DE2946108C2 - Strahlendetektor - Google Patents

Description

Anhand eines in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles und darauf bezogener Anwendungsbeispiele sei die Erfindung näher erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 den Aufbau des erfindungsgemäöen Gegenstandes,

F i g. 2 die Anwendung des erfindungsgemäßen Gegenstandes als Strahlenmeßkammer bei einem Standarduntersuchungsgerät,

F i g. 3 die Anwendung des erfindungsgemäßen Gegenstandes als Meßelement bei einem Computer-Tomographiegerät

Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, besteht der Halbleiter-Röntgenstrahlendctektor aus einem Halbleiterelement 1, das z. B. auf einem geeigneten leitenden Substrat 2 aufgebracht ist Dieses Halbleiterelement 1 besteht vorzugsweise aus dünnen amorphen bzw. polyod<ir einkristallinen Schichten, die z. B. aus amorphem Silizium oder Galliumarsenid oder Bleich-dkogeniden oder Indiumantimonid mit einer Schichtdicke von 0,7 μΐη hergestellt werden. Zur Herstellung der erforderlichen Schottkybarrieren werden z. B. bei amorphem Silizium auf das Halbleiterelement Platinfilme mit einer Schichtdicke von 10 nm aufgebracht, die gleichzeitig als Elektrode 3 für die darüber liegende elektrolumineszierende Schicht 4 herangezogen werden. Diese elektrolumineszierende Schicht 4 steht in unmittelbarem Kontakt mit einer darüber liegenden photoleitenden Schicht 5, die ihrerseits mit einer Deckelelektrode 6 versehen ist. Die gesamte Dicke dieser Anordnung liegt in einer Größenordnung von 10 μΐπ, so daß sie ohne weiteres zwischen einem zu untersuchenden Objekt und einem Röntgenfilm als Meßkammer eingesetzt werden kann, d. h. es ergibt sich auf Grund der geringen Eigenabsorption hierdurch kein störender Einfluß auf die Abbildung. Wird nunmehr an die beiden Elektroden 3,6 eine Spannung U geeigneter Größe angelegt, so wird beim Einfall von Röntgenstrahlen in Richtung des Pfeiles X auf Grund des erzeugten elektrischen Feldes eine Steuerung des Elektrolumineszenzprozesses durch Ladungsträgererzeugung in der photoleitenden Schicht 5 bewirkt. Mit dieser Anordnung wird eine Steigerung der Quantenausbeute um zumindest den Faktor 30 gegenüber dem Stand der Technik erzielt, wobei das damit im Zusammenhang stehende Signal S zwischen der Elektrode 3 und dem Substrat 2 auftrifft.

Der Aufbau des vorstehend beschriebenen Strahlendetektors kann vorteilhafterweise auch so gewählt sein, daß die elektrolumineszierende Schicht 4 einen pn- oder einen pin-Übergang aufweist. Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Gegenstand auch aus mehreren der vorerwähnten Bauelemente bestehen, die dann jeweils in der vorbeschriebenen Weise hintereinander angeordnet sind.

Der Halbleiter-Strahlendetektor nach Fig. 1, läßt sich vorteilhafterweise besonders gut als Meßkammer für ein Standarduntersuchungsgerät der Röntgentechnik verwenden. Dieses Standarduntersuchungsgerät besteht dabei im wesentlichen aus einer an einem Röntgenapparat 7 angeschlossenen, auf einen Patienten P ausgerichteten Röntgenröhre 8 und einer im Strahlengang befindlichen Bilderzeugungseinrichtung (z. B. Röntgenfilm) 9. Der erfindungsgemäße als Meßkammer 10 ausgebildete Gegenstand wird hierbei zwischen dem Patienten P und der Bilderzeugungseinrichtung 9 angeordnet und liefert ein Signal, das — wie im dargestellten Fall — über eine geeignete Einrichtung 11 zur Abschaltung der Röntgenstrahlung beim Erreichen einer für eine optimale Belichtung des Röntgenfilms erforderlichen Dosis oder — wie ansonsten üblich — zur Regelung der Dosisleistung zwecks Konstanthaltung der Helligkeit eines Leuchtschirmes herangezogen wird.

Desweiteren eignet sich der erfindungsgemäße Gegenstand auch besonders als Strahlendetektor für einen Computer-Tomographen. Dieser besteht wiederum aus einer an einem Röntgenapparat 7 angeschlossenen Strahlenquelle 8, die zusammen mit einer gegenüberliegenden um den Fokus der Strahlenquelle gekrümmten Strahlendetektoranordnung 12 gemäß allgemein bekanntem Verfahren relativ zum Patienten P verstellbar ist Diese Strahlendetektoranordnung 12 besteht aus mehreren Halbleiter-Strahlendetektoren nach Fig. 1, die z. B. gemäß der in der Zeichnung veranschaulichten Art angeordnet und mit den Positionszahlen 12', 12"... versehen sind. Von dieser Strahlendetektoranordnung

12 werden beim Einfall des von der Strahlenquelle 8 erzeugten fächerförmigen Strahlenbündels Signale hervorgerufen, die jeweils ein Maß für die bei der jeweiligen Stellung von Strahlenquelle 8 und Strahlendetektoranordnung 12 einerseits, sowie Patient P andererseits sich ergebende Schwächung der Strahlen darstellen. Diese Signale werden einem mit dem Röntgenapparat zwecks Synchronisation verbundenen Me3wertumformer 13 zugeführt, der aus allen Signalen der Strahlendetektoranordnung 12 ein Querschnittbild des Patienten P ermittelt und den Aufbau einer entsprechenden Abbildung über seinen Ausgang Z, z. B. auf einem Sichtgerät veranlaßt.

Bezugszeichenliste

1 Halbleiterschicht

2 Substrat

3 Metallschicht

4 elektrolumineszierende Schicht

5 photoleitende Schicht

6 Deckelektrode
7 Röntgenapparat

8 Strahlenquelle (Röntgenröhre)

9 Bilderzeugungseinrichtung (Röntgenfilm)

10 Meßkammer

11 Belichtungsautomat

12 Strahlendetektoranordnung
12' Strahlendetektor
12" Strahlendetektor

13 Meßwertumformer
P Patient

so S Ausgangssignal

U Spannung

X Strahlungsrichtung

Z Ausgang des Meßwertumformers

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2

ger Strahlendetektor weist aber eine sehr geringe Emp-Patentansprüche: findlichkeit auf.

Zur Verbesserung dieser Empfindlichkeit ist es durch

l.Halbleiter-Röntgenstrahlendetektor die DE-OS 26 22 655 bekanntgeworden, den Strahlen-

5 detektor aus mehreren Halblenerelementen und mehre-

— mit Mitteln (4) zum Umwandeln von Röntgen- ren Leuchtschichten aufzubauen, und zwar sind dabei strahlen in Licht jeweils ein kristallines Halbleiterelement und eine

— und einer aus einer oder mehreren Halbleiter- Leuchtschicht alternierend hintereinander angeordnet schichten (I) gebildeten Halbleiteranordnung Ein solcher Aufbau eines Strahlendetektors weist aber

— die als optisch-elektrischer Wandler dient, io trotz eines wesentlich größeren Aufwandes noch eine

relativ geringe Empfindlichkeit auf. Im übrigen haben

dadurch gekennzeichnet, daß diese Strahlendetektoren auf Grund des kristallinen

Halbleiterelementes eine ganz beachtliche Dicke, so

— der Halbleiter- Röntgenstrahlendetektor ausge- daß sich bei einem Einsatz als Schwärzungsindikator für hend von einem geeigneten, leitenden Substrat 15 einen Röntgenfilm die Konturen auf dem Röntgenfilm (2) folgende Schichten in der angegebenen Rei- abbilden würden, da sich der Indikator ja zwischen der henfolge umfaßt: Strahlenquelle und dem Röntgenfilm befindet.

-- eine amorphe oder polykristalline dünne Halb- In der DE-OS 20 41 523 ist ein Röntgenstrahlendetek-

leiterschicht(l) tor bekanntgeworden, der zu Umwandlung der Rönt-

— eine mit der Halbleiterschicht (1) einen Schott- 20 genstrahlung eine Anordnung verwendet die im Prinzip ky-Übergang bildende Metallschicht (3) aus einer bei Röntgenbestrahlung fluoreszierenden

— wobei die Metallschicht (3) gleichzeitig als Elek- Schicht und einem Halbleiterelement besteht Dabei trode dient treffen die Röntgenstrahlen auf den Leuchtstoff und er-

— eine dünne elektrolumineszierende Schicht (4) zeugen ein Bild, welches durch Einwirkung auf den

— eine photoleitende Schicht (5) und abschließend 25 Halbleiter eine entsprechende elektrische Wirkung her-

— eine Deckelelektrode (6). vorruft

In Fig. 1 des in der DE-OS 20 41 523 beschriebenen

2. Halbleiter-Röntgenstrahlendetektor nach An- Ausführungsbeispiels wird eine Anordnung gezeigt die spruch 1, dadurch gekennzeichnet daß einen optisch elektrischen Wandler darstellt, bei dem

30 der Halbleiterschicht eine Leuchtschicht zugeordnet ist.

— mehrere dünne, filmartig ausgebildete Halblei- Mit der DE-AS 19 14 912 ist eine Einrichtung beterschichten (1) zusammen mit mehreren Me- kannt die einen Halbleiter-Röntgenbildverstärker mit tallschichten (3) und mehreren dünnen elektro- Bildspeichereigenschaften darstellt. Die Anordnung belumineszierenden Schichten (4) alternierend auf steht aus einer als optischer Wandler funktionierenden dem Substrat angeordnet sind. 35 Halbleiteranordnung und aus einer oder mehreren dünnen elektrolumineszenten Schichten und einer photolei-

3. Halbleiter-Röntgenstrahlendetektor nach An- tenden Schicht, die durch Ladungsträgererzeugung eispruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nen Elektrolumineszenzprozeß hervorruft. Diese beiden Schichten dienen zum Umwandeln von Röntgen-

— die amorphe Halbleiterschicht ^I) aus amor- 40 strahlen in Licht

phem Silizium Mit der US-PS 41 46 904 ist ein Röntgenstrahlende-

— mit einer Dicke von 0,7 μιη gebildet ist. tektor bekanntgeworden, bei dem die Umwandlung von

Röntgenstrahlung in Licht durch einen Scintillator (ζ. Β.

aus Cäsiumjodid) erfolgt Der Scintillator ist über eine

45 Isolierschicht mit dem Halbleiterdetektor verbunden. Die Strahlendetektoranordnung enthält ein Substrat ei-

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem für nes monokristallinen Siliziumhalbleitermaterials mit N-

Röntgen- oder Gammastrahlen geeigneten Halbleiter- Leitfähigkeit und relativ großem Widerstand. Auf die-

Strahlendetektor, der mit Mitteln zum Umwandeln der sem Substrat sind zwei längliche Schichten von der glei-

Röntgen- oder Gammastrahlen in Licht und einer aus 50 chen N-Leitfähigkeit mit geringem Widerstand ange-

einem oder mehreren Halbleiterelement(en) gebildeten, ordnet. Zwischen diesen N-Ieitfähigen Schichten befin-

als optisch-elektrischer Wandler funktionierenden det sich eine längliche P-leitfähige Schicht. Diese P-Ieit-

Halbleiteranordnung versehen ist. fähige Schicht formt mit der Hauptoberfläche des Sub-

Ein Halbleiter-Röntgenstrahlendetektor nach dem strates einen PN-Übergang. Die Umwandlung von

Oberbegriff des Anspruchs 1 ist z.B. aus der DE-OS 55 Röntgenstrahlen in Licht mittels eines Scintillator wur-

22 655 bereits bekannt. de deshalb gewählt, weil Silizium mehr auf Licht an-

Derartige Strahlendetektoren sind dafür vorgesehen, spricht.

um z. B. aus den von einer Röntgenstrahlenquelle ausge- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zusandten Röntgenstrahlen ein Signal abzuleiten, das zur gründe, einen Halbleiter-Strahlendetektor der eingangs Abschaltung bzw. zur Regelung der Röntgenstrahlung 60 erwähnten Art zu schaffen, dessen Empfindlichkeit trotz oder zum Bildaufbau selbst herangezogen wird. einer sehr geringen Dicke wesentlich vergrößert wird.

Es ist ein Halbleiter-Röntgenstrahlendetektor be- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem derar-

kanntgeworden, der aus einer Halbleiterdiode und einer tigen Strahlendetektor durch die im Anspruch 1 ange-

Leuchtschicht besteht. Wird dabei der Strahlendetektor gebenen Merkmale gelöst.

von Röntgenstrahlen durchsetzt, so wird die Röntgen- 65 Es wird dabei eine derartige Auswahl von photolei-

strahlung in der Leuchtschicht in sichtbares Licht umge- tenden elektrolumineszierenden Schichten getroffen,

wandelt, das dann wiederum von der Halbleiterdiode in daß in dem gesamten von ultraviolett bis infrarot rei-

ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Ein derarti- chenden Spektralbereich eine Detektion möglich ist.