DE102005056048B4

DE102005056048B4 - Flachbilddetektor

Info

Publication number: DE102005056048B4
Application number: DE102005056048A
Authority: DE
Inventors: Dr. Spahn Martin; Dr. Wittmann Georg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2025-11-25
Also published as: DE102005056048A1; US20070116179A1

Abstract

Flachbilddetektor (1) mit einer aus Pixel-Ausleseeinheiten (3) aufgebauten aktiven Matrix (2), wobei zumindest ein Teil der aktiven Matrix (2) aus einem organischen leitenden Material oder aus einem organischen halbleitenden Material gebildet ist, wobei die aktive Matrix (2) Photodioden aufweist und die Photodioden eine sich kontinuierlich über die aktive Matrix (2) erstreckende Absorber-Schicht (7) aus einem organischen Polymer aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flachbilddetektor.
In der digitalen Röntgenbildgebung sind zum Beispiel Bildverstärker-Kamerasysteme, die auf Fernseh- oder CCD-Kameras basieren, Speicherfoliensysteme mit integrierter oder externer Ausleseeinheit, Systeme mit optischer Ankopplung einer Konverterfolie an CCD-Kameras oder CMOS-Chips, Selen-basierte Detektoren mit elektrostatischer Auslesung und Flachbilddetektoren mit aktiven Auslesematrizen mit direkter oder indirekter Konversion der Röntgenstrahlung bekannt.
Insbesondere finden seit einigen Jahren Flachbilddetektoren für die digitale Röntgenbildgebung Anwendung. Ein solcher Detektor basiert auf einer aktiven Auslesematrix, z. B. aus amorphem Silizium (a-Si), der eine Röntgenkonverterschicht oder Szintillatorschicht, z. B. aus Cäsiumjodid (CsI), vorgeschichtet ist. Die auftreffende Röntgenstrahlung wird zunächst in der Szintillatorschicht in sichtbares Licht gewandelt. Die aktive Matrix ist in eine Vielzahl von Pixel-Ausleseeinheiten mit Photodioden unterteilt, die dieses Licht wiederum in elektrische Ladung umwandeln und ortsaufgelöst speichern.
Bei einem so genannten direktkonvertierenden Flachbilddetektor wird ebenfalls eine aktive Auslesematrix verwendet. Dieser ist jedoch eine Konverterschicht, z. B. aus Selen, vorgeordnet, in welcher die auftreffende Röntgenstrahlung direkt in elektrische Ladung umgewandelt wird. Diese Ladung wird dann wiederum in einer Pixel-Ausleseeinheit der Auslesematrix gespeichert. Zum technischen Hintergrund eines Flachbilddetektors wird auch auf M. Spahn et al., ”Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik”, Der Radiologe 43 (2003), Seiten 340 bis 350, verwiesen.
Aus der US 2005/0006588 A1 ist ein Flachbilddetektor mit einer Matrix aus Photodioden bekannt, wobei mehrere Lagen von Photodioden übereinander angeordnet sind. Die Photodioden können aus organischen Halbleitermaterialien gefertigt sein.
Aus der US 2003/0123611 A1 ist ein digitaler Röntgendetektor bekannt, der ein Schaltelement in Form eines TFTs mit einem organischen Halbleitermaterial aufweist.
Aus der nachveröffentlichten WO 2006/063952 A1 ist ein elektronisches Bauelement auf organischer Basis mit einer Schicht aus organischem halbleitendem Material bekannt, wobei das Bauelement auch als Flachdetektor ausgebildet sein kann und eine kontinuierliche Schicht enthalten kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Flachbilddetektor zu schaffen, der aufwandsarm und damit kostengünstig herstellbar ist und erweiterte Anwendungsmöglichkeiten bietet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Flachbilddetektor gemäß dem Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
Aufgrund der zumindest teilweise aus einem organischen leitenden Material oder einem organischen halbleitenden Material aufgebauten aktiven Matrix aus Pixel-Ausleseeinheiten ist der erfindungsgemäße Flachbilddetektor besonders aufwandsarm und damit kostengünstig herstellbar. Auf derartigen organischen Materialien, insbesondere organischen Halbleitermaterialien, basierende integrierte Bauelemente, z. B. organische Dünnschicht-Transistoren (oTFT = organic thin-film-transistor), sind in guter Qualität großflächig deutlich einfacher verarbeitbar und dadurch aufwandsärmer und kostengünstiger fertigbar als zum Beispiel bekannte Detektorplatten (plates) aus amorphem Silizium oder bekannte Siliziumbauelemente. So gibt es bei organischen Halbleitersubstratmaterialien zum Beispiel keine Größenbegrenzung wie bei kristallinen Siliziumsubstratscheiben. Siliziumsubstratscheiben werden aus Siliziumeinkristallen geschnitten, welche wiederum nur bis zu einem Durchmesser von 12 Zoll mit industriell vertretbarem Aufwand gefertigt werden können.
Bauelemente, die auf einem organischen Halbleitermaterial basieren, erfordern lediglich Prozesstemperaturen im Raumtemperaturbereich und nicht wie Siliziumbauelemente Temperaturen von mindestens 300°C bis 400°C. Aus diesem Grund können auch temperaturempfindliche Materialien wie zum Beispiel Kunststoffe bei der Herstellung der aktiven Matrix des erfindungsgemäßen Flachbilddetektors verwendet werden.
Zusätzlich besitzt der erfindungsgemäße Flachbilddetektor den Vorteil einer hohen Flexibilität. So kann er auf einfache Weise als biegbarer, zum Beispiel als an ein Untersuchungsobjekt anpassbarer Flachbilddetektor hergestellt werden, indem die aktive Matrix auf einem verformbaren, zum Beispiel biegbaren Substrat ebenfalls biegbar ausgeführt ist. Derartige Flachbilddetektoren können zum Beispiel in der Dentalmedizin oder Mammographie verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Flachbilddetektor weist außerdem ein deutlich niedrigeres Gewicht als ein Flachbilddetektor nach dem Stand der Technik auf. Dies ist besonders bei mobilen, portablen Flachbilddetektoren vorteilhaft.
Erfindungsgemäß weist die aktive Matrix Photodioden auf und die Photodioden sind zumindest teilweise aus einem organischen leitenden Material oder einem organischen halbleitenden Material gebildet. Erfindungsgemäß weisen dabei die Photodioden eine sich kontinuierlich über die aktive Matrix erstreckende Absorber-Schicht auf, wodurch die Herstellung besonders einfach und aufwandsarm ist.
Erfindungsgemäß ist die Absorber-Schicht aus einem organischen Polymer, insbesondere P3HT (Poly-3-Hexylthiophen), gebildet. Organische Polymere wie das P3HT sind besonders einfach verarbeitbar und ihre Halbleitereigenschaften sind durch Dotierung auf einfache Weise einstellbar. Zusätzlich haben derartige Materialien den Vorteil eines geringen Gewichtes.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:
1 ausschnittsweise einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen organischen Flachbilddetektor mit einer aktiven Matrix aufweisend eine organische Photodiode;
2 ein Röntgensystem mit einem erfindungsgemäßen organischen Flachbilddetektor;
3 ein C-Bogen-Röntgensystem mit einem erfindungsgemäßen organischen Flachbilddetektor.
1 zeigt als einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen organischen Flachbilddetektor eine aktive Matrix 2 mit einer organischen Photodiode und einer auf der aktiven Matrix 2 aufgebrachten Szintillatorschicht 4. Die Szintillatorschicht 4, zum Beispiel aus Cäsiumiodid (CsI) oder Gadoliniumoxisulfid (Gd₂O₂S), wandelt einfallende Röntgenstrahlung in Licht um. Das Licht wird dann wiederum durch die Pixel-Ausleseeinheiten 3 ortsaufgelöst in der aktiven Matrix 2 in Ladungspulse umgewandelt, gespeichert und anschließend mit Hilfe einer Ausleseelektronik zu einer Bildverarbeitung weitergeleitet.
Zwischen der aktiven Matrix 2 und der Szintillatorschicht 4 ist eine Passivierungsschicht 5 angeordnet. Jedes Pixel-Ausleseelement 3 der aktiven Matrix 2 weist eine Photodiode und ein Schaltelement wie zum Beispiel einen Transistor 9 auf. Jede Photodiode ist als Photodioden-Stack (Schichtstapel) ausgebildet und wird von einer kontinuierlichen organischen Absorber-Schicht 7, einer ersten Elektrode 6 und einer zweiten Elektrode 8 gebildet. Durch die diskrete zweite Elektrode 8 und den Transistor 9 wird die Photodiode für jedes Pixel-Ausleseelement 3 räumlich definiert. Die organische Absorber-Schicht 7 kann zum Beispiel aus dem organischen Material Poly-3-Hexylthiophen (P3HT) bestehen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die aktive Matrix 2 mindestens einen oTFT, einen organischen Dünnschicht-Transistor, auf. Für jede Pixel-Ausleseeinheit ist der jeweilige Transistor 9 zum Beispiel als oTFT ausgebildet und basiert in vorteilhafter Weise auf einem organischen Halbleitermaterial, zum Beispiel auf α-ω-Dihexylhexathiophen (DH6T).
2 zeigt ein medizinisches Röntgensystem 10, in welches ein erfindungsgemäßer organischer Flachbilddetektor 1 (oFD) integriert ist. Der organische Flachbilddetektor 1 ist an einem 3D-Stativ 13 befestigt und kann für Projektionsaufnahmen entsprechend geschwenkt werden. Das Röntgensystem 10 weist außerdem eine ebenfalls schwenkbare Röntgenquelle 12 und eine Steuerungseinrichtung 14 mit einem Bildsystem auf. Bei dem organischen Flachbilddetektor 1 kann es sich zum Beispiel um einen organischen Flachbilddetektor 1 handeln, welcher mittels einer Kommunikationsverbindung per Kabel mit der Steuerungseinrichtung 14 verbunden ist.
3 zeigt ein medizinisches C-Bogen-Röntgensystem 11, in welches ein erfindungsgemäßer organischer Flachbilddetektor 1 (oFD) integriert ist. Das C-Bogen-Röntgensystem 11 umfasst neben einer Steuerungseinrichtung 14 einen C-Bogen 15, der an seinem einen Ende eine Röntgenquelle 12 und an seinem anderen Ende einen organischen Flachbilddetektor 1 aufweist. Ein derartiges C-Bogen-Röntgensystem 11 ist zum Beispiel besonders für Angiographie- oder Kardiologie-Aufnahmen geeignet. Mittels eines solchen C-Bogen-Röntgensystems 11 können 3D-Rekonstruktionen eines Untersuchungsobjektes durchgeführt werden.
Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Um einen Flachbilddetektor 1 möglichst aufwandsarm herstellbar zu gestalten ist ein Flachbilddetektor 1 mit einer aus Pixel-Ausleseeinheiten 3 aufgebauten aktiven Matrix 2 vorgesehen, wobei zumindest ein Teil der aktiven Matrix 2 aus einem organischen leitenden oder halbleitenden Material gebildet ist.

Claims

Flachbilddetektor (1) mit einer aus Pixel-Ausleseeinheiten (3) aufgebauten aktiven Matrix (2), wobei zumindest ein Teil der aktiven Matrix (2) aus einem organischen leitenden Material oder aus einem organischen halbleitenden Material gebildet ist, wobei die aktive Matrix (2) Photodioden aufweist und die Photodioden eine sich kontinuierlich über die aktive Matrix (2) erstreckende Absorber-Schicht (7) aus einem organischen Polymer aufweisen.
Flachbilddetektor nach Anspruch 1, wobei das organische Polymer von P3HT (Poly-3-Hexylthiophen) gebildet wird.
Flachbilddetektor nach Anspruch 1, wobei die aktive Matrix (2) mindestens einen organischen Dünnschicht-Transistor (oTFT) aufweist.
Flachbilddetektor nach Anspruch 1, wobei die aktive Matrix (2) auf einem Substrat bestehend aus einem organischen Material, insbesondere einem biegbaren Substrat, angeordnet ist.
Flachbilddetektor nach Anspruch 4, wobei der Flachbilddetektor biegbar ausgebildet ist.
Flachbilddetektor nach Anspruch 1, wobei der Flachbilddetektor (1) für den Einsatz in einem medizinischen Röntgengerät (10; 11) ausgebildet ist.