大面積高分辨率數(shù)字X射線探測器關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、數(shù)字X射線探測器能夠?qū)⒉豢梢姷腦射線信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字式電信號，是X射線成像系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件?！盎诠鈻盼⒎指缮娴腦射線相襯成像系統(tǒng)”對數(shù)字X射線探測器提出了大面積和高空間分辨率這兩個要求。但是目前的X射線探測器因存在兩個主要問題而難以滿足上述要求：第一個問題是探測器中X射線轉(zhuǎn)換屏的空間分辨率因熒光的側(cè)向擴(kuò)散而大大降低。第二個問題是探測器中圖像傳感器的感光面積遠(yuǎn)小于實際應(yīng)用中75×75mm2的最低需求。
　　 為了解決以上兩個問題，

2、本論文開展了大面積高分辨率數(shù)字X射線探測器的研制工作，主要內(nèi)容分為以下兩個部分：
　　 第一個部分是制作像素化X射線轉(zhuǎn)換屏，以提高X射線轉(zhuǎn)換屏的分辨率。
　　 像素化X射線轉(zhuǎn)換屏適合于使用硅基深孔陣列來制作。硅基深孔陣列是一種高深寬比的微結(jié)構(gòu)，而光助電化學(xué)刻蝕是制作硅基深孔陣列的理想方法。為了能在整個5英寸硅片上制作出均勻的深孔陣列，自行設(shè)計并制作了一套新型大面積硅片光助電化學(xué)刻蝕裝置。該裝置借助一個水冷隔熱系統(tǒng)和一個花

3、灑式溶液循環(huán)系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)光助電化學(xué)刻蝕裝置中溶液升溫和氣泡堆積的問題。所制作的深孔陣列邊長有5μm和1.5μm兩種，深寬比分別達(dá)到了30和100。深孔陣列經(jīng)高溫?zé)嵫趸蚗射線熒光材料CsI:Tl的填充之后，完成了像素化X射線轉(zhuǎn)換的制作。經(jīng)測試，像素化X射線轉(zhuǎn)換屏的空間分辨率達(dá)到了20lp/mm，滿足最初的設(shè)計要求。另外，還利用新型大面積硅片光助電化學(xué)刻蝕裝置，通過逐步加大刻蝕電流的方法補(bǔ)償側(cè)向腐蝕給微結(jié)構(gòu)形貌帶來的不利影響，制作了兩

4、種形貌一致性很好的高深寬比深槽陣列，用于X射線光柵的制作。
　　 第二個部分是開發(fā)基于4顆CMOS芯片拼接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以擴(kuò)大探測器的成像面積。
　　 4顆CMOS芯片LUPA-4000與一個2×2光錐陣列耦合后，能夠拼接成完整的圖像，成像面積達(dá)到98.5×98.5mm2。受光錐陣列結(jié)構(gòu)尺寸的制約，在本課題中只能使用CMOS芯片，從底層開始完成整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了基于以太網(wǎng)遠(yuǎn)程控制，并對4顆LUP

5、A-4000芯片單獨用DDR2 SDRAM進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存的方案。用基于Verilog的FPGA設(shè)計實現(xiàn)LUPA-4000芯片的驅(qū)動時序和DDR2 SDRAM芯片的控制器，用ARM作為整個系統(tǒng)的微控制器，采集到的圖像數(shù)據(jù)在PC機(jī)中存儲。為了便于LUPA-4000芯片與光錐小端的耦合，為每一顆LUPA-4000制作了一塊獨立的PCB板，各PCB板之間留有一定量的調(diào)整間隙。本論文完成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從電路原理圖設(shè)計和PCB板圖設(shè)計，到FPGA設(shè)計