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混合像素光子计数探测器(HPC)的基本结构和原理

  • 发布日期:2022-10-28      浏览次数:214
    • 以下内容由北京泰坤工业设备有限公司整理发布,欢迎交流。

       

      混合像素光子计数探测器(HPC)是结合了CMOS技术和光子计数技术的一种新型探测器,可以实现对X射线的直接、高效率探测,同时可以保持较高的帧率。相对于传统间接探测和积分型探测器有更好的点扩散函数。

       

      HPC基本结构、工作原理和三种工作模式

       

      为什么叫混合像素光子计数探测器?

      HPC = Hybrid Photon Counting

          = Hybrid pixel (or microstrip) + single-photon counting

          =混合像素(或微带)+单光子计数

       

      混合像素光子计数探测器的结构:

       image.png

       

      混合像素光子计数器总体上可分为2层:

      l  感光像素(Pixelated sensor

      l  读出像素(CMOS ASIC

       

      感光像素和读出像素采用倒装法,通过銦球焊接粘合在一起,一个銦球对应一个像素,即通过焊接球实现像素化。每个像素对应读出芯片的一个处理单元。

       

      工作原理:

      每个像素相当于一个探测器,其读出电子学包括放大器、阀值比较器、计数器、设置和读出电路。


       image.png

      光子打在感光像素上,生成电子-空穴对,电子或空穴被邻近的像素电极收集,经放大器(通常是电荷灵敏放大器)放大后,送入比较器。如信号幅度大于给定的阀值(外部输入),像素计数器就增加一个计数。

       

      混合像素光子计数探测器是利用半导体材料的光电效应来接收和探测光信号。感光像素通过吸收光子产生电子-空穴对,电子-空穴对的数量正比于入射光子的能量,因此放大器输出的信号脉冲幅度也正比于光子能量。从而在外电路产生与入射光强度成正比的光电流以方便测量入射光。因此,比较器阀值水平与光子能量直接相关。如从小到大(或从大到小)改变比较器阀值,进行多次测量,就可以得到不同能量水平的光子流率。再用数学方法处理,可以得到不同能量的光子流率和能谱。

       

      根据不同能量范围和不同辐射类型,可采用不同的半导体材料,如SiCdTeCdZnTeGaAs等。


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