DE19711849A1 - X=ray detector with semi-insulating semiconductor substrate - Google Patents
X=ray detector with semi-insulating semiconductor substrateInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Röntgendetektor mit semi-isolie rendem Halbleiter-Substrat, vorzugsweise aus Galliumarsenid (GaAs), welches einen gegenüber Röntgen-Photonen empfindlichen Registrier-Bereich mit als Mikrostreifen-Elektroden ausgebil deten Vorderseitenkontakten und einen - bevorzugt flächigen - Rückseitenkontakt, die aufeinander gegenüberliegenden Flächen des Substrats angeordnet sind, besitzt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Röntgendetektors. Unter dem Begriff "Röntgen-Photonen bzw. -Strahlen" werden im Rahmen der Erfindung energiereiche Photonen oder elektromagne tische Strahlen aller Art, einschließlich Gamma-Strahlung, verstanden.The invention relates to an X-ray detector with semi-isolie rendes semiconductor substrate, preferably made of gallium arsenide (GaAs), which is sensitive to X-ray photons Registration area with microstrip electrodes front contacts and a - preferably flat - Backside contact, the opposing surfaces of the substrate are arranged. The invention relates a method for producing an X-ray detector. Under the term "X-ray photons or rays" in Within the scope of the invention high-energy photons or electromagnetic table rays of all kinds, including gamma radiation, Understood.
In DE 43 44 252 A1 wird ein Röntgendetektor zur Verwendung in der Computertomographie vorgeschlagen, bei dem ein semi-iso lierender Halbleiterkörper aus einem Verbindungshalbleiter, wie GaAs, einer Konstantspannungsquelle als röntgenempfindli cher Photowiderstand betrieben wird. Der bekannte Detektor be sitzt jedoch eine für viele Anwendungsfälle unzureichende Energieauflösung betreffend die zu registrierenden Röntgen-Photonen.DE 43 44 252 A1 describes an X-ray detector for use in computer tomography, in which a semi-iso insulating semiconductor body made of a compound semiconductor, like GaAs, a constant voltage source as X-ray sensitive cher photoresistor is operated. The well-known detector be however, there is an insufficient one for many applications Energy resolution regarding those to be registered X-ray photons.
Der Erfindung liegt die übergeordnete Aufgabe zugrunde, einen Röntgendetektor mit möglichst hoher Energieauflösung zu schaf fen, der in der Lage ist, auch Einzelphotonen effizient nach zuweisen und deren Energie anzugeben.The invention is based on the overarching object To create an X-ray detector with the highest possible energy resolution which is able to efficiently capture single photons assign and specify their energy.
Eine erfindungsgemäße Lösung besteht für den eingangs angege benen Röntgendetektor darin, daß die Mikrostreifen-Elektroden und der Rückseitenkontakt als Schottky-Kontakt ausgebildet sind und daß die den Rückseitenkontakt tragende Seite des Sub strats durch eine - vorzugsweise ein Ausheilen (Annealing) nicht erfordernde - Ionenimplantation präpariert ist.A solution according to the invention exists for the beginning benen X-ray detector in that the microstrip electrodes and the rear contact is designed as a Schottky contact and that the side of the sub strats through a - preferably annealing not required - ion implantation is prepared.
Alternativ besteht eine parallele Ausprägung des vorgenannten erfindungsgemäßen Gedankens zur Lösung derselben Aufgabe - al so ebenfalls im Sinne des Erzielens einer möglichst hohen Energieauflösung auch für Einzelphotonen und deren Nachweis unabhängig vom Konversionsart - darin, daß die Mikrostreifen-Elektroden und der Rückseitenkontakt als Schottky-Kontakt aus gebildet sind und daß die mittlere freie Weglänge von Elektro nen und Löchern im Substratmaterial mindestens vergleichbar groß mit der durch den gegenseitigen Abstand der kontaktierten Substratflächen definierten Substratdicke bei annähernd ver gleichbarer freier Weglänge der Elektronen und Löcher ist. Im Rahmen aller Alternativen der Erfindung kommen in erster Linie Substrate aus (semi-isolierendem) GaAs in Frage.Alternatively, there is a parallel version of the above inventive idea to solve the same problem - al so also in the sense of achieving the highest possible Energy resolution also for single photons and their detection regardless of the type of conversion - in that the Microstrip electrodes and the rear contact as a Schottky contact are formed and that the mean free path of electrical at least comparable holes and holes in the substrate material large with that by the mutual distance of the contacted Substrate areas defined substrate thickness at approximately ver is the same free path length of the electrons and holes. in the All alternatives of the invention come first (Semi-insulating) GaAs substrates in question.
Erfindungsgemäß werden auf beiden Substratseiten jedes Einzel-Detektors Schottky-Kontakte vorgesehen. Diese Maßnahme dient der Ausbildung einer Verarmungszone und der Reduktion des Dun kelstroms. Im elektrischen Feld der Verarmungszone driften die strahlungsgenerierten Ladungsträger bei niedrigen Stromdich ten, so daß sie nachgewiesen werden können. Schließlich soll die Rückseite des Detektors (Rückseitenkontakt) durch eine Ionenimplantation - vorzugsweise ohne Annealing - speziell präpariert werden, damit die Löcherinjektion und der damit einhergehende Durchbruch erst bei höheren Spannungen einset zen. Ein Annealing soll entbehrlich sein, um eine entsprechen de Materialschädigung zu vermeiden. Wenn - speziell gemäß Al ternativlösung - die mittleren freien Weglängen von Elektronen und Löchern annähernd gleich groß und vergleichbar mit der Substratdicke sind, werden die erzeugten Signale unabhängig vom Konversionsort der einfallenden Photonen.According to the invention, each on both sides of the substrate Single detector Schottky contacts provided. This measure serves the formation of a depletion zone and the reduction of dun kelstrom. They drift in the electrical field of the depletion zone radiation-generated charge carriers at low currents so that they can be demonstrated. After all, it should the back of the detector (back contact) by a Ion implantation - preferably without annealing - especially be prepared so that the hole injection and thus associated breakdown is only used at higher voltages Zen. An annealing should be dispensable to match one to avoid material damage. If - especially according to Al alternative solution - the mean free path lengths of electrons and holes approximately the same size and comparable to the Are substrate thickness, the signals generated are independent from the conversion site of the incident photons.
Das alternativ bevorzugte Merkmal, die mittleren freien Weg längen von Elektronen und Löchern vergleichbar mit der Substratdicke zu machen, setzt bei relativ großen Substrat dicken, z. B. 2 mm, eine entsprechend hohe mittlere Lebensdauer von Elektronen und Löchern voraus. Im Rahmen der Erfindung können vorzugsweise Substratdicken in der Größenordnung von 0,25 bis 3 mm vorgesehen werden. Die untereinander und mit der Substratdicke vergleichbaren - letztere möglichst übersteigen den - mittleren freien Weglängen von Elektronen und Löchern lassen sich bei GaAs durch definierte Einstellung von Fremd stoffanteilen, wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Bor und/oder Chrom, bereits bei der Kristallzucht vorgeben. Die dabei ent stehenden semi-isolierenden Kristalle mit den erstrebten her vorragenden Ladungstransporteigenschaften sind außerdem extrem strahlenfest, so daß sie eine entsprechend hohe Lebensdauer haben.The alternatively preferred feature, the middle free path lengths of electrons and holes comparable to that Making substrate thickness sets with relatively large substrate thick, e.g. B. 2 mm, a correspondingly high average life of electrons and holes ahead. Within the scope of the invention can preferably substrate thicknesses in the order of 0.25 to 3 mm can be provided. The with each other and with the Comparable substrate thickness - exceed the latter if possible the - mean free path lengths of electrons and holes in GaAs can be defined by setting third party Share of substances such as carbon, oxygen, boron and / or Chromium, already specified when growing crystals. The ent standing semi-insulating crystals with the desired ones excellent charge transport properties are also extreme radiation-proof, so that they have a correspondingly long service life to have.
Einige Verbesserungen und weitere und Ausgestaltungen der Er findung werden in den Unteransprüchen beschrieben. Gegebenen falls soll das Maß von Größe und Gleichheit der mittleren freien Weglängen von Elektronen und Löchern im Hinblick auf eine Optimierung der Energieauflösung eingestellt werden. Die Werte der mittleren freien Weglängen können zwar voneinander abweichen, die Abweichung soll aber bevorzugt kleiner als etwa 10% sein. Die Energieauflösung eines erfindungsgemäßen Detek tors wird um so besser, je größer und je gleicher die freien Weglängen der beiden Ladungsträger sind.Some improvements and further and refinements of the Er invention are described in the subclaims. Given if the measure of size and equality of the mean free path lengths of electrons and holes with regard to an optimization of the energy resolution can be set. The The values of the mean free path lengths can differ from each other deviate, but the deviation should preferably be less than about Be 10%. The energy resolution of a detector according to the invention tors gets better, the bigger and the same the free ones Path lengths of the two charge carriers are.
Gemäß weiterer Erfindung wird zur Lösung der übergeordneten Aufgabe ein Röntgendetektor aus einem Stapel von dicht an dicht liegenden, insbesondere verklebten oder auf andere Weise stoffschlüssig verbundenen, erfindungsgemäßen Einzel-Detekto ren jeweils mit als Mikrostreifen-Elektroden ausgebildeten Vorderseitenkontakten und mit Rückseitenkontakt, die einzeln kontaktiert sind, gebildet. Ein solcher Stapel wirkt wie ein dicker Pixel-Detektor, wobei der empfindliche Bereich (der die räumliche Auflösung bestimmt) der Pixel durch die Breite der Mikrostreifen und die Dicke des Substrats des Einzel-Detektors sowie in Richtung der Mikrostreifen gemessenen Substratlänge (die den Nachweis-Wirkungsgrad bestimmt) definiert wird. Die Kontaktierung der Einzel-Detektoren im Stapel soll so vorge nommen werden, daß der röntgen-sensitive Flächenanteil der re levanten Einfallskante des Gesamt-Detektors möglichst groß wird.According to another invention, the parent is used to solve Task an X-ray detector from a stack of close to one another tight, especially glued or otherwise Single detector according to the invention, cohesively connected ren each designed as microstrip electrodes Front contacts and with rear contacts, which are individually are contacted. Such a stack acts like an thick pixel detector, the sensitive area (which the spatial resolution is determined) by the width of the pixels Microstrip and the thickness of the substrate of the single detector and the substrate length measured in the direction of the microstrip (which determines the detection efficiency). The Contacting of the individual detectors in the stack is said to be pre be taken that the x-ray sensitive area portion of the right levante incidence edge of the overall detector as large as possible becomes.
Vorzugsweise wird jeder der Mikrostreifen-Elektroden-Flächen eines Stapels, gegebenenfalls auch den Rückseitenelektroden, eine Kontakt-Streifenschicht, insbesondere eine beidseitig passend metallisierte Folie aus Isoliermaterial, zum individu ellen elektrischen Kontaktieren der einzelnen Mikro streifen-Elektroden und (z. B. als Kontaktschicht) der Rückseitenelek troden zugeordnet. Hierbei gibt es beispielsweise zwei bevor zugte Alternativen: Entweder wird die jeweilige Kontakt-Strei fenschicht (ganzflächig trennend) zwischen je zwei Einzel-De tektoren in den Stapel eingefügt oder jeder Einzel-Detektor eines Stapels wird an der seiner (der zu registrierenden Rönt genstrahlung zuzuwendenden) Einfallskante gegenüberliegenden Kontaktkante keilförmig verjüngt, so daß sich die Mikrostrei fen-Elektroden und die Rückseitenkontakte in den verjüngten Substrat-Bereich fortsetzen und dort kontaktiert werden kön nen. Das Substrat jedes Einzel-Detektors kann an der Kontakt kante - gegebenenfalls außerhalb des für die Röntgen-Photonen besonders empfindlichen Bereichs - (bevorzugt einseitig) auf der die Mikrostreifen-Elektroden aufweisenden Fläche abge schrägt oder abgestuft ausgebildet werden.Preferably, each of the microstrip electrode areas a stack, possibly also the back electrodes, a contact strip layer, especially one on both sides suitable metallized film made of insulating material, for individual ellen electrical contact of the individual micro strip electrodes and (e.g. as a contact layer) the backside electrodes assigned to troden. For example, there are two before Alternatives drawn: Either the respective contact dispute fenschicht (separating the entire surface) between two individual De tectors inserted in the stack or each individual detector of a stack is on its (the X-ray to be registered opposite edge to be exposed to radiation Contact edge tapers in a wedge shape so that the microstrip fen electrodes and the back contacts in the tapered Continue substrate area and can be contacted there nen. The substrate of each individual detector can be on the contact edge - possibly outside of that for the X-ray photons particularly sensitive area - (preferably one-sided) abge the area having the microstrip electrodes be inclined or graduated.
Die Kontakt-Streifenschicht zum individuellen Abführen des in der einzelnen Mikrostreifen-Elektrode registrierten Signals kann bevorzugt als Kunststoffolie, insbesondere aus Polyimid, mit darauf aufgebrachten Metallstreifen im Muster der Mikro streifen-Elektroden ausgebildet werden. Eine solche Kontakt streifenschicht kann zwischen je zwei Detektoren flächig ein geklemmt werden, alternativ kann sie (nur) an den abgeschräg ten Enden der Einzel-Detektoren kontaktiert, z. B. gebondet und/oder angeklebt, werden. Im letzteren Fall ergeben sich zwischen den einzelnen Detektorlagen entsprechend weniger in aktive Zonen. Das führt zu einem deutlich höheren röntgen-sen sitiven Flächenanteil an der jeweiligen Einfallskante des Ge samt-Detektors. Beispielsweise ist zwischen je zwei Detektoren anstelle der Kontaktstreifenfolie (mit Leiterbahnen) von 50 Mikrometern Dicke nur noch eine Isolator-Schicht mit größen ordnungsmäßig 10 Mikrometern Dicke erforderlich.The contact strip layer for individual removal of the in of the single microstrip electrode registered signal can preferably be a plastic film, in particular made of polyimide, with metal stripes on it in the pattern of the micro strip electrodes are formed. Such a contact strip layer can be between two detectors clamped, alternatively it can be (only) attached to the bevel Contacted th ends of the individual detectors, e.g. B. bonded and / or glued. In the latter case correspondingly less in between the individual detector positions active zones. This leads to a significantly higher x-ray sit area share on the respective incidence edge of the Ge velvet detector. For example, there is between two detectors instead of the contact strip foil (with conductor tracks) of 50 Micron thickness only one insulator layer with sizes properly required 10 microns thick.
Die den Einzel-Detektoren zugeordneten Kontakt-Streifenschich ten können bevorzugt jeweils aus wenigstens einer im Prinzip senkrecht zu den kontaktierten Flächen angeordneten Stapelkan te, der sogenannten Kontaktkante, für eine Einzelkontaktierung jeder Mikrostreifen-Elektrode der Vorderseitenkontakte sowie gegebenenfalls der Rückseitenkontakte fähnchenartig hervorste hen. Hierbei kann es vorteilhaft sein, die Einzel-Detektoren Rücken-an-Rücken anzuordnen, so daß je zwei Einzel-Detektoren nur einen gemeinsamen Anschluß der Rückseitenkontakte erfor dern und schon hierdurch der inaktive Flächenanteil der Ein fallskante vermindert wird.The contact strip layer assigned to the individual detectors In principle, each can preferably consist of at least one Stacking channel arranged perpendicular to the contacted surfaces te, the so-called contact edge, for individual contacting each microstrip electrode of the front contacts as well if necessary, the rear contacts protrude like flags hen. The individual detectors can be advantageous here Arranged back-to-back, so that two individual detectors only a common connection of the rear contacts and thereby the inactive area of the area edge is reduced.
Vorzugsweise besitzt jeder Einzel-Detektor im Prinzip eine als - bevorzugt senkrechte - Verbindung zweier kontaktierter Flä chen orientierte, im wesentlichen ebene Einfallskante für zu registrierende Röntgen-Photonen, derart, daß die auf die Ein fallskante etwa parallel zu den kontaktierten Flächen auftref fende und in das Substrat einfallende Röntgenstrahlung zu er fassen ist. Die Einfallskanten eines Stapels von Einzel-Detek toren sollen im Prinzip in einer gemeinsamen Einfallsebene liegen. Die Einfallskante und die die gegebenenfalls hervor stehenden Kontakt-Streifenschichten aufweisende Kontaktkante sollen sich bezüglich des Substrats bzw. des Stapels gegen überliegen.In principle, each individual detector preferably has one as - preferably vertical - connection of two contacted surfaces Chen oriented, essentially flat leading edge for closed registering x-ray photons, such that the on the one fall edge approximately parallel to the contacted surfaces X-ray radiation incident on the substrate is grasped. The leading edges of a stack of single detec In principle, goals should be on a common level of inspiration lie. The edge of incidence and the where appropriate standing contact strip layers having contact edge should oppose each other with respect to the substrate or the stack overlap.
Im Ergebnis werden durch die Erfindung, insbesondere bei An
wendung im Stapel-Detektor, gegenüber dem Stand der Technik
unter anderem die folgenden Vorteile erreicht:
As a result, the following advantages are achieved by the invention, in particular when used in the stack detector, compared to the prior art:
- a) Höhere mögliche Betriebsspannungen und damit höhere Nach weiseffizienz für Photonen, insbesondere Röntgen-Photonen im engeren Sinne und minimal ionisierende Teilchen.a) Higher possible operating voltages and thus higher night Efficiency for photons, especially X-ray photons in the narrower sense and minimally ionizing particles.
- b) Aufgrund gezielter Materialzucht und Kontakttechnologie sind aktive Substratdicken des Einzel-Detektors von bis zu mehreren mm - wegen der großen mittleren freien Weglängen von Elektronen und Löchern - problemlos möglich.b) Due to targeted material breeding and contact technology are active substrate thicknesses of up to several mm - because of the large mean free path lengths of electrons and holes - easily possible.
- c) Intrinsische Energieauflösung E(FWHM)/E besser als etwa 5% für Photonenenergien größer als 50 keV.c) Intrinsic energy resolution E (FWHM) / E better than about 5% for photon energies greater than 50 keV.
- d) Hoher Nachweiswirkungsgrad, größer als etwa 90% für Pho tonen mit Energien größer als 50 keV.d) High detection efficiency, greater than about 90% for Pho toning with energies greater than 50 keV.
- e) Hohe räumliche Auflösung in beiden Dimensionen x, y senk recht zur Richtung z der einfallenden Röntgenstrahlung in der Größenordnung von 10 Mikrometern.e) High spatial resolution in both dimensions x, y lower right to the direction z of the incident X-rays in on the order of 10 microns.
- f) Extrem gute Zeitauflösung (Einzelsignal-Analysezeiten) in der Größenordnung von 10 Nanosekunden.f) Extremely good time resolution (single signal analysis times) in on the order of 10 nanoseconds.
- g) Variable Modularität des Stapels: Stirnflächenbereich und Form des Stapels können durch Wahl der Module fast belie big vorgegebenen Geometrien angepaßt werden.g) Variable modularity of the stack: face area and The shape of the stack can almost be chosen by choosing the modules big given geometries.
- h) Zuverlässiger Betrieb bis hin zu extrem hohen Raten (etwa 1 GHz/mm2).h) Reliable operation up to extremely high rates (about 1 GHz / mm 2 ).
- i) Extrem hohe Strahlenhärte gegenüber ionisierender Strah lung (Energiedosis größer als etwa 1 MGy) und nicht ioni sierender Strahlung (Fluß größer als etwa 1015 Neutronen/cm2).i) Extremely high radiation hardness compared to ionizing radiation (energy dose greater than about 1 MGy) and non-ionizing radiation (flux greater than about 10 15 neutrons / cm 2 ).
- j) Betrieb bei Zimmertemperatur.j) Operation at room temperature.
- k) Die röntgen-sensitive Fläche der Einfallskante eines er findungsgemäßen Einzel- oder Stapel-Detektors liegt je nach Bauart zwischen etwa 90 und etwa 98%. Die Nachweis wahrscheinlichkeiten liegen bei entsprechender Substrat länge des Einzel-Detektors in der gleichen Größenordnung.k) The X-ray sensitive area of the incidence edge of a he inventive single or stack detector is depending depending on the type, between about 90 and about 98%. The proof probabilities lie with the appropriate substrate length of the single detector in the same order of magnitude.
Der durch die Erfindung erstrebte Nachweis energiereicher elektromagnetischer Strahlung (größenordnungsmäßig 10 keV bis 1 MeV) mit hohem Wirkungsgrad und hoher räumlicher Auflösung erfordert Hoch-Z-Materialien (Z = Ordnungszahl), die außerdem eine feine Segmentierung der Detektoren erlauben. Bei Zimmer temperatur hierfür geeignete Kandidaten sind Hoch-Z-Halblei terverbindungen, wie GaAs. Hierzu gehören auch CdTe und HgJ.The detection sought by the invention is more energy-intensive electromagnetic radiation (in the order of 10 keV to 1 MeV) with high efficiency and high spatial resolution requires high-Z materials (Z = atomic number), which also allow fine segmentation of the detectors. With room Suitable candidates for this are high-Z half-lead ter compounds such as GaAs. This also includes CdTe and HgJ.
Um einen Röntgendetektor mit optimaler Energieauflösung zu schaffen, der in der Lage ist, auch Einzel-Photonen effizient nachzuweisen und deren Energie anzugeben, wird in einem bevor zugten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, die Mi krostreifen-Elektroden und den Rückseitenkontakt eines Einzel- oder Stapel-Detektors mit semi-isolierendem Halbleiter-Sub strat aus Galliumarsenid als Schottky-Kontakte auszubilden, die den Rückseitenkontakt tragende Seite des Substrats durch eine - vorzugsweise annealing-freie - Ionenimplantation zu präparieren und/oder die mittlere freie Weglänge von Elektro nen und Löchern im Substratmaterial etwa gleich und mindestens vergleichbar groß mit der Substratdicke zu machen.To provide an X-ray detector with optimal energy resolution create that is able to efficiently even single photons to demonstrate and to indicate their energy will be in a before drafted embodiment of the invention provided the Mi stainless steel electrodes and the back contact of a single or stack detector with semi-insulating semiconductor sub to form strat from gallium arsenide as Schottky contacts, the side of the substrate carrying the rear-side contact a - preferably annealing-free - ion implantation prepare and / or the mean free path of electrical NEN and holes in the substrate material about the same and at least to make it comparable in size to the substrate thickness.
Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbeispielen werden einige Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:Based on the schematic representation of exemplary embodiments some details of the invention are explained. Show it:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Einzel-Detektor; Fig. 1 shows a single-detector according to the invention;
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Stapel-Detektor mit Blick auf eine Photonen-Einfallskante; Figure 2 is a stack-detector according to the invention with a view to photons incident edge.
Fig. 3 einen Stapel-Detektor nach Fig. 2 gesehen von der Seite mit Signalauslese über Polyimidstrei fenfolie; und Fig. 3 shows a stack detector of Figure 2 seen from the side with signal readout via polyimide strip film. and
Fig. 4 einen Stapel-Detektor mit Signalauslese über ab geschrägte Kontaktierungskanten. Fig. 4 shows a stack detector with signal readout from bevelled contact edges.
Fig. 1 zeigt einen Röntgendetektor mit semi-isolierendem GaAs-Substrat 1, welches einen gegenüber Röntgen-Photonen empfind lichen Registrierbereich 2 (Fig. 3 und 4) mit als Mikrostrei fen-Elektroden 3 - allgemein: strukturierte Metallisierung - ausgebildeten Vorderseitenkontakten 4 und einem flächigen Rückseitenkontakt 5 besitzt. Der Vorderseitenkontakt 4 und der Rückseitenkontakt 5 werden auf einander gegenüberliegenden Flächen 6 und 7 des Substrats 1 angeordnet. Zwischen je zwei Mikrostreifen-Elektroden 3 oder der gleichen strukturierten Metallisierung der vorderen Substratseite 6 werden Passivie rungen 8 vorgesehen. Fig. 1 shows an X-ray detector with semi-insulating GaAs substrate 1 , which has a sensitive to X-ray photons registration area 2 ( Figs. 3 and 4) with as Mikrostrei fen electrodes 3 - generally: structured metallization - formed front contacts 4 and flat back contact 5 has. The front side contact 4 and the rear side contact 5 are arranged on mutually opposite surfaces 6 and 7 of the substrate 1 . Passivations 8 are provided between two microstrip electrodes 3 or the same structured metallization of the front substrate side 6 .
Fig. 2 bis zeigen einen insgesamt mit 9 bezeichneten Stapel von - im Ausführungsbeispiel drei Stück - Einzel-Detektoren 10 gemäß Fig. 1. Zwischen den im Stapel 9 aneinandergrenzenden Vorderseitenkontakten 4 und Rückseitenkontakten 5 benachbarter Einzel-Detektoren 10 kann sich nach Fig. 4 jeweils eine elek trische Isolatorschicht 11 befinden. Die Isolatorschicht 11 kann nach Fig. 3 als beidseitig passend zu den Kontakten 4, 5 metallisierte Kontakt-Streifenschicht 12, z. B. Polyimidfolie, ausgebildet werden. Zu Kontaktieren sind gegebenenfalls sowohl die einzelnen Mikrostreifen-Elektroden 3 als auch - isoliert davon - die Rückseiten bzw. Kontakte 5. Um die Kontaktierung, insbesondere auf den Rückseiten, zu vereinfachen, kann es gün stig sein, die Einzel-Detektoren 10 - abweichend von Fig. 2 - Rücken-an-Rücken zu stapeln, so daß die Rückseitenkontakte 5 von je zwei Einzel-Detektoren 10 zugleich zu kontaktieren sind. Fig. 2 to illustrate a stack, generally designated 9 of - in the embodiment, three pieces -. Individual detectors 10 of FIG 1. Between the adjoining in the stack 9 front-side contacts 4 and back contacts 5 of adjacent individual detectors 10 can according to FIG 4, respectively. an electrical insulator layer 11 are located. The insulator layer 11 can, according to FIG. 3, be matched on both sides to the contacts 4 , 5, metallized contact strip layer 12 , for. B. polyimide film are formed. Both the individual microstrip electrodes 3 and - isolated therefrom - the rear sides or contacts 5 may need to be contacted. In order to simplify the contacting, in particular on the rear sides, it may be reasonable to stack the individual detectors 10 - in contrast to FIG. 2 - back-to-back, so that the rear-side contacts 5 of two individual detectors 10 are to be contacted at the same time.
Fig. 3 und 4 zeigen zwei Ausführungsbeispiele für die Kontak tierung der diversen Elektroden der Einzel-Detektoren 10. Im Fall von Fig. 3 wird vorgesehen, zwischen die (im wesentlichen gesamten) Berührungsflächen von je zwei aneinandergrenzenden Einzel-Detektoren 10 jeweils mindestens eine Polyimidstreifen folie - Kontaktstreifenschicht 12 - einzufügen. An mindestens einer Kante, speziell an der für die zu registrierende Rönt genstrahlung vorgesehenen Einfallskante 13 sollen die Kontakt-Streifenschichten 12 glatt mit den dortigen Substratkanten ab schließen, so daß sich eine den zu registrierenden Photonen 16 zuzuwendende Einfallsfläche bzw. -ebene ergibt. An dieser Ein fallskante 13 (bezüglich des Substrats 1 bzw. des Stapels 9 von Einzel-Detektoren 10) gegenüberliegenden Kontaktkante 14 des erfindungsgemäßen Detektors sollen die Kontaktstreifen schichten 12 nach Fig. 3 als Fähnchen 15 hervorschauen. An die Fähnchen 15 sind die entsprechenden Eingänge einer zugehörigen Ausleseelektronik, im allgemeinen einzeln an jeden Mikrostrei fen und an jeden Rückseitenkontakt, anzuschließen. FIGS. 3 and 4 show two embodiments for contactless orientation of the various electrodes of the individual detectors 10. In the case of FIG. 3, it is provided to insert at least one polyimide strip - contact strip layer 12 - between the (essentially total) contact surfaces of two adjacent individual detectors 10 . At least one edge, especially at the to be registered Rönt-radiation provided incident edge 13 of the contact-strip layers are 12 connect smoothly with the local substrate edges, so that a to be turned towards to be registered photon 16 incident face or plane of results. At this one edge 13 (with respect to the substrate 1 or the stack 9 of individual detectors 10 ) opposite contact edge 14 of the detector according to the invention, the contact strips 12 should look out of FIG. 3 as flags 15 . The corresponding inputs of associated readout electronics, generally individually to each microstrip and to each rear contact, are to be connected to the flags 15 .
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird ein Stapel 9 von Ein zel-Detektoren 10 dargestellt, die (jeder einzeln) an der der Einfallskante 13 der Photonen 16 gegenüberliegenden Kontakt kante 14 - also außerhalb des Registrierbereichs 2 - einseitig an der die Mikrostreifen-Elektroden 3 tragenden Seite abge schrägt sind. In diesem Fall brauchen zwischen je zwei Einzel-Detektoren 10 - jedenfalls im Registrierbereich 2 - keine Po lyimidstreifenfolien oder dergleichen angeordnet zu werden. Die Mikrostreifen-Elektroden 3 können vielmehr unmittelbar - insbesondere einzelnen gebondet - mit einer nachgeschalteten Ausleseelektronik verbunden werden.In the exemplary embodiment according to FIG. 4, a stack 9 of individual detectors 10 is shown, which (each individually) on the contact edge 14 opposite the incident edge 13 of the photons 16 - that is, outside the registration area 2 - on one side on the microstrip electrodes 3 bearing side beveled. In this case, between two individual detectors 10 - at least in the registration area 2 - no polyimide strip films or the like need to be arranged. Rather, the microstrip electrodes 3 can be connected directly - in particular individually bonded - to a downstream readout electronics.
Für eine ausreichende Nachweisempfindlichkeit reicht oft eine - zwischen Einfallskante 13 und Kontaktkante 14 gemessene - Sub stratlänge von etwa 2 cm. Je nach Energie der auftreffenden Strahlung können aber auch Substratlängen von 5 cm und mehr vorgesehen werden. Erfindungsgemäß lassen sich die Einzel-De tektoren 10 bzw. die Detektoren-Stapel 9 zu Gesamt-Detektor anordnungen (gegebenenfalls also auch mit einer Zusammenfas sung einer Vielzahl von Stapeln 9) kombinieren, die eine rönt gen-sensible Fläche von größenordnungsmäßig 100 cm2 besitzen.For sufficient detection sensitivity, a substrate length of about 2 cm, measured between the incident edge 13 and the contact edge 14, is often sufficient. Depending on the energy of the incident radiation, substrate lengths of 5 cm and more can also be provided. According to the invention, the individual detectors 10 or the detector stack 9 can be combined to form total detector arrangements (possibly also with a combination of a plurality of stacks 9 ) which have an X-ray-sensitive area of the order of 100 cm 2 .
Erfindungsgemäße Detektoren sind ausgezeichnet geeignet für Röntgen-Computer-Tomographen mit geringer Strahlenbelastung (für den Patienten bei medizinischen Anwendungen), hoher räum licher Auflösung und schneller on-line-Analyse. Ebenso geeig net sind solche Detektoren für zerstörungsfreie Materialprü fungen, speziell bei sehr hohen Röntgenenergien und hohen In tensitäten, wobei sich insbesondere der hohe Wirkungsgrad, die hohe räumliche Auflösung und die Strahlungsfestigkeit des er findungsgemäßen Detektors vorteilhaft bemerkbar machen. Detectors according to the invention are extremely suitable for X-ray computer tomograph with low radiation exposure (for the patient in medical applications), high space resolution and faster online analysis. Also suitable net are such detectors for non-destructive material testing tests, especially with very high X-ray energies and high In intensities, in particular the high efficiency, the high spatial resolution and the radiation resistance of the he make detector according to the invention advantageously noticeable.
11
Substrat
Substrate
22nd
Registrier-Bereich
Registration area
33rd
Mikrostreifen-Elektrode
Microstrip electrode
44th
Vorderseitenkontakt
Front contact
55
Rückseitenkontakt
Rear contact
66
vordere Substratfläche
front substrate surface
77
hintere Substratfläche
rear substrate surface
88th
Passivierung
Passivation
99
Stapel
stack
1010th
Einzel-Detektor
Single detector
1111
Isolatorschicht
Insulator layer
1212th
Kontakt-(Streifen)Schicht
Contact (stripe) layer
1313
Einfallskante
Leading edge
1414
Kontaktkante
Contact edge
1515
Fähnchen
flag
1616
Photonen
Photons
1717th
Abschrägung
bevel
Claims (16)
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