CN110753973B - 闪烁体板、放射线成像装置和闪烁体板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供闪烁体板，该闪烁体板在基板的表面上设置有闪烁体，该闪烁体具有面向该表面的第一面和在该第一面的相反侧的第二面。该闪烁体包括多个针状晶体，每个针状晶体含有作为基材的卤化碱金属化合物、作为活化剂的碘化铊、和作为添加元素的铜和银中的至少一者，在该第二面中以不小于0.04mol％且不大于0.5mol％的浓度含有该添加元素，该添加元素在该第一面中的浓度高于在该第二面中的浓度，并且每个针状晶体的与该表面平行的面中的最大部分的厚度成为该针状晶体的从该第一面至该第二面的方向上10μm的高度处的与该表面平行的面中的厚度的1倍以上且9倍以下。

Description

闪烁体板、放射线成像装置和闪烁体板的制造方法
技术领域
本发明涉及闪烁体板、放射线成像装置和该闪烁体板的制造方法。
背景技术
作为在医疗图像诊断、非破坏性检查等中用于放射线成像的平板探测器(FPD)，可利用间接变换FPD，其通过闪烁体将经由物体透射的放射线转换为光并且通过受光元件来检测由闪烁体发出的光。卤化碱金属化合物例如碘化铯的针状晶体组广泛用于闪烁体，该闪烁体将放射线转换为光以高效地将发出的光传送至受光元件。针状晶体组具有各个针状晶体之间形成的间隙并且由于晶体与空气之间的折射率的不同而在晶体中反复光的全反射，由此有效地将发出的光导向受光元件。
PTL 1公开了当通过气相沉积形成闪烁体时，相对于垂直轴倾斜地将基板放置在闪烁体材料的气相沉积源的垂直方向的上方以形成薄针状晶体并且改善闪烁体的分辨率特性。PTL 2公开了通过使用含有相对于碘化铯具有不同熔点的多个活化剂的原料，从而改善闪烁体的发光亮度。
引用列表
专利文献
PTL 1：国际公开No.2013/089015
PTL 2：日本专利No.5407140
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种技术，其有利地改善闪烁体的分辨率和亮度特性。
问题的解决方案
考虑上述问题，根据本发明的实施方式的闪烁体板为在基板的表面上设置有闪烁体的闪烁体板，该闪烁体具有面向该表面的第一面和该第一面的相反侧的第二面，其特征在于，该闪烁体包括多个针状晶体，每个针状晶体含有作为基材的卤化碱金属化合物、作为活化剂的碘化铊、和作为添加剂的铜和银中的至少一者，在该第二面中以不小于0.04mol％且不大于0.5mol％的浓度含有该添加剂，该添加剂在该第一面中的浓度高于在该第二面中的浓度，并且每个针状晶体的与该表面平行的面中的最大部分的厚度成为该针状晶体的从该第一面至该第二面的方向上10μm的高度处的与该表面平行的面中的厚度的1倍以上且9倍以下。
发明的有利效果
上述手段提供一种技术，其有利地改善闪烁体的分辨率和亮度特性。
由以下参照附图进行的说明，本发明的其他特征和优点将变得清楚。应指出的是，在全部附图中相同的附图标记表示相同或相似的部件。
附图说明
并入并且构成说明书的一部分的附图表示目前优选的本发明的实施方式，并且与以上给出的概述和以下给出的优选实施方式的详细说明一起，用于解释本发明的原理。
图1为表示形成根据本发明实施方式的闪烁体的装置的配置的实例的视图；
图2为表示测定根据本发明实施方式的闪烁体的直径的方法的视图；
图3为表示根据本发明实施方式的闪烁体的表面的观察图像的视图；
图4为表示根据本发明实施方式的比较例的闪烁体的表面的观察图像的视图；
图5为表示使用根据本发明实施方式的闪烁体的放射线成像装置的配置的实例的视图；和
图6为表示根据本发明的实施例和比较例的闪烁体的特性的视图。
具体实施方式
以下参照附图对根据本发明的放射线成像装置的具体实施方式进行说明。应指出地是，根据本发明的放射线能够不仅包括作为由放射性衰变发出的粒子(包括光子)产生的射束的α射线、β射线和γ射线，而且包括能量等于或大于这些射束的能量的射束，例如X射线、粒子射线和宇宙射线。
参照图1-6对根据本发明实施方式的闪烁体板和放射线成像装置的配置以及制造方法进行说明。图1为说明用于形成根据本实施方式的具有闪烁体101的闪烁体板100的沉积装置110的配置的实例的视图。如图1中所示那样，闪烁体板100包括在能够排空至真空的腔室105中配置的、材料供给源103和用于沉积闪烁体101的基板102。闪烁体板100通过采用沉积法例如气相沉积法在基板102的表面108上形成闪烁体101而形成。闪烁体101具有面对基板102的表面108的第一面106和第一面106的相反侧的第二面107。可将多个气相沉积材料104(将后述)存储于一个材料供给源103并气相沉积。或者，可将气相沉积材料104a-104c分别存储于不同的材料供给源103a-103c并且气相沉积，如图1中所示。
本实施方式中，闪烁体101包括多个针状晶体，所述针状晶体由使用碘化铊作为活化剂的作为基材的卤化碱金属化合物形成。作为能够形成针状晶体的卤化碱金属化合物，例如，能够选择碘化铯、溴化铯等。该实施方式使用碘化铊作为活化剂，相对于整个闪烁体101，其含有0.2mol％-3.2mol％的铊。这使得铊作为发光中心发挥功能以实现充分的发光。
本实施方式中，闪烁体101的针状晶体含有铜和银中的至少一个添加元素。闪烁体101的第二面107以0.04mol％-0.5mol％的浓度含有添加元素。添加元素可以只是铜或银或者可以包括铜和银两者。作为用于将添加元素添加至闪烁体101的添加元素材料，可使用单质金属例如铜或银或者含有铜或银的化合物，例如碘化铜、溴化铜、碘化银或溴化银。
包括卤化碱金属化合物、碘化铊和添加元素材料的气相沉积材料104可分别存储于不同的材料供给源103并且用于气相沉积。此外，能够将具有相似的熔点的材料混合并且存储于相同的材料供给源103并且气相沉积。例如，将碘化铯(熔点：621℃)和碘化铜(熔点：605℃)分别选作基材和添加元素材料时，可将以预定浓度混合的碘化铯和作为添加元素的碘化铜存储于一个材料供给源103并气相沉积。或者，可将以预定浓度混合的作为基材的碘化铯(熔点：621℃)和作为添加元素材料的碘化银(熔点：552℃)存储于一个材料供给源103并气相沉积。
预先将卤化碱金属化合物和添加元素材料混合并气相沉积时，添加元素材料的熔点低于卤化碱金属化合物的熔点。因此，在沉积的早期阶段中，闪烁体101中含有的添加元素的浓度高，并且在沉积的后期阶段中变低。即，闪烁体101的第一面106中的添加元素的浓度高于第二面107中的添加元素的浓度。因此，即使当添加元素引起闪烁体101的着色(这引起光吸收)时，放射线成像装置的下述配置能够防止从闪烁体101发出的光的减弱。这使得能够容易地将光引导至传感器面板。图5表示使用根据本实施方式的闪烁体板100的放射线成像装置的配置。在放射线成像装置500中，闪烁体板100能够为间接型，其中沿着(alongside)传感器面板501的受光表面502放置闪烁体101，并且将基板102放置在远离受光表面502的一侧。在放射线成像装置500中，为了使受光表面502充分地接收由闪烁体101发出的光，将闪烁体101的第二面107中的添加元素的浓度控制为低达0.04mol％-0.5mol％(相对于闪烁体101)。这能够抑制由添加元素引起的着色的影响以及在传感器面板501的受光表面502上接收光的效率的降低。如图5中所示，可使放射线503从闪烁体板100或者从闪烁体板100的相反侧进入传感器面板501。
如上所述，预先将卤化碱金属化合物和添加元素材料混合，然后气相沉积。这种情况下，闪烁体101中添加元素的浓度能够逐渐地且连续地从闪烁体101的第二面107增加至第一面106。与其相对，可将卤化碱金属化合物和添加元素材料没有混合就气相沉积。这种情况下，可控制其中存储有添加元素材料的材料供给源103以连续地或阶梯地将添加元素的浓度从闪烁体101的第二面107至第一面106增大。例如，控制其中存储添加元素材料作为气相沉积材料104的材料供给源103的开闭器(shutter)的开度、温度等。这使得能够从沉积早期的闪烁体101的第一面到沉积后期的第二面连续地或阶梯地控制闪烁体101中含有的添加元素的浓度。
为了将由闪烁体101发出的光有效率地传送至传感器面板501，重要的是改善从闪烁体101的面对基板102的第一面106到第二面107的纵向方向上的针状晶体的波导特性。为此，重要的是控制每个针状晶体自身的与基板102的表面108平行的方向上的厚度(直径)和每个针状晶体的膜厚方向上的厚度(直径)的变化。通常，在作为卤化碱金属化合物的每个碘化铯针状晶体的气相沉积步骤的初期，在基板上形成微小的结晶核(初期核)。此外，适当地选择基板温度、压力和沉积速率将会使结晶核优先在<100>方位生长成针状晶体。在沉积的后期(在第二面107上)，结晶核的厚度在与基板102的表面108平行的方向上更多地增大。因此，为了改善闪烁体的分辨能力，需要使针状晶体变薄并且抑制针状晶体的尺寸的增大。当通过气相沉积使闪烁体101沉积时，以上述方式供应添加元素能够改善沉积初期的每个针状晶体的结晶性，特别地，进一步减小针状晶体的在与基板102的表面108平行的方向上的厚度。另一方面，减小闪烁体101的第二面107中的添加元素的浓度能够抑制由添加元素引起的发光的衰减。
为了改善波导特性，需要在针状晶体的沉积的初期与沉积的后期之间减少每个针状晶体的与基板102的表面108平行的方向上的厚度的变化。因此，将每个针状晶体的与基板102的表面108平行的面中的最大部分的厚度设定为该针状晶体的从第一面106到第二面107的方向上10μm的高度处的与基板102的表面108平行的面中的厚度的1倍以上且9倍以下。如后述的实施例和比较例所示，使闪烁体101的与基板102的表面108平行的面中的厚度的变化(增大率)落入上述范围内能够满足对于分辨能力(分辨率)和亮度两者的要求。此外，每个针状晶体的最大部分的厚度能够为4μm以下。针状晶体的最大部分的厚度可以小于传感器面板501中配置的每个受光元件的大小。
如图2中所示，闪烁体101的每个针状晶体的厚度(直径)可以是闪烁体101的针状晶体的具有最小面积并且包含与基板102的表面108平行的面201的椭圆202的长轴204的长度。闪烁体101的每个针状晶体的厚度(直径)也可以是闪烁体101的针状晶体的外接与基板102的表面108平行的面201的圆的直径。闪烁体101的每个针状晶体的厚度或针状晶体的厚度变化的评价能够通过例如用扫描电子显微镜(SEM)等观察闪烁体101的第二面107或侧面的形状而测定。参照图2，椭圆202具有短轴203。
图3表示添加添加元素进行气相沉积时闪烁体101的表面的SEM像。图4表示没有添加任何添加元素进行气相沉积时闪烁体101的表面的SEM像。添加添加剂能够使闪烁体101的每个针状晶体的厚度减小并且改善分辨能力。此外，图3和4中由白线包围的每个椭圆表示图2中所示的闪烁体101的每个针状晶体的具有最小面积并且包含与基板102的表面108平行的面201的椭圆202。
通过测定MTF(调制传递函数，Modulation Transfer Functions)能够定量地比较闪烁体101的分辨能力特性的评价。通过使用包括各种受光元件和照相机的光电探测器例如CCD(电荷耦合器件，charge-coupled device)和CMOS(互补金属氧化物半导体，Complementary Metal-Oxide Semiconductor)能够评价闪烁体101的亮度特性。闪烁体101中含有的添加元素的化学组成例如添加元素的浓度能够通过例如X射线荧光光谱分析或电感耦合等离子体光谱法来评价。闪烁体101的结晶性能够通过例如X射线衍射分析来评价。
接下来将对通过气相沉积将闪烁体101沉积时的基板102的温度进行说明。为了减小每个针状晶体的厚度(直径)，考虑到到达在其上进行沉积的基板102的表面的气相沉积粒子的表面扩散长度，重要的是气相沉积时的基板102的温度在沉积初期要低。如后述的实施例和比较例所示那样，气相沉积开始时基板温度可以为100℃以下。此外，气相沉积开始时基板温度可以为70℃以下。如果气相沉积初期的基板102的温度变得高于130℃，则气相沉积粒子的表面扩散长度增加。因此，初期核之间的间隔增大，并且如后述的比较例所示那样，每个针状晶体的晶体尺寸在闪烁体101的第二面107侧增大。这可能扰乱晶体结构或者不再保持针状晶体之间的间隙。结果，不能获得令人满意的分辨能力特性。
相比之下，如果闪烁体101的针状晶体的生长时基板102的温度低，从亮度特性的观点出发，用作发光中心的活化剂可能不会充分地被活化。例如，如果闪烁体101的针状晶体的生长时基板102的温度低达40℃以下，则闪烁体101的每个针状晶体的宽度(直径)极度地减小，导致闪烁体101的表面积的过度增加。作为闪烁体101的基材的卤化碱金属化合物显示出潮解特性。因此，随着表面积增加，使用用于防湿的保护膜的保护(将后述)变得不完全。这使得更难以防止闪烁体101的湿气劣化。如果闪烁体101的保护不完全，则闪烁体101的潮解特性将会使各个针状晶体熔合。这可能导致分辨能力的降低。
因此，在本实施方式中，将基板102的温度设定为50℃至200℃之间的温度时通过气相沉积来沉积闪烁体101能够防止湿气劣化，同时使每个针状晶体变薄。换言之，气相沉积开始时基板温度可以为100℃以下并且气相沉积结束时可以为50℃-200℃。此外，气相沉积结束时基板温度可以为70℃-150℃。假设发光亮度不足。这种情况下，开始气相沉积后，通过在沉积后期将基板102的温度升高至不会引起针状晶体结构的劣化的程度，从而使作为发光中心的活化剂活化。这能够改善发光亮度。此外，例如，气相沉积步骤后，在200℃以下的温度下，在沉积装置110中对其上形成闪烁体101的基板102进行热处理或者将其从沉积装置110移至外部装置以进行热处理。这使得能够保持高分辨能力和亮度特性，同时保持针状晶体结构。
如上所述，闪烁体101显示出潮解特性，因此形成用于闪烁体101的针状晶体的防湿的保护膜以将闪烁体101覆盖。例如，派瑞林、氟树脂或TEOS膜能够用作该保护膜。这些保护膜能够通过各种涂布方法例如喷涂法、涂布法和CVD法来形成。例如，将在基板102上形成有闪烁体101的闪烁体板100从沉积装置110移出后，可通过使用喷涂法立即沉积覆盖闪烁体101的使用派瑞林的保护膜。
以下将对本实施方式的实施例和比较例进行说明。图6表示根据下述的实施例和比较例的闪烁体101的特性的总结。首先将对比较例进行说明。
第一比较例
在第一比较例中，通过使用图1中所示的沉积装置110，使用碘化铯作为基材和碘化铊作为活化剂，形成了具有针状晶体结构的闪烁体101。首先，将填充有碘化铯作为气相沉积材料104a的材料供给源103a、填充有碘化铊作为气相沉积材料104b的材料供给源103b和基板102配置在沉积装置110中。这种情况下使用的基板102通过在硅基板上堆叠具有100nm的厚度的铝反射层和具有50nm的厚度的二氧化硅层而得到。作为材料供给源103a和103b，使用由钽制成的圆柱形材料供给源。
将沉积装置110排空至0.01Pa以下后，将电流逐渐地供应至材料供给源103a和103b以将它们加热。当材料供给源103a和103b的温度达到了设定温度时，将在基板102与材料供给源103a和103b之间设置的开闭器(未图示)打开以开始通过气相沉积来沉积闪烁体101。此时，将基板102的温度和旋转速度分别设定为40℃和30rpm。检查沉积的状态，并且在气相沉积材料104a和104b被消耗完之前关闭开闭器，于是完成闪烁体101的沉积。将基板102和材料供给源103a和103b冷却到室温后，将基板102移除并且用SEM观察以确认形成了针状晶体组。得到的闪烁体101的膜厚为837μm。闪烁体101的每个针状晶体的与基板102的表面108平行的面中的最大部分的厚度为1.7μm。闪烁体101的每个针状晶体的沉积初期的从第一面106到第二面107的方向上10μm的高度处与基板102的表面108平行的面中的厚度为1.2μm。根据上述结果，闪烁体101的每个针状晶体的增大率为约1.4倍。这种情况下，在从闪烁体101的第一面106到第二面107的方向上10μm的高度处，闪烁体101从初期核以针状生长成针状晶体。此外，如图2中所示，通过测定闪烁体101的针状晶体的具有最小面积并且包含与基板102的表面108平行的面201的椭圆202的长轴204，从而测定闪烁体101的每个针状晶体的厚度。这也适用于以下所述的每个实施例和每个比较例。
经由FOP(Fiber Optic Plate)放置闪烁体101的第二面107以与CMOS光电探测器紧密接触，并且从基板102侧用X射线照射光电探测器，该X射线符合国际电工委员会定义的放射线质量RQA5。将此时得到的亮度值定义为100并且与每个实施例和每个比较例中的每个对应值相对比较。此外，得到其空间频率对应于每毫米两个线对(2LP/mm)的值作为MTF值，其为通过使用由钨制成的刀刃的刀口法(edge method)得到的表示闪烁体的分辨能力的指数。将此时得到的MTF值定义为100并且与每个实施例和每个比较例中的每个对应值相对比较。
第二比较例
在第二比较例中，通过使用图1中所示的沉积装置110，使用碘化铯作为基材并且使用碘化铊作为活化剂，从而形成了具有针状晶体结构的闪烁体101。首先，将填充有碘化铯作为气相沉积材料104a的材料供给源103a、填充有碘化铊作为气相沉积材料104b的材料供给源103b和基板102配置在沉积装置110中。这种情况下使用的基板102通过在硅基板上堆叠具有100nm的厚度的铝反射层和具有50nm的厚度的二氧化硅层而得到。作为材料供给源103a和103b，使用由钽制成的圆柱形材料供给源。
将沉积装置110排空至0.01Pa以下后，将电流逐渐地供应至材料供给源103a和103b以将它们加热。当材料供给源103a和103b的温度达到了设定温度时，将在基板102与材料供给源103a和103b之间设置的开闭器(未图示)打开以开始通过气相沉积来沉积闪烁体101。此时，将基板102的温度和旋转速度分别设定为130℃和30rpm。检查沉积的状态，并且在气相沉积材料104a和104b被消耗完之前关闭开闭器，于是完成闪烁体101的沉积。将基板102和材料供给源103a和103b冷却到室温后，将基板102移除并且用SEM观察以确认形成了针状晶体组。得到的闪烁体101的膜厚为853μm。闪烁体101的每个针状晶体的与基板102的表面108平行的面中的最大部分的厚度为9.5μm。闪烁体101的每个针状晶体的沉积初期的从第一面106到第二面107的方向上10μm的高度处与基板102的表面108平行的面中的厚度为1.0μm。因此，闪烁体101的每个针状晶体的增大率为约9.5倍。
经由FOP放置闪烁体101的第二面107以与CMOS光电探测器紧密接触，并且从基板102侧用X射线照射光电探测器，该X射线符合放射线质量RQA5。与第一比较例相比，得到的亮度值为129。此外，与第一比较例相比，作为表示闪烁体的分辨能力的指数的MTF值为89。
在该比较例中，使通过气相沉积来沉积闪烁体101时的基板102的温度高于上述的第一比较例中的温度以将用作发光中心的活化剂活化，由此改善亮度。但是，由于晶体生长的初期的温度高，因此闪烁体101的第二面107上的每个针状晶体在与基板102的表面108平行的方向上大幅地生长。结果，闪烁体101的每个针状晶体的增大率为9.5倍，其高于9倍，导致与上述的第一比较例相比，分辨能力特性劣化。
第三比较例
在第三比较例中，通过使用图1中所示的沉积装置110，使用碘化铯作为基材并且使用碘化铊作为活化剂，从而形成了具有针状晶体结构的闪烁体101。首先，相对于碘化铯，通过以0.2wt％的量用作为添加元素材料的碘化铜(CuI)与碘化铯混合，从而制备气相沉积材料并且装入材料供给源103a。将材料供给源103a和填充有碘化铊作为气相沉积材料104b的材料供给源103b和基板102配置在沉积装置110中。这种情况下使用的基板102通过在硅基板上堆叠具有100nm的厚度的铝反射层和具有50nm的厚度的二氧化硅层而得到。作为材料供给源103a和103b，使用由钽制成的圆柱形材料供给源。
将沉积装置110排空至0.01Pa以下后，将电流逐渐地供应至材料供给源103a和103b以将它们加热。当材料供给源103a和103b的温度达到了设定温度时，将在基板102与材料供给源103a和103b之间设置的开闭器(未图示)打开以开始通过气相沉积来沉积闪烁体101。此时，将基板102的温度和旋转速度分别设定为40℃和30rpm。检查沉积的状态，并且在气相沉积材料104a和104b被消耗完之前关闭开闭器，于是完成闪烁体101的沉积。将基板102和材料供给源103a和103b冷却到室温后，将基板102移除并且用SEM观察以确认形成了针状晶体组。得到的闪烁体101的膜厚为764μm。闪烁体101的每个针状晶体的与基板102的表面108平行的面中的最大部分的厚度为0.40μm。闪烁体101的每个针状晶体的沉积初期的从第一面106到第二面107的方向上10μm的高度处与基板102的表面108平行的面中的厚度为0.16μm。因此，闪烁体101的每个针状晶体的增大率为2.5倍。
将闪烁体101从基板102剥离，并且通过X射线荧光光谱分析测定了闪烁体101中含有的铜的浓度。闪烁体101的面对基板102的第一面106中铜的浓度为2.24mol％，并且在第二面107中为1.22mol％。发现作为闪烁体101的第二面107的相反侧的面的第一面106中含有的添加元素的浓度高于第二面107中含有的添加元素的浓度。此外，添加元素的浓度从闪烁体101的第二面107到第一面106逐渐增加。
经由FOP放置闪烁体101的第二面107以与CMOS光电探测器紧密接触，并且从基板102侧用X射线照射光电探测器，该X射线符合放射线质量RQA5。与第一比较例相比，得到的亮度值为9.5。此外，与第一比较例相比，作为表示闪烁体的分辨能力的指数的MTF值为131。
在该比较例中，与上述的第一比较例和第二比较例相比，将铜作为添加元素添加至闪烁体101使得能够大幅地减小每个针状晶体的厚度。因此，与上述的第一比较例和第二比较例相比，分辨能力改善。另一方面，在闪烁体101的正面侧，添加元素的浓度高达1.22mol％，并且闪烁体101被添加元素着色。因此，与上述的第一比较例和第二比较例相比，亮度值大幅地降低。
第四比较例
在第四比较例中，通过使用图1中所示的沉积装置110，使用碘化铯作为基材并且使用碘化铊作为活化剂，从而形成了具有针状晶体结构的闪烁体101。首先，相对于碘化铯，通过以0.2wt％的量用作为添加元素材料的碘化铜(CuI)与碘化铯混合，从而制备气相沉积材料并且装入材料供给源103a。将材料供给源103a和填充有碘化铊作为气相沉积材料104b的材料供给源103b和基板102配置在沉积装置110中。这种情况下使用的基板102通过在硅基板上堆叠具有100nm的厚度的铝反射层和具有50nm的厚度的二氧化硅层而得到。作为材料供给源103a和103b，使用由钽制成的圆柱形材料供给源。
将沉积装置110排空至0.01Pa以下后，将电流逐渐地供应至材料供给源103a和103b以将它们加热。当材料供给源103a和103b的温度达到了设定温度时，将在基板102与材料供给源103a和103b之间设置的开闭器(未图示)打开以开始通过气相沉积来沉积闪烁体101。此时，将基板102的温度和旋转速度分别设定为130℃和30rpm。检查沉积的状态，并且在气相沉积材料104a和104b被消耗完之前关闭开闭器，于是完成闪烁体101的沉积。将基板102和材料供给源103a和103b冷却到室温后，将基板102移除并且用SEM观察以确认形成了针状晶体组。得到的闪烁体101的膜厚为556μm。闪烁体101的每个针状晶体的与基板102的表面108平行的面中的最大部分的厚度为40μm。闪烁体101的每个针状晶体的沉积初期的从第一面106到第二面107的方向上10μm的高度处与基板102的表面108平行的面中的厚度为1.0μm。因此，闪烁体101的每个针状晶体的增大率为40倍。
将闪烁体101从基板102剥离，并且通过X射线荧光光谱分析测定了闪烁体101中含有的铜的浓度。闪烁体101的第二面107中铜的浓度为0.17mol％。
经由FOP放置闪烁体101的第二面107以与CMOS光电探测器紧密接触，并且从基板102侧用X射线照射光电探测器，该X射线符合放射线质量RQA5。与第一比较例相比，得到的亮度值为120。此外，与第一比较例相比，作为表示闪烁体的分辨能力的指数的MTF值为45。
在该比较例中，由于通过气相沉积来沉积闪烁体101时的基板102的温度高于第三比较例，因此使用作发光中心的作为活化剂的铊活化，由此改善亮度。但是，由于晶体生长初期的温度高，因此在与基板102的表面108平行的方向上，针状晶体在闪烁体101的第二面107上生长。因此，闪烁体101的每个针状晶体的增大率变得大达40倍，导致显著的分辨能力的劣化。
第一实施例
以下对本实施方式的四个实施例进行说明。在第一实施例中，通过使用图1中所示的沉积装置110，使用碘化铯作为基材并且使用碘化铊作为活化剂，从而形成了具有针状晶体结构的闪烁体101。首先，相对于碘化铯，通过以0.2wt％的量用作为添加元素材料的碘化铜(CuI)与碘化铯混合，从而制备气相沉积材料并且装入材料供给源103a。将材料供给源103a和填充有碘化铊作为气相沉积材料104b的材料供给源103b和基板102配置在沉积装置110中。这种情况下使用的基板102通过在硅基板上堆叠具有100nm的厚度的铝反射层和具有50nm的厚度的二氧化硅层而得到。作为材料供给源103a和103b，使用由钽制成的圆柱形材料供给源。
将沉积装置110排空至0.01Pa以下后，将电流逐渐地供应至材料供给源103a和103b以将它们加热。当材料供给源103a和103b的温度达到了设定温度时，将在基板102与材料供给源103a和103b之间设置的开闭器(未图示)打开以开始通过气相沉积来沉积闪烁体101。此时，将基板102的温度和旋转速度分别设定为70℃和30rpm。检查沉积的状态，并且在气相沉积材料104a和104b被消耗完之前关闭开闭器，于是完成闪烁体101的沉积。
通过气相沉积将闪烁体101沉积后，在200℃以下对包括闪烁体101和基板102的闪烁体板100进行热处理。更具体地，通过采用在沉积装置110中配置的灯加热设备(未图示)加热到150℃，从而对基板102进行热处理。热处理后将基板102和材料供给源103a和103b冷却到室温，并且将基板102移除。然后用SEM观察闪烁体101以确认形成了针状晶体组。得到的闪烁体101的膜厚为795μm。闪烁体101的每个针状晶体的与基板102的表面108平行的面中的最大部分的厚度为2.1μm。闪烁体101的每个针状晶体的沉积初期的从第一面106到第二面107的方向上10μm的高度处与基板102的表面108平行的面中的厚度为0.30μm。因此，闪烁体101的每个针状晶体的增大率为约7.0倍。
将闪烁体101从基板102剥离，并且通过X射线荧光光谱分析测定了闪烁体101中含有的铜的浓度。闪烁体101的第二面107中铜的浓度为0.28mol％。
经由FOP放置闪烁体101的第二面107以与CMOS光电探测器紧密接触，并且从基板102侧用X射线照射光电探测器，该X射线符合放射线质量RQA5。与第一比较例相比，得到的亮度值为129。此外，与第一比较例相比，作为表示闪烁体的分辨能力的指数的MTF值为133。
本实施例中，将适量的作为添加元素的铜添加到碘化铯中。此外，将通过气相沉积开始沉积闪烁体101时的基板102的温度以及气相沉积的过程中和结束时的基板102的温度分别控制到适当的温度。气相沉积后，在适当的温度下对闪烁体101进行了热处理。发现在该工艺中形成的闪烁体101实现了高分辨能力和改善的亮度。
第二实施例
在第二实施例中，通过使用图1中所示的沉积装置110，使用碘化铯作为基材并且使用碘化铊作为活化剂，从而形成了具有针状晶体结构的闪烁体101。首先，相对于碘化铯，通过以0.2wt％的量用作为添加元素材料的碘化铜(CuI)与碘化铯混合，从而制备气相沉积材料并且装入材料供给源103a。将材料供给源103a和填充有碘化铊作为气相沉积材料104b的材料供给源103b和基板102配置在沉积装置110中。这种情况下使用的基板102通过在硅基板上堆叠具有100nm的厚度的铝反射层和具有50nm的厚度的二氧化硅层而得到。作为材料供给源103a和103b，使用由钽制成的圆柱形材料供给源。
将沉积装置110排空至0.01Pa以下后，将电流逐渐地供应至材料供给源103a和103b以将它们加热。当材料供给源103a和103b的温度达到了设定温度时，将在基板102与材料供给源103a和103b之间设置的开闭器(未图示)打开以开始通过气相沉积来沉积闪烁体101。此时，将基板102的温度和旋转速度分别设定为70℃和30rpm。检查沉积的状态，并且在气相沉积材料104a和104b被消耗完之前关闭开闭器，于是完成闪烁体101的沉积。
在通过气相沉积将闪烁体101沉积之后，将其上沉积了闪烁体101的基板102从沉积装置110移除并且通过使用红外退火炉(未图示)在160℃下在氮气氛中对其进行热处理。热处理后，将基板102冷却到室温并且移除。然后用SEM观察闪烁体101以确认形成了针状晶体组。得到的闪烁体101的膜厚为777μm。闪烁体101的每个针状晶体的与基板102的表面108平行的面中的最大部分的厚度为3.5μm。闪烁体101的每个针状晶体的沉积初期的从第一面106到第二面107的方向上10μm的高度处与基板102的表面108平行的面中的厚度为0.40μm。因此，闪烁体101的每个针状晶体的增大率为约8.8倍。
将闪烁体101从基板102剥离，并且通过X射线荧光光谱分析测定了闪烁体101中含有的铜的浓度。闪烁体101的第二面107中铜的浓度为0.24mol％。
经由FOP放置闪烁体101的表面以与CMOS光电探测器紧密接触，并且从基板102侧用X射线照射光电探测器，该X射线符合放射线质量RQA5。与第一比较例相比，得到的亮度值为155。此外，与第一比较例相比，作为表示闪烁体的分辨能力的指数的MTF值为137。
本实施例中，如上述第一实施例中那样，将适量的作为添加剂的铜添加到碘化铯中。此外，将气相沉积开始时的基板温度以及气相沉积的过程中和结束时的基板温度分别控制到适当的温度。气相沉积后，在适当的温度下对闪烁体101进行了热处理。发现在该工艺中形成的闪烁体101实现了高分辨能力和改善的亮度。
第三实施例
在第三实施例中，通过使用图1中所示的沉积装置110，使用碘化铯作为基材并且使用碘化铊作为活化剂，从而形成了具有针状晶体结构的闪烁体101。首先，相对于碘化铯，通过以0.2wt％的量用作为添加元素材料的碘化铜(CuI)与碘化铯混合，从而制备气相沉积材料并且装入材料供给源103a。将材料供给源103a和填充有碘化铊作为气相沉积材料104b的材料供给源103b和基板102配置在沉积装置110中。这种情况下使用的基板102通过在硅基板上堆叠具有100nm的厚度的铝反射层和具有50nm的厚度的二氧化硅层而得到。作为材料供给源103a和103b，使用由钽制成的圆柱形材料供给源。
将沉积装置110排空至0.01Pa以下后，将电流逐渐地供应至材料供给源103a和103b以将它们加热。当材料供给源103a和103b的温度达到了设定温度时，将在基板102与材料供给源103a和103b之间设置的开闭器(未图示)打开以开始通过气相沉积来沉积闪烁体101。此时，将基板102的旋转速度设定为30rpm。检查沉积的状态，并且在气相沉积材料104a和104b被消耗完之前关闭开闭器，于是完成闪烁体101的沉积。
在本实施例中，不同于上述的每个实施例和每个比较例，尽管没有具体地控制基板102的温度，但沉积后与基板粘接的热敏带指示实现的温度为约150℃。即，开始气相沉积时基板102的温度为室温，但当气相沉积开始时，在从材料供给源103a和103b将热传送至基板102时，将基板102加热到150℃。结果，在沉积的初期在初期核的形成后，可能已在150℃或其附近进行了闪烁体101的沉积。在这种情况下，室温能够为10℃-30℃，或者能够为15℃-25℃，或者能够为例如300K(27℃)。
将基板102和材料供给源103a和103b冷却到室温后，将基板102移除并且用SEM观察以确认形成了针状晶体组。得到的闪烁体101的膜厚为513μm。闪烁体101的每个针状晶体的与基板102的表面108平行的面中的最大部分的厚度为2.2μm。闪烁体101的每个针状晶体的沉积初期的从第一面106到第二面107的方向上10μm的高度处与基板102的表面108平行的面中的厚度为0.30μm。因此，闪烁体101的每个针状晶体的增大率为约7.3倍。
将闪烁体101从基板102剥离，并且通过X射线荧光光谱分析测定了闪烁体101中含有的铜的浓度。闪烁体101的第二面107中铜的浓度为0.04mol％。
经由FOP放置闪烁体101的第二面107以与CMOS光电探测器紧密接触，并且从基板102侧用X射线照射光电探测器，该X射线符合放射线质量RQA5。与第一比较例相比，得到的亮度值为143。此外，与第一比较例相比，作为表示闪烁体的分辨能力的指数的MTF值为135。
本实施例中，将适量的作为添加剂的铜添加到碘化铯中。此外，将气相沉积开始时的基板102的温度以及气相沉积的过程中和结束时的基板102的温度分别控制到适当的温度。发现在该工艺中形成的闪烁体101实现了高分辨能力和改善的亮度。
第四实施例
在第四实施例中，通过使用图1中所示的沉积装置110，使用碘化铯作为基材并且使用碘化铊作为活化剂，从而形成了具有针状晶体结构的闪烁体101。首先，相对于碘化铯，通过以0.25wt％的量用作为添加元素材料的碘化银(AgI)与碘化铯混合，从而制备气相沉积材料并且装入材料供给源103a。将材料供给源103a和填充有碘化铊作为气相沉积材料104b的材料供给源103b和基板102配置在沉积装置110中。这种情况下使用的基板102通过在硅基板上堆叠具有100nm的厚度的铝反射层和具有50nm的厚度的二氧化硅层而得到。作为材料供给源103a和103b，使用由钽制成的圆柱形材料供给源。
将沉积装置110排空至0.01Pa以下后，将电流逐渐地供应至材料供给源103a和103b以将它们加热。当材料供给源103a和103b的温度达到了设定温度时，将在基板102与材料供给源103a和103b之间设置的开闭器(未图示)打开以开始通过气相沉积来沉积闪烁体101。此时，将基板102的旋转速度设定为30rpm。检查沉积的状态，在气相沉积材料104a和104b被消耗完之前关闭开闭器，于是完成闪烁体101的沉积。在本实施例中，如第三实施例中那样，没有特别地控制基板102的温度。
将基板102和材料供给源103a和103b冷却到室温后，将基板102移除并且用SEM观察以确认形成了针状晶体组。得到的闪烁体101的膜厚为464μm。闪烁体101的每个针状晶体的与基板102的表面108平行的面中的最大部分的厚度为3.0μm。闪烁体101的每个针状晶体的沉积初期的从第一面106到第二面107的方向上10μm的高度处与基板102的表面108平行的面中的厚度为0.58μm。因此，闪烁体101的每个针状晶体的增大率为约5.2倍。
将闪烁体101从基板102剥离，并且通过X射线荧光光谱分析测定了闪烁体101中含有的铜的浓度。闪烁体101的第二面107中铜的浓度为0.42mol％。
经由FOP放置闪烁体101的第二面107以与CMOS光电探测器紧密接触，并且从基板102侧用X射线照射光电探测器，该X射线符合放射线质量RQA5。与第一比较例相比，作为表示得到的闪烁体的分辨能力的指数的MTF值为163。
本实施例中，将适量的作为添加元素的铜添加到碘化铯中。此外，将气相沉积开始时的基板102的温度以及气相沉积的过程中和结束时的基板102的温度分别控制到适当的温度。发现在该工艺中形成的闪烁体101即使使用银作为添加元素，也使每个针状晶体的直径的微细化成为可能，并因此实现了高分辨能力。
本实施方式和每个实施例中，闪烁体101由针状晶体形成，该针状晶体通过使用作为基材的碘化铯(其为卤化碱金属化合物)和作为活化剂的碘化铊而得到并且闪烁体101含有包括铜和银的添加元素中的至少一者。此时，闪烁体101的第二面107以0.04mol％-0.5mol％的浓度含有添加元素。此外，形成闪烁体101以使添加元素在闪烁体101的第一面106中的浓度高于其在第二面107中的浓度。相对于碘化铯，通过以0.1wt％-0.3wt％的量用添加元素与作为卤化碱金属化合物的碘化铯混合，从而制备沉积闪烁体101的气相沉积材料。将使用该气相沉积材料开始沉积闪烁体101时的基板102的温度设定为100℃以下，并且将气相沉积结束时的基板102的温度设定为50℃-200℃。在上述的每个实施例中，将气相沉积过程中和结束时的基板102的温度设定为70℃-150℃。采用该工艺沉积闪烁体101，以使每个针状晶体的与基板102的表面108平行的面中的最大部分的厚度成为该针状晶体的从第一面106起10μm的高度处的与基板102的表面108平行的面中的厚度的1倍以上且9倍以下。此外，此时，沉积闪烁体101以使每个针状晶体的最大部分的厚度为4μm以下。这能够使闪烁体101具有高分辨能力并改善亮度，由此满足对分辨能力(分辨率)和亮度两者的要求。
本发明并不限于上述的实施方式，并且能够在本发明的精神和范围内进行各种改变和变形。因此，为了告知公众本发明的范围，给出以下的权利要求。
本申请基于2017年6月15日提交的日本专利申请No.2017-117886要求优先权，由此通过引用将其全部内容并入本文。

Claims (11)

1.闪烁体板，其在基板的表面上设置有闪烁体，该闪烁体具有面向该表面的第一面和该第一面的相反侧的第二面，
其中，该闪烁体包括多个针状晶体，每个针状晶体含有作为基材的卤化碱金属化合物、作为活化剂的碘化铊、和作为添加元素的铜和银中的至少一者，
在该第二面中以不小于0.04mol％且不大于0.5mol％的浓度含有该添加元素，
该添加元素在该第一面中的浓度高于在该第二面中的浓度，并且
每个针状晶体的与该表面平行的面中的最大部分的厚度成为该针状晶体的从该第一面至该第二面的方向上10μm的高度处的与该表面平行的面中的厚度的1倍以上且9倍以下。
2.根据权利要求1所述的闪烁体板，其中，所述针状晶体的最大部分的厚度不大于4μm。
3.根据权利要求1所述的闪烁体板，其中，所述卤化碱金属化合物为碘化铯。
4.根据权利要求1所述的闪烁体板，其中，该添加元素的浓度连续地或阶梯地从该第二面到该第一面增加。
5.根据权利要求1所述的闪烁体板，其中，该最大部分的厚度通过以下方法测定：找到包含该最大部分的最小椭圆并测定该椭圆的长轴的长度。
6.放射线成像装置，包括：
根据权利要求1-5中任一项所述的闪烁体板；和
用于接收从该闪烁体发出的光的传感器面板。
7.根据权利要求6所述的放射线成像装置，其中，该闪烁体板沿着该传感器面板的受光表面设置有该闪烁体并且在远离该受光表面的一侧设置有该基板。
8.闪烁体板的制造方法，该闪烁体板在基板的表面上设置有闪烁体，该闪烁体具有面向该表面的第一面和该第一面的相反侧的第二面，其中，该方法包括：
准备步骤，其中通过相对于碘化铯以不小于0.1wt％且不大于0.3wt％的量用添加元素材料与该碘化铯混合从而准备气相沉积材料；和
气相沉积步骤，其中通过在基板上将该气相沉积材料气相沉积从而形成闪烁体，
其中该添加元素材料包括碘化铜、溴化铜、碘化银和溴化银中的至少一者，并且
在该气相沉积步骤中，开始气相沉积时的该基板的温度不大于100℃，并且完成气相沉积时的该基板的温度不小于50℃并且不大于200℃，
其中，在该气相沉积步骤后，在该第二面中以不小于0.04mol％且不大于0.5mol％的浓度含有该添加元素，并且
每个针状晶体的与该表面平行的面中的最大部分的厚度成为该针状晶体的从该第一面至该第二面的方向上10μm的高度处的与该表面平行的面中的厚度的1倍以上且9倍以下。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在该气相沉积步骤中，完成气相沉积时的该基板的温度不小于70℃并且不大于150℃。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，在该气相沉积步骤中，与该气相沉积材料一起进行碘化铊的气相沉积。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，在该气相沉积步骤之后，在不大于200℃下对该闪烁体板进行热处理。
CN201880038366.4A 2017-06-15 2018-04-27 闪烁体板、放射线成像装置和闪烁体板的制造方法 Active CN110753973B (zh)

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