CN110068393A - 一种用于光电探测成像的位敏阳极及位敏阳极探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光电探测、成像领域，具体涉及一种用于光电探测成像的位敏阳极及位敏阳极探测器。位敏阳极包括衬底、电荷收集极、金属阳极及连接导线；衬底由介电材料制成，电荷收集极位于衬底输入面之上且与衬底输入面紧贴；金属阳极包括以p×q阵列排列的独立金属阳极单元，其中p，q均为整数，且p≥q，位于衬底输入面下方且与衬底输入面相隔一定距离，使金属阳极与电荷收集极形成电容耦合，将电荷收集极收集到的电荷耦合到金属阳极；连接导线包括以p×q阵列排列的独立导线，与金属阳极单元一一对应连接。解决了现有电荷分割型位敏阳极工艺制作难度大、空间分辨率不易提高、不适宜高温烘烤的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于光电探测、成像领域，具体涉及一种用于光电探测成像的位敏阳极及位敏阳极探测器。
背景技术
光子计数成像是对极微弱目标成像的一种技术，它将微弱光信号转换成电信号进行放大，通过具有二维位置分辨的位敏阳极读出，探测到的光子数反映目标信号的强度，位敏阳极的空间分辨率决定图像的分辨。光子计数成像技术在高能物理、核医疗、深空探测、核辐射监测等领域具有重要应用。位敏阳极按解码方式可以分为：阻抗型阳极和电荷分割型阳极。阻抗型阳极根据阳极不同位置处的电极阻抗不同而产生不同的输出信号来实现对探测目标的位置分辨，其空间分辨率受电荷噪声限制。电荷分割型阳极根据阳极不同位置处探测到的电荷量，来求解电荷云团的质心位置。电荷分割型阳极需要通过增加阳极分割的数量来提高空间分辨率，分割密度增加之后，工艺制作难度增大，密封性难以保证。在申请号为201710438625.X的中国专利申请“位敏阳极探测器及其制作方法”中，介绍了电荷分割型阳极，每个分割阳极的信号通过引线穿过绝缘基底引出。当分割阳极数量增多、引线增多之后，在制作位敏阳极探测器过程中，高密度分割的位敏阳极在高温烘烤时容易漏气，破坏探测器的真空环境，导致器件无法使用。并且分割阳极密度增大之后，电荷共享严重，空间分辨率受限。
发明内容
本发明的目的是解决现有电荷分割型位敏阳极工艺制作难度大、空间分辨率不易提高、不适宜高温烘烤的缺陷，提供一种高温烘烤不会漏气、易于提高空间分辨率的位敏阳极及具有该位敏阳极的探测器。
本发明的技术解决方案是提供一种用于光电探测成像的位敏阳极，其特殊之处在于：包括衬底、电荷收集极、金属阳极及连接导线；
上述衬底由介电材料制成，包括衬底输入面与衬底输出面；
上述电荷收集极位于衬底输入面之上且与衬底输入面紧贴；
上述金属阳极包括以p×q阵列排列的独立金属阳极单元，其中p，q均为整数，且p≥q，位于衬底输入面下方且与衬底输入面相隔一定距离，使金属阳极与电荷收集极形成电容耦合，将电荷收集极收集到的电荷耦合到金属阳极；
上述连接导线包括以p×q阵列排列的独立导线，与金属阳极单元一一对应连接。
进一步地，为了减小了电荷横向扩散范围，降低电荷在相邻阳极单元之间共享，从而提高空间分辨率，上述金属阳极埋于衬底内部，上述连接导线的一端与金属阳极连接，另一端穿过衬底输出面位于衬底输出面之外。
进一步地，上述金属阳极及导线位于衬底输出面下方。
进一步地，上述金属阳极与输出面紧贴。
进一步地，为了将金属阳极及其导线埋于衬底内部，上述衬底为多层陶瓷板叠加而成。
进一步地，上述电荷收集极为具有电阻的薄膜，薄膜面电阻为250kohm/m2—10Mohm/m2。
本发明还提供一种位敏阳极探测器，包括管壳、位于管壳内的光电阴极与电子倍增器，其特殊之处在于：还包括上述的位敏阳极，上述位敏阳极中的电荷收集极及衬底输入面与管壳密封封接，形成真空环境。
进一步地，上述电子倍增器为微通道板、金属通道打拿极、半导体二极管或者雪崩硅光电探测器。
进一步地，上述电子倍增器以一组、上下两组或者多组的方式至于管壳的内部，位于光电阴极和电荷收集极之间。
本发明的有益效果是：
1、本发明以多层陶瓷板作为衬底，在第一层陶瓷板上镀电阻层作为电荷收集极，第一层陶瓷板及电荷收集极能够与探测器件密封封接形成真空环境，且能够承受高温烘烤；阵列金属阳极板及其导线位于真空环境外，阵列阳极板的制作、阵列阳极板与导线焊接及其与陶瓷板焊接不会破坏探测器的真空环境，降低了阵列阳极的制作难度，有利于制作高密度阵列阳极，提高探测器的空间分辨率；
2、将阵列金属阳极板埋入陶瓷板内，减小了电荷横向扩散范围，从而降低相邻阳极板之间的串扰，进一步提高空间分辨率。
附图说明
附图不按比例绘制。在附图中，在每个图示中标出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。
图1为本发明的位敏阳极实施例一的结构示意图；
图2为本发明的位敏阳极实施例二的结构示意图；
图3为本发明的位敏阳极探测器的一个实施例的结构示意图。
图中附图标记为：101-衬底，101a-衬底输入面，101b-衬底输出面，102-电荷收集极，103-金属阳极，103a-金属阳极单元，104-连接导线，104a-导线，201-管壳，202-光电阴极，203-电子倍增器。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图对发明作进一步清楚、完整的说明。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。本发明的位敏阳极可以单独使用，也可以组合用于其他实施例中。
实施例一
参见图1，本实施例位敏阳极包括衬底101、电荷收集极102、金属阳极103及其连接导线104。将衬底101的上表面作为衬底输入面101a，将衬底101的下表面作为衬底输出面101b，本实施例中衬底101的材料为陶瓷，其他实施例中该衬底101的材料可以为任意介电材料。
电荷收集极102为具有电阻的薄膜，镀于衬底输入面101a之上，与输入面101a紧贴；金属阳极103包括以p×q阵列排列的独立金属阳极单元103a，连接导线104包括以p×q阵列排列的独立导线104a，每一个导线焊接在每一个独立金属阳极单元的底部，金属阳极103及连接导线104位于衬底输出面101b的下方，且与衬底输出面101b焊接。
电荷收集极102收集到电荷之后，感应于相应位置处的金属阳极单元，每个金属阳极单元独立输出信号，从而实现对探测信号的位置分辨。
实施例二
参见图2，本实施例位敏阳极包括衬底101、电荷收集极102、金属阳极103及其连接导线104。将衬底101的上表面作为衬底输入面101a，将衬底101的下表面作为衬底输出面101b，本实施例中衬底101的材料为陶瓷，其他实施例中该衬底101的材料可以为任意介电材料。
电荷收集极102为具有电阻的薄膜，镀于衬底输入面101a之上，与输入面101a紧贴；金属阳极103包括以p×q阵列排列的独立金属阳极单元，连接导线104包括以p×q阵列排列的独立导线，每一个导线焊接在每一个独立金属阳极单元的底部。金属阳极103埋于衬底101内部，与衬底输入面101a之间有一定的距离，连接导线104的一端与金属阳极103连接，另一端穿过衬底输出面101b位于衬底输出面101b之外。电荷收集极102收集到电荷之后，感应于相应位置处的金属阳极单元，每个金属阳极单元独立输出信号，从而实现对探测信号的位置分辨。
本实施例中将金属阳极103及其连接导线104埋于陶瓷衬底内，减小了电荷横向扩散范围，从而降低电荷在相邻阳极单元之间共享，从而提高空间分辨率。
实施例三
本实施例以位敏阳极探测器中的位敏阳极一实施例为例，当然也可以是实施例二中的位敏阳极。
参见图3，本实施例位敏阳极探测器包括管壳201、位于管壳内部的光电阴极202与电子倍增器203，及实施例中的位敏阳极，陶瓷衬底101及其表面的电荷收集极102能够与探测器的管壳201进行密封封接，形成真空环境，由于陶瓷衬底是一整片，没有被分割，高温烘烤不会影响其气密性，能承受高温烘烤。在高温制备探测器的光电阴极202时，金属阳极103及其连接导线104位于真空环境外，二者的连接及其与陶瓷衬底的连接不必考虑气密性，这大大降低了其制作难度，从而能够制作高密度阵列阳极，大大提高空间分辨率。在图3的实施例中，待探测的光信号入射至光电阴极202被转换为光电子信号，光电子被加速经过具有位置分辨能力的电子倍增器203被进一步放大，然后被电荷收集极102收集，金属阳极103的相应单元感应到电荷，最后经过连接导线104输出。
其中，电荷收集极102与金属阳极103之间具有电势差；金属阳极103及其连接导线104为等势体；电子倍增器203为微通道板、金属通道打拿极、半导体二极管或者雪崩硅光电探测器，电子倍增器以一组、上下两组或者多组的方式至于所述探测器管壳的内部，位于光电阴极202和电荷收集极102之间。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或期等效范围内的全部变化和改性都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种用于光电探测成像的位敏阳极，其特征在于：包括衬底(101)、电荷收集极(102)、金属阳极(103)及连接导线(104)；
所述衬底(101)由介电材料制成，包括衬底输入面(101a)与衬底输出面(101b)；
所述电荷收集极(102)位于衬底输入面(101a)之上且与衬底输入面(101a)紧贴；
所述金属阳极(103)包括以p×q阵列排列的独立金属阳极单元(103a)，其中p，q均为整数，且p≥q，位于衬底输入面(101a)下方且与衬底输入面(101a)相隔一定距离，使金属阳极(103)与电荷收集极(102)形成电容耦合，将电荷收集极(102)收集到的电荷耦合到金属阳极(103)；
所述连接导线(104)包括以p×q阵列排列的独立导线(104a)，与金属阳极单元(103a)一一对应连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于光电探测成像的位敏阳极，其特征在于：
所述金属阳极(103)埋于衬底(101)内部，所述连接导线(104)的一端与金属阳极(103)连接，另一端穿过衬底输出面(101b)位于衬底输出面(101b)之外。
3.根据权利要求1所述的一种用于光电探测成像的位敏阳极，其特征在于：所述金属阳极(103)及连接导线(104)位于衬底输出面(101b)下方。
4.根据权利要求3所述的一种用于光电探测成像的位敏阳极，其特征在于：所述金属阳极(103)与输出面(101b)紧贴。
5.根据权利要求1所述的一种用于光电探测成像的位敏阳极，其特征在于：所述衬底(101)为多层陶瓷板叠加而成。
6.根据权利要求5所述的一种用于光电探测成像的位敏阳极，其特征在于：所述电荷收集极(102)为具有电阻的薄膜，薄膜面电阻为250kohm/m2—10Mohm/m2。
7.一种位敏阳极探测器，包括管壳(201)、位于管壳(201)内的光电阴极(202)与电子倍增器(203)，其特征在于：还包括权利要求1-6任一所述的位敏阳极，所述位敏阳极中的电荷收集极(102)及衬底输入面(101a)与管壳密封封接，形成真空环境。
8.根据权利要求7所述的位敏阳极探测器，其特征在于：所述电子倍增器(203)为微通道板、金属通道打拿极、半导体二极管或者雪崩硅光电探测器。
9.根据权利要求8所述的位敏阳极探测器，其特征在于：所述电子倍增器以一组、上下两组或者多组的方式至于管壳的内部，位于光电阴极(202)和电荷收集极(102)之间。
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