DE3829912C2

DE3829912C2 -

Info

Publication number: DE3829912C2
Application number: DE3829912A
Authority: DE
Inventors: Tetsuhiko Tokio/Tokyo Jp Takahashi; Hiroshi Matsudo Chiba Jp Takeuchi; Toshikazu Kokubunji Tokio/Tokyo Jp Shimada; Haruo Hino Tokio/Tokio Jp Itoh; Tadaaki Koganei Tokio/Tokyo Jp Hirai; Kenji Tokio/Tokyo Jp Maio; Kenichi Houya Tokio/Tokyo Jp Okajima; Minoru Tokio/Tokyo Jp Yoshida; Hideaki Tokorozawa Saitama Jp Yamamoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-09-04
Filing date: 1988-09-02
Publication date: 1993-05-13
Also published as: US4982095A; DE3829912A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrelement- Strahlungsdetektor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und insbesondere auf einen Mehrelement-Strahlungsdetektor für einen mit Röntgenstrahlen arbeitenden Computertomographen (CT-System). Im wesentlichen betrifft die Erfindung einen Mehrelement-Strahlungsdetektor mit hoher Detektorempfindlich keit, die nicht in Abhängigkeit des Ortes der einfallen den Strahlung und praktisch nicht mehr von Detektorelement zu Detektorelement schwankt.

In einem Abtastsystem (scanner) eines Röntgenstrahlen- Computertomographen wird eine große Anzahl von Detektorele menten verwendet, z. B. 512 Detektorelemente. Existieren Empfindlichkeitsunterschiede zwischen diesen Elementen, so entstehen runde Artefakte im reproduzierten Bild. Es ist da her äußerst wichtig, daß alle Detektorelemente die gleiche Empfindlichkeit aufweisen. Empfindlichkeitsverteilungen inner halb eines jeweiligen Elementes stellen ebenfalls einen wichtigen Faktor dar, der das Auflösungsvermögen im reprodu zierten Bild bestimmt.

In der offengelegten japanischen Patentpublikation Nr. 24 174/1987 ist bereits ein Strahlungsdetektor für ein Abtastsystem eines Röntgenstrahlen-Computertomographen be schrieben. Bei diesem Strahlungsdetektor sind Photodioden aus Silizium mit Hilfe eines Verbindungsmaterials an der Ober fläche eines Szintillators befestigt, die derjenigen Ober fläche gegenüberliegt, auf die Röntgenstrahlen auftreffen. Bei diesem Röntgenstrahlendetektor mit dem genannten Ver bindungsmaterial treten jedoch folgende Probleme auf:

1. Ein Positionsfehler entsteht zwischen dem Szintilla tor und der Photodiode, wenn diese miteinander verbunden werden. Ferner treten auch Empfindlichkeitsschwankungen inner halb der jeweiligen Elemente auf.
2. Es ist außerordentlich schwierig und erfordert sehr viel Aufwand, die Photodioden zur Bildung einer großen An zahl von Detektorelementen mit dem Szintillator präzise zu verbinden.
3. Eine extrem genau arbeitende Technik muß eingesetzt werden, um eine große Anzahl von Detektorelementen in engem Kontakt miteinander und mit hoher Positionsgenauigkeit anzu ordnen.

Die offengelegte japanische Patentpublikation Nr. 71 881/ 1987 offenbart ferner einer Struktur, bei der eine amorphe Siliziumschicht auf der Oberfläche des Szintillators liegt und zur Bildung von Photodioden verwendet wird. Es ist daher nicht mehr erforderlich, Photodioden mit Hilfe eines Ver bindungsmaterials mit dem Szintillator zu koppeln. Bei der beschriebenen Struktur wird ein sehr stabiler optischer Kopplungszustand zwischen dem Szintillator und der jeweiligen Photodiode erhalten, wobei keine Empfindlichkeitsschwankungen mehr aufgrund eines verwendeten Verbindungsmaterials auftreten. Allerdings wird nach der zuletzt genannten Druckschrift ein Mehrelement-Strahlungsdetektor für einen Röntgenstrahlen- Computertomographen dadurch erhalten, daß eine relativ große Anzahl von einzeln hergestellten Schichtstrukturen relativ zueinander positioniert werden muß, wobei jeweils eine Schicht struktur aus einem Szintillator und einer Photodiode besteht.

Auch die Druckschrift JP-A-57-17 22 73, von der der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht, beschreibt einen Strahlungsdetektor, bei dem auf einem einzigen Szintillatorkristall eine amorphe Siliziumschicht abgeschie den ist. Die Siliziumschicht ist durch Elektroden in einzelne Photodioden unterteilt, so daß mehrere Detektorelemente ge bildet werden. Diese Anordnung läßt sich auf einfache Weise so fertigen, daß der Abstand der Detektorelemente präzise eingehalten wird. Als Nachteil tritt jedoch ein Übersprechen zwischen benachbarten Detektorelementen auf, das die Auflö sung des Detektors stark einschränkt.

In US-39 36 645 und JP-A-62 43 585 werden Detektoren be schrieben, bei denen für jedes Detektorelement von einem ein zelnen Szintillatorkristall ausgegangen wird und die einzel nen Kristalle unter Hinzufügen einer opaken Zwischenschicht zu einem Verbund zusammengesetzt werden. Anschließend werden die Photodioden aufgeklebt. Bei dieser Anordnung bereitet wieder das Ausrichten der Photodioden zu den einzelnen Szin tillatorkristallen bei der Fertigung Probleme. Außerdem ist die optische Trennung der Szintillatorkristalle nicht voll ständig, da über die transparente adhäsive Schicht zwischen den Szintillatorkristallen und den Photodioden sowie über die transparenten Elektroden der Photodioden ein Übersprechen von Licht zwischen benachbarten Detektorelementen auftreten kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen einfach und präzise zu fertigenden Mehrelement-Strahlungsde tektor zu schaffen, bei dem die Empfindlichkeit gegen Über sprechen zwischen den einzelnen Detektorelementen im Ver gleich zum Stand der Technik deutlich reduziert ist.

Eine Lösung der gestellten Aufgaben findet sich im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Aus gestaltungen der Erfindung sind den nachgeordneten Unteran sprüchen zu entnehmen.

Die Dünnfilmschalter nach Anspruch 6 arbeiten als Multiplexschalter und liefern zeitlich nacheinander die jeweiligen Ausgangssignale der Photodioden zu einem gemeinsamen Ausgangsanschluß. Die Ausgangssignalleitungen von mehreren Detektorelementen kön nen somit zu einem einzigen Anschluß geführt werden, so daß sich die Anzahl der Leitungen im Signalsystem verringern läßt. Die Signalleitungen sind relativ steif und stark, so daß keine Rauscherscheinungen verursachenden Schwingungen auftreten können. Der Mehrelement-Strahlungsdetektor nach der Erfindung läßt sich kostengünstig herstellen, da es nicht erforderlich ist, bereits fertige Detektorelemente rela tiv zueinander zu positionieren.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigen

Fig. 1 und 2 jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsdarstellung eines ersten Ausführungs beispiels eines Szintillationsdetektors,

Fig. 3A, B und C perspektivische Darstellungen zur Erläuterung der Herstellung eines in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Szintillationsdetektors,

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Szintilla tionsintensität und der Empfindlichkeit einer Photodiode,

Fig. 6 und 7A, 7B jeweils eine perspektivische An sicht, eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Szintillationsdetektors, und

Fig. 8 und 9A, 9B jeweils ein Schaltungsdiagramm, eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Szintillationsdetektors.

Im nachfolgenden wird der Aufbau eines ersten Aus führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Fig. 1 näher beschrieben. Ein Szintillator 1 besteht aus einem Block aus Gd₂O₂S : Pr, Ce, F, der z. B. durch heißisostatisches Pressen erzeugt worden ist und der eine spiegelpolierte Oberfläche aufweist. Der durch heißiso statisches Pressen erzeugte Szintillatorblock aus Gd₂O₂S : Pr, Ce, F ist sowohl thermisch als auch chemisch stabil und eignet sich als Substrat zur Bildung von a-Si-Photodioden.

Auf einer Oberfläche dieses Szintillators befindet sich eine Mehrzahl von a-Si-Photodioden 4, die gegeneinander isoliert sind. Die Zeichnung zeigt einen Fall, bei dem drei Elemente auf einem Szintillator gebildet sind. Jedes Element ist 30 mm lang und 1,2 mm breit, wobei die Element lücke (Lücke zwischen den Elementen) z. B. 300 µm beträgt. Der Szintillator kann 1,5 mm dick sein. Er ist vorzugsweise dick genug, um diejenige Strahlung zu absorbieren, die detektiert werden soll. Der Aufbau der dünnfilmartigen Photo dioden ist im einzelnen anhand der Querschnittsdarstellung in Fig. 2 zu erkennen.

Eine 0,5 µm dicke Indium-Zinn-Oxidschicht, die nach folgend auch als ITO-Schicht bezeichnet wird, wird als trans parenter, leitfähiger Film 8 auf der spiegelpolierten Ober fläche des Szintillators 1 gebildet. Anschließend wird eine 1 µm dicke Schicht aus amorphem Silizium (a-Si) auf dem leitfähigen Film 8 hergestellt, die als photoleitfähiger Film 9 dient. Die a-Si-Schicht 9 kann z. B. mit Hilfe des Plasma-CVD-Verfahrens hergestellt werden (Plasma Chemical Vapor Deposition Method). Die Grenzfläche zwischen der ITO-Schicht 8 und der a-Si-Schicht 9 bildet einen Heteroübergang. Mit anderen Worten bilden die Schichten 8 und 9 eine Diode mit Heteroübergang. Eine 2 µm dicke NiCr-Schicht 10 und eine 1 µm dicke Au-Schicht 11 werden nacheinander auf der a-Si- Schicht 9 hergestellt, um eine der Elektroden zu erhalten. Die NiCr-Schicht 10′ und die Au-Schicht 11′ werden direkt auf eines der Enden der ITO-Schicht 8 aufgebracht, ohne Bildung der a-Si-Schicht 9. Diese Au-Schichten 11, 11′ wer den zu überwiegendem Teil mit einem Schutzfilm 12 bedeckt, der aus einer SiN₄-Schicht besteht. Leitungen aus Au werden mit den freiliegenden Au-Schichten verbunden, um Signale nach außen übertragen zu können. Jeder dieser Dünnfilme wird mit Hilfe der üblichen photolithographischen Technik ge bildet.

Um ein Übersprechen zwischen den einzelnen Elementen zu reduzieren, muß jeder Szintillator, auf dem die gegen einander isolierten a-Si-Photodioden mit dem oben beschrie benen Aufbau gebildet worden sind, optisch oder strahlungs mäßig separiert bzw. zerteilt werden, und zwar an den Posi tionen, die in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 6 versehen sind. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Trennung zwischen den Elementen nach einem Verfahren durchgeführt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Entsprechend Fig. 3A wird die Oberfläche des Szintillators 1, auf der sich die a-Si- Photodioden befinden, mit einem Träger 13 verbunden (ver bondet), und zwar unter Verwendung eines geeigneten Verbin dungsmaterials (Bondmaterial). Mit anderen Worten wird der Bereich des in Fig. 2 gezeigten Schutzfilms 12 mit dem Träger 13 verbunden.

Da der Träger 13 und die Verbindungsmaterialien nur da zu dienen, den Szintillator 1 zu fixieren, können sie für Röntgenstrahlen (X-Strahlen) und Licht undurchlässig bzw. opak sein. Nachdem der Szintillatorblock 1 mit dem Träger 13 verbunden worden ist, werden im Szintillatorblock 1 Gräben 15 gebildet, um die Elemente gegeneinander zu isolieren. Die Gräben 15 weisen eine solche Tiefe auf, daß sie den Träger 13 erreichen. Da zu diesem Zeitpunkt jedes Element mit dem Träger 13 verbunden ist, ändern sich die Positionen zwischen den einzelnen Elementen nicht. Es lassen sich daher in ein facher Weise gleichförmig ausgebildete Elemente erhalten. In jedem Graben 15 wird dann eine Trennschicht 3 eingesetzt, wie dies in Fig. 3C zu erkennen ist. Die Trennschicht 3 besteht z. B. aus einer Molybdänschicht, auf deren Ober fläche Aluminium (Al) im Vakuum aufgebracht worden ist. Da die Spitze dieser Trennschicht 3 auch innerhalb des im Träger 13 vorhandenen Grabens liegt, wird jedes Element vollständig sowohl optisch als auch in bezug auf andere Strahlung isoliert.

Die photoleitfähige Schicht 9 besteht beim vorlie genden Ausführungsbeispiel aus einer einzelnen Schicht aus a-Si, wobei sie zusammen mit der ITO-Schicht 8 einen Hetero übergang bildet, um eine Photodiode zu erhalten. Es ist aber auch möglich, einen SnO₂-Film oder dergleichen als Film zur Bildung eines transparenten Heteroüberganges zu verwenden, und zwar anstelle der ITO-Schicht 8, um eine Photodiodenstruktur zu erhalten. In diesen Fällen können irgendwelche Materialien anstelle der ITO-Schicht 8 als un tere Elektrodenschicht zum Einsatz kommen, solange es sich um Materialien oder Strukturen handelt, die für das Szintilla torlicht durchlässig sind. Das Elektrodenmaterial und der Schutzfilm müssen nicht unbedingt in der oben beschriebenen Weise gewählt sein. Auch andere Materialien können zum Ein satz kommen.

Die Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel. Bei diesem zweiten Aus führungsbeispiel liegt ein strahlungsdurchlässiger Schutz film 16 zwischen dem transparenten, leitfähigen Film 8 und dem Szintillator 1. Als strahlungsdurchlässiger Schutzfilm 16 kann z. B. ein SiO₂-Film oder ein SiN₄-Film verwendet werden, dessen Dicke etwa 1 µm beträgt. Bei diesem Aufbau läßt sich in einfacher Weise eine Kontamination der a-Si- Seite durch das Szintillatorsubstrat vermeiden, so daß die Wirkungsweise der a-Si-Photodiode voll ausgenutzt werden kann. Aufgrund des strahlungsdurchlässigen Schutzfilms 16 läßt sich die Spiegeleigenschaft der Oberfläche, auf der sich die a-Si-Photodioden befinden, verbessern, so daß hochwirksame a-Si-Photodioden einfacher hergestellt werden können.

Im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel befindet sich ein Reflexionsfilm 17 auf der Oberfläche des Szintilla tors 1, auf die Röntgenstrahlen auftreffen. Wird als Reflexionsfilm 17 ein 0,3 µm dicker und im Vakuum aufgebrachter Al-Film verwendet, so tritt keine wesentliche Absorption von Röntgenstrahlen bei 50 keV auf, während andererseits die vom Szintillator 1 emittierten Strahlen im wesentlichen vollständig reflektiert werden, so daß sich eine erhebliche Verbesserung der Detektorempfindlichkeit der jeweiligen Detektorelemente ergibt. Da Lichtstrahlen, die von außen auf den Szintillator 1 auftreffen, ebenfalls durch den Film 17 abgeschirmt werden, läßt sich auch das aufgrund von Streulicht erzeugte Rauschen verringern.

Weitere Ausführungsbeispiele von im Zusammenhang mit der Erfindung verwendbaren Detektoren werden nach folgend unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 näher be schrieben. Gemäß Fig. 6 ist der Szintillator 1 optisch und im Hinblick auf andere Strahlung in 16 Einheiten unter teilt. Die Röntgenstrahlen treten in Fig. 6 von unten in den Szintillator 1 ein und werden durch den Szintillator 1 in Fluoreszenzstrahlung umgewandelt. Da die Röntgenstrahlen durch den Szintillator 1 im wesentlichen vollständig ab sorbiert werden, können sie diesen nicht ganz durchdringen und aus seiner oberen Fläche heraustreten. Die vom Szintilla tor 1 emittierten Lichtstrahlen werden mit Hilfe der Photo dioden in einen entsprechenden Strom umgewandelt, wobei die Photodioden das dünne, filmartige und amorphe, leitfähige Material enthalten, das auf der oberen Fläche des Szintilla tors liegt. 16 Photodioden 4 werden so gebildet, daß jeweils eine von ihnen zu einer der 16 Einheiten des Szintillators gehört. Das Ausgangssignal einer jeden Photodiode 4 (die auch abgekürzt als PD bezeichnet werden kann) wird in geeigneter Weise in Übereinstimmung mit dem Einschalt/Ausschaltzustand eines Dünnfilmtransistors 2 ausgelesen, der auch abgekürzt als TFT bezeichnet werden kann. Jeweils ein Dünnfilmtransistor 2 liegt in Reihe mit jeweils einer Photodiode 4 und wird im Verhältnis zu dieser auf einer 1 : 1 Basis hergestellt. Das Ausgangssignal eines jeden Kanals wird als elektrisches Signal zeitsequentiell durch den Schaltbetrieb des jeweiligen Dünnfilmtransistors 2 abgenommen. Die Dünnfilmtransistoren 2 arbeiten mit anderen Worten als Multiplexer und liefern die Ausgangssignale der jeweiligen Kanäle zeitlich nacheinander zu einer Ausgangsleitung 7. Ein Steuersignal 5 dient zur Ein- und Ausschaltung der jeweiligen Dünnfilmtransistoren 2.

Im nachfolgenden wird der Aufbau eines Elementes unter Bezugnahme auf die Fig. 7B im einzelnen beschrieben. Der Szintillator 1 besteht beispielsweise aus einem heißiso statisch gepreßten und 1,5 mm dicken Block aus Gd₂O₂S : Pr, Ce, Fe. Seine beiden Oberflächen sind spiegelpoliert. Auf einer Oberfläche des Szintillators befindet sich ein im Vakuum aufgebrachter Al-Film 281, der als Lichtreflexionsfilm dient, um Fluoreszenzstrahlung zu reflektieren. Dieser Film ist z. B. 0,3 µm dick. Auf der anderen Oberfläche des Szintillators 1 befindet sich ein transparenter Schutzfilm 22 aus SiO₂. Dieser Film 22 ist z. B. 2 µm dick. Als trans parenter Schutzfilm können auch SiN₄, Ta₂O₅ oder dergleichen verwendet werden. In einem Photodiodenbereich 4 sind nach einander auf dem transparenten Schutzfilm 22 eine trans parente Elektrode 23 (z. B. aus Indium-Zinn-Oxid), eine p-Typ- Schicht 25 aus amorphem Silizium, eine i-Typ-Schicht 26 (eigenleitende Schicht) aus amorphem Silizium und eine n-Typ-Schicht 27 aus amorphem Silizium übereinanderliegend hergestellt. Anstelle der Indium-Zinn-Oxidschicht 23 können auch eine SnO₂-Schicht oder ein aus zwei Schichten bestehen der Film zum Einsatz kommen, bei dem die eine Schicht aus Indium-Zinn-Oxid und die andere Schicht aus SnO₂ besteht. Auf die so erhaltene Struktur wird zuletzt eine Al-Elektrode 282 aufgebracht. Als Elektrodenmaterial kann auch Cr ver wendet werden.

Im nachfolgenden wird der Dünnfilmtransistorbereich 2 näher beschrieben. Eine z. B. aus Al bestehende Elektrode 284 dient als Basiselektrode. Dieser Al-Film wirkt als Lichtschutzfilm, der aus dem Szintillator 1 emittierte Lichtstrahlen ausblendet. Ein SiO₂-Film 242 dient als Isola tionsfilm und liegt auf der Al-Schicht auf. Auf diesem Isolationsfilm 242 befindet sich eine a-Si(i)-Schicht 262. Zwei Al-Elektroden 282 und 283 stehen mit dem oberen Bereich dieser a-Si-Schicht 262 in Kontakt. Die Elektrode 282 ist gleichzeitig auch die Photodiodenelektrode. Die Bezugszeichen 241, 242, 243, 244 und 245 geben Isolationsschichten aus SiO₂ an.

Die Fig. 7A zeigt den Schaltungsaufbau dieses Ele mentes. Der Bereich 41 der Photodiode 4 ist im wesentlichen der Strahlungsempfangsbereich, wobei dieser Bereich so groß wie möglich gewählt wird, um einen hohen Detektor wirkungsgrad zu erzielen. Wie bereits beschrieben, muß sehr darauf geachtet werden, daß kein Szintillatorlicht in die Halbleiterschicht des Dünnfilmtransistorbereichs eintritt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 im einzelnen erläutert.

Charakteristisch an diesem Ausführungsbeispiel ist, daß anstelle des Dünnfilmtransistors eine Diode 2′ für den Schaltbetrieb eines jeden Elementes vorgesehen ist. Die Fig. 8 zeigt der Einfachheit halber nur den Schaltungsteil, während das Szintillatorsubstrat fortgelassen ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch 16 Elemente zu einem Szintillatorblock zusammengefaßt, und zwar in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6. Zunächst wird die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 8 näher beschrieben. Fällt aufgrund der eintretenden Strahlung der Szintillatorstrahl auf die Photodiode 4, so wird zwischen der Isolationsdiode 2′ und der Photodiode 4 eine Ladung aufge baut. Wird die Isolationsdiode 2′ zu einem Zeitpunkt in den EIN-Zustand überführt, zu dem ein Signal ausgelesen werden soll, so läßt sich die Signalladung an diesem Knotenpunkt auslesen. Vier Isolationsdioden 2′ sind als Gruppe mit Steuerleitungen 31, 32, 33 und 34 jeweils verbunden. Deswegen sind vier Signalleitungen 35, 36, 37 und 38 für die 16 Photo dioden 4 erforderlich.

Der Aufbau eines Elementes wird nachfolgend unter Bezug nahme auf die Fig. 9A und 9B näher beschrieben. Das Szin tillatorsubstrat und der Photodiodenbereich 4 sind in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7B aufgebaut und werden nicht nochmals beschrieben. Gleiche Teile wie in Fig. 7B sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Eine Cr-Elektrode 285 als obere Elektrode des Photo diodenbereichs ist integral mit der oberen Fläche der Iso lationsdiode 2′ verbunden. Die Isolationsdiode 2′ besteht aus einer p-Typ a-Si-Schicht 251, einer n-Typ s-Si-Schicht 261 und einer n-Typ a-Si-Schicht 271, die der Reihe nach übereinanderliegend auf der Al-Elektrode 284 hergestellt worden sind. Die Bezugszeichen 42, 43 und 241 markieren Isolationsschichten aus SiO₂.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine opake Elektrode (Al-Elektrode 284) als Elektrode für den Dioden bereich auf der Szintillatorseite verwendet, um einen fehler haften Betrieb aufgrund von Lichtstrahlen zu vermeiden, die vom Szintillator in Richtung der Diode emittiert werden.

In allen vorangegangenen Ausführungsbeispielen wird a-Si als photoleitfähiges Material verwendet. Als photoleitfähiges Material läßt sich auch ein anderes Material verwenden, z. B. ein Chalcogenid-Material (chalcogenide material), das im wesentlichen z. B. aus amorphem Se (amorphes Selen) besteht. In einem solchen Fall muß die Emissionslichtwellenlänge des Szintillators so gewählt sein, daß sie durch die Photodioden aus Se detektiert werden kann.

Im nachfolgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 der Zusammenhang zwischen der Empfindlichkeit einer a-Si-Photodiode und der Emissionswellenlänge des Szintilla tors näher beschrieben. Die optische Detektorwellenlänge einer gewöhnlichen, kristallinen Silizium-Photodiode weist einen Spitzenwert zwischen 800 nm und 900 nm auf. In diesem Wellenlängenbereich ist also die Empfindlichkeit dieser Photodiode am größten. Eine a-Si-Photodiode (Photodiode mit amorphem Silizium) weist dagegen eine maximale Detektor empfindlichkeit im Wellenlängenbereich zwischen 550 nm und 600 nm auf. Sie besitzt insbesondere eine hohe Detektor empfindlichkeit für Lichtstrahlen von etwa 400 nm bis etwa 700 nm. Andererseits liegt die Hauptemissionslinie von Gd₂O₂S : Pr, Ce, F bei etwa 510 nm, so daß eine a-Si-Photo diode diese Emission sehr gut detektieren kann. Auch CdWO₄ weist eine Emissionsspitze bei etwa 400 nm bis 450 nm auf, so daß auch diese Emissionsspitze gut an die Wellen länge einer a-Si-Photodiode angepaßt ist. Andere Szintilla toren mit einer Emissionswellenlänge im Bereich von 400 nm bis 700 nm bestehen z. B. aus BaFBr:EuLa₂O₂S:Tb, LaOBr:Tb, Gd₂O₂S:Tb, Y₂O₂S:Tb, CsI:Tl usw. Die oben erwähnte a-Si- Dünnfilm-Photodiode und die Dünnfilmschaltung können auf dem sie tragenden, transparenten Substrat gebildet werden.

Es ist möglich, die spektrale Empfindlichkeit der Dünnfilm-Photodiode so zu wählen, daß das Maximum der Lichtemission (Emissionsspitze) und das Maximum der Empfangs empfindlichkeit (Empfangsspitze) miteinander übereinstimmen. Das oben beschriebene amorphe Silizium a-Si wird üblicher weise durch Zersetzung von Silikomethan SiH₄ mit Hilfe einer Radiofrequenz-Glühentladung erzeugt, wobei das durch diese Methode erhaltene a-Si etwa 10% Wasserstoff aufweist und eine optische Lücke im Bereich von etwa 1,7 bis etwa 1,8 eV besitzt. Wird eine Diode mit einem p-i-n- Übergang oder mit einem Schottky-Übergang gebildet, so weist sie demzufolge eine spektrale Empfindlichkeit auf, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist.

Die spektrale Empfindlichkeit kann auf einen Spitzen wert von 500 nm verschoben werden (mit dem Emissionsmaximum bei 500 nm in Übereinstimmung gebracht werden), wenn an stelle von SiH₄ Disilan gas verwendet wird, und wenn darüber hinaus zur Bildung der i-Schicht ein Film zum Einsatz kommt, der eine optische Lücke von etwa 1,8 eV bis etwa 1,85 eV besitzt.

Wird in derselben Weise ein Dünnfilm hergestellt, wo bei dem SiH₄ Methan (CH₄) zugesetzt wird, so wird ein Wasserstoff enthaltender a-SiC-Dünnfilm erhalten, bei dem die Spitze der spektralen Empfindlichkeit noch weiter zu kürzeren Wellenlängen verschoben ist. Wird C mit einem Anteil von etwa 30% hinzugemischt, so läßt sich die Spektralspitze bzw. maximale spektrale Empfindlichkeit bis in einen Bereich von etwa 500 nm verschieben.

Die Spitze der spektralen Empfindlichkeit kann zu längeren Wellenlängen hin verschoben werden, indem ein geeigneter Anteil von GeH₄ hinzugefügt wird.

Die verschiedenen Dünnfilme der oben beschriebenen Art lassen sich mit verschiedenen Verfahren herstellen, z. B. durch Sputtern, mit Hilfe von Mikrowellen, durch das CVD- Verfahren, durch das optische CVD-Verfahren, durch Nieder schlag im Vakuum usw.

Claims

1. Mehrelement-Strahlungsdetektor mit einem Szintillator substrat (1) und mehreren auf dessen Oberfläche durch Ab scheidung aufgebrachten, jeweils einzelnen Strahlungsdetek torelementen zugeordneten und elektrisch voneinander unabhän gigen Photodioden (4) mit amorphem, photoleitfähigem Materi al, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) auf einem Träger (13) angeordnet ist und durch sich bis an den Träger (13) hinein erstreckende Gräben (15) in den einzelnen Strah lungsdetektorelementen zugeordnete Szintillatorblöcke (1) un terteilt ist, und daß in jedem Graben (15) eine für Licht oder andere Strahlung undurchlässige bis hinein in den Träger (13) reichende Trennschicht (3) eingesetzt ist.

2. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die substratseitigen Elektroden (8) der Photodioden (4) transparent sind.

3. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe, photoleitfähige Material amorphes Silizium ist.

4. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Szintillatorsubstrat (1) aus heißisostatisch gepreßtem Gd₂O₂S : Pr, Ce, F besteht.

5. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche eines jeden Szintillator blockes ein Dünnfilmschalter (2, 2′) angeordnet ist, der mit der jeweiligen Photodiode (4) elektrisch verbunden ist.

6. Strahlungsdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß jeweils ein Ende jedes Dünnfilmschalters (2, 2′) mit einer gemeinsamen Ausgangssignalleitung (7) verbunden ist.