DE102004026618A1 - Röntgendetektor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Röntgendetektor mit einer Röntgenstrahlung in Licht (L) umwandelnden Konverterschicht (2) und einem auf einem Substrat (8) aufgebrachten, aus einer Vielzahl von Fotodioden (6) gebildeten Array (7) zur Erfassung des Lichts (L). Die Fotodioden (6) sind aus einem organischen Halbleitermaterial hergestellt. Die Fotodioden (6) sind mit einer für mit dem Halbleitermaterial reagierende Stoffe im Wesentlichen undurchlässigen Hülle (5, 8, 9, 10) umgeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Röntgendetektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein solcher Röntgendetektor ist beispielsweise aus "Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik" von M. Spahn et al., Radiologie 2003, Vol. 43, Seiten 340-350, bekannt. Der bekannte Röntgendetektor weist ein Array von aus amorphem Silizium hergestellten Fotodioden auf. Ein Nachteil dieser Röntgendetektoren ist, dass die Herstellung von Fotodioden auf Basis von Silizium aufwändig und teuer ist.
  • Aus organischen Halbleitermaterialien hergestellte Fotodioden sind z. B. aus "Plastic Solar Cells" von Christoph J. Brabec et al., Adv. Funct. Matter, 2001, 11, Nr. 1, Seiten 15 bis 26 bekannt.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Röntgendetektor angegeben werden, welcher einfach und kostengünstig herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen des Röntgendetektors ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 15.
  • Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fotodioden aus einem organischen Halbleitermaterial hergestellt und von einer für mit dem Halbleitermaterial reagierende Stoffe im Wesentlichen undurchlässigen Hülle umgeben sind. – Fotodioden aus einem organischen Halbleitermaterial können in besonders einfacher Weise, z. B. mit einem Druckverfahren, auf ein Substrat aufgebracht werden. Zum Schutz, z. B. gegen das Eindringen von Feuchtigkeit oder anderen mit dem Halb leitermaterial reagierenden Stoffen, sind die Fotodioden von einer undurchlässigen Hülle umgeben. Ein solcher Röntgendetektor kann einfach und kostengünstig hergestellt werden.
  • Die Hülle kann eine bezüglich des Halbleitermaterials chemisch inerte Schicht aufweisen. Unter "chemisch inert" wird verstanden, dass die Schicht bei einem Kontakt mit dem Halbleitermaterial dieses nicht derart verändert, dass die Funktion der Fotodioden wesentlich beeinträchtigt wird. Die Schicht ist des Weiteren für Stoffe, welche mit dem Halbleitermaterial reagieren im Wesentlichen undurchlässig. Unter dem Begriff "reagieren" wird verstanden, dass durch eine Reaktion des Stoffs mit dem Halbleitermaterial die Funktion der Fotodioden nicht wesentlich beeinflusst wird. Mit einer derartigen Hülle kann das Halbleitermaterial vor äußeren Einflüssen geschützt und die Lebensdauer der Fotodioden erhöht werden.
  • Nach einer Ausgestaltung ist das Halbleitermaterial bis zu einer Temperatur von 150 °C stabil. – Damit ist es bei der Herstellung möglich, vor dem Schließen der Hülle eine Temperierung mit Temperaturen bis zu 150 °C durchzuführen. Durch die Temperierung kann eine im Verlauf der Herstellung verbliebene Restfeuchtigkeit entfernt werden. Damit kann, insbesondere bei hygroskopischen Halbleitermaterialien, die Funktion und Lebensdauer der Fotodioden verbessert werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Hülle aus einem Glas, einem anorganischen Oxid, einem Kunststoff, einer Siliziumverbindung oder aus einer Kombination daraus hergestellt. Glas ist bezüglich einer Vielzahl von Stoffen chemisch inert und undurchlässig. Auf Grund der Festigkeit von Glas können die Fotodioden ausreichend vor mechanischen Beschädigungen geschützt werden. Des Weiteren ist Glas für Licht transparent. Das aus der Konverterschicht ausgekoppelte Licht kann die Hülle im Wesentlichen ohne Verluste durchdringen. Der Wirkungsgrad des Röntgendetektors kann verbessert werden.
  • Mit einem geeignet gewählten Kunststoff ist es möglich, eine flexible Hülle mit ausreichender Festigkeit herzustellen. Die Hülle kann an die Form des aus Fotodioden gebildeten Arrays angepasst werden. Gleichzeitig kann ein ausreichender, z.B. mechanischer, Schutz erreicht werden. Mit einem Kunststoff können besonders dünne Hüllen hergestellt werden, welche eine hervorragende Transparenz aufweisen. Damit kann eine durch die Hülle verursachte Streuung des Lichts nahezu ausgeschlossen werden.
  • Die Hülle kann z. B. auch aus einer Kombination von Glas und Kunststoff bestehen. Dabei können die Vorteile einer Hülle aus Glas und einer aus Kunststoff kombiniert werden. Glas kann z. B. als Substrat verwendet werden. Die Festigkeit von Glas ermöglicht einen ausreichenden Schutz vor mechanischen Belastungen. Die nicht vom Substrat überdeckte Oberfläche der Fotodioden kann mit einer Kunststoffschicht überdeckt werden und z. B. mit einem Kleber am Substrat befestigt werden. Ist die Kunststoffschicht an der Konverterschicht angebracht, so ist es vorteilhaft, eine möglichst dünne Kunststoffschicht auf die Fotodioden aufzubringen. Damit werden Absorptions- und Streuverluste reduziert. Der Wirkungsgrad des Röntgendetektors kann verbessert werden.
  • Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, als anorganisches Oxid Aluminiumoxid zu verwenden. Bei dem Kunststoff kann es sich um Polyethylenterephtalat, Polyethylennaphtalat oder Polyparaxylylen handeln. Die Siliziumverbindung kann aus SiO2 oder SiNx gebildet sein. Die vorgenannten Materialien sind gegenüber organischen Halbleitermaterialien chemisch inert. Sie können selbst in dünnen Schichtdicken ausreichend dicht hergestellt werden, so dass damit organische Halbleitermaterialien wirksam vor dem Eindringen beispielsweise von Feuchtigkeit geschützt werden. Abgesehen davon weisen die vorgenannten Materialien ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. Eine aus einer Kombination der vorgenannten Materialien hergestellte Hülle ist besonders stabil.
  • Die Hülle kann einen aus mehreren übereinander angeordneten Lagen gebildeten Bereich aufweisen. Dabei kann beispielsweise das Substrat ein Bestandteil der Hülle sein. Ein auf dem Substrat aufgebrachtes Array kann überdeckt sein von einer aus mehreren Lagen gebildeten Schicht, die allseits dicht mit dem Substrat verbunden ist.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Hülle einen Bereich mit einer Dicke von etwa 1 μm bis 5 μm auf. Mit einer derartigen Dicke, z. B. der Kunststoffschicht, kann für das Halbleitermaterial ein ausreichender Schutz vor äußeren Einflüssen erreicht werden. Des Weiteren können Absorption und Streuung des aus der Konverterschicht ausgekoppelten Lichts durch eine reduzierte Dicke, zumindest im Bereich des Eintritts des Lichts in die Hülle, wesentlich verringert werden. Damit können der Wirkungsgrad sowie die Funktion des Röntgendetektors verbessert werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Hülle eine Glasfaseroptik auf. Mit der Glasfaseroptik kann die Streuung des aus der Konverterschicht ausgekoppelten Lichts in der Hülle wesentlich reduziert werden. Der Wirkungsgrad und die Auflösung des Röntgendetektors können verbessert werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist in oder außerhalb der Hülle ein Absorbermaterial angeordnet, welches mit dem Halbleitermaterial reagierende Stoffe absorbiert. – Mit dem Absorbermaterial kann das Halbleitermaterial geschützt werden. Beispielsweise können nach der Herstellung des Röntgendetektors Stoffe absorbiert werden, welche zusammen mit dem Halbleitermaterial von der Hülle umgeben sind. Des Weiteren kann das Halbleitermaterial vor Stoffen geschützt werden, welche die Hülle durchdringen. Eine mögliche Ursache dafür kann z. B. eine mechanische Beschädigung der Hülle sein. Auch kann durch eine Alterung der Hülle oder von Abdichtungen die Durchlässigkeit verändert werden. Mit dem Absorbermaterial können die Lebensdauer des Röntgendetektors erhöht und die Funktion des Röntgendetektors zeitlich stabilisiert werden.
  • Des Weiteren ist es mit einem Absorbermaterial möglich, die Herstellung des aus Fotodioden gebildeten Arrays unter weniger strengen Reinheitsbedingungen durchzuführen. Bei der Herstellung verbliebene Restmengen von mit dem Halbleitermaterial reagierenden Stoffen, z. B. Feuchtigkeit, können im Nachhinein durch die Absorbermaterialien gebunden werden. Die Herstellung des Röntgendetektors kann einfacher und kostengünstiger durchgeführt werden.
  • Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Hülle in einem Gehäuse aufgenommen, in welchem außerhalb der Hülle das Absorbermaterial angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung ist das anorganische Halbleitermaterial besonders gut geschützt, nämlich durch die Hülle, das Gehäuse und das Absorbermaterial. Bei einer Undichtigkeit des Gehäuses werden unerwünschterweise eindringende Stoffe, insbesondere Feuchtigkeit, durch das Absorbermaterial zunächst absorbiert.
  • Das Absorbermaterial kann ein Metall, vorzugsweise Kalium oder Barium, vorzugsweise aus K2O oder BaO gebildetes, Metalloxid sein. Alternativ kann das Absorbermaterial ein Silikat sein, vorzugsweise ein Ceolit. Metalloxide sowie Silikate absorbieren Feuchtigkeit besonders gut. Die Absorbermaterialien ermöglichen einen effizienten Schutz organischer Halbleitermaterialien vor Restfeuchtigkeit oder eindringender Feuchtigkeit. Mit einem Absorbermaterial ist es möglich, die Lebensdauer des Röntgendetektors zu erhöhen und dessen Funktion zu verbessern.
    •
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Schnittansicht eines Röntgendetektors,
  • 2 eine erste Schnittansicht eines aus organischen Fotodioden gebildeten Arrays,
  • 3 eine zweite Schnittansicht eines aus organischen Fotodioden gebildeten Arrays,
  • 4 eine dritte Schnittansicht eines aus organischen Fotodioden gebildeten Arrays,
  • 5 eine vierte Schnittansicht eines aus organischen Fotodioden gebildeten Arrays,
  • 6 eine fünfte Schnittansicht eines aus organischen Fotodioden gebildeten Arrays und
  • 7 eine sechste Schnittansicht eines aus organischen Fotodioden gebildeten Arrays.
  • Der Röntgendetektor der 1 weist in einer Richtung R einer einfallenden Röntgenstrahlung folgende Schichten auf: ein erstes Substrat 1, eine Konverterschicht 2, eine erste Schicht 3, eine Verbindungsschicht 4, eine zweite Schicht 5, ein aus einer Vielzahl von Fotodioden 6 gebildetes Array 7 und ein zweites Substrat 8. Mit dem Bezugszeichen 9 ist ein Verbindungsmittel bezeichnet. Bei dem Verbindungsmittel kann es sich um ein dauerelastisches Dichtungsmaterial, beispielsweise Silikon oder dgl., handeln.
  • Auf das erste Substrat 1 ist die Konverterschicht 2 aufgebracht. Die Konverterschicht 2 wandelt eine einfallende Röntgenstrahlung S in Licht L um. Die Konverterschicht 2 ist zum Schutz vor äußeren Einflüssen mit einer ersten Schicht 3 überdeckt. Die Fotodioden 6 sind aus einem organischen halbleitenden Material hergestellt. Die Herstellung von Foto dioden auf der Basis halbleitender Polymere ist z. B. aus "Plastic Solar Cells" von Christoph J. Brabec et al., Adv. Func. Mater. 2001, 11, Nr. 1, Seiten 15 bis 26 bekannt. Der Offenbarungsgehalt dieses Dokuments wird hiermit einbezogen. Das aus den Fotodioden 6 gebildete Array 7 ist mit der zweiten Schicht 5 überdeckt. Die zweite Schicht 5 und das zweite Substrat 8 sind mit dem Verbindungsmittel 9 verbunden. Das Verbindungsmittel 9 dient gleichzeitig als Abdichtung zwischen dem zweiten Substrat 8 und der zweiten Schicht 5. Die zweite Schicht 5, das Verbindungsmittel 9 und das zweite Substrat 8 sind für mit dem Halbleitermaterial reagierende Stoffe undurchlässig. Damit sind Fotodioden 6 vor äußeren Einflüssen, sowie vor einem direkten Kontakt mit der Verbindungsschicht 4 geschützt. Mittels der Verbindungsschicht 4 ist die zweite Schicht 5 an der ersten Schicht 3 angebracht. Bei der Verbindungsschicht 4 kann es sich z. B. um eine herkömmliche Klebeschicht handeln, die beispielsweise aus einem Kunstharz, einem Epoxydharz oder dgl. hergestellt ist. Die erste Schicht 3, die Verbindungsschicht 4 und die zweite Schicht 5 sind transparent. Das in der Konverterschicht 2 erzeugte und ausgekoppelte Licht L gelangt ohne wesentliche Absorptionsverluste zu den Fotodioden 6. Dort wird das Licht L in elektrische Signale umgewandelt. Die zweite Schicht 5 und das zweite Substrat 8 können z. B. aus Glas oder Kunststoff hergestellt sein. Die Konverterschicht kann aus einem Szintillatormaterial, wie z. B. CsJ oder Gd2O2S hergestellt sein. Das erste Substrat 1 kann z. B. aus Glas oder Aluminium hergestellt sein. Die erste Schicht 3 kann aus einem transparenten Material hergestellt sein, beispielsweise aus Aluminiumoxid.
  • In 2 bis 5 sind alternative Ausgestaltungen dargestellt. Zur Vereinfachung sind die Konverterschicht 2, das erste Substrat 1, die erste Schicht 3 und die Verbindungsschicht 4 nicht dargestellt. Allgemein kann die Konverterschicht 2 mit der Seite des ersten Substrats 1 oder der Seite der ersten Schicht 3 mit dem Verbindungsmittel 4 am zweiten Substrat 8 oder an der zweiten Schicht 5 angebracht sein. Dabei sind die Schichten zwischen Konverterschicht 2 und dem aus Fotodioden 6 gebildeten Array 7 transparent und verursachen im Wesentlichen keine Streuung des Lichts L. Das zweite Substrat 8, die zweite Schicht 5 sowie das Verbindungsmittel 9 sind bezüglich des Halbleitermaterials chemisch inert. Des Weiteren sind sie im Wesentlichen undurchlässig für mit dem Halbleitermaterial reagierende Stoffe. Sie bilden eine die Fotodioden 6 umgebende Hülle.
  • In 2 ist das aus Fotodioden 6 gebildete Array 7 auf dem zweiten Substrat 8 aus Glas oder Kunststoff aufgebracht. Das aus Fotodioden 6 gebildete Array 7 ist mit der zweiten Schicht 5 aus Glas oder Kunststoff überdeckt. Das Verbindungsmittel 9 der 1 ist in 2 durch randseitige Stege 10 aus Glas oder Kunststoff ersetzt.
  • In 3 weist die zweite Schicht 5 eine Glasfaseroptik 11 auf. Mittels der Glasfaseroptik 11 wird eine Streuung des aus der Konverterschicht 2 ausgekoppelten Lichts in der zweiten Schicht 5 verringert.
  • In 4 ist die zweite Schicht 5 eine dünne Schicht aus Kunststoff. Die Dicke der zweiten Schicht 5 liegt im Bereich zwischen 1 μm und 5 μm. Die zweite Schicht 5 ist randseitig mit dem zweiten Substrat 8 verbunden. Bei der zweiten Schicht kann es sich um eine aus Kunststoff hergestellte Schicht handeln, die vorzugsweise aus Polyparaxylylen hergestellt ist. Derartige Schichten haften besonders gut auf einem Substrat, wenn dieses vor dem Aufbringen der Kunststoffschicht gereinigt wird. Zum Reinigen kann dabei ein alkalischer Reiniger oder auch Plasmaätzen verwendet werden. Die zweite Schicht kann beispielsweise mittels PVD-Verfahren aufgebracht werden.
  • In 5 befindet sich im Vergleich zu 4 in einer durch das zweite Substrat 8 und der zweiten Schicht 5 gebildeten Ummantelung ein Absorbermaterial 12. Das Absorbermaterial 12 dient zur Absorption von mit den Fotodioden 6 reagierenden Stoffen. Dabei kann es sich um Stoffe handeln, welche beim Herstellungsprozess in der Ummantelung verbleiben oder im Laufe der Zeit von dem zweiten Substrat 8, der zweiten Schicht 5 oder dem Verbindungsmittel 9 durchgelassen werden. Als Absorbermaterialien werden beispielsweise Metalloxide wie KaO, BaO, Silikate wie Ceolit verwendet. Mit den Absorbermaterialien K2O, BaO oder Ceolit kann Feuchtigkeit gebunden werden.
  • 6 zeigt eine zu 5 alternative Anbringung des Absorbermaterials 12. Das Absorbermaterial 12 ist auf der zweiten Schicht 5 aufgebracht und befindet sich in der Richtung R mit einem Abstand d unterhalb der Fotodioden 6. Die zweite Schicht 5 ist mit Stegen 10 an einer Unterseite U des zweiten Substrats 8 angebracht. Im Vergleich zu 6 befindet sich das Absorbermaterial 12 der 5 im Mittel näher am Halbleitermaterial der Fotodioden 6. Mit der gezeigten Anordnung des Absorbermaterials 12 kann die Absorption von Stoffen verbessert werden.
  • 7 zeigt eine sechste Schnittansicht eines aus organischen Fotodioden gebildeten Arrays. Die Fotodioden 6 sind dabei von einer aus dem zweiten Substrat 8 und der zweiten Schicht 5 gebildeten Hülle umgeben. Die Hülle ist in einem Gehäuse aufgenommen, welches hier aus dem ersten Substrat 1 und dem Verbindungsmittel, hier in Form der Stege 10, gebildet ist. Ein Boden des Gehäuses wird vorteilhafterweise durch das zweite Substrat 8 gebildet. Im Gehäuse kann das Absorbermaterial 12 außerhalb der Hülle aufgenommen sein. Die vorgeschlagene Ausführungsform gewährleistet einen besonders sicheren Schutz der Fotodioden 6 vor Eindringen von Feuchtigkeit.

Claims (15)

  1. Röntgendetektor mit einer Röntgenstrahlung (S) in Licht (L) umwandelnden Konverterschicht (2) und einem auf einem Substrat (8) aufgebrachten, aus einer Vielzahl von Fotodioden (6) gebildeten Array (7) zur Erfassung des aus der Konverterschicht (2) ausgekoppelten Lichts (L), dadurch gekennzeichnet, dass die Fotodioden (6) aus einem organischen Halbleitermaterial hergestellt und von einer für mit dem Halbleitermaterial reagierende Stoffe im Wesentlichen undurchlässigen Hülle (5, 8, 9, 10) umgeben ist.
  2. Röntgendetektor nach Anspruch 1, wobei das Halbleitermaterial bis zu einer Temperatur von 150 °C stabil ist.
  3. Röntgendetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hülle (5, 8, 9, 10) aus einem Glas, einem anorganischen Oxid, einem Kunststoff, einer Siliziumverbindung oder aus einer Kombination daraus hergestellt ist.
  4. Röntgendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das anorganische Oxid Aluminiumoxid ist.
  5. Röntgendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kunststoff ein Polyethylenterephthalat, Polyethylennapfthalat oder Polyparaxylylen ist.
  6. Röntgendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Siliziumverbindung SiO2 oder SiNx ist.
  7. Röntgendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hülle einen aus mehreren übereinander angeordneten Lagen gebildeten Bereich aufweist.
  8. Röntgendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (8) ein Bestandteil der Hülle ist.
  9. Röntgendetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hülle (5, 8, 9, 10) einen Bereich mit einer Dicke von etwa 1 μm bis 5 μm aufweist.
  10. Röntgendetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hülle (5, 8, 9, 10) eine Glasfaseroptik (11) aufweist.
  11. Röntgendetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in oder außerhalb der Hülle (5, 8, 9, 10) ein Absorbermaterial angeordnet ist, welches mit dem Halbleitermaterial reagierende Stoffe absorbiert
  12. Röntgendetektor nach Anspruch 11, wobei die Hülle (5, 8, 9, 10) in einem Gehäuse aufgenommen ist, in welchem außerhalb der Hülle (5, 8, 9, 10) das Absorbermaterial (12) angeordnet ist.
  13. Röntgendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Absorbermaterial (12) ein Metall, vorzugsweise Kalium oder Barium, ist.
  14. Röntgendetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Absorbermaterial (12) ein, vorzugsweise aus K2O oder BaO gebildetes, Metalloxid ist.
  15. Röntgendetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Absorbermaterial (12) ein Silikat ist, vorzugsweise ein Ceolit.
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