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混合像素光子計數探測器（HPC）的基本結構和原理

以下內容由北京(jing)泰坤工業設(she)備(bei)有限(xian)公司整(zheng)理發布，歡迎交流(liu)。

混合像素光子(zi)計數探(tan)測(ce)器（HPC）是(shi)結合了CMOS技術(shu)和光子(zi)計數技術(shu)的(de)(de)一種新(xin)型探(tan)測(ce)器，可以實現對(dui)X射線的(de)(de)直接(jie)、高(gao)效率(lv)探(tan)測(ce)，同時可以保持較高(gao)的(de)(de)幀率(lv)。相對(dui)于(yu)傳(chuan)統間接(jie)探(tan)測(ce)和積分型探(tan)測(ce)器有更好的(de)(de)點擴(kuo)散函數。

HPC基本結構、工作原理和三種工作模式

為什(shen)么叫混合(he)像(xiang)素(su)光子計數探測器？

HPC = Hybrid Photon Counting

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

    =混合像素（或微帶）+單光子計數

混(hun)合像(xiang)素光子計數探測器的結構(gou)：

混合像素光子計數器總體上可分為2層：

l  感(gan)光(guang)像(xiang)素（Pixelated sensor）

l  讀出像素（CMOS ASIC）

感光(guang)像(xiang)素和讀出像(xiang)素采用倒(dao)裝法，通過銦球(qiu)焊(han)(han)接(jie)粘合(he)在一(yi)(yi)起，一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)銦球(qiu)對(dui)應一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)像(xiang)素，即通過焊(han)(han)接(jie)球(qiu)實現像(xiang)素化。每個(ge)(ge)(ge)像(xiang)素對(dui)應讀出芯片的一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)處理單元。

工作原理：

每個像素相當于(yu)一個探測器，其讀出電子學包(bao)括(kuo)放大器、閥值比較器、計數器、設置和讀出電路。

光(guang)子(zi)打在感光(guang)像素上，生(sheng)成(cheng)電(dian)(dian)子(zi)-空穴對，電(dian)(dian)子(zi)或(huo)空穴被鄰(lin)近的(de)像素電(dian)(dian)極收集，經(jing)放(fang)大(da)(da)器(qi)（通(tong)常是電(dian)(dian)荷靈敏放(fang)大(da)(da)器(qi)）放(fang)大(da)(da)后，送入比較器(qi)。如信(xin)號(hao)幅度大(da)(da)于給(gei)定的(de)閥值(zhi)（外部(bu)輸入），像素計(ji)數器(qi)就(jiu)增加(jia)一個計(ji)數。

混合像素光(guang)(guang)子(zi)計數(shu)探測(ce)(ce)器(qi)是(shi)利用(yong)半導體材料(liao)的(de)光(guang)(guang)電(dian)效應來接(jie)收(shou)(shou)和探測(ce)(ce)光(guang)(guang)信號。感光(guang)(guang)像素通過吸收(shou)(shou)光(guang)(guang)子(zi)產(chan)生電(dian)子(zi)-空(kong)穴對，電(dian)子(zi)-空(kong)穴對的(de)數(shu)量(liang)正(zheng)(zheng)比于入射光(guang)(guang)子(zi)的(de)能量(liang)，因此放大器(qi)輸(shu)出的(de)信號脈沖(chong)幅度也正(zheng)(zheng)比于光(guang)(guang)子(zi)能量(liang)。從(cong)而在外電(dian)路(lu)產(chan)生與(yu)入射光(guang)(guang)強度成正(zheng)(zheng)比的(de)光(guang)(guang)電(dian)流(liu)(liu)以(yi)方便測(ce)(ce)量(liang)入射光(guang)(guang)。因此，比較器(qi)閥值水平與(yu)光(guang)(guang)子(zi)能量(liang)直接(jie)相(xiang)關(guan)。如從(cong)小(xiao)到(dao)(dao)大（或從(cong)大到(dao)(dao)小(xiao)）改變比較器(qi)閥值，進行多(duo)次測(ce)(ce)量(liang)，就可以(yi)得(de)(de)到(dao)(dao)不同能量(liang)水平的(de)光(guang)(guang)子(zi)流(liu)(liu)率。再(zai)用(yong)數(shu)學(xue)方法處理，可以(yi)得(de)(de)到(dao)(dao)不同能量(liang)的(de)光(guang)(guang)子(zi)流(liu)(liu)率和能譜(pu)。

根據不(bu)同能量(liang)范(fan)圍和(he)不(bu)同輻射類型(xing)，可(ke)采(cai)用不(bu)同的半(ban)導(dao)體材料，如Si、CdTe、CdZnTe、GaAs等(deng)。