Zařízení pro sběr a zpracování signálu z velkoplošného křemíkového senzoru

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F60193247%3A_____%2F20%3AN0000003" target="_blank" >RIV/60193247:_____/20:N0000003 - isvavai.cz</a>

Nalezeny alternativní kódy

RIV/68407700:21230/20:00339665 RIV/68407700:21340/20:00339665

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Zařízení pro sběr a zpracování signálu z velkoplošného křemíkového senzoru

Popis výsledku v původním jazyce

Pixelový zobrazovací detektor pro gamma záření určený pro radiační terapii s cílem zajištění správné polohy pacienta při aplikaci záření, měření prostorové distribuce dávky záření a realizaci zpětné vazby pro případné přerušení terapie, pokud distribuce záření neodpovídá ozařovacímu plánu. Toto řešení ve srovnání se standardním umožňuje dosažení vysoké snímkovací frekvence díky zpracování signálu ze senzoru do několika milimetrů od pixelu. Dále umožňuje vysokou radiační odolnost díky využití vysoce sub-mikrometrových CMOS technologií. Další výhodou je pokrytí libovolně velké plochy bez mrtvých oblastí díky integraci vyčítacího čipu do zlomku celkové plochy pixelového senzoru, a to při příznivých výrobních nákladech daných využitím křemíkových senzorů a nahrazením náročnějšího bump-bondingu dostupnějším wire-bondingem. Zahrnutí analogového obvodu pro měření hodnoty stejnosměrného temného proudu senzorových diod navíc umožňuje měření i za podmínek vysokých fotonových toků, které znemožňují počítání fotonů. Zařízení se skládá z alespoň jednoho vyčítacího čipu s CMOS obvody s vrstvou hradlového oxidu o tloušťce 1 až 4nm a s délkou hradla tranzistoru menší než 350nm. Tento čip je připojen k velkoplošnému pixelovému senzoru prostřednictvím zlatých nebo hliníkových drátků nahrazujících technologicky náročnější a nákladnější bump-bonding. Střední část vyčítacího čipu zabírá pole 16 až 256 měřících kanálů. Vyčítací čipy zabírají méně než ¼ celkové plochy velkoplošného pixelového senzoru. Vyčítací čip je navržen pro kombinaci primárně s křemíkovými senzory, a to s ohledem na využití v radioterapii, při které je kvůli vysokým energiím fotonů dominantním interakčním mechanismem Comptonův rozptyl znevýhodňující, na rozdíl od nízkoenergetických rentgenových detektorů,využití polovodičových materiálů s vysokým Z. Křemík (Z=14) v tomto případě představuje dobrou variantu s nejnižší cenou při přepočtu na jednotku hmoty senzoru. Velkoplošný pixelový senzor je tvořený polem diod vytvořených na vysoko rezistivním křemíku s rezistivitou vyšší než 100Ω·cm. Vyčítací čip obklopují kontaktovací plošky pro připojení velkoplošného pixelového senzoru na delších rovnoběžných stranách kontaktovací plošky pro přenos dat a napájení vyčítacího čipu na kratších rovnoběžných stranách. Tento layout umožňuje využití více vyčítacích čipů, přičemž komunikace mezi těmito vyčítacími čipy je zřetězena pro sériové nebo sério-paralelní vyčítání dat z celého pixelového senzoru.

Název v anglickém jazyce

Device for readout and signal processing from large area silicon senzor

Popis výsledku anglicky

Pixel imaging detector for gamma radiation designed for radiation therapy in order to ensure the correct position of the patient when applying radiation, measuring the spatial distribution of the transient dose and providing feedback for possible interruption of therapy if the radiation distribution does not match the treatment plan. It allows to achieve a high frame rate thanks to the signal processing from the sensor up to a few millimeters from the pixel. It also enables high radiation resistance thanks to the use of highly sub-micrometer CMOS technologies. Another advantage is the coverage of an arbitrarily large field without dead areas thanks to the integration of the read chip into a fraction of the total area of the pixel sensor. It favorable decrease production costs due to the use of silicon sensors and replacing more demanding bump-bonding with more affordable wire-bonding. In addition, the inclusion of an analog circuit for measuring the DC dark current value of the sensor diodes allows measurement even under conditions of high photon fluxes, which make it impossible to count photons. The device consists of at least one read chip with CMOS circuits with a gate oxide layer with a thickness of 1 to 4 nm and with a gate length of the transistor less than 350 nm. This chip is connected to a large-area pixel sensor via gold or aluminum wires, replacing more technologically demanding and expensive bump-bonding. The middle part of the read chip occupies an array of 16 to 256 measuring channels. The read chips occupy less than ¼ the total area of the large-area pixel sensor. The readout chip is designed for combination primarily with silicon sensors, with regard to its use in radiotherapy. The dominant interaction mechanism Compton scattering due to high photon energies is disadvantageous, in contrast to low-energy X-ray detectors, the use of semiconductor materials with high Z The silicon (Z = 14) represents a good variant with the lowest price when converted to a unit of mass of the sensor. The large-area pixel sensor consists of an array of diodes formed on highly resistive silicon with a resistivity greater than 100Ω cm. The readout chip surrounds contact pads for connecting a large pixel sensor on longer parallel sides to a contact pad for data transmission and read chip power . This layout allows the use of multiple read chips, with the communication between these read chips being concatenated for serial or serial-parallel reading of data from the entire pixel sensor.

Druh

F_uzit - Užitný vzor

CEP obor

—

OECD FORD obor

30224 - Radiology, nuclear medicine and medical imaging

Projekt

<a href="/cs/project/FV30218" target="_blank" >FV30218: Dávkou řízený radioterapeutický systém</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2020

Kód důvěrnosti údajů

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.

Číslo patentu nebo vzoru

33721

Vydavatel

CZ001 -

Název vydavatele

Industrial Property Office

Místo vydání

Prague

Stát vydání

CZ - Česká republika

Datum přijetí

—

Název vlastníka

ČVUT v Praze, UJP PRAHA a.s.

Způsob využití

B - Výsledek je využíván orgány státní nebo veřejné správy

Druh možnosti využití

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence