DE102011083420A1 - Strahlungsdetektor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor mit einem Fotodiodenarray (1), auf das eine Szintillatorschicht (2) mit nadelförmigen Kristallen (3) aufgebracht ist, wobei die Szintillatorschicht (2) auf zumindest einem der einfallenden Strahlung zugewandten Abschnitt der Oberfläche mit einer Schutzschicht (5) versehen ist, und wobei die Schutzschicht (5) nur auf der Oberfläche der Szintillatorschicht (2) angeordnet ist. Ein derartiger Strahlungsdetektor weist verbesserte optische Eigenschaften auf.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor mit einem Fotodiodenarray, auf das eine Szintillatorschicht mit nadelförmigen Kristallen aufgebracht ist.
- Ein derartiger Strahlungsdetektor ist beispielsweise als digitaler Röntgendetektor (Flachbilddetektor, Flat Panel Detector) ausgeführt und wird in Kombination mit einer aktiven Matrix (zweidimensionale, pixelierte Fotosensoren) verwendet, die in eine Vielzahl von Pixel-Ausleseeinheiten mit Fotosensoren unterteilt ist. Die auftreffende Röntgenstrahlung wird zunächst in der Szintillatorschicht in sichtbares Licht umgewandelt, das von den Fotosensoren in elektrische Ladung umgewandelt und ortsaufgelöst gespeichert wird. Diese sogenannte indirekte Konversion ist beispielsweise in dem Aufsatz von M. Spahn et al. "Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik" in "Der Radiologe 43 (2003)", Seiten 340 bis 350, beschrieben.
- Übliche Szintillatorschichten bestehen beispielsweise aus CsI:Tl (Cäsiumiodid, mit Thallium dotiert), CsI:Na (Cäsiumiodid, mit Natrium dotiert), NaI:Tl (Natriumiodid, mit Thallium dotiert) oder ähnlichen Materialien, die Alkali-Halogenide enthalten, wobei CsI sich besonders gut als Szintillatormaterial eignet, da es nadelförmig aufgebracht werden kann. Durch die nadelförmige Struktur des Cäsiumiodids erhält man trotz hoher Schichtdicke, die eine optimale Absorption der Röntgenstrahlung sicherstellt, eine gute Ortsauflösung des Röntgenbildes. Insbesondere Cäsiumiodid ist stark hygroskopisch und absorbiert deshalb Wasserdampf aus der Luft und löst sich auf. Dies hat eine Verschlechterung der Materialeigenschaften, insbesondere der Auflösung, zur Folge. Cäsiumiodid und auch andere Szintillatormaterialien müssen deshalb durch wenigstens eine Schutzschicht ausreichend vor Feuchtigkeit geschützt werden (Kapselung der Szintillatorschicht).
- Aus der
EP 1 134 596 B1 ist ein Strahlungsdetektor bekannt, bei dem auf einem isolierenden Substrat (z.B. aus Glas) Lichtaufnahmeeinrichtungen angeordnet sind, die von Fotodioden oder Dünnfilmtransistoren gebildet sind. Zwischen dem Substrat und den Lichtaufnahmeeinrichtungen ist eine isolierende Passivierungsschicht angeordnet, auf die eine Szintillatorschicht mit nadelförmigen Kristallen aufgebracht ist. Die Szintillatorschicht ist durch eine Schutzschicht aus Parylen vor Feuchtigkeit geschützt. Die durch chemische Gasphasenabscheidung (CPD) aufgebrachte Schutzschicht gelangt in direkten Kontakt mit der Szintillatorschicht und dichtet diese dadurch vollständig ab, wobei in die Zwischenräume der nadelförmigen Kristalle, zumindest in den oberen Bereichen, Parylen eindringt. - Weiterhin ist der
EP 1 300 692 B1 ein Strahlungsdetektor beschrieben, bei dem eine Szintillatorschicht direkt auf einem Fotosensor, z.B. auf einem CCD-Sensor, aufgebracht ist. Der Fotosensor dient somit als Substrat für die Szintillatorschicht. Die Szintillatorschicht ist durch eine im CVD Verfahren aufgebrachte Schutzschicht aus Parylen vor Feuchtigkeit geschützt. Die Schutzschicht gelangt wiederum in direkten Kontakt mit der Szintillatorschicht und dichtet diese vollständig ab, wobei in die Zwischenräume der nadelförmigen Kristalle ebenfalls zumindest teilweise Parylen eindringt. - Dadurch, dass sowohl bei dem aus der
EP 1 134 596 B1 bekannten Strahlungsdetektor als auch bei dem Strahlungsdetektor gemäß derEP 1 300 692 B1 in die Zwischenräume der nadelförmigen Kristalle das Material der Schutzschicht zumindest teilweise eindringt, koppelt sich das im Szintillator erzeugte Licht zumindest teilweise aus den nadelförmigen Kristallen aus und koppelt anschließend undefiniert in die benachbarten nadelförmigen Kristalle ein (im Folgenden als "optischer Kurzschluss" bezeichnet). Damit wird die Lichtleiterfunktion der einzelnen nadelförmigen Kristalle beeinträchtigt, wodurch sich die Auflösung der Szintillatorschicht und damit die optischen Eigenschaften des Strahlungsdetektors entsprechend verringern. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Strahlungsdetektor zu schaffen, der verbesserte optische Eigenschaften aufweist.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Strahlungsdetektor gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
- Der Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 umfasst ein Fotodiodenarray, auf das eine Szintillatorschicht mit nadelförmigen Kristallen aufgebracht ist, wobei die Szintillatorschicht auf zumindest einem der einfallenden Strahlung zugewandten Abschnitt der Oberfläche mit einer Schutzschicht versehen ist, und wobei die Schutzschicht nur auf der Oberfläche der Szintillatorschicht angeordnet ist.
- Dadurch, dass die Schutzschicht, die die Szintillatorschicht gegen Feuchtigkeit schützt, erfindungsgemäß nur auf der Oberfläche der Szintillatorschicht angeordnet ist, werden die von den nadelförmigen Kristallen innerhalb der Szintillatorschicht gebildeten Zwischenräume nicht von dem Material der Schutzschicht befüllt.
- "Optische Kurzschlüsse", also das Auskoppeln des in der Szintillatorschicht erzeugten Lichts aus den nadelförmigen Kristallen und ein anschließendes undefiniertes Einkoppeln in die benachbarten nadelförmigen Kristalle, werden dadurch verhindert. Da die Zwischenräume erhalten bleiben, wird die Lichtleiterfunktion der einzelnen nadelförmigen Kristalle durch das Aufbringen der Schutzschicht auf die Szintillatorschicht nicht beeinträchtigt. Der Strahlungsdetektor gemäß Anspruch 1 weist damit im Vergleich zu den bekannten Strahlungsdetektoren verbesserte optische Eigenschaften auf.
- Bei einer Ausgestaltung des Strahlungsdetektors gemäß Anspruch 2 ist die der einfallenden Strahlung zugewandte Oberfläche der Szintillatorschicht vollständig mit einer Schutzschicht versehen. Dadurch wird der Schutz der Szintillatorschicht vor Feuchtigkeit verbessert.
- Eine weitere Verbesserung des Schutzes der Szintillatorschicht vor Feuchtigkeit wird gemäß einer Ausführungsform nach Anspruch 3 dadurch erreicht, dass alle freiliegenden Oberflächen der Szintillatorschicht, also die der einfallenden Strahlung zugewandte Oberfläche sowie alle seitlichen Oberflächen der Szintillatorschicht, vollständig mit einer Schutzschicht versehen sind.
- Bei einem Strahlungsdetektor gemäß Anspruch 4, bei dem die Schutzschicht eine Klebeschicht umfasst, die auf der Oberfläche der Szintillatorschicht aufgebracht ist, wird auf eine besonders einfache und zuverlässige Weise vermieden, dass bei der Herstellung des Strahlungsdetektors in die von den nadelförmigen Kristallen innerhalb der Szintillatorschicht gebildeten Zwischenräume Material der Schutzschicht eindringt.
- Auf diese Klebeschicht ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform nach Anspruch 5 eine Barriereschicht aufgebracht. Die Schutzschicht umfasst somit neben der Klebeschicht eine Barriereschicht, wobei die Barriereschicht nach dem Aufbringen der Klebeschicht auf diese aufgebracht wurde. Die Verwendung einer Klebeschicht erlaubt für die Barriereschicht verschiedene Alternativen. So kann die Barriereschicht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 6 beispielsweise als Schutzfolie ausgebildet sein. Gemäß vorteilhafter Alternativen nach Anspruch 7 bzw. 8 ist die Barriereschicht mittels einer chemischen Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition, CVD) oder mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung (Physical Vapour Deposition, PVD) aufgebracht.
- Nachfolgend wird der Herstellprozess für ein bevorzugtes, schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen, jeweils in Schnittdarstellung:
-
1 ein als Substrat dienendes Fotodiodenarray, -
2 das Fotodiodenarray gemäß1 mit einer Szintillatorschicht, -
3 die Szintillatorschicht gemäß2 mit einer Klebeschicht, -
4 der komplette Strahlungsdetektor. - In
1 ist ein Fotodiodenarray1 dargestellt, das beispielsweise als TFT-Panel ausgebildet ist, also als aktive Matrix aus amorphem Silizium, wobei jedes Pixel aus einer Fotodiode und einem TFT-Schaltelement (TFT Thin Film Transistor) zur Ansteuerung des betreffenden Pixels besteht. Ein derartiges Fotodiodenarray1 weist eine Schichtdicke von typisch 0,5 mm bis 1,0 mm auf. - Auf das Fotodiodenarray
1 wird in einem ersten Fertigungsschritt eine Szintillatorschicht2 mit nadelförmigen Kristallen3 aufgebracht. Ein besonders bevorzugtes Material für die Szintillatorschicht2 ist CsI:Tl (Cäsiumiodid, mit Thallium dotiert), da es nadelförmig aufgebracht werden kann. Aufgrund der nadelförmigen Struktur der Szintillatorschicht2 bilden sich zwischen den nadelförmigen Kristallen3 Zwischenräume4 . Die nadelförmigen Kristalle3 sind also, wie in2 dargestellt, zueinander beabstandet, so dass die einzelnen nadelförmigen Kristalle3 eine Lichtleiterfunktion ausüben. Die Szintillatorschicht2 ist typischerweise etwa 100 µm bis 1.000 µm dick. - Die Szintillatorschicht
2 weist erfindungsgemäß auf wenigstens einem Abschnitt der Oberfläche, der der einfallenden Strahlung (z.B. Röntgenstrahlung) zugewandt ist, eine Schutzschicht5 auf. - Bei dem in
3 und4 gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors sind in besonders vorteilhafter Weise alle freiliegenden Oberflächen der Szintillatorschicht2 vollständig mit einer Schutzschicht5 versehen. Man erhält dadurch für die Szintillatorschicht2 einen besonders guten Schutz vor Feuchtigkeit. - Die Schutzschicht
5 ist erfindungsgemäß nur auf der Oberfläche der Szintillatorschicht2 angeordnet. "Optische Kurzschlüsse", also das Auskoppeln des in der Szintillatorschicht2 erzeugten Lichts aus den nadelförmigen Kristallen3 und ein anschließendes undefiniertes Einkoppeln in die benachbarten nadelförmigen Kristalle3 , werden dadurch verhindert. Da die Zwischenräume4 erhalten bleiben, wird die Lichtleiterfunktion der einzelnen nadelförmigen Kristalle3 durch das Aufbringen der Schutzschicht5 auf die Szintillatorschicht2 nicht beeinträchtigt. Der in3 und4 dargestellte Strahlungsdetektor weist damit im Vergleich zu den bekannten Strahlungsdetektoren verbesserte optische Eigenschaften auf. - Die Schutzschicht
5 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Klebeschicht6 , die auf der Oberfläche der Szintillatorschicht2 aufgebracht ist und eine Schichtdicke von typisch 25 µm bis 100 µm aufweist. - Auf die Klebeschicht
6 ist vorteilhafterweise eine Barriereschicht7 (z.B. aus Aluminium) mit einer Dicke von ca. 100 µm aufgebracht. - Die Schutzschicht
5 umfasst somit neben der Klebeschicht6 eine Barriereschicht7 , wobei die Barriereschicht7 nach dem Aufbringen der Klebeschicht6 auf diese aufgebracht wurde. - Die Verwendung einer Klebeschicht
6 erlaubt für die Barriereschicht7 verschiedene Alternativen. So kann die Barriereschicht7 beispielsweise als Schutzfolie ausgebildet sein. Alternativ kann die Barriereschicht7 jedoch auch mittels einer chemischen Gasphasenabscheidung (oder mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung aufgebracht werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Barriereschicht7 als Schutzfolie ausgeführt. - Die Klebeschicht
6 wird vorzugsweise in einem sogenannten "Tape" zur Verfügung gestellt. Das Tape umfasst eine Trägerfolie, mit der die Klebeschicht6 über ihre Oberseite verbunden ist. Die Unterseite der Klebeschicht6 ist mit einer Abdeckfolie geschützt. Die Trägerfolie und die Abdeckfolie besitzen beispielsweise jeweils eine Schichtdicke von mindestens ca. 100 µm. - Vor dem Aufbringen der Klebeschicht
6 auf die Szintillatorschicht2 wird die Abdeckfolie vom Tape entfernt. Anschließend wird das verbleibende Tape (Klebeschicht mit Trägerfolie) auf die Szintillatorschicht2 auflaminiert. Die Klebeschicht6 ist damit auf der Szintillatorschicht2 aufgebracht, ohne dass Material in die von den nadelförmigen Kristallen3 gebildeten Zwischenräume4 eindringt. Nach dem darauffolgenden Abziehen der Trägerfolie vom verbleibenden Tape ist das Aufbringen der Klebeschicht6 auf die Szintillatorschicht2 abgeschlossen. Es kann nunmehr die Barriereschicht7 , die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Schutzfolie ausgeführt ist, auf die Klebeschicht6 auflaminiert werden. - Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben ist, so ist die Erfindung nicht durch das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Vielmehr können vom Fachmann hieraus auch andere Varianten der erfindungsgemäßen Lösung abgeleitet werden, ohne hierbei den zugrunde liegenden Erfindungsgedanken zu verlassen.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- EP 1134596 B1 [0004, 0006]
- EP 1300692 B1 [0005, 0006]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- M. Spahn et al. "Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik" in "Der Radiologe 43 (2003)", Seiten 340 bis 350 [0002]
Claims (8)
- Strahlungsdetektor mit einem Fotodiodenarray (
1 ), auf das eine Szintillatorschicht (2 ) mit nadelförmigen Kristallen (3 ) aufgebracht ist, wobei die Szintillatorschicht (2 ) auf zumindest einem der einfallenden Strahlung zugewandten Abschnitt der Oberfläche mit einer Schutzschicht (5 ) versehen ist, und wobei die Schutzschicht (5 ) nur auf der Oberfläche der Szintillatorschicht (2 ) angeordnet ist. - Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, bei dem die der einfallenden Strahlung zugewandte Oberfläche der Szintillatorschicht (
2 ) vollständig mit einer Schutzschicht (5 ) versehen ist. - Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem alle freiliegenden Oberflächen der Szintillatorschicht (
2 ) vollständig mit einer Schutzschicht (5 ) versehen sind. - Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Schutzschicht (
5 ) eine Klebeschicht (6 ) umfasst, die auf der Oberfläche der Szintillatorschicht (2 ) aufgebracht ist. - Strahlungsdetektor nach Anspruch 4, bei dem die Schutzschicht (
5 ) eine Barriereschicht (7 ) umfasst, die auf der Klebeschicht (6 ) aufgebracht ist. - Strahlungsdetektor nach Anspruch 5, bei dem die Barriereschicht als Schutzfolie (
7 ) ausgebildet ist. - Strahlungsdetektor nach Anspruch 5, bei dem die Barriereschicht mittels einer chemischen Gasphasenabscheidung aufgebracht ist.
- Strahlungsdetektor nach Anspruch 5, bei dem die Barriereschicht mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung aufgebracht ist.
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