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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Strahlungsdosis,
insbesondere einer Röntgenstrahlungsdosis,
welche Vorrichtung Strahlung absorbiert und ein ein Maß für die Dosis
darstellendes absorptionsbedingtes Ausgangssignal liefert.
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Bei
Strahlungsbildaufnahmeeinrichtungen, insbesondere bei Röntgeneinrichtungen,
wie sie vornehmlich in der medizinischen Diagnostik eingesetzt werden,
ist es notwendig, die Dosis der Strahlung, die den zu untersuchenden
Patienten trifft, möglichst genau
zu regeln. Hierzu dient üblicherweise
eine automatische Dosisregelung (Automatic Exposure Control), bei
der entweder die auf den Detektor auftreffende Strahlungsdosis oder
die hinter dem Detektor noch vorhandene, nicht absorbierte Strahlungsdosis gemessen
wird. Mit Hilfe dieses Messwertes wird dann der Generator der Röntgenröhre geregelt.
Dabei wird meist die Dauer des abgegebenen Röntgenpulses variiert.
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Bislang
wurde für
eine solche automatische Dosisregelung eine Ionisationskammer verwendet, die
vor dem Röntgendetektor
oder der Filmkassette angeordnet war. Diese Ionisationskammer, die
in der Regel mehrere flächige
Absorptionsbereiche aufweist, liefert ein vom Grad der absorbierten
Strahlungsdosis abhängiges
Ausgangssignal, das den Generator steuert. Nachteilig bei einer
solchen Ionisationskammer ist jedoch ihre Absorption im Strahlengang,
die insbesondere bei der Mammographie störend ist, ferner ihre Dicke
von bis zu ca. 12 mm und schließlich
ihre Neigung zur Mikrophonie.
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Wie
beschrieben, sind vor dem Detektor oder der Filmkassette angeordnete
Ionisationskammern bei Mammographie-Aufnahmen aufgrund der Kammergröße und der
Kammerabsorption störend, weshalb
in solchen Fällen
die Dosismessvorrichtung hinter dem Detektor oder der Filmkassette
angeordnet ist und man hierfür
eine Silizium-Diode verwendet, die die verbleibende Röntgenstrahlung,
die z.B. durch das Film-Folien-System transmittiert wird, absorbiert
und ein elektrisches Signal erzeugt, das wiederum zur Regelung eingesetzt
wird.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben,
die eine Dosiserfassung vor dem Detektor oder der Filmkassette unter Vermeidung
der eingangs genannten Probleme ermöglicht.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass sie wenigstens eine auf einem folienartigen Träger angeordnete
Absorptionsstruktur aus übereinander
angeordneten Dünnfilmschichten
umfassend wenigstens eine das Ausgangssignal liefernde Dünnfilm-Diodenstruktur
aufweist.
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Die
Erfindung schlägt
die Verwendung einer sandwichartig aufgebauten Dünnfilm-Absorptionsstruktur
vor, wobei der Schichtstapel eine Diodenstruktur umfasst, die das
absorptionsbedingte Ausgangssignal liefert. Die Verwendung sehr
dünner Schichten
wie auch eines folienartigen Trägers,
der selbst möglichst
wenig Strahlung absorbieren sollte, führt insgesamt zu einer äußerst dünnen Messanordnung,
die auch bei geringer einfallender Strahlungsdosis bzw. geringem
Absorptionsgrad ein hinreichendes elektrisches Signal erzeugt, um
eine exakte Dosismessung vorzunehmen. Darüber hinaus bietet die Verwendung
der sehr dünnen
Schichten die Möglichkeit,
eine solche Vorrichtung auch für
sensible Untersuchungen wie beispielsweise in der Mammographie einzusetzen,
da die sich aus der Größe und Dicke
bekannter Ionisationskammern ergebenden Nachteile hier nicht mehr
gegeben sind. Schließlich
zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch keinerlei Neigung zur Mikrophonie, da keine schwingungsfähigen Luftkammern
vorhanden sind. Ein weiterer Vorteil der Dünnschichtausführung der
Vor richtung, die dünner als
2 mm, vorzugsweise dünner
als 1 mm ausgeführt werden
kann, besteht darin, dass sie flexibel ist, also kein starres System
darstellt und so die Möglichkeit besteht,
sie z. B. an unebene Detektoren einfach anzupassen.
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Die
Diodenstruktur selbst umfasst erfindungsgemäß zwei Filmelektroden und eine
dazwischen angeordnete fotoaktive Halbleiter-Filmschicht, in der
strahlungsbedingt Elektron-Loch-Paare
erzeugt werden und damit ein Ausgangssignal generiert wird, das
abhängig
von der einfallenden Strahlungsdosis ist.
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Nach
einer besonders vorteilhaften Erfindungsausgestaltung ist vorgesehen,
dass die Halbleiterschicht aus einem oder mehreren organischen Halbleitern
besteht. Der besondere Vorteil solcher organischer Halbleiter ist
die einfache Verarbeitungsmöglichkeit
und die Möglichkeit,
extrem dünne Schichten
auch großflächig erzeugen
zu können.
Es ist z. B. ohne Weiteres denkbar, Schichten mit einer Dicke von
typischerweise ≤ 1 μm auf einer
Fläche, die
z. B. der Detektorgröße entspricht,
herzustellen. Dabei kann eine Halbleiter-Filmschicht aus einem einzigen
Halbleiter bestehen, alternativ auch aus einer Mischung aus zwei
oder mehr unterschiedlichen Halbleitertypen.
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Dabei
kann nach einer ersten Erfindungsausgestaltung die Halbleiter-Filmschicht
aus wenigstens einem organischen Halbleiter, der als Donator wirkt
und einem zugemischten, als Akzeptor wirkenden Material bestehen.
Es kommt hier also eine Donator/Akzeptor-Polymermischung zum Einsatz,
wobei eine Komponente als Elektronendonator und die andere als Elektronenakzeptor
wirkt.
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Alternativ
hierzu besteht die Möglichkeit, eine
Hetero-Diodenstruktur
zu bilden. Es wird nach dieser Erfindungsausgestaltung innerhalb
der Dioden-Filmschicht ein Hetero-Übergang
ausgebildet, d. h. ein der Ladungsträgertrennung dienender pn- und Dichteübergang,
realisiert durch die Ver wendung unterschiedlicher Halbleitermaterialien.
Dabei kann vorgesehen sein, zwei Teilschichten aus unterschiedlichen
Halbleitern zu verwenden, die einen Hetero-Übergang bilden. Nach dieser
Erfindungsausgestaltung wird also eine echte Materialgrenze, die
den Hetero-Übergang
definiert, realisiert. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit,
beide Halbleiter zu mischen, so dass sich im gesamten Schichtvolumen
eine Vielzahl von lokalen Hetero-Übergängen ausbildet.
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Eine
weitere Erfindungsalternative zu den beschriebenen Ausgestaltungen
sieht vor, die Halbleiter-Filmschicht aus einem Halbleiter zu bilden,
der unter Ausbildung eines pn-Übergangs
in einer Teilschicht p-dotiert und in der anderen Teilschicht n-dotiert
ist. Man realisiert also einen „echten" dotierungsbedingten pn-Übergang
zur Ladungstrennung. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass sämtliche
der beschriebenen Ausführungsformen
primär
unter Verwendung organischer Halbleiter als Halbleiterschichtbasis
realisiert werden sollten.
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Als
organische Halbleitermaterialien können beliebige Polymere oder
Kunststoffe verwendet werden, solange ihnen halbleitende Eigenschaften
zukommen. Zu nennen sind exemplarisch halbleitende konjugierte Polymere,
deren Derivate, niedermolekulare Halbleiter oder monomer, oligomer
oder polymer vorliegende halbleitende Kunststoffe.
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Im
Hinblick auf eine möglichst
geringe Absorption im Bereich der Filmelektroden sieht eine vorteilhafte
Erfindungsausgestaltung ferner vor, dass eine oder beide Filmelektroden
aus einem leitfähigen,
vorzugsweise dotierten Polymer bestehen, um eine hohe optische Transparenz
zu gewährleisten. Wenn
diese Transparenz nicht erforderlich ist, können alternativ auch dünne Metallfilme
oder Metalllegierungsfilme oder Metall- oder Legierungsoxidfilme verwendet
werden. Die Schichtdicken sollten möglichst gering sein, um die
Strahlungsabsorption in der Elektrode möglichst gering zu halten.
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Der
folienartige Träger
selbst kann eine Kunststofffolie sein, alternativ dazu ist auch
eine Glasfolie verwendbar, wobei diese in ihrer Röntgenabsorption
nicht vernachlässigbar
ist und infolge dessen deren Dicke möglichst gering sein sollte.
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Wie
beschrieben, lässt
sich mit einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. einer
solchen erfindungsgemäßen Absorptionsstruktur
ein nur eine äußerst geringe
Strahlungsabsorption zeigendes Messelement realisieren, das in vielen
Anwendungsfällen
ein hinreichendes elektrisches Signal erzeugt. Es kann allerdings
vorkommen, dass aufgrund der niedrigen Strahlungsabsorption der
erfindungsgemäßen Absorptions-
oder Diodenanordnung das elektrische Signal sehr klein ist. Um dies
zu verbessern, sieht eine besonders vorteilhafte Erfindungsausgestaltung
ferner vor, dass innerhalb der Absorptionsstruktur ein Szintillatormittel
eingebunden ist. Das Szintillatormittel bzw. der Szintillator dient
dazu, die einfallende Strahlung, also beispielsweise die Röntgenstrahlung
in sichtbares Licht zu wandeln, das dann für die Generation des elektrischen
Ausgangssignals verwendet wird und im organischen Halbleitermaterial
zur Ladungsträgergeneration
führt.
Während
das Szintillatormittel nur sehr wenig Röntgenstrahlung absorbiert,
mithin also der Absorptionsgrad nur unwesentlich erhöht wird,
lässt sich
das erzeugte Signal aber soweit verstärken, dass es gut auswertbar
ist.
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Dabei
kann nach einer ersten Erfindungsausgestaltung das Szintillatormittel
in Form einer Dünnfilmschicht
auf einer der Filmelektroden aufgebracht sein. Bei dieser Erfindungsausgestaltung
liegt das Szintillatormittel bzw. die Szintillatorschicht zu Oberst,
wird also unmittelbar mit der einfallenden Strahlung belegt. Die
erzeugten Lichtquanten werden durch die Filmelektrode hindurch in
die darunter liegende Halbleiter-Filmschicht eingekoppelt.
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Alternativ
dazu besteht die Möglichkeit,
das Szintillatormittel in die Filmelektrode einzubinden. Hier wird
der Szintillator als äußerst feinkörniges Pulver
in das Elektrodenmaterial, vorzugsweise ein leitfähiges Polymermaterial,
eingemischt. Der Filmelektrode kommt hier also eine Doppelfunktion
zu, nämlich
zum einen die der Kontaktierung, zum anderen die einer Szintillatorschicht.
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Eine
besonders vorteilhafte Erfindungsausgestaltung sieht schließlich vor,
das Szintillatormittel in die fotoaktive Halbleiter-Filmschicht
einzubinden. Hier wird das Szintillatormaterial in sehr feinverteilter Form,
primär
in Form sog. Nano-Partikel unmittelbar in den organischen Halbleiter
eingebracht. Die so erhaltene Halbleiterschicht leuchtet beim Durchgang von
Röntgenstrahlung
aufgrund der Strahlungskonvertierung durch den Szintillator von
innen, wodurch im gesamten Schichtvolumen Elektronen-Loch-Paare
erzeugt werden. D. h., die Umwandlung der einfallenden Strahlung
in sichtbares Licht erfolgt unmittelbar am Ort der Ladungsträgergeneration,
ein Einkoppeln von außen
in die fotoaktive Halbleiterschicht ist nicht mehr erforderlich.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann aufgrund ihres Film- oder
Schichtaufbaus sehr dünn
hergestellt werden. Ihre Gesamtdicke einschließlich folienartigem Träger und
Absorptionsstruktur kann ≤ 2 mm,
vorzugsweise ≤ 1
mm sein. Die Dicke der fotoaktiven Halbleiterschicht selbst kann ≤ 2 μm, insbesondere ≤ 1 μm sein. Die
Dicke einer Filmelektrode sollte ≤ 2 μm, insbesondere ≤ 1 μm und vorzugsweise ≤ 100 nm sein,
insbesondere im Falle der Verwendung von Metall- oder Legierungselektroden
oder entsprechender oxidischer Elektroden, wo die Schichtdicke vorzugsweise
im Bereich von 10 nm oder darunter liegen sollte.
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Die
die Absorptionsstruktur bildenden Schichten können auf unterschiedlichste
Weise erzeugt werden. Exemplarisch zu nennen ist hier die thermische
Verdampfung, die Kathodenzerstäu bung, Lösungsschleudern
oder in einem Druckverfahren, insbesondere Siebdruckverfahren.
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Wie
beschrieben, lässt
die Ausbildung als Filmstruktur insbesondere unter Verwendung organischer
Halbleiter die sehr dünne,
aber gleichzeitig großflächige Erzeugung
geeigneter Schichten und damit geeigneter Strukturen zu. Nach einer
zweckmäßigen Ausgestaltung
sind infolge dessen auf dem Träger
mehrere nebeneinander liegende Absorptionsstrukturen, die separate
Ausgangssignale liefern, vorgesehen. Es besteht also die Möglichkeit,
die Messvorrichtung in einer Größe herzustellen,
die der Größe des beispielsweise
als flacher Festkörperdetektor
ausgeführten
Detektors entspricht, herzustellen, wobei beispielsweise 3 oder
4 Absorptionsstrukturen, die zusammengesetzt annähernd der Detektorfläche entsprechen,
Teil der Vorrichtung sind. Zwischen diesen Absorptionsstrukturen
kann umgeschaltet werden, d. h. es können ihre separate Ausgangssignale
aufgenommen und ausgewertet werden, so dass lokale Dosismessungen über die
gesamte Detektorfläche
möglich
sind. Eine besonders vorteilhafte Erfindungsausgestaltung sieht
dabei vor, die mehreren Absorptionsstrukturen nach Art einer Matrix
auf dem Träger
verteilt anzuordnen. Es besteht beispielsweise die Möglichkeit,
bei einer Detektorgröße von 40
cm × 40
cm eine Matrix von 10 × 10 Absorptionsstrukturen
oder 100 × 100
Absorptionsstrukturen über
die Detektorfläche
zu verteilen. Jede Absorptionsstruktur liefert ein separates Ausgangssignal
und kann separat ausgelesen bzw. angesteuert werden. Natürlich besteht
hier auch die Möglichkeit, gleichzeitig
mehrere Absorptionsstrukturen auszulesen und mehrere Absorptionsstrukturen
zusammen zu schalten, wobei sich bei dieser Erfindungsausgestaltung
dann beliebige Absorptionsstrukturmuster zusammenschalten lassen
und beliebige lokale Flächenbereiche
oder -formen abgreifen lassen.
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Wenngleich
die Möglichkeit
besteht, die erfindungsgemäße Vorrichtung
als separates, einem Strahlungsdetektor vorzusetzendes Bauteil auszuführen, sieht
eine besonders zweckmäßige Er findungsausgestaltung
vor, dass sie an einem Strahlungsdetektor, insbesondere einem Festkörper-Strahlungsdetektor
angeordnet ist, mit diesem also quasi herstellerseitig fest verbunden
ist. Strahlungsdetektor und Messvorrichtung bilden also ein gemeinsames
Bauteil.
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Neben
der erfindungsgemäßen Vorrichtung betrifft
die Erfindung ferner eine Einrichtung zur Strahlungsbildaufnahme,
umfassend eine Strahlungsquelle sowie einen Strahlungsempfänger sowie eine
Vorrichtung zur Messung der Strahlungsdosis der vorbeschriebenen
Art.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze einer
erfindungsgemäßen Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung
unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung,
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2 eine Prinzipskizze einer
erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung
einer ersten Ausführungsform,
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3 eine Prinzipskizze einer
erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung
einer zweiten Ausführungsform,
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4 eine Prinzipskizze einer
erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung
einer dritten Ausführungsform,
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5 eine Prinzipskizze einer
erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung
einer vierten Ausführungsform,
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6 eine Prinzipskizze einer
erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung
einer fünften
Ausführungsform,
und
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7 eine Aufsicht auf eine
erfindungsgemäße Dosismessvorrichtung
mit matrixartig angeordneten Absorptionsstrukturen.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung
bestehend aus einer Strahlungsquelle 1, z. B. einer Röntgenröhre mit
zugeordnetem Hochspannungsgenerator 2, die ein Strahlungsbündel 3 erzeugt.
Nach Durchdringen des zu untersuchenden Objekts oder Patienten 4 trifft
die Strahlung auf einen Detektor 5, z. B. einen Festkörper-Flachdetektor
auf der Basis von amorphem Silizium. Das erzeugte Bildsignal wird
in einem Bildsystem 6 verarbeitet. Die Strahlungsbilder
können
auf dem Monitor 7 betrachtet werden.
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Im
Strahlengang vor dem Strahlungsdetektor 5 befindet sich
eine erfindungsgemäße Dosismessvorrichtung 8,
die eine Dünnfilm-Diodenstruktur
aufweist, die ein dosisabhängiges
Ausgangssignal liefert. Der Dosismessvorrichtung 8 ist
eine Ausleseeinheit 9 sowie ein Ausleseverstärker 10 nachgeschaltet, über die
die Ausgangssignale der Dosismessvorrichtung 8 ausgelesen
und verstärkt
werden, wobei der Ausleseverstärker 10 dann
ein Steuerungssignal an den Hochspannungsgenerator 2 gibt,
um damit die Dosis zu regeln.
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2 zeigt in Form einer Prinzipskizze
den grundsätzlichen
Aufbau einer erfindungsgemäßen Dosismesseinrichtung 8a,
die als Dosismesseinrichtung 8 in der in 1 gezeigten Einrichtung verwendet werden
kann. Vorgesehen ist ein Substrat oder ein Träger 11, der üblicherweise
aus einer Polyester-Folie
mit einer Dicke von 20 μm
bis 200 μm
besteht. Verwendbar sind auch Polyimidfolien oder dünne Glasfolien
mit einer Dicke im oben angegebenen Bereich, wobei bei letzterer
die Röntgenabsorption nicht
vernachlässigbar
ist. Grundsätzlich
handelt es sich um eine sehr dünne
Trägerstruktur,
die dem insgesamt sehr dünnen
Schichtaufbau zuträglich
ist.
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Ferner
sind zwei Filmelektroden 12, 14 vorgesehen, zwischen
denen sich eine fotoaktive Halbleiter-Filmschicht 13 befindet.
In der Halbleiter-Filmschicht 13 werden abhängig von
der einfallenden Strahlung Elektron-Loch-Paare erzeugt, über die
beiden Filmelektroden 12 wird das entsprechende Signal
abgegriffen und nach außen
geführt.
Die Filmelektroden 12, 14 sind vornehmlich aus
leitfähigen,
dotierten Polymeren, wie z.B. Polyethylendioxithiofen oder Polyanilin,
und werden vornehmlich in einer Dicke von typisch 100 nm aufgebracht,
um eine hohe optische Transparenz zu gewährleisten. Wenn diese Transparenz
nicht erforderlich ist, kann die Schichtdicke auch auf ca. 1 μm gesteigert
werden, um eine besonders gute Leitfähigkeit zu erzielen. Alternativ dazu
können
die Filmelektroden 12, 14 auch aus dünnen Metallfilmen
gebildet werden, wobei Aluminium und Titan besonders geeignet sind.
Verwendet werden können
aber auch Kupfer, Silber oder Gold, Calcium, Barium, LiF/Al oder
dergleichen. Die minimal notwendigen Schichten betragen nur 1 – 10 nm, so
dass die Röntgenabsorption
in der Metallelektrode sehr gering bleibt. Weitere mögliche Materialien
für die
Elektroden sind Metalloxide wie z.B. Zinkoxid oder Indiumzinnoxid
(ITO).
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Als
Materialien für
die Halbleiter-Filmschicht 13 eignen sich unter anderem
konjugierte Polymere wie Polyphenylenvinylen (PPV), Polythiophen
und deren Derivate oder niedrigmolekulare organischer Halbleiter
wie z.B. Phtalocyanine oder Fullerene (C-60). Beispiele typischer
halbleitender konjugierte Polymere beinhalten (nicht abschließende Aufzählung):
- – Polyacetylene
(PA) und Derivate davon,
- – Polyisothianaphtene
(PITN) und Derivate davon,
- – Polythiophene
(PT) und Derivate davon,
- – Polypyrrole
(PPr) und Derivate davon,
- – Poly(2,5-theinylenvinylene)
(PTV) und Derivate davon,
- – Polyfluorene
(PF) und Derivate davon,
- – Poly(p-phenylene)
(PPP) und Derivate davon,
- – Poly(phenylenvinylene)
(PPV) und Derivate davon,
- – Polyquinoline
und Derivate davon,
- – Polykarbozole
und Derivate davon,
- – Phtalocyanine
und Derivate davon
- – sowie
halbleitendenes Polyanilin (Leukoemeraldine und/oder Leukoemeraldine
Base).
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Die
Schichtenfolge Filmelektrode 12, Halbleiter-Filmschicht 13,
Filmelektrode 14 bildet ein MIM-Bauelement (Metal-Insulator-Metal)
beziehungsweise eine Schottky-Diode. Die Dicke der Halbleiter-Filmschicht
beträgt
typischerweise 1 μm oder
weniger.
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Geeignete
fotoaktive Schichten können
ferner auch aus einem oder mehreren halbleitenden Kunststoffen,
die monomer, oligomer und/oder polymer vorliegen bestehen. Diese
Schichten können auch
anorganische Teilchen und/oder Nanoteilchen umfassen, wobei diese
anorganischen Teilchen und/oder Nanoteilchen mit ähnlichen
oder unterschiedlichen Elektronenaffinitäten und/oder mit ähnlichen
oder unterschiedlichen Bandlücken
wie das halbleitende Kunststoffmaterial vorliegen können. Auch
können
Mischungen aus zwei oder mehreren konjugierten organischen Kunststoffen
und dergleichen verwendet werden.
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Die
dünnen
Schichten – seien
es die Filmelektroden oder die Halbleiter-Filmschichten – bestehend
aus organischen Molekülen,
Oligomeren oder molekularen Mischungen können beispielsweise durch thermische
Verdampfung oder Kathodenzerstäubung
erzeugt werden. Dünne
Schichten aus konjugierten Polymeren und Mischungen mit konjugierten
Polymeren können
durch Spincoaten (Lösungsschleudern),
aber auch durch gängige
Druckmethoden wie z.B. Siebdruck, Tintenstrahldruck, Flexodruck,
Tiefdruck, Hochdruck, Flachdruck oder andere ähnliche Lösungsmittelabscheidungsprozesse
erzeugt werden.
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Auch
ist es möglich,
die Halbleiter-Filmschicht 13 in Form einer Donator/Akzeptor-Polymermischung
zu bilden. Die oben genannten Beispiele typischer halbleitender
konjugierter Po lymere wirken alle als Donator, geeignete Akzeptoren
können
beispielsweise Poly(cyanophenylenvinylene), Fullerene wie C-60 und dessen funktionelle
Derivate (wie PCBM, PCBR) und organische Moleküle, organometallische Moleküle oder
anorganische Nanoteilchen (wie z.B. CdTe, CdZnTe, CdSe, CdS, CuInSe2) sein, wobei diese Akzeptor-Beispiele nicht
abschließend sind.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung 8b zeigt 3. Der Aufbau ist grundsätzlich der
gleiche wie bezüglich
der Dosismessvorrichtung 8a in 2 beschrieben, jedoch unterscheidet sich
diese Ausführungsform
in der Halbleiter-Filmschicht 13. Die Halbleiter-Filmschicht 13 in
diesem Ausführungsbeispiel ist
als Hetero-Übergang
oder alternativ dazu als PN-Übergang
ausgebildet. Die Halbleiter-Filmschicht 13, die einen echten
Hetero-Übergang
zeigt, besteht aus einer ersten Teilschicht 15 und einer
zweiten Teilschicht 16, die beide aus unterschiedlichen
Materialien bestehen. Dabei kann eine dieser Teilschichten aus einem
der oben beschriebenen konjugierten Polymere oder einer Polymermischung
bestehen. Die andere Teilschicht kann z.B. aus einem der oben beschriebenen
niedrigmolekularen organischen Halbleiter oder einer Mischung davon
bestehen. Weitere mögliche
Halbleiter sind z.B. Cyano-Polyphenylenvinylene (CN-PPV). An der Grenzfläche zwischen
den beiden Teilschichten 15 und 16 entsteht bei
dieser beschriebenen Anordnung ein Hetero-Übergang.
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Alternativ
dazu kann die in 3 gezeigte Halbleiter-Filmschicht 13 auch
als einen pn-Übergang
aufweisende Schicht ausgebildet sein, so dass sich insgesamt eine
pn-Diode ergibt. Eine solche pn-Schicht geht von einem einheitlichen
Halbleitermaterial oder einer Materialmischung aus, die aber in den
beiden Teilschichten 15 und 16 unterschiedlich dotiert
ist. Eine Teilschicht ist mit einem Donator (n-Typ-Dotierung), die
andere mit einem Akzeptor (p-Typ-Dotierung) dotiert. Als Donator
wirkendes n-Halbleitermaterial kann z.B. Polythiophen (PT) oder
Polyphenylenvinylen (PPV) verwendet werden, als Akzeptor, also als
p-Dotierung kann z.B. ein Fulleren C-60 verwendet werden. In diesem
Fall geht man also von einem grundsätzlich als Donator wirkenden
Halbleitermaterial (nämlich
PT oder PPV) aus, dieses bildet z.B. die n-Teilschicht 15,
die p-Teilschicht (z.B. die Teilschicht 16) wird durch
entsprechende Dotierung erzeugt.
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Alternativ
zu der echten Schichtdotierung wie in 3 gezeigt
ist es möglich,
volumenhafte Hetero-Übergänge auszubilden,
wozu die beiden unterschiedlichen Halbleitermaterialien gemischt
werden, so dass sich im gesamten Schichtvolumen Hetero-Übergänge ausbilden
und nicht nur an der Grenzfläche.
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Die
niedrige Röntgenabsorption
der erfindungsgemäßen Absorptionsanordnung
oder Diodenstruktur kann allerdings dazu führen, dass das erzeugte elektrische
Signal sehr klein ist. Dies kann man dadurch verbessern, dass man
zusätzlich
einen Szintillator anordnet, der einerseits so dünn ist, dass er nur sehr wenig
Röntgenstrahlung
absorbiert, andererseits aber das Signal so weit verstärkt, dass
es gut auswertbar ist.
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Eine
erste erfindungsgemäße Ausführungsform
einer solchen Dosismessvorrichtung 8c zeigt 4. Auch hier kommen ein
Träger 11,
die beiden Filmelektroden 12 und 14 sowie die
dazwischen befindliche Halbleiter-Filmschicht 13 zum Einsatz.
Die grundsätzliche
Ausgestaltung kann so wie bezüglich der 2 und 3 beschrieben sein. Auf der oberen Filmelektrode 13 ist
bei dieser Ausführungsform
eine dünne
Szintillatorschicht 17 aufgebracht, um die Empfindlichkeit
zu erhöhen.
Die Szintillatorschicht wandelt einfallende Strahlung in sichtbares
Licht um, das dann durch die Filmelektrode 14 (die vorzugsweise
optisch transparent ist) hindurch in die Halbleiter-Filmschicht 13 zur
Erzeugung der Elektron-Loch-Paare eingekoppelt wird. Die Szintillatorschicht 17 kann
z.B. eine Gadoliniumoxisulfidschicht (Gd2O2S) sein, mit einer Belegung von z.B. 3 mg/cm2. Das Gadoliniumoxisulfid-Pulver weist eine
Korngröße zwischen
7 – 12 μm auf, das
Pulver kann in einer Lösung
aus Polyvinylchlorid in Butylacetat suspendiert werden. Nach dem
Auftragen der Suspension auf die Diodenstruktur wird die Schicht
für mehrere Stunden
bei 40°C
getrocknet, so dass sich die verfestigte Szintillatorschicht 17 ausbildet.
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Eine
alternative Ausführungsform
einer Dosismesseinrichtung 8d unter Verwendung eines Szintillatormittels
zeigt 5. Bei dieser
Ausführungsform
kommen keine separate Filmelektrode 14 und separate Szintillatorschicht 17 zum
Einsatz, viel mehr wird hier eine Elektrode 18 aufgebracht,
die ein Szintillatormaterial in Form eines feinen Pulvers enthält. Das
heißt,
das Szintillatormaterial ist in das Elektrodenmaterial eingemischt.
Beispielsweise wird ein leitfähiges
Polymer mit dem oben beschriebenen Gadoliniumoxisulfid-Pulver vermischt,
aufgebracht und entsprechend ausgehärtet. Dieser Elektrode 18 kommt
hier also eine Doppelfunktion zu, nämlich zum einen die der Elektrode,
zum anderen die des Szintillators. Diese Anordnung ist insoweit
vorteilhaft, als die Einkopplung des szintillatorseitig erzeugten Lichts
in die Halbleiter-Filmschicht 13 aufgrund des direkten
Kontaktes unmittelbar erfolgt.
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Eine
weitere besonders bevorzugte Ausführungsform einer Dosismessvorrichtung 8e zeigt 6. Hier wird das Szintillatormaterial
in sehr fein verteilter Form insbesonders als Nanopartikel direkt in
die organische Halbleiter-Filmschicht eingebracht. Die Pulverpartikel
des Szintillators haben eine Größe von ca.
2 – 7
nm, sind also äußerst fein,
um zum einen sehr fein und homogen verteilt werden zu können, und
um es zum anderen zu ermöglichen,
die Halbleiter-Filmschicht 19 in der geforderten Dicke ≤ 1 μm herstellen
zu können.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass bei einfallender Strahlung
die Umwandlung derselben durch den Szintillator unmittelbar in der
Halbleiter-Filmschicht 19 erfolgt, die Halbleiter-Filmschicht
leuchtet bei Strahlungsdurchgang vom innen. Hierdurch werden im
gesamten Volumen Elektron-Loch-Paare er zeugt, da im gesamten Volumen
die Strahlungskonvertierung durch den Szintillator erfolgt.
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Schließlich zeigt 7 eine Aufsicht auf eine Dosismessvorrichtung 8,
die nach einer der beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein
kann. Gezeigt ist der folienartige Träger 11, auf dem nach Art
einer Matrix verteilt eine Vielzahl von Absorptionsstrukturen 20 vorgesehen
sind. Jede der Absorptionsstrukturen umfasst eine Diodenstruktur,
wie sie in den vorangegangenen Beispielen beschrieben sind, gegebenenfalls
auch ein Szintillatormittel, je nachdem wie die Messvorrichtung
ausgestaltet ist. Jede Absorptionsstruktur 20 liefert ein über die
entsprechend geführten
Elektroden abgreifbares separates lokales Ausgangssignal, das die
lokale Dosis beschreibt. Die Ausgangssignale können separat ausgelesen werden.
Die einzelnen Absorptionsstrukturen können auch beliebig miteinander
verschaltet werden, um unterschiedliche Auslesemuster zu bilden.
Alternativ zu der in 7 beschriebenen
Ausführungsform
besteht natürlich
auch die Möglichkeit, lediglich
die Filmelektroden 12 und 14 lokal vorzusehen
und eine Halbleiter-Filmschicht, die den gesamten Träger 11 belegt,
anzuordnen. Das heißt,
nachdem die Filmelektroden 12 und 14 nur lokal
vorgesehen sind, dass auch nur lokale Ausgangssignale ausgelesen
werden. Auch bei dieser Ausführungsform ist
es möglich,
die Dosisregelung der Röntgenanlage auf
der Basis des interessierenden Bildbereichs, der durch geeignetes
Zusammenfassen der matrixartigen Absorptionsstrukturen definiert
wird, vorzunehmen.
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Abschließend ist
noch darauf hinzuweisen, dass die Dosismessvorrichtung 8 gleich
welcher konkreten Ausprägung
direkt mit dem Steuerungsdetektor 5 verbunden ist, sie
zusammen also ein gemeinsames Bauteil bilden.