DE19516450C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Leuchtschicht aus Cesiumiodid-Thallium auf einem Substrat in einer Bedampfungsanlage - Google Patents

Description

Insbesondere Eingangsleuchtschirme eines Röntgenbildverstär­ kers weisen ein Substrat auf, auf dem eine Leuchtschicht aus Cäsiumiodid-Natriumiodid (CsI(Na)) oder aus Cäsiumiodid- Thalliumiodid (CsI(TI)) aufgebracht ist. Auf diesen Eingangs- Leuchtschirm auftreffende Röntgenstrahlung wird somit in Lichtstrahlung gewandelt. In Abhängigkeit von der erzeugten Lichtintensität werden von einer Fotokathode Fotoelektronen emittiert, die durch ein Elektrodensystem auf einen Ausgangs­ leuchtschirm beschleunigt und fokussiert werden. Die auf den Ausgangsleuchtschirm auftreffenden Elektronen erzeugen in Abhängigkeit von deren Energielichtstrahlung. Ein Röntgen­ schattenbild kann somit in ein sichtbares Bild gewandelt werden.

Ein solcher Eingangsleuchtschirm ist beispielsweise aus der DE 28 13 919 C2 bekannt. Dieser Eingangsleuchtschirm weist ein Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf, auf dem als Zwischenschicht ein Aluminiumfilm aufgebracht ist. Auf der Zwischenschicht ist eine Cäsiumiodid-Schicht und eine photoelektrische Schicht aufgedampft.

Eingangsleuchtschirme werden in einer beispielsweise aus der DE 28 13 919 C2 bekannten Bedampfungsanlage hergestellt. Hierzu wird vorgemischtes Cäsiumiodid-Natriumiodid aus einem Ver­ dampfer verdampft, das sich dann auf dem Substrat, beispiels­ weise einem Aluminiumträger, niederschlägt. Die Konzentration des Natriumiodids im Cäsiumiodid wird durch die Dotierung des zu verdampfenden Leuchtstoffes vorgegeben. Dies ist möglich, da die Dampfdrücke von Cäsiumiodid und Natriumiodid bei einer Verdampfungstemperatur von ca. 650°C nahezu gleich sind und sich bei anderen Temperaturen kaum unterscheiden.

Schwieriger ist die Dotierung von Cäsiumiodid mit Thallium­ iodid, da sich die Dampfdrücke von Cäsiumiodid und Thallium­ iodid stark unterscheiden. Cäsiumiodid und Thalliumiodid kann somit nicht aus einem gemeinsamen Verdampfer verdampft wer­ den, um die gewünschte Dotierung einzustellen.

Für eine hohe Lichtausbeute ist jedoch nicht nur die optimale Dotierung mit Thalliumiodid, sondern auch die Transparenz der Cäsiumiodidnadeln verantwortlich. Bisher wird in einem alter­ nierenden Verfahren im Hochvakuum aus einem Verdampfer zu­ nächst eine Cäsiumiodidschicht von ca. 100 µm aufgedampft. Anschließend wird aus einem zweiten Verdampfer eine Thallium­ iodidschicht aufgedampft. In einem weiteren Verfahrensschritt wird darauf wieder eine Cäsiumiodidschicht usw. aufgedampft. Die Thalliumiodidschichtdicke ist hierbei so bemessen, daß beim anschließenden Tempern der Leuchtschicht eine homogene Ver­ teilung des Thalliumiodids erhalten wird. Durch das Tempern wird die nadelige Leuchtschicht allerdings transparenter, was die laterale Lichtausbreitung fördert und somit die Ortsauf­ lösung der Leuchtschicht verschlechtert.

Bei einem zweiten bekannten Verfahren (kontinuierliches Ver­ fahren) wird aus zwei Verdampfern gleichzeitig Cäsiumiodid und Thalliumiodid im Hochvakuum verdampft. Durch die Wahl der jeweiligen Verdampfertemperatur und der geometrischen Anord­ nung der Verdampfer relativ zum Substrat kann die gewünschte Dotie­ rung der Cäsiumiodidschicht mit Thalliumiodid erhalten wer­ den. Ein Tempern der Schicht ist nicht erforderlich. Die Sub­ strattemperatur darf bei der Bedampfung jedoch 160°C nicht überschreiten, da aufgrund des Dampfdruckes von Thalliumiodid bei dieser Temperatur bereits merkliche Re-Verdampfung von der bereits auf dem Substrat niedergeschlagenen Leuchtschicht einsetzt.

Die mit beiden Verfahren erzielten Lichtausbeuten sind nicht sehr hoch und lassen sich nur schwer reproduzieren.

Die beiden oben beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, daß hohe Substrattemperaturen, bei denen die Helligkeit (Lichtausbeute der Cäsiumiodidschicht) zunimmt, nicht reali­ siert werden können. Infolge der Re-Verdampfung von Thallium­ iodid bei hohen Substrattemperaturen von beispielsweise 250°C kann keine ausreichende Thalliumiodiddotierung der Cäsiumiodidschicht gewährleistet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Leuchtschicht aus Cäsium­ iodid-Thalliumiodid auf einem Substrat in einer Bedampfungs­ anlage derart anzugeben, daß die genannten Nachteile nicht auftreten.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren und eine Vor­ richtung, bei dem bzw. der der Dampfdruck in der Bedampfungs­ anlage zumindest während des Bedampfens des Substrates höher als der Dampfdruck des Thalliumiodids ist.

Vorteil der Erfindung ist, daß hierdurch das Re-Verdampfen von Thalliumiodid verhindert und somit eine ausreichende Dotierung der Leuchtschicht erhalten wird.

Besonders vorteilhaft sollte der Druck in der Bedampfungs­ anlage während des Verdampfens zumindest im Bereich des drei­ fachen Sättigungsdampfdruckes des Thalliumiodids liegen. Durch den höheren Druck wird die Diffusion der auf das Sub­ strat auftreffenden Cäsiumiodid- bzw. Thalliumiodid-Moleküle gemindert, zudem wird ermöglicht, daß auch bei hohen Sub­ strattemperaturen ein kleiner Cäsiumiodid-Nadeldurchmesser und damit eine gute Ortsauflösung erhalten wird.

Eine deutliche Verbesserung der Ortsauflösung der Leucht­ schicht ergibt sich, wenn im Verlauf der Bedampfung ein zeitlicher Gradient in der Substrattemperatur liegt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispie­ les anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprü­ chen.

In der Figur ist beispielhaft eine Bedampfungsanlage 1 ge­ zeigt, die einen ersten und zweiten Verdampfer 2, 3 für Thal­ liumiodid bzw. Cäsiumiodid und eine über einen Antrieb 4 um eine Achse 5 rotierbare Substrataufnahme 6 aufweist. Ferner können noch eine Heizung 7, eine Kühlung 8, eine Vakuummeß­ röhre 9 und ein Schichtdickenmeßgerät 10 vorgesehen sein. Meßleitungen 11 sind in die Bedampfungsanlage 1 geführt. Ge­ mäß der Erfindung ist an die Bedampfungsanlage 1 eine Druck­ erzeugungseinrichtung 12 angeschlossen, über die der Druck in der Bedampfungsanlage 1 eingestellt werden kann. Der Druck wird hierbei, wie bereits erläutert, so gewählt, daß dieser zumindest während des Bedampfens höher als der Dampfdruck des Thalliumiodids ist. Der Druck kann hierbei zwischen zwei- und fünfmal höher als der Sättigungsdampfdruck des Thalliumiodids sein und liegt vorzugsweise zumindest im Bereich des dreifa­ chen Sättigungsdampfdruckes des Thalliumiodids. Über die Druckerzeugungseinrichtung 12 kann besonders vorteilhaft ein Inertgas in die Bedampfungsanlage 1 eingeleitet werden, so daß der Bedampfungsprozeß ungestört verläuft.

In nachfolgender Tabelle 1 sind beispielhafte Werte für die Substrattemperatur, den Sättigungsdampfdruck und den Mindest­ druck angegeben.

Tabelle 1

Der Druck in der Bedampfungsanlage 1 darf hierbei jedoch nicht so groß gewählt werden, daß ein Verdampfen von Thal­ liumiodid aus dem Verdampfer 2 verhindert wird. Hierbei sind auch Meßunsicherheiten zu berücksichtigen.

In der nachfolgenden Tabelle 2 sind beispielhafte Werte für die Verdampfertemperatur, den Sättigungsdampfdruck und den maximalen Druck angegeben.

Tabelle 2

Um eine Cäsiumiodid-Thalliumiodid-Röntgenleuchtschicht mit optimaler Lichtausbeute zu erhalten, hat sich eine Substrat­ temperatur von 250°C als günstig erwiesen. Um dabei die Re- Verdampfung von Thalliumiodid zu verhindern, sollte der Druck in der Bedampfungsanlage 1 zumindest im Bereich von 1 _* 10^-1 Pa liegen. Als Inertgas hat sich Argon oder Stickstoff be­ währt. Die Verdampfertemperatur sollte hierbei mindestens 300°C betragen. Bei höherem Druck in der Bedampfungsanlage 1, z. B. 1 Pa, muß die Verdampfertemperatur so erhöht werden, z. B. auf 350°C, daß der Druck in der Bedampfungsanlage 1 immer unter dem maximalen Druck, entsprechend der Tabelle 2, lie­ gt. Bei 350°C Verdampfertemperatur sollte der maximale Druck 2 Pa also nicht überschreiten. Die optimale Thallium­ iodid-Konzentration in der Leuchtschicht wird durch den Ab­ stand zwischen dem Thalliumiodid-Verdampfer und dem Substrat eingestellt.

Durch den erfindungsgemäßen höheren Druck in der Bedampfungs­ anlage 1 ist die Diffusion der auf das Substrat auftreffenden Cäsiumiodid- bzw. Thalliumiodid- Moleküle gemindert. Zudem wird ermöglicht, daß auch bei hohen Substrattemperaturen ein geringer Cäsiumiodid-Nadeldurchmesser erhalten wird, der eine gute Ortsauflösung der Leuchtschicht bedingt. Eine deutliche Verbesserung der Auflösung der Leuchtschicht ergibt sich, wenn im Verlauf der Bedampfung ein zeitlicher Gradient (beispielsweise von 180°C auf 250°C in ca. 5 min) in der Substrattemperatur liegt. Gute Ergebnisse werden bei einer Bekeimungstemperatur von 150°C bis 190°C und einer maximalen Substrattemperatur von 240°C bis 260°C erhalten.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen einer Leuchtschicht aus CsI(TI) auf einem Substrat in einer Bedampfungsanlage (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Bedampfungsanlage (1) zumindest während des Bedampfens höher als der Dampfdruck des Thalliumiodids ist.

2. Verfahren zum Herstellen einer Leuchtschicht aus CsI(TI) nach Anspruch 1, wobei der Druck in der Bedampfungsanlage (1) im Bereich zwischen 2 und 5 mal höher ist als der Sättigungsdampfdruck des Thalliumiodids.

3. Verfahren zum Herstellen einer Leuchtschicht aus CsI(TI) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Druck zumindest im Bereich des dreifachen Sätti­ gungsdampfdruckes des Thalliumiodids liegt.

4. Verfahren zum Herstellen einer Leuchtschicht aus CsI(TI) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Inertgas zum Erzeugen des Druckes in die Bedamp­ fungsanlage (1) eingeleitet wird.

5. Verfahren zum Herstellen einer Leuchtschicht aus CsI(TI) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im Verlauf der Bedampfung ein zeitlicher Gradient in der Substrat­ temperatur liegt.

6. Verfahren zum Herstellen einer Leuchtschicht aus CsI(TI) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bekeimungstemperatur im Bereich von 150°C bis 190°C und die Substrattemperatur maximal im Bereich von 240°C bis 260°C liegt.

7. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bedampfungsanlage (1) eine Vorrichtung (12) zum Einstellen eines Druckes aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Bedampfungsanlage (1) eine Einleitung für Inertgas aufweist.