CN110007333A - 射线探测器及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种射线探测器及其形成方法，其中，射线探测器包括：光电传感器；位于光电传感器表面的第一闪烁晶体层；位于第一闪烁晶体层表面的第二闪烁晶体层，所述第二闪烁晶体层的相对光输出大于第一闪烁晶体层，所述第一闪烁晶体层的可见光透过率大于第二闪烁晶体层。所述射线探测器的探测灵敏度得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种射线探测器及其形成方法。
背景技术
随着技术进步，对各种射线的探测的应用越来越广泛，要求越来越高，例如广泛用于医学检查、安全检测、物质分析等各领域。在大多应用中，为了有效提高探测效率，需要尽可能提高探测器的灵敏度。在很多应用场合，高灵敏度的探测器也是降低射线辐射危害的方法之一。
闪烁探测器被广泛应用于伽马射线探测领域，其原理是利用射线与闪烁晶体作为沉积能量，晶体退激产生可见光子，可见光子以一定的分布和路径传播，从而被光电传感器探测，进而转化为电信号，以用于对射线进行能量甄别和位置定位。
提高射线探测器的灵敏度有利于提高射线探测能力，同时，由于射线所固有的危险性及危害性众所周知，在需要借助射线进行检测的应用场合，为尽量减小其危害，也希望在获取同等探测质量时降低射线辐射量；在相同射线辐射强度下获取更优探测效果。
然而，现有技术的射线探测器的性能较差。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种射线探测器及其形成方法，以提高射线探测器的性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种射线探测器，包括：光电传感器；位于光电传感器表面的第一闪烁晶体层；位于第一闪烁晶体层表面的第二闪烁晶体层，所述第二闪烁晶体层的相对光输出大于第一闪烁晶体层，所述第一闪烁晶体层的可见光透过率大于第二闪烁晶体层。
可选的，所述第二闪烁晶体层的相对光输出为2％～100％。
可选的，所述第二闪烁晶体层的材料包括：锗酸铋、硅酸镥、硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅酸钇、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅、铝酸钇、溴化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸镥、铝酸镥、GOS陶瓷晶体和碘化镥中的至少一个。
可选的，所述第一闪烁晶体层的可见光透过率为1％～99％。
可选的，所述第一闪烁晶体层的材料包括：锗酸铋、硅酸镥、硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅酸钇、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅、铝酸钇、溴化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸镥、铝酸镥、GOS陶瓷晶体和碘化镥中的至少一个。
可选的，所述第二闪烁晶体层的厚度为0.1mm～5mm。
可选的，所述第一闪烁晶体层的厚度为0.1mm～5mm。
可选的，所述第二闪烁晶体层和第一闪烁晶体层之间通过光学胶耦合固定。
可选的，所述第一闪烁晶体层与光电传感器通过光学胶耦合固定。
可选的，所述第二闪烁晶体层包括第一有效区和第一隔离区，所述第二闪烁晶体层包括第一面，所述第二闪烁晶体层的第一面与第一闪烁晶体层耦合；所述第一闪烁晶体层包括第二有效区和第二隔离区，所述第二有效区投影在第一面表面的图形位于第一有效区，并且所述第二隔离区投影在第一面表面的图形位于第一隔离区内。
相应的，本发明还提供一种上述任意一种射线探测器的形成方法，包括：提供光电传感器；在所述光电传感器表面形成第一闪烁晶体层；在所述第一闪烁晶体层表面形成第二闪烁晶体层，所述第二闪烁晶体层的相对光输出大于第一闪烁晶体层，所述第一闪烁晶体层的可见光透过率大于第二闪烁晶体层。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案提供的射线探测器中，复合闪烁晶体结构为复合结构，其中位于上层的第二闪烁晶体层的相对光输出高，可产生较大光子信号；第一闪烁晶体层的可见光透过率高，穿透第一闪烁晶体层的光子较多。合理设计第二闪烁晶体层和第一闪烁晶体层的材料和厚度，能实现在发光率、可见光透过率这两个指标进行优化设计，能在有效提高信号强度，提高射线探测器的灵敏度，使得射线探测器的性能得到提升。
进一步，所述第一闪烁晶体层对射线阻挡能力较强，能有效减少射线进入到光电传感器，减少信号噪声，提高信噪比，从而提高射线探测器的灵敏度。
附图说明
图1至图3是本发明一实施例中射线探测器的结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术的射线探测器的性能较差。
一种射线探测器，包括：光电传感器和位于光电传感器表面的闪烁晶体层，所述闪烁晶体层覆盖光电传感器表面。
射线探测器的主要性能指标包含相对光输出、射线衰减长度和可见光透过率等等。射线衰减长度与闪烁晶体层的材料和厚度相关，相对光输出和可见光透过率与闪烁晶体层的材料相关，这些指标通常不能兼顾从而影响探测效率。在目前应用的闪烁晶体中，一些晶体相对光输出非常高，但可见光透过率很低，例如很多陶瓷闪烁晶体(例如对γ射线探测用的硫氧化钆晶体)；而另一些闪烁晶体相对光输出较低，但可见光透过率较高(例如对γ射线探测用的锗酸铋晶体)。因为射线在闪烁晶体中存在射线衰减长度，如果晶体厚度太小，较多射线穿透晶体进入下部的光电传感器，会造成信号噪音大，甚至损坏光电传感器，所以通常需要一定厚度。而因为可见光透过率的影响，厚度越大透过率越低，又会造成信号损失。综上，导致射线探测器性能较差。
本发明中，采用复合闪烁晶体结构，第二闪烁晶体层的相对光输出高，可产生较大光子信号；第一闪烁晶体层的可见光透过率高，而且对射线阻挡能力较强，光子有效穿透的同时有效减少射线进入复合闪烁晶体结构下部的光电传感器，所述复合闪烁晶体结构提高了射线探测器的性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1至图3是本发明一实施例中射线探测器的结构示意图。
请参考图1，图1是一种射线探测器的剖面结构示意图，包括：光电传感器100；位于光电传感器100表面的第一闪烁晶体层110；位于第一闪烁晶体层110表面的第二闪烁晶体层120，所述第二闪烁晶体层120的相对光输出大于第一闪烁晶体层，所述第一闪烁晶体层110的可见光透过率大于第二闪烁晶体层120。
所述射线探测器包括：射线强度探测器、位置灵敏度射线探测器或射线图像传感器。
所述第一闪烁晶体层110和第二闪烁晶体层120构成复合闪烁晶体结构，所述复合闪烁晶体结构用于将入射到射线探测器的射线转换为可见光。
所述光电传感器100用于接收所述可见光，将所述可见光转换为电信号，并将所述电信号输出。
所述射线包括：X射线，γ射线，β射线。
本实施例中，所述射线为X射线。所述射线探测器为X射线探测器。
其他实施例中，所述射线为γ射线或者β射线，所述射线探测器为γ射线探测器或者β射线探测器。
所述第二闪烁晶体层120的相对光输出为2％～100％。
所述第二闪烁晶体层120的相对光输出大于第一闪烁晶体层110的相对光输出，能够提高在相同射线衰减长度的情况下复合闪烁晶体结构的相对光输出。
所述第二闪烁晶体层120可以是接收入射到射线探测器的射线并将所接收到的射线转换为可见光的晶体薄膜。
所述第二闪烁晶体层120的材料包括：锗酸铋、硅酸镥、硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅酸钇、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅、铝酸钇、溴化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸镥、铝酸镥、GOS陶瓷晶体和碘化镥中的至少一个。
本实施例中，所述第二闪烁晶体层120的材料为GOS陶瓷晶体。
硫氧化钆材料的相对光输出较高，射线通过第二闪烁晶体层后激发的光子数较多，能提高复合闪烁晶体结构的相对光输出。
所述第二闪烁晶体层120的厚度为0.1mm～5mm。
所述第二闪烁晶体层120厚度低于0.1mm，则穿过第二闪烁晶体层120的射线较多，由于射线的能量较高，过多的射线穿透会损伤光电传感器或者形成噪音；所述第二闪烁晶体层120厚度大于5mm则射线激发所形成的可见光难以透过，从而使得第二闪烁晶体层120的可见光的透过率较低，对射线探测器的性能造成影响。
所述第一闪烁晶体层110的可见光透过率为1％～99％。
第一闪烁晶体层110的可见光透过率大于第二闪烁晶体层120的可见光透过率，能够提高相同射线衰减长度的情况下复合闪烁晶体结构的可见光透过率。
所述第一闪烁晶体层110可以是接收入射到射线探测器的射线并将所接收到的射线转换为可见光的晶体薄膜。
所述第一闪烁晶体层110的材料包括：锗酸铋、硅酸镥、硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅酸钇、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅、铝酸钇、溴化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸镥、铝酸镥、GOS陶瓷晶体和碘化镥中的至少一个。
本实施例中，所述第一闪烁晶体层110的材料为锗酸铋。
锗酸铋材料的可见光透过率较高，第二闪烁晶体层120发出的可见光能够透过第一闪烁晶体层110进入到光电传感器的光子数较多，能提高复合闪烁晶体结构的相对光输出。同时，锗酸铋材料的阻挡能力较强，能够阻挡射线进入到光电传感器，减少噪音的形成，从而提高了射线探测器的灵敏度。
所述第一闪烁晶体层110的厚度为0.1mm～5mm。
所述第一闪烁晶体层110厚度低于0.1mm，则穿过第一闪烁晶体层120的射线较多，由于射线的能量较高，过多的射线穿透会损伤光电传感器或者形成噪音。所述第一闪烁晶体层110厚度大于5mm则射线激发所形成的可见光难以透过，从而使得第一闪烁晶体层110可见光的透过率较低，对射线探测器的性能造成影响。
所述射线探测器也可以探测其它的射线，例如γ射线或者β射线，相应地，复合闪烁晶体结构可以由能够将不同的射线转换为可见光的不同材料形成。
所述第二闪烁晶体层120和第一闪烁晶体层110之间通过光学胶耦合固定。
第二闪烁晶体层120的相对光输出高，可产生较多的可见光，光子信号较大；第一闪烁晶体层110的可见光透过率高，而且对射线阻挡能力较强，光子有效穿透的同时有效减少射线进入复合闪烁晶体结构下部的光电传感器。
光电传感器100可接收复合闪烁晶体结构发出的可见光，并可将所接收到的可见光转换为电信号，并将所述电信号输出至射线探测器外部的信号处理系统，信号处理系统根据实际需要，获取所需要的信息。
所述第一闪烁晶体层110与光电传感器100通过光学胶耦合固定。
请参考图2和图3，图2为图1中切割线B-B1的截面图，图3为图1中切割线A-A1的截面图，所述第二闪烁晶体层120包括第一有效区121和第一隔离区122。所述第一闪烁晶体层110包括第二有效区111和第二隔离区112。
所述第二闪烁晶体层120包括第一面，所述第二闪烁晶体层120第一面与第一闪烁晶体层110耦合。
所述第二有效区111投影在第一面表面的图形位于第一有效区121，并且所述第二隔离区112投影在第一面表面的图形位于第一隔离区122内。
本实施例中，所述第二有效区111投影在第一面表面的图形与第一有效区121重合，并且所述第二隔离区112投影在第一面表面的图形与第一隔离区122重合。
所述第二有效区111投影在第一面表面的图形与第一有效区121重合，并且所述第二隔离区112投影在第一面表面的图形与第一隔离区122重合。能够保证通过第二闪烁晶体层120的光线全部进入到第一闪烁晶体层110内，且能够避免第二闪烁晶体层120的可见光在不同第二有效区111内串扰。
复合闪烁晶体结构为复合结构，其中位于上层的第二闪烁晶体层120的相对光输出高，可产生较大光子信号；第一闪烁晶体层110的可见光透过率高，穿透第一闪烁晶体层110的光子较多。合理设计第二闪烁晶体层120和第一闪烁晶体层110的材料和厚度，能实现在发光率、可见光透过率这两个指标进行优化设计，能在有效提高信号强度，提高射线探测器的灵敏度，使得射线探测器的性能得到提升。并且，所述第一闪烁晶体层110对射线阻挡能力较强，能有效减少射线进入到光电传感器100，减少信号噪声，提高信噪比，从而提高射线探测器的灵敏度。
本发明实施例还提供一种上述射线探测器的形成方法，请参考图1，包括：提供光电传感器100；在所述光电传感器100表面形成第一闪烁晶体层110；在所述第一闪烁晶体层110表面形成第二闪烁晶体层120，所述第二闪烁晶体层120的相对光输出大于第一闪烁晶体层110，所述第一闪烁晶体层110的可见光透过率大于第二闪烁晶体层120。
所述光电传感器100参照前述实施例的内容，不再详述。
所述第一闪烁晶体层110的材料和位置参考前述实施例的内容，不再详述。
所述第二闪烁晶体层120的材料和位置参考前述实施例的内容，不再详述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (11)
1.一种射线探测器，其特征在于，包括：
光电传感器；
位于光电传感器表面的第一闪烁晶体层；
位于第一闪烁晶体层表面的第二闪烁晶体层，所述第二闪烁晶体层的相对光输出大于第一闪烁晶体层，所述第一闪烁晶体层的可见光透过率大于第二闪烁晶体层。
2.根据权利要求1所述的射线探测器，其特征在于，所述第二闪烁晶体层的相对光输出为2％～100％。
3.根据权利要求1所述的射线探测器，其特征在于，所述第二闪烁晶体层的材料包括：锗酸铋、硅酸镥、硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅酸钇、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅、铝酸钇、溴化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸镥、铝酸镥、GOS陶瓷晶体和碘化镥中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的射线探测器，其特征在于，所述第一闪烁晶体层的可见光透过率为1％～99％。
5.根据权利要求1所述的射线探测器，其特征在于，所述第一闪烁晶体层的材料包括：锗酸铋、硅酸镥、硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅酸钇、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅、铝酸钇、溴化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸镥、铝酸镥、GOS陶瓷晶体和碘化镥中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的射线探测器，其特征在于，所述第二闪烁晶体层的厚度为0.1mm～5mm。
7.根据权利要求1所述的射线探测器，其特征在于，所述第一闪烁晶体层的厚度为0.1mm～5mm。
8.根据权利要求1所述的射线探测器，其特征在于，所述第二闪烁晶体层和第一闪烁晶体层之间通过光学胶耦合固定。
9.根据权利要求1所述的射线探测器，其特征在于，所述第一闪烁晶体层与光电传感器通过光学胶耦合固定。
10.根据权利要求1所述的射线探测器，其特征在于，所述第二闪烁晶体层包括第一有效区和第一隔离区，所述第二闪烁晶体层包括第一面，所述第二闪烁晶体层的第一面与第一闪烁晶体层耦合；所述第一闪烁晶体层包括第二有效区和第二隔离区，所述第二有效区投影在第一面表面的图形位于第一有效区，并且所述第二隔离区投影在第一面表面的图形位于第一隔离区内。
11.一种如权利要求1至10任一项所述的射线探测器的形成方法，其特征在于，包括：
提供光电传感器；
在所述光电传感器表面形成第一闪烁晶体层；
在所述第一闪烁晶体层表面形成第二闪烁晶体层，所述第二闪烁晶体层的相对光输出大于第一闪烁晶体层，所述第一闪烁晶体层的可见光透过率大于第二闪烁晶体层。
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| CN201910369253.9A Pending CN110007333A (zh) | 2019-05-05 | 2019-05-05 | 射线探测器及其形成方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110687578A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-01-14 | 刘娟 | 一种具有高出光率的掺铊碘化铯闪烁晶体辐射探测器 |
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| US20070051896A1 (en) * | 2003-10-22 | 2007-03-08 | Satoshi Okada | Radiation detection device, scintillator panel, method of making the same, making apparatus, and radiation image pick-up system |
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-
2019
- 2019-05-05 CN CN201910369253.9A patent/CN110007333A/zh active Pending
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