DE102014212424A1

DE102014212424A1 - Szintillatoren mit organischer Photodetektions-Schale

Info

Publication number: DE102014212424A1
Application number: DE102014212424.7A
Authority: DE
Inventors: Patric Büchele; David Hartmann; Andreas Kanitz; Oliver Schmidt; Sandro Francesco Tedde
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2015-06-18
Also published as: CN105829913A; WO2015091196A1; US9874642B2; US20160313452A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen beschichteten Szintillatorpartikel, wobei ein Szintillatorpartikel mit einem halbleitenden photoaktiven Material umhüllt ist, ein Verfahren zu dessen Herstellung, einen Röntgendetektor, Gammadetektor oder UV-Detektor, in dem die beschichteten Szintillatorpartikel verwendet werden, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Röntgendetektors, Gammadetektor oder UV-Detektors sowie die Verwendung der beschichteten Szintillatorpartikel zur Detektion von hochenergetischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, Gamma- und/oder Röntgenstrahlung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen beschichteten Szintillatorpartikel, wobei ein Szintillatorpartikel mit einem photoaktiven Material umhüllt ist. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung solcher beschichteter Szintillatorpartikel, einen Röntgendetektor, Gammadetektor oder UV-Detektor, in dem die beschichteten Szintillatorpartikel verwendet werden, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Röntgendetektors, Gammadetektors oder UV-Detektors sowie die Verwendung der beschichteten Szintillatorpartikel zur Detektion von hochenergetischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, Gamma- und/oder Röntgenstrahlung.
Stand der Technik
Die Erfindung adressiert eine neuartige Herstellmethode für digitale Röntgendetektoren, wie sie u.a. in der medizinischen Diagnostik Anwendung finden. Den heutigen Stand der Technik stellen Detektoren auf Basis von amorphem Silizium (indirekte Wandlung) und amorphem Selen (direkte Wandlung) dar. Die Prinzipien für direkte Wandlung (links) und indirekte Wandlung (rechts) sind in 1 dargestellt. Bei der direkten Wandlung I regt ein Röntgenquant 1 ein Teilchen 2 an, wobei Elektron/Loch-Paare 2a, 2b erzeugt werden, die dann zu den Elektroden 4 (Anode bzw. Kathode, beispielsweise Pixel-Elektroden) wandern und dort detektiert werden. Bei der indirekten Wandlung II regt der Röntgenquant 1 das Teilchen 2 an, welches wiederum Strahlung 2‘ mit geringerer Energie (z.B. sichtbares Licht, UV- oder IR-Strahlung) abgibt, die dann mittels eines Photodetektors 3 (z.B. Photodiode) detektiert wird.
Indirekte Röntgenkonversion beinhaltet die Kombination einer Szintillatorschicht (z.B. Gd2O2S oder CsI mit unterschiedlichen Dotierstoffen wir Terbium, Tallium, Europium, etc.; Schichtdicken typischerweise 0,1–1 mm) und eines Photodetektors (vorzugsweise Photodiode). Die Emissionswellenlänge des Szintillatorlichtes durch Röntgenkonversion überdeckt mit der spektralen Empfindlichkeit des Photodetektors.
Im Fall der direkten Röntgenkonversion wird wiederum beispielsweise die Röntgenstrahlung direkt in Elektron/Loch Paare umgewandelt und diese elektronisch ausgelesen (z.B. amorphes Se). Direkte Röntgenkonversion in Selen wird üblicherweise mit bis zu 1 mm dicken Schichten vorgenommen, die im kV-Bereich in Sperrrichtung vorgespannt sind. Während sich indirekt wandelnde Detektoren insbesondere aufgrund ihrer leichten und kostengünstigen Herstellbarkeit durchgesetzt haben, weisen Direktwandler ein deutlich besseres Auflösungsvermögen auf.
Die Herstellung der Detektoren umfasst gewöhnlich das Einbringen der anorganischen Absorbermaterialien wie z.B. typischen Szintillatormaterialien in eine organische Matrix. Organische Halbleiter können aus der Flüssigphase leicht auf große Flächen appliziert werden, und durch die direkte Einmischung der anorganischen Szintillatorkörner kann der optische Cross-Talk deutlich minimiert werden.
Organische Halbleiter weisen im Gegensatz zu anorganischen Halbleitern eine geringere Leitfähigkeit auf. Diese beschränkte Leitfähigkeit wird problematisch, wenn, wie beispielsweise bei der Röntgenabsorption, sehr dicke Schichten benötigt werden, um eine ausreichende Sensitivität zu erreichen. Einerseits wird dadurch die Effizienz der Photodiode herabgesetzt, da die Ladungsträgerextraktion behindert wird. Zum anderen sinkt die Geschwindigkeit der Photodiode, was einen Gebrauch für medizintechnische Geräte stark limitiert. Zusätzlich wird durch die eingemischten röntgenstrahlenabsorbierenden Partikel, welche nicht leitfähig sind, der Ladungsträgerweg negativ beeinflusst und verlängert.
Organische Halbleiter werden überwiegend aus der Flüssigphase appliziert oder im Vakuum aufgedampft. Alle bis heute bekannten Methoden zur Einmischung von anorganischen Absorber-Materialien nutzen die Verarbeitung aus der Flüssigphase:
Die US 6483099 B1 beschreibt die Möglichkeit einer Röntgendetektion mit einer Szintillatorschicht auf einer OPD (organischen Photodiode). Weitere Ausführungen sind Röntgendetektion durch Einmischung („admixture“) von Szintillatoren in eine OPD, Szintillator als Substrat oder als Teil der Elektrode. Keine Angaben werden gemacht, wie ein Szintillator homogen in eine dicke OPD Schicht eingebracht werden kann bzw. wie eine z.B. 100 µm dicke hybride Diode hergestellt werden kann.
Die DE 101 37 012 A1 offenbart eine Ausführung einer lichtempfindlichen und polymeren Absorberschicht mit eingebetteten Szintillatorkörnern. Die Leitfähigkeit der Polymerschicht erhöht sich durch Absorption von Licht aus dem Szintillator. Der mittlere Abstand der Szintillatorkörner in der Schicht entspricht der mittleren freien Weglänge der Photonen aus dem Szintillator im Polymer.
Die DE 10 2010 043 749 A1 betrifft einen Röntgendetektor basierend auf dem oben beschriebenen Konzept, wobei Szintillatoren entweder direkt in die organische Halbleiter-Lösung eindispergiert werden oder in einem „Ko-Sprüh-Prozess“ gleichzeitig mit dem organischen Halbleitermaterial aufgesprüht werden.
Im ersten Fall der Flüssigphasenapplikation stellt sich die Problematik, eine stabile Dispersion herzustellen, was sich insbesondere für große Szintillatorpartikel als schwierig erweist. Für kleine Partikel werden üblicherweise Dispergatoren zugegeben, um das Verklumpen der Partikel zu vermeiden, welche jedoch die elektrischen Eigenschaften der organischen Halbleiter negativ beeinflussen.
Beide Verfahren (Flüssigphasenapplikation und Vakuumaufdampfung) haben den Nachteil, dass bei der Aufbringung von sehr dicken Schichten (100µm oder mehr) enorme Mengen an Lösemitteln freigesetzt werden müssen und die Schichten große Rauigkeiten aufweisen. Das vollständige Ausdampfen der Lösemittel ist nicht nur eine technische Herausforderung, sondern stellt auch eine gesundheitliche und umweltkritische Problematik gar.
Es besteht somit ein Bedarf an der Herstellung von Röntgendetektoren basierend auf anorganischen Absorbermaterialien wie typischen Szintillatormaterialien, welche in eine organische Halbleitermatrix eingemischt werden. Diese Kombination verspricht die Vorteile beider vorgenannten Konzepte miteinander zu vereinen. Organische Halbleiter können aus der Flüssigphase leicht auf große Flächen appliziert werden, und durch die direkte Einmischung der anorganischen Szintillatorkörner kann der optische Cross-Talk deutlich minimiert werden. Das wesentliche Problem dieser hybrid-organischen Photodetektoren stellt die Prozessierung von dicken Schichten dar. Mit dem hier vorgeschlagenen Material ist es möglich, dicke Schichten herzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass die obigen Probleme gelöst werden können, indem eine Ummantelung des Szintillatorpartikels mit einer dünnen Hülle aus photoaktivem Material vorgesehen ist.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung somit einen beschichteten Szintillatorpartikel, wobei der Szintillatorpartikel mit einem photoaktiven Material umhüllt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein Verfahren zur Herstellung beschichteter Szintillatorpartikel, wobei mindestens ein photoaktives Material mittels zumindest eines ersten Lösungsmittels in Lösung gebracht wird, die Szintillatorpartikel zu der Lösung zugegeben werden, anschließend durch Zugabe einer weiteren Substanz die beschichteten Szintillatorpartikel ausgefällt werden und schließlich das erste Lösungsmittel und die weitere Substanz entfernt werden.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung in weiteren Aspekten einen Röntgendetektor, Gammadetektor oder UV-Detektor, umfassend die erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikel, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Röntgendetektors, Gammadetektors oder UV-Detektors, umfassend

a) Bereitstellen eines Pulvers, umfassend die erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikel;
b) Aufbringen des Pulvers auf ein Substrat, umfassend einen ersten elektrischen Kontakt und optional eine erste Zwischenschicht;
c) Ausüben von Druck zur Verdichtung des Pulvers;
d) optional Aufbringen einer zweiten Zwischenschicht; und
e) Aufbringen eines zweiten elektrischen Kontakts.

Zudem betrifft die vorliegende Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt die Verwendung der erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikel zur Detektion von hochenergetischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, Gamma- und/oder Röntgenstrahlung.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen und der detaillierten Beschreibung zu entnehmen.
Beschreibung der Figuren
Die beiliegenden Zeichnungen sollen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und ein weiteres Verständnis dieser vermitteln. Im Zusammenhang mit der Beschreibung dienen sie der Erklärung von Konzepten und Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten sind in den Figuren der Zeichnungen, sofern nichts anderes ausgeführt ist, jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 stellt schematisch die Konzepte der direkten Röntgenkonversion und der indirekten Röntgenkonversion gegenüber.
2 stellt schematisch einen beispielhaften beschichteten Szintillatorpartikel gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
3 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikels.
In 4 ist schematisch ein beispielhafter Röntgendetektor gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
5 zeigt einen weiteren beispielhaften Röntgendetektor gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 6 und 7 zeigen schematisch zwei beispielhafte Schritte der Verdichtung von Pulver bei der Herstellung von erfindungsgemäßen Röntgen-, Gamma- oder UV-Detektoren.
8 zeigt Pulver umfassend beschichtete Szintillatorpartikel vor der Verdichtung in der Sinterapparatur.
9 zeigt das verdichtete Pulver umfassend beschichtete Szintillatorpartikel.
10 zeigt das Einbringen einer Alufolie als Kontaktschicht vor dem Verdichten.
11 zeigt die Schichtung mehrerer Pulver umfassend beschichtete Szintillatorpartikel vor dem Verdichten.
12 zeigt schematisch einen weiteren Aufbau einer Sinterapparatur für die Verdichtung von Pulver umfassend beschichtete Szintillatorpartikel.
Die 13 und 14 zeigen Messdaten der elektrischen Charakterisierung und Röntgensensitivität eines beispielhaften Röntgendetektors gemäß der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt beispielhaft das Abstimmen der Emission von Szintillatorpartikeln mit der Absorption der organischen Matrix.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt beschichtete Szintillatorpartikel, wobei die Szintillatorpartikel jeweils mit einem photoaktiven Material umhüllt sind.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen hat der Szintillatorpartikel einen Durchmesser von 0.01 bis 50 µm, bevorzugt 0.5 bis 20 µm, weiter bevorzugt von 1 bis 10 µm. Dieser kann geeignet gemäß optischen (z.B. dynamische Lichtstreuung, DLS), elektronenmikroskopischen oder elektrischen Analysemethoden (z.B. Coulter Counter) bestimmt werden und somit eingestellt werden. Mit abnehmendem Durchmesser der Partikel nimmt die Emissionsstärke im Allgemeinen ab. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen haben die Szintillatorpartikel einen Durchmesser von 0,1–30 µm, bevorzugt 1–10 µm, welche auf die Interaktionslänge von hochenergetischen Elektronen, welche durch Röntgenquanten ausgelöst werden, angepasst ist. Für die Detektion von UV Strahlung äußert sich der Abfall weniger gravierend, weswegen hier auch kleinere Partikel mit bis zu 10 nm Durchmesser zum Einsatz kommen.
Die Umhüllung aus dem photoaktiven Material bedeckt den Szintillatorpartikel im erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikel gemäß bestimmten Ausführungsformen zu mindestens 80 %, bevorzugt zu mindestens 90 % und weiter bevorzugt zu mindestens 95 % seiner gesamten Außenfläche. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen ist der Szintillatorpartikel komplett, also zu 100 %, umhüllt, so dass der beschichtete Szintillatorpartikel auf allen Seiten mit der Umhüllung versehen ist.
Zudem hat die Umhüllung des photoaktiven Materials gemäß bestimmten Ausführungsformen eine Dicke von 15 bis 1500 nm, bevorzugt 50 bis 1000 nm, weiter bevorzugt 100 bis 1000 nm, besonders bevorzugt 150 bis 600 nm hat.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen beträgt die Dicke der Umhüllung maximal die 2,5-fache Eindringtiefe der emittierten Strahlung des Szintillatorpartikels, so dass zwei direkt benachbarte Szintillatorpartikel zueinander einen Abstand von maximal der fünffachen Eindringtiefe der emittierten Strahlung der Szintillatorpartikel aufweisen.
Die Eindringtiefe lässt sich hierbei aus dem Lambert-Beer’schen Gesetz ableiten: I = I_0·exp(–alpha·d)

I: = transmittierte Intensität
I_0: = initiierte Intensität
alpha: = Absorptionskoeffizient
d: = Schichtdicke/durchdrungene Tiefe des Mediums

Die Eindringtiefe delta ist definiert als die Schichtdicke, bei der die Intensität der elektromagnetischen Strahlung auf ein 1/e-ten Teil des Ausgangswertes gefallen ist, und somit der reziproke Wert des wellenlängenabhängigen Absorptionskoeffizients.
delta = 1/alpha
Beispielsweise entspricht bei einer P3HT:PCBM Donor-Akzeptor Gemisch/Bulk-Hetero-Junction als photoaktives Material der Absorptionskoeffizient bei grünem Licht (Wellenlänge 550nm) etwa 7,7e+04 cm–1, was einer Eindringtiefe von delta = 130 nm entspricht.
Für eine gute Funktionsfähigkeit eines erfindungsgemäßen Detektors, welcher mit den erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikeln hergestellt wird, sollte der gesamte Zwischenraum zwischen zwei Partikeln, welcher sich beispielsweise auch durch die Beschichtung der Szintillatorpartikel ergibt, mittels emittierter Photonen angeregt werden. Dies ist erfindungsgemäß gewährleistet, wenn beispielsweise die Intensität auf 10% abgefallen ist. Im gewählten Beispiel wäre das bei 300 nm der Fall, so dass hier also bei zwei Partikeln diese sogar 600nm auseinander liegen können, was dann etwa der fünffachen Eindringtiefe entspricht, und einer Beschichtung der erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikel mit einer Dicke von 300 nm entspricht. Bei der fünffachen Eindringtiefe wird somit eine gute Absorption des emittierten Lichts der Szintillatorpartikel gewährleistet.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen entspricht der jeweilige Abstand zwischen zwei Szintillatorpartikeln weniger als der dreifachen Eindringtiefe der emittierten Strahlung des Szintillatorpartikels und somit einer Beschichtung der erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikel mit einer Dicke von weniger als der 1,5-fachen Eindringtiefe der emittierten Strahlung.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen ist der Abstand zwischen zwei Szintillatorpartikeln maximal der dreifachen Eindringtiefe der emittierten Strahlung der Szintillatorpartikel, und gemäß besonders bevorzugten Ausführungsformen ist der Abstand zwischen zwei Szintillatorpartikeln maximal die doppelte Eindringtiefe der emittierten Strahlung der Szintillatorpartikel, was einer Beschichtung der beschichteten Szintillatorpartikel mit einer Dicke von maximal der 1,5-fachen Eindringtiefe bzw. maximal der einfachen Eindringtiefe der emittierten Strahlung des Szintillatorpartikels entspricht. In so einem Fall (doppelte Eindringtiefe) wird der Ladungstransport in der Matrix durch Erzeugung leitfähiger Kanäle zwischen zwei benachbarten Szintillatorpartikeln unter Röntgenanregung effizient verbessert. Gemäß bestimmten Ausführungsformen weisen die Szintillatorpartikel eine Dicke der Beschichtung auf, die derart gestaltet ist, dass sich die leitfähigen Zonen, die durch die Emission der Szintillatorpartikel erzeugt werden, überschneiden, und so ein schnelles Ansprechverhalten erreicht werden kann, beispielsweise bei einer Dicke, welche der maximal 2,5-fachen, maximal 1,5-fachen oder maximal einfachen Eindringtiefe der emittierten Strahlung des Szintillatorpartikels entspricht.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist das photoaktive Material ein organisches photoaktives Material, kann aber auch gemäß bestimmten Ausführungsformen ein anorganisches photoaktives Material oder eine Mischung aus einem organischen und einem anorganischen photoaktiven Material umfassen. Bevorzugt ist die Verwendung eines organischen photoaktiven Materials. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann das organische photoaktive Material zudem mehr als ein photoaktives Material umfassen und/oder ein erfindungsgemäßer Detektor mehr als eine Art von beschichteten Szintillatorpartikeln umfassen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist das photoaktive Material halbleitend. Weiterhin ist gemäß bestimmten Ausführungsformen die Schicht aus dem photoaktiven Material eine elektrooptisch aktive Schicht.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen liegt das photoaktive Material in der Schicht in Form einer Donor/Akzeptor-Mischung vor. Die Donor/Akzeptor-Mischung wird hierbei auch als Bulk-Hetero-Junction bezeichnet.
Ein typischer Vertreter eines starken Elektronen-Donators (niedrige Elektronenaffinität) ist z.B. das konjugierte Polymer Poly-(3-hexylthiophen) (P3HT). Typische Materialien für Elektronenakzeptoren (hohe Elektronenaffinität) sind Fullerene und ihre Derivate wie z.B. [6,6]-Phenyl-C₆₁Butansäuremethylester (PCBM). Daneben können aber auch Materialien wie Polyphenylenvinylen und dessen Derivate wie das Cyanoderivat CN-PPV, MEH-PPV (Poly(2-(2-ethylhexyloxy)-5-methoxy-p-phenylenvinylen)), CN-MEH-PPV, oder Phthalocyanin, PEDOT:PSS, TFB (poly(9,9-di-n-octylfluoren-alt-(1,4-phenylen-((4-sec-butylphenyl)imino)-1,4-phenylen) oder Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4’-(N-(p-butylphenyl))diphenylamin)], etc., Anwendung finden. Weitere beispielhafte Verbindungen sind unten in Kombination mit geeigneten Szintillatorpartikeln genannt.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist das photoaktive Material im nicht bestrahlten Zustand des Detektors hochresistiv ist und wird durch Bestrahlung des Detektors leitfähig. Hierdurch ergibt sich eine zusätzliche Signalverbesserung bei der Detektion, da auch das Hintergrundrauschen minimiert werden kann.
Die Bedingungen für hochresistiv sind hierbei wie folgt: Bei dünnen Dioden ist der Widerstand der Diode in Sperrrichtung im Wesentlichen durch den Kontaktwiderstand gegeben. Dieser sorgt dafür, dass niedrige Dunkelströme erreicht werden. Für die Anwendung eines, beispielsweise organischen, Photodetektors im Umfeld der medizinischen Röntgenbildgebung ist ein Dunkelstrom von höchstens 1e–05 mA/cm² erforderlich. Dies entspricht bei –1 V Sperrspannung 1e8 Ohm für einen Detektor mit einer Fläche von 1 cm². Bei dickeren Dioden, wie sie hier beispielhaft vorliegen können, beginnt der Schichtwiderstand eine zunehmende Rolle zu spielen. Der Widerstand der Diode nimmt dann mit zunehmender Schichtdicke zu und man kann einen spezifischen Widerstand angeben. Für eine 100µm dicke Schicht ist ein Dunkelstrom von 1e–6 mA/cm² anzustreben was einem spezifischen Widerstand von 1e–11 Ohm × cm entspricht. Dementsprechend bedeutet hochresistiv im Rahmen der Erfindung bevorzugt, dass der spezifische Widerstand der Schicht mindestens 1e–9 Ohm × cm entspricht, bevorzugt 1e–11 Ohm × cm.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen absorbiert das photoaktive Material Strahlung in einem Wellenlängenbereich, in dem die Szintillatorpartikel Strahlung emittieren. Gemäß bestimmten Ausführungsformen hat das photoaktive Material zudem zumindest ein Absorptionsmaximum bei einer Wellenlänge, welche einer Emissionswellenlänge des Szintillatorpartikels, bevorzugt der Emissionswellenlänge eines Maximums der Emission des Szintillatorpartikels, entspricht.
Beispielhafte Materialkombinationen für eine Kombination von Szintillatorpartikeln mit photoaktiven organischen Materialien für verschiedene Wellenlängen sind wie folgt:
Geeignete grüne Szintillatoren sind beispielsweise Gd₂O₂S:Pr,Ce (Gadoliniumoxysulfid, dotiert mit Praseodym und Cer mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 515 nm), Gd₂O₂S:Tb (Gadoliniumoxysulfid, dotiert mit Terbium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 545 nm), Gd₂O₂S:Pr,Ce,F (Gadoliniumoxysulfid, dotiert mit Praseodym oder Cer oder Fluor mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 510 nm), YAG:Ce (Yttrium-Aluminium-Granat dotiert mit Cer mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 550 nm), CsI:Tl (Caesiumiodid, dotiert mit Thallium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 525 nm), CdI₂:Eu (Europium-dotiertes Cadmiumiodid mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 580 nm) oder Lu₂O₃:Tb (Lutetiumoxid dotiert mit Terbium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 545 nm), zeichnen sich durch ein Emissionsmaximum im Bereich von 515–580 nm aus und sind damit gut auf das Absorptionsmaximum von Poly(3-hexylthiophen-2,5-diyl) (P3HT) (als beispielhaftes photoaktives Material der organischen Matrix) bei 550nm ausgelegt. Der Szintillator Bi₄Ge₃O₁₂ bzw. BGO (Wismutgermanat mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 480 nm) kann gut mit Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenvinylen] (MEH-PPV) oder Poly[2-methoxy-5-(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenvinylen] (MDMO-PPV) kombiniert werden die eine gute Absorption im Bereich 460–520 nm aufweisen.
Geeignete blaue Szintillatoren sind ebenfalls zu nennen. Eine attraktive Materialkombination mit Emission im blauen stellen Lu₂SiO₅:Ce bzw. LSO (Caesium dotiertes Lutetiumoxyorthosilicat mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 420 nm), Lu_1.8Y_.2SiO₅:Ce (mit Cer dotiertes Lutetiumoxyorthosilicat mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 420 nm), CdWO₄ (Cadmiumwolframat mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 475 nm), CsI:Na (Caesiumiodid dotiert mit Natrium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 420 nm), oder NaI:Tl (Thallium dotiertes Natriumiodid mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 415 nm), Bi₄Ge₃O₁₂ bzw. BGO (Wismutgermanat mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 480 nm), Gd₂SiO₅bzw. GSO (Gadoliniumoxyorthsilicat dotiert mit Cer mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 440 nm), oder CsBr:Eu (Caesiumbromid dotiert mit Europium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 445nm) dar, welche gut mit typischen Wide-band gap Halbleitern (Halbleitern mit großer Bandlücke) wie Poly[(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-(benzo[2,1,3] thiadiazol-4,8-diyl)] (F8BT) (Absorptionsmaximum bei 460nm) oder anderen Polyfluoren-(PFO)Polymeren und Co-Polymeren (Absorption bei 380–460 nm) kombiniert werden.
Rote Szintillatoren wie Lu₂O₃:Eu (Lutetiumoxid dotiert mit Europium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 610–625 nm), Lu₂O₃:Tb (Lutetiumoxid dotiert mit Terbium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 610–625 nm) oder Gd₂O₃:Eu (Gadoliniumoxysulfid dotiert mit Europium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 610–625 nm), YGdO:(Eu,Pr) (Europium und/oder Praseodym dotiertes Yttrium gadoliniumoxid mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 610 nm), GdGaO:Cr,Ce (Chrom und(oder Caesium dotiertes Gadoliniumgalliumoxid), oder CuI (Kupferiodid mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 720 nm) können gut mit Absorbern, wie sie für die OPV (organische Photovoltaik) entwickelt wurden, kombiniert werden, beispielsweise Poly[2,1,3-benzothiadiazol-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b:3, 4-b']dithiophen-2,6-diyl]] (PCPDTBT), Squaraine (z.B. Hydrazon End-verkappte symmetrische Squaraine mit glykolischer Funktionalisierung oder Diazulensquaraine), Polythieno[3,4-b]thiophen (PTT), Poly(5,7-bis(4-decanyl-2-thienyl)-thieno(3,4-b)diathiazolthiophen-2,5) (PDDTT).
Besonders hervorzuheben gemäß bevorzugten Ausführungsformen sind unter diesen Paaren: Gd2O2S:Tb oder YAG:Ce in Kombination mit P3HT:PCBM, Lu2SiO5:Ce in Kombination mit F8BT oder YGdO:Eu mit PCPDTBT.
Eine beispielhafte Abstimmung/Anpassung der Szintillatoremission (z.B. GOS bzw. Lu₂O₃:Tb, grün) auf die Polymerabsorption (z.B. P3HT) ist in 15 angegeben, wobei die Anpassung aus dem Emissionsspektrum der Szintillatoren (links) und dem Absorptionsspektrum der organischen Matrix (rechts) klar hervorgeht.
Ein spezieller Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Ummantelung des Szintillatorpartikels mit einer Hülle aus photoaktivem Material. Bei bekannten Verfahren zur Einbettung von Partikeln in eine Halbleitermatrix findet die Strukturbildung erst während des Trocknungsprozesses statt. Die Partikel und das photoaktive Material, beispielsweise ein organischer Halbleiter, werden gleichzeitig aus der Flüssigphase auf ein Substrat aufgebracht. Die Struktur bildet sich während der Trocknung aus.
Erfindungsgemäß umfasst ist also beispielsweise ein Material, beim dem ein Szintillatorpartikel von einer organischen photo- und elektrisch aktiven Hülle umschlossen ist. 2 zeigt einen beispielhaften beschichteten Szintillatorpartikel mit dem Szintillatorpartikel 11, z.B. Gd2O2S:Tb, welcher unter Röntgenanregung grünes Licht abstrahlt, in der Hülle/Beschichtung des photoaktiven Materials 12, beispielsweise ummantelt mit einer Hülle aus einer sogenannten Bulk-Hetero-Junction (BHJ), beispielsweise bestehend aus P3HT und PCBM. Die BHJ zeichnet sich hier beispielhaft dadurch aus, dass ihre Absorptionseigenschaften auf die Emission des Szintillatorpartikels abgestimmt sind, z.B. weist P3HT ein Absorptionsmaximum im grünen Bereich auf. Das Gemisch eines Elektroakzeptors (P3HT) und Elektronendonors (PCBM) sorgt dafür, dass Exzitonen, welche durch die Absorption eines Photons erzeugt werden, sehr schnell getrennt werden und die Rekombinationswahrscheinlichkeit minimiert wird.
Die Größe des Szintillatorpartikels ist so ausgelegt, dass sie auf die physikalischen Wechselwirkungsmechanismen angepasst wird. Beispielsweise wird im Bereich der medizinischen Röntgenbildgebung meist mit Röntgenenergien zwischen 10 und 150 keV gearbeitet. In diesem Energiebereich ist im Röntgenabsorptionsprozess der Photoeffekt dominierend, d.h. durch die Absorption eines Röntgenquants wird ein hochenergetisches Elektron aus dem Atomverband ausgeschlagen und bewegt sich im Szintillatorkristall. In mehrfachen Stoßprozessen erzeugt dieses hochenergetische Elektron angeregte Zustände im Szintillatorkristall, welche durch Rekombination sichtbares Licht generieren. Die Reichweite des hochenergetischen Elektrons liegt typisch im Bereich von einigen µm, dementsprechend stellt beispielsweise ein Partikeldurchmesser von 1–10 µm eine gute Ausgangsbasis dar. In kleineren Partikeln könnte ein Teil der kinetischen Energie des Photoelektrons verloren gehen, größere Partikel sind aus optischen Gesichtspunkten denkbar, limitieren jedoch die elektrische Leistungsfähigkeit späterer Bauteile. Die BHJ-Hülle ist ebenfalls in ihrer Dicke auf die Absorptionslänge des Photons angepasst. Die Absorptionslänge von grünem Licht in P3HT beträgt typischerweise 250nm–500nm, ein sehr viel dickerer Mantel würde die Absorptionseigenschaften nicht verbessern. Die obigen Überlegungen lassen sich analog auch für eine Detektion von Gammastrahlen oder UV-Licht anwenden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung somit ein Verfahren zur Herstellung beschichteter Szintillatorpartikel, wobei mindestens ein photoaktives Material mittels zumindest eines ersten Lösungsmittels in Lösung gebracht wird, die Szintillatorpartikel zu der Lösung zugegeben werden, anschließend durch Zugabe einer weiteren Substanz die beschichteten Szintillatorpartikel ausgefällt werden und schließlich das erste Lösungsmittel und die weitere Substanz entfernt werden.
Beim Herstellen der beschichteten Szintillatorpartikel ist es gemäß bestimmten Ausführungsformen möglich, dass das mindestens eine photoaktive Material oder eine Mischung von photoaktiven Materialien, beispielsweise zwei photoaktiven Materialien, mittels zumindest eines ersten Lösungsmittels in Lösung gebracht werden, zur Lösung die Szintillatorpartikel zugegeben werden, anschließend durch Zugabe einer weiteren Substanz, beispielsweise einer weiteren Flüssigkeit, die beschichteten Szintillatorpartikel ausgefällt werden und schließlich das zumindest erste Lösungsmittel und die weitere Substanz entfernt werden, beispielsweise durch Absaugen, Filtern oder Abdampfen der Lösemittel, etc. Geeignete Substanzen zum Lösen und Ausfällen sind hierbei nicht beschränkt und können je nach Zweck der Anwendung geeignet ausgewählt werden und können auch Mischungen umfassen. So können beispielsweise bei der Verwendung von P3HT und PCBM Chloroform als Lösungsmittel und Ethanol als Fällungsreagens verwendet werden.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen sind die Szintillatorpartikel in dem ersten Lösungsmittel nicht löslich. Gemäß weiteren bestimmten Ausführungsformen umfasst das photoaktive Material mindestens zwei organische Verbindungen. In bevorzugten Ausführungsformen wird die Suspension der Szintillatorpartikel während der Verarbeitung kontinuierlich durchmischt/gerührt. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Suspension Ultraschallwellen ausgesetzt wird, um eine bessere Verteilung der Szintillatorpartikel zu gewährleisten.
Es ist erfindungsgemäß jedoch nicht ausgeschlossen, dass die Szintillatorpartikel während der Ausfällung verklumpen und als voluminöse Masse erhalten werden, da hierbei immer noch umhüllte, beschichtete Szintillatorpartikel erhalten werden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen können die beschichteten Szintillatorpartikel aber auch individuell erhalten werden, was sich beispielsweise über die Konzentrationen der verwendeten Reagenzien in Lösung bzw. Suspension steuern lässt.
Erfindungsgemäß können im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren der beschichteten Szintillatorpartikel auch beispielsweise Dispergatoren, Liganden für die Szintillatorpartikel oder weitere Additive verwendet werden, die dann beispielsweise durch Verwendung von Ultraschall vor dem Ausfällen wieder von der Oberfläche der Szintillatorpartikel entfernt werden können. Gemäß bestimmten Ausführungsformen werden keine Additive zugesetzt, um eine negative Beeinflussung der organischen Halbleitermaterialien zu vermeiden.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen werden die beschichteten Szintillatorpartikel nach dem Entfernen des ersten Lösungsmittels und der weiteren Substanz zu einem Pulver gemahlen. Hierbei wird gemäß bestimmten Ausführungsformen darauf geachtet, dass nur zusammenhängende beschichtete Partikel getrennt werden und die Beschichtung der beschichteten Partikel nicht angegriffen wird, was durch Auswahl eines geeigneten Mahlvorgangs, beispielsweise eines Nassmahlens und anschließenden Trocknens, umgesetzt werden kann. Gewöhnlich ist es jedoch ausreichend, die nach dem Abtrennen des Lösemittels erhaltene Partikelmasse einfach in einem Mörser zu einem fließfähigen, homogenen Pulver zu verreiben.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen besteht das Pulver aus Pulverkörnern mit einem Durchmesser von 0,01 bis 200 µm, bevorzugt 0,5 bis 100 µm und besonders bevorzugt 1 bis 10 µm. Bei zu großen Pulverkörnern kann ein Verdichten bei der Herstellung von erfindungsgemäßen Detektoren erschwert sein, wohingegen bei zu kleinen Pulverkörnern das Verfahren zu aufwändig werden kann. Die besten Ergebnisse werden mit Partikelkörnern mit einem Durchmesser von 1 bis 10 µm erhalten, wobei der Partikeldurchmesser beispielsweise anhand von optischen (hochauflösendes Mikroskop, dynamische Lichtstreuung/DLS), elektronenmikroskopischen oder elektrischen Analysen (z.B. Coulter Counter), bestimmt werden kann.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Struktur bereits in Lösung ausgebildet. Dadurch kann der Materialeinsatz besser gesteuert werden, und es ergeben sich neue Möglichkeiten der Prozessierung aus der Trockenphase. Das Verfahren zeichnet sich zudem durch eine gute Prozessierbarkeit bei der Herstellung von dicken Schichten in Detektoren aus (keine Trocknungsrisse von austretendem Lösemittel), sowie den damit verbundenen gesundheits- und umwelttechnischen Vorteilen.
Die Herstellung der beschichteten Szintillatorpartikel kann beispielhaft anhand des in 3 dargestellten Prozesses erfolgen. Zunächst wird das photoaktive Material, beispielsweise organischen Halbleitermaterialien, in Schritt 21 in mindestens einem ersten Lösemittel gelöst. Dann werden die Szintillatoren in Schritt 22 zugegeben und beispielsweise unter kontinuierlichem Rühren dispergiert. Ggf. kann mittels Ultraschallbehandlung eine Verklumpung der Ausgangsmaterialien aufgelöst werden. Es ist dabei nicht notwendig, dass die Szintillatoren von einer Ligandenhülle umgeben werden, da durch das Rühren eine Verteilung der Partikel gewährleistet ist. Durch Zugabe eines zweiten Lösemittels in Schritt 23, in welchem das photoaktive Material, beispielsweise die organischen Halbleiter, nicht löslich ist, wird das gewünschte Material ausgefällt (Schritt 24). Die Szintillatorpartikel wirken dabei als Kondensationskeime, um die herum sich das organische Halbleitermaterial anlagert. Anschließend können die Lösemittel in Schritt 25 abgetrennt, beispielsweise abgezogen, werden und das Material als Pulver für die Herstellung eines Bauteiles genutzt werden.
Die einzusetzenden Mengen zur Herstellung beschichteter Szintillatorpartikel lassen sich beispielsweise anhand folgender Überlegungen ableiten:
Anzustrebende Hüllendicke und benötigte Mengenansätze:
Das Gesamtvolumen einer beispielhaften hybriden Photodiode setzt sich aus dem Szintillatorkern V_Scintillator sowie den Mantelvolumen der Bulk-Hetero-Junction V_BHJ (organische Matrix) zusammen. Um das optimale Verhältnis einwiegen zu können, benötigt man die Dichten des photoaktiven Materials, beispielsweise einer Bulk-Hetero-Junction ρ_BHJ, sowie des Szintillators ρ_Scintillator, um auf das jeweilige Gewicht W_BHJ und W_Scintillator zu kommen. Gesamtvolumen (V_Gesamt) der hybriden Photodiode:
Um die markanten Größen des Verhältnisses der Volumina sowie der Mengenangaben zu verdeutlichen, wird dies in Volumenprozent und Mengenprozent im Vergleich zum Gesamtvolumen und der -menge angegeben. Die folgenden zwei Formeln geben dies wieder. Volumenprozentansatz der BHJ (V_BHJ%):
Mengenprozentansatz der BHJ (W_BHJ%):
Das anzustrebende Hüllenvolumen erhält man über die gewünschte Absorption der Bulk-Hetero-Junction. Die Absorption kann über die Schichtdicke r_BHJ des Hüllenvolumens und demnach über die Absorptionslänge des emittierten Lichts eingestellt werden. Das Hüllenvolumen setzt sich aus dem Gesamtvolumen mit den Radien r_Scintillator und r_BHJ abzüglich der Innenkugel, dem Szintillator, zusammen. Es lässt sich, wie folgt, berechnen. Anzustrebendes Hüllenvolumen (V_BHJ) und -dicke (r_BHJ)
Als Beispiel für einen Szintillator mit Radius
r_Scintillator= 1,8 µm und einer angestrebten Mantelabsorptionsschichtdicke von r_BHJ= 0,15 µm ergibt sich ein optimaler Füllfaktor V_BHJ%: V_Scintillator% von 37%:63%. Bei typischen Dichten von ρ_BHJ= 1,2 g/ml sowie
ρ_Scintillator= 7,2 g/ml ergibt dies ein Gewichtsverhältnis W_BHJ:W_Scintillator von etwa 1:10.
Hierbei ist noch insbesondere darauf hinzuweisen, dass dieses Masseverhältnis abhängig ist vom Durchmesser des Szintillators und dessen Dichte. Je größer der Partikel, desto weniger photoaktives Material wird benötigt, um die oben genannten Bedingungen zu erfüllen. Die Volumenverhältnisse sind durch den Durchmesser der Szintillatoren und die Eindringtiefe des Lichts in das photoaktive Material gegeben. Mittels der Dichte kann dann das Masseverhältnis gemäß den obigen Formeln berechnet werden. Beispielsweise ist für einen 2 µm großen Gd2O2S-Partikel bei einer Eindringtiefe von 130 nm ein Massenverhältnis von etwa 1:14 optimal, während für einen 10 µm großen Partikel das Massenverhältnis auf 1:75 ansteigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Röntgendetektor, Gammadetektor oder UV-Detektor, welcher die erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikel umfasst.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst der Röntgendetektor, Gammadetektor oder UV-Detektor ein Substrat mit einem ersten elektrischen Kontakt und optional einer ersten Zwischenschicht, eine Schicht, umfassend die erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikel, optional eine zweite Zwischenschicht, und einen zweiten elektrischen Kontakt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist das Substrat nicht besonders beschränkt und kann alle Substrate umfassen, welche gewöhnlich in Röntgendetektoren, Gammadetektoren oder UV-Detektoren verwendet werden. So kann es beispielsweise Glas, Indiumzinnoxid (ITO), Aluminiumzinkoxid, dotierte Zinkoxide, Silizium, etc. umfassen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann das Substrat einen ersten elektrischen Kontakt wie ein Metall, beispielsweise Cu, Ag, Pd, Pt, Cr, Au oder Al, ITO, Aluminiumzinkoxid, dotierte Zinkoxide, etc., und optional eine erste Zwischenschicht aufweisen, wie sie beispielsweise in elektroorganischen Bauteilen vorhanden sind. Das Material der Elektrode und/oder des Substrats richtet sich hierbei nach der Anwendung als Röntgendetektor, Gammadetektor oder UV-Detektor, wobei unterschiedliche Materialien für die Detektion dieser unterschiedlichen Strahlungsarten Anwendung finden, da sie beispielsweise in bestimmten Ausführungsformen für die Strahlung transparent sein sollen. So eignet sich beispielsweise Al nicht für UV.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen reflektiert das Material der Elektroden und/oder des Substrats das von den Szintillatorpartikeln emittierte Licht. Durch die reflektierende Wirkung der Kontakte auf die emittierte Strahlung kann erreicht werden, dass emittiertes Licht nicht aus der aktiven Zone entweicht. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfassen der erste elektrische Kontakt und/oder der zweite elektrische Kontakt und/oder das Substrat somit ein Material bzw. bestehen aus diesem, welches die emittierte Strahlung der Szintillatorpartikel reflektiert. Hierbei sind beispielhaft Metalle wie Au, Ag, Pd, Pt, Al, Cr oder Cu zu nennen, jedoch sind eine Vielzahl weiterer Materialien bekannt, so dass die Materialien der elektrischen Kontakte nicht weiter beschränkt sind, so sie die emittierte Strahlung der Szintillatorpartikel reflektieren. Durch die entsprechende Ausgestaltung kann das detektierte Signal des Detektors weiter verbessert werden.
Der erfindungsgemäße Detektor kann in bestimmten Ausführungsformen optional Zwischenschichten / Interlayer enthalten, welche den Übergang zwischen der aktiven Schicht und den Kontaktschichten und somit die Kontaktierung der Probe verbessern. Diese Interlayer sind in der Regel lochleitende organische Halbleiter oder elektronenleitende organische Halbleiter. Als Lochleiter kann man z.B. PEDOT:PSS, P3HT, MDMO-PPV, MEH-PPV, TFB verwenden, während als Elektronenleiter PCBM Anwendung finden kann. Beispielsweise können auch anorganische Interlayer verwendet werden wie z.B. ZnO oder TiO.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Röntgendetektors, Gammadetektors oder UV-Detektors, umfassend

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Röntgendetektors, Gammadetektors oder UV-Detektors kann der Materialverlust auf ein Minimum reduziert werden, wenn man es mit Verfahren wie Sprühen oder Schleudern vergleicht. Über Druck ist es auch möglich die Dichte der gesinterten Schicht zu variieren. Dies ist insbesondere ein besonderer Parameter, wenn man an röntgenabsorbierende Schichten denkt. Mit diesem Sinterverfahren ist es möglich, viel höhere Dichten zu erzielen im Vergleich zum Sprühen, Schleudern oder Rakeln, was einen positiven Effekt auf die benötigte Schichtdicke hat. Je dünner die Schicht, desto geringer ist die Spannung die man applizieren muss, um eine bestimmte elektrische Feldstärke zu erzielen. Dichtere Schichten weisen darüber beispielsweise eine höhere Röntgenabsorption auf und eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit auf.
Dabei wird die zu verarbeitende Substanz umfassend die erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikel gemäß bestimmten Ausführungsformen als Pulver, bevorzugt als trockenes Pulver auf die jeweilige zu beschichtende Grundlage / Substrat aufgebracht und anschließend unter Ausüben von Druck, beispielsweise mit einem Stempel, einer Rolle, etc. bei einer bestimmten Sintertemperatur, beispielsweise auch Raumtemperatur von 20–25°C, und Sinterzeit verdichtet. Hierbei verdichten sich die Partikel des Ausgangsmaterials und die Porenräume werden aufgefüllt. Sowohl Festphasensintern, d.h. Materialverdichtung ohne Aufschmelzen des Pulvers mit den erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikeln, als auch das Flüssigphasensintern, d.h. Materialverdichtung über Aufschmelzen des Pulvers (z.B. direkt an der Kontaktfläche zwischen Sinterstempel und organischer Oberfläche), sind denkbar. Durch die Verdichtung der Moleküle über Druck und ggf. Temperatur werden die Zwischenräume derart minimiert und verdichtet, so dass beim Anlegen einer elektrischen Spannung elektrischer Ladungstransport z.B. über Hopping- bzw. Redox-Prozesse zwischen den einzelnen Molekülen oder Polymersträngen möglich wird. Auf diese Weise sind homogene organische Materialschichten hoher (und auch geringer) Schichtdicke, ohne aufwändige Vakuumprozesstechnik bei hohem Durchsatz und ohne gesundheitliche Risiken durch eventuelle Lösemittel, realisierbar.
Das Ausüben von Druck ist erfindungsgemäß nicht besonders beschränkt und kann durch geeignete Vorrichtungen erzielt werden. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen wird der Druck durch Verwenden eines Stempels oder einer Rolle ausgeübt, welche bevorzugt mit einer Anti-Haft-Beschichtung, beispielsweise Teflon^®, beschichtet sind. Durch die Beschichtung mit einer Anti-Haft-Beschichtung, beispielsweise Teflon^®, lassen sich insbesondere sehr homogene Oberflächen der Schicht erzielen. Auch lässt sich die Verwendung von Stempeln und/oder Rollen verfahrenstechnisch einfach umsetzen. Das Material des Stempels oder der Rolle ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise Aluminium, Stahl, PVC oder Teflon^® umfassen.
Der Druck, der ausgeübt wird, ist nicht besonders beschränkt, sofern ein Sintern bewirkt wird. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird ein Druck von 0,1 bis 10.000 MPa, weiter bevorzugt 0,5 bis 200 MPa und besonders bevorzugt von 1 bis 50 MPa ausgeübt. Auch ist die Sinterzeit nicht besonders beschränkt und beträgt gemäß bestimmten Ausführungsformen 0,1 s bis 60 min, bevorzugt 1 s bis 30 min und besonders bevorzugt 5 bis 10 min. Bei zu langer Sinterzeit werden keine besseren Ergebnisse erzielt und es kann zu einer Verschlechterung der Schicht kommen, wohingegen zu kurze Sinterzeiten kein ausreichendes Verbacken der Schicht erzielen können.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann das Substrat in Schritt c) vor dem Ausüben des Drucks zur Verdichtung des Pulvers aufgeheizt werden, beispielsweise auf eine Temperatur von 30 bis 300°C, bevorzugt 50 bis 200 °C. Hierdurch kann der Sintervorgang verbessert werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten Schichten lassen sich anhand der Morphologie sowie der Oberflächenbeschaffenheit der gesinterten Schicht (eventuell vereinzelt oder ganzflächig aufgeschmolzene Bereiche) nachweisen und charakterisieren. Eventuell können auch indirekt Rückschlüsse auf einen Sinterprozess, z.B. durch das Fehlen von Lösemittelspuren, Additiven und Dispergatoren, gezogen werden. Als Untersuchungsmethoden kommen in Frage: Optische Mikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, atomare Kraftmikroskopie, Sekundärionenmassenspektroskopie, Gaschromatographie, Cyclovoltametrie etc.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Röntgendetektors, Gammadetektors oder UV-Detektors ist das Substrat nicht besonders beschränkt und kann alle Substrate umfassen, welche gewöhnlich in organischen Bauteilen verwendet werden. So kann es beispielsweise Glas, Indiumzinnoxid (ITO), Aluminiumzinkoxid, dotierte Zinnoxide, Silizium, etc. umfassen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann das Substrat einen ersten elektrischen Kontakt wie ein Metall, beispielsweise Cu oder Al, ITO, Aluminiumzinkoxid, dotierte Zinkoxide, etc., und optional eine erste Zwischenschicht aufweisen, wie sie beispielsweise in elektroorganischen Bauteilen vorhanden sind.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann den beschichteten Szintillatorpartikeln vor dem Ausüben von Druck bzw. dem Sintern noch zusätzliches photoaktives Material zugegeben werden, um die Porenräume zwischen den beschichteten Szintillatorpartikeln besser füllen zu können. Auch kann in bestimmten Ausführungsformen beispielsweise eine weitere Komponente wie ein sekundäres Donorpolymer vom p-Typ zugegeben werden.
Die beschichteten Szintillatorpartikel werden hierbei im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Röntgendetektors, Gammadetektors oder UV-Detektors gemäß bestimmten Ausführungsformen als Pulver bereitgestellt, wobei das Pulver erfindungsgemäß nicht weiter beschränkt ist. Bevorzugt wird das Pulver als trockenes Pulver bereitgestellt, wobei es gemäß bestimmten Ausführungsformen auch mit ein wenig Lösungsmittel versetzt sein kann, beispielsweise mit weniger als 10 Gew.%, oder weniger als 5 Gew.%, bezogen auf die Masse des Pulvers. Wenn das Pulver mit ein wenig Lösungsmittel versetzt ist, kann es klebrig werden, wodurch seine Verarbeitung, beispielsweise beim Aufbringen auf das Substrat, erleichtert werden kann, und auch kann ggf. dadurch weniger Heizen des Substrats erforderlich sein.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen besteht das Pulver umfassend die erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikel aus Pulverkörnern mit einem Durchmesser von 0,01 bis 200 µm, bevorzugt 0,5 bis 100 µm und besonders bevorzugt 1 bis 10 µm. Bei zu großen Pulverkörnern kann ein Verdichten erschwert sein, wohingegen bei zu kleinen Pulverkörnern die Verarbeitung erschwert sein kann. Die besten Ergebnisse werden mit Partikelkörnern mit einem Durchmesser von 1 bis 10 µm erhalten, wobei der Partikeldurchmesser beispielsweise anhand einer Siebanalyse bestimmt werden kann und entsprechende Siebe mit Löchern von 1 und 10 µm Anwendung finden können.
Nach der Herstellung der Schicht im Schritt b) und/oder c) können optional eine zweite Zwischenschicht im Schritt d) und dann ein zweiter elektrischer Kontakt (Metall wie Al, Cu oder ITO, Aluminiumzinkoxid, dotierte Zinnoxide, etc.) im Schritt e) aufgebracht und diese bevorzugt mitgesintert werden. Alternativ können auch optional eine zweite Zwischenschicht und dann ein zweiter elektrischer Kontakt durch andere Verfahrensschritte wie beispielsweise Aufdampfen, Sprayen, etc. aufgebracht werden. Auch kann der zweite elektrische Kontakt beispielsweise als Festschicht durch Aufkleben aufgebracht werden. Daneben kann der zweite elektrische Kontakt auch als neue Unterschicht / neues Substrat dienen, auf dem wiederum mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine neue Schicht aufgebracht werden kann. Somit sind erfindungsgemäß auch Multischichtstrukturen denkbar. Auch kann eine Schicht umfassend die erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikel auf eine Schicht umfassend andere erfindungsgemäße beschichtete Szintillatorpartikel aufgebracht werden, so dass auch hier Multilagen entstehen können, die getrennt voneinander oder auch zusammen gesintert werden können.
Gemäß alternativen Ausführungsformen kann auch die Schicht umfassend die erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikel auf einem Substrat aufgebracht werden, welches kein Elektrodenmaterial umfasst, wie beispielsweise Glas, und elektrische Kontakte können dann seitlich des Pulvers in Schritt b) oder des verdichteten Pulvers in Schritt c), also beispielsweise ebenso auf das Substrat neben der Schicht, angebracht werden.
Um die Schicht genauer auf dem Substrat lokalisieren zu können, kann das Aufbringen des Pulvers gemäß bestimmten Ausführungsformen lokal begrenzt werden, beispielsweise unter Verwendung eines Rahmens, weiter bevorzugt unter Verwendung eines Rahmens, der zumindest auf der Innenseite mit einer Anti-Haft-Beschichtung, beispielsweise Teflon^® beschichtet ist. Die Form des Rahmens ist hierbei nicht besonders beschränkt und kann rund/ringförmig, oval, quadratisch, rechteckig oder in einer anderen Form sein. Auch ist die Höhe des Rahmens nicht weiter beschränkt, kann jedoch bevorzugt eine solche Höhe aufweisen wie die Dicke der Schicht, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden soll, oder eine größere Höhe. So kann die Schicht nach der Herstellung gemäß bestimmten Ausführungsformen eine Dicke von wenigstens 1 µm, bevorzugt wenigstens 10 µm und weiter bevorzugt wenigstens 100 µm aufweisen. Nach oben hin ist die Dicke der Schicht vom beabsichtigen Verwendungszweck abhängig, kann aber gemäß bestimmten Ausführungsformen auch mehrere 100 µm (beispielsweise Röntgendetektoren) oder mehr betragen. Das Material des Rahmens ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise Aluminium, Stahl, PVC oder Teflon^® umfassen.
Beim Sintern der erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikel entstehen durch Berührung der einzelnen Pulverkörner Strompfade, auf denen die photogenerierten Ladungsträger zu den Kontakten abgeführt und als Photostrom (bzw. „Röntgenstrom“) nachgewiesen werden können, wie dies beispielsweise in 4 dargestellt ist, in der 31 und 32 Elektroden (beispielsweise jeweils Al und ITO oder ein anderes Material) und 33 die beschichteten Szintillatorpartikel darstellen. In 5 ist eine andere Ausführung eines beispielhaften röntgensensitiven, gammasensitiven bzw. UV-sensitiven Bauteils dargestellt. Hier sind noch zwei zusätzliche Zwischenschichten (Interlayers) 34, 35 zwischen den Kontakten und die gesinterte Schicht eingebracht. Diese haben die Funktion die Injektion von Ladungsträgern von den Elektroden in die gesinterte Schicht zu reduzieren und damit einen geringen Leckstrom (Dunkelstrom) zu ermöglichen. Diese Interlayers sind in der Regel lochleitende organische Halbleiter oder Elektronleitende organische Halbleiter. Als Lochleiter kann man z.B. PEDOT:PSS, P3HT, MDMO-PPV, MEH-PPV, TFB verwenden, während als Elektronenleiter PCBM Anwendung finden kann. Auch anorganische Interlayers sind nicht ausgeschlossen, wie z.B. ZnO oder TiO.
Die Sinterung kann mittels Stempeln (siehe 6) bzw. Walzen (siehe 7) erfolgen, wobei das Substrat 72 auf eine Heizplatte 71 aufgebracht ist, darauf eine untere Elektrode 73, z.B. ITO, Au, Cr, Cu, Ag, Pt, und darauf die Schicht aus beschichteten Szintillatorpartikeln 74. In 6 wird der Druck mg über eine Druckform 75, die in einen Füllring / Rahmen 76 passt, aufgebracht, wobei die Druckform optional beheizt werden kann. Im Fall des Walzens mit einer Walze 70 in 7, welche ebenfalls optional beheizbar ist, sind die Geschwindigkeit, die Temperatur und der Druck die wichtigsten Parameter. Vor dem Walzen kann das fließfähige Halbleitermaterial umfassend die beschichteten Szintillatorpartikel beispielsweise mittels einer Rakel trocken auf das Substrat in entsprechend größerer Dicke homogen geschichtet werden. Im Fall des Stempelns in 6 sind die Temperatur, der Druck und die Zeit die entscheidenden Parameter.
8 und 9 zeigt den Mechanismus des Sintern in mikroskopischer Darstellung. In 8 ist das unverdichtete Pulver der beschichteten Szintillatorpartikel 74 auf dem Substrat 72 in den Füllring 76 eingefüllt. Der Abstand zwischen den Pulverteilchen ist groß und es besteht nicht notwendigerweise ein durchgehender Kontakt. 9 zeigt die gesinterte Schicht der beschichteten Szintillatorpartikel 74 nach der Verdichtung unter Druck und Temperatur. Die Partikel berühren sich und wurden durch das Anschmelzen und Pressen verformt.
Nach der Sinterung wird beispielsweise eine Aluminium-Kathode (Schichtdicke ca. 200 nm) mittels physikalischer Gasphasenabscheidung auf der gesinterten Schicht aufgedampft. Alternativ konnte gezeigt werden, dass es möglich ist bereits während des Sintervorgangs ein Stück ausgestanzte Alufolie als Top-Kontakt / obere Elektrode 77 einzubringen (siehe 10).
Eine weitere Alternative zur Aufbringung eines zweiten Kontakts oder einer zweiten Schicht ist in 11 gezeigt. Dabei werden zwei verschiedene Pulver der beschichteten Szintillatorpartikel 74 und 74‘ übereinander geschichtet und gemeinsam gepresst.
In 12 wird eine weitere Ausführungsform einer „Sintermaschine“ für einen Roll-To-Roll-Prozess vorgestellt. Hierbei handelt es sich um ein „beheizbares Walzwerk“. Prinzipiell gibt es bereits Maschinen die so etwas leisten, etwa in Form elektrofotografische Maschinen (Kopierer und Laserdrucker), und die entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren adaptiert werden können. In 12 ist ein Prinzipschema eines Kopierers abgebildet, der zur Herstellung solcher Sinterschichten auf flexiblen Substraten 80 in der Lage wäre, wenn die Kartusche 84 mit einem Material mit den beschriebenen beschichteten Szintillatorpartikeln gefüllt wird. Die Bildtrommel 86 wird hierbei durch die Aufladevorrichtung 81 elektrostatisch aufgeladen, Licht aus einer Lichtquelle 82 wird durch die Vorlage V, die die zu bildende gewünschte Struktur wie beim Kopieren abbildet, reflektiert und über die Linse 83 auf die Bildtrommel 86 gestrahlt, und somit werden entsprechend Bildbereiche auf der Bildtrommel 86 durch Löschen der Ladung mit dem reflektierten Licht gebildet. Nun wird das Material mit den beschriebenen beschichteten Szintillatorpartikeln mittels der Kartusche 83 auf die Bildtrommel 86 aufgetragen und auf das durch die Auflagevorrichtung 85 geladene Substrat 80 appliziert, wobei das Substrat 80 durch die Bildtrommel 86 und Gegenwalze 88 geführt wird. Als Fixiereinheit sind beheizte Walzen 87 vorgesehen, die beispielsweise bei 140–180°C das Material aufsintern. Alle Materialien des erfindungsgemäßen Sinterprozesses sind elektrostatisch aktiv und könnten aus (Toner)Kartuschen appliziert werden. Auch Elektroden können auf diese Weise appliziert werden.
Für nicht flexible Substrate kann eine adäquate Anordnung der Kopierermodule über einen linearen Substrattransport erfolgen.
Die Herstellung und effiziente Fertigung von (organischen) Schichtsystemen kann somit durch R2R-Prozesse (beispielsweise mehrfacher Durchlauf der Substrate in einer Sinterkaskade) durchgeführt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen beschichteten Szintillatorpartikel zur Detektion von hochenergetischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, Gamma- und/oder Röntgenstrahlung.
Die obigen Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Beispiele
Die Erfindung wird im Anschluss anhand einiger beispielhafter Ausführungsformen dargestellt, die diese jedoch nicht einschränken.
Typisches Bauteil, Elektrische Charakterisierung und Röntgensensitivität:
Ein erfindungsgemäßer typischer Röntgendetektor basiert auf dem Prinzip der 4. Für das vorgeschlagene Material aus 4 wird als Ausführungsbeispiel die Kombination Szintillatorpartikel Gd2O2S:Tb (GOS) ummantelt von einer photo- und elektrisch-aktiven BHJ-Hülle bestehend aus P3HT und PCBM als beschichtete Szintillatorpartikel 33 vorgestellt. Die BHJ-Schicht wird dabei begrenzt durch eine ITO-Anode mit ca. 100 nm Dicke als Elektrode 31 und eine mittels thermischer Aufdampfung abgeschiedenen Al-Kathode als Elektrode 32. Die Schichtdicke der Al-Kathode beträgt ca. 250 nm. Die aktive Diodenfläche beträgt 1mm².
Details zur Synthese:
Herstellung von Sinterschichten bestehend aus Materialien einer BHJ und einem Szintillatormaterial, aufgeteilt in 2 unabhängige Prozessschritte.
Herstellung eines Pulvers aus P3HT/PCBM/GOS für Sinterschichten:
Zunächst wird die Herstellung eines homogen verteilten partikulären Pulvers aus den für die Schichtbildung notwendigen Materialien in einem Chemielabor skizziert. Alle Materialien und Lösemittel werden gereinigt und sauerstofffrei in einer Glovebox oder unter adäquaten Bedingungen vorbereitet, ebenso werden alle Arbeiten bis zur konfektionierten, gebrauchsfähigen Materialmischung unter solchen Bedingungen durchgeführt.
P3HT und PCBM werden dazu im gleichen Masseverhältnis in Chloroform in einem Rundkolben gelöst. Während der Behandlung der Lösung dieses Gemisches in einer Ultraschallwanne werden dann GOS-Partikel (Durchmesser ca. 5 µm, bestimmt durch Coulter Counter sowie mikroskopisch) im 4-fachen Masseverhältnis (bezogen auf die BHJ) zugemischt. Dadurch werden die unlöslichen GOS-Partikel in optimaler Verteilung in der Mischung gehalten. Ist diese Situation erreicht, wird sonografiert und die sonografierte Mischung wird mit dem etwa 1,5-fachen Volumen Ethanol versetzt. Die Ethanolzugabe bewirkt sofort die Bildung feinster in ihrer Zusammensetzung homogener Mischpartikel, die sich nach Abschaltung des Ultraschalls langsam absetzen.
Der Rundkolben wird nun an einem Vakuumrotationsverdampfer mit Inertgasspülung angeschlossen, dass bei der eingestellten Badtemperatur größtenteils das Chloroform aus der Mischung entfernt wird (ca. 30°C). Die zurückbleibende ethanolische Partikelsuspension wird nun mittels einer Schlenkfritte abgesaugt und mehrmals mit Ethanol gewaschen und im Inertgasstrom getrocknet. Die Ausbeuten sind nahezu quantitativ. Vor der Weiterverarbeitung des gewonnenen Halbleitermaterials wird dieses im Inertgas entweder in einem Mörser oder in einer Vibrationkugelmühle fein gemahlen. Diese Nachbehandlung dient nur der Bildung eines fließfähigen Pulvers nach der Trocknung des Fritteninhalts.
Durchführung der Sinterung / Deviceherstellung:
Um eine organische Röntgen-(X-Ray-)Fotodiode mit einer gesinterten P3HT/PCBM/Szintillator-Schicht zu realisieren, wird nun die aktive Fläche einer ITO-Anodenstruktur (z.B. strukturiertes ITO-Glas) mit dem fließfähigen P3HT/PCBM/GOS-Pulver bedeckt. Um gezielte Schichtdicken einzustellen und die zu sinternde Fläche genau zu definieren, kann ein Füllring dessen Durchmesser um ca. 100µm größer ist als derjenige der Druckform (Sinterstempel) auf dem ITO-Substrat aufgesetzt werden. So wird der Materialverbrauch genauestens dosiert und der Sinterrand wird homogen begrenzt. Gleichzeitig wird die Materialmenge vor dem Sinterprozess gewogen und damit eine gute Kontrolle über die spätere Schichtdicke erreicht. Hierbei befindet sich das ITO-Substrat auf einer Heizplatte mit einer Temperaturregelung von Raumtemperatur bis > 160°C. Über eine Druckapparatur wird die Druckform (Sinterstempel) in den Füllring auf das kolloide P3HT/PCBM/GOS Pulver gedrückt. Dabei kommen Drücke im Bereich von 1–20 MPa, beispielsweise ca. 5 MPa, zum Einsatz. Zusätzlich wird die Heizplatte auf eine Temperatur von 140°C geheizt. Druck und Temperatur bewirken nun eine Verdichtung des kolloiden Pulvers auf der ITO Anode. Nach einer Sinterzeit von ca. 5–10 Minuten wird der Druck gelöst und die Druckform schließlich wieder entfernt. Zurück bleibt eine auf der ITO-Anode fixierte, gesinterte Schicht (erzielte Schichtdicke beispielweise 150 µm). Um Rückstände des Pulvers auf der Druckform bzw. ein Aufbrechen der gesinterten Schicht beim Abziehen der Druckform zu verhindern, kann diese z.B. aus Aluminium oder Stahl hergestellte Form auf der Druckfläche mit Teflon (z.B. mittels CVD, chemical vapour deposition) beschichtet werden. Auch eine Druckform komplett aus Teflon ist möglich.
Nach der Sinterung wird eine Aluminium-Kathode (Schichtdicke ca. 250 nm) mittels physikalischer Gasphasenabscheidung auf der gesinterten Schicht aufgedampft.
In 13 ist die Stromdichte-Spannungscharakteristik im Dunklen einer organischen Fotodiode (91) mit einer gesinterten, reinen P3HT/PCBM-Schicht ohne Gd2O2S:Tb-Szintillator dargestellt. Zum Vergleich ist die typische Stromdichte-Spannungscharakteristik einer organischen Fotodiode (92) für die Kombination aus einem Gd2O2S:Tb-Kern ummantelt von einer photo- und elektrisch-aktiven BHJ-Hülle bestehend aus P3HT und PCBM abgebildet. Die Schichtdicken betragen 175 µm für Probe 91 und 90 µm für Probe 92. Für beide Diodenkonzepte wurde die Dunkelstrom-Charakteristik gemessen. Die Dunkelstromdichte erreicht in beiden Fällen bei –10V den Wert 3,0 10–6 mA/cm².
In der 14 wurde für beide Probentypen, d.h. ohne GOS (91) bzw. mit GOS (92), die Röntgensensitivität in Elektronen/nGy/pixel als Funktion der angelegten Sperrspannung gemessen. Dabei wurde der gemessene Strom in Ampere als Funktion der Dosisleistung in Gy/s auf die typische Fläche eines Pixels skaliert. Als typische Pixelgröße wurde eine Fläche von 100 µm × 100 µm angenommen. Für beide Probentypen beobachtet man eine signifikante Zunahme der Röntgensensitivität mit der externen Spannung. Dieser Effekt wird auf die Erhöhung des internen elektrischen Feldes zurückgeführt, wodurch die Extraktion photogenerierter Ladungsträger durch eine zunehmende Bandverbiegung des HOMOs im P3HT bzw. LUMOs im PCBM ansteigt. Auffällig ist die Zunahme der Röntgensensitivität um nahezu eine Größenordnung der GOS/P3HT-PCBM Proben im Vergleich zu reinen P3HT/PCBM Proben. Somit konnte das oben beschriebene Konzept der Röntgenquant-Absorption über den Szintillatorkern mit anschließendem Energietransfer auf und Ladungstransport über die organische Hülle erfolgreich bestätigt werden.
Folglich konnte erstmals ein neuartiges, sinterfähiges Material bestehend aus Szintillator-Partikelkernen mit einer organischer Photodetektions- und Ladungstransport-Schale für die Röntgendetektion demonstriert werden. Dieses Konzept lässt sich analog auf die UV-Detektion bzw. Gammadetektion übertragen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6483099 B1 [0007]
DE 10137012 A1 [0008]
DE 102010043749 A1 [0009]

Claims

Beschichteter Szintillatorpartikel, wobei der Szintillatorpartikel mit einem halbleitenden photoaktiven Material umhüllt ist.
Beschichteter Szintillatorpartikel gemäß Anspruch 1, wobei der Szintillatorpartikel einen Durchmesser von 0.01 bis 50 µm, bevorzugt 0.5 bis 20 µm, weiter bevorzugt von 1 bis 10 µm hat.
Beschichteter Szintillatorpartikel gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Umhüllung des photoaktiven Materials eine Dicke von 15 bis 1500 nm, bevorzugt 50 bis 1000 nm, weiter bevorzugt 100 bis 1000 nm, besonders bevorzugt 150 bis 600 nm hat.
Beschichteter Szintillatorpartikel gemäß einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das photoaktive Material ein organisches photoaktives Material ist.
Beschichteter Szintillatorpartikel gemäß einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das photoaktive Material eine photoaktive Schicht in Form einer Bulk Hetero Junction ist.
Verfahren zur Herstellung beschichteter Szintillatorpartikel, wobei mindestens ein halbleitendes photoaktives Material mittels zumindest eines ersten Lösungsmittels in Lösung gebracht wird, die Szintillatorpartikel zu der Lösung zugegeben werden, anschließend durch Zugabe einer weiteren Substanz die beschichteten Szintillatorpartikel ausgefällt werden und schließlich das erste Lösungsmittel und die weitere Substanz entfernt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Szintillatorpartikel in dem ersten Lösungsmittel nicht löslich sind.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei das photoaktive Material mindestens zwei organische Verbindungen umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorgehenden verfahrensbezogenen Ansprüche, wobei die Szintillatorpartikel zur Lösung zugegeben werden, während die Lösung Ultraschallwellen ausgesetzt ist.
Verfahren gemäß einem der vorgehenden verfahrensbezogenen Ansprüche, wobei die beschichteten Szintillatorpartikel nach dem Entfernen des ersten Lösungsmittels und der weiteren Substanz zu einem Pulver gemahlen werden.
Röntgendetektor, Gammadetektor oder UV-Detektor, umfassend beschichtete Szintillatorpartikel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
Röntgendetektor, Gammadetektor oder UV-Detektor gemäß Anspruch 11, umfassend ein Substrat mit einem ersten elektrischen Kontakt und optional einer ersten Zwischenschicht, eine Schicht, umfassend die beschichteten Szintillatorpartikel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, optional eine zweite Zwischenschicht, und einen zweiten elektrischen Kontakt.
Verfahren zur Herstellung eines Röntgendetektors, Gammadetektors oder UV-Detektors, umfassend a) Bereitstellen eines Pulvers, umfassend beschichtete Szintillatorpartikel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5; b) Aufbringen des Pulvers auf ein Substrat, umfassend einen ersten elektrischen Kontakt und optional eine erste Zwischenschicht; c) Ausüben von Druck zur Verdichtung des Pulvers; d) optional Aufbringen einer zweiten Zwischenschicht; und e) Aufbringen eines zweiten elektrischen Kontakts.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei in Schritt c) vor dem Ausüben des Drucks zur Verdichtung des Pulvers das Substrat aufgeheizt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei das Ausüben von Druck durch Verwenden eines Stempels oder eine Rolle erfolgt.
Verwendung von beschichteten Szintillatorpartikeln gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Detektion von hochenergetischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, Gamma- und/oder Röntgenstrahlung.