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DE69313743T2 - Bildaufnehmer für ionisierende Strahlung - Google Patents

Bildaufnehmer für ionisierende Strahlung

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Publication number
DE69313743T2
DE69313743T2 DE69313743T DE69313743T DE69313743T2 DE 69313743 T2 DE69313743 T2 DE 69313743T2 DE 69313743 T DE69313743 T DE 69313743T DE 69313743 T DE69313743 T DE 69313743T DE 69313743 T2 DE69313743 T2 DE 69313743T2
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DE
Germany
Prior art keywords
chips
image sensor
detector
sensor according
detectors
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
DE69313743T
Other languages
English (en)
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DE69313743D1 (de
Inventor
Marc Cuzin
Pierre Jeuch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of DE69313743D1 publication Critical patent/DE69313743D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69313743T2 publication Critical patent/DE69313743T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/191—Photoconductor image sensors
    • H10F39/195—X-ray, gamma-ray or corpuscular radiation imagers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/29—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to radiation having very short wavelengths, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation
    • H—ELECTRICITY
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Description

  • Die vorliegende Erfindung hat einen Bildaufnehmer zum Gegenstand, entweder für eine ionsierende Strahlung, wie z.B. die Röntgen-, Gamma- oder Ladungs- bzw. Sekundärteilchenstrahlung, oder für eine Lichtstrahlung, deren wellenlänge sich im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Bereich befinden kann.
  • Noch spezieller betrifft die Erfindung nichtfokussierbare ionisierende Strahlungen.
  • Die Bildherstellung oder die Bildaufnahme einer ionisierenden Strahlung ermöglicht die Untersuchung von lebender oder nichtlebender Materie mittels radiographischer Projektion oder tomographischer Rekonstitution und folglich eine zerstörungsfreie Analyse der internen Struktur von Objekten variabler Abmessung und Masse, insbesondere auf den medizinischen und nuklearen Gebieten, aber auch in der Industrie.
  • Diese Vorrichtung kann groß sein, einige 10cm² bis einige 100cm² Fläche, hauptsächlich für die Mammographie, oder klein sein, einige 100mm², z.B. für Dentalaufnahmen innerhalb der Mundhöhle. Im diesem letzteren Fall kann die Vorrichtung eine Gesamtdicke von 3mm aufweisen; diese Kompaktheit ist sehr wichtig, um weder den Patienten noch den Arzt zu stören.
  • Ein Bildaufnehmer umfaßt auf bekannte Weise einen Strahlungsdetektionsteil, gebildet durch einen oder mehrere Detektoren, die die eintreffende Strahlung in elektrische Ladungen umwandeln und Elektroden zum Sammeln dieser Ladungen umfassen, einen Verarbeitungsteil der elektrischen Signale, die aus dem Sammeln der Ladungen resultieren, gebildet durch integrierte Schaltungen zum Verstärken dieser elektrischen Signale, und aus einer äußeren Verarbeitungs- und Speichervorrichtung der durch diese integrierten Schaltungen gelieferten Signale.
  • Außerdem ist jeder Detektor in Elementaranzeigepunkte oder Pixel strukturiert, angeordnet entsprechend den Zeilen und Spalten einer Matrix.
  • Bei einem ersten Detektorentyp verwendet man ein mit matrixförmig verteilten Punktelektroden ausgestattetes Halbleitermaterial. Bei diesem Detektorentyp wird die elektrische Verbindung der Leseschaltungen bei jedem Detektor auf bekannte Weise durch Hybridisierung mittels Mikrokugeln hergestellt, Pixel für Pixel.
  • Ein solches System wird insbesondere beschrieben in dem Dokument M.Campbell et al. (A 10 MHz micro power CMOS front-end for direct readout of pixel detectors, IEEE Nuclear Science Symposium USA, 1989, S. 1-8) und in den Dokumenten EP-A-0 415 541 und EP-A-0 462 345.
  • Bei einem anderen Detektorentyp verwendet man direkt bestrahlte Ladungstransfervorrichtungen (CCD). Die Bestrahlung dieser CCDs verursacht ein vorzeitiges Altern, das sich in einem Empf indlichkeitsverlust und ausfallenden Pixeln ausdrückt.
  • In der Dentalradiographie hat die benutzte Röntgenstrahlung eine hohe Energie von 30keV bis 60keV. Außerdem hat der Bildaufnehmer eine geringe Dicke von generell 300µm bis 500µm, was ihn zum Absorbieren von nur einigen Prozent (< 10%) der Röntgenstrahlung befähigt. Daraus resultiert der große Nachteil, daß 90% der X-Photonen-Dosis, der man den Patienten aussetzt, ohne Nutzen für die Aufnahme sind.
  • Bei der Mammographie benutzt man Röntgenstrahlen mit einer Energie von iskev bis 25keV.
  • Für die Ausführung großer Bildaufnehmer kann man, wie beschrieben in dem Dokument EP-A-245 147, mehrere Detektorenmatrizen Rand an Rand aneinanderfügen oder, wie beschrieben in dem Dokument EP-A-421 869, wie Dachziegel anordnen.
  • In dem Dokument EP-A-245 147 ist der Detektor ein mit einer pixelartig strukturierten Photodiode verbundener dicker Szintillator, der die ionisierende Strahlung in sichtbares Licht umwandelt.
  • Dieser Bildaufnehmer führt im allgemeinen zu Bildern, die Schattenzonen und Informationsverluste aufweisen.
  • Die Erfindung hat einen neuartigen Bildaufnehmer zum Gegenstand, der Pixel für Pixel die Hybridisierung der Leseschaltungen durch Mikrokugeln benutzt, was insbesondere eine Beseitigung dieser Nachteile ermöglicht.
  • Noch genauer hat die Erfindung einen Bildaufnehmer einer Strahlung zum Gegenstand, umfassend:
  • - flache elektrische Detektionseinrichtungen, fähig Strahlung in elektrische Ladung umzuwandeln, eine Eintrittsseite zur Aufnahme der Strahlung und eine der Eintrittsseite entgegengesetzte Austrittsseite umfassend, wobei die Eintrittsseite eine gemeinsame Elektrode aufweist und die Austrittsseite ein Mosaik aus Punktelektroden trägt, um die elektrischen Ladungen zu sammeln;
  • - Einrichtungen zum Aufnehem der durch die Punktelektroden gesammelten elektrischen Ladungen, eine ebene, mit elektrischen Kontaktstellen versehene Fläche aufweisend, der Austrittsseite der Detektionseinrichtungen gegenüberstehend, wobei jede elektrische Kontaktstelle einer entsprechenden Punktelektrode gegenübersteht und mit dieser Punktelektrode durch eine Hybridisierungstechnik verbunden ist; dadurch gekennzeichnet:
  • - daß die Detektionseinrichtungen entweder durch einen Detektor oder mehrere Rand an Rand aneinandergefügte Detektoren gebildet werden;
  • - daß die Einrichtungen zum Aufnehmen der elektrischen Ladungen durch IC-Chips gebildet werden, wobei jeder Chip ein Mosaik aus Leseschaltungen und eine mit den Leseschaltungen verbundene Adressierschaltung umfaßt und jede elektrische Kontaktstellt mit einer entsprechenden Leseschaltung verbunden ist;
  • - daß metallische Streifen auf der ebenen Fläche der IC-Chips vorgesehen sind, um elektrische Verbindungen zwischen den Lese- und Adressierschaltungen und externen Versorgungs-, Steuer- und Verarbeitungseinrichtungen der durch die integrierten Schaltungen gelieferten Ausgangssignale sicherzustellen;
  • - daß metallische Streifen auf der Ausstrittsseite des Detektors verteilt sind, ohne elektrischen Kontakt mit den Punktelektroden;
  • - daß die metallischen Streifen der IC-Chips den metallischen Streifen des Detektors (der Detektoren) gegenüberstehen, wobei die Kontinuität jeder elektrischen Verbindung durch Mikrokugeln sichergestellt ist, die in hybrider Weise die dieser Verbindung entsprechenden und auf der planen Seite der Chips befindlichen metallischen Streifen verbinden mit den dieser Verbindung entsprechenden und auf der Austrittseite des Detektors (der Detektoren) befindlichen metallischen Streifen.
  • Vorzugsweise besteht der Detektor aus einem massiven Halbleitermaterial, das auf einer seiner Seiten mit der gemeinsamen Elektrode beschichtet ist und auf der entgegengesetzten Seite mit den Punktelektroden. Dieses Halbleitermaterial kann jedes bekannte Haibleitermatial sein, z.B. Germanium, Silicium, die binären, ternären oder quarternären Legierungen der Elemente III und V oder der Elemente II und VI des Periodensystems.
  • Um eine große Absorptionsfähigkeit der Detektoren für Röntgenstrahlung zu erzielen und folglich die Stahlungsdosis insbesondere auf medizinischem Gebiet zu reduzieren, verwendet man ein Halbleitermaterial mit einer hohen mittleren Ordnungszahl, höher als 30. Die mittlere Ordnungszahl wird definiert als die Summe der Ordnungszahlen der den Detektor bildenden einfachen Körper dividiert durch die Anzahl der Materialien (für CdTe z.B. ist Zmittel = 50). So werden z.B. bei einem CdTe-Detektor von 800µm 99% einer Röntgenstrahlung von 40keV absorbiert und die Dosis, welcher der Patient ausgesetzt ist, kann um einen Faktor 10 reduziert werden.
  • Außerdem muß das verbotene Energieband so hoch wie möglich sein, höher als 1,30 eV.
  • Dieser Halbleiter ist insbesondere aus Silicium, GaAs oder, besser, aus CdTe oder HgI&sub2; von hoher elektrischer Resistivität (z.B. 10&sup9; Ohm.cm für CdTe).
  • Die Verwendung eines massiven homogenen Halbleiters von hoher Resistivität ermöglicht, den Verluststrom zwischen der gemeinsamen Elektrode und den Punktelektroden zu begrenzen. Zudem verbessert die Verwendung eines Halbleiters die räumliche Qualität des Bildes und seinen Kontrast in bezug auf die Verwendung eines Szintillators, da ein Photon Ladungen in einem kleinen Volumen (einige µm³ für ein X-Photon von 40keV) des Halbleiters erzeugt, während die Information sich in dem Szintillator seitlich zerstreuen kann. Dies ermöglicht die Herstellung eines sehr dicken Detektors (500 bis 1000µm) mit verbesserter Strahlungsabsorption.
  • Außerdem ist der Wirkungsgrad eines Halbleiters besser als der eines Szintillators und kann bis 50% gehen, was seine Empfindlichkeit verbessert. Es können also Mikroverkalkungen von unter 100µm in einer Brust detektiert werden.
  • Es ist jedoch möglich, einen PN-Übergang oder auch einen Schottky-Sperrschichtgleichrichter zu verwenden. Außerdem kann der Detektor ein die ionisierende Strahlung in sichtbares Licht umwandelnder Szintillator sein, der eine mit Elementaranzeigepunkten strukturierte Photodiode bedeckt und die Umwandlung des Lichts in ein elektrisches Signal gewährleistet.
  • Bei der Herstellung eines großen Bildaufnehmers verwendet man mehrere Rand an Rand zusammengefügte und matrixförmig angeordnete Detektoren, wobei diese Detektoren miteinander verbunden und mehreren Rand an Rand zusammengefügten und ebenfalls matrixförmig angeordneten, IC-Chips zugeordnet sind.
  • Die IC-Chips. haben dieselben Abmessungen wie die Detektoren oder Abmessungen gleich einem Mehrfachen oder einem ganzzahligen Teilmehrfachen der Abmessungen dieser Detektoren.
  • Vorteilhafterweise sind die IC-Chips in bezug auf die Detektoren versetzt in einer oder zwei senkrechten Richtungen, enthalten in einer zu der der Detektoren parallelen Ebene, um partiell zwei oder vier benachbarten Detektoren gegenüberzustehen.
  • Vorteilhafterweise wird die Verbindung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Detektoren durch einen auf dem Detektor ausgebildeten Metallstreifen sichergestellt, der diesen beiden aufeinanderfolgenden Chips partiell gegenübersteht, und durch Mikrokugeln.
  • Bei einer Ausführungsvariante können die elektrischen Detektor-Zwischenverbindungen und die elektrischen IC- Zwischenverbindungen jeweils von einer Spalte oder einer Zeile zur anderen versetzt sein. Dies ermöglicht eine seitliche Verbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den äußeren Versorgungs-, Steuer- und Signalverarbeitungsschaltungen.
  • Im Falle von n zu einer Zeile der Chip-Matrix angeordneten Chips und von n von 1 bis n numerierten spezifischen Metallstreifen, dazu bestimmt, die spezifischen Ausgangssignale dieser n Chips auf dieselbe Seite des Bildaufnehmers zu leiten, umfassen diese Metallstreifen in bezug auf eben diese Seite des Bildaufnehmers einen Eingang und einen Ausgang, und das Ausgangsende des i. Streifens eines bestimmten Chips ist mit dem Eingangsende des (i+1). Streifens des nachfolgenden Chips - mit 1&le;i&le;n, wobei i und n ganze Zahlen mit n&ge;2 sind - verbunden dank eines auf der Austrittsseite des Detektors vorgesehenen zusätzlichen Metallstreifens, diesen Chips gegenüberstehend, und dank Mikrokugeln, die zwischen spezifischem Chip-Metallstreifen und zusätzlichem Metallstreifen des Detektors eine hybride Verbindung herstellen, und der erste Streifen eines bestimmten Chips das spezifische Ausgangssignal dieses bestimmten Chips liefert.
  • Weitere Charakteristika und Vorteile der Erfindung gehen besser aus der nachfolgenden, erläuternden und nicht einschränkenden Beschreibung hervor, bezogen auf die beigefügten Figuren:
  • - die Figuren 1a und 1b zeigen schematisch einen Längsschnitt und als Draufsicht entsprechend der Ebene B-B der Figur 1a einen erfindungsgemäßen Bildaufnehmer,
  • - die Figur 1c zeigt das elektrische Ersatzschaltbild einer Detektor-Chip-Anordnung des erfindungsgemäßen Bildaufnehmers,
  • - die Figur 2 zeigt vergrößert eine erste Variante der erfindungsgemäßen Verbindungen zwischen einem Detektor und dem zugeordneten IC-Chip,
  • - die Figur 3 zeigt eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Bildaufnehmers,
  • - die Figuren 4 und 5 zeigen schematisch im Schnitt Ausführungsvarianten der Verbindungen zwischen dem Detektor und dem zugeordneten IC-Chip,
  • - die Figur 6 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ausführungsart der jeweiligen Verbindungen zwischen den Chips und den Detektoren.
  • Der erfindungsgemäße Bildaufnehmer, dargestellt in den Figuren la, lb, und 3 umfaßt mehrere Detektoren 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, Rand an Rand angeordnet, um eine Detektorenmatrix mit Zeilen und Spalten zu bilden.
  • Diese Detektoren umfassen jeder ein festes Halbleitermaterial, homogen und von hoher Resistivität, z.B.aus Silicium, GaAs, CdTe oder HgI&sub2; mit einer Eintrittsfläche bzw. Eintrittsseite für eine ionisierende Strahlung 8 und einer der Eintrittsseite entgegengesetzten Austrittsseite, IC-Chips 10a, 10b, 10c, 10d gegenüberstehend, hergestellt auf Silicium. Die Strahlung 8 stammt z.B. von einem zu analysierenden, bestrahlten Objekt.
  • Die Eintrittsseite jedes Detektors 2a-2f umfaßt eine gemeinsame Elektrode 12, die sie ganz bedeckt, während die Austrittsseite Punktelektroden 14 trägt, die mosaikförmig angeordnet sind. Jeder Detektor 2a-2f ist also auf seiner Austrittsseite durch Elementarbildpunkte oder Pixel strukturiert. Die gemeinsamen Elektroden 12 und die Punkte 14 sind aus Metall, z.B. Aluminium von 1µm Dicke.
  • Wenn ein Halbleiter-Detektor eine ionisierende Strahlung 8 empfängt, erzeugt er Elektronen-Löcher-Paare in dem Halbleiter 6, die durch die Elektroden 12 und 14 eingesammelt werden.
  • Die Dicke der Halbleiter 6 hängt von dem verwendeten Material, der Energie der zu detektierenden Strahlungen und der vorgesehenen Anwendung ab. Zum Beispiel verwendet man eine Dicke von 500µm, um Röntgenstrahlen von einigen zehn kev mit CdTe zu detektieren. Ebenso hängen die Oberflächenabmessungen der Punktelektroden und folglich der Pixel von der gewünschten Anwendung ab.
  • Diese Punktelektroden haben in der Radiographie, der Tomographie oder Mammographie Abmessungen von typisch 100x100µm² oder 80x80µm² und sind durch einen Abstand von 20µm getrennt.
  • Die IC-Chips loa-lod umfassen jeder eine Zeilen und Spalten bildende Leseschaltung 16.
  • Die Anzahl der IC-Chips ist gleich der Anzahl Detektoren und diese Anzahl hängt ab von der vorgesehenen Anwendung. Außerdem sind die Abmessungen der Chips und der Detektoren in der zu den Austrittsseiten der Detektoren parallelen xy-Ebene identisch.
  • Insbesondere umfaßt jeder Detektor und jeder Chip in der xy-Ebene eine Fläche von 1,5x1,5cm². Außerdem sind die Abmessungen der Punktelektroden 14 in der xy-Ebene identisch mit denen der Leseschaltungen 16.
  • Die Verbindung zwischen jeder Punktelektrode 14 und zwischen der Kontaktstelle 19 jeder Leseschaltung 16 wird gewährleistet durch eine Indiumkugel 20.
  • In Figur 1c ist das Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Detektor-Chip-Anordnung dargestellt, das insbesondere die Versorgungs- und Steuerungsaußenverbindungen und die Ausgangsverbindung zeigt.
  • Jedes Pixel eines Detektors wird durch einen Kondensator 22 gebildet, dessen Belegungen die Elektroden 12 und 14 sind, wobei die Elektrode 12 am Potential der Masse liegt. Dieser Kondensator 22 ist über eine Indiumkugel 20 mit einem Verstärker 24 und dann mit einem Schalter 26 verbunden, gebildet durch einen Transistor des MOS-Typs zum Lesen des Pixels.
  • Diese Schalter 26 werden nacheinander durch die sequentielle Adressierschaltung 28 (Fernablese- bzw. Fernanzeigerschaltung genannt) aktiviert. Die Schaltung 28 adressiert also nacheinander alle Detektionspixel durch Erzeugung ihrer Adressen aufgrund eines externen Taktes H.
  • Die Adressierschaltung 28 ist auch mit einer äußeren Stromquelle verbunden, die eine elektrische Versorgungsspannung Vdd, bezogen auf die Masse oder feste Bezugsspannung Vss, liefert. Außerdem ist diese Schaltung 28 mit einer externen Lese- initialisierungsschaltung verbunden, die ein Signal Raz liefert.
  • Außerdem liefert jeder Transistor 26 nach seiner Adressierung ein für die bei dem entsprechenden Pixel eintreffende ionisierende Strahlung spezifisches Ausgangssignal Vout.
  • Das erzeuqte Videosignal (oder eine Folge von Signalen Vout) wird in einer äußeren Datenverarbeitungs- und -speichervorrichtung des Mikroprozessortyps verarbeitet.
  • Der Gegenstand der Erfindung betrifft nicht die Funktionalität oder Anordnung dieser verschiedenen Komponenten 24, 26 und 28 in jedem Chip, sondern die Art der Verbindung dieser Chips mit den Signalen Versorgung Vdd, Takt H, Lese- initialisierung Raz, sowie die Verbindung dieser Chips mit der Masse über die als Verbindungsträger dienenden Detektoren.
  • Die Erfindung erstreckt sich auch auf die Art, den spezifischen Ausgang Vout jedes Chips mit der externen Verarbeitungs- und Speicherschaltung zu verbinden.
  • Um jeden Chip 10a-10d nach außen mit jeweils der Stromquelle, der Masse, der Initialisierungsschaltung, dem Takt und der Verarbeitungsvorrichtung zu verbinden, schlägt die Erfindung die Herstellung von zusätzlichen Metallstreifen 30a, 30b, 30c, 30d auf der Oberfläche jedes Chips vor, wie dargestellt in den Figuren 1a, 1b und 2. In Figur 2 stellt das Bezugszeichen 32 die End-Passivierungsschicht des Chips aus Silicium dar, die in bezug auf die vorhergehende Technik Öffnungen 33 gegenüber zusätzlichen Metallisierungen 30a-30d der Chips umfaßt.
  • Ebenso umfassen die Austrittsseiten jedes Detektors 2a- 2f zusätzliche Metallstreifen 34a, 34b, 34c, 34d, 34e, die den Metallstreifen 30a-30d der Chips gegenüberstehen. Wie bei den Metallisierungen 30a-30d der Chips sind die Metallisierungen 34a- 34e der Detektoren mit einer Passivierungsschicht 38 aus Silicium überzogen, ausgestattet mit Öffnungen 40 gegenüber Metallisierungen 34a-34e.
  • Die Metallisierungen 30a-30d und 34a-33e werden z.B. aus Aluminium auf 1µm Dicke hergestellt.
  • Erfindungsgemäß wird die Verbindung dieser Streifen 30a-30d mit den Streifen 34a-34e durch Indium-Mikrokugeln 36 gewährleistet, wie die Verbindung der Punktelektroden 14 mit den Kontaktstellen 19 der Transistoren 24 der Leseschaltungen.
  • Nach einer ersten Ausführungsvariante, dargestellt in Figur 2, sind die auf jedem Detektor gebildeten Metallisierungen 34a-34e elektrisch von den Punktelektroden 14 durch isolierende Streifen 42 mit größeren Oberf lächenabmessungen als diejenigen der Metallisierungen 34a-34e isoliert. Diese isolierenden Streifen 42 sind insbesondere aus Polyimid von 5µm Dicke.
  • Wie dargestellt in den Figuren 1a und 1b und erfindungsgemäß sind die Chips 10a-10d in bezug auf die Detektoren um ungefähr eine Teilung versetzt, z.B. in x-Richtung oder, wie dargestellt in Figur 3, in x- und y-Richtung. Jeder Chip steht also partiell zwei oder vier Detektoren gegenüber; der Chip 10a steht z.B. den Detektoren 2a, 2b gegenüber (Figuren 1a, 1b) und eventuell auch den Detektoren 2d, 2e (Figur 3).
  • Erfindungsgemäß sind die Detektoren 2a-2f miteinander verbunden durch elektrische Verbindungen, die an die Metallisierungen 34a-34d angeschlossen sind, und die Chips 10a-10d sind elektrisch miteinander verbunden durch elektrische Verbindungen, die an die Metallisierungen 30c, 30d angeschlossen sind, so daß die Eingangssignale (Vdd, Vss, Raz, H) seitlich in die Bildaufnehmereinheit eingespeist werden und auch die Ausgangssignale Vout auf einer der Seiten des Bildaufnehmers gewonnen werden.
  • Erfindungsgemäß bestehen die elektrischen Verbindungen zwischen zwei aufeinanderfolgende Detektoren aus Metallisierungen, ausgebildet auf dem Chip, der den Rändern dieser beiden zu verbindenen Detektoren gegenübersteht (s. Figur 1b) und aus Mikrokugeln 36, die die Metallisierungen dieses Chips mit den Metallisierungen dieser Detektoren verbinden.
  • Beispielsweise ist die Metallisierung 30a des Chips 10a mit den peripheren Metallisierungen 34a und 34b der Detektoren 2a und 2b über die Kugeln 36, verbunden, wodurch die Zwischenverbindung dieser beiden Detektoren sichergestellt ist.
  • Parallel dazu werden die Verbindungen zwischen zwei aufeinanderfolgende Chips mit Hilfe der auf demjenigen Detektor ausgebildeten Metallisierungen hergestellt, der den jeweiligen Rändern der beiden zu verbindenden Chips gegenübersteht, und über die diesen Metallisierungen gegenüberstehenden Mikrokugeln 36. Beispielsweise (Figur 1b) sichert die Metallisierung 34e des Detektors 2b die Verbindung der Metallisierungen 30c und 30d jeweils der Chips 10a und 10b über die gegenüberstehenden Indiumkugeln 36 und folglich die Zwischenverbindung der Chips 10a und 10b.
  • In Figur A ist ein Ausführungsvariante der Metallisierungen 34a-34e der Ausgangsseite der Detektoren dargestellt, die insbesondere ermöglicht, die Punktelektroden 14 von diesen Elektroden zu entkoppeln. Zu diesem Zweck verwendet man beiderseits jeder Metallisierung 34a, 34e zwei leitende Streifen 44 und 46 und eine zwischen den Elektrodenisolator 42 und die Metallisierungen 34a, 34e, 44 und 46 eingefügte Metallisierung 48. Der Metallisierungsstreifen 48 ist außerdem von den Metallisierungen 34a, 34e, 44 und 46 durch einen Isolator 50 z.B. aus Polyimid isoliert.
  • Die Metallisierungen 44 und 46 werden gleichzeitig mit den Metallisierungen 34a, 34e in derselben Aluminiumschicht hergestellt. Die Schicht 48 wird durch Ätzen einer Aluminiumschicht von 1µm Dicke gebildet und dient als Abschirmung zwischen den Punktelektroden 14 und den Metallisierungen 34a, 34e. Um diesen seitlichen Abschirmungseffekt zu vervollständigen, werden die Metallisierungen 44 und 46 mit der Masse oder einem festen Potential verbunden.
  • In Figur 5 ist eine andere Ausführungsvariante der Metallisierungen der Austrittsseite der Detektoren für ihre Zwischenverbindung dargestellt. Bei dieser Variante werden die Metallisierungen, z.B. 34a, 34e, durch Punktelektroden gebildet. Diese Lösung hat den Nachteil, daß Punktelektroden an Stellen wegfallen, die für die Zwischenverbindungsmetallisierungen der Detektoren und der Chips bestimmt sind. Hingegen ist diese Lösung sehr viel einfacher auszuführen als jene, die in den Figuren 2 und 4 dargestellt ist.
  • Die Versorgungssignale Vdd, die Masse Vss, die Lese- initialisierungssignale Raz und der Takt H werden simultan und parallel an alle Chips 10a- 10d gesandt. Diese Signale werden also in gemeinsame Verbindungen aller Chips eingespeist. Hingegen ist das Ausgangssignel Vout für jeden Chip 10a-10d spezifisch.
  • Hinsichtlich einer Radiographie ist es notwendig, die durch jeden Chip gelieferten Vout -Signale zu individualisieren. Dazu ist es möglich, jeden Chip derart zu personalisieren, daß das Vout-Signal jedes Chips an einer anderen Stelle austritt. Dies zwingt zu einer Personalisierung jedes Chips zum Zeitpunkt der Herstellung, was einer Serienherstellung entgegensteht und den Bildaufnehmer etwas kompliziert.
  • Die Erfindung schlägt auch eine neuartige Verbindung der verschiedenen Ausgänge vor, damit die Ausgangssignale Vout der verschiedenen Chips des Bildaufnehmers alle parallel auf derselben Seite des Bildaufnehmers austreten, dargestellt in Figur 6.
  • In dieser Figur wurden vier Chips (n=4) 10&sub1;, 10&sub2;, 10&sub3;, 10&sub4; von ein und derselben Zeile der Chip-Matrix dargestellt, in x- Richtung versetzt in bezug auf die Detektoren 2&sub1;, 2&sub2;, 2&sub3;, 2&sub4; von ein und derselben Zeile der Detektoren-Matrix. Jeder Chip 10i (mit i von 1 bis 4 gehend) umfaßt vier zusätzliche Metallisierungen 34&sub1;, 34&sub2;, 34&sub3; und 34&sub4; (in dünnen Strichen dargestellt). Ebenso umfaßt jeder Detektor 2i zusätzliche Metallisierungen 34&sub1;, 34&sub2;, 34&sub3; 34&sub4;, dargestellt in Form von Streifen.
  • Erfindungsgemäß ist das Ausgangsende der Metallisierung 30i jedes Chips 10i mit dem Eingangsende der Metallisierung 30i+1 des nachfolgenden Chips 10i+1 verbunden, über die Metallisierung 34i, ausgebildet auf dem Detektor 2i und den beiden aufeinanderfolgenden Chips 10i und 10i+1 gegenüberstehend, wobei die Verbindung wie vorhergehend mit Hilfe von Mikrokugeln erfolgt.
  • Das Ausgangsende der Metallisierung 30&sub2; des Chips 10&sub1; also ist z.B. mit dem Eingangsende der Metallisierung 30&sub3; des Chips 10&sub2; verbunden, über die Metallisierung 34&sub2;, ausgebildet auf dem den Chips 10&sub1; und 10&sub2; gegenüberstehenden Detektor 2&sub1;, und mit Hilfe der diesen Metallisierungen gegenüberstehenden Mikrokugeln.
  • Der Ausgang 30&sub4; des Chips 10&sub4; liefert also das von dem Chip 10&sub1; stammende Vout-Signal. Ebenso liefert der Ausgang der Metallisierung 30&sub3; des Chips 10&sub4; das von dem Chip 10&sub2; stammende Vout-Signal und der Ausgang der Metallisierung 30&sub1; des Chips 10&sub4; das von dem Chip 10&sub4; stammende Vout-Signal.
  • Diese Verbindungsmethode ermöglicht die Herstellung von identischen Chips mit ihrem die Spannung Vout liefernden Kontaktloch an der gleichen Stelle, was ihre Herstellung erleichtert. Diese Individualisierung der Ausgangssignale ist möglich aufgrund der Technik der Mikrokugeln, der Versetzung der Detektoren in bezug auf die Chips um eine Teilung und der Benutzung von jeweils den Detektoren als Metallisierungsträger zwischen den Chips und ihrer Verbindung über Mikrokugeln, und der Chips als Metallisierungsträger zwischen den Detektoren zu ihrer Verbindung, über die Mikrokugeln.
  • Anstatt die Metallisierungen 30i der Chips in x- Richtung auszuführen und die Metall isierungen 34i der Detektoren schräg auszuführen (Figur 6), ist es möglich, die Metallisierungen 34i parallel zu der x-Richtung auszuführen und in diesem Fall die Metallisierungen 30i der Chips schräg auszurichten.
  • Im Falle eines Mundhöhlen-Dentalbildaufnehmers kann die Detektoren-Chip-Einheit der integrierten Schaltung in einem dichten, elektrisch isolierenden Gehäuse mit einem Fenster untergebracht werden, dessen Material für Röntgenstrahlen durchlässig ist.

Claims (14)

1. Bildaufnehmer einer Strahlung (8), umfassend:
- flache Detektionseinrichtungen (2a-2f), fähig die Strahlung in elektrische Ladung umzuwandeln, eine Eintrittsseite zur Aufnahme der Strahlung und eine der Eintrittsseite entgegengesetzte Austrittsseite umfassend, wobei die Eintrittsseite eine gemeinsame Elektrode (12) aufweist und die Austrittsseite ein Mosaik aus Punktelektroden (14) trägt, um die elektrischen Ladungen zu sammeln;
- Einrichtungen (10a-10d) zum Aufnehmen der durch die Punktelektroden (14) gesammelten elektrischen Ladungen, eine ebene, mit elektrischen Kontaktstellen (19) versehene Fläche bzw. Seite aufweisend, der Austrittsseite der Detektionseinrichtungen gegenüberstehend, wobei jede elektrische Kontaktstelle (19) einer entsprechenden Punktelektrode (14) gegenübersteht und mit dieser Punktelektrode durch eine Hybridisierungstechnik verbunden ist;
dadurch gekennzeichnet
- daß die Detektionseinrichtungen gebildet werden durch einen Detektor oder mehrere Rand an Rand zusammengesetzte Detektoren (2a-2f),
- daß die Einrichtungen zum Aufnehmen der elektrischen Ladungen durch IC-Chips (10a-10d) gebildet werden, wobei jeder Chip ein Mosaik aus Leseschaltungen (16) und eine mit den Leseschaltungen verbundene Adressierschaltung (28) umfaßt und jede elektrische Kontaktstelle (19) mit einer entsprechenden Leseschaltung (16) verbunden ist;
- daß metallische Streifen (30a-30d) auf der ebenen Fläche bzw. Seite der IC-Chips vorgesehen sind, um elektrische Verbindungen zwischen den Lese- und Adressierschaltungen und externen Versorgungs-, Steuer- und Verarbeitungsschaltungen der durch die integrierten Schaltungen gelieferten Ausgangssignale sicherzustellen;
- daß metallische Streifen (34a-34e) verteilt sind auf der Austrittsseite des Detektors (der Detektoren) (2a-2f) ohne elektrischen Kontakt mit den Punktelektroden (14);
- daß die metallischen Streifen (30a-30d) der IC-Chips den metallischen Streifen des Detektors (der Detektoren) gegenüberstehend angeordnet sind, wobei die Kontinuität jeder elektrischen Verbindung über Mikrokugeln (36) sichergestellt ist, die in hybrider Weise die dieser Verbindung entsprechenden und auf der planen bzw. ebenen Seite der Chips (10a-10d) befindlichen metallischen Streifen (30a-30d) verbinden mit den dieser Verbindung entsprechenden und auf der Austrittsseite des Detektors (der Detektoren) (2a-2f) befindlichen metallischen Streifen (34a- 34e).
2. Bildaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Isolierschicht (42) jeden metallischen Streifen (34a) auf der Austrittsseite der Detektionseinrichtungen (2a) von den benachbarten Punktelektroden (14) trennt.
3. Bildaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der (die) Detektor(en), befähigt die Strahlung in elektrische Ladungen umzuwandeln, aus einem massiven Halbleitermaterial besteht (bestehen).
4. Bildaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Abschirmung zwischen diesen metallischen Streifen (34a) und den Punktelektroden (14) dienender Metallisationsstreifen (48) eingefügt wird zwischen die elektrische Isolierschicht (42) und die metallischen Streifen (34) und von den metallischen Streifen (34) isoliert wird durch ein Isoliermaterial (50).
5. Bildaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere Rand an Rand zusammengesetzte Detektoren (2a-2f) umfaßt, angeordnet in Form von Zeilen und Spalten einer ersten Matrix, und mehrere IC-Chips (10a-10d), Rand an Rand zusammengesetzt und Zeilen und Spalten einer zweiten, der ersten gegenüberstehenden Matrix bildend.
6. Bildaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Chips dieselben sind wie die des Detektors oder der Detektoren.
7. Bildaufnehmer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die IC-Chips (10i) derart versetzt sind, daß sie wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Detektoren (2i,2i+1) partiell gegenüberstehen.
8. Bildaufnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede elektrische Verbindung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Chips sichergestellt wird durch einen metallischen Streifen (34e, 34i), ausgebildet auf dem Detektor, den Rändern dieser beiden aufeinanderfolgenden Chips partiell gegenüberstehend, und durch Mikrokugeln (36), welche die metallischen Streifen (30a-30d) der Chips mit dem metallischen Streifen (34e, 34i) des Detektors verbinden.
9. Bildaufnehmer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede elektrische Verbindung zwischen den metallischen Streifen (34a-d, 34i) von zwei aufeinanderfolgenden Detektoren sichergestellt wird durch einen metallischen Streifen (30a-30d, 30i), ausgebildet auf dem IC-Chip, diesen beiden aufeinanderfolgenden Detektoren partiell gegenüberstehend, und durch Mikrokugeln (36).
10. Bildaufnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er n Chips (10&sub1;-10&sub4;) in ein und derselben Zeile der zweiten Matrix umfaßt und n spezifische Metallstreifen (30i) auf der ebenen Fläche jedes der von 1 bis n numerierten Chips, um die spezifischen Ausgangssignale (Vout) dieser n Chips nach einer bzw. derselben Seite des Bildaufnehmers zu leiten, wobei diese Metallstreifen in bezug auf eben diese Seite des Bildaufnehmers einen Eingang und einen Ausgang umfassen und das Ausgangsende des 1.Metallstreifens eines bestimmten Chips mit dem Eingangsende des (i+1) .Metallstreifens des nachfolgenden Chips, mit 1< i< n, wobei i und n ganze Zahlen sind mit n&ge;2, verbunden ist dank eines zusätzlichen Metallstreifens (34&sub1;-34&sub4;), vorgesehen auf der Austrittsseite des Detektors (21-24), diesen Chips gegenüberstehend, und dank Mikrokugeln, die eine Verbindung der hybriden Art herstellen zwischen spezifischem Chip-Metallstreifen und zusätzlichem Detektor-Metallstreifen.
11. Bildaufnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial eine mittlere Atomnummer bzw. Ordnungszahl höher als 30 aufweist.
12. Bildaüfnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial ausgewählt wird unter Silicium, Galliumarsenid, Cadmiumtellurid oder Quecksilber(II)-Iodid von hoher Resistivität.
13. Anwendung des Bildaufnehmers nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem in die Mundhöhle einführbaren, eine Röntgenstrahlung benutz enden Zahnbildaufnahme-Apparat.
14. Anwendung des Bildaufnehmers nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem eine Röntgenstrahlung benutzenden Mammographie- Appart.
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