CN109782330B - X射线探测器及显像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种X射线探测器，包括：闪烁体，所述闪烁体为纯碘化铯层或掺杂钠的碘化铯层，所述闪烁体位于所述X射线探测器的入光侧并将X射线转换成可见光；感光层，位于所述闪烁体的出光侧，所述感光层具有含锗的半导体形成的光电转换层，所述光电转换层对所述可见光进行光电转换；信号读取层，所述信号读取层与所述感光层电连接；遮光件，位于所述闪烁体与信号读取层之间且与所述信号读取层中有源层的位置对应，以遮挡所述有源层的入射光。本发明不含剧毒物质，对使用者的健康不会有任何损害，且无需投入用于处理铊的安全费用，大大降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及探测器领域，特别涉及一种X射线探测器及具有该X射线探测器的显像设备。
背景技术
X射线探测器广泛应用于医疗仪器上，如，利用X射线进行胸透成像；在现有技术中，X射线探测器主要利用掺杂铊的碘化铯作为闪烁体层，将X射线转化成可见光，再利用非晶硅感光层对可见光进行光电转换，最后由信号读取层读取电信号并输出至成像设备形成影像。
但是铊有剧毒，以掺杂铊的碘化铯作为X射线探测器的闪烁体会对人体产生很大的危害，所以制备此种X射线探测器在安全方面的费用投入极大，不利于成本的降低。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种X射线探测器，旨在解决X射线探测器的安全成本投入高的问题。
为实现上述目的，本发明提出的一种X射线探测器，一种X射线探测器，其特征在于，所述X射线探测器包括：闪烁体，所述闪烁体为纯碘化铯层或掺杂钠的碘化铯层，所述闪烁体位于所述X射线探测器的入光侧并将X射线转换成可见光；感光层，位于所述闪烁体的出光侧，所述感光层具有含锗的半导体形成的光电转换层，所述光电转换层对所述可见光进行光电转换；信号读取层，所述信号读取层与所述感光层电连接；遮光件，位于所述闪烁体与信号读取层之间且与所述信号读取层中有源层的位置对应，以遮挡所述有源层的入射光。
可选地，所述含锗的半导体由氧化锗、氮化锗、包含锗和硅的氧化物以及包含锗和硅的氮化物中的一种或多种形成。
可选地，所述感光层还包括P掺杂层与N掺杂层；所述P掺杂层位于所述光电转换层的入光侧且处于所述透明导电薄膜与所述光电转换层之间，所述N掺杂层位于所述光电转换层的出光侧。
可选地，所述感光层还包括绝缘介质，所述P掺杂层与N掺杂层包裹于所述绝缘介质内，使得P掺杂层与N掺杂层绝缘。
可选地，所述信号读取层为薄膜晶体管，所述光电转换层穿透所述薄膜晶体管的绝缘保护层与所述薄膜晶体管的漏极电连接；或，所述光电转换层不穿透所述薄膜晶体管的绝缘保护层，通过导线与所述薄膜晶体管的漏极电连接。
可选地，所述感光层及遮光件并排设置于闪烁体与所述薄膜晶体管之间。
可选地，所述感光层与所述遮光件垂直堆叠于所述闪烁体与薄膜晶体管之间，且所述感光层位于所述遮光件的入光侧。
本发明还提出一种X射线探测器，所述X射线探测器包括：闪烁体，所述闪烁体为纯碘化铯层或掺杂钠的碘化铯层，所述闪烁体位于所述X射线探测器的入光侧并将X射线转换成可见光；感光层，位于所述闪烁体的出光侧，所述感光层具有含锗的半导体形成的光电转换层，所述光电转换层对所述可见光进行光电转换，其中，所述含锗的半导体由氧化锗、氮化锗、包含锗和硅的氧化物以及包含锗和硅的氮化物中的一种或多种形成；信号读取层，所述信号读取层与所述感光层电连接；遮光件，位于所述闪烁体与信号读取层之间且与所述信号读取层中有源层的位置对应，以遮挡所述有源层的入射光。
可选地，所述X射线探测器还包括：保护层，所述保护层填充于所述信号读取层与所述闪烁体之间的空隙，将所述遮光件、感光层及信号读取层与外界环境隔离。
本发明还提出一种显像设备，包括如上任一项所述的X射线探测器，所述显像设备还包括成像装置，所述成像装置与所述薄膜晶体管电连接。
本发明技术方案通过将碘化铯中掺杂的剧毒金属铊换成钠或者纯碘化铯，再以含锗半导体形成的光电转换层对闪烁体进行光电转换，并通过信号读取层将光电转换层转换的电信号输出，由于金属钠或纯碘化铯无毒，因此本发明提出的X射线探测器无需投入用于处理铊的成本；且铊本身为贵重金属，成本高，用金属钠或纯碘化铯替代掺杂铊的碘化铯成本更低，并对使用者无任何健康损害。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明X射线探测器的一实施例的结构示意图；
图2为本发明X射线探测器的另一实施例结构示意图；
图3为CsI(纯)、CsI(Na)以及CsI(Tl)的X射线光致发光谱。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 10 | 闪烁体 | 62 | N掺杂层 |
| 20 | 保护层 | 70 | 有源层 |
| 30 | 遮光件 | 80 | 感光层 |
| 40 | 透明导电薄膜 | 90 | 薄膜晶体管 |
| 50 | 漏极 | 91 | X射线 |
| 60 | 光电转换层 | 92 | 可见光 |
| 61 | P掺杂层 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请一并参照图1-3，本发明提出的一种X射线探测器，包括：闪烁体10，所述闪烁体10为纯碘化铯层或掺杂钠的碘化铯层，所述闪烁体10位于所述X射线探测器的入光侧并将X射线91转换成可见光92；感光层80，位于所述闪烁体10的出光侧，所述感光层80具有含锗的半导体形成的光电转换层60，所述光电转换层60对所述可见光92进行光电转换；信号读取层，所述信号读取层与所述感光层80电连接；遮光件30，位于所述闪烁体10与信号读取层之间且与所述信号读取层中有源层70的位置对应，以遮挡所述有源层70的入射光。
如图1所示，在本实施例中，闪烁体10的主要成份为纯CsI或掺杂钠的碘化铯，X射线91从闪烁体10的入光侧进入闪烁体10，由闪烁体10转换为可见光92，感光层80经所述可见光92曝光后，光电转换层60对可见光92进行光电转换，由于感光层80与信号读取层电连接，光电转换层60进行光电转换后生成的电信号由信号读取层将电信号输出，实现了X射线探测器的光电转换功能。在本实施例中，信号读取层为薄膜晶体管90(Thin filmtransistor,简称TFT)，由于薄膜晶体管90内具有一可进行光电转换的有源层70，若有可见光92进入薄膜晶体管90的有源层70，会导致薄膜晶体管90内传输的电信号发生变化，因此，为了防止可见光92进入薄膜晶体管90，在薄膜晶体管90的入光侧设置有遮光件30，遮光件30挡住射向薄膜晶体管90有源层70的光线，使得薄膜晶体管90只传输来自于光电转换层60的电信号，完成对感光层80的信号读取功能。
光电转换层60由具有含锗的半导体形成，具体地，所述含锗的半导体为氧化锗、氮化锗、包含锗和硅的氧化物以及包含锗和硅的氮化物(GeOx、SixGeyOz、GeNx、SixGeyNz、SixGeyOzNw)中的一种或多种，在生产中，主要利用化学气象沉积法形成光电转换层60，由于半导体中锗的含量影响半导体所能吸收的光波长，因此，在生产时，通过控制半导体中锗元素的含量来控制半导体吸收的光波长；如，GeNx及GeOx中，下标x的数值越小(在氧或氮原子数量不足)，GeNx结晶或GeOx结晶中锗的化学键将会与锗结合，形成锗颗粒，锗的含量越高，锗颗粒越大，GeOx半导体所能吸收的光波越长；而在同时含有硅与锗的半导中，如SixGeyNz、SixGeyOzNw及SixGeyOz，光电转换层60所能吸收的光波长与硅锗的比例有关，硅与锗均可对可见光92进行光电转换，但锗对光的灵敏性比硅高，且更偏向于长波光，因此，半导体中锗的含量越高，半导体吸收的光波也更长。当锗的含量大于硅含量的两倍时，光电转换层60主要对红光进行光电转换，当硅的含量大于锗含量的3倍时，光电转换层60主要对紫光及蓝光进行光电转换。不掺杂铊的碘化铯闪烁体10层可以有效地吸收X射线91并将其转化成近紫外光。例如，如图3所示，纯碘化铯闪烁体10可吸收X射线91并将其转化为峰值波长约310nm的近紫外光，掺钠碘化铯闪烁体10可将X射线91转化成峰值波长约420nm的近紫外光。
在本实施例中，可通过控制GeNx及GeOx中锗的含量或控制SixGeyNz、SixGeyOzNw及SixGeyOz中硅与锗的比例，使光电转换层60能够转换纯碘化铯及掺钠碘化铯所转换的可见光92。
由于不存在剧毒的金属铊及铊的化合物，本发明提出的X射线探测器更加绿色，不会对用户的健康造成损害，而铊本身为贵重金属，成本高，用金属钠或纯碘化铯替代掺杂铊的碘化铯能够大大降低X射线探测器的生产成本，并能够节省处理铊的安全成本。
可选地，所述感光层80还包括P掺杂层61与N掺杂层62；所述P掺杂层61位于所述光电转换层60的入光侧且处于所述透明导电薄膜4040与所述光电转换层60之间，所述N掺杂层62位于所述光电转换层60的出光侧；所述感光层80还包括绝缘介质，所述P掺杂层61与N掺杂层62包裹于所述绝缘介质内，使得P掺杂层61与N掺杂层62绝缘。
当感光层80与信号读取层连接时，P掺杂层61、光电转换层60及N掺杂层62形成的结构其作用类似于电容，防止光电转换层60光电效应产生的电信号流失，使得所述电信号能够最大程度地流向信号读取装置。
为了防止在制造的过程中P掺杂层61与N掺杂层62通电，造成制作失败，所述感光层80还包括包绕所述P掺杂层61与N掺杂层62的绝缘介质，以使所述P掺杂层61与N掺杂层62绝缘。
光电转换层60也可以单独设置，不需要P掺杂层61与N掺杂层62，此时，光电转换层60直接与漏极50电连接。在实际生产中，P掺杂层61与N掺杂层62的制作流程复杂，价格昂贵，感光层80及遮光件30并排设置于闪烁体10与所述薄膜晶体管90之间的形式可以直接省去P掺杂层61与N掺杂层62，大大降低了X射线探测器的生产成本，简化了工艺流程。
感光层80的位置具有两种设置形式，第一种为：感光层80位于所述闪烁体10与所述遮光件30之间，第二种为：感光层80及遮光件30并排设置于闪烁体10与所述薄膜晶体管90之间。
如图2所示，当感光层80位于闪烁体10与遮光件30之间时，光电转换层60与薄膜晶体管90漏极50之间通过导线电连接，光电转换层60产生的电信号通过薄膜晶体管90读取。这种设置形式使得感光层80能够大面积地接受可见光92照射，不受薄膜晶体管90的限制，具有很高的光电转换效率。此时，感光层80可以为含有P掺杂层61与N掺杂层62的感光层80，也可为仅由光电转换层60单独设置的感光层80。当X射线探测器应用于显像设备时，感光层80位于闪烁体10与遮光件30之间的设置形式可以减少病人在X射线下的照射时间或降低X射线的照射强度，由于X射线探测器具有很高的光电转换效率，可以达到同样的成像效果。
如图1所示，感光层80的第二种设置形式：即，感光层80及遮光件30并排设置于闪烁体10与所述薄膜晶体管90之间；此时，光电转换层60穿透薄膜晶体管90的绝缘保护层20与所述薄膜晶体管90的漏极50电连接，由于光电转换层60与薄膜晶体管90的漏极50直接接触，光电转换层60光电效应产生的电信号可以直接从漏极50进入薄膜晶体管90，因此，光电转换层60可以单独设置，不需要P掺杂层61与N掺杂层62。在实际生产中，P掺杂层61与N掺杂层62的制作流程复杂，价格昂贵，感光层80及遮光件30并排设置于闪烁体10与所述薄膜晶体管90之间的形式可以直接省去P掺杂层61与N掺杂层62，大大降低了X射线探测器的生产成本，简化了工艺流程。或者，也可将含有P掺杂层61与N掺杂层62的感光层80与遮光件30并排设置于闪烁体10及薄膜晶体管90之间，此时，感光层80与薄膜晶体管90之间通过导线电连接。
可选地，所述X射线探测器还包括：保护层20，所述保护层20填充于所述薄膜晶体管90与所述闪烁体10之间的空隙，将所述遮光件30、感光层80及薄膜晶体管90与外界环境隔离。
为了防止电信号流失，X射线探测器的各元件需要严格地与外界环境隔绝，因此，所述X射线探测器还包括保护层20，所述保护层20填充于所述薄膜晶体管90与所述闪烁体10之间的空隙，以将所述遮光件30、感光层80及薄膜晶体管90与外界环境隔离。
本发明提出一种显像设备，该显像设备包括前述X射线探测器及成像装置，所述X射线探测器与成像装置电连接，X射线探测器因光电效应产生的电信号经成像装置形成影像。
在本实施例中，由于X射线探测器内起光电转换功能的感光层80具有灵敏且高效的光电转换性能，能够通过控制GeNx及GeOx中锗的含量或控制SixGeyNz、SixGeyOzNw及SixGeyOz中硅与锗的比例，使光电转换层60能够转换纯碘化铯及掺钠碘化铯所转换的可见光92，实现X射线探测器的光电转换功能，使得本发明提出的显像设备能够避免金属铊对使用者的健康损害，并减少了大量的安全投入成本。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种X射线探测器，其特征在于，所述X射线探测器包括：
闪烁体，所述闪烁体为纯碘化铯层或掺杂钠的碘化铯层，所述闪烁体位于所述X射线探测器的入光侧并将X射线转换成可见光；
感光层，位于所述闪烁体的出光侧，所述感光层具有含锗的半导体形成的光电转换层，所述光电转换层对所述可见光进行光电转换，所述含锗的半导体由氧化锗、氮化锗、包含锗和硅的氧化物以及包含锗和硅的氮化物中的一种或多种形成；
信号读取层，所述信号读取层与所述感光层电连接；
遮光件，位于所述闪烁体与信号读取层之间且与所述信号读取层中有源层的位置对应，以遮挡所述有源层的入射光，其中，所述感光层与所述遮光件并排设置于所述闪烁体与所述信号读取层之间，且所述光电转换层穿透所述信号读取层的绝缘保护层后与所述信号读取层的漏极电连接。
2.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于，所述X射线探测器还包括保护层，所述保护层填充于所述信号读取层与所述闪烁体之间的空隙，将所述遮光件、感光层及信号读取层与外界环境隔离。
3.一种显像设备，其特征在于，包括如权利要求1所述的X射线探测器，所述显像设备还包括成像装置，所述成像装置与所述信号读取层电连接。
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