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Die Erfindung betrifft einen direktkonvertierenden Röntgenstrahlungsdetektor, insbesondere zur Verwendung in CT-Systemen, zumindest aufweisend ein zur Detektion von Röntgenstrahlung verwendetes Halbleitermaterial.
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Für die Detektion von Gamma- und Röntgenstrahlung werden, insbesondere in CT- und Dual-Energy-CT-Systemen, Szintillationsdetektoren oder direktkonvertierende Halbleiterdetektoren verwendet. In den Szintillationsdetektoren wird die einfallende Strahlung indirekt über die Anregung von Elektronen und die Umwandlung in Photonen nachgewiesen. Dahingegen sind die auf Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel CdTe, CdZnTe, CdZnSe und CdZnTeSe, basierenden direktkonvertierenden Detektoren in der Lage, einzelne Photonen zu zählen, folglich die Strahlung direkt nachzuweisen.
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An das als Röntgenabsorptionsmaterial (Sensormaterial) verwendete Halbleitermaterial, welches meist eine Dicke im Bereich von bis zu wenigen Millimetern aufweist, wird dabei eine Spannung angelegt. Dadurch baut sich über die Dicke des Halbleitermaterials ein elektrisches Feld auf, das die durch die Röntgenstrahlung entstehenden Ladungsträger absaugt. Diese Ladungsträger erzeugen – gemittelt über das elektrische Feld, in dem sie sich bewegen – die Signale auf den Elektroden, welche in einer nachgeschalteten Elektronik (meist ASIC genannt) zu Zählerständen verarbeitet werden und die Informationsbasis für die Bildgebung darstellen.
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Das verwendete Sensor- bzw. Halbleitermaterial, zum Beispiel CdTe oder CdZnTe, beinhaltet typischerweise ortsfeste Störstellen (sog. Traps), die sich durch die hohe Anzahl an erzeugten Ladungsträgern aufladen können. Diese Ladungsträger können von der anliegenden Spannung nicht abgesaugt werden, da sie in den Störstellen ortsfest gefangen sind. Sobald in vielen dieser Störstellen ausreichend Ladungsträger gefangen sind, die Störstellen also aufgeladen sind, beeinflussen diese das elektrische Feld der äußeren Spannung, welches wiederum die Signalerzeugung vermittelt.
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Dadurch kann die Detektorantwort auf ein konstantes Eingangssignal instabil werden beziehungsweise sich über die Zeit langsam verändern: Eine sogenannte Drift des Detektors tritt auf. Diese Drift ist unerwünscht und kann, da sie zeitlich instabil und nur schwierig vorhersagbar ist, nur schwer korrigiert werden. Letztendlich führt dies zu nicht akzeptablen Artefakten in den rekonstruierten Bildern.
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Aus dem Stand der Technik sind bisher verschiedene Methoden bekannt, um das Problem der Drift des Sensormaterials zu reduzieren. Zum Beispiel kann die Drift durch Eliminieren bzw. Kompensieren der Störstellen direkt im Halbleitermaterial reduziert werden. Diese Methode hat bisher jedoch noch keine ausreichende Reduktion der Drift erreicht. Weiterhin kann die Drift durch Algorithmen in der nachgeschalteten Datenverarbeitung, das heißt im ASIC oder im Rechner, korrigiert werden. Allerdings ist diese Vorgehensweise noch nicht erprobt und die Stabilität und tatsächliche Anwendbarkeit somit noch nicht erwiesen.
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Alternativ kann das elektrische Feld innerhalb des Sensormaterials auch durch gezieltes Einbringen zusätzlicher, freier Ladungsträgern verändert und stabilisiert werden. Dies kann beispielsweise durch Bestrahlung des Sensormaterials mittels elektromagnetischer Strahlung in Form von Licht im sichtbaren UV- oder IR-Wellenlängenbereich (optisches Licht) erfolgen. Hierzu wird auf die Druckschrift
US 6,373,064 B1 verwiesen.
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Bei der Erzeugung von freien Ladungsträgern in einem Halbleiter durch die Bestrahlung mit Licht, wird die Anzahl und räumliche Verteilung der erzeugten Ladungsträger durch die Photonenenergie des Lichts bestimmt. Entspricht die Photonenenergie einem Wert unterhalb der Bandlücke, so werden Ladungsträger aus oder in die Störstellen angeregt. Bei den Halbleitern CdTe und CdZnTe ist dies für infrarote Strahlung (IR) der Fall. Die Absorption ist in diesem Fall sehr schwach, da die Dichte der Störstellen sehr klein ist im Vergleich zur Zustandsdichte der Bänder. Die Eindringtiefe des Lichts beträgt mehrere Millimeter. Entspricht jedoch die Photonenenergie einem Wert oberhalb der Bandlücke, werden Ladungsträger von Band zu Band angeregt. Da nun eine effiziente Absorption stattfindet, reduziert sich die Eindringtiefe des Lichts in den Halbleiter auf wenige Mikrometer. Dies ist bei den Halbleitern CdTe und CdZnTe für sichtbares Licht der Fall.
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Durch die Wahl der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts lässt sich folglich die räumliche Verteilung der erzeugten freien Ladungsträger beeinflussen. Zum Beispiel werden bei einer Bestrahlung mit sichtbarem Licht an der Kathoden-Seite des Sensormaterials hauptsächlich direkt an der Oberfläche freie Ladungsträgerpaare erzeugt, wobei die Löcher direkt in die Kathode abfließen und die Elektronen Richtung Anode im Sensormaterial wandern. Diese können dann zum Beispiel mit freien oder auch ortsfesten Löchern rekombinieren bzw. selbst eingefangen werden. Beides führt zu einer Verschiebung der Raumladung ins Negative. Somit kann durch Bestrahlen mit sichtbarem Licht von der Kathodenseite die unter Röntgenstrahlung auftretende positive geladene Polarisation kompensiert werden.
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Das Problem bei der Bestrahlung mit zusätzlichem Licht von außen ist jedoch, dass dieses Licht den gleichen zeitlichen Intensitätsverlauf haben muss wie die Röntgenintensität, um ein stabiles elektrisches Feld bzw. Detektorsignal erzeugen zu können. Wenn mehr freie und damit auch ortsfeste Löcher wegen einer höheren Röntgenintensität entstehen, dann müssen auch entsprechend mehr Elektronen auf der Kathodenseite mittels Licht eingekoppelt werden. Für eine ausreichend stabile Detektorantwort müsste also die Intensität der Bestrahlung durch optisches Licht genau der Röntgenintensität nachgeführt werden.
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Aus der Druckschrift
US 2002/0 134 944 A1 ist ein Detektor bekannt, bei dem auf einem Detektormaterial eine phosphoreszierende Schicht beziehungsweise Phosphorschicht aufgebracht ist. Zwischen dieser Phosphorschicht und dem Detektormaterial ist eine Elektrode angeordnet, sodass hier keine direkte Einstrahlung erfolgt. Weiterhin beinhaltet die in der Phosphorschicht erzeugte optische Strahlung Bildinformationen und trägt somit zur Bildgebung bei.
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Die Druckschrift
DE 26 22 655 A1 beschreibt einen Halbleiter-Röntgenstrahlendetektor mit Mitteln zum Umwandeln der Röntgenstrahlung in Licht und einer Halbleiteranordnung als optisch-elektrischer Wandler, wobei er eine Reihe einzelner Halbleiterelemente enthält, und zwischen je zwei Halbleiterelementen eine Leuchtschicht zum Umwandeln der Röntgenstrahlung in Licht liegt.
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Aus der Druckschrift
DE 29 46 108 A1 ist ein Halbleiter-Röntgenstrahlendetektor mit Mitteln zum Umwandeln der Röntgenstrahlen in Licht und einer aus einem oder mehreren Halbleiterelement(en) gebildeten als optisch-elektrischer Wandler funktionierenden Halbleiteranordnung bekannt, wobei die Mittel zum Umwandeln der Röntgenstrahlen aus einer oder mehreren dünnen elektrolumineszierenden Schicht(en) und einer oder mehreren dünnen, unmittelbar auf der beziehungsweise den elektrolumineszierenden Schicht(en) aufgebrachten, durch Ladungsträgererzeugung einen gesteuerten Elektrolumineszenzprozeß hervorrufenden photoleitenden Schicht(en) bestehen und gegebenenfalls alternierend mit den filmartig ausgebildeten Halbleiterelementen angeordnet sind.
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Weiter betrifft die Druckschrift
DE 31 04 030 A1 einen Röntgen- und/oder Korpuskularstrahlungs-Halbleiterdetektor mit einem Szintillationskörper und mit einer Fotodiode mit Sperrschicht-Übergang und mit Elektroden, wobei der Szintillationskörper und die Fotodiode zwei Anteile eines einzigen monolithischen Halbleiterkörpers aus einem III-V-Halbleitermaterial sind, und wobei das Material des den Szintillationskörper bildenden Anteils und das Material des die Fotodiode bildenden Anteils voneinander stark unterschiedliche Absorptionsverhalten für die durch die zu detektierende Strahlung erzeugten Photonen haben.
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Aus der Druckschrift
US 5 664 000 A ist noch eine Vorrichtung zum Auswerten von Röntgenstrahlung mit einer Röntgenstrahlungsquelle und einem Röntgenstrahlungsdetektor, welcher ein Röntgenbild eines Objektes in ein elektrisches Signal umwandelt bekannt. Weiter umfasst die Vorrichtung eine Strahlungskontrollschaltung, welche ein Kontrollsignal des elektrischen Bildsignals ausgibt, um die Röntgenstrahlung anzupassen.
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Die Druckschrift
US 5 262 649 A offenbart eine Vorrichtung zur Echtzeit-Bildgebung zur Verwendung mit einer einfallenden, ionisierenden Strahlung, aufweisend ein Mittel zur Signalumwandlung, um die einfallende, ionisierende Strahlung in ein Signal eines Elektronen-Loch-Paares umzuwandeln und dieses Signal zu speichern.
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Schließlich beschreibt die Druckschrift
EP 0 279 293 A2 eine zahnärztliche Röntgendiagnostikeinrichtung zur Erstellung von Panorama-Schichtaufnahmen vom Kiefer eines Patienten. Die Einrichtung enthält eine Dreheinheit, die Träger einerseits einer Röntgenstrahlenquelle und andererseits einer Blende mit Sekundärspalt sowie einer Detektoranordnung ist, welche elektrische Signale proportional zur Strahlungsintensität bildet. Zur Vereinfachung, insbesondere der Signalaufbereitung, ist die Detektoranordnung aus ein oder mehreren, der Größe des Sekundärspaltes entsprechenden Halbleiterdetektoren mit Szintillationsschicht gebildet.
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Die Druckschrift
US 2002/0134944 A1 beschreibt einen Detektor, bei dem auf einem Detektormaterial eine phosphoreszierende Schicht bzw. Phosphorschicht aufgebracht ist. In dieser Phosphorschicht wird durch die zu detektierende Strahlung optische Lichtstrahlung erzeugt, welche durch eine Elektrodenschicht in das Detektormaterial gelangt. Hierbei kann ein zeitlicher Intensitätsverlauf der Strahlung jedoch nicht nachvollzogen werden, da eine Phosphorschicht nachleuchtet. Weiterhin beinhaltet die in der Phosphorschicht erzeugte optische Strahlung Bildinformationen und trägt so zur Bildgebung bei.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, um optisches Licht der Intensität der auf ein zur Detektion von Röntgenstrahlung verwendetes Halbleitermaterial auftreffenden Röntgenstrahlung nachzuführen, sodass die Drift der Ladungsträger in dem Halbleitermaterial reduziert ist und eine stabile Detektorantwort möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Röntgenstrahlungsdetektor mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfinder haben erkannt, dass sich das Problem der Drift aufgrund von aufgeladenen Störstellen lösen lässt, indem auf der Röntgenstrahleneintrittsseite des Sensor- beziehungsweise Halbleitermaterials, das heißt auf einer der Röntgenstrahlung zugewandten Seite, eine Schicht aus einem szintillierenden Material aufgebracht wird. Diese sogenannte Szintillationsschicht erzeugt entsprechend der Röntgenintensität optisches Licht, also ebenfalls Strahlung, die zusätzliche freie Ladungsträger kathodennah ins Material einbringt. Dadurch werden die getrappten, also ortsfesten, positiven Ladungen, die eine Veränderung des elektrischen Feldes und dadurch die Drift herbeiführen würden, kompensiert. Die Drift im Halbleitermaterial ist folglich stark reduziert, wenn nicht gar vollständig verhindert.
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Für optimale Ergebnisse, das heißt eine möglichst vollständige Reduktion der Drift, sollte die Szintillationsschicht so dick sein, dass gerade ausreichend viel Lichtstrahlung in der Szintillationsschicht erzeugt und in das Halbleitermaterial abgestrahlt wird, jedoch sollte die Szintillationsschicht so dick sein, dass möglichst wenig Röntgenstrahlung absorbiert wird. Dies wird beispielsweise bei einer ca. 0,2 mm dicken Szintillationsschicht erreicht. Weiterhin ist die Szintillationsschicht aus einem Material mit möglichst niedriger Ordnungszahl, insbesondere einem organischen Material, zum Beispiel mit mittleren Ordnungszahlen von kleiner gleich 16 oder ausschließlich Elementen mit individueller Ordnungszahl bis 16, insbesondere bis 8, beispielsweise Sauerstoff oder Schwefel, ausgebildet. Ebenso ist es vorteilhaft, dass die Szintillationsschicht aus einem Material mit möglichst niedriger Dichte gefertigt ist, wobei die Dichte beispielsweise nicht mehr als 1,2 g/cm3 beträgt. Bei einem Material mit diesen Eigenschaften, also entsprechend dünn mit möglichst niedriger Ordnungszahl und geringer Dichte, werden wenige Röntgenstrahlen absorbiert, die für die Bildgebung wichtig sind. Gleichzeitig wird ausreichend viel Lichtstrahlung erzeugt und in den Halbleiter abgestrahlt, um dort freie Ladungsträger zu erzeugen. Die auf die Szintillationsschicht auftreffende Röntgenstrahlung gelangt also weiterhin auf das Halbleitermaterial, um dort letztendlich die für die Bildgebung wichtigen Signale zu erzeugen. Der Großteil der auf den Detektor treffenden Strahlung sollte daher nicht in der Szintillationsschicht absorbiert werden, sondern weiterhin im Halbleitermaterial, dem eigentlichen Röntgensensor. Dies ist Vorrausetzung für einen sinnvollen Einsatz, denn die im Halbleitermaterial entstehenden Ladungsträger führen letztlich zu den Signalen, die die Basis für die Bildgebung sind.
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Eine weitere, sich positiv auf die Driftreduktion auswirkende Eigenschaft des Szintillationsmaterials ist beispielsweise, dass die Gitterkonstante bzw. der Abstand der Atome der Szintillationsschicht möglichst kleine Unterschiede zu der des direktkonvertierenden Halbleitermaterials aufweist, um nicht aufgrund von verspannungsinduzierten Defekten die erzeugten Lichtquanten wieder zu absorbieren. Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn durch die Szintillationsschicht möglichst viel optisches Licht je absorbierter Röntgenenergie erzeugt wird. Dabei ist es nicht notwendig, dass das Material der Szintillationsschicht – bezogen auf den Abfluss der Ladungsträger – besonders schnell ist. Abklingzeiten des Szintillationsmaterials im Bereich von 50 μs sind hierbei ausreichend.
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Zusammenfassend haben die Erfinder also erkannt, dass die Röntgenabsorption in einer Szintillationsschicht auf einem zur Detektion von Röntgenstrahlung verwendeten Halbleitermaterial durch eine geeignete Ausführung der Dicke, der Dichte und/oder der Ordnungszahl des Szintillationsmaterials, möglichst gering bleiben soll. Mittels der möglichst geringen Röntgenabsorption in der Szintillationsschicht lässt sich die Detektorstabilität optimieren, um Artefakte in Bildern zu vermeiden, wobei die Detektorstabilität abgewogen werden muss bezüglich der Primärabsorption im Röntgensensor, um möglichst dosiseffizient zu arbeiten. Weiterhin ist das Übersetzungsverhältnis von Röntgenintensität zu Lichtintensität ein Optimierungskriterium, das situationsbedingt, also je nach Stärke der Drift des Röntgensensors unter Bestrahlung, angepasst wird, um eine stabile Detektorantwort zu erreichen. Hierbei ist ebenfalls die Wahl des Szintillationsmaterials entscheidend.
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Demgemäß schlagen die Erfinder vor, einen direktkonvertierenden Röntgenstrahlungsdetektor, insbesondere zur Verwendung in CT-Systemen, zumindest aufweisend ein zur Detektion von Röntgenstrahlung verwendetes Halbleitermaterial, dahingehend zu verbessern, dass direkt auf zumindest einer der Röntgenstrahlung zugewandten Seite des Halbleitermaterials eine Szintillationsschicht aufgebracht ist, wobei die Röntgenstrahlung in der Szintillationsschicht optische Strahlung erzeugt und das Material der Szintillationsschicht eine Abklingzeit von höchstens 50 μs, bevorzugt höchstens 15 μs, aufweist, wobei die Szintillationsschicht aus einem Material ausgebildet ist, dessen Elemente eine mittlere Ordnungszahl von kleiner gleich 16 aufweisen. Durch diese Szintillationsschicht zur Lichteinkopplung in das Halbleitermaterial wird der zeitliche Intensitätsverlauf der Röntgenstrahlung vorteilhafterweise sehr genau nachvollzogen, so dass eine ideale Kompensation der ortsfesten Ladungsträger hinsichtlich des Zeitverlaufs stattfinden kann. Dadurch wird die Änderung des elektrischen Feldes minimiert, wodurch erfindungsgemäß die Drift des Sensormaterials ebenfalls minimiert wird.
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Die Szintillationsschicht ist auf der der Röntgenstrahlung zugewandten Seite des Halbleitermaterials aufgebracht, beispielsweise mittels Abscheiden durch Sputtern oder Evaporation. In der Szintillationsschicht wird mittels der Röntgenstrahlung optische Strahlung erzeugt. Diese optische Strahlung ist abhängig von den Eigenschaften der Szintillationsschicht, so dass die erzeugte optische Strahlung durch die Ausführung der Szintillationsschicht beeinflussbar ist. Eigenschaften der Szintillationsschicht, welche die optische Strahlung bevorzugt beeinflussen, sind beispielsweise das Material selbst, also beispielsweise dessen chemische Zusammensetzung und Bandstruktur, wobei mittels der Elektronenzustände im Material die Absorptions- und Emissionseigenschaften von Röntgen- und Lichtstrahlung beeinflusst werden. Weiterhin sind die Dicke, die Ordnungszahl, die Dichte und/oder eine Gitterkonstante des Materials ausschlaggebend zur Erzeugung von optischer Strahlung.
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Die Szintillationsschicht ist vorzugsweise dünn und mit möglichst niedriger Ordnungszahl und Dichte ausgeführt, so dass möglichst keine Röntgenstrahlung absorbiert wird, die für die Bildgebung notwendig ist, jedoch ausreichend optische Strahlung erzeugt wird. Dazu weist die Szintillationsschicht in einer Ausführung eine Dicke von kleiner gleich 0,5 mm, bevorzugt kleiner gleich 0,3 mm und weiter bevorzugt kleiner gleich 0,15 mm, auf. Die Szintillationsschicht ist aus einem Material mit einer Ordnungszahl von kleiner gleich 16, bevorzugt kleiner gleich 8, gebildet. Weiterhin weist das Material der Szintillationsschicht vorteilhafterweise eine Dichte von kleiner gleich 1,25 g·cm–3, bevorzugt kleiner gleich 1,0 g·cm–3 und weiter bevorzugt kleiner gleich 0,8 g·cm–3, auf.
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Ebenso ist es vorteilhaft, dass die Szintillationsschicht aus einem Material mit einer Gitterkonstante von weniger als 15%, bevorzugt weniger als 10% und weiter bevorzugt weniger als 5%, von einer Gitterkonstante des Halbleitermaterials abweicht. Bei einer Ausführung der Szintillationsschicht und des Halbleiters mit sehr geringen Unterschieden in den Gitterkonstanten, das heißt Abständen der Atome, wird vorteilhafterweise vermieden, dass aufgrund von spannungsinduzierten Defekten die erzeugten Lichtquanten der optischen Strahlung wieder absorbiert werden. In einer Variante ist die Gitterkonstante des Szintillationsmaterials kleiner gleich der Gitterkonstante des Halbleitermaterials. In einer anderen Variante ist die Gitterkonstante des Halbleitermaterials kleiner gleich der Gitterkonstante des Szintillationsmaterials.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Szintillationsschicht möglichst viel optisches Licht je auftreffender Röntgenstrahlung erzeugt. In einer Ausführung mit einer Szintillationsschicht aus einem organischen Material, wie beispielsweise Anthracen, beträgt ein Anteil der in der Szintillationsschicht erzeugten optischen Strahlung mindestens 50%, bevorzugt mindestens 100% und weiter bevorzugt mindestens 150% der auftreffenden Röntgenstrahlung. Bevorzugt wird hierbei also mehr optische Strahlung in der Szintillationsschicht erzeugt als Röntgenstrahlung auf die Szintillationsschicht auftrifft.
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Eine weitere Eigenschaft des Szintillationsmaterials, welche vorteilhafterweise die erzeugte optische Strahlung beeinflusst, ist die Abklingzeit. Vorteilhafterweise ist eine geringe Abklingzeit, das heißt im Nanosekundenbereich, mit einer geringen Lichtausbeute gekoppelt. Die Lichtausbeute, also der prozentuale Anteil der erzeugten optischen Strahlung, ist jedoch für die letztendlich beabsichtigte Reduktion der Drift, entscheidender. Entsprechend liegt die Abklingzeit im Mikrosekundenbereich. Somit weist das Material der Szintillationsschicht eine Abklingzeit von höchstens 50 μs, bevorzugt von höchstens 15 μs, auf.
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Weiterhin vorteilhafter eignen sich für die Szintillationsschicht Materialien wie zum Beispiel organische Materialien, beispielsweise Anthracen, Anthracen-basierte Materialien oder trans-Stilben, oder Halbleitermaterialien. In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Detektors ist die Szintillationsschicht aus einem organischen Material wie Anthracen ausgeführt. Die Vorteile einer organischen Schicht sind beispielsweise eine niedrige Ordnungszahl von höchstens 8 und die einfache Verarbeitung der Schicht. Gemäß einer anderen Ausführung ist die Szintillationsschicht aus einem Halbleiter, beispielsweise AlN und/oder GaN, ausgeführt. Eine Halbleiter-Szintillationsschicht bewirkt vor allem eine hohe Lichtausbeute, das heißt einen großen prozentualen Anteil an Röntgenstrahlung, die in optische Strahlung umgewandelt wird. Dies ist insbesondere bei der Verwendung monokristalliner Halbleiter mit schneller Abklingzeit der Fall. Weiterhin lassen sich bei der Verwendung von Halbleitern als Szintillationsmaterialien die Gitterkonstante vorzugsweise derart anpassen, dass beispielsweise eine definierte Fehlanpassung durch die Verwendung von Verbindungshalbleitern möglich ist. Je nach dem verwendeten Halbleitermaterial weist das Material vorteilhafterweise auch eine geringe Ordnungszahl auf. Dies ist beispielsweise bei den Halbleitern AlN und GaN der Fall.
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Bei der Ausführung der Szintillationsschicht ist es entscheidend, dass weiterhin der Großteil der auftreffenden Röntgenstrahlung erst im eigentlichen Detektor-Halbleitermaterial absorbiert wird. Bevorzugt werden maximal 5% der Strahlung in der Szintillationsschicht absorbiert, bevorzugt unter 3%. Dies ist Vorraussetzung für einen sinnvollen Einsatz des erfindungsgemäßen Detektors, da die im Halbleitermaterial entstehenden Ladungsträger letztendlich zur Ausbildung der eigentlichen Signale für die Bildgebung führen. Die Röntgenabsorption in der Szintillationsschicht ist mittels einer wie vorstehend beschrieben, geeigneten Wahl der Eigenschaften Dicke, Dichte und Ordnungszahl vorteilhafterweise möglichst gering. Hierbei wird vorteilhafterweise zum einen zwischen der gewünschten Detektorstabilität, um möglichst artefaktfreie Bilder zu erhalten, und zum anderen der Absorption im Halbleiter, um möglichst dosiseffizient zu arbeiten, abgewogen. Weiterhin ist das Übersetzungsverhältnis von Röntgenintensität zu Lichtintensität ein Optimierungskriterium, das für das jeweilige, konkret vorliegende Problem gelöst werden muss, das heißt, wie stark driftet das jeweilige Halbleitermaterial unter Bestrahlung, um eine stabile Detektorantwort zu erreichen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung des Detektors sieht vor, dass die Szintillationsschicht auf einer der Röntgenstrahlung zugewandten Seite, das heißt strahleneingangsseitig, eine Reflektorschicht aufweist. Mittels dieser Reflektorschicht wird möglichst viel Strahlung bzw. Intensität des entstehenden Lichts in das Halbleitermaterial gelenkt. Es wird also vorteilhafterweise die Abstrahlung der erzeugten optischen Strahlung aus dem Halbleitermaterial heraus verhindert. Vorzugsweise ist die Reflektorschicht gegenüberliegend zu dem Halbleitermaterial ausgeführt. Die Reflektorschicht wird beispielsweise mittels Sputtern oder Evaporation auf die Szintillationsschicht abgeschieden. Bevorzugt weist die Reflektorschicht eine maximale Dicke von ca. 50 μm auf. Beispielsweise beträgt die Dicke der Reflektorschicht 30%, bevorzugt 20% und weiter bevorzugt 10% der Dicke der Szintillationsschicht. Für die Reflektorschicht eignen sich bevorzugt Materialien wie Titandioxid.
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Insgesamt ergeben sich aus der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile. Die Drift des Halbleitermaterials ist effektiv reduziert, so dass der Zeitverlauf der optischen Strahlung ideal an den Zeitverlauf der Röntgenstrahlung angepasst ist. Weiterhin ist vorteilhafterweise eine einfache Umsetzung der Szintillationsschicht und der Reflektorschicht durch ein einfaches Abscheiden der Schichten auf dem Halbleiterdetektormaterial möglich. Zusätzlich wird der Einsatz der herkömmlichen, normalerweise driftenden Halbleitermaterialien in der Röntgenbildgebung bei hoher Intensität der Bestrahlung ermöglicht.
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Weiterhin zählt zum Rahmen der Erfindung auch ein CT-System, in welchem ein Röntgenstrahlungsdetektor aus mindestens einem Detektorelement, vorteilhafterweise mit zumindest einer erfindungsgemäßen Szintillationsschicht auf dem zur Detektion verwendeten Halbleitermaterial, verwendet werden kann, mit dem tomographische Aufnahmen eines Untersuchungsobjektes erstellt werden können.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: HL: Halbleiter; R: Reflektorschicht; S: Szintillationsschicht.
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Es zeigen im Einzelnen:
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1 eine schematische Darstellung eines Halbleiters mit einer erfindungsgemäßen Szintillationsschicht und
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2 eine schematische Darstellung des Halbleiters mit der erfindungsgemäßen Szintillationsschicht und einer Reflektorschicht.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Halbleiters HL mit einer erfindungsgemäßen Szintillationsschicht S. Der Halbleiter HL wird zur Detektion von Röntgenstrahlung, hier durch Pfeile schematisch gekennzeichnet, verwendet. Als Halbleitermaterial wird Cd1-xZnxTe, 0 ≤ x ≤ 1, eingesetzt, beispielsweise CdTe. Auf dem Halbleiter HL ist die Szintillationsschicht S auf der der Röntgenstrahlung zugewandten Seite, das heißt strahleneingangsseitig, angeordnet. Die Szintillationsschicht S ist in der Ausführung der 1 aus einem organischen Material wie Anthracen ausgeführt. Erfindungsgemäß wandelt die Szintillationsschicht S einen Teil der auftreffenden Röntgenstrahlung in optische Strahlung im sichtbaren Bereich um, hier durch gestrichelte Pfeile gekennzeichnet. Die optische Strahlung wird direkt in das Halbleitermaterial HL eingestrahlt. Dort werden mittels der optischen Strahlung vermehrt Ladungsträger aus Störstellen des Halbleiters HL angeregt, sodass die Drift im Halbleiter HL reduziert wird. Die Eigenschaften der optischen Strahlung sind über die Eigenschaften der Szintillationsschicht S wie Dicke, Dichte etc. einstellbar.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung des Halbleiters HL mit der erfindungsgemäßen Szintillationsschicht S und einer Reflektorschicht R. Der Halbleiter und die Szintillationsschicht S entsprechen der Ausführung der 1. Auf eine ausführliche Beschreibung bereits beschriebener Elemente wird daher verzichtet. Auf der dem Halbleiter HL gegenüberliegenden Seite der Szintillationsschicht S, das heißt ebenfalls strahleneingangsseitig, ist die Reflektorschicht R aufgebracht. Mittels der Reflektorschicht R wird das Abstrahlen der in der Szintillationsschicht S erzeugten optischen Strahlung aus dem Halbleiter hinaus verhindert, sodass möglichst viel Strahlung in das Halbleitermaterial HL gelenkt wird. Die Reflektorschicht R besteht gemäß der Ausführung der 2 aus Titandioxid.
