DE102009015563B4 - Röntgenstrahlungsdetektor zur Detektion von ionisierender Strahlung, insbesondere zur Verwendung in einem CT-System - Google Patents

Röntgenstrahlungsdetektor zur Detektion von ionisierender Strahlung, insbesondere zur Verwendung in einem CT-System Download PDF

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Abstract

Röntgenstrahlungsdetektor zur Detektion von ionisierender Strahlung, insbesondere zur Verwendung in einem CT-System, mit einer Vielzahl von Detektorelementen (9), aufweisend:
1.1. einen als Detektormaterial verwendeten Halbleiter (1) mit einer der Strahlung zugewandten Oberseite und einer der Strahlung abgewandten Unterseite,
1.2. wobei je Detektorelement (9) auf der Oberseite und der Unterseite des Halbleiters (1) mindestens je eine Elektrode (3) angeordnet ist, und
1.3. die Unterseite des Halbleiters (1) parallel zu einer durch die Vielzahl der Detektorelemente (9) gebildeten Grundfläche (g) mit einer Grundflächennormale (ng) verläuft,
dadurch gekennzeichnet, dass
1.4. die Oberseite des Halbleiters (1) eine Oberflächenstruktur aufweist, wobei die Oberflächennormale (no) mit der Grundflächennormale (ng) zumindest teilweise einen Winkel (α) ausbildet, und
die Oberflächenstruktur des Halbleiters (1) zickzackförmig mit mindestens einer Spitze ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahlungsdetektor zur Detektion von ionisierender Strahlung, insbesondere zur Verwendung in einem CT-System, mit einer Vielzahl von Detektorelementen, je Detektorelement aufweisend einen als Detektormaterial verwendeten Halbleiter mit einer der Strahlung zugewandten Oberseite und einer der Strahlung abgewandten Unterseite, mindestens zwei Elektroden, wobei eine Elektrode durch eine Metallisierungsschicht auf der Oberseite des Halbleiters gebildet wird, und die Summe aller Detektorelemente eine Grundfläche bildet, die an jeder Stelle eine Grundflächennormale aufweist.
  • Bisher werden für die Detektion von Gamma- und Röntgenstrahlung, insbesondere in CT- und Dual-Energy-CT-Systemen, Szintillationsdetektoren verwendet. In diesen Detektoren wird die einfallende Strahlung indirekt über die Anregung von Elektronen und die Umwandlung in Photonen nachgewiesen. Des Weiteren sind direktkonvertierende Detektoren basierend auf halbleitenden Materialien, wie zum Beispiel CdTe, CdTeSe, CdZnTe, CdZnTeSe bekannt. Diese direktkonvertierenden Detektoren können einzelne Photonen zählen und so die Strahlung direkt nachweisen.
  • Während einige der erwähnten halbleitenden Materialien bereits seit langem erfolgreich zur Röntgenstrahlungsdetektion eingesetzt werden, ist die Einführung dieser Materialien in Hochflussanwendungen noch nicht gelungen. Hochflussanwendungen mit einem Photonenfluss von mehr als 1·108 Photonen/cm2·s, wie sie beispielsweise in CT-Systemen auftreten, sind damit noch nicht realisierbar, da hier besonders viele Ladungsträger sehr schnell getrennt und den Elektroden zur Detektion zugeführt werden müssen. Für die negativen Elektronen ist dies unproblematisch, allerdings bilden die weniger beweglichen positiven Löcher eine Raumladungszone aus, die das elektrische Feld im Inneren des Halbleitermaterials negativ beeinflusst, also abschwächt. Die Raumladungszone folgt im Wesentlichen dem Absorptionsprofil der Röntgenstrahlung. Sie ist daher auf der der einfallenden Strahlung zugewandten Seite des Halbleiterdetektors am stärksten. Je nach der Größe der Raumladungszone, kann es an dieser Stelle zu einem völligen Einbruch des elektrischen Feldes kommen. Dabei gilt, je stärker die Raumladungszone ist, umso wahrscheinlicher ist der Einbruch des elektrischen Feldes. Um eine gleichmäßige Detektorantwort unabhängig vom Photonenfluss zu gewährleisten, sollte demnach die Bildung der Raumladungszone vermieden oder möglichst stark eingeschränkt werden.
  • Erste Ansätze zur Reduktion der Raumladungszone in halbleitenden Detektoren sind bereits bekannt. Diese bestehen darin, den gesamten Detektor gegenüber der einfallenden Röntgenstrahlung schräg zu stellen. In einem Artikel von P. M. Shikhaliev in Phys. Med. Biol. 51 (2006) wird die Verwendung von halbleitenden Detektoren in einem CT-System beschrieben, wobei diese Detektoren schräg zu der einfallenden Röntgenstrahlung ausgerichtet sind. Dies erlaubt den Einsatz von dünnen Halbleiterkristallen bei gleich bleibend hoher Photonenabsorption. Dabei treten ein deutlicher Rückgang der Polarisation und eine Zunahme der Photonenzählrate auf.
  • Unter Polarisation versteht man die Reduktion des elektrischen Feldes durch an in der Regel tiefe Störstellen gebundene, ortsfeste Ladungen, welche dann die durch Strahlung erzeugten Ladungsträger einfangen können, das heißt mit ihnen rekombinieren, und somit eine deutlich geringere Intensität der Strahlung suggerieren.
  • Durch die eingefangenen Ladungsträger wird die effektive Beweglichkeit der Ladungsträger erheblich reduziert. Ein Strahlungsdetektor muss jedoch eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit aufweisen, damit die während der Bestrahlung entstandenen Elektronen und Löcher getrennt werden können, um so die Bildung einer Raumladung im Detektor und den dadurch hervorgerufenen Effekt der Polarisation zu vermeiden. Die Polarisation begrenzt demnach den maximal detektierbaren Fluss eines direktkonvertierenden Detektors.
  • Des Weiteren erlaubt ein verkippter Detektor eine höhere Orts- und Energieauflösung, sowie kürzere Ladungsträgersammlungszeiten, die Hochflussanwendungen in der Computertomographie ermöglichen. Allerdings lässt sich durch eine einfache Schrägstellung des Detektors kein einheitlicher Winkel der Oberfläche zur einfallenden Strahlung realisieren, da diese in den Randbereichen aufgrund von Strahlaufweitungseffekten unter einem anderen Winkel auf die Oberfläche trifft. Weiterhin lässt sich dieses Konzept der schräg gestellten Detektoren nicht auf Detektoren für mehrzeilige CT-Systeme übertragen.
  • Die Druckschrift DE 2 235 680 A zeigt ein Detektorelement, welches vollständig gegenüber der einfallenden Strahlung schräg gestellt ist, nicht lediglich eine schräge Oberseite. Hierbei sind die einzelnen Detektorelemente nicht aus separaten Bauteilen gebildet, sondern in eine größere Fläche eines Halbleiters integriert.
  • Die Druckschrift US 2010/0 163 741 A1 zeigt einen Halbleiterdetektor, welcher lediglich in einem Randbereich beziehungsweise in einem Kontaktbereich zu einer Ausleseelektronik eine schräge Oberfläche aufweist.
  • Die Druckschrift DE 28 06 858 A1 zeigt einen Halbleiterdetektor mit Detektorelementen mit einer halbrunden Erhebung auf einer Seite.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Weiterverbesserung eines schräg zur einfallenden Strahlung ausgerichteten halbleitenden Röntgenstrahlungsdetektors zu finden, so dass die Bildung einer Raumladungszone im Inneren des Halbleiters vermieden wird und dieser Röntgenstrahlungsdetektor sinnvoll für Hochflussanwendungen, beispielsweise in CT-Systemen und auch mehrzeiligen CT-Systemen, eingesetzt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
  • Die Erfinder haben erkannt, dass durch eine geeignete Oberflächenstruktur des zur Detektion verwendeten Halbleiters eine bessere und gleichmäßigere Verteilung der Ladungsträger erreicht werden kann, die zu einer Reduktion der Raumladungszone führt. Die Oberflächenstruktur des Halbleiters sollte derart ausgebildet sein, dass die zugehörige Oberflächennormale an allen Stellen relativ zur Richtung des Röntgenflusses geneigt ist. Dabei wird die Oberfläche wie bei einem herkömmlichen Detektor metallisiert, um sie leitfähig zu machen.
  • Stellt man sich die Röntgenstrahlung als einzelne, Idealerweise parallele Strahlen vor, die in einem bestimmten gleichmäßigen Abstand auf die Oberfläche des Halbleiters treffen, so ist dieser Abstand umso größer, je stärker die Oberfläche des Halbleiters relativ zu den einfallenden Strahlen verkippt ist. Dadurch haben die Ladungsträger, die von den jeweiligen einfallenden Strahlen erzeugt werden, ein größeres Volumen im Halbleiter zur Verfügung bevor sie auf die von den benachbarten einfallenden Strahlen erzeugten Ladungsträger treffen und so Bereiche mit höherer Ladungsträgerkonzentration entstehen. Damit kann durch die geringere Ladungsträgerkonzentration an der Oberfläche des Halbleiters die Raumladungszone klein gehalten und so die Polarisation des Detektors vermieden werden, so dass es nicht zur Abschwächung des elektrischen Feldes im Inneren des Halbleiters kommt. Dadurch ist der Einsatz von direktkonvertierenden Halbleiterdetektoren in Hochflussanwendungen, zum Beispiel in einem CT-System, möglich und durch die in sich strukturierte Oberfläche des Halbleiters können derartige Detektoren auch in mehrzeiligen CT-Systemen verwendet werden.
  • Die Erfindung betrifft also einen Röntgenstrahlungsdetektor, wobei die Oberfläche des zur Detektion verwendeten Halbleitermaterial eine Strukturierung aufweist und somit relativ zur einfallenden Strahlung verkippt ist. Dadurch kann eine gleichmäßigere Verteilung der erzeugten Ladungsträger erreicht werden und als Folge dessen eine Verringerung der Raumladungszone, so dass das elektrische Feld im Halbleiter erhalten bleibt.
  • Entsprechend diesem Grundgedanken schlagen die Erfinder einen Röntgenstrahlungsdetektor zur Detektion von ionisierender Strahlung, insbesondere zur Verwendung in einem CT-System, vor, mit einer Vielzahl von Detektorelementen und je Detektorelement aufweisend:
    • – einen als Detektormaterial verwendeten Halbleiter mit einer der Strahlung zugewandten Oberseite und einer der Strahlung abgewandten Unterseite
    • – wobei je Detektorelement auf der Oberseite und der Unterseite des Halbleiters mindestens je eine Elektrode angeordnet ist, und
    • – die Unterseite des Halbleiters parallel zu einer durch die Vielzahl der Detektorelemente gebildeten Grundfläche mit einer Grundflächennormale verläuft.
  • Erfindungsgemäß liegt die Verbesserung darin, dass die Oberseite des Halbleiters eine Oberflächenstruktur aufweist, wobei die Oberflächennormale mit der Grundflächennormalen zumindest teilweise einen Winkel ausbildet und die Oberflächenstruktur des Halbleiters zickzackförmig mit mindestens einer Spitze ausgebildet ist.
  • Um einen möglichst großen Effekt zu erreichen, also um die Raumladungszone möglichst stark zu verringern, wenn nicht gar komplett zu vermeiden, sollte der Winkel zwischen der Grundflächennormalen und Oberflächennormalen mindestens 45° betragen. Noch vorteilhafter sind Werte über 60°, da hier der Abstand zwischen den Auftreffpunkten der Röntgenstrahlen auf der Oberfläche des Halbleiters noch größer ist als bei einem Winkel von 45° und die Ladungsträger mehr Volumen im Kristall zur Verfügung haben, um sich ungehindert auszubreiten.
  • Die Strukturierung der Oberseite des Halbleiters relativ zur Strahlung kann durch mehrere Varianten erreicht werden. Erfindungsgemäß ist ein Zickzackprofil mit jeweils mindestens einer Spitze oder eine Kombination aus einem Zickzack- und einem Wellenprofil ausgebildet. Bei dem Zickzackprofil trifft die Röntgenstrahlung zwischen den Kanten stets unter einem Winkel von 45°, vorzugsweise 60°, auf den Halbleiter. Nur an den Spitzen gibt es kleinste Bereiche in denen die Strahlung senkrecht auf den Halbleiter trifft. Das gleiche gilt bei einem Wellenprofil, nur das hier die ebenen Bereiche auf den Erhebungen, an denen die Strahlung rechtwinklig auftrifft, wesentlich größer sind, so dass das Zickzackprofil zu bevorzugen ist.
  • Weiterhin ist auch eine Ausführungsvariante möglich, bei der die der Strahlung abgewandten Unterseite des Halbleiters stets parallel zu der strukturierten Oberseite verläuft, also beispielsweise ebenfalls zickzackförmig. In der Praxis erschwert dies jedoch die Kontaktierung des Halbleiters mit der Ausleseelektronik, die in der Regel über Lot- oder Klebverbindungen realisiert wird. Dazu wird zumindest eine Passivierungs- und oder Benetzungsschicht auf der Unterseite des Halbleiterdetektors abgeschieden. Soll diese, z. B. mittels Lithographie, auf eine strukturierte Oberfläche aufgebracht werden, ist dies technisch sehr anspruchsvoll.
  • Da die Feldlinien eines elektrischen Feldes stets rechtwinklig auf eine Oberfläche stehen, werden auch die Ladungsträger rechtwinklig zur Oberfläche abgeführt. Lediglich in den Erhebungen der Strukturierung kommt es aufgrund des Feldverlaufes zu einer unerwünschten Verdichtung der Feldlinien und damit der Ladung. Dies kann vermieden werden, wenn die in CT-Systemen eingesetzten Kollimatoren direkt über den Spitzen der Oberflächenstruktur positioniert werden, also zum Beispiel direkt über den Spitzen des Zickzackprofils. Dadurch werden in diesen kritischen Bereichen kaum noch Ladungsträger generiert, die dann für die Bildung des elektrischen Feldes vernachlässigbar sind.
  • Um in einem halbleitenden Detektormaterial höhere Feldstärken bei einem insgesamt homogeneren elektrischen Feld zu erreichen, kann an jedem Detektorelement mindestens eine Elektrode seitlich angebracht werden, so dass diese zumindest teilweise zur Grundflächennormale ausgerichtet ist. In diesem Fall kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn zwischen den einzelnen Detektorelementen jeweils eine Passivierungsschicht aus einem nicht leitenden Material angebracht ist. Dadurch lassen sich höhere Auflösungen des Detektors erreichen. Derartig positionierte Elektroden können zum Beispiel mit Hilfe von Ätzschritten oder durch Bedampfen auf den Halbleiter aufgebracht werden.
  • Der Hauptvorteil, der sich aus einer derartigen Strukturierung der Oberseite eines Halbleiters in einem direktkonvertierenden Detektor ergibt, ist seine Eignung für Hochflussanwendungen, das heißt zum Beispiel in einzeiligen oder mehrzeiligen CT-Systemen. Als Halbleiter können hierbei die bereits bekannten Verbindungen wie CdTe, CdTeSe, CdZnSe und CdZnTeSe verwendet werden.
  • Ein weiterer Vorteil ist die Verwendung der Strukturierung unabhängig vom Kristallzuchtverfahren des Halbleiters, da das Einbringen der Struktur in die Oberfläche des Halbleiters erst am fertigen Kristall erfolgt. Es können daher alle gängigen Kristallzuchtverfahren zur Herstellung des Halbleiterdetektors verwendet werden, beispielsweise Physical Vapour Transport (PVT), Travelling Heat Method (THM), vertikale Bridgeman-Methoden (VBM), Metallorganische Gasphasenepitaxie/-abscheidung (MOVPE), diverse Methoden der Gasphasenepitaxie/-abscheidung (VPE), Molekularstrahlepitaxie (MBE), Atomic Layer Epitaxy (ALE). Weiterhin kann die eingebrachte Struktur an der Oberfläche des Halbleiters visuell überprüft werden.
  • Zum Rahmen der Erfindung zählt auch ein CT-System zur Erstellung tomographischer Aufnahmen eines Untersuchungsobjektes, in welchem ein Röntgenstrahlungsdetektor mit einer Vielzahl von Detektorelementen verwendet werden kann, wobei die Detektorelemente vorteilhafterweise über die erfindungsgemäß strukturierte Oberfläche verfügen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Beispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei darauf hingewiesen wird, dass nur die für das unmittelbare Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt sind. Hierbei werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1: Halbleiter; 2: Ladungsträgerwolke; 3: Elektroden; 4: Röntgenstrahlung; 5: Kollimator; 6: Passivierung; 7: elektrische Feldlinien; 8: Metallisierungsschicht; 9: Detektorelement; a: Abstand der Röntgenstrahlen bei nicht verkippter Oberfläche; c: Abstand der Röntgenstrahlen bei verkippter Oberfläche; g: Grundfläche; ng: Grundflächennormale; no: Oberflächennormale; r: Radius; α: Winkel.
  • Es zeigen im Einzelnen:
  • 1: Halbleiter mit senkrecht einfallender Röntgenstrahlung;
  • 2: Halbleiter mit schräg einfallender Röntgenstrahlung;
  • 3: Unstrukturierte Oberfläche eines Halbleiters in einem herkömmlichen Detektor;
  • 4: Strukturierte Oberfläche eines Halbleiters in einem erfindungsgemäßen Detektor;
  • 5: Strukturierte Oberfläche eines Halbleiters in einem erfindungsgemäßen Detektor mit Kollimatoren;
  • 6: Strukturierte Oberfläche eines Halbleiters in einem erfindungsgemäßen Detektor mit randseitigen Elektroden.
  • Die 1 zeigt einen Halbleiter 1, auf dessen Oberfläche senkrecht Röntgenstrahlung 4 einfällt. Die einzelnen Strahlen der Röntgenstrahlung 4 verlaufen näherungsweise parallel und treffen mit einem Abstand a zueinander auf der Oberfläche des Halbleiters 1 auf. Anschließend regen sie unterhalb der Oberfläche Ladungsträger an, die jeweils vereinfacht dargestellt eine Ladungsträgerwolke 2 mit einem Radius r bilden. Hierbei ist der Radius r größer als der halbe Abstand a zwischen den Röntgenstrahlen. Dadurch entstehen Bereiche mit erhöhter Ladungsträgerkonzentration, da sich benachbarte Ladungsträgerwolken 2 überschneiden. In diesen Bereichen bildet sich eine Raumladungszone, die aufgrund der darauf folgenden Polarisation des Halbleiters 1 zu einer Schwächung des elektrischen Feldes im Inneren des Halbleiters 1 führt und den Abtransport der durch die Röntgenstrahlung 4 erzeugten Ladungsträger in Richtung von hier nicht dargestellten Elektroden verhindert.
  • Eine gleichmäßigere Verteilung der durch die Röntgenstrahlung 4 generierten Ladungsträger erreicht man, wenn die Oberfläche des Halbleiters 1 relativ zur einfallenden Röntgenstrahlung 4 um einen Winkel α verkippt ist. Dies zeigt die 2. In dieser Darstellung besteht zwischen den einzelnen Strahlen jeweils derselbe Abstand a wie in der 1. Allerdings treffen die Strahlen, aufgrund der Neigung der Oberfläche des Halbleiters 1, mit einem größeren Abstand c auf den Halbleiter 1 auf. Dies bewirkt eine gleichmäßigere Verteilung der erzeugten Ladungsträgerwolken 2 ohne Bereiche mit sehr hohen Ladungsträgerkonzentrationen, da diese sich nicht überschneiden. Somit kann die Bildung einer Raumladungszone vermieden werden und das elektrische Feld im Halbleiter 1 bleibt erhalten.
  • Die 3 zeigt einen Ausschnitt eines herkömmlichen direktkonvertierenden Detektors mit einer nicht strukturierten Oberfläche eines Halbleiters 1 mit drei Detektorelementen 9. Die Oberfläche des Halbleiters 1 bildet eine Grundfläche g mit einer an jeder Stelle senkrecht stehenden Grundflächennormalen ng. Um die Oberfläche des Halbleiters 1 besser leitfähig zu machen, wurde eine Metallisierungsschicht 8 aufgebracht, welche auch als Elektrode an der Oberseite des Halbleiters 1 dient. An der Unterseite des Halbleiters befinden sich weitere Elektroden 3. Die hier dargestellten Größenverhältnisse sind dabei nicht realistisch und wurden nur zur besseren Übersicht gewählt.
  • Auf die Oberfläche des Halbleiters 1 trifft Röntgenstrahlung 4 auf, die im Halbleiter 1 freie Ladungsträger generiert, welche aufgrund einer an die Metallisierungsschicht 8 und an die Elektroden 3 auf der Unterseite angelegten Spannung zur positiven Anode abgeführt werden. Hierbei sind die Elektroden 3 auf der Unterseite des Halbleiters 1 mit dem Pluspol verbunden. Somit bildet sich ein elektrisches Feld im Halbleiter 1, wobei die in dieser Figur nicht gezeigten Feldlinien jeweils senkrecht auf die Oberfläche und auf die Elektroden 3 stehen.
  • Analog zur 1 kommt es hier zu den beschriebenen Effekten, wie Bildung einer Raumladungszone und daraus folgende Polarisation, die das elektrische Feld schwächt. Aufgrund dessen lassen sich derartige Röntgenstrahlungsdetektoren bisher nicht sinnvoll für Hochflussmessungen einsetzen, da die Schwächung des elektrischen Feldes einen schnellen Abtransport der generierten Ladungsträger verhindert und es so zu verfälschten Messergebnissen kommt. Eine Lösung zur Verbesserung der Messergebnisse liegt in der Strukturierung der Oberfläche des zur Detektion verwendeten Halbleitermaterials.
  • Die 4 zeigt einen Ausschnitt eines direktkonvertierenden Detektors mit einer erfindungsgemäß strukturierten Oberfläche des Halbleiters 1. Die Strukturierung ist hier als Zickzackprofil ausgeführt, wobei die strukturierte Oberfläche an jeder Stelle eine Oberflächennormale no aufweist. Diese bildet mit der Grundflächennormalen ng einen Winkel α aus. Somit trifft die Röntgenstrahlung 4 an allen Bereichen der zickzackförmigen Oberfläche unter dem Winkel α auf den Halbleiter, mit Ausnahme der konvexen Spitzen und der konkaven Senken. Die relativ zur einfallenden Strahlung 4 verkippte Oberfläche sorgt, entsprechend der 2, für eine gleichmäßige Verteilung der Ladungsträger. Nur in den Spitzen kommt es zu einer erhöhten Ladungsträgerkonzentration. Aufgrund des typischen Verlaufes der elektrischen Feldlinien 7 zwischen der Metallisierungsschicht 8 an der Oberseite und den Elektroden 3 an der Unterseite entsteht dann eine sich nachteilig auswirkende Verdichtung der elektrischen Ladung, die zu den Elektroden 3 an der Unterseite des Halbleiters 1 abtransportiert wird. In dieser erfindungsgemäßen Variante des Halbleiterdetektors mit strukturierter Oberfläche entspricht ein Detektorelement 9 dem Bereich zwischen zwei Senken im Zickzackprofil mit einer Elektrode 3.
  • Aus der Verdichtung der Ladungsträger folgt die Bildung einer Raumladungszone in diesen Bereichen und damit die Verdichtung des elektrischen Feldes im Inneren des Halbleiters 1 unterhalb der Spitzen. Das elektrische Feld wird also inhomogen. Um dies zu vermeiden, können die in CT-Systemen üblicherweise verwendeten Kollimatoren 5 direkt über den Spitzen positioniert werden, wie in der 5 gezeigt ist. Dadurch wird direkt in den Spitzen weniger freie Ladung erzeugt, da hier nahezu keine Röntgenstrahlung 4 mehr auftrifft. Die Feldlinien 7 des elektrischen Feldes sind in diesen Bereichen nicht mehr verdichtet und die wenigen generierten Ladungsträger sind vernachlässigbar. Somit bilden sich in den kritischen Bereichen unter den Spitzen keine Raumladungszonen aufgrund erhöhter Ladungsträgerkonzentrationen aus und das elektrische Feld bleibt erhalten.
  • Zusätzlich ist es möglich, um das elektrische Feld im Inneren des Halbleiters 1 weiterhin zu homogenisieren, die Elektroden 3 teilweise seitlich an den Detektorelementen 9 anzuordnen. Dies ist in 6 gezeigt. Hier befindet sich zwischen den einzelnen Detektorelementen 9, also direkt unterhalb der Kollimatoren 5, jeweils eine nicht leitende Passivierungsschicht 6, die die einzelnen Detektorelemente 9 für die Ladungsträger undurchlässig voneinander abgrenzt. Die Einführung der Passivierungsschicht 6 ist nicht zwingend nötig, sorgt jedoch für eine Steigerung der Auflösung des Röntgenstrahlungsdetektors. Deutlich zu erkennen ist in dieser Darstellung, dass der Verlauf der Feldlinien 7 zwischen der Metallisierungsschicht 8 und den Elektroden 3 nahezu völlig homogen ist, ohne verdichtete Bereiche. In einem derartig gestalteten Röntgenstrahlungsdetektor können die generierten Elektronen schnell zu den Elektroden 3 abtransportiert werden, so dass keine Bereiche mit erhöhter Konzentration entstehen, in denen sich eine Raumladungszone ausbildet, die das elektrische Feld schwächt. Somit eignen sich solche Röntgenstrahlungsdetektoren auch für Hochflussmessungen, wie sie beispielsweise in CT-Systemen nötig sind.
  • Insgesamt wird mit der Erfindung also ein Röntgenstrahlungsdetektor zur Detektion von ionisierender Strahlung, insbesondere zur Verwendung in einem CT-System, mit einer Vielzahl von Detektorelementen, je Detektorelement aufweisend einen als Detektormaterial verwendeten Halbleiter mit einer der Strahlung zugewandten Oberseite und einer der Strahlung abgewandten Unterseite, mindestens zwei Elektroden, wobei eine Elektrode durch eine Metallisierungsschicht auf der Oberseite des Halbleiters gebildet wird, und die Summe aller Detektorelemente eine Grundfläche bildet, die an jeder Stelle eine Grundflächennormale aufweist, welcher dahingehend weiter verbessert wurde, dass die Oberseite des Halbleiters eine Oberflächenstruktur mit einer Oberflächennormalen an jeder Stelle aufweist, wobei die Oberflächennormale mit der Grundflächennormalen zumindest teilweise einen Winkel ausbildet.
  • Weiterhin zählt auch ein CT-System, in welchem ein Röntgenstrahlungsdetektor vorgesehen ist, der vorteilhafterweise aus einer Vielzahl von erfindungsgemäß strukturierten Detektorelementen besteht, zum Gegenstand der Erfindung.

Claims (11)

  1. Röntgenstrahlungsdetektor zur Detektion von ionisierender Strahlung, insbesondere zur Verwendung in einem CT-System, mit einer Vielzahl von Detektorelementen (9), aufweisend: 1.1. einen als Detektormaterial verwendeten Halbleiter (1) mit einer der Strahlung zugewandten Oberseite und einer der Strahlung abgewandten Unterseite, 1.2. wobei je Detektorelement (9) auf der Oberseite und der Unterseite des Halbleiters (1) mindestens je eine Elektrode (3) angeordnet ist, und 1.3. die Unterseite des Halbleiters (1) parallel zu einer durch die Vielzahl der Detektorelemente (9) gebildeten Grundfläche (g) mit einer Grundflächennormale (ng) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass 1.4. die Oberseite des Halbleiters (1) eine Oberflächenstruktur aufweist, wobei die Oberflächennormale (no) mit der Grundflächennormale (ng) zumindest teilweise einen Winkel (α) ausbildet, und die Oberflächenstruktur des Halbleiters (1) zickzackförmig mit mindestens einer Spitze ausgebildet ist.
  2. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) mindestens 45° beträgt.
  3. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) mindestens 60° beträgt.
  4. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur des Halbleiters (1) teilweise zickzackförmig und teilweise wellenförmig mit mindestens einer Spitze und oder Erhebung ausgebildet ist.
  5. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass über jeder Spitze ein Kollimator (5) angeordnet ist.
  6. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen zwei Detektorelementen (9) eine nicht leitende Passivierungsschicht (6) vorgesehen ist.
  7. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Detektorelement (9) mindestens eine seitlich angebrachte Elektrode (3) vorgesehen ist, die sich zumindest teilweise in Richtung der Grundflächennormale (ng) erstreckt.
  8. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine seitlich angebrachte Elektrode (3) mit Hilfe von Ätzschritten auf dem Halbleiter (1) aufgebracht ist.
  9. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine seitlich angebrachte Elektrode (3) durch Bedampfen auf dem Halbleiter (1) aufgebracht ist.
  10. Röntgenstrahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter (1) aus einem Material der folgenden Materialliste besteht: CdTe, CdTeSe, CdZnTe, CdZnSe und CdZnTeSe.
  11. CT-System, aufweisend einen Röntgenstrahlungsdetektor mit einer Vielzahl von Detektorelementen (9) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 10.
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