Development of tileable silicon photodiodes for X-ray imaging

Thumbnail Image

Files

isbn9789526050911.pdf (10.43 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Electrical Engineering | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2013-04-05
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2013

Department

Mikro- ja nanotekniikan laitos
Department of Micro and Nanosciences

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Language

en

Pages

60 + app. 42

Series

Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 53/2013

Abstract

This thesis describes the research work carried out by the author in Detection Technology, Inc. in the field of large area silicon photodiodes targeted for medical Computed Tomography (CT) imaging. The author established and supervised a research and development team with an overall target of developing tileable detectors for computed tomography. Several different tileable and some semi tileable technologies were studied, developed, prototyped and tested. Most of those technologies have been introduced in this thesis, but the research is still ongoing and further publications are to be expected. Out of the technologies evaluated, the through waver interconnects, especially using the shape of inverted T, was shown to best integrate with photodiodes without sacrificing the good properties of the photodiode for tileability. Other technologies, cathode readout and back side illumination, were also shown to provide basis for manufacturing tileable detector products meeting the requirements of modern CT equipment. The selection of some or all of these technologies to commercial products needs to be based on issues like manufacturability, raw materials and processing costs, achievable yields, etc, ultimate question being, which one of the technologies gives tileability with certain required specifications at lowest total system cost. First commercial products based on this work were released by Detection Technology in 2009.

Tässä työssä esitellään tekijän ja hänen johtamansa tutkimusryhmän tekemää tutkimus- ja kehitystyötä Detection Technology Oy:ssä ladottavien piivalodiodeihin perustuvien ilmaisimien kehittämiseksi tietokonetomografialaitteita varten. Useita ladottavia ja käytännöllisesti katsoen ladottavia teknologioita tutkittiin. Niitä kehitettiin edelleen ja valmistettiin prototyyppejä joita testattiin perusteellisesti. Useimmat tarkastellut teknologiat on esitelty tässä työssä, mutta tutkimus jatkuu edelleen ja lisää tuloksia on odotettavissa. Teknologia, joka perustuu signaalin johtamiseen piin läpi eristettyä läpivientiä käyttäen, osoittautui olevan parhaiten integroitavissa valodiodiin ilman että diodin lähtökohtaisesti hyviä ominaisuuksia menetetään ladottavuuden vuoksi, erityisesti käyttäen nurin päin olevan T:n muotoista läpivientigeometriaa. Nykyaikaisten tietokonetomografialaitteiden vaatimusten mukaisia ilmaisimia pystyttiin demonstroimaan myös niinsanotulla cathode readout teknologialla sekä teknologialla, jossa säteily tuodaan ilmaisimelle sen takapuolelta (back side illumination). Tuotteeseen käytettävän teknologian valinta perustuu valmistettavuuteen, raaka-aineiden ja valmistuksen kustannuksiin, saavutettavissa oleviin saantoihin ym seikkoihin. Valinnassa pyritään saavuttamaan ladottavuus siten, että laitekokonaisuudelle aiheutuva kustannus saadaan pidettyä mahdollisimman alhaisena. Detection Technology Oy toi tämän työn pohjalta kehitetyt ensimmäiset kaupalliset tuotteet markkinoille vuonna 2009.

Description

Supervising professor

Lipsanen, Harri, Prof., Aalto University, Department of Micro- and Nanosciences, Finland

Thesis advisor

Ji, Fan, Dr., MD, University of Miami Health System, USA

Keywords

tileable photodiode, through waver interconnect, back side illumination, computed tomography, ladottava valodiodi, kiekkoläpivienti, takapinnalta valotus, tietokonetomografia

Other note

Parts

  • [Publication 1]: M. Juntunen, F. Ji, K. Henttinen, I. Luusua, S. Eränen, Fully Tileable Photodiode Matrix for Medical Imaging by Using Through-Wafer Interconnects, Nuclear Instrumentation Methods in Physics Research A 580, 1000-1003 (2007).
  • [Publication 2]: M. Juntunen, F. Ji, I. Hietanen, S. Eränen, Upside Down T-shape Through-Wafer Interconnects for Fully Tileable Photodiode Matrix for medical CT Imaging, Sensors and Actuators A 184, 41-45 (2012).
  • [Publication 3]: Fan Ji, Mikko Juntunen, Iiro Hietanen, Electrical crosstalk in front-illuminated photodiode array with different guard ring designs for medical CT applications, Nucl. Intsr. and Meth. A 607, 150-153 (2009).
  • [Publication 4]: Fan Ji, Mikko Juntunen, Iiro Hietanen, Evaluation of electrical crosstalk in high-density photodiode arrays for X-ray imaging applications, Nucl. Instr. Meth. A 610, 28-30 (2009).
  • [Publication 5]: F. Ji, J. Kalliopuska, S. Eränen, M. Juntunen, I. Hietanen, S. Leppävuori, Via-in-Pixel Design of Truly 2D Extendable Photodiode Detector for MEdical CT Imaging, Sensors and Actuators A 145-146, 59-65 (2008).
  • [Publication 6]: F. Ji, M. Juntunen, I. Hietanen, S. Eränen, Advanced photodiode detector for memdical CT imaging: design and performance, IEEE International Symposium on Industrial Electronics, 2730-2735 (2007).

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-5091-1

Collections

[diss] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC