Development of tileable silicon photodiodes for X-ray imaging

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.