DE3237773A1

DE3237773A1 - Silizium-array

Info

Publication number: DE3237773A1
Application number: DE19823237773
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 8520 Erlangen Rühle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-10-12
Filing date: 1982-10-12
Publication date: 1984-04-12

Description

silizium-Array
Die Erfindung bezieht sich auf ein Silizium-Array für Röntgenstrahlen mit mehreren Silzium-Detektoren deren Flachseiten jeweils mit einer Elektrode versehen sind und deren Ausgänge jeweils mit einer Verstärkerelektronik verbunden sind Es ist ein Röntgen-Detektor für einen Computertomographen mit Silizium-Detektoren bekannt, die als Grenzschichtdetektoren ausgeführt sind, und der mit Strom-Spannungs-Wandlern und Integratoren sowie andere datenerfassenden Schaltungen versehen ist. Die Detektoren bestehen aus hochreinem n-dotierten Silizium mit einer Dotierungskonzentration von 2 x 1012 cm 3s deren eine Flachseite jeweils mit einer Aluminiumelektrode und deren andere Flachseite jeweils mit einer Goldelektrode versehen ist. Die Ausgänge der Halbleiter-Detektoren sind jeweils mit einer diskret aufgebauten Verstärkerelektronik verbunden (IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 27, No. 1, February 1980, Seiten 252 bis 257).
Bei diesem Röntgen-Detektor ist die datenerfassende Elektronik diskret aufgebaut. Neben dem hohen Arbeitsaufwand besteht das Problem des hohen Raumbedarfs der diskret aufgebauten Elektronik.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein hoch auflösendes, störungsfreies Silizium-Array für Röntgenstrahlen mit einer großen Anzahl von Silizium-DeXektoreni beispielsweise mehreren hundert, insbe° sondere mehr als tausend Detektoren, anzugeben. Insbesondere soll die Elektronik wegen der Störanfälligkeit und der gegenseitigen Beeinflussung möglichst dicht bei den Detektoren angeordnet werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 Die verhältnismäßig schwachen Ausgangsstromsignale der Silizium-Detektoren kann man direkt am Detektor für eine störungsfreie Weiterleitung auf einer Leitung aufbereiten, d.h. verstärken und gegebenenfalls mit Hilfe eines Strom-Spannungs»Wandlers in eine Spannung umwandeln. Die Silizium-Detektoren können mit ihrer integrierten Verstärkerelektronik jeweils vorzugsweise in Planartechnologie hergestellt werden.
Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung des Silizium-Arrays besteht darin, daß jeweils die Verstärkerelektronik in einer Aussparung der Silizium-Detektoren angeordnet ist. Diese Aussparungen verlaufen jeweils parallel zu den bestrahlten Stirnseiten des Silizium-Detektors und sind jeweils in die eine der Flachseiten des Silizium-Detektors eingelassen. Durch diese Anordnung erreicht man, daß die integrierte Verstärkerelektronik und ihre Anschlüsse nicht mit dem benachbarten Silizium-Detektor in Berührung kommt In einer weiteren Ausgestaltung des Silizium-Arrays ist jeweils zwischen zwei benachbarten Silizium-Detektoren eine Absorberplatte aus einem Material mit hoher Röntgenstrahlabsorption vorgesehen. Durch diese Gestaltung wird das Ubersprechen zwischen benachbarten Silizium-Detektoren verhindert und zugleich können diese Absorberplatten als Träger für die Silizium-Detektoren und als Kollimator für die Röntgenstrahlung dienen.
Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel des Silizium-Arrays nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist Figur 1 zeigt ein Silizium-Array gemäß der Erfindung und in Figur 2 ist eine besonders vorteilhafte AusfUhrungsform der Erfindung dargestellt In der Ausführungsform nach Figur 1 enthält ein Silizium-Array 2 mehrere, beispielsweise 512, Silizium-Detektoren 4. Jeweils zwischen benachbarten Silizium-Detektoren 4 ist eine Absorberplatte 6 mit einer Dicke von beispielsweise 50 bis 200 /um vorgesehen, die aus einem Material mit hoher Röntgenstrahlabsorption, beispielsweise Wolfram, vorzugsweise Molybdän, insbesondere Tantal, besteht.
Die Silizium-Detektoren 4 enthalten einen hochreinen Halbleiterkörper 8, der vorzugsweise aus n-leitendem Silizium bestehen kann und dessen eine Flachseite 10 mit einer hoch n-dotierten Schicht 12 und dessen andere Flachseite 14 mit einer hoch p-dotierten Schicht 16 versehen ist. Die beiden hochdotierten Schichten 12 und 16 sind entweder Epitaxieschichten, eindiffundierte Schichten oder Implantati onsschichten wobei die Epitaxie schicht beispielsweise einige /um dick und die eindiffundierten Schichten oder Implantationsschichten beispielsweise 1/10 /um dIck sind. Als Akzeptoren der hoch p-clotierten Schicht kann man beispielsweise Aluminium, Gallium oder Indium und insbesondere Bor verWnden. Als Donator der hoch n-dotierten Schicht ist beispielsweise Arsen oder Antimon, insbesondere Phosphor geeignet. Außerdem sind die hochclotierten Schichten 12 und 16 jeweils mit einer Oxidschicht 18 versehen. Die Flachseiten 10 der Silizlum-Detektoren 4 sind olevei7s mit einer parallel zu der angestrahlten Stirnseite 20 der Silizium-Detektoren 4 verlauSenden Aussparung 22 versehen, in der eine Verstärkerelektronik 24, vorWgs weise in Planartechnologie, angeordnet ist. Außerdem sind Metallkontakte 26, beispielsweise Spannungsversorgung und Signalausgang, in der Aussparung 22 angeordnet. Die Schmalseiten 28 der Absorberplatten 6 ragen jeweils aus der Ebene 30 der Schmalseiten der Silizium-Detektoren 4 heraus.Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, daß die Stirnseiten 32 der Absorberplatten 6 gegenüber den Stirnseiten 20 der bestrahlten Silizium-Detektoren 4 jeweils einen Vorsprung bilden.
Die Absorberplatten 6 sind jeweils mit den Silizium-Detektoren 4 elektrisch verbunden. Sie können vorzugsweise mit Hilfe eines elektrisch leitenden Klebers mit diesen verklebt sein.
Durch diese Gestaltung kann man eIn hoch auflösendes, störungsfreies Silizium-Array 2 für Röntgenstrahlen, die in der Figur mit X bezeichnet sind, aufbauen.
Damit die Ortsauflösung des Röntgenbildes möglichst groß ist, wählt man für den Halblelterkörper 8 der Silizium-Detektoren 4 beispielsweise folgende Werte: Die Höhe h, maßgebend für die maximale Schichtdicke bei Ganzkörper-Übersichtsaufnahmen, wird beispielsweise 2 bis 20 mm, die Dicke d, maßgebend für die höchste Ortsauflösung des Röntgenbildes, wird beispielsweise 0,4 bis 2 mm und die Tiefe c wird bei- spielsweise 30 bis 60 mm gewählt. Die Tiefe c des Halbleiterkörpers 8 der Silizium-Detektoren 4 ist ein Kompromiß zwischen der möglichst vollständigen Schwächung des Röntgenstrahls und dem Itaterialver braucht Die Jeweils zwischen zwei benachbarten Silizium Detektoren 4 angeordneten Absorberplatten 6 bestehen aus einem Material mit hoher Röntgenstrahl-Absorption, damit das Übersprechen von benachbarten Silizium-Detektoren 4 weitgehend unterdrückt wird. Insbesondere wird die Streustrahlung der Röntgenstrahlung dadurch unterdrückt, daß die Stirnseiten 32 der Absorberplatten 6 jeweils gegenüber den bestrahlten Stirnseiten 20 der benachbarten Silizium-Detektoren 4 einen Vorsprung bilden. Damit die Absorberplatten 6 zugleich als Träger für die Silizium-Detektoren 4 dienen, ragen die Schmalseiten 28 Jeweils aus der Ebene 30 der Schmalseiten der Silizium-Detektoren 4 heraus. Unter Umständen karin es zweckmäßig sein, zwischen den Silizium-Detektoren 4 und den Absorberplatten 6 Jeweils einen Luftspalt zu lassen. Dadurch, kann gegebenenfalls bei einem Fokuswackeln der Röntgenröhre eine ungünstige Wirkung verhindert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform nach Figur 2 sind jeweils die Absorberplatten 6 um die Länge b kürzer als die Tiefe c der Silizium-Detektoren 4.
Die Absorberplatten 6 sind so angebracht, daß die Stirnseiten 32 der Absorberplatten 6 etwa in der Ebene der bestrahlten Stirnseiten 20 der benachbarten Silizium-Detektoren 4. liegen. Durch diese Gestaltung der Absorberplatten 6 kann man die Verstärkerelektronik 24 und die Metallkontakte 26 direkt auf den Silizitim-Detektoren 4 anordnen, ohne dabei an den vorhandenen Platz einer Aussparung gebunden zu seinOAußerdem ist die Herstellung der Silizium-Detektoren 4 einfacher und der 3eriihrungsschutz vor benachbarten Silizium-Detektoren ist gewährleistet.
17 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Silizium-Array (2) für Röntgenstrahlen mit mehreren Silizium-Detektoren (4), deren Flachseiten (10, 14) jeweils mit einer Elektrode versehen sind, und deren Ausgänge Jeweils mit einer Verstärkerelektronik (24) verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t t daß die Silizium-Detektoren (4) jeweils mit einer integrierten Verstärkerelektronik (24) versehen sind.
2. Silizium-Array (2) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i zu c h n e t , daß Silizium-Detektoren (4) mit einem n-leitenden Kalbleiterk-rper (8) vorgesehen sind, deren eine Flachseite (10) mit einer hoch n-dotierten Schicht (12) und deren andere Flachseite (14) mit einer hoch p-dotierten Schicht (16) versehen sind.
3. Silizium-Array (2) nach Anspruch 1 und 2. d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die hochdotierten Schichten (12, 16) Implantationsschichten sind.
4. Silizium-Array (2) nach einem der AnsprUche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e fl c h n e t s daß die hochdotierten Schichten (12, 16) der Silizium-Detektoren (4) jeweils mit einer Oxidschicht 518) versehen sind.
5. Silizium-Array (2) nach einem der AnsprUche 1 bis 4, cl a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t p daß jeweils eine der Flachseiten (10, 14) der Silizium-Detektoren (4) mit einer parallel zur bestrahlten Stirnseite (20) verlaufenden Aussparung (22) versehen ist
6. Silizium-Array (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e K e n n z e i c h n e t , daß jeweils eine Verstärkerelektronik (24) in Planartechnologie vorgesehen ist, die in der Aussparung (22) der Silizium-Detektoren (4) angeordnet ist.
7. Silizium-Array (2) nach einem der Ansprxiche 1 bis 6, cl a d u r c h g e k e n n z e i G h n e t, daß die Flachseite (10) mit der parallel zu den bestrahlten Stirnseiten (20) verlaufenden Aussparung (22) mit der hoch n-dotiertpn Schicht (12) versehen ist.
8. Silizium-Array (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Aussparung (22) Metallkontakte (26j vorgesehen sind.
9. Silizium-Array (2) 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 jeweils zwischen zwei benachbarten Silizium-Detektoren (4) eine Absorberplatte (6) aus einem Material mit hoher Röntgenstrahlabsorption vorgesehen ist.
10. Silizium-Array (2) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t g daß die Schmalseiten (28) der Absorberplatten (6) jeweils aus der Ebene (30) der Schmalseiten der Silizium-Detektoren (4) herausragen.
11. Silizium-Array (2) nach Anspruch 9, d a d u r c a g e k e n n z e i c h n t , daß die Stirnseiten (32) der Absorberplatten (6) jeweils gegenüber den bestrahlten Stirnseiten (20) der benachbarten Silizium-Detektoren (4) einen Vorsprung bilden.
12. SiliziuArray (2) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t , daß jeweils die Absorberplatten (6) inn eine Länge (b) kürzer ist als die Tiefe (c) der Silizium-Detektoren (4).
13. Silizium-Array (2) nach Anspruch 9, d a cl u r c h g e k e n n z e i c h n e t g daß Absorberplatten (6) mit einer Dicke von etwa 50 bis 200 /um vorgesehen sind.
14. Silizium-Array (2) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k enn z e i c h n e t , daß die Absorberplatten (6) aus Molybdän bestehen.
15. Silizium-Array (2) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Absorberplatten (6) aus Tantal bestehen.
16. Silizium-Array (2) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t n daß die Silizium-Detektoren (4) jeweils mit einer zugeordneten Absorberplatte (6) elektrisch verbunden sind.
17. Silizium-Array (2) nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Silizium-Detektoren (4) jeweils mit einem elektrisch leitenden Kleber auf die zugeordnete Absorberplatte (6) aufgeklebt sind.