）の間の距離が一定であるか、またはｎの増大とともに増大し、ここで、ｎはＦＬＲ（７）のインデックスを表し、１≦ｎ≦Ｎである、ように選択される位置に配置される、Ｘ線センサ（１）が開示される。このようなＸ線センサ（１）を構築するための方法、およびこのようなＸ線センサ（１）を備えるＸ線撮像システム（１００）も開示される。
2021528634.tif 000002
【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）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）を含むアクティブ検出領域を有し、前記Ｘ線センサ（１）が、前記複数の検出器ダイオード（２）を含む前記表面エリア（３）を包囲する接合終端（４）をさらに備え、前記接合終端（４）が、前記表面領域（３）の端部の最も近くに配置されたガード（５）、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）、および前記ガード（５）と前記フィールドストップ（６）との間に配置された個数Ｎの電界緩和リング、複数のＦＬＲ（７）を含み、前記複数のＦＬＲ（７）の各々が、前記ガード（５）と第１のＦＬＲとの間の距離、および異なるＦＬＲ（７）の間の距離が、以下の制限：
−  前記距離が有効エリア内にあり、前記有効エリアが、線α＝（１０＋１．３ｘ（ｎ−１））μｍおよびβ＝（５＋１．０５ｘ（ｎ−１））μｍによって境界されること、ならびに
−  連続するＦＬＲ（７）の間の前記距離が一定であるか、またはｎの増大とともに増大し、ここで、ｎは前記ＦＬＲ（７）のインデックスを表し、ｌ≦ｎ≦Ｎであること、
を満たすように位置付けられている、Ｘ線センサ（１）。
【請求項２】
前記Ｎ個のＦＬＲ（７）が前記ガード（５）から、式
【数１】
2021528634.tif 000010
によって与えられる距離に配置されており、ここで、ｎは特定のＦＬＲ（７）の前記インデックスを表し、Δ１は、前記ガードと、前記ガード５の最も近くの前記第１のＦＬＲの中点位置との間の距離であり、δは長さパラメータを表し、σは前記ＦＬＲの幅を表し、Ｘｎは、前記ガードリングと、インデックスｎを有する前記ＦＬＲ（７）の中点位置との間の距離を指定する、請求項１に記載のＸ線センサ。
【請求項３】
前記長さパラメータδが区間［１．０５μｍ，１．３０μｍ］から選択される、請求項１または２に記載のＸ線センサ。
【請求項４】
前記分離距離Δ１が区間［５μｍ，１０μｍ］から選択される、請求項１から３のいずれか一項に記載のＸ線センサ。
【請求項５】
ＦＬＲの前記個数Ｎが区間１≦Ｎ≦１０から選択される、請求項１から４のいずれか一項に記載のＸ線センサ（１）。
【請求項６】
ＦＬＲの前記個数Ｎが区間３≦Ｎ≦８から選択される、請求項５に記載のＸ線センサ（１）。
【請求項７】
ＦＬＲの前記個数ＮがＮ＝６によって与えられる、請求項６に記載のＸ線センサ（１）。
【請求項８】
前記表面領域（３）上に配置された前記ガードリング（５）と最も近くの前記検出器ダイオード（２）との間の距離Δgが、区間１０μｍ≦Δg≦１００μｍから、好ましくは、区間２０μｍ≦Δg≦４０μｍから選択される、請求項１から７のいずれか一項に記載のＸ線センサ（１）。
【請求項９】
前記ガードリング（５）の幅ωが、区間２０μｍ≦ω≦１００μｍ、好ましくは、区間２５μｍ≦ω≦５５μｍ、およびよりいっそう好ましくは、区間４５μｍ≦ω≦５５μｍ内、およびさらにより好ましくは、区間４９μｍ≦ω≦５１μｍ内から選択される、請求項１から８のいずれか一項に記載のＸ線センサ（１）。
【請求項１０】
前記アクティブ検出領域が、区間１ｘ１０１０ｃｍ−３〜１ｘ１０１２ｃｍ−３内のドーピング濃度を有するドープ材料を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のＸ線センサ。
【請求項１１】
前記アクティブ検出領域が、前記電界緩和リングと反対のドーピング型を有する、ドープされたシリコンを含む、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】
Ｘ線センサ（１）を構築するための方法であって、前記方法が、
−  複数の検出器ダイオードを材料基板の表面領域上に設けるステップ（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設けるステップ（Ｓ２）と、
を含み、前記接合終端が、
−  ガードリングを前記表面領域に隣接して設けるステップ（Ｓ３）と、
−  フィールドストップを前記ガードリングの外側に設けるステップ（Ｓ４）と、
−  個数Ｎの位置を選択するステップ（Ｓ５）であって、前記位置が、異なるＦＬＲ（７）の間、および前記ガードと前記第１のＦＬＲとの間の距離が、以下の制限：
−  前記距離が、線α＝（１０＋１．３ｘ（ｎ−１））μｍおよびβ＝（５＋１．０５ｘ（ｎ−１））μｍによって境界された有効エリア内にあること、ならびに
−  連続するＦＬＲ（７）の間の前記距離がｎの増大とともに増大するか、または同じであり、ここで、ｎは前記位置のインデックスを表し、１≦ｎ≦Ｎであること、
を満たすように選択される、ステップ（Ｓ５）と、
−  電界緩和リング、ＦＬＲを、前記選択された位置の各々に配置するステップ（Ｓ６）と、
によって構築される、方法。
【請求項１３】
個数Ｎの位置を選択する前記ステップ（Ｓ５）が、距離Δ１を前記ガード５と前記第１のＦＬＲの中点位置との間の距離として選択し、前記Ｎ個のＦＬＲの前記位置を式
【数２】
2021528634.tif 000011
に従って選択することを含み、ここで、ｎは特定のＦＬＲ（７）の前記インデックスを表し、δは長さパラメータを表し、σは前記ＦＬＲの幅を表し、Ｘｎは、前記ガードリングと、インデックスｎを有するＦＬＲ（７）の中点位置との間の距離を指定する、および、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記長さパラメータδが区間［１．０５μｍ，１．３０μｍ］から選択される、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記分離距離Δ１が区間［５μｍ，１０μｍ］から選択される、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
ＦＬＲの前記個数Ｎが区間１≦Ｎ≦１０から選択される、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
ＦＬＲの前記個数Ｎが区間２≦Ｎ≦８から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ＦＬＲの前記個数ＮがＮ＝６によって与えられる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ガードリングを設ける前記ステップ（Ｓ３）が、前記ガードを、前記表面領域（３）上に配置された最も近い前記検出器ダイオード（２）から距離Δgに設けることを含み、前記距離Δgが、区間１０μｍ≦Δg≦１００μｍから、好ましくは、区間２０μｍ≦Δg≦４０μｍから選択される、請求項１２から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
ガードリングを設ける前記ステップ（Ｓ３）が、区間２０μｍ≦ω≦１００μｍ、好ましくは、区間２５μｍ≦ω≦５５μｍ、およびよりいっそう好ましくは、区間４５μｍ≦ω≦５５μｍ内、およびさらにより好ましくは、区間４９μｍ≦ω≦５１μｍ内から選択される幅ωを有するガードリングを設けることを含む、請求項１２から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
複数の検出器ダイオードを材料基板の表面領域上に設ける前記ステップ（Ｓ１）が、前記複数の検出器ダイオードを、区間１ｘ１０１０ｃｍ−３〜１ｘ１０１２ｃｍ−３内のドーピング濃度を有するドープ材料基板の前記表面領域上に設けることを含む、請求項１２から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数の検出器ダイオードが、第１のドーピング型を有するシリコン基板上に設けられ、電界緩和リング、ＦＬＲを、前記選択された位置の各々に配置する前記ステップ（Ｓ６）が、第２のドーピング型のＦＬＲを、前記選択された位置の各々に配置することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
Ｘ線撮像システム（１００）であって、
−  Ｘ線を放射するように構成されたＸ線源（１０）と、
−  請求項１に記載の少なくとも１つのＸ線検出器（１）を含むＸ線検出器システム（２０）と、
−  画像処理デバイス（３０）と、
を備えるＸ線撮像システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本提案の技術は、一般に、Ｘ線撮像などの、Ｘ線適用物に関し、より詳細には、Ｘ線検出器とも称される、Ｘ線センサに関する。本提案の技術はまた、Ｘ線センサを構築するための方法、およびこのようなＸ線センサを備える検出器システムを有するＸ線撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線撮像などの放射線撮像が、医療用途において、および非破壊試験のために長年にわたって用いられている。
【０００３】
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線を放射し、Ｘ線は、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。一部の物質は他のものよりも大きな割合のＸ線を吸収するため、対象または物体の画像が形成される。Ｘ線検出器は、エネルギー積分検出器および光子計数検出器を含む、異なる種類のものであり得る。
【０００４】
従来のＸ線検出器設計は、通常、上面上において、例えば、基板がｎ型の高抵抗率材料である場合には、ｐ型にドープされた、ストリップ、または矩形もしくは六角形エリアの形態の、検出器ダイオード画素によって覆われたアクティブ検出器エリアを含む。上面はまた、いわゆるガードを含む、いわゆる接合終端エリアも含む。
【０００５】
最大感度を得るためには、ＰｉＮダイオード構造のいわゆるドリフト領域を構成する検出器の高抵抗性ｎ型部分が電荷を完全に空乏化されなければならない。これは、厚さ５００〜５５０μｍのｎ型領域のために、構造内の最大電界の位置において接合降伏の条件に達することなく、少なくとも４００ボルトの電圧を印加することを必要とする。さらに、検出器は、不動態化酸化物内の照射の結果生み出される正の表面電荷に対する耐性を保証するために、著しくより高い電圧に耐えなければならない。これは、表面における電界を増大させ、降伏電圧を低下させることが知られている。接合終端の機能は、電界強度を低減し、正の酸化物電荷に対する耐性、および照射下における検出器の十分に長い寿命を保証するために、電界を検出器の表面に沿って広げることである。
【０００６】
ＰｉＮダイオードおよび検出器に適用される接合終端の２つの主要なコンセプトが存在する。１つは、マルチプル・フローティング・フィールド・リング（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄ  Ｒｉｎｇ）ＭＦＦＲであり、２つ目は、いわゆる接合終端拡張（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）ＪＴＥである。ＭＦＦＲは、印加された逆電圧を、アノードｐ＋画素で覆われたエリアを包囲するフローティング・リングの間の空間内に包含された小部分に分割するという原理を用い、ＪＴＥは、空乏下のＪＴＥ中のドーパント電荷、負に帯電したアクセプタと、同様に空乏下のｎ型ドリフト領域中のドーパント電荷、正に帯電したドナーとの間の電荷的中性の原理を用いる。両技法の特徴は、それらが大きなエリアを用いることである。電界低減のまさに原理は、表面における空乏領域の幅を、材料の大部分におけるものと比べて拡大することである。４００Ｖ〜８００Ｖの要求電圧のために、接合終端の幅は、ガードを含めて１００μｍ〜５００μｍ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における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。
【０００７】
ガードは、検出器の外側のエリアから検出器縁部に向かう漏れ電流を収集する機能を有する最も外側のｐ型にドープされたリングに接触する最も外側の電極である。この電極は、通常、グランドに接続される。
【０００８】
終端の特別な欠点はアクティブ検出器エリアの損失である。また、より大きなエリアを覆うために多くの検出器が組み合わせられるため、各々の個々の検出器内の損失エリアは検出器マトリックス内の「死角」または盲点エリアを構成し、これは、得られた画像の品質に悪影響を及ぼす。
【０００９】
米国特許第４，３７７，８１６号は、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・ガードリングを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デバイスの縁部に達するのを防止し、それゆえ、電流の漏れを防止するための、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、接合終端を全く有せず、電界がデバイスの側壁表面に達するのを防止する保護のみを有する単純な平面ダイオードを表す。
【００１０】
米国特許第８，０９３，６２４号は、可視および近赤外波長において１００％に迫る曲線因子を可能にするデバイス構造を有し、光学集束技法の必要性を排除するアバランシェ・フォトダイオードに関する。ｎ型アクティブ領域およびｐ型アクティブ領域が設けられる。ｎ型およびｐ型アクティブ領域のうちの第１のものは第１の基板表面において半導体基板内に配置される。ｎ型およびｐ型アクティブ領域のうちの第２のものは、基板内の第１の深さのアクティブ領域のうちの第１のものの真下に配置された高電界ゾーン、第１の深さよりも大きい基板内の第２の深さの第１のアクティブ領域の横方向外側に配置された中電界ゾーン、および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・ゾーンを含む。この構成により、フォトダイオード構造は、デバイス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の収集を防止する。ｐ＋領域として設けられる、従来のチャネル・ストップ領域がフォトダイオードの縁部に配置される。フォトダイオードはまた、例えば、円形構成の、フォトダイオード・カソードを横方向に包囲する従来のガードリング構造をカソードの周辺部に含み得る。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条件降伏で動作し、画素ダイオードのアレイ全体を終端させる問題は対処されない。米国特許第８，０９３，６２４号は、むしろ、チャネル・ストッパが、個々の画素ダイオードを分離するために用いられる、個々のフォトダイオードの設計および構成に関係する。
【００１１】
欧州特許出願第０６６１７５３（Ａ１）号は、横方向の接合の変化に対する不変性を保証する、空間的に付加的である、細から粗へ増大する方式を有する電界緩和リングを含む半導体構造のための改善された縁部終端方式に関する。この空間的に増大する方式は降伏電圧特性を大幅に向上させる。加えて、製造のばらつきに対するデバイスの不感性をさらに保証するために、冗長なリングが用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
検出器の設計に投じられた全労力にもかかわらず、依然として改善の余地がある。本提案の技術は、改善された接合終端、特に、フローティング電界緩和リングを利用する接合終端を有するＸ線検出器を提供することを目的とする。
【００１３】
概して、フローティング電界緩和リングを含む接合終端を有する、時としてＸ線検出器とも称される、改善されたＸ線センサを提供することが目的とされる。このようなフローティング電界緩和リング（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄ  Ｌｉｍｉｔｉｎｇ  Ｒｉｎｇ）、ＦＦＲは、時として、電界緩和リング（Ｆｉｅｌｄ  Ｌｉｍｉｔｉｎｇ  Ｒｉｎｇ）、ＦＬＲと称される。
【００１４】
ＦＬＲが、より均一な表面電界分布を得るような仕方で空間的に分布させられた、改善されたＸ線センサを提供することが特定の目的とされる。
【００１５】
特に、接合終端上の電界ピークが、全てのＦＬＲにわたってよくバランスがとれた大きさを有するＸ線センサを提供することが望まれる。均一な表面電界分布は、低減された量の空間を占有し、それゆえ、非アクティブエリアを低減する接合終端を可能にする。
【００１６】
また、上述された特徴を有するＸ線センサを構築するための方法を提供することも目的とされる。
【００１７】
別の目的は、このようなＸ線センサを備えるＸ線撮像システムを提供することである。
【００１８】
これらおよび他の目的は本発明の実施形態によって満たされる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
第１の態様によれば、Ｘ線センサであって、Ｘ線センサの表面領域上に配置された複数の検出器ダイオードを含むアクティブ検出領域を有し、Ｘ線センサが、複数の検出器ダイオードを含む表面エリアを包囲する接合終端をさらに備え、接合終端が、表面領域の端部の最も近くに配置されたガード（５）、ガードの外側に配置されたフィールドストップ、およびガードと前記フィールドストップとの間に配置された個数Ｎの電界緩和リング、ＦＬＲを含み、ＦＬＲ（７）の各々が、ガードと第１のＦＬＲとの間の距離、および異なるＦＬＲの間の距離が、以下の制限：
・  距離が有効エリア内にあり、有効エリアが、線α＝（１０＋１．３ｘ（ｎ−１））μｍおよびβ＝（５＋１．０５ｘ（ｎ−１））μｍによって境界されること、ならびに
・  連続するＦＬＲ（７）の間の距離が一定であるか、またはｎの増大とともに増大し、ここで、ｎはＦＬＲ（７）のインデックスを表し、１≦ｎ≦Ｎであること、
を満たすように位置付けられている、Ｘ線センサが提供される。
【００２０】
第２の態様によれば、Ｘ線センサを構築するための方法が提供される。本方法は、複数の検出器ダイオードを材料基板の表面領域上に設けることを含む。本方法はまた、材料基板に、表面領域を包囲する接合終端を設けること（Ｓ２）を含み、接合終端は、
・  ガードリングを表面領域に隣接して設けることと、
・  フィールドストップをガードリングの外側に設けることと、
・  個数Ｎの位置を選択することと、
によって構築され、位置は、異なるＦＬＲの間の距離およびガードと第１のＦＬＲとの間の距離が、以下の制限：
・  距離が、線α＝（１０＋１．３ｘ（ｎ−１））μｍおよびβ＝（５＋１．０５ｘ（ｎ−１））μｍによって境界された有効エリア内にあること、ならびに
・  連続するＦＬＲ（７）の間の距離がｎの増大とともに増大するか、または同じであり、ここで、ｎは位置のインデックスを表し、１≦ｎ≦Ｎであること、
を満たすように選択される。
【００２１】
本方法はまた、電界緩和リング、ＦＬＲを、選択された位置の各々に配置することを含む。
【００２２】
第３の態様によれば、Ｘ線撮像システムが提供される。Ｘ線撮像システムは、Ｘ線を放射するように構成されたＸ線源を備える。Ｘ線撮像システムはまた、Ｘ線源に接続されており、Ｘ線源からのＸ線の放射を制御するように構成されたＸ線コントローラを備える。Ｘ線撮像システムはまた、第１の態様に係る少なくとも１つのＸ線検出器を備えるＸ線検出器システムを備える。
【００２３】
本提案の技術の基本概念は、フィールド・フローティング・リング（Ｆｉｅｌｄ  Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｒｉｎｇ）、ＦＦＲが、電界ピークの大きさが全てのリングにわたってよくバランスがとれていることを確実にする空間分布を与えられたＸ線センサを提供することである。このようなバランスがとれた電界ピークは、センサが、高電圧、すなわち、センサ材料のブレークスルー電圧を超える電圧によって損傷を受けることになるリスクを低減することになり、同時に、終端によって占有されるエリアをよりうまく利用することを可能にすることになる。
【００２４】
詳細な説明を読むことで他の利点も理解されるであろう。
【００２５】
実施形態は、そのさらなる目的および利点とともに、下の説明を添付の図面と併せて参照することによって最も深く理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】一実施形態に係る上面視において見られたＸ線センサの一例を示す概略図である。
【図４】３つの電界緩和リング、ＦＬＲが接合終端内で用いられるときの、よくバランスがとれた電界ピーク・プロファイルを示すグラフである。
【図５】４つのＦＬＲが接合終端内で用いられるときの、よくバランスがとれた電界ピーク・プロファイルを示すグラフである。
【図６】５つのＦＬＲが接合終端内で用いられるときの、よくバランスがとれた電界ピーク・プロファイルを示すグラフである。
【図７】多数のＦＬＲが用いられるときの、バランスがとれていない電界ピーク・プロファイルを示すグラフである。
【図８】ＦＬＲを有する接合終端を備えるＸ線センサの部分の概略断面図である。
【図９】ＦＬＲを有する接合終端を備えるＸ線センサの部分の概略断面図である。隣り合うＦＬＲの間の個々の距離が示されている。
【図１０】有効エリアのコンセプトを示す例示的なグラフである。隣り合うＦＬＲの間の特定の距離が有効エリア内の点からどのように選択され得るのかが示されている。ここでは、４つの距離、ＦＬＲとガードとの間の１つの距離、および隣り合うＦＬＲの間の距離に対応する３つが選定される。
【図１１】有効エリアのコンセプトを示す例示的なグラフである。隣り合うＦＬＲの間の特定の距離が有効エリア内の点からどのように選択され得るのかが示されている。ここでは、１４個の距離、ＦＬＲとガードとの間の１つの距離、および隣り合うＦＬＲの間の距離に対応する１３個が選定される。
【図１２】有効エリアのコンセプトの代替的な例示を提供する例示的なグラフである。異なるＦＬＲの間、およびガードと第１のＦＬＲとの間の距離が有効エリア内の点からどのように選択され得るのかが示されている。
【図１３】５つのＦＬＲが接合終端内で用いられ、ＦＬＲの位置が本発明に従って選択されたときの、よくバランスがとれた電界ピーク・プロファイルを示すグラフである。
【図１４】本発明に係る、距離が、有効エリアの部分でないグラフ内のエリアからどのように選択され得るのかを示すグラフである。２つの異なるケース、ケースＡおよびケースＣが示されている。
【図１５】ケースＡに係る位置を選択したときに得るバランスがとれていない電界ピーク・プロファイルを示すグラフである。
【図１６】ケースＣに係る位置を選択したときに得るバランスがとれていない電界ピーク・プロファイルを示すグラフである。
【図１７】本提案の技術の一実施形態に係る上面視において見られたＸ線センサの一例を示す概略図である。
【図１８】本提案の技術に係るＸ線センサを構築するための方法を示す概略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１を参照して、例示的な全体的Ｘ線撮像システムの概要から始めることが有用であろう。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と、Ｘ線検出器システム２０と、関連画像処理デバイス３０とを備える。概して、Ｘ線検出器システム２０は、任意選択的なＸ線光学系によって合焦され、物体もしくは対象またはその部分を通った可能性のあるＸ線源１０からの放射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、画像処理デバイス３０による画像処理および／または画像再構成を可能にするためにＸ線検出器システム２０内に統合され得る好適なアナログ処理および読み出し電子回路を介して画像処理デバイス３０に接続可能である。
【００２８】
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線を放射するＸ線源１０と、Ｘ線を、それらが物体を通過した後に検出する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、それをデジタル化するアナログ処理回路２５と、補正を適用すること、それを一時的に記憶すること、またはフィルタリングなどの、測定データに対するさらなる処理操作を実施し得るデジタル処理回路４０と、処理されたデータを記憶し、さらなる後処理および／または画像再構成を遂行し得るコンピュータ５０と、を備える。
【００２９】
検出器全体は、Ｘ線検出器システム２０、または関連アナログ処理回路２５と組み合わせられたＸ線検出器システム２０と見なされ得る。
【００３０】
デジタル処理回路４０および／またはコンピュータ５０を含むデジタル部分は、Ｘ線検出器からの画像データに基づいて画像再構成を遂行する、デジタル画像処理システム３０と見なされ得る。それゆえ、画像処理システム３０は、コンピュータ５０、または代替的に、デジタル処理回路４０およびコンピュータ５０の複合システム、あるいは場合によっては、デジタル処理回路が画像処理および／または再構成のためにもさらに特化されている場合には、デジタル処理回路４０単独として見られ得る。
【００３１】
一般的に用いられるＸ線撮像システムの一例は、Ｘ線の扇形もしくは円錐ビームを生成するＸ線源、および患者もしくは物体を透過されたＸ線の部分を記録するための対向するＸ線検出器システムを含み得る、コンピュータ断層撮影（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）ＣＴシステムである。Ｘ線源および検出器システムは、通常、撮像される物体の周りに回転するガントリ内に装着される。
【００３２】
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、それゆえ、例えば、ＣＴガントリ内に装着可能な、ＣＴシステムの部分として配置されていてもよい。
【００３３】
最新の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、通例、光吸収を通じて、またはコンプトン相互作用を通じて行われ、それにより生じた電子は、通例、そのエネルギーが失われるまで二次可視光を生み出していき、この光が今度は感光性材料によって検出される。また、半導体に基づく検出器も存在し、この場合には、Ｘ線によって生み出された電子は、印加電界を通じて収集される電子−正孔対に関して電荷を生み出している。
【００３４】
従来のＸ線検出器はエネルギー積分式であり、したがって、検出信号への各検出光子からの寄与はそのエネルギーに比例し、従来のＣＴでは、測定値は単一のエネルギー分布のために取得される。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、異なる組織および物質が特定の範囲内の典型的な値を示す、特定の外観を有する。
【００３５】
また、光子計数検出器が一部の用途において実施可能な代替物として登場しており、現在、それらの検出器は主にマンモグラフィにおいて商業的に利用可能である。原理的に、Ｘ線ごとのエネルギーが測定され得、これが物体の組成に関する追加の情報をもたらすため、光子計数検出器は利点を有する。この情報は、画像品質を増大させるため、および／または放射線量を減少させるために用いられ得る。
【００３６】
エネルギー積分システムと比べて、光子計数ＣＴは以下の利点を有する。第１に、光子計数検出器におけるノイズ・フロアの上方に最低エネルギー閾値を設定することによって、エネルギー積分検出器によって信号内に積分される電子ノイズが排除され得る。第２に、エネルギー情報が検出器によって抽出され得、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・ノイズ比を改善することを可能にし、また、被験対象または物体内の異なる材料および／または構成要素が識別され、定量化され得る、いわゆる材料別の分解が効果的に実施されることも可能にする。第３に、２種を超える主成分材料が用いられ得、これは、造影剤、例えば、ヨードまたはガドリニウムの分布が定量的に決定される、Ｋ−ｅｄｇｅ撮像などの、分解技法に恩恵をもたらす。第４に、検出器残光が存在せず、つまり、高い角度分解能が達成され得る。最後になったが、より小さい画素サイズを用いることによって、より高い空間分解能が達成され得る。
【００３７】
光子計数Ｘ線検出器のため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、いくつかの光子計数スペクトルＣＴプロジェクトにおいて、臨床ＣＴにおいて用いられる高エネルギーＸ線の高い吸収効率のために採用されている。しかし、これらのプロジェクトはＣｄＴｅ／ＣＺＴのいくつかの欠点のゆえに進捗が遅い。ＣｄＴｅ／ＣＺＴは低い電荷キャリア移動度を有し、これは、臨床診療において遭遇されるものの１０分の１のフラックス・レートにおいて深刻なパルス・パイルアップを生じさせる。この問題を緩和するための１つの仕方は、画素サイズを減少させることであるが、それは、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の増大をもたらす。また、ＣｄＴｅ／ＣＺＴは電荷トラップを被るが、これは、光子束が特定のレベルを上回った時に出力計数率の急降下を生じさせる分極をもたらすであろう。
【００３８】
対照的に、シリコンはより高い電荷キャリア移動度を有し、分極の問題から免れている。成熟した製造プロセスおよび比較的低いコストもその利点である。しかし、シリコンは、ＣｄＴｅ／ＣＺＴが有しない制約を有する。シリコン・センサは、その低い阻止能を補償するためにしかるべく極めて厚くなければならない。通例、シリコン・センサは、入射光子の大部分を吸収するために数センチメートルの厚さを必要とし、それに対して、ＣｄＴｅ／ＣＺＴは数ミリメートルを必要とするのみである。他方で、シリコンの長い減衰経路は、また、以下において説明されるように、検出器を異なる深さのセグメントに分割することを可能にする。これが今度は、シリコン・ベースの光子計数検出器がＣＴにおける高い線束に適切に対応することを可能にする。
【００３９】
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用いるときには、コンプトン散乱が多くのＸ線光子を検出器における電子−正孔対への変換の前に高エネルギーから低エネルギーへ変換させる。これは、元々、より高いエネルギーにあった、Ｘ線光子の大部分が、期待されるよりもはるかに少数の電子−正孔対を生成するという結果をもたらし、これが今度は、光子束の相当部分がエネルギー分布の下端において現れるという結果をもたらす。したがって、Ｘ線光子のうちのできるだけ多くを検出するためには、できるだけ低いエネルギーを検出することが必要である。
【００４０】
従来のＸ線センサ／検出器設計は、通常、上面上において、例えば、基板がｎ型の高抵抗率材料である場合には、ｐ型にドープされた、ストリップ、または矩形もしくは六角形エリアの形態の、検出器ダイオード画素によって覆われたアクティブ検出器エリアを含む。Ｘ線センサ／検出器設計における支配的潮流によれば、上面はまた、いわゆる接合終端エリアを含む。本提案の技術は、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、特に、ＦＬＲの特定の分布が、ＦＬＲにわたって高度にバランスがとれた電界ピークをもたらすことを認識した。すなわち、電界ピークの大きさが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の特定の分布から得られる。本提案の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与えられる。ＦＬＲは、時として、フローティング・リング、またはさらには、フローティング電界緩和リング、ＦＦＬＲと称されることに留意されたい。
【００４１】
ＦＬＲを利用したセンサ設計を説明するために、図３が参照される。図３では、多数のダイオード２、例えば、画素ダイオードが、時としてガードリングと称される、ガード５、フィールドストップ６、およびガード５とフィールドストップ６との間に配置された多数のＦＬＲ７を含む接合終端によってどのように囲まれているのかが示されている。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、通例、はっきり異なり、分離されている。ＦＬＲの機能は、デバイス周辺部における、およびデバイスの表面における電界を制御することである。通常、ガードリングの機能は、もっぱら、画素ダイオードのアレイであるセンサの周辺部において発生された漏れ電流を収集することである。ＦＬＲのコンセプトは、高電圧平面ｐ−ｎ接合を終端させるために用いられ得、ｐ−ｎ接合を包囲するダイオードの高濃度ドープ側のものと同じドーピング型の多数の拡散同心リングの位置付けに基づく。ダイオードへの逆電圧の印加時に、電位は拡散リングの間の空間によって拾い上げられる。拡散リングは、多くの場合、拡散リングの両側で生み出される内部拡散ｐ−ｎ接合の縁部の近くの電界分布を広げて和らげるための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。通例、リングの間の電位、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、多数の等距離のリングが必要とされる。リングの数は阻止電圧の値とともに増大し、ＦＬＲ終端は、それが比較的大きい表面エリアを必要とするため、通常、空間効率が良くない。ＦＬＲ構造に加えて、多くの場合、チップの欠陥縁部エリアへ向かう空間電荷領域の拡大を防止するために、リングと反対の型のドーパントを用いることによって、フィールドストップ・リングがリングの外側に設けられている。ｎ−ストップ・リングの有意性は、ｎ型低ドープ検出器バルク材料、ｐ型アノード領域およびｐ型ＦＬＲリングの場合には負電荷を意味する、反対の極性の表面電荷の場合のみに限定される。通常、酸化ケイ素表面におけるＸ線曝露の結果として正の表面電荷が期待される。
【００４２】
Ｘ線検出器のために用いられるべき、本提案のＦＬＲ設計の特定の目的は、アクティブセンサエリアの損失を低減するために終端の横方向の拡大を低減し、その一方で、同時に、様々なＦＬＲにわたる電界ピークの間のバランスがとれることを確実にすることである。すなわち、電界ピークの大きさが、異なるＦＬＲにわたって比較的同じになることである。
【００４３】
最も空間効率の良い終端は、表面電界の矩形分布を生じさせるものである。これは、阻止電圧が電界の積分となるポアソンの方程式から得られる。ＦＬＲ終端の場合には、表面における電界分布はリングの間の空間の各々からの三角分布の和から成る。終端の横方向の拡大を低減するために、リングの間の間隔は、全間隔内で等しい電界ピーク高を保証し、また、拡散リングの幅を最小限に抑えるような仕方で寸法設定されなければならない。
【００４４】
さらに、信頼性の観点から、準均一な等しい電界ピーク分布がセンサの予測寿命の間に維持されなければならない。Ｘ線照射への曝露下において、正の表面電荷の蓄積がシリコンおよびシリコン酸化物の界面の近くの酸化物において生じる。接合の高濃度ドープ側がｐ型である場合には、正の表面電荷は、ｐ−ｎ接合周辺部へ向かう電界分布の移動を生じさせる。これは、最も内側のリングに属する電界最大値が増大し、外側のリングのものが減少することを意味する。電界分布は、最大値が、主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移動させられるように傾斜する。空間効率の良い設計は、終端の全延長内の電界最大値を、表面電荷値の広い範囲、または少なくとも０〜１ｘ１０１２ｃｍ−２内で等しくするような仕方で調整されなければならない。
【００４５】
これに基づき、本提案の技術は、少なくとも３つの問題が対処される機構を提供する。本提案のＦＬＲ分布はＦＦＲ接合終端の横方向の延長の低減を確実にする。これが今度は、より大きいアクティブ検出エリアを確実にする。本提案のＦＬＲ分布はまた、均一な表面電界分布を確実にする。これは、ＦＦＲ終端の場合には、比較的等しい大きさの電界ピークを意味する。本提案のＦＬＲ分布はまた、正の表面電荷に対する感受性の低減を確実にする。これは、電界分布が正の表面電荷の濃度の可能な限り高い値まで均一になるという事実から得られる。Ｘ線検出器は当然Ｘ線放射に曝露される。Ｘ線放射は、検出器の表面を覆う酸化物において正の電荷の蓄積を生じさせることが知られている。正の表面電荷は、ガードへ向かう電界分布の移動、およびＦＦＲ終端内におけるガードと第１のリングとの間の電界値の増大を生じさせる。これは、漏れ電流の増大、および最終的には、電圧阻止特性の損失、すなわち、最大阻止電圧の低減を生じさせる。これは検出器の経年変化の一部であり、適用物内の検出器の寿命に影響を及ぼす重要な特徴を構成する。
【００４６】
次に、図３に示されるセンサ設計に係る接合終端を備えるＸ線センサ断面を示す図８が参照される。ここで、概略的に示されたＸ線センサ１は、検出器ダイオード２と、接合終端４と、フィールドストップ６とを備える。接合終端は、今度は、ガード５および多数のＦＬＲ７を含む。隣り合うＦＬＲの間の距離Δは本構成では一定であり、すなわち、それは、隣り合うＦＬＲの各対の間で同じ距離Δである。図面はまた、３つの追加の距離、ガードリング５と最も近い検出器要素２との間の距離Δｇ、ガード５と第１のＦＬＲ７との間の距離Δ１、および最後のＦＬＲとフィールドストップ６との間の距離ΔＳ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反対であることに留意されたい。すなわち、検出器材料、例えば、シリコンがｎ型のものである場合には、このとき、ＦＬＲのドーピングはｐ型のものである。
【００４７】
次に進む前に、我々は、本開示において用いられる表記法の簡単な説明を与える。表記法Ｘｎにより、以下において、ＦＬＲの中心からガードの外縁部までの距離が意図される。ＦＬＲの中心により、幅寸法に対するＦＬＲの中心または中点が意図される。ＦＬＲが幅σを有する場合には、ＦＬＲの中心点はσ／２に位置する。ガードの外縁部により、ＦＬＲに最も近いガードの縁部が意図される。すなわち、ガードは、その内側において、検出器ダイオード２に面し、その反対側の縁部において、ガードはＦＬＲに面する。それゆえ、反対側の縁部は外縁部と称される。表記法Δｎは、隣り合うＦＬＲの間、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、Δ１は、例えば、ガードと、第１のＦＬＲ、すなわち、ガードの最も近くに設けられたＦＬＲとの間の分離距離を表し得る。Δ２は、同じ仕方で、第１のＦＬＲと第２のＦＬＲとの間の分離距離を表し得る、などとなる。分離距離は、互いに面し合うＦＬＲの縁部の間の距離を指すことに留意されたい。ＦＬＲの幅が考慮される場合には、第１のＦＬＲの中心点と第２のＦＬＲの中心点との間の距離はΔ２＋σによって与えられることになり、ここで、σはＦＬＲの幅である。
【００４８】
本提案の技術は、図８に示される設計を改善することを目的とする。それは、特に、個々のＦＬＲが特定の仕方で位置付けられた、すなわち、隣り合うＦＬＲの間の距離が、特定の基準を満たすように選択された、接合終端の特定の設計を提供することを目的とする。図８と同じ断面を示す図９を参照すると、本提案の技術は、隣接したＦＬＲの間の特定の距離Δｎが、特に効率的な接合終端を達成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９における設計については、これは、４つの距離、Δ１、Δ２、Δ３、およびΔ４、ならびに任意選択的に、また、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Δｇ、および最後のＦＬＲとフィールドストップ６との間の距離ΔＳを選択することに対応する。ガードの内縁部と、ガードの最も近くに配置された（ｄｉｏｓｅｄ）センサ画素または検出器の外縁部との間の距離Δｇには特別な限定も適用される。この距離は、本提案の技術によれば、好ましくは、区間１０μｍ≦Δｇ≦１００μｍから、およびなおいっそう好ましくは、区間２０μｍ≦Δｇ≦４０μｍから選択されるべきである。
【００４９】
本提案の技術の特定の実施形態を説明する前に、センサの基盤をなす協働特徴のより一般的な説明が与えられることになる。本発明者らは、ＦＬＲを用いる接合終端を有するセンサにとって特に重要な特徴は、全てのＦＬＲにわたってバランスがとれた電界ピーク・プロファイルを得ることであると認識した。すなわち、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電界ピークを示す図７が参照される。グラフから明らかであるように、様々なＦＬＲにわたって電界ピークの大きさに大きな差がある。所望されるものは、それよりも、例えば、図４、図５、および図６に示されるとおりのプロファイルに近いものである。
【００５０】
本発明者らは、また、アクティブ検出器エリアを増大させるために、ＦＬＲの個数Ｎは、好ましくは、どちらかといえば小さく、例えば、Ｎ≦１０であるべきであることも認識した。上述されたバランスがとれた電界ピーク・プロファイルを達成し、その一方で、同時に、少数のＦＬＲの使用を可能にするためには、特定の形式のＦＬＲ距離分布が必要とされる。本提案の技術は、このようなＦＬＲ距離分布を提供することを目的とする。
【００５１】
本提案のＦＬＲ距離分布は、実際には、有効エリアと称される特定のエリア内にあるよう制限されたＦＬＲ距離分布の族全体に関する。このコンセプトを理解するために、２本の線によって制限されたエリアを示す図１１が参照される。グラフ中のｙ軸は、マイクロメートル単位の間隔値、すなわち、２つの隣接したＦＬＲの間の可能な間隔を指す。ｘ軸は特定の間隔のインデックスを表す。破線によって示される制限線は、関数形式Δｎ＝Δ１＋δ（ｎ−１）を有し、ここで、Δｎは、ｎ番目のＦＬＲと、ガード５により近い隣り合うＦＬＲとの間の距離を表し、Δ１は、ガード５と第１のＦＬＲとの間の距離を表し、δは２つの隣り合うＦＬＲの間の長さの増分を表す。本発明者らは、Δ１およびδのための２つの異なる値を選択し、これらの値を用いて２本の別個の線を生成することによって、有効エリアが生成され得ることを認識した。これで、有効エリアは、これらの生成された線の間に横たわるエリアとして定義される。隣り合うＦＬＲの対を分離する各距離が有効エリアにあるよう選択されるようにＦＬＲ距離分布が選択された場合には、全てのＦＬＲにわたってバランスがとれた電界ピーク・プロファイルを依然として可能にしつつ、ＦＬＲの数を低減することが可能になることが見出された。この目標を十分に達成するために、ＦＬＲ距離分布は１つのさらなる制限、すなわち、隣り合うＦＬＲの間の距離Δｎはｎの増大とともに増すか、または一定である必要があることを満足する必要がある。ここでは、「一定」により、少なくとも数対の隣り合うＦＬＲがそれらのそれぞれのＦＬＲの間の同じ距離を有し得ることが意図される。それは、例えば、第５のＦＬＲと第６のＦＬＲとの間の距離が第４および第５のＦＬＲの間の距離と同じであることであり得る。
【００５２】
上述されたように、ＦＬＲ距離分布は、隣り合うＦＬＲの対を分離する各距離が、関数形式Δｎ＝Δ１＋δ（ｎ−１）を有する２本の異なる線によって部分的に囲まれた有効エリア内にあるよう選択されることになる。第１の線αは、Δ１＝１０μｍおよびδ＝１．３μｍを選択することによって生成され、第２の線βは、Δ１＝５μｍおよびδ＝１．０５μｍを選択することによって生成される。図１０に、これらの線が示されている。図１０は、小点を用いて示された、ガードおよび４つのＦＬＲを分離する距離がどのように分布させられるのかを示す特定の例示的な構成を示す。第１のＦＬＲは、それがガードまでおよそ８μｍの間隔を有するように位置付けられている。第２のＦＬＲは、それが第１のＦＬＲまでおよそ１０μｍの間隔を有するように位置付けられている。第３のＦＬＲは、今度は、それが第２のものまでおよそ１１μｍの間隔を有するように位置付けられており、最後の第４のＦＬＲは、それが第３のＦＬＲまでおよそ１２μｍの間隔を有するように位置付けられている。図面において見られ得るように、対応する小点は、２本の線によって生成された有効エリアの十分内部にあり、隣り合うＦＬＲの間の距離はｎの増大とともに増大していく。
【００５３】
図１１に、別の特定の例示的な構成が示されている。この特定の例では、１４個のＦＬＲが分布させられることになる。これを達成するために、隣り合うＦＬＲの間の距離がｎの増大とともに増大していくか、またはそれらのうちの少なくとも一部が、連続するＦＬＲ対にわたって一定であるとの制限下で、有効エリア内の１４個の点が選定されることになる。最初の４つの距離は、図１０にあるように選定される。インデックス５を有するＦＬＲは、インデックス４を有するＦＬＲからおよそ１４μｍの距離に設けられる。しかし、インデックス６および７を有するＦＬＲは、インデックス５を有するＦＬＲに与えられた距離と同じである距離を与えられる。すなわち、インデックス６を有するＦＬＲは、インデックス５を有するＦＬＲからおよそ１４μｍの距離に設けられ、インデックス７を有するＦＬＲは、インデックス６を有するＦＬＲからおよそ１４μｍの距離に設けられる。それらがグラフ中で全て同じ水平線に乗っているため、これは図１１に明瞭に示されている。次に、インデックス８を有するＦＬＲは、インデックス７を有するＦＬＲからおよそ１７μｍの距離に位置付けられ、その一方で、インデックス９および１０を有するＦＬＲは、インデックス８を有するＦＬＲと同じ分離距離を与えられる。最後に、インデックス１１を有するＦＬＲは、インデックス１０を有するＦＬＲからおよそ２０μｍの距離に位置付けられなければならない。インデックス１２、１３および１４を有するＦＬＲは、ここで、インデックス１１を有するＦＬＲと同じ分離距離をもって設けられる。図１０および図１１から、全ての選択された距離は有効エリア内にあり、連続するＦＬＲ７の間の全ての距離は一定であるか、またはｎの増大とともに増大することが明らかであり、ここで、ｎはＦＬＲ７のインデックスを表し、１≦ｎ≦Ｎであり、ここで、ＮはＦＬＲの総数である。本例では、ＦＬＲの間の距離が０〜３μｍ変化するが、分布全体にわたって平均されたときの平均距離増分は約１．０μｍである。
【００５４】
提供された例は、本提案の技術の基礎をなす設計規則を示す。まず、以上において与えられたとおりのパラメータを有する関数形式Δｎ＝Δ１＋δ（ｎ−１）を有する２本の線によって有効エリアが生成され、すなわち、Δ１＝１０μｍおよびδ＝１．３μｍを選択することによって第１の線が生成され、Δ１＝５μｍおよびδ＝１．０５μｍを選択することによって第２の線が生成される。その後、エリア内にあり、ｎが増すとともに増すか、または一定であり、分離距離分布全体に渡って平均されたδ値が１．０５〜１．３の区間内に包含されるという条件を満足する、隣り合うＦＬＲの間の分離距離を規定する点を選択することによって、特定の分離距離が得られる。
【００５５】
したがって、本提案の技術は、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を含むアクティブ検出領域を有する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を含む表面エリア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の端部の最も近くに配置されたガード５、ガード２の外側に配置されたフィールドストップ６、およびガード５とフィールドストップ６との間に配置された個数Ｎの電界緩和リング、ＦＬＲ７を含む。ＦＬＲ７の各々は、ガード５と第１のＦＬＲとの間の距離、および異なるＦＬＲ７の間の距離が、以下の制限：
・  距離が有効エリア内にあり、有効エリアが、線α＝（１０＋１．３ｘ（ｎ−１））μｍおよびβ＝（５＋１．０５ｘ（ｎ−１））μｍによって境界されること、ならびに
・  連続するＦＬＲ７の間の距離が一定であるか、またはｎの増大とともに増大し、ここで、ｎはＦＬＲ７のインデックスを表し、１≦ｎ≦Ｎであること、
を満たすように位置付けられている。
【００５６】
より具体的には、フローティング・リングは、決定された幅を有する内部拡散ｐ−ｎ接合、および特定の金属配線によって構成される。ＦＬＲの各々は、本提案の技術によれば、前のリングに属するｐ−ｎ接合縁部の外縁部と後のリングのｐ−ｎ接合の内縁部との間の距離が、関数形式Δｎ＝Δ１＋δ（ｎ−１）を有する２本の線によって境界される有効エリア内にあるよう選択されるように配置され、ここで、Δ１は、ガードｐ−ｎ接合の外縁部と第１のＦＬＲのｐ−ｎ接合の内縁部との間の距離を表し、δは長さ増分であり、ｎはＦＬＲのインデックスである。外縁部はセンサ縁部の方向に面し、内縁部は適切なセンサエリアの方向に面する。２本の線は、α＝１０＋１．３ｘ（ｎ−１）μｍ、およびβ＝５＋１．０５ｘ（ｎ−１）μｍである。ＦＬＲはまた、連続するＦＬＲの間の距離が一定であるか、またはｎの増大とともに増大するように配置され、ここで、ｎはＦＬＲ３０のインデックスを表し、１≦ｎ≦Ｎである。
【００５７】
本提案の技術は、個数Ｎの個々のＦＬＲが、例えば、図５および図６に示されるとおりのバランスがとれた電界ピーク・プロファイルを確実にするように位置付けられたＸ線センサを提供する。本提案の技術は、ＦＬＲの個数Ｎが比較的小さいとき、すなわち、ＦＬＲの個数Ｎが区間１≦Ｎ≦１０から選択されたときに特に有効であることが示された。
【００５８】
図１３に、ケースＢと表された、特定の例示の構成のための電界分布が与えられている。接合終端は４つのＦＬＲを有し、５００Ｖの印加電圧における正の表面電荷の２つの値についての表面電界分布が示されている。これは、厚さ５００μｍの全体積を空乏化するために必要とされる電圧に対応する。図示されているのは、１Ｅ１０ｃｍ−２の正の表面電荷密度、黒色線についての、および５Ｅ１１ｃｍ−２の正の表面電荷密度、灰色線についての表面電界分布である。これにより、高濃度の正の表面電荷の場合にさえ、接合終端の低減された横方向延長を用いて均一な電界分布が得られる。本例は、図１５および図１６に示されるグラフと対比され得る。これらのグラフはそれぞれケースＡおよびケースＣに対応する。ケースＡは、図１４における菱形記号によって表されるＦＬＲ構成を指し、ケースＣは、図１４における星形記号によって表されるＦＬＲ構成を指す。図１５および図１６から、電界ピークのプロファイルは、本提案の技術を用いて得られる電界ピークと全く対照的であることが明らかである。
【００５９】
全ての特定のＦＬＲ構成は、それらが、上述された基準を満たすという条件で選択され得る。構成は、図１０によって示されるとおりのおおよそ線形の構成、または図１１に概略的に示されるとおりの非線形構成であり得る。以下において、我々は大体線形の構成の具体例を説明する。これらの構成は、特定の線形形式の分布関数に従って、隣り合うＦＬＲの間の距離を選択することによって得られる。これらの実施形態においてＦＬＲを分布させるために用いられる線形関数形式は全て、隣り合うＦＬＲの間の距離が、上述された特定の有効エリア内にあるように選択されるべきである。ＦＬＲを分布させるために用いられるべき特定の関数形式はΔｎ＝Δ１＋δ（ｎ−１）によって与えられる。関数形式は、有効エリアを生成する線形関数形式と一致することに留意されたい。ＦＬＲの間の距離が、線α＝１０＋１．３ｘ（ｎ−１）μｍおよびβ＝５＋１．０５ｘ（ｎ−１）μｍの間のエリアとして指定される有効エリアから選択される場合には、この特定の線形汎関数は、ＦＬＲの間の距離、およびそれゆえ、また、ＦＬＲの規定の幅を所与とするＦＬＲのための個々の位置を生成する手法を与える。これにより、本提案の技術は、ＦＬＲの間の距離、およびＦＬＲの規定の幅を所与とするＦＬＲのための個々の位置を生成するために用いられ得る可能な線の族全体を与える。
【００６０】
以上において、所望の特徴を有する接合終端を得るために、隣り合うＦＬＲの間の個々の距離がどのように選択され得るのかが説明された。本提案の技術はまた、同じ結果を達成するＦＬＲを分布させる代替的な手法も提供する。先に設定された基準、すなわち、距離が有効エリア内に含まれ、距離がｎの増大とともに増大していくか、または一定であることを同様に満たす、この代替的な手方は、ＦＬＲをガード５に対して分布させる。すなわち、多数の位置Ｘｎが特定のＦＬＲ分布関数に基づいて決定され、ＦＬＲが、決定された位置に配置される。この代替的な手方は、例えば、幅寸法σを有する個数ＮのＦＬＲをガードリングに対して分布させるために用いられ得る。
【００６１】
ＦＬＲの幅寸法を考慮した本提案の技術の一実施形態によれば、Ｘ線センサであって、１≦ｎ≦Ｎ＝ＦＬＲの総数として、個数ＮのＦＬＲ７が、ガード５から、式：
【数１】
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によって与えられる距離に配置されている。ここで、ｎは特定のＦＬＲ７のインデックスを表し、δは長さパラメータを表し、σはＦＬＲの幅を表し、Ｘｎは、ガードリングと、インデックスｎを有するＦＬＲ７の中点位置との間の距離を指定する、Ｘ線センサが提供される。ＦＬＲの間の距離がＸｎ＝Δ１＋δ（ｎ−１）に従って増やされることを利用する本実施形態は、電界ピークの大きさが全てのリングにわたってよくバランスがとれていることを確実にする空間分布を与えられた、Ｎ個の離間配置されたＦＬＲを有するＸ線センサを提供する。このようなバランスがとれた電界ピークは、センサが、高電圧、すなわち、センサ材料のブレークスルー電圧を超える電圧によって損傷を受けることになるリスクを低減することになり、同時に、終端によって占有されるエリアをよりうまく利用することを可能にすることになる。
【００６２】
以下において、我々は本提案のＸ線センサの多数の例示的な実施形態を提供する。本実施形態は、本提案の技術の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【００６３】
これらの基準を満たす本提案の技術の特定の実施形態は、長さパラメータδが区間［１．０５μｍ，１．３０μｍ］から選択されるＸ線センサによって提供される。
【００６４】
これらの基準を満たす本提案の技術の別の特定の実施形態によれば、分離距離Δ１が区間［５μｍ，１０μｍ］から選択されるＸ線センサが提供される。
【００６５】
本提案の技術は、上述されたように、個数Ｎの個々のＦＬＲが、例えば、図５および図６に示されるとおりのバランスがとれた電界ピーク・プロファイルを確実にするように位置付けられたＸ線センサを提供する。本提案の技術は、ＦＬＲの個数Ｎが比較的小さいとき、すなわち、ＦＬＲの個数Ｎが区間１≦Ｎ≦１０から選択されたときに特に有効であることが示された。
【００６６】
本提案の技術の好ましい実施形態によれば、ＦＬＲの個数Ｎが区間３≦Ｎ≦８から選択されるＸ線センサ１が提供される。
【００６７】
本提案の技術の特に好ましい実施形態は、ＦＬＲの個数ＮがＮ＝６によって与えられるＸ線センサ１を提供する。
【００６８】
さらに別の制限が満たされる場合には、別の好ましい実施形態が得られる。すなわち、ガードと、ガードの最も近くに位置付けられた検出器要素との間の距離Δｇが、好ましくは、アクティブセンサエリア内の個々の検出器要素の間の距離ｄよりも小さくなければならないことである（図３参照）。このような実施形態は、いかなる降伏も、ガードの最も近くの検出器要素の縁部における降伏より先に、ガードリングｐ−ｎ接合の縁部において生じることになることを確実にすることになるので、改善された保護をセンサにもたらす。この目的を達成するために、ガードリング５と、表面領域３上に配置された最も近い検出器ダイオード２との間の距離Δｇが、区間１０μｍ≦Δｇ≦１００μｍから、好ましくは、区間２０μｍ≦Δｇ≦４０μｍから選択される、本提案のＸ線センサ１の一実施形態が提供される。
【００６９】
本提案の技術に係るセンサの明確な例を提供するために、次に、図１７が参照される。図１７は、図３に示されるとおりのセンサの区分の概略上面図を提供する。図１７における距離は原寸に比例していないことに留意されたい。センサは、ガードリング５および６つの電界緩和リング、ＦＬＲによって包囲された多数の検出器ダイオード２を備える。ＦＳと表された任意選択的なフィールドストップも示されている。本提案の技術によれば、様々なリングの間の異なる間隔が選択されなければならない。まず、ガードリング５が、最も近い検出器要素から距離Δｇに配置される。ガードリング５と、表面領域３上に配置された最も近い検出器ダイオード２との間の距離Δｇは、区間１０μｍ≦Δｇ≦１００μｍから、好ましくは、区間２０μｍ≦Δｇ≦４０μｍから選択される。ガードリング５を検出器要素に対して配置すると、次のステップは、複数の電界緩和リングをガードリングに対して配置することである。この目的を達成するために、隣接するＦＬＲの間の距離は、以下のリストにおいて与えられる区間から選択される：
第１のＦＬＲとガードリング５との間の距離である、Δ１は、区間［５μｍ，１０μｍ］から選択される、
第１のＦＬＲと第２のＦＬＲとの間の距離である、Δ２は、区間［６．０５μｍ，１１．３μｍ］から選択される、
第２のＦＬＲと第３のＦＬＲとの間の距離である、Δ３は、区間［７．１０μｍ，１２．６μｍ］から選択される、
第３のＦＬＲと第４のＦＬＲとの間の距離である、Δ４は、区間［８．１５μｍ，１３．９μｍ］から選択される、
第４のＦＬＲと第５のＦＬＲとの間の距離である、Δ５は、区間［９．２０μｍ，１５．２μｍ］から選択される、
第５のＦＬＲと第６のＦＬＲとの間の距離である、Δ６は、区間［１０．２５μｍ，１６．５μｍ］から選択される。
【００７０】
特定の距離Δｎは、連続するＦＬＲの間の距離が一定であるか、またはｎの増大とともに増大するように選択され、ここで、ｎはＦＬＲのインデックスを表し、１≦ｎ≦Ｎである。これは、具体的には、第１の距離、第１のＦＬＲとガードリング５との間の距離が１０μｍである場合には、このとき、第１のＦＬＲと第２のＦＬＲとの間の距離である第２の距離Δ２は、区間［１０μｍ，１１．３μｍ］から選択されることを暗示する。これは、今度は、第２のＦＬＲと第３のＦＬＲとの間の距離である、Δ３は、区間［１０μｍ，１２．６μｍ］から選択されなければならないことなどを暗示する。例えば、第２の距離Δ２が、区間［１０μｍ，１１．３μｍ］内にある、１１．１μｍである場合には、第３の距離は、連続するＦＬＲの間の距離が一定であるか、またはｎの増大とともに増大することを確実にするために、区間［１１．１μｍ，１２．６μｍ］から選択されなければならず、ここで、ｎはＦＬＲのインデックスを表す。これらの選択により、隣接したＦＬＲの間の全ての距離は、線α＝（１０＋１．３ｘ（ｎ−１））μｍおよびβ＝（５＋１．０５ｘ（ｎ−１））μｍによって境界された有効エリア内にあることに留意されたい。
【００７１】
任意選択的に、第６のＦＬＲとフィールドストップ、ＦＳとの間の距離である、距離Δｓは、区間［２０μｍ，４０μｍ］から選択される。
【００７２】
本提案の技術の別の任意選択的な実施形態によれば、ガードリングの幅は約２０μｍ以上でなければならず、好ましくは、１００μｍ前後以下でなければならない。換言すれば、本提案の技術は、ガードリング５の幅ωが、区間２０μｍ≦ω≦１００μｍ、好ましくは、区間２５μｍ≦ω≦５５μｍ、およびよりいっそう好ましくは、区間４５μｍ≦ω≦５５μｍ内、ならびに４９μｍ≦ω≦５１μｍによって与えられる特に好ましい代替から選択される、Ｘ線センサ１を提供する。
【００７３】
有効エリア内にあること、ならびに一定であるか、またはｎの増大とともに増大する、連続したＦＬＲの間の距離を呈し、ｎはＦＬＲのインデックスを表すことの制限を満たす、本提案の技術の特定の実施形態が、ガード５に対するＦＬＲの位置を指定することによって提供される。本実施形態は、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を含むアクティブ検出領域を有する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を含む表面エリア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の端部の最も近くに配置されたガード５、ガード５の外側に配置されたフィールドストップ６、およびガード５とフィールドストップ６との間に配置された個数Ｎの電界緩和リング、ＦＬＲ７を含む。ＦＬＲ７の各々は、ガード５までのそれらの距離が、式
【数２】
2021528634.tif 000004
によって与えられるように位置付けられている。ここで、ｎは特定のＦＬＲ７のインデックスを表し、Δ１は、ガードと、ガード５の最も近くの第１のＦＬＲの中点位置との間の距離であり、δは長さパラメータを表し、σはＦＬＲの幅を表し、Ｘｎは、ガードリングと、インデックスｎを有するＦＬＲ７の中点位置との間の距離を指定する。
【００７４】
位置は、この具体例によれば、次の関数形式：
【数３】
2021528634.tif 000005
によって決定されなければならない。ここで、１≦ｎ≦Ｎであり、Δ１は、ガード５と第１のＦＬＲの中点位置との間の距離であり、δは長さパラメータを表し、σはＦＬＲの幅を表し、Ｘｎは、ガードリングと、インデックスｎを有するＦＬＲ７の中点位置との間の距離を指定し、ここで、ｎは特定のＦＬＲ７のインデックスを表す。パラメータΔ１およびδは、区間：５μｍ≦Δ１≦１０μｍ、１．０５μｍ≦δ≦１．３０μｍから選択されることになる。
【００７５】
ガードに対するＮ＝３のＦＬＲの分布を見ることによって、この特定の実施形態を示す。式
【数４】
2021528634.tif 000006
を利用すると、ＦＬＲの位置を以下のように得る：
Ｘ１＝Δ１＋０＋σ・１／２
Ｘ２＝２・Δ１＋δ・１＋σ・３／２
Ｘ３＝３・Δ１＋δ・３＋σ・５／２。
【００７６】
Δ１＝５μｍ、δ＝１．０５μｍを選び、６μｍの幅σを仮定すると、以下の３つの位置を得る：
Ｘ１＝８μｍ
Ｘ２＝１０μｍ＋１．０５μｍ＋９μｍ＝２０．０５μｍ
Ｘ３＝１５μｍ＋３．１５μｍ＋１５μｍ＝３３．１５μｍ。
【００７７】
図１２に、分布がプロットされている。
【００７８】
以上の数値例から、隣り合うＦＬＲの間の個々の距離はｎの増大とともに増大することが明らかである。点は有効エリア内にも含まれる。それゆえ、図１２は、このようなセンサを設計するために用いられる有効エリアの概略図を提供する。図１２は、６μｍの一定のＦＬＲ幅のために描かれており、第１のＦＬＲが、ガードまで８μｍの距離がある場所にどのように配置されるのかを示している。第２のＦＬＲは、ガードまで２０．０５μｍの距離がある位置に配置され、第３のＦＬＲは、ガードまで３３．１５μｍの距離がある場所に配置される。距離は、ガードリング５の外端部とそれぞれのＦＬＲの中心との間の距離として定義される。小点は、図から分かるように、２本の線によって境界されたエリア内に全て位置し、隣接した、または隣り合うＦＬＲの間の距離はＦＬＲのインデックスｎとともに増大する。この具体例は３つのＦＬＲのみを含むが、ｎのより大きな値については、式
【数５】
2021528634.tif 000007
を用いて追加のＦＬＲを追加することが容易であり、有効エリア内の分離距離を選択し、隣り合うＦＬＲからの距離が後続の距離よりも大きいか、またはそれと同じであることを確実にしさえすればよい。本例および先のものにおける全ての距離は、２つの隣り合うＦＬＲの間のできる限り最短の距離Δを指すことに留意されたい。これにより意図されるのは、前のＦＬＲに属するｐ−ｎ接合の外縁部であって、外とは、ガードからより遠く離れたものを意味する、外縁部と、連続したＦＬＲに属するｐ−ｎ接合の内縁部であって、内縁部とは、ガードにより近い縁部を意味する、内縁部との間の距離である。図９にこれが示されており、図において、距離Δ１、Δ２、Δ３、およびΔ４は全て、対応する隣り合うＦＬＲの間の最短距離である。部分的に囲まれたエリアは、完全に囲まれたエリアであってもよいことにも留意されたい。これを達成するには、まず、２本の上述の線αおよびβを生成し、その後、ＦＬＲインデックスｎ＝１において開始する鉛直線を生成し、これがエリアを下から境界し、次に、エリアを上から境界するインデックスｎ＝Ｎを有するＦＬＲにおける鉛直線を生成する。ここで、インデックスｎ＝Ｎは、センサ内で用いられることになるＦＬＲの総数を指す。
【００７９】
ＦＬＲがどのように位置付けられ得るのかを示す追加の例を提供するために、図１７が参照される。図１７は、図３に示されるとおりのセンサの区分の概略上面図を提供する。図１７における距離は原寸に比例していないことに留意されたい。センサは、複数の検出器ダイオード２と、ガードリング５と、６つのＦＬＲと、ＦＳと表される、任意選択的なフィールドストップとを備える。この具体例では、各ＦＬＲが幅延長σを有すると仮定する。ガードリングに対する様々なＦＬＲの位置付けはＦＬＲの幅を知る必要がある。本提案の技術は、ｎ個の異なるＦＬＲが、ガードリングから見たときに位置Ｘｎに位置するセンサを提供する。それゆえ、位置Ｘｎはガードリングと様々なＦＬＲとの間の距離を指定し、距離は以下のように得られる。
【００８０】
第１のＦＬＲの、その幅寸法に対する中心は、Ｘ１＝Δ１＋σ／２によって与えられるガードリング５までの距離を有する。ここで、Δ１は、区間［５μｍ，１０μｍ］から選択される長さパラメータであり、σはＦＬＲの幅を表す。
【００８１】
第２のＦＬＲの、その幅寸法に対する中心は、Ｘ２＝Ｘ１＋Δ２＋σによって与えられるガードリング５までの距離を有する。ここで、Δ２は、Δ２≧Δ１という制限の下で、区間［６．０５μｍ，１１．３μｍ］から選択される長さパラメータである。特定例は、Δ２＞Δ１であるときに与えられる。
【００８２】
第３のＦＬＲの、その幅寸法に対する中心は、Ｘ３＝Ｘ１＋Ｘ２＋Δ３＋σによって与えられるガードリング５までの距離を有する。ここで、Δ３は、Δ３≧Δ２という制限の下で、区間［７．１０μｍ，１２．６μｍ］から選択される長さパラメータである。特定例は、Δ３＞Δ２であるときに与えられる。
【００８３】
第４のＦＬＲの、その幅寸法に対する中心は、Ｘ４＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Δ４＋σによって与えられるガードリング５までの距離を有する。ここで、Δ４は、Δ４≧Δ３という制限の下で、区間［８．１５μｍ，１３．９μｍ］から選択される長さパラメータである。特定例は、Δ４＞Δ３であるときに与えられる。
【００８４】
第５のＦＬＲの、その幅寸法に対する中心は、Ｘ５＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４＋Δ４＋σによって与えられるガードリング５までの距離を有する。ここで、Δ５は、Δ５≧Δ４という制限の下で、区間［９．２０μｍ，１５．２μｍ］から選択される長さパラメータである。特定例は、Δ５＞Δ４であるときに与えられる。
【００８５】
第６のＦＬＲの、その幅寸法に対する中心は、Ｘ６＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４＋Ｘ４＋Δ５＋σによって与えられるガードリング５までの距離を有する。ここで、Δ６は、第５のＦＬＲと第６のＦＬＲとの間の距離であり、Δ６≧Δ５という制限の下で、区間［１０．２５μｍ，１６．５μｍ］から選択される、区間Δ６から選択される長さパラメータである。特定例は、Δ６＞Δ５であるときに与えられる。
【００８６】
この特定のセンサは、さらに、最も近い検出器要素２から距離Δｇに位置付けられたガードリングを備え得る。ガードリング５と、表面領域３上に配置された最も近い検出器ダイオード２との間の距離Δｇは、区間１０μｍ≦Δｇ≦１００μｍから、好ましくは、区間２０μｍ≦Δｇ≦４０μｍから選択される。センサは、任意選択的に、第６のＦＬＲから距離Δｓに位置するフィールドストップ、ＦＳを備えてもよく、ここで、距離Δｓは区間［２０μｍ，４０μｍ］から選択される。
【００８７】
上述の例における６つのＦＬＲのための位置を付与する代替的な手法は、式
【数６】
2021528634.tif 000008
を利用する。ここで、Δ１は、ガード５と第１のＦＬＲの中点位置との間の距離であり、δは長さパラメータを表し、σはＦＬＲの幅を表し、Ｘｎは、ガードリングと、インデックスｎを有するＦＬＲ７の中点位置との間の距離を指定する。
【００８８】
上述された式を用いると、６つのＦＬＲのためのガードに対する位置は以下のように生成され得る：
Ｘ１＝Δ１＋０＋σ・１／２
Ｘ２＝２・Δ１＋δ・１＋σ・３／２
Ｘ３＝３・Δ１＋δ・３＋σ・５／２
Ｘ４＝４・Δ１＋δ・６＋σ・７／２
Ｘ５＝５・Δ１＋δ・１０＋σ・９／２
Ｘ６＝６・Δ１＋δ・１５＋σ・１１／２
【００８９】
これで、σ、ＦＬＲの幅を測定し、Δ１およびδを、区間：
５μｍ≦Δ１≦１０μｍ、１．０５μｍ≦δ≦１．３０μｍ
から選択することによって、数値を達成することが可能となる。
【００９０】
ここで、特定の値は、隣り合うＦＬＲの間の距離が一定であるか、またはｎの増大とともに増大するという条件で選択されることになる。この手順は可能な分布の群をもたらすことになり、各分布はΔ１およびδの特定の選択に対応する。これらの分布の全ては、電界ピークの大きさが全てのリングにわたってよくバランスがとれたＸ線センサをもたらす。
【００９１】
本提案の技術は、バランスがとれた電界ピーク・プロファイルをもたらし、少数のＦＬＲのために特に適したＸ線センサを提供する。この組合せはＸ線センサを非常に望ましいものにする。センサを、使用される物質のブレークスルー電圧を超える電圧に曝露させるリスクが低減されるため、本設計はより堅固なセンサを提供する。センサは、同時に、より少数のＦＬＲの使用を可能にする。ＦＬＲの数を低減することによって節約されたエリアが検出エリアとして利用され得るため、これは非常に望ましい特徴である。これが結果としてセンサからの出力の全体的品質を改善することになる。
【００９２】
本提案の技術はまた、ドーピング濃度がどちらかといえば低いセンサにも特によく適している。それは、アクティブ検出領域が、区間：１ｘ１０１０ｃｍ−３〜１ｘ１０１２ｃｍ−３内のドーピング濃度を有するドープ材料を含む、Ｘ線センサに特によく適している。
【００９３】
本提案の技術の別の特定の実施形態は、アクティブ検出領域が、電界緩和リングと反対のドーピング型を有する、シリコンなどの、ドープ材料を含む、すなわち、アクティブ検出領域がｎ型ドーピングの材料を含む場合には、ＦＬＲがｐ型ドーピングを用いてドープされた、Ｘ線センサを提供する。
【００９４】
本提案の技術の任意選択的な実施形態によれば、ＦＬＲのうちの最後のもの、すなわち、Ｎ個のＦＬＲが用いられる場合には、インデックスＮを有するＦＬＲと、フィールドストップ６との間の距離ΔＳは、好ましくは、範囲２０〜４０μｍ内にあるべきである。しかし、距離ΔＳを選ぶ自由度はより大きく、したがって、これらの特定の実施形態は任意選択的なものである。
【００９５】
本提案のＸ線センサの様々な実施形態を説明したので、以下において、次に、このようなＸ線センサを構築するための特定の方法が説明される。
【００９６】
この特定の態様によれば、本提案の技術は、Ｘ線センサ１を構築するための方法を提供する。本方法は、複数の検出器ダイオードを材料基板の表面領域上に設けるステップ（Ｓ１）を含む。本方法はまた、材料基板に、表面領域を包囲する接合終端を設けること（Ｓ２）を含む。接合終端は、
・  ガードリングを表面領域に隣接して設けること（Ｓ３）と、
・  フィールドストップをガードリングの外側に設けること（Ｓ４）と、
・  個数Ｎの位置を選択すること（Ｓ５）と、
によって構築され、位置は、異なるＦＬＲ（７）の間、およびガードと第１のＦＬＲとの間の距離が、以下の制限：
・  距離が、線α＝（１０＋１．３ｘ（ｎ−１））μｍおよびβ＝（５＋１．０５ｘ（ｎ−１））μｍによって境界された有効エリア内にあること、ならびに
・  連続するＦＬＲ（７）の間の距離がｎの増大とともに増大するか、または同じであり、ここで、ｎは位置のインデックスを表し、１≦ｎ≦Ｎであること、
を満たすように選択される。
【００９７】
本方法はまた、電界緩和リング、ＦＬＲを、選択された位置の各々に配置すること（Ｓ６）を含む。
【００９８】
本提案の技術の特定の実施形態によれば、方法であって、個数Ｎの位置を選択するステップ（Ｓ５）が、距離Δ１をガード５と第１のＦＬＲの中点位置との間の距離として選択し、Ｎ個のＦＬＲの位置を式
【数７】
2021528634.tif 000009
に従って選択することを含む。ここで、ｎは特定のＦＬＲ７のインデックスを表し、δは長さパラメータを表し、σはＦＬＲの幅を表し、Ｘｎは、ガードリングと、インデックスｎを有するＦＬＲ７の中点位置との間の距離を指定する、方法が提供される。
【００９９】
上述の実施形態はＦＬＲの幅寸法を考慮する。ＦＬＲを、選択された位置に配置するステップは、ＦＬＲの、幅寸法に対する中心点を、選択された位置に配置することを含む。
【０１００】
本提案の技術の別の特定の実施形態によれば、長さパラメータδが区間［１．０５μｍ，１．３０μｍ］から選択される方法が提供される。
【０１０１】
本提案の技術の別の特定の実施形態によれば、分離距離Δ１が区間［５μｍ，１０μｍ］から選択される方法が提供される。
【０１０２】
本提案の技術の別の特定の実施形態によれば、ＦＬＲの個数Ｎが区間１≦Ｎ≦１０から選択される方法が提供される。
【０１０３】
本提案の技術の別の特定の実施形態によれば、ＦＬＲの個数Ｎが区間２≦Ｎ≦８から選択される方法が提供される。
【０１０４】
本提案の技術の別の特定の実施形態によれば、ＦＬＲの個数ＮがＮ＝６によって与えられる方法が提供される。
【０１０５】
本提案の技術のさらに別の実施形態によれば、方法であって、ガードリングを設けるステップＳ３が、ガードを、表面領域３上に配置された最も近い検出器ダイオード２から距離Δｇに設けることを含み、距離Δｇが、区間１０μｍ≦Δｇ≦１００μｍから、好ましくは、区間２０μｍ≦Δｇ≦４０μｍから選択される、方法が提供される。
【０１０６】
本提案の技術のさらに別の実施形態によれば、方法であって、ガードリングを設けるステップＳ３が、区間２０μｍ≦ω≦１００μｍ、好ましくは、区間２５μｍ≦ω≦５５μｍ、よりいっそう好ましくは、区間４５μｍ≦ω≦５５μｍ内、および４９μｍ≦ω≦５１μｍによって与えられる特に好ましい代替から選択される幅ωを有するガードリングを設けることを含む、方法が提供される。
【０１０７】
本提案の技術の特定の実施形態によれば、方法であって、複数の検出器ダイオードを材料基板の表面領域上に設けるステップＳ１が、複数の検出器ダイオードを、区間１ｘ１０１０ｃｍ−３〜１ｘ１０１２ｃｍ−３内のドーピング濃度を有するドープ材料基板の表面領域上に設けることを含む、方法が提供される。
【０１０８】
本提案の技術の特定の実施形態によれば、方法であって、複数の検出器ダイオードが、第１のドーピング型を有するシリコン基板上に設けられ、電界緩和リング、ＦＬＲを、選択された位置の各々に配置するステップＳ６が、第２のドーピング型のＦＬＲを、選択された位置の各々に配置することを含む、方法が提供される。
【０１０９】
本提案の技術の特定の実施形態によれば、６つの電界緩和リング、ＦＬＲを備えるＸ線センサ１を構築するための方法が提供される。本方法は、複数の検出器ダイオード２をシリコーンなどの材料基板の表面領域上に設けるステップＳ１を含む。本方法はまた、材料基板に、表面領域を包囲する接合終端を設けるステップＳ２を含む。接合終端は、ガードリングを表面領域の端部に設けること（Ｓ３）と、フィールドストップをガードリングの外側に設けること（Ｓ４）と、によって構築される。接合終端はまた、６つの位置Ｘｉ，ｉ＝１，２，３．．．６を選択すること（Ｓ５）によって構築される。位置は以下のように選択される。
【０１１０】
第１の位置Ｘ１は、Ｘ１＝Δ１＋σ／２によって与えられるガードリング５までの距離において選択される。ここで、Δ１は、区間［５μｍ，１０μｍ］から選択される長さパラメータであり、σはＦＬＲの幅である。
【０１１１】
第２の位置Ｘ２は、Ｘ２＝Ｘ１＋Δ２＋σによって与えられるガードリング５までの距離を有するように選択される。ここで、Δ２は、Δ２≧Δ１という制限の下で、区間［６．０５μｍ，１１．３μｍ］から選択される長さパラメータであり、σはＦＬＲの幅である。特定例は、Δ２＞Δ１である場合に関する。
【０１１２】
第３の位置Ｘ３は、Ｘ３＝Ｘ１＋Ｘ２＋Δ３＋σによって与えられるガードリング５までの距離を有するように選択される。ここで、Δ３は、Δ３≧Δ２という制限の下で、区間［７．１０μｍ，１２．６μｍ］から選択される長さパラメータであり、σはＦＬＲの幅である。特定例は、Δ３＞Δ２である場合に関する。
【０１１３】
第４の位置Ｘ４は、Ｘ４＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Δ４＋σによって与えられるガードリング５までの距離を有するように選択される。ここで、Δ４は、Δ４≧Δ３という制限の下で、区間［８．１５μｍ，１３．９μｍ］から選択される長さパラメータであり、σはＦＬＲの幅である。特定例は、Δ４＞Δ３である場合に関する。
【０１１４】
第５の位置Ｘ５は、Ｘ５＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４＋Δ４＋σによって与えられるガードリング５までの距離を有するように選択される。ここで、Δ５は、Δ５≧Δ４という制限の下で、区間［９．２０μｍ，１５．２μｍ］から選択される長さパラメータであり、σはＦＬＲの幅である。特定例は、Δ５＞Δ４である場合に関する。
【０１１５】
第６の位置Ｘ６は、Ｘ６＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４＋Ｘ４＋Δ５＋σによって与えられるガードリング５までの距離を有するように選択される。ここで、Δ６は、Δ６≧Δ５という制限の下で、区間［１０．２５μｍ，１６．５μｍ］から選択される長さパラメータであり、σはＦＬＲの幅である。特定例は、Δ６＞Δ５である場合に関する。
【０１１６】
本方法はまた、電界緩和リング、ＦＬＲを、選択された位置の各々に配置するステップＳ６を含む。
【０１１７】
上述の実施形態はＦＬＲの幅寸法を考慮する。ＦＬＲを、選択された位置に配置するステップは、ＦＬＲの中心点、すなわち、ＦＬＲの幅寸法に対する中心点を、選択された位置に配置することを含む。
【０１１８】
本方法は、ガードリングを最も近い検出器要素２から距離Δｇに設けるステップをさらに含み得る。ガードリング５と、表面領域３上に配置された最も近い検出器ダイオード２との間の距離Δｇは、区間１０μｍ≦Δｇ≦１００μｍから、好ましくは、区間２０μｍ≦Δｇ≦４０μｍから選択される。
【０１１９】
本方法は、任意選択的に、フィールドストップを第６のＦＬＲから距離Δｓに設けるステップＳ４を含み得、ここで、距離Δｓは区間［２０μｍ，４０μｍ］から選択される。
【０１２０】
本提案の技術の別の態様によれば、Ｘ線を放射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が提供される。Ｘ線撮像システム１００はまた、本提案の技術に係る少なくとも１つのＸ線センサ１を備えるＸ線検出器システム２０を備える。Ｘ線撮像システム１００はまた、画像処理デバイス３０を備える。図１に、このようなＸ線撮像システム１００が示されている。
【０１２１】
図２に示されるように、Ｘ線撮像システム１００の詳細な例は、Ｘ線を放射するＸ線源１０と、Ｘ線を、それらが物体を通過した後に検出する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、それをデジタル化するアナログ処理回路２５と、補正を適用すること、それを一時的に記憶すること、またはフィルタリングなどの、測定データに対するさらなる処理操作を実施し得るデジタル処理回路４０と、処理されたデータを記憶し、さらなる後処理および／または画像再構成を遂行し得るコンピュータ５０と、を備える。
【０１２２】
検出器全体は、Ｘ線検出器システム２０、または関連アナログ処理回路２５と組み合わせられたＸ線検出器システム２０と見なされ得る。
【０１２３】
デジタル処理回路４０および／またはコンピュータ５０を含むデジタル部分は、Ｘ線検出器からの画像データに基づいて画像再構成を遂行する、デジタル画像処理システム３０と見なされ得る。それゆえ、画像処理システム３０は、コンピュータ５０、または代替的に、デジタル処理回路４０およびコンピュータ５０の複合システム、あるいは場合によっては、デジタル処理回路が画像処理および／または再構成のためにもさらに特化されている場合には、デジタル処理回路４０単独として見られ得る。
【０１２４】
一般的に用いられるＸ線撮像システムの一例は、Ｘ線の扇形もしくは円錐ビームを生成するＸ線源、および患者もしくは物体を透過されたＸ線の部分を記録するための対向するＸ線検出器システムを含み得る、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムである。Ｘ線源および検出器システムは、通常、撮像される物体の周りに回転するガントリ内に装着される。
【０１２５】
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、それゆえ、例えば、ＣＴガントリ内に装着可能な、ＣＴシステムの部分として配置されていてもよい。
【図１】
2021528634.tif 000012
【図２】
2021528634.tif 000013
【図３】
2021528634.tif 000014
【図４】
2021528634.tif 000015
【図５】
2021528634.tif 000016
【図６】
2021528634.tif 000017
【図７】
2021528634.tif 000018
【図８】
2021528634.tif 000019
【図９】
2021528634.tif 000020
【図１０】
2021528634.tif 000021
【図１１】
2021528634.tif 000022
【図１２】
2021528634.tif 000023
【図１３】
2021528634.tif 000024
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年1月28日(2021.1.28)
【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）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）を含むアクティブ検出領域を有し、前記Ｘ線センサ（１）が、前記複数の検出器ダイオード（２）を含む前記表面エリア（３）を包囲する接合終端（４）をさらに備え、前記接合終端（４）が、前記表面領域（３）の端部の最も近くに配置されたガード（５）、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）、および前記ガード（５）と前記フィールドストップ（６）との間に配置された個数Ｎの電界緩和リング、複数のＦＬＲ（７）を含み、前記複数のＦＬＲ（７）の各々が、前記ガード（５）と第１のＦＬＲとの間の距離、および異なるＦＬＲ（７）の間の距離が、以下の制限：
−  前記距離が有効エリア内にあり、前記有効エリアが、線α＝（１０＋１．３ｘ（ｎ−１））μｍおよびβ＝（５＋１．０５ｘ（ｎ−１））μｍによって境界されること、ならびに
−  連続するＦＬＲ（７）の間の前記距離が一定であるか、またはｎの増大とともに増大し、ここで、ｎは前記ＦＬＲ（７）のインデックスを表し、ｌ≦ｎ≦Ｎであること、
を満たすように位置付けられている、Ｘ線センサ（１）。
【請求項２】
前記Ｎ個のＦＬＲ（７）が前記ガード（５）から、式
【数１】
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によって与えられる距離に配置されており、ここで、ｎは特定のＦＬＲ（７）の前記インデックスを表し、Δ１は、前記ガードと、前記ガード５の最も近くの前記第１のＦＬＲの中点位置との間の距離であり、δは長さパラメータを表し、σは前記ＦＬＲの幅を表し、Ｘｎは、前記ガードリングと、インデックスｎを有する前記ＦＬＲ（７）の中点位置との間の距離を指定する、請求項１に記載のＸ線センサ。
【請求項３】
前記長さパラメータδが区間［１．０５μｍ，１．３０μｍ］から選択される、請求項２に記載のＸ線センサ。
【請求項４】
前記分離距離Δ１が区間［５μｍ，１０μｍ］から選択される、請求項２または３に記載のＸ線センサ。
【請求項５】
ＦＬＲの前記個数Ｎが区間１≦Ｎ≦１０から選択される、請求項１から４のいずれか一項に記載のＸ線センサ（１）。
【請求項６】
ＦＬＲの前記個数Ｎが区間３≦Ｎ≦８から選択される、請求項５に記載のＸ線センサ（１）。
【請求項７】
前記表面領域（３）上に配置された前記ガードリング（５）と最も近くの前記検出器ダイオード（２）との間の距離Δgが、区間１０μｍ≦Δg≦１００μｍから、好ましくは、区間２０μｍ≦Δg≦４０μｍから選択される、請求項１から６のいずれか一項に記載のＸ線センサ（１）。
【請求項８】
前記ガードリング（５）の幅ωが、区間２０μｍ≦ω≦１００μｍ、好ましくは、区間２５μｍ≦ω≦５５μｍ、およびよりいっそう好ましくは、区間４５μｍ≦ω≦５５μｍ内、およびさらにより好ましくは、区間４９μｍ≦ω≦５１μｍ内から選択される、請求項１から７のいずれか一項に記載のＸ線センサ（１）。
【請求項９】
前記アクティブ検出領域が、区間１ｘ１０１０ｃｍ−３〜１ｘ１０１２ｃｍ−３内のドーピング濃度を有するドープ材料を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のＸ線センサ。
【請求項１０】
前記アクティブ検出領域が、前記電界緩和リングと反対のドーピング型を有する、ドープされたシリコンを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のＸ線センサ。
【請求項１１】
Ｘ線センサ（１）を構築するための方法であって、前記方法が、
−  複数の検出器ダイオードを材料基板の表面領域上に設けるステップ（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設けるステップ（Ｓ２）と、
を含み、前記接合終端が、
−  ガードリングを前記表面領域に隣接して設けるステップ（Ｓ３）と、
−  フィールドストップを前記ガードリングの外側に設けるステップ（Ｓ４）と、
−  個数Ｎの位置を選択するステップ（Ｓ５）であって、前記位置が、異なるＦＬＲ（７）の間、および前記ガードと前記第１のＦＬＲとの間の距離が、以下の制限：
−  前記距離が、線α＝（１０＋１．３ｘ（ｎ−１））μｍおよびβ＝（５＋１．０５ｘ（ｎ−１））μｍによって境界された有効エリア内にあること、ならびに
−  連続するＦＬＲ（７）の間の前記距離がｎの増大とともに増大するか、または同じであり、ここで、ｎは前記位置のインデックスを表し、１≦ｎ≦Ｎであること、
を満たすように選択される、ステップ（Ｓ５）と、
−  電界緩和リング、ＦＬＲを、前記選択された位置の各々に配置するステップ（Ｓ６）と、
によって構築される、方法。
【請求項１２】
個数Ｎの位置を選択する前記ステップ（Ｓ５）が、距離Δ１を前記ガード５と前記第１のＦＬＲの中点位置との間の距離として選択し、前記Ｎ個のＦＬＲの前記位置を式
【数２】
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に従って選択することを含み、ここで、ｎは特定のＦＬＲ（７）の前記インデックスを表し、δは長さパラメータを表し、σは前記ＦＬＲの幅を表し、Ｘｎは、前記ガードリングと、インデックスｎを有するＦＬＲ（７）の中点位置との間の距離を指定する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記長さパラメータδが区間［１．０５μｍ，１．３０μｍ］から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記分離距離Δ１が区間［５μｍ，１０μｍ］から選択される、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
ＦＬＲの前記個数Ｎが区間１≦Ｎ≦１０から選択される、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
ＦＬＲの前記個数Ｎが区間２≦Ｎ≦８から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ＦＬＲの前記個数ＮがＮ＝６によって与えられる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ガードリングを設ける前記ステップ（Ｓ３）が、前記ガードを、前記表面領域（３）上に配置された最も近い前記検出器ダイオード（２）から距離Δgに設けることを含み、前記距離Δgが、区間１０μｍ≦Δg≦１００μｍから、好ましくは、区間２０μｍ≦Δg≦４０μｍから選択される、請求項１１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
ガードリングを設ける前記ステップ（Ｓ３）が、区間２０μｍ≦ω≦１００μｍ、好ましくは、区間２５μｍ≦ω≦５５μｍ、およびよりいっそう好ましくは、区間４５μｍ≦ω≦５５μｍ内、およびさらにより好ましくは、区間４９μｍ≦ω≦５１μｍ内から選択される幅ωを有するガードリングを設けることを含む、請求項１１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
Ｘ線撮像システム（１００）であって、
−  Ｘ線を放射するように構成されたＸ線源（１０）と、
−  請求項１に記載の少なくとも１つのＸ線検出器（１）を含むＸ線検出器システム（２０）と、
−  画像処理デバイス（３０）と、
を備えるＸ線撮像システム（１００）。
【国際調査報告】
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