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CN111247454B - 具有基于mems开关的dc-dc转换器的辐射检测器 - Google Patents

具有基于mems开关的dc-dc转换器的辐射检测器 Download PDF

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CN111247454B CN201780096019.2A CN201780096019A CN111247454B CN 111247454 B CN111247454 B CN 111247454B CN 201780096019 A CN201780096019 A CN 201780096019A CN 111247454 B CN111247454 B CN 111247454B
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Abstract

一种适合于检测辐射的设备包括：辐射吸收层，包括半导体、第一电触点和第二电触点，第一电触点跨半导体与第二电触点相对定位；DC‑DC转换器，配置成在第一电触点与第二电触点之间施加DC电压，DC‑DC转换器包括微机电开关。

Description

具有基于MEMS开关的DC-DC转换器的辐射检测器
【技术领域】
本公开涉及辐射检测器，具体来说涉及使用基于电偏压的MEMS开关的DC-DC转换器的辐射检测器。
【背景技术】
辐射检测器是测量辐射的性质的装置。性质的示例可包括辐射的强度、相位和极化的空间分布。辐射可以是与受检者进行交互的辐射。例如，由辐射检测器所测量的辐射可以是穿透受检者或者从受检者反射的辐射。辐射可以是电磁辐射，例如红外光、可见光、紫外光、X射线或γ射线。辐射可属于其他类型，例如α射线和β射线。
一种类型的辐射检测器基于辐射与半导体之间的交互。例如，这种类型的辐射检测器可具有半导体层(其吸收辐射并且生成载流子(例如电子和空穴))以及用于检测载流子的电路。
【发明内容】
本文所公开的是一种适合于检测辐射的设备，包括：辐射吸收层，包括半导体、第一电触点和第二电触点，第一电触点跨半导体与第二电触点相对定位；DC-DC转换器，配置成在第一电触点与第二电触点之间施加DC电压，DC-DC转换器包括微机电开关。
按照实施例，DC-DC转换器包括多级，其中每级包括电容器以及微机电开关的至少一个。
按照实施例，DC-DC转换器配置成接收时钟信号，并且采用时钟信号及其倒相来控制微机电开关。
按照实施例，微机电开关的每个包括悬壁梁、电触点和控制电极。
按照实施例，微机电开关配置成通过改变控制电极上的电压来断开或闭合。
按照实施例，微机电开关包括硅、SiO2、Si3N4、多晶硅或者其组合。
按照实施例，第一电触点和第二电触点配置成收集辐射吸收层所吸收的辐射粒子所生成的载流子。
按照实施例，该设备还包括：第一电压比较器，配置成将第二电触点的电压与第一阈值进行比较；第二电压比较器，配置成将电压与第二阈值进行比较；计数器，配置成记录辐射吸收层所吸收的辐射粒子的数量；控制器，其中控制器配置成从第一电压比较器确定电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值的时间开始时间延迟；其中，控制器配置成在该时间延迟期间启动第二电压比较器；控制器配置成在第二电压比较器确定电压的绝对值等于或超过第二阈值的绝对值时使计数器所记录的数量增加一。
按照实施例，该设备还包括电容器模块，其电连接到第二电触点，其中电容器模块配置成收集来自第二电触点的载流子。
按照实施例，控制器配置成在时间延迟开始或到期时启动第二电压比较器。
按照实施例，该设备还包括伏特计，其中控制器配置成在时间延迟到期时使伏特计测量电压。
按照实施例，控制器配置成基于在时间延迟到期时所测量的电压的值来确定辐射光子能。
按照实施例，控制器配置成将第二电触点连接到电接地。
按照实施例，电压的变化率在时间延迟到期时基本上为零。
按照实施例，电压的变化率在时间延迟到期时基本上为非零。
按照实施例，辐射吸收层包括二极管。
按照实施例，辐射吸收层包括硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其组合。
按照实施例，该设备没有包括闪烁器。
按照实施例，该设备包括GPS接收器，其配置成记录该设备所检测的辐射的位置。
按照实施例，该设备包括显示器，其配置成显示该设备所检测的辐射的信息。
按照实施例，该设备包括无线发射器，其配置成向接收装置传送该设备所检测的辐射的信息。
按照实施例，包括本文所述设备的系统从由辐射检测ID卡、辐射检测徽章、辐射检测笔、防辐射服装、辐射检测腕带、辐射检测手表、辐射检测耳机、辐射检测蜂窝电话配件以及食品辐射检测设备和家用辐射检测器所组成的组中选取。
【附图说明】
图1示意示出按照实施例的辐射检测器。
图2A示意示出辐射检测器的截面图。
图2B示意示出辐射检测器的详细截面图。
图2C示意示出辐射检测器的备选详细截面图。
图3A和图3B示意示出按照实施例的多级DC-DC转换器的功能图。
图4示意示出按照实施例的悬壁类型微机电开关的图。
图5A和图5B各示出按照实施例、图2B或图2C中的检测器的电子系统的组件图。
图6示意示出按照实施例、流经暴露于辐射的辐射吸收层的二极管的电极或电阻器的电触点的电流的时间变化(上曲线)以及电极的电压的对应时间变化(下曲线)，电流通过入射到辐射吸收层上的辐射光子所生成的载流子所引起。
图7示出按照实施例、适合于使用例如按图5A或图5B所示进行操作的电子系统等的系统来检测辐射的方法的流程图。
图8示意示出按照实施例、包括辐射检测器和外围功能单元的系统的框图。
图9示意示出按照实施例、包括本文所述辐射检测系统的ID卡或者访问徽章或辐射检测笔的示例。
图10示意示出按照实施例、包括本文所述辐射检测系统的服装。
图11示意示出按照实施例、包括本文所述辐射检测系统的腕带或手表。
图12示意示出按照实施例、包括本文所述辐射检测系统的蜂窝电话。
图13示意示出按照实施例、包括本文所述辐射检测系统的食品辐射检测设备。
图14示意示出按照实施例、包括本文所述辐射检测系统的家用烟雾检测器。
【具体实施方式】
图1示意示出作为示例的辐射检测器100。辐射检测器100可具有像素150的阵列。阵列可以是矩形阵列、蜂窝阵列、六边形阵列或者任何其他适当阵列。每个像素150配置成检测来自辐射源的入射到其上的辐射，并且可配置成测量辐射的特性(例如粒子的能量、波长和频率)。例如，每个像素150配置成对某个时间段之内入射到其上、其能量落入多个格中的光子的数量进行计数。全部像素150可配置成对相同时间段之内在能量的多个格内入射到其上的光子的数量进行计数。在入射光子具有相似能量时，像素150可简单地配置成对某个时间段之内入射到其上的光子的数量进行计数，而无需测量单独光子的能量。每个像素150可具有其自己的模数转换器(ADC)，其配置成将表示入射光子的能量的模拟信号数字化为数字信号，或者将表示多个入射光子的总能量的模拟信号数字化为数字信号。像素150可配置成并行地操作。例如，当一个像素150测量入射光子时，另一个像素150可等待光子到达。像素150可以不必是单独可寻址的。
图2A示意示出按照实施例的辐射检测器100的截面图。辐射检测器100可包括辐射吸收层110和电子层120(例如ASIC)，以用于处理或分析入射辐射在辐射吸收层110中生成的电信号。辐射检测器100可以或者可以不包括闪烁器。辐射吸收层110可包括半导体，例如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其组合。半导体对感兴趣辐射可具有高质量衰减系数。
如图2B中的辐射检测器100的详细截面图所示，按照实施例，辐射吸收层110可包括一个或多个二极管(例如p-i-n或p-n)，其通过第一掺杂区111以及第二掺杂区113的一个或多个离散区114所形成。第二掺杂区113可通过可选本征区112与第一掺杂区111分隔。离散区114通过第一掺杂区111或本征区112相互分隔。第一掺杂区111和第二掺杂区113具有相反类型的掺杂(例如，区域111为p型，而区域113为n型，或者区域111为n型，而区域113为p型)。在图2B的示例中，第二掺杂区113的离散区114的每个形成具有第一掺杂区111和可选本征区112的二极管。即，在图2B的示例中，辐射吸收层110具有多个二极管，其具有作为共享电极的第一掺杂区111。第一掺杂区111还可具有离散部分。
当来自辐射源的辐射照射辐射吸收层110(其包括二极管)时，辐射粒子(例如光子)可被吸收，并且通过多个机制来生成一个或多个载流子。载流子可在电场下漂移到二极管之一的电极。该电场可以是外部电场。该电场可以是电触点119A与电触点119B之间的外部电场，其中电触点119A跨辐射吸收层110与电触点119B相对定位。外部电场可通过电触点119A与电触点119B之间的DC电压来建立。DC电压可由DC-DC转换器来施加。电触点119B可包括离散部分，其每个与离散区114进行电接触。术语“电触点”可与词语“电极”可互换地使用。在实施例中，载流子可沿这样的方向漂移，使得辐射的单个粒子所生成的载流子基本上没有由两个不同离散区114所共享(“基本上没有共享”在这里表示这些载流子的不到2％、不到0.5％、不到0.1％或者不到0.01％流动到离散区114中与载流子的其余部分不同的离散区114)。通过在这些离散区114之一的占用面积周围入射的辐射的粒子所生成的载流子基本上没有与这些离散区114的另一个共享。与离散区114关联的像素150可以是离散区114周围的一个区域，其中入射到其上的辐射的粒子所生成的基本上全部(超过98％、超过99.5％、超过99.9％或者超过99.99％)载流子流动到离散区114。即，这些载流子的不到2％、不到1％、不到0.1％或者不到0.01％流动到像素之外。
如图2C的辐射检测器的备选详细截面图所示，按照实施例，辐射吸收层110可包括半导体材料(例如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其组合)的电阻器，但是没有包括二极管。半导体对感兴趣辐射可具有高质量衰减系数。
当辐射照射辐射吸收层110(其包括电阻器但没有包括二极管)时，它可被吸收，并且通过多个机制来生成一个或多个载流子。辐射的粒子可生成10至100000个载流子。载流子可在电场下漂移到电触点119A和119B。电场可以是外部电场或者电触点119A与119B之间的电场。电场可通过DC-DC转换器、例如通过在电触点119A与电触点119B之间施加DC电压来建立。电触点119B包括离散部分。在实施例中，载流子可沿多个方向漂移，使得辐射的单个粒子所生成的载流子基本上没有由电触点119B的两个不同离散部分所共享(“基本上没有共享”在这里表示这些载流子的不到2％、不到0.5％、不到0.1％或者不到0.01％流动到离散部分中与载流子的其余部分不同的离散部分)。通过在电触点119B的这些离散部分之一的占用面积周围入射的辐射的粒子所生成的载流子基本上没有与电触点119B的这些离散部分的另一个共享。与电触点119B的离散部分关联的像素150可以是离散部分周围的一个区域，其中入射到其上的辐射的粒子所生成的基本上全部(超过98％、超过99.5％、超过99.9％或者超过99.99％)载流子流动到电触点119B的所述离散部分。即，这些载流子的不到2％、不到0.5％、不到0.1％或者不到0.01％流动到与电触点119B的所述一个离散部分关联的像素之外。
按照实施例，DC-DC转换器可配置成生成电场，其使载流子在辐射吸收层110中漂移。DC-DC转换器可输出比DC-DC转换器(例如从电池)所接收的电压要高的电压(例如>50V或者>100V)。图3A和图3B示出DC-DC转换器的示例电路，其中DC-DC转换器的每级(例如级580和级590)包括开关(例如级580中的开关511和级590中的开关513)和电容器(例如级580中的电容器512和级590中的电容器514)。在这个示例电路中，DC-DC转换器接收来自输入510和时钟信号520的输入DC电压Vin。DC-DC转换器在输出530产生输出DC电压。时钟信号520的幅度可等于输入DC电压Vin(例如，时钟信号520的最小数为零，而时钟信号520的最大数处于输入DC电压)。时钟信号520施加到电容器512，以及时钟信号520的倒相521施加到电容器514。倒相521在时钟信号520处于其最小数时处于最大数，以及倒相521在时钟信号520处于其最大数时处于最小数。时钟信号520和倒相521的波形的示例在图3A和图3B中示出。当时钟信号520处于最小数时(例如在时间t1)，如图3A所示，开关511闭合，开关513断开，以及在DC-DC转换器的输出的负载电容器531之前的开关515闭合，电容器512通过输入510来充电到Vin，以及负载电容器531通过前一级中的电容器(其在本例中为电容器514)来充电(如虚线箭头所示)。开关通过时钟信号520和倒相521所驱动的电路来控制，如通过图3A和图3B中的虚线所示。级的开关通过时钟信号520和倒相521交替地控制。即，级580的开关511通过时钟信号520来控制，以及级590的开关513通过倒相521来控制。因此，2个相邻级的开关在转换期间处于不同状态。当时钟信号520处于其最大数时(例如在时间t2)，如图3B所示，开关511断开，开关513闭合，以及开关515断开；电路重新配置成处于最大数的时钟信号与电容器512和电容器514串联连接。电容器514通过电容器512来充电(如通过虚线箭头所示)到2Vin。在下一个时钟循环，在时间t3，如图3A所示，开关511和开关515再次闭合，以及开关513断开。电容器514与倒相521串联连接，以及负载电容器531被充电到3Vin。即，DC-DC转换器在输出530产生3Vin输出电压。在忽略了泄漏和寄生电容效应的这个示例中，在完整时钟循环之后，这个2级DC-DC转换器在输出530提供3Vin电压。如果附加级加入DC-DC转换器电路中，则输出电压为Vout＝(N+1)x Vin，其中N是DC-DC转换器中包含的总级数。
在实施例中，DC-DC转换器的开关(例如开关511、513和515)可以是通过集成电路制作过程所制成的微机电开关。微机电开关可由硅、SiO2、Si3N4、多晶硅或者任何其他适当材料来制成。微机电开关可在高电阻率硅衬底上构成，其中在顶部沉积介电层以提供电隔离。低电阻率金属或多晶硅可用于机电开关的互连、电触点或电极。
悬壁类型微机电开关作为示例在图4中示意示出。在这个示例中，微机电开关由悬壁梁601、两个电触点602和603、控制电极604来组成。悬壁梁601锚定在一端，与电触点602相连接，并且在另一端浮动于电触点603上方，如图4示意所示。当不存在施加于控制电极604的电压时，开关处于断开状态，其中电触点602和603没有连接(图4的上图)。当DC电压施加到控制电极604时，静电力在悬壁梁601上生成。当静电力克服锚定端上的悬壁梁的弹簧力时，悬壁梁向下移动，直到浮动端接触电触点603，由此闭合微机电开关(图4的下图)。
按照实施例，微机电开关可在控制电极604上的电压保持为充分高时保持闭合。当去除控制电极604上的电压时，静电力消失，悬壁梁在弹簧恢复力下向上移动，由此断开微机电开关。
电子层120可包括电子系统121，其适合于处理或分析入射到辐射吸收层110上的辐射粒子所生成的信号。电子系统121可包括模拟电路(例如滤波器网络、放大器、积分器和比较器)或者数字电路(例如微处理器和内存)。电子系统121可包括一个或多个ADC。电子系统121可包括像素所共享的组件或者专用于单个像素的组件。例如，电子系统121可包括专用于每个像素的放大器以及在全部像素之间共享的微处理器。
图5A和图5B各示出按照实施例的电子系统121的组件图。电子系统121可包括第一电压比较器301、第二电压比较器302、计数器320、开关305、伏特计306和控制器310。
第一电压比较器301配置成将二极管300的电极的电压与第一阈值进行比较。二极管可以是通过第一掺杂区111、第二掺杂区113的离散区114之一以及可选本征区112所形成的二极管。备选地，第一电压比较器301配置成将电触点(例如电触点119B的离散部分)的电压与第一阈值进行比较。第一电压比较器301可配置成直接监测电压，或者通过对某个时间段对流经二极管或电触点的电流求积分来计算电压。第一电压比较器301可由控制器310可控地启动或停用。第一电压比较器301可以是连续比较器。即，第一电压比较器301可配置成连续被启动，并且连续监测电压。配置为连续比较器的第一电压比较器301降低电子系统121错过入射辐射粒子所生成的信号的机会。当入射辐射强度较高时，配置为连续比较器的第一电压比较器301是特别适合的。第一电压比较器301可以是钟控比较器，其具有更低功率消耗的有益效果。配置为钟控比较器的电压比较器301可能使电子系统121错过一些入射辐射粒子所生成的信号。当入射辐射强度较低时，错过入射辐射粒子的机会较低，因为两个连续光子之间的时间间隔较长。因此，当入射辐射强度较低时，配置为钟控比较器的第一电压比较器301是特别适合的。第一阈值可以是一个入射辐射粒子可在二极管或电阻器中生成的最大电压的5-10％、10％-20％、20-30％、30-40％或40-50％。最大电压可取决于入射辐射粒子的能量(即，入射辐射的波长)、辐射吸收层110的材料和其他因素。例如，第一阈值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
第二电压比较器302配置成将电压与第二阈值进行比较。第二电压比较器302可配置成直接监测电压，或者通过对某个时间段对流经二极管或电触点的电流求积分来计算电压。第二电压比较器302可以是连续比较器。第二电压比较器302可由控制器310可控地启动或停用。当停用第二电压比较器302时，第二电压比较器302的功率消耗可小于启动第二电压比较器302时的功率消耗的1％、5％、10％或20％。第二阈值的绝对值大于第一阈值的绝对值。如本文所使用的术语实数x的“绝对值”或“模量”|x|是x的非负值，而不考虑其符号。即，第二阈值可以是第一阈值的200％-300％。第二阈值可以是一个入射辐射粒子可在二极管或电阻器中生成的最大电压的至少50％。例如，第二阈值可以是100mV、150mV、200mV、250mV或300mV。第二电压比较器302和第一电压比较器310可以是同一组件。即，系统121可具有一个电压比较器，其能够在不同时间将电压与两个不同阈值进行比较。
第一电压比较器301或者第二电压比较器302可包括一个或多个运算放大器或者任何其他适当电路。第一电压比较器301或第二电压比较器302可具有高速度，以允许电子系统121在入射辐射的高通量下操作。但是，具有高速度常常以功率消耗为代价。
计数器320配置成记录到达二极管或电阻器的辐射粒子的数量。计数器320可以是软件组件(例如计算机内存中存储的数值)或硬件组件(例如4017IC和7490IC)。
控制器310可以是硬件组件，例如微控制器或者微处理器。控制器310配置成从第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值(例如，电压的绝对值从低于第一阈值的绝对值增加到等于或高于第一阈值的绝对值的值)的时间开始时间延迟。在这里使用绝对值，因为电压可以为负或正，这取决于是二极管的阴极还是阳极的电压或者使用哪一个电触点。控制器310可配置成在第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值的时间之前保持停用第一电压比较器301的操作不要求的第二电压比较器302、计数器320和任何其他电路。时间延迟可在电压变稳定、即电压的变化率基本上为零之前或之后到期。词语“电压的变化率基本上为零”表示电压的时间变化小于0.1％/ns。词语“电压的变化率基本上为非零”表示电压的时间变化至少为0.1％/ns。
控制器310可配置成在该时间延迟期间(包括开始和到期)启动第二电压比较器。在实施例中，控制器310配置成在时间延迟开始时启动第二电压比较器。术语“启动”表示使组件进入操作状态(例如通过发送诸如电压脉冲或逻辑电平之类的信号、通过提供电力等)。术语“停用”表示使组件进入非操作状态(例如通过发送诸如电压脉冲或逻辑电平之类的信号、通过切断电力等)。操作状态可具有比非操作状态要高的功率消耗(例如高10倍、高100倍、高1000倍)。控制器310本身可停用，直到第一电压比较器301的输出在电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值时启动控制器310。
控制器310可配置成在时间延迟期间、第二电压比较器302确定电压的绝对值等于或超过第二阈值的绝对值时，使计数器320所记录的数量增加一。
控制器310可配置成在时间延迟到期时使伏特计306测量电压。控制器310可配置成将电极连接到电接地，以便重置电压，并且排放电极上累积的任何载流子。在实施例中，电极在时间延迟到期之后连接到电接地。在实施例中，电极连接到电接地有限重置时间段。控制器310可通过控制开关305将电极连接到电接地。开关可以是晶体管(例如场效应晶体管(FET))。
在实施例中，系统121没有模拟滤波器网络(例如RC网络)。在实施例中，系统121没有模拟电路。
伏特计306可将所测量的电压作为模拟或数字信号来馈送给控制器310。
该电子系统121可包括电容器模块309，其电连接到二极管300的电极或者电触点，其中电容器模块配置成收集来自电极的载流子。电容器模块能够包括放大器的反馈路径中的电容器。这样配置的放大器称作电容互阻抗放大器(CTIA)。CTIA通过阻止放大器饱和而具有高动态范围，并且通过限制信号路径中的带宽来改进信噪比。来自电极的载流子对某个时间段(“积分周期”)(例如，如图5所示，在t0与t1或t1与t2之间)在电容器上累积。在积分周期已经到期之后，电容器电压被取样，并且然后通过复位开关来复位。电容器模块能够包括直接连接到电极的电容器。
图6示意示出入射到二极管或电阻器上的辐射粒子所生成的载流子所引起的流经电极的电流的时间变化(上曲线)以及电极的电压的对应时间变化(下曲线)。电压可以是电流相对时间的积分。在时间t0，辐射粒子照射二极管或电阻器，载流子在二极管或电阻器中生成，电流开始流经二极管或电阻器的电极，并且电极或电触点的电压的绝对值开始增加。在时间t1，第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超过第一阈值V1的绝对值，以及控制器310开始时间延迟TD1，并且控制器310可在TD1开始时停用第一电压比较器301。如果在t1之前停用控制器310，则在t1启动控制器310。在TD1期间，控制器310启动第二电压比较器302。如这里所使用的术语在时间延迟“期间”表示开始和到期(即，结束)以及它们之间的任何时间。例如，控制器310可在TD1到期时启动第二电压比较器302。如果在TD1期间，第二电压比较器302确定电压的绝对值在时间t2等于或超过第二阈值的绝对值，则控制器310使计数器320所记录的数量增加一。在时间te，辐射粒子所生成的全部载流子漂移出辐射吸收层110。在时间ts，时间延迟TD1到期。在图5的示例中，时间ts在时间te之后；即，TD1在辐射粒子所生成的全部载流子漂移出辐射吸收层110之后到期。因此，电压的变化率在ts基本上为零。控制器310可配置成在TD1到期时或者在t2或者它们之间的任何时间停用第二电压比较器302。
控制器310可配置成在时间延迟TD1到期时使伏特计306测量电压。在实施例中，控制器310在电压的变化率在时间延迟TD1到期后变成基本上为零之后使伏特计306测量电压。在这个时刻的电压与辐射粒子所生成的载流子量成比例，其涉及辐射粒子的能量。控制器310可配置成基于伏特计306所测量的电压来确定辐射粒子的能量。确定能量的一种方式是通过对电压分箱来确定能量。计数器320可具有每格的子计数器。当控制器310确定辐射粒子的能量落入格中时，控制器310可使那一格的子计数器所记录的数量增加一。因此，电子系统121可以能够检测辐射图像，并且可以能够解析每个辐射粒子的辐射粒子能量。
在TD1到期之后，控制器310将电极连接到电接地复位周期RST，以允许电极上累积的载流子流动到接地，并且重置电压。在RST之后，电子系统121准备好检测另一个入射辐射粒子。隐含地，电子系统121能够在图6的示例中所操控的入射辐射粒子的速率通过1/(TD1+RST)来限制。如果第一电压比较器301已经停用，则控制器310能够在RST到期之前的任何时间将它启动。如果控制器310已经停用，则它可在RST到期之前被启动。
图7示出适合于使用例如按图5A和图5B所示进行操作的电子系统121等的系统来检测辐射的方法的流程图。在步骤901，例如使用第一电压比较器301将暴露于辐射的二极管的电极或电阻器的电触点的电压与第一阈值进行比较。在步骤902，例如采用控制器310来确定电压的绝对值是否等于或超过第一阈值V1的绝对值。如果电压的绝对值不等于或不超过第一阈值的绝对值，则该方法回到步骤901。如果电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值，则继续进行到步骤903。在步骤903，例如使用控制器310来开始时间延迟TD1。在步骤904，例如在时间延迟TD1期间(例如在TD1到期时)使用控制器310来启动电路(例如第二电压比较器302或计数器320)。在步骤905，例如使用第二电压比较器302将电压与第二阈值进行比较。在步骤906，例如使用控制器310来确定电压的绝对值是否等于或超过第二阈值V2的绝对值。如果电压的绝对值不等于或不超过第二阈值的绝对值，则该方法转到步骤910。如果电压的绝对值等于或超过第二阈值的绝对值，则继续进行到步骤907。在步骤907，例如使用控制器310使计数器320中记录的数量增加一。在可选步骤908，例如在时间延迟TD1到期时使用伏特计306来测量电压。在可选步骤909，例如使用控制器310基于在步骤908所测量的电压来确定辐射粒子能量。可存在能量格的每个的计数器。在测量辐射粒子能量之后，光子能量所属的格的计数器能够增加一。该方法在步骤909之后转到步骤910。在步骤910，例如通过将二极管的电极或者电阻器的电触点连接到电接地，来将电压重置到电接地。例如当相邻像素共享从单个光子所生成的载流子的大部分(例如>30％)时，步骤908和909可省略。
图8示意示出按照实施例、包括本文所述辐射检测器100以及外围功能单元的系统9000的框图。系统9000包括辐射检测器100的辐射吸收层110和电子层120。
系统9000可包括电源401，其配置成向辐射检测系统9000提供电力。电源401可接收来自系统9000外部的电力，或者电源401可包括向系统9000提供电力的电池。系统9000还可包括电源管理单元402，其配置成向辐射检测器100和其他外围功能单元提供不同的内部电压。电源管理单元402包括DC-DC转换器。DC-DC转换器配置成接收来自电源401(例如来自电池)的输入DC供应，并且转换成作为输出的DC偏置电压(例如>50V或>100V)，以建立辐射吸收层110中的外部电场。电源管理单元402可包括LDO调节器，以便向系统9000的其他外围功能单元提供电压。
系统9000可包括通信单元410，其配置成与内部或外部电路进行通信。例如，电子系统121可经过通信单元410向外部电路传送辐射计数信息。通信单元410可经过有线连接与外部电路进行通信。通信单元410可包括无线通信处理器411，并且使用无线通信处理器411与外部电路进行通信。无线通信处理器411可支持各种通信协议(例如蓝牙、Wi-Fi、Z-wave或ZigBee)。
系统9000可包括GPS接收器420，其配置成记录辐射检测器100所检测的辐射的位置。编制来自GPS接收器420的位置信息以及来自电子系统121的辐射计数信息，系统9000可生成具有辐射分布的地图。
系统9000可包括显示器430，其配置成显示辐射检测器100所检测的辐射的信息。例如，实时辐射计数可在显示器430中显示。显示器430可用来显示与GPS位置相组合的所记录辐射计数。
图9示意示出，辐射检测系统9000可附连到职员ID或访问徽章，或者可以是辐射检测器笔。该系统可用于诊所、工厂、实验室或者可能具有人员辐射暴露的潜在风险的其他工作环境中。例如，系统9000可嵌入ID卡或徽章卡中，或者可夹到或附连到ID卡或徽章卡上。从辐射源1201所发射的辐射能够由辐射检测系统9000来检测，能量强度和谱信息能够在系统中显示或者传送给另一个数据分析装置。通过检查辐射检测系统9000所记录的辐射数据，因此能够估计辐射暴露风险。
图10示意示出，辐射检测系统9000可以是服装。系统9000可用于防止和监测办公室、工厂中的辐射。系统9000可配置成在一个地点或者多个地点夹到或附连到服装或工作服上。从辐射源1301所发射的辐射可在辐射检测系统9000中记录，并且可传送给另一个接收装置进行显示。辐射检测系统9000可通过检测辐射的强度分布和/或辐射粒子的能量来提供辐射信息，例如辐射的类型和辐射的强度。通过组合系统9000所提供的位置信息，可分析潜在辐射泄漏位置。
图11示意示出包括本文所述辐射检测系统9000的示例。可佩戴电子系统可具有内置的辐射检测系统9000，并且可以是运动腕带、电子手表或耳机。从辐射源1401所发射的辐射可入射到电子手表或耳机中内置的辐射检测器100上。辐射检测系统9000可配置成通过检测辐射的强度分布和/或辐射粒子的能量来提供辐射信息，例如辐射的类型和辐射的强度。例如，便携装置可在检测到附近辐射能级超过默认值时对佩戴者给予告警消息。系统9000可在地图中记录辐射能级的位置。
图12示意示出包括本文所述辐射检测系统9000的蜂窝电话。辐射检测系统9000可以是蜂窝电话的内置单元或外部连接外设。从辐射源1501所发射的辐射可入射到蜂窝电话中嵌入或者蜂窝电话上附连的辐射检测器100上。辐射检测系统9000可配置成通过检测辐射的强度分布和/或辐射粒子的能量来提供辐射信息(例如辐射的类型和辐射的强度)，并且经过相关蜂窝电话应用在蜂窝电话上显示辐射信息或告警消息。
图13示意示出包括本文所述辐射检测系统9000的食品辐射检测系统。从所检查食品所发射的辐射可由辐射检测系统9000来检测。辐射检测系统9000可配置成通过检测和分析辐射的强度分布和/或辐射粒子的能量，在显示器中提供辐射信息(例如食品中存在的辐射残余的强度以及辐射残余的类型)，或者传送给接收装置。
图14示意示出包括本文所述辐射检测系统9000的家用烟雾检测器的示例。辐射检测系统9000可以是监测和收集家庭的辐射能级的烟雾检测器的一部分。辐射检测系统9000可配置成在超过默认辐射能级时发出报警。辐射检测系统9000可配置成对某个时间段收集和记录辐射能级。
虽然本文公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例对本领域的技术人员将是显而易见的。本文所公开的各个方面和实施例是为了便于说明而不是要进行限制，其真实范围和精神通过以下权利要求书来指示。

Claims (21)

1.一种适合于检测辐射的设备，包括：
辐射吸收层，包括半导体、第一电触点和第二电触点，所述第一电触点跨所述半导体与所述第二电触点相对定位；
DC-DC转换器，配置成在所述第一电触点与所述第二电触点之间施加DC电压，所述DC-DC转换器包括微机电开关，其中，所述DC-DC转换器配置成接收时钟信号，并且采用所述时钟信号及其倒相来控制所述微机电开关。
2.如权利要求第1项所述的设备，其中，所述DC-DC转换器包括多级，其中每级包括电容器以及所述微机电开关的至少一个。
3.如权利要求第1项所述的设备，其中，所述微机电开关的每个包括悬壁梁、电触点和控制电极。
4.如权利要求第3项所述的设备，其中，所述微机电开关配置成通过改变所述控制电极上的电压来断开或闭合。
5.如权利要求第1项所述的设备，其中，所述微机电开关包括硅、SiO2、Si3N4、多晶硅或者其组合。
6.如权利要求第1项所述的设备，其中，所述第一电触点和所述第二电触点配置成收集所述辐射吸收层所吸收的辐射粒子所生成的载流子。
7.如权利要求第1项所述的设备，还包括：
第一电压比较器，配置成将所述第二电触点的电压与第一阈值进行比较；
第二电压比较器，配置成将所述电压与第二阈值进行比较；
计数器，配置成记录所述辐射吸收层所吸收的辐射粒子的数量；
控制器；
其中所述控制器配置成从所述电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第一阈值的绝对值的时间开始时间延迟；
其中所述控制器配置成在所述时间延迟期间启动所述第二电压比较器；
其中所述控制器配置成在所述第二电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第二阈值的绝对值时，使所述计数器所记录的所述数量增加一。
8.如权利要求第1项所述的设备，还包括电容器模块，其电连接到所述第二电触点，其中所述电容器模块配置成收集来自所述第二电触点的载流子。
9.如权利要求第7项所述的设备，其中，所述控制器配置成在所述时间延迟开始或到期时启动所述第二电压比较器。
10.如权利要求第7项所述的设备，还包括伏特计，其中所述控制器配置成在所述时间延迟到期时使所述伏特计测量所述电压。
11.如权利要求第7项所述的设备，其中，所述控制器配置成基于在所述时间延迟到期时所测量的所述电压的值来确定辐射粒子能量。
12.如权利要求第7项所述的设备，其中，所述控制器配置成将所述第二电触点连接到电接地。
13.如权利要求第7项所述的设备，其中，所述电压的变化率在所述时间延迟到期时基本上为零。
14.如权利要求第7项所述的设备，其中，所述电压的变化率在所述时间延迟到期时基本上为非零。
15.如权利要求第1项所述的设备，其中，所述辐射吸收层包括二极管。
16.如权利要求第1项所述的设备，其中，所述辐射吸收层包括硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其组合。
17.如权利要求第1项所述的设备，其中，所述设备没有包括闪烁器。
18.如权利要求第1项所述的设备，还包括GPS接收器，其配置成记录所述设备所检测的辐射的位置。
19.如权利要求第1项所述的设备，还包括显示器，其配置成显示所述设备所检测的辐射的信息。
20.如权利要求第1项所述的设备，还包括无线发射器，其配置成向接收装置传送所述设备所检测的辐射的信息。
21.一种包括如权利要求第1项所述的设备的系统，其中，所述系统从由辐射检测ID卡、辐射检测徽章、辐射检测笔、防辐射服装、辐射检测腕带、辐射检测手表、辐射检测耳机、辐射检测蜂窝电话配件以及食品辐射检测设备和家用辐射检测器所组成的组中选取。
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