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混合像素光子計數(shù)探測器(HPC)是結合了CMOS技術和光子計數(shù)技術的一種新型探測器,可以實現(xiàn)對X射線的直接、高效率探測,同時可以保持較高的幀率。相對于傳統(tǒng)間接探測和積分型探測器有更好的點擴散函數(shù)。
HPC基本結構、工作原理和三種工作模式
為什么叫混合像素光子計數(shù)探測器?
HPC = Hybrid Photon Counting
= Hybrid pixel (or microstrip) + single-photon counting
=混合像素(或微帶)+單光子計數(shù)
混合像素光子計數(shù)探測器的結構:
混合像素光子計數(shù)器總體上可分為2層:
l 感光像素(Pixelated sensor)
l 讀出像素(CMOS ASIC)
感光像素和讀出像素采用倒裝法,通過銦球焊接粘合在一起,一個銦球?qū)粋€像素,即通過焊接球?qū)崿F(xiàn)像素化。每個像素對應讀出芯片的一個處理單元。
工作原理:
每個像素相當于一個探測器,其讀出電子學包括放大器、閥值比較器、計數(shù)器、設置和讀出電路。
光子打在感光像素上,生成電子-空穴對,電子或空穴被鄰近的像素電極收集,經(jīng)放大器(通常是電荷靈敏放大器)放大后,送入比較器。如信號幅度大于給定的閥值(外部輸入),像素計數(shù)器就增加一個計數(shù)。
混合像素光子計數(shù)探測器是利用半導體材料的光電效應來接收和探測光信號。感光像素通過吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對,電子-空穴對的數(shù)量正比于入射光子的能量,因此放大器輸出的信號脈沖幅度也正比于光子能量。從而在外電路產(chǎn)生與入射光強度成正比的光電流以方便測量入射光。因此,比較器閥值水平與光子能量直接相關。如從小到大(或從大到小)改變比較器閥值,進行多次測量,就可以得到不同能量水平的光子流率。再用數(shù)學方法處理,可以得到不同能量的光子流率和能譜。
根據(jù)不同能量范圍和不同輻射類型,可采用不同的半導體材料,如Si、CdTe、CdZnTe、GaAs等。