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Die Erfindung betrifft einen direktkonvertierenden Röntgenstrahlungsdetektor zur Detektion von Röntgenstrahlung, insbesondere zur Verwendung in einem CT-System, zumindest aufweisend einen zur Detektion von Röntgenstrahlung verwendeten Halbleiter und mindestens eine auf dem Halbleiter aufgebrachte Elektrode, wobei der Halbleiter und die mindestens eine Elektrode elektrisch leitend verbunden sind, und ein CT-System mit einem Röntgenstrahlungsdetektor.
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Für die Detektion von Gamma- und Röntgenstrahlung, insbesondere in CT-, Dual-Energy-CT-, SPECT- und PET-Systemen, werden unter anderem direktkonvertierende Detektoren, basierend auf halbleitenden Materialien, wie CdTe, CdZnTe, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TIBr2, HgI2, verwendet. Diese Materialien weisen jedoch eine große Anzahl an Kristallfehlern oder Störstellen auf, welche als Einfang- und Rekombinationszentren elektrisch wirksam werden können und sich nachteilig auf die Detektion der Röntgenstrahlung auswirken, beispielsweise in Form von Bildartefakten.
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Um die Röntgenstrahlungsdetektion zu optimieren, ist es bekannt, den zur Detektion verwendeten Halbleiter mit einer zusätzlichen Strahlung zur Erzeugung zusätzlicher Ladungsträger zu bestrahlen. Als zusätzliche Strahlung wird beispielsweise IR-, UV- oder sichtbare Strahlung eingesetzt. In den bisher bekannten Röntgenstrahlungsdetektoren werden jedoch nicht-transparente beziehungsweise undurchsichtige Elektroden eingesetzt, welche auf der der zusätzlichen Strahlung zugewandten Seitenfläche des Halbleiters angeordnet sind. Diese nicht-transparente Elektrode verbindet zudem das Material des Halbleiters mit einer Hochspannungsquelle beziehungsweise einer elektrisch leitenden Verbindung zu der Hochspannungsquelle. Die angelegte Hochspannung erzeugt ein elektrisches Feld im Inneren des Materials des Halbleiters, welches die Bewegung der erzeugten Ladungsträger zu der Elektrode ermöglicht. Bei einer nicht-transparenten Elektrode wird der Halbleiter jedoch nahezu vollständig gegenüber der zusätzlichen Strahlung abgeschirmt, sodass keine zusätzlichen Ladungsträger erzeugt werden.
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Weiterhin weisen herkömmliche Elektroden eine signifikante Absorptionswirkung für die zu detektierende Röntgenstrahlung auf. Aufgrund des Erfordernisses, die Dosisrate eines Patienten in einem CT-Gerät möglichst niedrig zu halten, ist es erstrebenswert, eine Elektrode mit einer möglichst geringen Absorptionswirkung zu verwenden. Dies gilt unabhängig davon, ob der Detektor zur Optimierung der Röntgenstrahlungsdetektion mit zusätzlicher Strahlung bestrahlt wird oder nicht.
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Aus der Druckschrift
US 7 652 258 B2 ist ein direkt konvertierender Röntgendetektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt, bei dem mit Hilfe zusätzlich eingestrahlter IR-Strahlung in eine transparente Zwischenschicht die Polarisationseffekte reduziert werden sollen.
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Weiterhin wird auf die Druckschrift
US 2012/0068078 A1 verwiesen, die einen Strahlungsdetektor mit einem Halbleiter aus HgJ
2 zeigt, wobei Elektroden aus Palladium, TiW, ITO, SnO
2, InO
3 oder Kohlenstoffmembranen bestehen, worauf eine Schutzschicht aus Silikon oder Parylen gebildet ist.
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Außerdem zeigt die Druckschrift
US 6163030 A einen Strahlungsdetektor mit einem Halbleiter, bei dem Elektroden aus TCO, dünnen Metallschichten aus Au oder Pt oder auch organische Leiter wie Polyanalin verwendet werden.
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Schließlich wird auch noch auf die Druckschrift
US 2011/0253886 A1 verwiesen, die einen direktkonvertierenden Strahlungsdetektor beschreibt, bei dem mit Hilfe einer Lichtquelle Licht in eine Halbleiterschicht eingekoppelt wird.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten direktkonvertierenden Röntgenstrahlungsdetektor zu schaffen, dessen Detektormaterial nicht von einer nicht-transparenten Elektrode gegenüber zusätzlicher Strahlung abgeschirmt wird und dessen Elektrode eine geringe Absorptionswirkung für die zu detektierende Gamma- und/oder Röntgenstrahlung aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
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Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, eine sowohl elektrisch leitende als auch transparente Elektrode aus einem Material mit einer geringen Absorptionswirkung zu schaffen, die insbesondere zur Verwendung in einem CT-System geeignet ist. Die Transparenz der Elektrode bezieht sich hierbei auf die verwendete zusätzliche Bestrahlung des Halbleiters, beispielsweise IR-, UV- oder sichtbare Strahlung. Durch die Verwendung einer derartigen Elektrode gelangt zum einen die zusätzliche Strahlung nahezu vollständig zu dem zur Detektion verwendeten Halbleiter und zum anderen kann die verwendete Dosis der Röntgenstrahlung gering gehalten werden, da die Absorptionswirkung der Elektrode gering ist.
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Um diese Effekte, also Transparenz und geringe Absorptionswirkung, zu realisieren, kann die Elektrode aus mehreren Schichten aufgebaut sein. Die elektrisch leitende und transparente Elektrode ist auf einer der Röntgenstrahlung zugewandten Seitenfläche des Halbleiters aufgebracht. Eine erste, unmittelbar auf dem Material des Halbleiters aufgebrachte Schicht ist als elektrisch leitende und zumindest teilweise transparente Kontaktschicht ausgebildet. Hierfür eignen sich leitfähige Metalle wie Platin, Indium, Molybdän, Wolfram, Ruthenium, Rhodium, Gold, Silber, Aluminium oder eine Verbindung aus diesen Metallen. Die Kontaktschicht kann entweder als durchgehende Schicht mit einer Dicke von höchstens 200 nm oder als poröse Schicht mit ungleichmäßig verteilten, transparenten Poren oder als strukturierte Schicht, beispielsweise in Form eines Netzes mit gleichmäßig verteilten, transparenten Löchern beziehungsweise Maschen, ausgebildet sein. Durch die Schicht beziehungsweise die Poren, Löcher oder Maschen gelangt mindestens 10%, besser mindestens 50%, der zusätzlichen Strahlung auf das Material des Halbleiters. Beispielsweise gelangt mehr Strahlung durch die Kontaktschicht, je dünner diese ist und/oder je größer beziehungsweise häufiger die Poren, Löcher oder Maschen ausgebildet sind. Dahingegen nimmt die Leitfähigkeit der Kontaktschicht jedoch mit steigender Anzahl der Poren, Löcher oder Maschen in der Schicht ab.
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Auf der Kontaktschicht ist eine weitere elektrisch leitende und transparente Schicht ausgebildet. Diese Zwischenschicht ist mit einer Dicke zwischen 25 µm und 300 µm ausgebildet. Die Zwischenschicht umfasst ein Haftmittel und mehrere Füllelemente, welche in das Haftmittel eingebettet oder eingelagert sind. Das Füllmittel ist beispielsweise als elektrisch leitendes, transparentes Transferband ausgebildet. Für das Haftmittel eignen sich adhäsive und für die zusätzliche Strahlung zumindest semitransparente Materialien wie beispielsweise Acrylate, Silicone oder andere organische Klebstoffe. Die partikelartigen Füllelemente sind in das Haftmittel eingebettet und stellen einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen der Kontaktschicht und einer weiteren Schicht der Elektrode her. Hierfür sind die Füllelemente beispielsweise aus einem leitfähigen Metall wie Kupfer, Aluminium, Silber, Kohlenstoff, Nickel, Gold oder aus einer Kombination dieser Materialien ausgebildet. Die Anzahl der Füllelemente beziehungsweise deren Dichte in dem Haftmittel sowie der Abstand zwischen den Füllelementen ist so gewählt, dass zum einen die Zwischenschicht möglichst gut leitend ausgebildet ist, aber zum anderen die Zwischenschicht möglichst transparent ist. Hierbei gilt, je mehr Füllelemente beziehungsweise je größer deren Dichte, umso höher ist die Leitfähigkeit, aber umso geringer ist die Transparenz der Zwischenschicht und umgekehrt. Die Dichte kann so gewählt werden, dass nicht mehr als 75% der ursprünglichen Intensität der zusätzlichen Strahlung von der Zwischenschicht absorbiert werden.
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Die weitere Schicht der Elektrode ist als TCO-Schicht ausgebildet und mittels der Füllelemente der Zwischenschicht elektrisch leitend mit der Kontaktschicht und somit mit dem Halbleiter verbunden. Die Abkürzung TCO steht für den englischen Begriff „transparent conducting oxides”. Dies sind elektrisch leitfähige Materialien mit einer vergleichsweise geringen Absorption von elektromagnetischen Wellen im Bereich des sichtbaren Lichts. Geeignete Materialien sind beispielsweise anorganische Materialien, wie reines oder dotiertes Indiumzinnoxid, reines oder dotiertes Indiumoxid, Zinnoxid, reines oder dotiertes Zinkoxid, Cadmiumoxid, oder organische Materialien wie Poly-3,4-ethylendioxythiophen, Polystyrolsulfonat, Kohlenstoff-Nanoröhren, reine oder dotierte Derivate von Polyanilin. Die TCO-Schicht weist beispielsweise eine Dicke von 5 nm bis 5 μm auf.
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Zudem ist auf der TCO-Schicht noch eine weitere Schicht in Form einer elektrisch leitenden und transparenten Trägerschutzschicht ausgebildet sein, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat, polyethylene Terephthalate-Glycole, Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid oder anderen auf Plastik basierenden Materialien.
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Die TCO-Schicht und die Trägerschutzschicht der Elektrode können zudem eine elektrisch leitende Verbindung der Elektrode zu einer Spannungsquelle des Röntgenstrahlungsdetektors ausbilden. Diese Verbindung ist entweder als direkte oder als indirekte Verbindung ausgebildet. Bei einer direkten Verbindung ist die Elektrode direkt mit der Spannungsquelle verbunden, beispielsweise verlötet. Bei einer indirekten Verbindung sind beispielsweise leitfähige Verbindungselemente zwischen der TCO-Schicht und der Spannungsquelle ausgebildet.
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Mit einer wie vorstehend beschriebenen Elektrode aus mehreren elektrisch leitenden und transparenten Schichten ergeben sich gegenüber dem Stand der Technik die folgenden Vorteile: Es können Messvorgänge des Detektors durchgeführt werden, während die zusätzliche Strahlung auf den Halbleiter appliziert wird. Dabei kann die gesamte Oberfläche des Halbleiters zur Detektion von Gamma- und/oder Röntgenstrahlung verwendet werden, im Gegensatz zu den herkömmlichen Detektoren, bei denen zumindest ein Teil der Oberfläche mit einer nicht-transparenten Elektrode bedeckt ist und daher nicht der zusätzlichen Strahlung ausgesetzt werden kann. Aufgrund der fehlenden Bestrahlung weist dieser Bereich des Halbleiters ein zeitlich instabiles Verhalten auf. Die auftretende Absorptionswirkung der Elektrode für die Gamma- und/oder Röntgenstrahlung ist im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich geringer. Dies wird vor allem mittels der geringen Dicke der Elektrode sowie der abhängig von den gewählten Materialien niedrigen Atomzahlen erreicht.
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Demgemäß schlagen die Erfinder vor, einen direktkonvertierenden Röntgenstrahlungsdetektor zur Detektion von Röntgenstrahlung, insbesondere zur Verwendung in einem CT-System, zumindest aufweisend einen zur Detektion von Röntgenstrahlung verwendeten Halbleiter, und mindestens eine auf dem Halbleiter aufgebrachte Elektrode, wobei der Halbleiter und die mindestens eine Elektrode elektrisch leitend verbunden sind und die mindestens eine Elektrode transparent und elektrisch leitend ausgebildet ist, dahingehend zu verbessern, dass die auf dem Halbleiter aufgebrachte mindestens eine Elektrode zumindest die folgenden Schichten in der folgenden Reihenfolge aufweist: mindestens eine Kontaktschicht, mindestens eine Zwischenschicht, die aus mindestens einem, in ein Haftmittel eingebetteten Füllelement besteht, mindestens eine TCO-Schicht und mindestens eine Trägerschutzschicht. Bevorzugt liegen die Schichten der Elektrode auf dem Halbleiter, ausgehend von dem Halbleiters in Richtung der einfallenden Strahlung, in der oben genannten Reihenfolge vor.
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Der direktkonvertierende Röntgenstrahlungsdetektor umfasst einen Halbleiter, welcher zur Detektion der Röntgenstrahlung verwendet wird. Als Material des Halbleiters eignet sich beispielsweise CdTe, CdZnTe, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TIBr2 oder HgI2. Zudem umfasst der Röntgenstrahlungsdetektor mindestens eine auf dem Halbleiter aufgebrachte Elektrode. In einer Ausführungsform ist genau eine Elektrode ausgebildet. Andere Ausführungsformen sehen mehr als eine Elektrode, beispielsweise zwei, drei oder vier Elektroden, vor. Beispielsweise ist die Elektrode als Anode und/oder Kathode ausgebildet. Die erfindungsgemäße Elektrode ist bevorzugt auf einer zur Röntgenstrahlung und/oder zur zusätzlichen Strahlung ausgerichteten Oberfläche des Halbleiters aufgebracht. Weiterhin bevorzugt wird die Kathode auf der zur Röntgen- oder zusätzlichen Strahlung zugewandten Seite angeordnet, da gängige Detektoren die Elektronen zur Signalerzeugung nutzen. Vorteilhafterweise erstreckt sich die Elektrode nahezu über die gesamte, der Röntgenstrahlung zugewandten Oberfläche des Halbleiters. Mit dem Halbleiter ist die Elektrode elektrisch leitend verbunden. Weiter ist die Elektrode mit mindestens einer Spannungsquelle, insbesondere einer Hochspannungsquelle, verbunden. Mittels der Spannungsquelle wird eine Spannung an den Halbleiter angelegt, sodass sich die zusätzlich erzeugten Ladungsträger in dem hieraus resultierenden elektrischen Feld im Inneren des Halbleiters zur Elektrode hin bewegen.
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Erfindungsgemäß ist die Elektrode sowohl transparent als auch elektrisch leitend ausgebildet. Hierdurch wird zum einen gewährleistet, dass die zusätzliche Strahlung in den Halbleiter eindringen kann, indem durch die transparente Elektrode keine Abschirmung der zusätzlichen Strahlung erfolgt, und zum anderen, dass eine elektrisch leitende Verbindung zu der Spannungsquelle ausgebildet wird. Die Elektrode ist mehrteilig ausgebildet. Beispielsweise ist die Elektrode aus mehreren Schichten aufgebaut, die sich vorteilhafterweise jeweils parallel zu der Oberfläche des Halbleiters erstrecken, auf welcher die Elektrode aufgebracht ist.
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Die Elektrode umfasst mindestens eine elektrisch leitende Kontaktschicht. Bevorzugt ist genau eine Kontaktschicht ausgebildet, in anderen Ausführungsformen sind mehrere Kontaktschichten ausgebildet. Die Kontaktschicht ist direkt auf dem Halbleiter aufgebracht. Sie dient zur elektrisch leitenden Kontaktierung der Elektrode mit dem Halbleiter. Bevorzugt weist die Kontaktschicht eine Dicke von höchstens 250 nm, bevorzugt höchstens 200 nm und weiter bevorzugt höchstens 150 nm, auf. Grundsätzlich gilt hierbei, je dünner die Kontaktschicht ausgebildet ist, umso transparenter ist diese für die zusätzliche Strahlung, wobei bei abnehmender Dicke die Leitfähigkeit reduziert wird. Für die Kontaktschicht eignen sich vor allem elektrisch leitfähige Metalle, wie Platin, Indium, Molybdän, Wolfram, Ruthenium, Rhodium, Gold, Silber, Aluminium und/oder Verbindungen hieraus.
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Es sind verschiedene Ausführungsformen der Kontaktschicht möglich. Eine Ausführungsform sieht eine durchgehende Kontaktschicht mit der vorstehend genannten Dicke vor. Hier ist die Transparenz und Leitfähigkeit der Kontaktschicht vorteilhafterweise über deren gesamten Fläche gleich. Andere Ausführungsform sehen vor, dass die Kontaktschicht strukturiert ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Kontaktschicht porös ausgebildet. Vorteilhafterweise sind die Poren der Kontaktschicht transparenter für die zusätzliche elektromagnetische Strahlung als die anderen Bereiche der Kontaktschicht. Mit zunehmender Anzahl und/oder Größe der Poren, steigt die Transparenz der Kontaktschicht, wobei gleichzeitig die Leitfähigkeit sinkt. Ebenso kann die Kontaktschicht strukturiert, beispielsweise netzartig, ausgebildet sein. Eine netzartige Kontaktschicht weist vorteilhafterweise eine Vielzahl von freien Maschen beziehungsweise Löchern auf, welche die Transparenz der Kontaktschicht erhöhen. Im Gegensatz zu einer porösen Kontaktschicht mit ungleichmäßig verteilten Poren, sind die Maschen einer netzartigen Kontaktschicht vorteilhafterweise gleichmäßig verteilt, sodass die Eigenschaften der Kontaktschicht über die gesamte Oberfläche des Halbleiters gleichmäßig ausgebildet sind. Weiterhin ist es möglich, eine poröse beziehungsweise strukturierte Kontaktschicht dünner auszuführen als eine durchgehende Kontaktschicht, da mit abnehmender Materialdicke die Schicht von sich aus Löcher oder dergleichen ausbildet als bei einer dickeren Schicht.
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Eine weitere Schicht der Elektrode ist vorzugsweise als mindestens eine Zwischenschicht ausgebildet. Bevorzugt ist genau eine Zwischenschicht ausgebildet, in anderen Ausführungsformen sind mehrere Zwischenschichten ausgebildet. Die Zwischenschicht ist auf der Kontaktschicht angeordnet. Vorteilhafterweise umfasst die Zwischenschicht ein Haftmittel und mindestens ein Füllelement. Das Haftmittel ist beispielsweise als adhäsives beziehungsweise selbstklebendes Material, wie Acrylate oder andere Klebstoffe, ausgebildet. Das Haftmittel ist zumindest semitransparent, bevorzugt transparent, für die zusätzliche Strahlung ausgebildet. Das mindestens eine Füllelement ist bevorzugt in das Haftmittel eingebettet beziehungsweise in diesem eingelagert und somit von dem Haftmittel umgegeben. In einer Ausführungsform ist genau ein Füllelement vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsformen sehen mehrere, insbesondere eine Vielzahl von Füllelementen vor. Die Füllelemente realisieren eine leitende Verbindung zwischen der Kontaktschicht und einer weiteren Schicht der Elektrode. Entsprechend sind die Füllelemente elektrisch leitend ausgebildet, beispielsweise aus einem Metall, wie Kupfer, Aluminium, Silber, Kohlenstoff, Nickel, Gold oder Kombinationen hieraus. Beispielsweise sind die partikelartigen Füllelemente in Form von mit Silber überzogenen Kupfer- und/oder Nickelpartikeln oder dergleichen ausgebildet. In einer Ausführungsform sind die partikelartigen Füllelemente länglich insbesondere faserartig und/oder zylindrisch, ausgebildet. Andere Ausführungsformen sehen rundliche Füllelemente vor. Weiterhin können die Füllelemente gleichmäßig und/oder ungleichmäßig beabstandet in dem Haftmittel eingebettet sein.
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Die Zwischenschicht weist bevorzugt eine Dicke von ca. 25 μm bis 300 μm auf. Die Dicke ist hierbei insbesondere abhängig von der Form und Größe der verwendeten Füllelemente. Weiterhin weist die Zwischenschicht bevorzugt einen Absorptionsgrad von höchstens 75%, bevorzugt höchstens 60%, weiter bevorzugt höchstens 50% und am meisten bevorzugt höchstens 40%, der Intensität der zusätzlichen Strahlung auf. Mit anderen Worten werden von der Zwischenschicht bevorzugt höchstens 75% der zusätzlichen Strahlung blockiert. Die unterschiedlichen Absorptionsgrade der Zwischenschicht sind bevorzugt mittels einer Anzahl und/oder Größe der Füllelemente regulierbar. Je dichter und je mehr Füllelemente in dem Haftmittel vorliegen, umso weniger transparent ist die Zwischenschicht, jedoch umso leitfähiger. Die Dichte wird vorteilhafterweise derart ausgewählt, dass die Zwischenschicht zwar möglichst transparent, allerdings noch ausreichend leitfähig ist.
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Die Elektrode umfasst eine weitere Schicht, mit welcher die Zwischenschicht beziehungsweise genauer gesagt die Füllelemente der Zwischenschicht eine elektrisch leitende Verbindung herstellen. Diese weitere Schicht ist als mindestens eine TCO-Schicht ausgebildet. Bevorzugt ist genau eine TCO-Schicht ausgebildet, in anderen Ausführungsformen sind mehrere TCO-Schichten ausgebildet. Die Abkürzung TCO steht für den Begriff transparente, elektrisch leitfähige Oxide (englisch: transparent conducting oxides). Entsprechend ist die TCO-Schicht aus einem transparenten, leitfähigen Oxid ausgebildet. TCO-Materialien sind elektrisch leitfähige Materialien mit einer vergleichsweise geringen Absorption von elektromagnetischen Wellen im Bereich des sichtbaren Lichts. Insofern eignet sich eine TCO-Schicht besonders zur Realisierung einer transparenten und elektrisch leitenden Elektrode. Zur Ausbildung der TCO-Schicht eignen sich organische und anorganische Materialien. Vorteilhafterweise ist die TCO-Schicht aus mindestens einem Material der nachfolgenden Liste ausgebildet: Indiumzinnoxid (ITO, FTO etc.), rein oder dotiert, Indiumoxid, rein oder dotiert (In2O3, IZO etc.), Zinnoxid (SnOx), Zinkoxid (ZTO, AZO, GZO, IZO etc.), rein oder dotiert, Cadmiumoxid (CdO), oder Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOZ), Polystyrolsulfonat (PSS), PEDOT:PSS, Kohlenstoff-Nanoröhren, Derivate von Polyanilin, rein oder dotiert. Die TCO-Schicht weist bevorzugt eine Dicke von 5 nm bis 5 μm auf.
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Die Elektrode umfasst noch eine weitere Schicht, welche als mindestens eine Trägerschutzschicht ausgebildet ist. Die mindestens eine Trägerschutzschicht ist unmittelbar auf der TCO-Schicht aufgebracht. Weiterhin ist die mindestens eine Trägerschutzschicht bevorzugt als äußerste Schicht der Elektrode ausgebildet, welche der zu detektierenden Röntgenstrahlung und der zusätzlichen Strahlung unmittelbar ausgesetzt ist. Bevorzugt ist genau eine Trägerschutzschicht ausgebildet, in anderen Ausführungsformen sind mehrere Trägerschutzschichten ausgebildet. Die Trägerschutzschicht ist vorzugsweise transparent und elektrisch leitend ausgebildet. Hierfür eignen sich Materialien wie Polyethylenterephthalat (PET), polyethylene Terephthalate-Glycole (PET-G), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC) oder dergleichen.
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Die Schichten der Elektrode sind elektrisch leitend miteinander verbunden und stellen zudem eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Spannungsquelle und dem Material des Halbleiters dar. Zudem sind die Schichten in ihrer Gesamtheit erfindungsgemäß transparent. Vorteilhafterweise erstrecken die Schichten sich jeweils über eine gesamte Seitenfläche des Halbleiters beziehungsweise der jeweils darunter angeordneten Schicht. Eine Gesamtdicke der Schichten beziehungsweise der Elektrode liegt bevorzugt zwischen 50 μm und 510 μm.
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Die Elektrode ist mit der mindestens einen Spannungsquelleelektrisch verbunden. Diese elektrische Verbindung ist entweder direkt oder indirekt ausgebildet. Eine direkte Verbindung sieht vorteilhafterweise vor, dass die elektrische Verbindung von der Elektrode selbst ausgebildet ist. Vorzugsweise wird die elektrisch leitende Verbindung hierbei als Fortsetzung beziehungsweise Verlängerung der mindestens einen TCO-Schicht und der mindestens einen Trägerschutzschicht ausgebildet. Die dickere, stabilere TCO-Schicht stützt hierbei die dünnere, weniger stabile Trägerschutzschicht. Bevorzugt ist die TCO-Schicht der Elektrode entsprechend direkt mit der Spannungsquelle verbunden, beispielsweise weist die elektrische Verbindung eine Lötstelle, eine Verklebung aus einem leitenden Klebstoff und/oder einem leitenden Klebeband, und/oder eine mechanische Verbindung, insbesondere eine Klemmverbindung, auf.
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In einer anderen Ausführungsform ist die elektrische Verbindung zwischen der Elektrode und der Spannungsquelle als indirekte Verbindung ausgebildet. Hierbei ist die TCO-Schicht indirekt mit der Spannungsquelle verbunden. Vorteilhafterweise umfasst die elektrische Verbindung mindestens ein elektrisch leitendes Verbindungselement, welches die TCO-Schicht mit der Spannungsquelle elektrisch leitend verbindet. Durch die Verwendung von Verbindungselementen kann ein elektrischer Widerstand der elektrischen Verbindung zur Spannungsquelle gering reduziert werden. Eine Ausführungsform sieht genau ein Verbindungselement vor, bevorzugte Ausführungsformen sehen mehr als ein, beispielsweise zwei, drei oder vier, Verbindungselement vor. Die Verbindungselemente sind entweder gleich oder unterschiedlich ausgebildet.
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Bei einer Ausführungsform mit zwei Verbindungselementen ist ein erstes Verbindungselement vorteilhafterweise einerseits mit der TCO-Schicht und andererseits mit einem zweiten Verbindungselement verbunden, wobei das zweite Verbindungselement vorteilhafterweise wiederum mit der Spannungsquelle verbunden ist. Das erste Verbindungselement ist in einer Ausführungsform aus einem Haftmittel entsprechend des Haftmittels der Zwischenschicht ausgebildet oder aus einem anderen elektrisch leitenden Material, beispielsweise einem Klebestoff und/oder Klebeband. Das zweite Verbindungselement ist in einer Ausführungsform aus einem elektrisch leitenden Metall, insbesondere einem Metallfilm, ausgebildet.
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Die elektrische Verbindung der Elektrode zu der Spannungsquelle ist in einer Ausführungsform über eine gesamte Breite der Elektrode beziehungsweise des Halbleiters ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform ist die elektrische Verbindung schmaler ausgebildet als die zur Spannungsquelle hin ausgerichtete Seite der Elektrode.
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Zum Rahmen der Erfindung zählt auch ein CT-System, zumindest umfassend einen direktkonvertierenden Röntgenstrahlungsdetektor, mit dem tomographische Aufnahmen eines Untersuchungsobjektes erstellt werden können. Bei einem CT-System mit dem erfindungsgemäßen Röntgenstrahlungsdetektor ist vorteilhafterweise eine driftfreie Messung der Strahlungsabsorption gewährleistet, sodass die erstellten Aufnahmen vorteilhafterweise bildartefaktfrei sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1: Halbleiter; 1a: Oberfläche des Halbleiters; 2: Elektrode; 3: Kontaktschicht; 4: Zwischenschicht; 4a: Haftmittel; 4b: Füllelement; 5: TCO-Schicht; 6: Trägerschutzschicht; 7: Spannungsquelle; 8: elektrisch leitende Verbindung; 9: erstes Verbindungselement; 10: zweites Verbindungselement; 11: Verklebung; 12: Lötstelle; 13: Klemmverbindung; C1: CT-System; C2: erste Röntgenröhre; C3: erster Detektor; C4: zweite Röntgenröhre (optional); C5: zweiter Detektor (optional); C6: Gantrygehäuse; C7: Patient; C8: Patientenliege; C9: Systemachse; C10: Rechen- und Steuereinheit; Prg1 bis Prgn: Computerprogramme.
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Es zeigen im Einzelnen:
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1 eine schematische Darstellung eines CT-Systems mit Recheneinheit,
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2 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Elektrode auf einem Halbleiter mit einer Spannungsquelle,
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3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrode auf einem Halbleiter mit einer Spannungsquelle in einer ersten Ausführungsform,
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4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Elektrode auf einem Halbleiter mit einer Spannungsquelle und einer direkten Verbindung zu der Spannungsquelle in einer ersten Ausführungsform,
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5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Elektrode gemäß 4 und der direkten Verbindung in einer weiteren Ausführungsform,
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6 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Elektrode gemäß 3 mit einer indirekten Verbindung zu der Spannungsquelle und
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7 eine schematische Draufsicht der erfindungsgemäßen Elektrode gemäß 6 mit der indirekten Verbindung.
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Die 1 zeigt ein beispielhaftes CT-System C1. Das CT-System C1 umfasst ein Gantrygehäuse C6, in dem sich eine hier nicht näher dargestellte Gantry befindet, an der eine erste Röntgenröhre C2 mit einem gegenüberliegenden ersten Detektor C3 befestigt ist. Optional ist ein zweite Röntgenröhre C4 mit einem zweiten gegenüberliegenden Detektor C5 vorgesehen. Ein Patient C7 befindet sich auf einer in Richtung der Systemachse C9 verschiebbaren Patientenliege C8, mit der er während der Abtastung mit der Röntgenstrahlung kontinuierlich oder sequentiell entlang der Systemachse C9 durch ein Messfeld zwischen den Röntgenröhren C2 und C4 und den jeweils zugeordneten Detektoren C3 und C5 geschoben werden kann. Dieser Vorgang wird durch eine Rechen- und Steuereinheit C10 mit Hilfe von Computerprogrammen Prg1 bis Prgn gesteuert.
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Erfindungsgemäß sind die Detektoren C3 und C5 als direktkonvertierende Röntgenstrahlungsdetektoren ausgebildet, welche zumindest einen zur Detektion der Röntgenstrahlung verwendeten Halbleiter aufweisen, sowie eine auf dem Halbleiter 1 aufgebrachte Elektrode 2, wobei der Halbleiter 1 und die Elektrode 1 elektrisch leitend mit einer Spannungsquelle 7 verbunden sind. Die Elektrode ist erfindungsgemäß elektrisch leitend und transparent ausgebildet (siehe 3 bis 6).
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Elektrode 2 auf einem Halbleiter 2 mit einer Spannungsquelle 7. Der Halbleiter 1, zum Beispiel CdTe, wird zur Detektion von Röntgenstrahlung in einem CT-System (siehe 1) eingesetzt, wobei der Halbleiter 1 zur Erzeugung zusätzlicher Ladungsträger mit einer zusätzlichen Strahlung, beispielsweise IR-Strahlung, bestrahlt wird. Auf einer zu der zusätzlichen Strahlung ausgerichteten Oberfläche 1a des Halbleiters 1 ist die Elektrode 2 aufgebracht. Die Elektrode 2 und der Halbleiter 1 sind elektrisch leitend miteinander verbunden. Zudem ist die Elektrode 2 mittels einer elektrisch leitenden Verbindung 8 mit der Spannungsquelle 7 des Detektors verbunden. Gemäß der hier gezeigten herkömmlichen Ausführungsform der Elektrode 2 ist diese nicht-transparent für die zusätzliche Strahlung ausgebildet, sodass der Halbleiter 1 durch die Elektrode 2 gegenüber der zusätzlichen Strahlung nahezu vollständig abgeschirmt wird. Die Erzeugung zusätzlicher Ladungsträger im Material des Halbleiters 1 ist somit nur eingeschränkt möglich.
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In der 3 ist eine erfindungsgemäße Elektrode 2 auf einem Halbleiter 1 mit einer Spannungsquelle 7 dargestellt. Der Halbleiter 1, die Spannungsquelle 7 sowie die Anordnung der Elektrode 2 auf dem Halbleiter 1 entsprechen der in der 2 gezeigten Ausführungsform. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Auf eine detaillierte Beschreibung bereits beschriebener Bauteile wird daher verzichtet.
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Erfindungsgemäß ist die Elektrode 2 transparent und elektrisch leitend ausgebildet. Die Elektrode 2 umfasst vier jeweils transparente und elektrisch leitende Schichten, nämlich eine Kontaktschicht 3, eine Zwischenschicht 4, eine TCO-Schicht 5 und eine Trägerschutzschicht 6. Die einzelnen Schichten 3, 4, 5 und 6 sind zudem ebenfalls jeweils elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Schichten sind in der vorstehend genannten Reihenfolge auf der Oberfläche 1a des Halbleiters 1 aufgebracht, wobei die Kontaktschicht 3 unmittelbar mit der Oberfläche 1a kontaktiert ist und die Trägerschutzschicht 6 unmittelbar der einfallenden Strahlung ausgesetzt ist. Eine Dicke der Elektrode 2 beziehungsweise eine Gesamtdicke der Schichten 3, 4, 5 und 6 beträgt zwischen 50 μm und 510 μm.
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Die Kontaktschicht 3 ist aus einem elektrisch leitenden Metall, wie beispielsweise Platin, ausgebildet. In der hier gezeigten Ausführungsform ist die Kontaktschicht 3 weiterhin als durchgehende Schicht mit einer gleichmäßigen Dicke von weniger als 200 nm ausgebildet. Aufgrund der geringen Dicke der Kontaktschicht 3 ist diese zumindest teilweise transparent für die zusätzliche Strahlung.
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Auf der Kontaktschicht 3 ist die Zwischenschicht 4 aufgebracht. Die Zwischenschicht 4 umfasst ein adhäsives und zumindest teilweise transparentes Haftmittel 4a wie beispielsweise einen elektrisch leitenden Klebstoff. Weiterhin umfasst die Zwischenschicht 4 eine Vielzahl von elektrisch leitenden, partikelartigen Füllelementen 4b. Die Füllelemente 4b sind in das Haftmittel 4a eingebettet und stellen eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Kontaktschicht 3 und der auf der Zwischenschicht 4 angeordneten TCO-Schicht 5 her. In der hier gezeigten Ausführungsform sind die Füllelemente 4b gleichmäßig beabstandet angeordnet und als längliche Fasern ausgebildet. Die Füllelemente 4b sind beispielsweise aus einem Metall ausgebildet.
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Weiterhin ist auf der Zwischenschicht 4 die TCO-Schicht 5 aufgebracht. Die elektrisch leitende und transparente TCO-Schicht 5 ist aus elektrisch leitfähigen Materialien mit einem geringen Absorptionsgrad für die zusätzliche Strahlung ausgebildet, zum Beispiel dotiertes Indiumoxid. Als äußerste beziehungsweise oberste Schicht ist die Trägerschutzschicht 6 auf der TCO-Schicht ausgebracht. Die transparente Trägerschutzschicht 6 weist eine Dicke von ca. 100 μm auf und ist beispielsweise aus PET ausgebildet.
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Diese beiden Schichten, also die TCO-Schicht 5 und die Trägerschutzschicht 6, bilden eine direkte, elektrisch leitende Verbindung 8 zu der Spannungsquelle 7 aus. Hierfür sind die TCO-Schicht 5 und die Trägerschutzschicht 6 bis zu der Spannungsquelle 7 hin verlängert beziehungsweise fortgesetzt. Die dünnere, obere Trägerschutzschicht 6 wird von der dickeren TCO-Schicht 5 unterstützt und stabilisiert. Die Ausführungsformen der 3 bis 5 unterscheiden sich in der Ausgestaltung der direkten Verbindung der TCO-Schicht 5 mit der Spannungsquelle 7. Gemäß der 3 weist die elektrisch leitende Verbindung 8 eine Verklebung 11 auf, mittels derer die TCO-Schicht mit der Spannungsquelle 7 verklebt ist.
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In der Ausführungsform der 4 umfasst die elektrisch leitende Verbindung 8 eine Lötstelle 12 zum Verbinden der TCO-Schicht 5 mit der Spannungsquelle 7. In der Ausführungsform der 5 ist die TCO-Schicht 5 mittels einer Klemmverbindung 13 mit der Spannungsquelle elektrisch leitend verbunden. Im Übrigen entsprechend die Ausführungsformen des Halbleiters 1, der Elektrode 2 mit deren Schichten 3, 4, 5 und 6 der 4 und 5 der in der 2 gezeigten Ausführungsform. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Auf eine detaillierte Beschreibung bereits beschriebener Bauteile wird daher verzichtet.
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Die 6 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Elektrode 2 mit einer indirekten, elektrisch leitenden Verbindung 8 zu der Spannungsquelle 7. Die Ausführungsform der Elektrode 2 der 6 entspricht der Ausführungsform der 3. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Auf eine detaillierte Beschreibung bereits beschriebener Bauteile wird daher verzichtet. Die Ausführungsform der 6 unterscheidet sich lediglich in der Ausführung der elektrisch leitenden Verbindung 8 der Elektrode 2 zu der Spannungsquelle 7, nämlich in Form einer indirekten Verbindung 8. Hier umfasst die Verbindung 8 zwei elektrisch leitende Verbindungselemente 9 und 10, welche die Elektrode 2, genauer gesagt die TCO-Schicht 5, mit der Spannungsquelle 7 verbinden. Auch in dieser Ausführungsform sind die TCO-Schicht 5 und die Trägerschutzschicht 6 als Fortsetzungen beziehungsweise Verlängerungen über die Oberfläche des Halbleiters 1 hinaus ausgebildet. Das erste Verbindungselement 9 ist einerseits mit der TCO-Schicht 5 und andererseits mit dem zweiten Verbindungselement 10 verbunden. Das zweite Verbindungselement 10 ist noch mit der Spannungsquelle 7 verbunden, beispielsweise verlötet. In der hier gezeigten Ausführungsform ist das erste Verbindungselement 9 als elektrisch leitendes Klebeband ausgebildet und das zweite Verbindungselement 10 als leitender Metallfilm.
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Die 7 zeigt eine schematische Draufsicht der erfindungsgemäßen Elektrode 2 gemäß der 6 mit der indirekten Verbindung 8 zu der Spannungsquelle 7. Die Elektrode 2 sowie deren Anordnung auf dem Halbleiter 1 entsprechen der Ausführungsform der 6. In der Draufsicht der 7 ist dargestellt, dass die elektrische Verbindung 8 schmaler ist als die zur Spannungsquelle 7 ausgerichtete Seite des Halbleiters 1. Die Trägerschutzschicht 6 sowie die in der Draufsicht nicht sichtbare TCO-Schicht sind als Fortsetzung ausgebildet und mittels der beiden Verbindungselemente mit der Spannungsquelle 7 elektrisch leitend verbunden. Hierbei ist lediglich das zweite Verbindungselement 10, welches das erste Verbindungselement und die Elektrode 2 mit der Spannungsquelle 7 verbindet, dargestellt.