DE10323584B4 - Anordnung zur Detektion von Röntgenstrahlung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Anordnung zur Detektion von Röntgenstrahlung und Verfahren zu deren Herstellung Download PDF

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Abstract

Anordnung zur Detektion von Röntgenstrahlung mit einer sensitiven Schicht aus einem halbleitenden Werkstoff, der Röntgenstrahlung absorbiert, Webel diese sensitive Schicht an einer Seite mit einer Deckelektrode elektrisch leitend kontaktiert ist und an der dieser Seite, gegenüberliegenden Seite der sensitiven Schicht Detektorelemente, die jeweils elektrisch zueinander isoliert sind, angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen sensitiver Schicht (1) und den Detektorelementen (2) eine Barriereschicht (4) aus amorphem Kohlenstoff oder als eine galvanisch abgeschiedene Metallschicht ausgebildet ist,
die den einzelnen Detektorelementen (2) lokal zugeordnete elektrisch leitende Barriereschichtbereiche (4') aufweist,
die durch Trennstege (5) aus dielektrischem Stoff oder mit erhöhtem spezifischen elektrischen Widerstand voneinander getrennt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Detektion von Röntgenstrahlung sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Anordnungen. Sie kann auf den verschiedensten Gebieten der Technik, wie beispielsweise bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, in der medizinischen Diagnostik aber auch für viele sicherheitsrelevante Anwendungen eingesetzt werden.
  • Röntgenstrahlungstechnik wird seit längerer Zeit eingesetzt und in der jüngeren Vergangenheit sind Entwicklungen getätigt worden, Röntgenstrahlung in Verbindung mit elektronischer Auswertung, als so genannte digitale Röntgenpixelsysteme einzusetzen.
  • Dadurch können durch den Einsatz relativ großformatiger Röntgendetektorelemente auf diese auftreffende Röntgenstrahlung ortsaufgelöst erfasst und ein digi tales Abbild in elektronischer Form zur Verfügung gestellt werden. Die so erhaltenen elektronischen Signalwerte können gespeichert und ausgewertet werden. Selbstverständlich ist aber auch eine bildliche Darstellung sofort oder nachfolgend zeitversetzt mit Hilfe von elektronischer Bildwiedergabetechnik (Monitore, Displays) oder auch ein Ausdruck auf Papier möglich.
  • Für die Herstellung solcher Röntgendetektorarrays sind Untersuchungen erfolgt, um insbesondere geeignete Röntgenstrahlung absorbierende Werkstoffe auswählen zu können.
  • So hat es sich herausgestellt, dass verschiedene polykristalline, halbleitende Werkstoffe besonders geeignet sind. Dies betrifft beispielsweise CdTe, PbI2 oder TiBr. Als ganz besonders geeignet hat sich Quecksilberjodid HgI2 herausgestellt, da dieser polykristalline Werkstoff eine weiter erhöhte Ordnungszahl aufweist und eine deutlich geringere Elektronen-Loch-Paar Bildungsenergie erfordert.
  • Mit den bezeichneten Werkstoffen ist eine direkte Detektion möglich, so dass damit verbundene Vorteile bezüglich einer erhöhten Sensitivität und einer vereinfachten Auswertbarkeit ausgenutzt werden können.
  • So sind in EP 0 784 801 B1 entsprechende theoretische Grundlagen erläutert worden. Dort sind außerdem Möglichkeiten beschrieben, wie beispielsweise eine sensitive Schicht aus polykristallinem Quecksilberjodid in hochreiner Form erhalten werden kann.
  • In diesem Dokument sind auch Möglichkeiten genannt, wie solche Röntgendetektionssysteme aufgebaut sein können.
  • So kann eine aus polykristallinem Quecksilberjodid gebildete Schicht beidseitig beschichtet werden, wobei zumindest an einer Seite einer solchen polykristallinen Schicht Halbleitertransistorelemente als Dünnfilmtransistoren ausgebildet worden sind.
  • Wegen der chemischen Aggressivität von Quecksilberjodid aber auch den anderen bezeichneten geeigneten polykristallinen Werkstoffen ist es erforderlich, eine passivierende Zwischenschicht einzusetzen.
  • Hierfür wird in EP 0 784 801 B1 vorgeschlagen Paralen oder Humiseal einzusetzen. Diese Stoffe haben jedoch Nachteile wegen ihrer elektrischen Eigenschaften sowie ihrer begrenzten Schutzwirkung bezüglich der eingesetzten Elektrodenwerkstoffe zu den chemisch aggressiven polykristallinen halbleitenden Werkstoffen, so dass das Signal-Rauschverhältnis verschlechtert ist und es zu Ausfällen von einzelnen flächigen Bereichen an einem so ausgebildeten Detektorsystem, z.B. den auch so bezeichneten „dark lines" kommen kann.
  • Dies führt zu einer deutlich reduzierten Zuverlässigkeit und einer entsprechend reduzierten Nutzungsdauer solcher Röntgendetektionssysteme.
  • Bei diesen bekannten Lösungen ist es außerdem nachteilig, dass zumindest eine solche Passivierungsschicht mittels eines zusätzlichen sich zwingend von anderen Verfahrenstechnologien unterscheidendem Herstellungsschrittes ausgebildet werden muss.
  • Bei den bisher bekannten Lösungen müssen außerdem Be schränkungen bei der erreichbaren Auflösung in Kauf genommen werden, da fertigungstechnisch bedingt die einzelnen elektrisch voneinander getrennten detektierenden Flächenbereiche eine Mindestgröße aufweisen müssen.
  • Des Weiteren ist aus WO 02/103389 A2 ein Strahlungsdetektor und ein entsprechendes Herstellungsverfahren bekannt, bei der ein mehrschichtiges Laminat aus einem Polymersubstrat einer elektrisch leitenden Elektrodenschicht einer Partikel enthaltenden Binder Kompositschicht eingesetzt werden sollen.
  • Aus US 5,498,880 A ist ein Bilderfassungspaneel mit einer Festphaseneinrichtung bekannt, wobei das Bilderfassungspaneel eine Substratschicht eines nicht elektrisch leitenden Stoffes enthält und eine Mehrzahl von Sensoren in einer Feldanordnung einer Matrix von Reihen und Spalten in der Nähe der Oberfläche der Substratschicht angeordnet sind.
  • In US 6,060,714 A wird eine Lösung mit einem TFT-Array beschrieben, mit der eine Darstellung von Bildern durch Röntgenstrahlung möglich ist. Dabei wird eine Barriereschicht zwischen einem Array von Sammelelektroden und photoleitenden Schicht eingesetzt.
  • Die in US 5,729,021 A beschriebene Lösung betrifft einen Röntgenstrahlungsbildsensor, bei dem eine Bleioxid photoleitende Schicht zwischen Sammelelektroden und einer gemeinsamen Elektrode, die mit einer Passivierungsschicht versehen ist, die wiederum die Bleioxidschicht vom Metall der gemeinsamen Elektrode trennt, positioniert ist.
    •
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Detektion von Röntgenstrahlung vorzuschlagen, die ein hohes Auflösungsvermögen, einen zuverlässigen Einsatz über lange Betriebszeiträume erreicht und bei erhöhter Sensitivität kostengünstig herstellbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Anordnung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist sowie einem Verfahren gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung zur Detektion von Röntgenstrahlung weist eine sensitive Schicht aus einem halbleitenden Werkstoff, der Röntgenstrahlung absorbiert, auf. Diese sensitive Schicht kann in Form eines planaren Gebildes ausgebildet sein und ist an zwei sich gegenüberliegenden Seiten eingefasst. So ist auf einer Oberfläche der sensitiven Schicht eine Deckelektrode aus einem elektrisch leitenden Werkstoff elektrisch leitend mit dieser Schicht kontaktiert, die der einfallenden Röntgen- oder auch Gammastrahlung ausgesetzt wird. Eine solche Deckelektrode kann ebenfalls als geschlossenes flächiges Element ausgebildet sein.
  • An der der Deckelektrode gegenüberliegenden Seite der sensitiven Schicht sind mehrere Detektorelemente, diskret zueinander und gegeneinander elektrisch iso liert, angeordnet. Erfindungsgemäß ist zwischen der sensitiven Schicht und den Detektorelementen eine Barriereschicht ausgebildet worden. Die Schichtdicke dieser Barriereschicht kann auf wenige Nanometer begrenzt sein und sollte eine maximale Schichtdicke von 500 nm, bevorzugt von 100 nm nicht überschreiten. Dabei sollte gesichert sein, dass die Barriereschicht zumindest eine geschlossene Schicht bildet, wobei dies bereits mit einer minimalen Schichtdicke von 2 bis 3 nm erreichbar ist.
  • Mit der erfindungsgemäß einzusetzenden Barriereschicht kann der negative Einfluss aggressive halbleitender Werkstoffe gegenüber den Elektroden von Halbleitertransistorelementen bildenden Werkstoffen vollständig verhindert werden.
  • Außerdem wirken sich die elektrischen Eigenschaften einer geeigneten Barriereschicht sehr vorteilhaft auf die Sensitivität aus. Hierbei ist insbesondere die äußerst geringe erforderliche Schichtdicke der Barriereschicht günstig, da eine erheblich erhöhte elektrische Leitfähigkeit, ausgehend von der sensitiven Schicht in Richtung zu den Detektorelementen erreicht wird.
  • Bereits bei der Ausbildung der Barriereschicht gegebenenfalls aber auch mit einer nachfolgenden Behandlung können Barriereschichtbereiche mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit, die wiederum von Trennstegen umschlossen sind, ausgebildet werden. Diese Trennstege sind entweder aus einem dielektrischen Stoff gebildet oder weisen gegenüber den Barriereschichtbereichen einen deutlich erhöhten spezifischen elektrischen Widerstand auf. Dabei ist jedem Detektorelement ein entsprechender Barriereschichtbereich lokal zugeordnet ausgebildet und eine elektrische Trennung durch die Trennstege und gegebenenfalls zusätzlich elektrisch isolierende Bereiche, die um die Detektorelemente ausgebildet sind, gewährleistet.
  • So können Barriereschichtbereiche so dimensioniert sein, dass das Verhältnis ihrer jeweiligen Schichtdicken in Bezug zu einer maximalen Flächenausdehnung entlang einer Achse von mindestens 1:150 eingehalten werden kann. So kann beispielsweise das Verhältnis der Schichtdicke in Bezug zu einer Flächendiagonale eines in Quadrat- oder Rechteckform ausgebildeten Barriereschichtbereiches dieses Verhältnis ohne weiteres einhalten, wobei auch Verhältnisse von 1:500 oder gar 1:1000 möglich sind.
  • Die einzelnen Barriereschichtbereiche sollten in Flächenform und in ihren Abmaßen der jeweiligen Gestalt und Größe der ihnen zugeordneten Elektroden von Detektorelementen angepasst sein.
  • Die einzelnen ein Detektorarray bildenden Detektorelemente mit den Barriereschichtbereichen sollten gegeneinander elektrisch so isoliert sein, dass ein lokales Übersprechen zu benachbarten Elementen verhindert werden kann.
  • Der spezifische elektrische Widerstand des amorphen Kohlenstoffs kann in den Barriereschichtbereichen im Bereich zwischen 10 und 1000 Ωcm liegen, wobei dies durch Beeinflussung von verschiedenen Parametern bei der Abscheidung solcher Schichten im Vakuum beeinflussbar ist. So können die Anteile an graphitischem Kohlenstoff (Sp2) und die Anteile an diamantartigem Kohlenstoff (Sp3) variiert sein, wobei mit ansteigendem Sp2-Anteil der spezifische elektrische Widerstand reduziert werden kann. Mit einem erhöhten Sp3-Anteil kann die Dichte einer solchen Schicht erhöht werden, wodurch wiederum eine reduzierte Schichtdicke einer solchen Barriereschicht eingesetzt werden kann.
  • Die Ausbildung einer Barriereschicht kann aber auch durch galvanische Abscheidung eines geeigneten Metalls oder einer geeigneten Metall-Legierung erfolgen.
  • Dabei kann die Abscheidung unmittelbar auf einem Array, das aus Detektorelementen gebildet ist, erfolgen. Ein hierfür besonders geeignetes Metall ist Palladium, das auch in Verbindung mit Nickel als Palladium-Nickel-Legierung galvanisch abgeschieden werden kann.
  • Es besteht aber auch die Möglichkeit eine entsprechende dünne Barriereschicht aus Nickel, Gold oder auch Gold/Nickel auszubilden.
  • Bei der galvanischen Ausbildung von Barriereschichten ist es vorteilhaft, nachfolgend eine Planarisierung der Oberfläche der ausgebildeten Barriereschicht, auf die dann wiederum nachfolgend die sensitive Schicht aufgebracht werden soll, durchzuführen.
  • Die Planarisierung kann beispielsweise durch mechanisch-chemisches Polieren durchgeführt werden.
  • Dabei kann es vorteilhaft und gegebenenfalls auch erforderlich sein, vorab auf die galvanisch abgeschiedene Barriereschicht eine dünne Beschichtung, die aus BCB, Polyimid oder einem anderen resistenten polymeren Kunststoff besteht, auszubilden.
  • Auch bei einer solchen galvanisch abgeschiedenen Metallschicht, gegebenenfalls mit den vorab angesprochenen Zwischenschichten ist lediglich eine Schichtdicke erforderlich, die die gewünschte geschlossene Schicht ausbildet, um die erforderliche Barrierewirkung zu der darüber angeordneten sensitiven Schicht und eine ausreichend große elektrische Leitfähigkeit zwischen sensitiver Schicht und Detektorelementen gewährleistet.
  • Für die elektrische Isolation der Barriereschichtelemente und gegebenenfalls auch gleichzeitig der jeweiligen Halbleitertransistorelemente können Stege aus einem dielektrischen Werkstoff eingesetzt oder ausgebildet werden. Solche Stege können beispielsweise aus SiO2 oder organischen Werkstoffen bestehen, die mittels photolithographischer Verfahren erhalten worden sind.
  • Vorteilhaft können die Stege aus dielektrischem Werkstoff bei der Herstellung eines Arrays einer Mehrzahl von Detektorelementen ausgebildet werden.
  • Solche Detektorelemente können in Form herkömmlicher Dünnfilmtransistoren ausgebildet worden sein.
  • Vorteilhafter ist es jedoch, die Detektorelemente als komplementäre Metalloxidhalbleiterelemente (CMOS) auszubilden. Diese sind als Standardbauelement verfügbar, wobei die einzelnen CMOS's sehr klein dimensioniert werden können und dementsprechend ein sehr hohes Ortsauflösungsvermögen an einer erfindungsgemäßen Anordnung erreicht werden kann. So sind beispielsweise maximale Abmessungen von einzeln detektierbaren Flächen unterhalb einer Flächengröße von 50 × 50 μm erreichbar. Jeder einzelne CMOS kann ein dis kretes Messsignal in direkter Form liefern, so dass eine hochaufgelöste flächige Detektion erreicht werden kann. Es kann aber auch eine höhere Funktionalität erreicht werden. So kann eine integrierende Messung, eine Erfassung von Einzelereignissen oder eine Energie abhängige Detektion durchgeführt werden.
  • Es können auch andere Halbleitertransistorelemente, wie z.B. Dünnfilm ASIC's als Detektorelemente eingesetzt werden. Die geeigneten Detektorelemente sind nicht auf die bezeichneten Halbleitertransistorelemente begrenzt.
  • Neben dieser hohen Ortsauflösung kann aber auch eine großflächige Ausbildung einer erfindungsgemäßen Anordnung erreicht werden, wobei hier auch mehrere solcher Anordnungen in Form einer Reihen- und Spaltenanordnung eingesetzt und dadurch eine weiter erhöhte Fläche für eine Röntgenstrahlungsdetektion zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Vorteilhaft kann es außerdem sein, wenn eine Zwischenbeschichtung zwischen Barriereschicht und den Detektorelementen ausgebildet worden ist. Hierfür kann beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO) eingesetzt werden, um den elektrischen Übergangswiderstand zu reduzieren.
  • Vor dem Aufbringen der Barriereschichtelemente aus diamantartigem Kohlenstoff kann ein Einebnen der Oberfläche einer Arrayanordnung von Halbleitertransistorelementen mittels BCB (Bencocyklobuten) erfolgen.
  • Die bereits angesprochene Deckelektrode kann unmittelbar auf der Oberfläche der sensitiven Schicht als metallischer Dünnfilm ausgebildet worden sein. Es be steht aber auch die Möglichkeit, eine solche Deckelektrode aus graphitischem Kohlenstoff auszubilden. Hierzu wird eine entsprechende Dispersion (Aquadag) flächig aufgetragen und nach dem Trocknen eine geschlossene Deckelektrode aus graphitischem Kohlenstoff erhalten. Dieser graphitische Kohlenstoff kann zusätzlich mit einer dünnen Metallschicht, z.B. Gold überdeckt werden.
  • Die sensitive Schicht kann aus amorphem Selen oder Silicium, aber auch aus mono- oder polykristallinen Werkstoffen gebildet sein.
  • Insbesondere durch die vorteilhaften bereits angesprochenen Eigenschaften der polykristallienem halbleitenden Werkstoffe für die sensitive Schicht und hier insbesondere von Quecksilberjodid oder auch Bleijodid kann mit deutlich reduzierten Leistungen und insbesondere Strahlungsintensitäten gearbeitet werden, so dass die Strahlungsbelastung im Umfeld deutlich reduziert ist.
  • Für die verschiedenen Applikationsmöglichkeiten einer erfindungsgemäßen Anordnung kann auch eine gezielte Auswahl der Schichtdicke der sensitiven Schicht getroffen worden sein.
  • So können beispielsweise reduzierte Schichtdicken an sensitiven Schichten, die an erfindungsgemäßen Anordnungen für die medizinische Diagnostik eingesetzt werden, sehr viel kleiner, als bei Anordnungen die z.B. bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eingesetzt werden, sein.
  • So können beispielsweise bei Quecksilberjodidschichten mit einer Dichte von 6,3 g/cm3, bei Erreichung einer Absorption von mehr als 90% der eingesetzten Röntgenstrahlung in der medizinischen Diagnostik eine Dicke der sensitiven Schicht von 10 bis 20 μm bei E = 5 bis 30 KeV, bei sicherheitsrelevanten Anwendungen und der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung geeigneter Werkstoffe eine Dicke von 80 bis 650 μm bei E = 20 bis 60 KeV und für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung auch Dicken im Bereich 400 bis 1200 μm bei E = 50 bis 150 KeV gewählt werden.
  • Die erfindungsgemäßen Anordnungen können so hergestellt werden, dass Oberflächen von diskret zueinander angeordneten Detektorelementen, die möglichst jeweils ein kontinuierliches Array bilden, mit Barriereschicht aus diamantartigem Kohlenstoff im Vakuum beschichtet werden. Darüber wird wiederum eine sensitive Schicht, die aus einem polykristallinen, halbleitenden Werkstoff besteht, der Röntgen- bzw. auch Gammastrahlung absorbiert, aufgebracht.
  • Auf die Oberfläche dieser sensitiven Schicht wird wiederum eine elektrisch leitende Schicht, als Deckelektrode ausgebildet, die die gesamte Oberfläche der sensitiven Schicht überdeckt. Eine Strukturierung einer solchen Deckelektrode in mehrere voneinander elektrisch isolierte Flächenbereiche ist nicht erforderlich.
  • Die einzelnen metallischen Barriereschichtbereiche werden durch Trennstege aus dielektrischem Werkstoff voneinander getrennt. Solche dielektrischen Trennstege können zwischen den einzelnen Detektorelementen, bereits bei der Herstellung eines aus einer Mehrzahl von Detektorelementen bestehenden Arrays ausgebildet werden.
  • Bei der Ausbildung der Barriereschicht aus diamantartigem Kohlenstoff im Vakuum kann ein gepulst erzeugtes Plasma eingesetzt werden, wobei Graphit als Targetwerkstoff eingesetzt werden kann.
  • Das Plasma kann in an sich bekannter Weise mittels gepulster Laserstrahlung, gepulster Bogenentladung oder in kombinierter Form, als so genanntes Laser-Arc-Verfahren erzeugt werden.
  • Vorteilhaft ist es, innerhalb der Vakuumkammer einen Filter einzusetzen, mit dem so genannte „droplets" innerhalb der Barriereschichtelemente oder der negative Einfluss von Debris verhindert werden kann.
  • Die Ausbildung der sensitiven und hier insbesondere einer sensitiven Schicht aus Quecksilberjodid oder Bleijodid besteht, kann wie dies in EP 0 784 801 B1 beschrieben ist, erfolgen.
  • Vorteilhaft ist es, eine solche Quecksilberjodidschicht oder Bleijodidschicht mit einem PVD- oder CVD-Verfahren unmittelbar auf der Barriereschicht auszubilden, wobei eine entsprechend geeignete Verfahrensführung diesem Stand der Technik entnommen werden kann.
  • Insbesondere im letztgenannten Fall, kann nachfolgend die Deckelektrode ebenfalls im Vakuum als metallische Dünnschicht ausgebildet werden.
  • Die sensitive Schicht kann aber auch durch ein Siebdruckverfahren ausgebildet werden.
  • Die einzelnen Detektorelemente können dann jeweils einzeln, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Verstärkungsstufen an eine elektronische Auswerteeinheit angeschlossen sein und über diese wiederum die einzelnen Signale in digitaler Form gespeichert, verarbeitet oder als Bild für eine visuelle Auswertung dargestellt werden.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich dahingehend aus, dass auch bei deutlich reduzierter Röntgenstrahlungsintensität eine hohe Sensitivität, bei gleichzeitig erhöhter Ortsauflösung erreicht werden kann. Außerdem kann ein zuverlässiger Langzeitbetrieb, ohne Ausfall von einzelnen Detektorelementen oder detektierenden Bereichen gesichert werden. Hierbei wirkt es sich besonders günstig aus, dass auf entsprechende Kontaktierungsverfahren, wie das Bonden oder die Flip-Chip-Technik verzichtet werden kann.
    •
  • Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
  • Dabei zeigt:
  • 1 in schematischer Form einen Aufbau eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung.
  • Hierbei sind auf einem Substrat diskret zueinander Detektorelemente 2, als CMOS ausgebildet. Diese weisen eine Kontaktfläche 2' aus Aluminium auf. Auf dieser ist wiederum die Barriereschicht 4 angeordnet, die aus diamantartigem Kohlenstoff gebildet ist. Die Barriereschicht 4 weist eine Dicke von 20 nm auf. Die Aluminiumkontaktflächen 2' sind hier durch Stege 3 aus Siliziumdioxid getrennt, so dass eine elektrische Isolierung der einzelnen Detektorelemente 2 erreicht wird.
  • Bei dem hier gezeigten Beispiel wurde eine vollflächige Ausbildung einer Barriereschicht 4 aus amorphem Kohlenstoff durchgeführt und nachfolgend mit einem Laserstrahl, als einem Beispiel für einen geeigneten Energiestrahl, eine lokal gezielte Beeinflussung des amorphen Kohlenstoffs der Barriereschicht 4 durchgeführt. So können elektrisch leitende Barriereschichtbereiche 4' mit erhöhtem sp2-Anteil und diese umschließende Trennstege 5 mit erhöhtem sp3-Anteil ausgebildet werden. An den Trennstegen 5 wurde der spezifische Widerstand des Kohlenstoffs auf ca. auf 109 Ωcm erhöht und so mindestens 105 Ωcm erreicht.
  • Im Anschluss daran wurde eine sensitive Schicht 1 aus Quecksilberjodid ausgebildet. Für mittlere Röntgenenergien kann eine Schichtdicke von ca. 200 μm gewählt werden.
  • Auf die sensitive Schicht 1 wurde Aquadag, als Graphitdispersion aufgetragen, was beispielsweise durch Siebdruck oder Spincoating erreicht werden kann. Nach dem Trocknen ist dann die Deckelektrode 7, aus graphitischem Kohlenstoff gebildet worden.
  • In ersten Versuchen konnten solche Anordnungen in einer Gesamtflächengröße von ca. 110 × 110 mm ausgebildet und eine Flächenauflösung für die Detektion für einzelne Pixels oder Pitches unterhalb von 50 μm erreicht werden.
  • Ausreichende Detektionsempfindlichkeiten konnten bereits mit Röntgenstrahlungsenergien von 30 keV erreicht werden.

Claims (27)

  1. Anordnung zur Detektion von Röntgenstrahlung mit einer sensitiven Schicht aus einem halbleitenden Werkstoff, der Röntgenstrahlung absorbiert, Webel diese sensitive Schicht an einer Seite mit einer Deckelektrode elektrisch leitend kontaktiert ist und an der dieser Seite, gegenüberliegenden Seite der sensitiven Schicht Detektorelemente, die jeweils elektrisch zueinander isoliert sind, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen sensitiver Schicht (1) und den Detektorelementen (2) eine Barriereschicht (4) aus amorphem Kohlenstoff oder als eine galvanisch abgeschiedene Metallschicht ausgebildet ist, die den einzelnen Detektorelementen (2) lokal zugeordnete elektrisch leitende Barriereschichtbereiche (4') aufweist, die durch Trennstege (5) aus dielektrischem Stoff oder mit erhöhtem spezifischen elektrischen Widerstand voneinander getrennt sind.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch leitende Barriereschichtbereiche (4') aus amorphem Kohlenstoff durch Trennstege (5) aus amorphem Kohlenstoff mit erhöhten spezifischem elektrischem Widerstand umschlossen sind.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (4) eine maximale Dicke von 500 nm aufweist.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschichtbereiche (4') ein Verhältnis ihrer jeweiligen Schichtdicke zur maximalen Flächenausdehnung entlang einer Achse von mindestens 1:150 einhalten.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische elektrische Widerstand der Trennstege (5) größer als 105 Ωcm ist.
  6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass galvanisch ausgebildete Barriereschichtbereiche (4') aus Palladium, Palladium/Nickel, Wolfram, Gold oder Gold/Nickel gebildet sind.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Barriereschichtbereichen (4') und Detektorelementen (2) eine metallische elektrisch leitende Kontaktfläche (2') vorhanden ist.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen sensitiver Schicht (1) und Barriereschicht (4) eine den elektrischen Übergansgwiderstand beeinflussende Zwischenschicht ausgebildet ist.
  9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Barriereschichtbereiche (4') und Kontaktflächen (2') von Detektorelementen (2) aus Indium-Zinn-Oxid gebildet sind.
  10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sensitive Schicht (1) aus HgI2 oder PbI2 gebildet worden ist.
  11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelektrode (7) aus einer metallischen Dünnschicht und/oder graphitischem Kohlenstoff gebildet ist.
  12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorelemente (2), als komplementäre Metalloxidhalbleitertransistorelemente (CMOS) ausgebildet sind.
  13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorelemente (2) als Dünnfilmtransistoren ausgebildet sind.
  14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorelemente (2) jeweils einzeln an eine elektronische Auswerteeinheit (6) angeschlossen sind.
  15. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur Detektion von Röntgenstrahlung, bei dem auf Oberflächen von diskret zueinander angeordneten Detektorelementen (2) eine Barriereschicht (4) aus amorphem Kohlenstoff oder als eine galvanisch abgeschiedene Metallschicht ausgebildet wird; dabei elektrisch leitende Barriereschichtberei che (4'), die durch Trennstege (5) oder mit erhöhtem spezifischen elektrischem Widerstand elektrisch voneinander getrennt sind, den einzelnen Detektorelementen (2) lokal zugeordnet gebildet sind und auf der Oberfläche der Barriereschicht (4) eine sensitive Schicht (1), bestehend aus einem halbleitenden Werkstoff, der Röntgenstrahlung absorbiert, aufgebracht und auf der Oberfläche der sensitiven Schicht (1) eine elektrisch leitende Schicht als Deckelektrode (7) ausgebildet wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch leitende Barriereschichtbereiche (4') und isolierende Trennstege (5) durch Beeinflussung der Barriereschicht (4) aus amorphem Kohlenstoff mittels eines Energiestrahls ausgebildet werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (4) aus einem gepulst erzeugten Plasma ausgebildet wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma mittels gepulster Laserstrahlung und/oder gepulster Bogenentladung erzeugt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Barriereschichtbereiche (4') auf einem Träger für Detektorelemente (2), die durch isolierende Trennstege (5) e lektrisch isoliert sind, durch galvanische Abscheidung eines Metalls ausgebildet werden.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass Palladium, Palladium/Nickel, Wolfram, Gold, oder Gold/Nickel abgeschieden werden.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die sensitive Schicht (1) ebenfalls im Vakuum durch ein CVD- oder PVD-Verfahren ausgebildet wird.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die sensitive Schicht (1) aus HgI2 oder PbI2 erzeugt wird.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dass eine den elektrischen Übergangswiderstand beeinflussende Zwischenschicht zwischen Barriereschicht (4) und sensitiver Schicht (1) ausgebildet wird.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelektrode (7) aus einer metallischen Dünnschicht und/oder graphitischem Kohlenstoff gebildet wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelektrode (7) aus graphitischem Kohlenstoff durch Auftrag und nachfolgender Trocknung einer Dispersion ausgebildet wird.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorelemente (2) jeweils einzeln an eine elektronische Auswerteeinheit (6) angeschlossen werden.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Barriereschicht (4) vor dem Aufbringen der sensitiven Schicht (1) durch chemisch-mechanisches Polieren und/oder das Aufbringen einer Zwischenschicht planarisiert wird.
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