DE3112843A1

DE3112843A1 - "detektoranordnung"

Info

Publication number: DE3112843A1
Application number: DE19813112843
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Phys. 8520 Erlangen Glasow
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1982-10-14

Description

Detektoranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Detektoranordnung mit Detektoren für ionisierende Strahlen mit einem einkristallinen Halbleiterkörper aus Reinstgermanium, der mit Elektroden versehen ist.
Körperschnittbilder können bekanntlich aus der Absorption ionisierender Strahlen, die den Körper in der Schnittebene nacheinander in verschiedenen Richtungen durchsetzen, hergestellt werden. Den Strahlen ist dabei ein Detektorsystem zugeordnet, dessen Ausgang mit einer Elektronik verbunden ist, die einen Computer enthält. Derartige Anordnungen sind bekannt als Computer-Tomographen.
Die durch das Körpergewebe zum Teil absorbierte und damit informationsbehaftete Strahlung, beispielsweise Röntgen- oder Gammastrahlung, wird von den Detektoren in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die Strahlungsquelle kann einen fächerförmigen Strahl liefern, dem ein Detektorsystem mit einer großen Anzahl von DetektO-ren zugeordnet ist. Die Strahlungsquelle wird gegebenenfalls mit dem Detektorsystem in der Schnittebene um den zu untersuchenden Körper geschwenkt. Es kann auch ein ruhendes Detektorsystem vorgesehen sein, dessen Detektoren in der Schnittebene um den zu untersuchenden Körper angeordnet sind. In dieser Anordnung führt nur noch die Strahlungsquelle eine Bewegung um den Körper aus. Aus den gewonnenen Meßsignalen wird die gesuchte Verteilung der Absorption des Körpergewebes in den einzelnen Bildelementen berechnet und daraus das Bild aufgebaut. Zu diesem Zweck werden die Meßwerte in einer Elektronik verarbeitet und gespeichert und am Ende der Meßwerterfassung das Körperschnittbild ausgedruckt oder auf einem Bildschirm sichtbar gemacht. In der Detektoranordnung wird die Röntgenstrahlung beispielsweise umgewandelt in Lichtstrahlung, die mit Fotodetektoren gemessen werden kann. Ferner kann auch eine Kombination von Szintillatoren mit Fotomultipliern vorgesehen sein oder die Röntgenstrahlen werden mit Xenon-Ionisationskammern gemessen.
Detektoren mit einem strahlungsempfindlichen Halbleiterkörper benötigen für die Bildung eines Ladungsträgerpaares eine Energie, die um etwa eine bis zwei Größenordnungen kleiner ist als bei den bekannten Detektoren.
Die mit solchen Halbleiter-Detektoren erzeugten Impulse sind somit wesentlich größer und die Elektronik zur Impulsverarbeitung ist entsprechend einfacher. Von den für Halbleiter-Strahlungsdetektoren verwendeten Materialien hat Silizium den Nachteil zu geringer Absorption.
Detektoren aus Germanium sowie Cadmiumtellurid und Quecksilberjodid zeigen Instabilitätseffekte (sogenannte Speichereffekte, tailing), die ihre praktische Anwendung bisher verhindert haben. Diese Instabilitäten verhindern bei der Messung gepulster Röntgenstrahlung, wie in der Computer-Tomographie üblich, daß der Abfall des Detektorsignalimpulses dem Röntgenimpuls folgt. Durch den Speichereffekt geht die Abfallflanke in einen flachen Teil über, der im allgemeinen wesentlich länger dauert als eine Pause der Impulsfolge. Dadurch erhält man ein gewisses Aufstocken der Impulse einer Impulsfolge und ihre Größe ist nicht mehr proportional der Basis. Bei Cadmiumtellurid hat man die Wirkung dieses Nachklingens durch verhältnismäßig aufwendige elektro- nische Maßnahmen vermieden, die jedoch mit Schwierigkeiten behaftet sind (Journal of Computer Assisted Tomographie, 2, S. 586-593, Nov. 1978, Raven Press, New York).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Instabilitätseffekte bei Halbleiter-Detektoren aus einkristallinem Reinstgermanium zu verhindern. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß diese Instabilität bei Detektoren aus hochreinem Germanium auf der Wirkung von Oberflächenkanälen (channels) auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers beruht.
Die Erfindung besteht nun darin, daß Mittel vorgesehen sind zur Einstellung von Flachbandbedingungen (flat band conditions) an dem Oberflächenteil des Halbleiterkörpers, der nicht von den Elektroden bedeckt ist.
Damit wird das Nachklingen (tailing) der Ausgangssignale verhindert und man erhält auch bei Pulsfolgen ein der Dosisleistung proportionales elektrisches Signal.
In einer besonders einfachen Ausführungsform der Detektoranordnung kann dieser Oberflächenteil mit einer Schicht aus amorphem Germanium mit einem Anteil Wasserstoff (a:Ge(H))versehen sein. Diese Schicht kann ferner aus Siliziumoxid SiO2 bzw. SiO bestehen.
Unter Umständen können die Flachbandbedingungen dadurch hergestellt werden, daß der mit seinen Elektroden versehene Halbleiterkörper einer Wasserstoffatmosphäre ausgesetzt wird. Anschließend wird der nicht von den Elektroden abgedeckte Teil der Oberfläche des Detektors vorteilhaft mit einer Schutzschicht versehen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel eines Detektors schematisch veranschaulicht ist, der in der Detektoranordnung nach der Erfindung verwendet werden kann.
Ein einzelner Halbleiterdetektor, der in einem schwach p-leitenden Detektorsystem insbesondere zur Messung der Absorption der Röntgenstrahlung in einem Computertomographen oder auch einer Gamma-Kamera angeordnet sein kann, enthält einen ortsbestimmenden oder energiebestimmenden Halbleiterkörper 2 aus Reinstgermanium mit einer Netto-Dotierungskonzentration von beispielsweise /ND#NA/"'#IO10 cm 3, der an einer Seite mit einer hoch n-leitenden Elektrode 4 versehen ist, die beispielsweise durch Eindiffundieren von Lithium oder auch durch Implantieren von Phosphor hergestellt sein kann. An der gegenüberliegenden Seite ist der Halbleiterkörper 2 mit einer hoch p-leitenden sperrfreien Elektrode 6 versehen, die beispielsweise aus einer Schicht von aufgedampftem Palladium bestehen kann, die zum Halbleiterkörper 2 einen Schottky-Ubergang bildet. Die obere Elektrode ist über eine Anschlußklemme 8 an positives Potential angeschlossen, während die Elektrode 6 auf Nullpotential liegt.
An den nicht von den Elektroden 4 und 6 bedeckten Oberflächenteilen F des Halbleiterkörpers 2 sind Mittel vorgesehen, die dort Flachbandbedingungen (flat band conditions) einstellen, indem sie dafUr sorgen, daß die Bandkanten an der Oberfläche nicht gekrümmt sind. Zu diesem Zweck ist eine amorphe Germaniumschicht 10 mit einem Anteil Wasserstoff (a:Ge(H)) geeignet, welche die Bildung von Oberflächen-channels verhindert.
Unter Umständen kann es genügen, den mit Elektroden 4 und 6 versehenen Halbleiterkörper 2 einer Wasserstoffatmosphäre auszusetzen und anschließend die nicht von den Elektroden 4 und 6 bedeckten Oberflächenteile mit einer Schicht 10 zu versehen, die dann vorzugsweise als Schutzschicht dient und beispielsweise aus einer kältebeständigen dünnen Lackschicht oder auch aus amorphem Germanium bestehen kann.
5 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentans#riiche Detektoranordnung mit Detektoren fUr ionisierende Strahlen mit einem einkristallinen Halbleiterkörper aus Reinstgermanium, der mit Elektroden versehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t s daß Mittel vorgesehen sind zur Einstellung von Flachbandbedingungen an dem Oberflächenteil des Halbleiterkörpers (2), der nicht von den Elektroden (4 und 6) bedeckt ist.
2. Detektoranordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Oberflächenteil mit einer Schicht (10) aus amorphem Germanium mit einem Anteil Wasserstoff versehen ist.
3. Detektoranordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Oberflächenteil mit einer Schicht (10) Siliziumoxid versehen ist.
4. Detektoranordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der mit Elektroden (4, 6) versehene Halbleiterkörper einer Wasserstoffatmosphäre ausgesetzt ist.
5. Detektoranordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Oberflächenteil des Halbleiterkörpers (2), der nicht mit Elektroden (4, 6) versehen ist, nach der Wasserstoffeinwirkung mit einer Schutzschicht (10) versehen ist.