專利名稱：硅光電倍增器觸發網絡的制作方法
技術領域：
下面涉及光電二極管，并且尤其涉及蓋革模式雪崩光電二極管陣列。它特別應用于在正電子發射斷層攝影(PET)系統、單光子發射計算機斷層攝影(SPECT)系統、光學成像 設備、高能物理以及測量進入的光子的到達時間的其它應用中使用的探測器。
背景技術：
在醫學和其它領域中的各種應用依賴于低水平(low level)光脈沖的探測。PET 系統例如包括在檢查區域附近通常以一般環形或圓環形布置而設置的輻射敏感探測器。探 測指示在檢查區域發生正電子衰變的時間符合的511千電子伏特(keV)伽瑪光子的探測器 包括響應于所接收到的511keV光量子(gamma)而生成(通常在可見光范圍中或者附近的) 較低能量光子突發的閃爍器。每個突發通常包括在大約幾十到幾百納秒(ns)的時間段上 傳播的大約幾百到幾千個光子。在飛行時間(TOF)PET系統中，符合伽瑪光子的相對到達時間可以被用來估計沿 著響應線(LOR)的正電子衰變的位置。對于給定的活動性水平(activity level)和成像 時間，附加的TOF數據一般可以被用來改善重構圖像的質量。傳統地已將光電倍增管(PMT)用于探測由閃爍器產生的光子。然而，PMT是體積 相對較大的基于真空管的器件，不是特別適合于需要高空間分辨率的應用。最近，已引入了 硅光電倍增器(SiPM)。SIPM已包括以多行和多列布置的探測器像素陣列，其中每個像素通 常包括大約幾千個雪崩光電二極管(APD)單元。每個APD單元包括響應于由該單元探測到 的光子而產生觸發輸出信號的光子觸發電路。觸發輸出被提供至生成指示光量子到達時間 的數字時間標記(stamp)數據的時間數字轉換器(TDC)。SiPM可以提供很多優點，包括相對緊湊的尺寸、良好的靈敏性以及良好的空間分 辨率。此外，APD及其相關的熄滅和再充電、觸發、TDC、光子能量測量和其它的相關電路通 常在同一個半導體襯底上制造。見日期為2006年10月26日且名稱為Digital Silicon Photomultiplierfor TOP-PET 的 PCT 公布 WO 2006/111883A2。如上所提到的那樣，來自各種APD單元的觸發信號已被用來觸發TDC。在圖1中說 明了傳統的觸發線體系結構，將會理解的是為了清楚地解釋，已從圖1省略了 APD、熄滅和 再充電電路、讀出邏輯和各個單元和SiPM的其它特征。如所說明的那樣，陣列中的每個單元使用N型場效應晶體管(NFET) 102來產生觸 發輸出信號。陣列的每一列中的單元的NFET 102以線非或(線或非)布置連接到公共觸 發線(CTL) 104，并且各個列的CTL直接并行連接到沿著APD陣列的邊緣延伸的線106。線 106又連接到芯片上TDC 108的輸入端。因為在PET系統的實例情況中位置估計的準確性 取決于由TDC產生的時間標記數據的準確性，所以通常期望改善觸發和作為結果發生的時 間數字轉換過程的準確性和一致性。此外，APD可以產生輸出信號，甚至在不存在所探測的光子的情況下。結果，SiPM 還包括驗證電路，其抑制由暗計數產生的觸發，或者反過來說，接受指示所探測的光子的那些觸發信號。已與時間數字轉換過程并行地執行了驗證。根據這樣的布置，已響應于閃爍突 發的初始光子觸發了 TDC。在觸發TDC之后(例如觸發之后大約約5納米(ns))，已檢查了 驗證電路的輸出。如果計數被認為是暗計數，則APD陣列、觸發線和TDC已分別被再充電和 復位。在一種變形中，如果在驗證時間段中探測到給定數目的N個光子，則TDC已被觸發。盡管對初始光子的觸發通常產生相對準確的定時測量，但是完成驗證和/或復位 過程所需的時間增加了探測器的死時間，因此傾向于限制最大的探測器計數率。這個情形 在傾向于暗計數的APD的情況下會惡化。盡管N型光子觸發可以減小APD暗計數的影響， 但是定時測量的準確性通常不高。本申請的各個方面解決了這些問題和其它問題根據一個方面，一種裝置包括半導體襯底；在所述襯底上制造的多個雪崩光電 二極管；在所述襯底上制造并且在操作中與所述雪崩光電二極管電通信從而產生觸發信號 的多個光子觸發電路；以及在所述襯底上制造的觸發線。以包括第一級和第二級的分級結 構來布置所述觸發線。所述第一級包括從多個觸發電路接收觸發信號的第一觸發線。該裝 置還包括第一轉發器(r印eater)，其從第一級的第一觸發線接收觸發信號。所述第二級包 括從所述第一轉發器接收觸發信號的第一觸發線。根據另一個方面，一種方法包括使用硅光電倍增器的雪崩光電二極管來探測光 子；響應于來自所述雪崩光電二極管的信號生成光子觸發信號；在第一觸發線處接收所述 光子觸發信號；以及經由所述硅光電倍增器的第一轉發器在第二觸發線處從所述第一觸發 線接收觸發信號。根據另一個方面，一種裝置包括半導體襯底；在所述襯底上制造的多個光電傳 感器；在所述襯底上制造的第一觸發線。所述第一觸發線接收響應于來自第一多個光電傳 感器的信號而產生的光子觸發信號。所述裝置還包括在所述襯底上制造的第二觸發線。所 述第二觸發線接收響應于來自第二多個光電傳感器的信號而產生的光子觸發信號。所述裝 置還包括在所述襯底制造上并且在操作中與所述第一和第二觸發線電通信的時間數字轉 換器和光子觸發驗證邏輯的至少一個。根據另一個方面，提供了一種使用裝置的方法，所述裝置包括在半導體襯底上制 造的光電傳感器陣列、在所述襯底上制造的第一觸發線、以及在所述襯底上制造的第二觸 發線。所述第一和第二觸發線的每一個都接收響應于來自光電傳感器的不同子集的信號而 產生的光子觸發信號，并且所述方法包括在第一觸發線處接收光子觸發信號，并且使用在 所述襯底上制造的電路來執行下述各項的至少一個(i)確定光子觸發信號是否被所述第 一觸發線接收，確定光子是否被所述第二觸發線接收，以及使用第一和第二確定步驟的結 果來產生觸發有效信號；以及(ii)執行作為由所述襯底的第三觸發線接收的觸發信號的 函數的時間數字轉換，其中在所述第三觸發線中從所述第一和第二觸發線接收觸發信號。根據另一個方面，一種方法包括響應于來自雪崩光電二極管陣列的雪崩光電二 極管的信號來生成光子觸發信號；根據驗證標準驗證光子觸發信號；改變所述驗證標準； 并重復生成和驗證步驟。根據另一個方面，一種裝置包括雪崩光電二極管陣列，所述光電二極管陣列包括 第一、第二和第三陣列部分。所述第一和第二部分相對于所述第一和第三部分更傾向于串 擾。所述裝置還包括驗證來自所述陣列的信號的信號驗證器。信號包括由陣列的光電二極管探測到的光子產生的有效信號以及由串擾產生的信號。驗證器使用來自第一和第三部分 的信號來產生第一組驗證信號以及使用來自第二部分的信號來產生第二組驗證信號。該布 置減少了第一和第二陣列部分之間的串擾效應。根據對下面詳細描述的閱讀和理解，本領域技術人員將會認識到本發明的其它方面。
本發明可以采用各種部件以及部件的布置的形式以及和各種步驟和步驟的布置 的形式。附圖僅為了說明優選實施例的目的并且不應該被解釋為限制本發明。圖1描繪現有技術的觸發線體系結構；圖2描繪成像系統；圖3是分級的觸發線體系結構；圖4描繪硅光電倍增器的觸發線；圖5描繪蝶形結構；圖6描繪驗證電路；以及圖7描繪方法。
具體實施例方式參考圖2，實例成像系統200包括一個或多個輻射敏感探測器202、數據采集系統 203、圖像生成器204和操作員接口 206。輻射敏感探測器202包括一個或多個SiPM 208"，其產生指示由探測器接收的輻 射的能量、到達時間、位置和/或其它特性的輸出數據。可以提供波長移動器210(例如閃爍 器)以便將入射輻射的(一個或多個)波長移動成與(一個或多個)敏感波長或例如PET 系統情況下的SiPM 208更密切地匹配。如將在下面詳細描述的那樣，SiPM 208包括低時 間偏斜(temporal skew)光子觸發網絡212、可配置的光子驗證電路214以及在操作中與觸 發網絡212和驗證電路214電通信的TDC216。來自探測器202的信號被數據采集系統203接收，所述數據采集系統203產生指示所探測的輻射的數據。此外，在PET系統的實例情況下，數據采集系統204產生指示由各 種SiPM接收的時間符合的光子的投影數據。在系統包括飛行時間能力的情況下，飛行時間 確定器使用由各種SiPM 208接收的符合511keV光量子的相對到達時間，以便產生飛行時 間數據。圖像生成器204使用來自采集系統204的數據以便產生指示所探測的輻射的(一 個或多個)圖像或其它數據。此外，在PET系統的實例中，圖像生成器204包括重構投影數 據以形成測容積的或圖像空間數據的迭代的或其它重構器。用戶經由操作員接口 206與系統200交互，例如以便控制系統200的操作、查看或 另外操縱來自圖像生成器204的數據、配置可配置的驗證電路214等等。暫時返回到圖1，各種單元和TDC 108之間的空間距離以及進而線長度作為陣列 中單元的位置的函數而改變。根據分布式電阻-電容(RC)模型，沿著電線的傳播延遲按照 線長度的二次方而增加
等式1 t = k I2其中t是傳播延遲、k體現分布的電阻和電容，且1是線的長度。因此，由處于陣列中的不同位置的單元生成的觸發信號經歷不同的傳播延遲。例 如，由位于離TDC 108相對較遠的單元110生成的觸發信號將展現比由較靠近TDC 108而 定位的單元112生成的觸發信號更長的傳播延遲。傳播延遲時間的差異在所測量的光子到 達時間中引入時間偏斜。隨著陣列的尺寸而增加的偏斜損害光子到達時間測量的準確性。圖3說明了 SiPM 208的典型探測器像素的光子觸發網絡，將會理解SiPM 208 一 般包括多個相似配置的探測器像素。如所說明的那樣，觸發網絡包括分級的樹狀結構觸發 線體系結構，在該分級的樹狀結構觸發線體系結構中，以三個(3)級來組織觸發線較低級 或段觸發線(STL)302、中間觸發線(ITL) 304、以及較高級或主觸發線(MTL)306。SiPM 208包括多個APD單元308，在半導體襯底301上制造所述SiPM 208的部 件。響應于所探測的光子而生成輸出信號的單元308包括電路，例如偏置成處于蓋革模式 的APD 310、讀出電路316、熄滅和復位電路314以及光子觸發電路312，所述光子觸發電路 312包括以線或非或其它適當布置連接到段觸發線302的NFET或其它有源半導體器件。本領域普通技術人員將會理解，單元308通常包括各種數據和其它輸入和輸出， 并且SiPM包括各種光子計數電路、能量測量電路以及為了清楚地解釋已從圖2中省略的其 它電路。在上面提到的PCT公布PCT 2006/111883A2和2007年6月25日提交且名稱為 PhotodiodeSelf-Test的美國專利申請序列號No. 60/945, 998中更詳細地描述了單元308 和SiPM 208的這些和其它特征的實例，所述公布和申請的全文清楚地在此引作參考。繼續參考圖3，段觸發線302從一個或多個APD單元308接收觸發信號。中間觸發 線304經由(一個或多個)轉發器318從一個或多個段觸發線接收觸發信號，并且主觸發 線306經由(一個或多個)轉發器320從一個或多個中間觸發線304接收觸發信號。主觸 發線306被用來或者直接或者通過驗證或其它邏輯324來觸發TDC 322，將在下面詳細描述 其連接和操作。對于處于層級的每一級的實例觸發線，如圖3通常所示，各種觸發線302、304、306 被連接到適當的預充電器或上拉電路326，將會理解觸發線網絡的每個觸發線通常被連接 到單獨的預充電器或上拉電路326。轉發器318、320優選地包括一個或多個NFET或其它半 導體開關。在一個實施方式中，NFET被配置成處于漏極開路配置，其中它們的漏極以線或非 布置連接到較高級觸發線。取決于在轉發器318、320各自的輸入端處接收到的信號的數目 和性質，該轉發器318、320還可以包括反相器或其它邏輯，將在下面更詳細地討論其實例。對于給定的單元308-TDC 322的距離，與圖1的布置相比，在單元308和TDC 322 之間插入一個或多個轉發器318、320傾向于減小單個觸發線202、204、206的長度，其中減 小的程度取決于例如下面的因素轉發器318、320的數目和放置、各種線302、304、306的路 線選擇、它們的電阻和電容等等。除了減小各種線(經歷由轉發器318、320引入的延遲) 中的整體傳播延遲之外，還可以減小傳播延遲中的變化，尤其在根據I2考慮到由等式1的 分布RC模型假定的延遲相關性的時候。此外，在電氣上和/或物理上對稱的觸發線302、 304、306布置可以被用來提供沿著層級的一個或多個級處的觸發線的相似傳播延遲。現在轉到圖4，將關于SiPM像素來描述實例觸發線體系結構，所述SiPM像素包括 被布置在具有邊界或周界400的陣列中的多個APD單元。為了本實例的目的假定，陣列的單元通常以N個行414^和M個列416^來布置。盡管針對兩個⑵實例列416m和416m+1 示出了觸發線302、304，但是相似地布置了其它列的觸發線。
為了觸發線布置的目的，每個列416被分成K個段418m.κ，其中每個段包括段 觸發線302。段觸發線302經由轉發器318連接到在列416m、416m+1之間延伸的中間觸發線 304。該中間觸發線304接著又經由轉發器320連接到主觸發線306。如在圖4中所說明的那樣，主觸發線306在周界400外面延伸，并且通常沿著陣列 的邊緣延伸。可替換地，主觸發線306可以位于陣列的中心或者另外位于陣列的期望行414 之間。這樣的布置開發了陣列結構的物理對稱性，并由此進一步減小了由中間觸發線304 引入的傳播延遲的變化。另外參考圖5，相鄰列和段的段觸發線302基本上形成了在空間上對稱的蝶形結 構502。在所說明的實施例中，每個中間觸發線304連接到K/2蝶形結構502。如所說明的那樣，蝶形結構502包括四個(4)段觸發線302h。L = Ν/Κ APD個單 元308^的觸發輸出端經由NFET 504以線或非布置連接到每個段觸發線302"。段觸發線 302連接到與非(NAND)門512的輸入端。NAND門512的輸出端接著又連接到NFET 504的 柵極，其漏極以線或非布置連接到中間觸發線304。可以看出，段觸發線302η和所連接的單元308基本上關于轉發器318和中間觸 發線304在空間上對稱，并且NFET 504基本上在相同的位置處連接到中間觸發線304。如 將會認識到的那樣，沿著段觸發線302的長度的傳播延遲將基本上相似；當通過TDC 322測 量時，由連接到蝶形結構502的單元308生成的觸發信號將同樣傾向于具有基本上相似的 傳播延遲。還設想了其它的轉發器318布置。例如，各種段觸發線302可以連接到單個的四 個(4)輸入NAND門，在這種情況下可以省略其中一個NFET 504。在另一個實例中，各種段 觸發線302可以通過一個或多個NOR門連接到中間觸發線304，在這種情況下可以省略(一 個或多個)NFET 504。在又一個實例中，各種段觸發線302可以通過單獨的NFET 504連接 到中間觸發線304，其中在NFET 504的輸入端處提供合適的反相器以提供正確的邏輯。還 可以提供正負邏輯的其它組合。還可以設想不同于蝶形結構的布置。例如，段觸發線302可以以單個或成對的方 式連接到中間觸發線304。在前面的情況下，每個段觸發線302可以在期望的位置例如通過 專用轉發器318連接到中間觸發線304。在成對連接的實例中，第一 302i和第二 3022段觸 發線可以在第一位置處連接到中間觸發線304，第三3023和第四3024段觸發線可以在第二 位置處連接到中間觸發線，等等。現在轉向圖6，驗證邏輯324的驗證電路602包括多個觸發線群組(grouper) 604 和驗證器606。每個群組604從兩個或更多個中間觸發線304接收觸發信號。盡管圖6說 明了從八個中間觸發線304接收信號的電路602的實例情況，但是將會理解驗證電路602 通常被配置成容納出現在給定探測器像素中的中間觸發線304的數目。尤其在探測器傾向于串擾的場合，向每個群組604提供的中間觸發線304有利地 從APD陣列的非連續區域(例如從非相鄰行、列或其它區)接收觸發信號。如果在觸發時 間窗口期間(例如在PET系統的情況下大約約為5ns)在Q個或更多個群組604的輸入端 處接收到觸發信號，則該每個群組604產生組觸發信號608。如果在觸發時間窗口中從R個或更多個群組604接收到組觸發信號，則驗證器606從各種群組604接收信號并且產生有 效的光子觸發信號610。可以基于在每個群組處接收到的中間觸發線302的數目、群組604的數目以及像 素和/或探測器的期望性能特性來建立Q和R的期望值。如在圖6中所說明的那樣，例如 每個群組604從兩個中間觸發線304接收觸發信號。根據這樣的實施方式，Q可以被設置 成2，在這種情況下群組604可以被認為是執行邏輯與功能。因此，將僅在于至少R個群組 604的兩個輸入端處都接收到觸發信號的情況下，才產生有效的輸出信號610。再次，對于 傾向于串擾的探測器的實例，這樣的實施方式減小了作為這樣的串擾結果而產生有效輸出 信號610的可能性。注意，R的值還可以被用來告知對于驗證的能量閾值，其中R的較高值 傾向于增大能量閾值。像素可以通過與系統200的操作相協調地例如經由驗證邏輯324選擇性地將TDC 322的觸發輸入端連接到驗證電路602的輸出端或主觸發線306來在第一光子觸發模式和 第R-光子觸發模式之間進行改變。另外或可替換地，可以通過在SiPM的操作期間改變Q 和R中的一個或這二者的值來改變觸發模式。在一個這樣的實例中，Q可以被設置成1，在 這種情況下群組604可以被認為是執行邏輯或功能。根據這樣的實施方式，如果在任意R 個輸入觸發線304處接收到觸發信號，則將Q的值從2改變成1將使得驗證器606產生有 效輸出信號610。如果R被設置成1，則驗證電路602響應于由APD陣列探測的第一光子產 生有效輸出信號，從而提供第一光子觸發模式。群組604也可以被省略，在這種情況下，如 果在確切的R個中間觸發線304處接收到觸發信號則將產生有效輸出信號610。可以基于SiPM 208的性能特性、由系統200執行的檢查協議、來自人類用戶的輸 入、溫度值或其它環境參數等等來選擇觸發驗證模式。在一個實例中，SiPM 208的暗計數性能可隨著制造過程中的變化而改變。同時， 各種類型的系統200可以具有不同的暗計數和/或定時需求。因此，SiPM 208可以被分等 級或者另外被選擇來在適合的系統200類型中使用。因此，具有傾向于暗計數的單元308 的SiPM可以被安裝在具有相對不那么嚴格的時間測量需求的系統200中，在這種情況下， 驗證模式通常被設置成處于第R-光子觸發模式，其中R大于1。作為另一個實例，給定SiPM 208的像素可以包括一個或多個傾向于暗計數的單 元308。因此，可以基于像素的測量的暗計數性能以逐個像素(pixel-by-pixel)為基礎改 變驗證模式。還可以以逐個組(group-by-group)為基礎例如通過忽視來自那些從傾向于 暗計數的(一個或多個)單元308接收觸發信號的觸發線的觸發信號來改變驗證模式。在 單獨的單元308可以被禁用或禁止的場合，具有不可接受的性能的那些單元308也可以被 禁用。因此，如果在給定像素中的單元308或單元308的組展現了比第一暗計數率閾值大 的暗計數率，則用于單元308或單元308的組的驗證標準可以增加。如果單元308或單元 308的組的性能超過第二相對較高的閾值，則該受到影響的單元或多個單元308可以被禁 用。在其它實例中，SiPM 208的性能特性可以隨著例如時間和/或溫度的變量而改 變。因此，在將SiPM安裝在給定系統200中之后，可以測量或另外確定性能特性，并且相應 地調整驗證模式。這樣的操作可以例如通過與系統200的安裝和授權(commissioning)或 系統200的周期性或其它服務有關的服務工程師來執行。還可以在所建議的調整的用戶發起的測量或確認之后自動或半自動地調整驗證模式。
在又一個實例中，系統200的性能要求可以隨著由該系統200執行的檢查協議的 變化而變化。例如，第一檢查協議可以關于定時測量的準確性來強調計數率，而第二檢查協 議可以要求相對較低的計數率但具有較高的定時準確性要求。因此，可以基于所確定的協 議需求來選擇驗證模式，例如以逐個SiPM 208、逐個像素、或逐個組為基礎。現在將參考圖7來描述操作。在步驟702中探測一個或多個光子。在步驟704中生成指示所探測的(一個或多個)光子的(一個或多個)光子觸發信號。 在706中，在一個多個段觸發線302處接收(一個或多個)光子觸發信號。在708中，在一個多個中間觸發線304處經由(一個或多個)轉發器318接收(一 個或多個)光子觸發信號。在710處，在主觸發線306處經由(一個或多個)轉發器320接收(一個或多個)
光子觸發信號。在710處執行觸發信號驗證。在SiPM 208包括可配置的觸發驗證電路的場合，根 據所選擇的觸發驗證模式改變驗證邏輯。在步驟712處觸發TDC，并且開始數據采集序列。注意可以在觸發TDC之后或者另 外地在時間上與TDC的觸發并行地執行驗證710。在步驟714處采集指示所探測的(一個或多個)光子的數據。在系統200包括多 個SiPM 208的場合，從各種SiPM采集光子數據并且如期望的那樣對其進行合計或處理。 在TOF PEF系統的情況下，例如，指示時間符合光子的數據被用來產生投影數據，其中相對 到達時間被用來估計沿著LOR的正電子湮滅的位置。在步驟716中處理所采集的數據。在成像系統的情況下，例如，所采集的數據可以 被用來生成指示所探測的輻射的圖像數據。在步驟718中以人可覺察的形式呈現經處理的數據。可以設想變化和替換物。例如可以以具有少于或多于三個級的結構組織各種觸發 線。在這樣的情況下，觸發驗證電路602可以從層級中的期望級(或多個級)接收觸發信號。上面的論述集中于以多個行和列組織的APD陣列。各個行和/或列可以是不規則 的，例如其中一個或多個單元308可以偏移APD節距(pitch) —小部分。此外，將會理解各 個列不需要是垂直的并且行不需要是水平的。因此，例如列可以是水平的并且行可以是垂直的。 SiPM 208可以被用在不同于PET系統并且具有不同于APD的光電探測器的成像以 及非成像系統中。 已參考優選實施例描述了本發明。一旦閱讀并理解了之前詳細的描述，就可以進 行修改和替換。本發明旨在被解釋成包括所有這樣的修改和替換，只要它們落入所附權利 要求或其同等物的范圍內。
權利要求
一種裝置包括半導體襯底(301)；在所述襯底上制造的多個雪崩光電二極管(310)；在所述襯底上制造并且在操作中與所述雪崩光電二極管電通信從而產生觸發信號的多個光子觸發電路(312)；在所述襯底上制造并且以分級結構布置的觸發線(302、304、306)，所述分級結構包括第一級和第二級，其中所述第一級包括從多個所述觸發電路接收觸發信號的第一觸發線(302、304)；從所述第一級的第一觸發線接收觸發信號的第一轉發器(318、320)，其中所述第二級包括從所述第一轉發器接收觸發信號的第一觸發線(304)。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述第二級的第一觸發線從第一多個轉發器接收 觸發信號。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中所述第一級包括第二觸發線，所述第一級的第一 觸發線從所述觸發電路的第一子集接收觸發信號，所述第一級的第二觸發線從所述觸發電 路的第二子集接收觸發信號，所述裝置包括從所述第一級的第二觸發線接收觸發信號的第 二轉發器，并且所述第二級的第一觸發線從所述第一和第二轉發器接收觸發信號。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中所述雪崩光電二極管和光子觸發電路被布置成單 元(308)，所述單元以第一(416J和第二(416m+1)列布置，并且所述第一和第二轉發器在物 理上位于所述第一列和第二列之間。
5.根據權利要求2所述的裝置，其中所述第一多個轉發器包括第一轉發器和第二轉發 器，并且所述第一和第二轉發器的輸出端以線或非布置而連接。
6.根據權利要求2所述的裝置，其中所述分級結構包括第三級，所述第三級包括第一 觸發線(306)，并且所述第三級的第一觸發線從第二多個轉發器(320)接收觸發信號。
7.根據權利要求6所述的裝置，其中所述雪崩光電二極管和觸發電路被布置成形成探 測器像素的單元，所述單元以周界(400)為界限，并且所述第三級的第一觸發線的至少一 部分位于所述周界的內部。
8.根據權利要求1所述的裝置，包括在所述襯底上制造的時間數字轉換器(322)，其中 所述時間數字轉換器包括觸發輸入端，并且其中所述第一級的第一觸發線、第一轉發器和 第二級的第一觸發線形成所述觸發電路和所述觸發輸入端之間的電信號路徑的至少一部 分。
9.根據權利要求1所述的裝置，其中所述第一級包括多個觸發線，其中所述多個觸發 線的每一個觸發線從多個觸發電路接收觸發信號，并且被連接到轉發器的輸入端，并且其 中沿著所述多個觸發線的長度的傳播延遲基本上相等。
10.根據權利要求9所述的裝置，其中所述多個觸發線的長度基本上相等。
11.根據權利要求1所述的裝置，其中所述雪崩光電二極管被布置成單元，所述單元被 布置在包括第一列和第二列的陣列中，并且所述第一級包括以碟形結構(502)布置的從所 述第一列和第二列的單元接收觸發信號的四個觸發線。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中所述第一級包括多個碟形結構。
13.根據權利要求1所述的裝置，包括在所述襯底上制造的觸發驗證邏輯(324)，其中邏輯根據第一第Q-光子驗證模式和第二第R-光子驗證模式來操作，其中R比Q大。
14.根據權利要求1所述的裝置，包括與所述多個雪崩光電二極管光學通信的閃爍器 (210)材料。
15.根據權利要求1所述的裝置，其中所述裝置形成正電子發射斷層攝影系統(200)的 部件。
16.一種方法，包括使用硅光電倍增器(208)的雪崩光電二極管(308)來探測光子；響應于來自所述雪崩光電二極管的信號生成光子觸發信號；在第一觸發線(302)處接收所述光子觸發信號；經由所述硅光電倍增器的第一轉發器(318)在第二觸發線(304)處從所述第一觸發線 接收觸發信號。
17.根據權利要求16所述的方法，包括經由所述硅光電倍增器的第二轉發器(320)在 第三觸發線(306)處從所述第二觸發線接收觸發信號。
18.根據權利要求16所述的方法，其中硅光電倍增器包括時間數字轉換器(322)，所述 方法包括使用時間數字轉換器以根據在所述第二觸發線處接收的觸發信號執行時間數字 轉換。
19.根據權利要求16所述的方法，其中所述硅光電倍增器包括多個雪崩光電二極管， 所述方法包括在第一多個觸發線的每一個處接收指示由所述雪崩光電二極管的子集探測的光子的 光子觸發信號；在第二多個觸發線的每一個處并且經由所述硅倍增器的轉發器從所述第一多個觸發 線的子集接收觸發信號。
20.根據權利要求19所述的方法，其中沿著所述第一多個觸發線的每一個的長度的觸 發信號的傳播延遲基本上相等。
21.根據權利要求16所述的方法，其中所述硅倍增器包括多個雪崩光電二極管，所述 方法包括在第一多個觸發線的每一個處接收響應于由所述雪崩光電二極管的子集產生的信號 而生成的光子觸發信號，其中所生成的光子觸發信號包括響應于所探測的光子并且響應于 暗計數而生成的觸發信號；確定所述第一多個觸發線的至少R個觸發線是否接收到觸發信號；如果所述第一多個觸發線的至少R個觸發線接收到觸發信號，則產生有效光子觸發信 號(610)。
22.根據權利要求21所述的方法，其中R大于或等于2。
23.根據權利要求21所述的方法，包括改變R的值。
24.根據權利要求21所述的方法，包括使用有效光子觸發信號來觸發時間數字轉換。
25.一種裝置，包括半導體襯底(301)；在所述襯底上制造的多個光電傳感器(310)；在所述襯底上制造的第一觸發線(302、304)，其中所述第一觸發線接收響應于來自第一多個光電傳感器的信號而產生的光子觸發信號；在所述襯底上制造的第二觸發線(302、304)，其中所述第二觸發線接收響應于來自第 二多個光電傳感器的信號而產生的光子觸發信號；在所述襯底上制造并且在操作中與所述第一和第二觸發線電通信的時間數字轉換器 (322)和光子觸發驗證邏輯(324)的至少一個。
26.根據權利要求25所述的裝置，包括在所述襯底上制造的第三觸發線(304、306)，其 中所述第三觸發線從所述第一和第二觸發線接收光子觸發信號。
27.根據權利要求25所述的裝置，包括 第一列(416J，其包括第一 &個光電傳感器；第一 &個觸發線，其中所述第一多個觸發線中的每個觸發線接收響應于來自第一列的 N/Ki個光電傳感器的信號而產生的觸發信號。
28.根據權利要求27所述的裝置，包括從所述第一多個觸發線接收觸發信號的第三觸 發線(304)。
29.根據權利要求28所述的裝置，包括 第二列(416m+1)，包括第二 N2個光電傳感器；第二 K2個觸發線，其中所述第二多個觸發線中的每個觸發線接收響應于來自第二列的 N2/K2個光電傳感器的信號而產生的觸發信號；其中Ni = N2、Ki = K2，并且第三觸發線從所述第二多個觸發線接收觸發信號。
30.根據權利要求25所述的裝置，包括驗證邏輯，其中所述驗證邏輯包括第一輸入端 和第二輸入端，所述第一輸入端連接到所述第一觸發線，并且所述第二輸入端連接到所述 第二觸發線。
31.根據權利要求30所述的裝置，包括第三多個光電傳感器，其被制造在所述襯底上并且在物理上被設置在所述第一和第二 多個光電傳感器之間；第一群組(604)，其包括第一輸入端、第二輸入端和群組輸出端，其中所述第一輸入端 從第一觸發線接收觸發信號，所述第二輸入端從所述第二觸發線接收觸發信號，并且所述 群組執行所述第一輸入端和第二輸入端的邏輯與和邏輯或的至少一個； 驗證器(606)，其使用所述群組的輸出來產生有效光子輸出信號(610)。
32.根據權利要求25所述的裝置，包括第三觸發線，其接收響應于來自第三多個光電傳感器的信號而產生的光子觸發信號； 第四觸發線，其接收響應于來自第三多個光電傳感器的信號而產生的光子觸發信號； 第一群組(604)，其至少包括第一輸入端和第二輸入端； 第二群組，其至少包括第一輸入端和第二輸入端； 驗證器(606)；其中所述第一群組的第一輸入端從所述第一觸發線接收觸發信號，所述第一群組的第 二輸入端從所述第二觸發線接收觸發信號，所述第二群組的第一輸入端從所述第三觸發線 接收觸發信號，所述第二群組的第二輸入端從所述第四觸發線接收觸發信號，并且所述驗 證器使用所述第一群組的輸出和所述第二群組的輸出來產生有效光子觸發信號(610)。
33.根據權利要求32所述的裝置，其中如果觸發信號被第一群組中的至少Q個輸入端接收，則所述第一群組產生邏輯真輸出信號，其中Q大于或者等于2。
34.根據權利要求33所述的裝置，其中在制造所述裝置之后，Q的值是可調整的。
35.根據權利要求25所述的裝置，包括驗證邏輯，其中所述驗證邏輯能夠被調整到第 Q-光子觸發操作模式和第R-光子操作模式，其中R大于Q。
36.根據權利要求25所述的裝置，其中所述光電傳感器包括偏置成處于蓋革模式的雪 崩光電二極管。
37.一種使用裝置的方法，所述裝置包括在半導體襯底(301)上制造的光電傳感器 (310)的陣列、在所述襯底上制造的第一觸發線以及在所述襯底上制造的第二觸發線，其中 所述第一和第二觸發線的每一個都接收響應于來自光電傳感器的子集的信號而生成的光 子觸發信號，所述方法包括在所述第一觸發線處接收光子觸發信號；使用在所述襯底上制造的電路來執行下述各項的至少一個確定光子觸發信號是否被所述第一觸發線接收；確定光子是否被所述第二觸發線接 收，并使用第一和第二確定步驟的結果來產生觸發有效信號(610)；以及取決于由所述襯底的第三觸發線接收的觸發信號來執行時間數字轉換，其中所述第三 觸發線從所述第一和第二觸發線接收觸發信號。
38.根據權利要求37所述的方法，其中所述第一和第二觸發線以線或非布置連接到第 三觸發線。
39.根據權利要求37所述的方法，其中所述裝置包括多個觸發線，其中所述多個觸發 線的每一個觸發線都接收響應于來自光電傳感器的不同子集的信號而生成的光子觸發信 號，所述方法包括確定觸發信號是否被所述多個觸發線的第一子集的至少Qi個構件接收，其中Qi大于1 ；確定觸發信號是否被所述多個觸發線的第二子集的至少Q2個構件接收，其中Q2大于1。
40.根據權利要求37所述的方法，其中所述裝置包括多個觸發線，其中所述多個觸發 線的每一個觸發線都接收響應于來自光電傳感器的不同子集的信號而生成的光子觸發信 號，所述方法包括確定觸發信號是否被至少R個觸發線接收，其中R大于等于1。
41.根據權利要求37所述的方法，其中所述裝置形成檢查裝置的部件，所述方法包括 確定使用所述裝置而執行的檢查的協議；使用確定的結果來改變用于產生所述有效觸發信號的邏輯。
42.根據權利要求37所述的方法，包括 確定光電傳感器的操作特性；使用所述確定的結果來改變用于產生所述有效觸發信號的邏輯。
43.一種方法，包括響應于來自雪崩光電二極管陣列的雪崩光電二極管的信號來生成光子觸發信號； 根據驗證標準驗證所述光子觸發信號； 改變所述驗證標準； 重復生成和驗證步驟。
44.根據權利要求43所述的方法，包括確定所述光電二極管陣列的性能特性，其中改 變包括隨著所確定的性能特性的變化來改變所述驗證標準。
45.根據權利要求44所述的方法，其中確定包括確定所述陣列的雪崩光電二極管的暗 計數性能。
46.根據權利要求44所述的方法，其中確定包括測量所述陣列的操作環境的特性。
47.根據權利要求44所述的方法，其中所述陣列包括雪崩光電二極管單元(308)，所述 方法包括隨著所確定的性能特性的變化來改變所述單元的操作。
48.根據權利要求43所述的方法，其中所述陣列包括雪崩光電二極管單元(308)，所述 方法包括評估所述單元的性能特性；如果所評估的性能特性滿足第一標準則禁用所述單元的操作；改變包括如果所評估的 性能特性滿足第二標準則改變所述驗證標準。
49.根據權利要求43所述的方法，其中所述陣列形成檢查裝置的部件，所述方法包括確定使用所述裝置而執行的檢查的協議；隨著所確定的協議的變化來調整所述驗證標準。
50.一種裝置，包括雪崩光電二極管陣列，該雪崩光電二極管陣列包括第一(30、)、第二(304》和第三 (3044)陣列部分，其中所述第一和第二部分相對于所述第一和第三部分更傾向于串擾；信號驗證器(606)，其驗證來自所述陣列的信號，其中所述信號包括由所述陣列的光電 二極管探測到的光子產生的有效信號以及由串擾產生的信號，其中所述驗證器使用來自第 一和第三部分的信號來產生第一組驗證信號(608)以及使用來自第二部分的信號來產生 第二組驗證信號，從而減少了所述第一和第二陣列部分之間的串擾效應。
51.根據權利要求50所述的裝置，其中所述信號是光子觸發信號。
52.根據權利要求50所述的裝置，其中所述第一和第三部分在物理上是不連接的。
53.根據權利要求52所述的裝置，其中所述陣列包括多個列，并且所述第一、第二和第 三陣列部分包括所述陣列的相應的第一、第二和第三列。
54.根據權利要求50所述的裝置，其中所述陣列包括與所述第二陣列部分不連接的第 四陣列部分，并且所述驗證器使用來自所述第二和第四陣列部分的信號來產生第二組驗證 信號。
55.根據權利要求50所述的裝置，其中所述驗證器使用所述第一和第二組驗證信號來 產生有效的輸出信號(610)。
全文摘要
一種裝置(208)包括多個光電傳感器(310)。響應于來自所述傳感器的信號而產生的光子觸發信號由包括段線(302)、中間線(304)和主線(306)的觸發線網絡接收。所述觸發網絡被配置成減小由所述觸發線網絡引入的時間偏斜。驗證邏輯(324)提供觸發驗證輸出信號(610)。
文檔編號G01T1/24GK101861527SQ200880102281
公開日2010年10月13日 申請日期2008年8月6日 優先權日2007年8月8日
發明者A·索恩, G·普雷謝爾, T·弗拉克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司