DE69738147T2 - Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung - Google Patents

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Akira Ohta-ku Tago
Shinichi Ohta-ku Takeda
Eiichi Ohta-ku Takami
Masakazu Ohta-ku Morishita
Shinichi Ohta-ku Hayashi
Chiori Ohta-ku Mochizuki
Toshikazu Ohta-ku Tamura
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine fotoelektrische Wandlervorrichtung und betrifft insbesondere eine großflächige fotoelektrische Wandlervorrichtung mit einem hohen Störabstand (einem hohen Signal/Rauschverhältnis), die sich für eine Verwendung bei einem radiografischen Gerät wie einem digitalen Röntgen-Bildaufnahmegerät für medizinische Zwecke eignet.
  • Nicht nur in einem Land mit einem rasch zunehmenden Anteil der älteren Bevölkerung wie Japan sondern auch weltweit besteht ein erheblicher Bedarf an einer Verbesserung der Diagnoseeffizienz in Kliniken sowie an genauer arbeitenden Geräten für die Medizintechnik. Derzeit findet jedoch meist noch ein mit einem Filmverfahren arbeitendes Röntgen-Bildaufnahmegerät (Film-Röntgengerät) Verwendung.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für ein übliches Röntgen-Bildaufnahmegerät dieses Filmtyps. Wie in 1 veranschaulicht ist, ist eine Röntgenstrahlenquelle 911 über einem zu inspizierenden (zu untersuchenden) Objekt 902 wie einem menschlichen Körper (einem Patienten) angeordnet, wobei unter dem zu untersuchenden Objekt 902 ein Gitter 903 angeordnet ist. Dieses Gitter 903 dient zur Verbesserung der Auflösung und besteht zu diesem Zweck aus einer abwechselnden Anordnung eines röntgenstrahlabsorbierenden Stoffs und eines röntgenstrahldurchlässigen Stoffs. Ein Szintillator (Leuchtstoff) 904 absorbiert hierbei Röntgenstrahlen und gibt sichtbare Lichtstrahlen ab, die wiederum auf einen Film 905 fallen.
  • Ein solches Film-Röntgengerät ist jedoch nicht unproblematisch, worauf nachstehend näher eingegangen wird.
  • Bevor ein Arzt das Röntgenbild eines Patienten erhält, muss nämlich der sehr zeitaufwändige und arbeitsintensive Entwicklungsvorgang des Films abgeschlossen sein.
  • Auch muss in Fällen, bei denen sich der Patient während der Röntgenbildaufnahme bewegt oder eine ungeeignete Belichtung vorliegt, eine solche Röntgenbildaufnahme zwangsläufig wiederholt werden. Diese Faktoren stehen einer Verbesserung der Diagnoseeffizienz in Kliniken im Wege.
  • Ferner kann je nach dem erforderlichen Bildaufnahmewinkel des betreffenden Bereichs häufig kein deutliches Röntgenbild erhalten werden. Um ein für eine Diagnose erforderliches klares Röntgenbild zu erhalten, müssen daher aus diesem Grund häufig mehrere Bilder unter veränderten Bildaufnahmewinkeln erstellt werden. Eine solche Vorgehensweise ist jedoch nicht unproblematisch, insbesondere dann, wenn es sich bei einem Patienten um ein Kleinkind oder einen schwangeren weiblichen Patienten handelt.
  • Außerdem müssen die Filme der Röntgenbildaufnahmen nach erfolgter Bildaufnahme für eine gewisse Zeitdauer in Kliniken aufbewahrt werden, was dazu führt, dass in Kliniken schließlich eine sehr große Anzahl solcher Filme vorhanden ist und auch ein entsprechend hoher Verwaltungsaufwand anfällt, da die Filme bei jedem Patientenbesuch entnommen und wieder verwahrt werden müssen.
  • Wenn ferner ein Patient die normalerweise zur medizinischen Behandlung aufgesuchte Klinik z.B. auf Grund der Tatsache wechseln muss, dass eine Diagnose nur in einer hochmodernen Universitätsklinik oder im Ausland erfolgen kann, müssen die Filme der Röntgenaufnahmen nach der Belichtung und Entwicklung einer anderen Klinik in geeigneter Weise übermittelt werden. Andernfalls ist bei dem Patienten in der neuen Klinik eine erneute Röntgenbildaufnahme erforderlich. Diese Probleme behindern den Aufbau eines neuen zukünftigen Systems der medizinischen Behandlung in erheblichem Maße.
  • In diesem Zusammenhang wird auf dem Gebiet der Medizintechnik in jüngerer Zeit immer häufiger die Forderung nach einer "Digitalisierung von Röntgenbildinformationen" erhoben. Mit Hilfe einer solchen Digitalisierung kann ein Arzt nämlich die Röntgenbildinformationen eines Patienten unter optimalen Aufnahmewinkeln in Echtzeit erhalten, wobei die erhaltenen Röntgenbildinformationen unter Verwendung von Aufzeichnungsträgern wie magnetooptischen Platten aufgezeichnet und verwaltet werden können. Wenn hierbei ein Nachrichtenübertragungssystem wie ein Faksimilesystem oder dergleichen zur Verfügung steht, können die Röntgenbildinformationen dann innerhalb kürzester Zeit weltweit einer Klinik übermittelt werden. Wenn die erhaltenen digitalen Röntgenbildinformationen darüberhinaus einer Bildverarbeitung unter Verwendung eines Computers unterzogen werden, lässt sich eine erheblich genauere Diagnose als bei dem üblichen Verfahren realisieren, womit sich sämtliche Probleme des üblichen Filmverfahrens lösen lassen.
  • Zur Erfüllung der Forderung nach einer "Digitalisierung von Röntgenbildinformationen" ist in jüngerer Zeit auch bereits ein Röntgen-Bildaufnahmegerät vorgeschlagen worden, bei dem anstelle des Films ein CCD-Festkörper-Bildaufnahmeelement Verwendung findet. Bei Verwendung eines solchen CCD-Festkörper-Bildaufnahmeelements muss allerdings die Fluoreszenz, d.h. das vom Szintillator erhaltene Röntgenbild, mit Hilfe eines optischen Verkleinerungssystems auf der CCD-Lichtempfangsfläche abgebildet werden, was zu einer problematischen Vergrößerung der Abmessungen des Röntgen-Bildaufnahmegeräts führt. Da ferner das Röntgenbild mit Hilfe einer Linse erzeugt wird, kann davon ausgegangen werden, dass sich der Störabstand (das Signal-Rauschverhältnis) beim Lichtdurchtritt durch die Linse um zwei bis drei Größenordnungen verringert, was einen gravierenden Nachteil in Bezug auf die Verwendung eines CCD-Festkörper-Bildaufnahmeelements bei medizinischen Geräten darstellt, die eine hohe Gradationscharakteristik erfordern.
  • Weiterhin sind im Rahmen der jüngeren Entwicklung von fotoelektrischen Wandlern in Form von Halbleiter-Dünnschichten aus hydriertem amorphem Silicium (das nachstehend abgekürzt als a-Si bezeichnet wird) auch sogenannte Kontaktsensoren in großem Umfang entwickelt worden, die durch Ausbildung von fotoelektrischen Wandlerelementen auf einem großflächigen Substrat erhalten werden und mit Hilfe eines optischen Systems im gleichen Maßstab in Bezug auf eine Informationsquelle ausgelesen werden können. Da a-Si nicht nur als Material für fotoelektrische Wandler sondern auch zur Ausbildung von Dünnschicht-Feldeffekttransistoren (die nachstehend vereinfacht als Dünnschichttransistoren bezeichnet werden) Verwendung finden kann, können Halbleiterschichten für fotoelektrische Wandler und Dünnschichttransistoren gemeinsam auf einem einzigen Substrat ausgebildet werden. Da hierbei der Oberflächenbereich derart vergrößert werden kann, dass sich ein Bild im gleichen Maßstab ohne Verwendung eines Verkleinerungssystems auslesen lässt, kann ein höherer Störabstand (Signal-Rauschverhältnis) als im Falle des CCD-Festkörper-Bildaufnahmeelements erhalten werden. Das optische Verkleinerungssystem kann somit entfallen, sodass sich eine Verkleinerung des Gerätes erzielen lässt und ein solches Gerät sich insbesondere für einen Einsatz unter räumlich eingeschränkten Bedingungen wie im Falle eines Diagnosefahrzeugs mit einem Röntgen-Bildaufnahmegerät und dergleichen eignet. Auf Grund dieser Vorzüge sind Röntgen-Bildaufnahmegeräte unter Verwendung einer a-Si-Halbleiterdünnschicht bereits in großem Umfang entwickelt worden, d.h., es sind bereits Röntgen-Bildaufnahmegeräte entwickelt worden, bei denen fotoelektrische Wandlerelemente und Dünnschichttransistoren aus a-Si-Halbleiterdünnschichten den Film 905 gemäß 1 ersetzen und ein elektrisches Auslesen eines Röntgenbildes erfolgt.
  • In Kliniken wird meist ein oberer Grenzwert für die Röntgendosis bei einem menschlichen Körper eingehalten, obwohl dieser Grenzwert in gewissem Umfang von den jeweils betroffenen Bereichen bzw. Organen abhängt. Insbesondere bei der Durchführung einer Diagnose bei Kindern oder schwangeren Frauen muss diese Röntgendosis jedoch möglichst weitgehend verringert werden. Demzufolge sind im allgemeinen die Lichtemission eines Scintillators (Leuchtstoffs), der Röntgenstrahlen absorbiert und sie in sichtbare Lichtstrahlen umsetzt, sowie die Ladungsmenge bei einem diese Fluoreszenz aufnehmenden und fotoelektrisch umsetzenden fotoelektrischen a-Si-Wandlerelement relativ gering. Um dennoch ein deutliches Bild von einem relativ schwachen Signal zu erhalten, müssen Verbindungsleitungen möglichst kurz gehalten werden, damit Rausch- und Störungseinstreuungen bei den analogen Signalverbindungsleitungen eines fotoelektrischen Wandlerfeldes vermieden werden, wobei ein Analogsignal zur Verringerung der Impedanz über einen Pufferverstärker geführt werden muss. Ferner wird das Analogsignal zur Unterdrückung von Rauschen bzw. Störungseinstreuungen vorzugsweise in der Nähe des Pufferverstärkers zur Speicherung von Digitaldaten in einem Speicher einer Analog-Digital-Umsetzung unterzogen.
  • Bei einem digitalen Röntgen-Bildaufnahmegerät mit einem von zweidimensional angeordneten fotoelektrischen Wandlerelementen aus a-Si-Halbleiterdünnschichten gebildeten fotoelektrischen Wandlerfeld wird allgemein eine Auflösung akzeptiert, bei der die Bildelementrasterung bzw. der Bildelementabstand vorzugsweise auf 100 μm oder weniger eingestellt ist. Ferner wird davon ausgegangen, dass zur Durchführung von Brustraumaufnahmen einer Person der effektive Bildelementbereich der fotoelektrischen Wandlerelemente vorzugsweise Abmessungen von zumindest 400 mm × 400 mm aufweist. Wenn somit ein fotoelektrisches Wandlerfeld mit einem effektiven Bildelementbereich von 400 mm × 400 mm mit einer Bildelementrasterung von 100 μm ausgebildet wird, erreicht die Anzahl von Bildelementen den hohen Wert von 16 Millionen. Zur Verarbeitung der fotoelektrischen Umsetzungssignale von einer derart großen Anzahl von Bildelementen sind integrierte Hochgeschwindigkeits-Schaltkreise für Pufferverstärker und die Analog-Digital-Umsetzung erforderlich. Insbesondere bei der Verarbeitung von beweglichen Bildern ist eine noch höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit erforderlich, wobei jeder integrierte Schaltkreis einen erheblichen Stromverbrauch aufweist. Wenn eine große Datenmenge von Digitaldaten von einem Röntgen-Aufnahmeraum mit hoher Geschwindigkeit in den Außenbereich übertragen werden soll, bedingt dies die Verwendung eines zur Unterdrückung von Übertragungsfehlern erforderlichen Hochgeschwindigkeits-Leitungstreibers, der aus einem im wesentlichen von bipolaren Transistoren gebildeten integrierten Schaltkreis besteht, sodass die Erzielung höherer Übertragungsgeschwindigkeiten auch zu einem höheren Stromverbrauch und damit zu einer nicht unbeträchtlichen Wärmeerzeugung führt.
  • In jüngerer Zeit sind zwar integrierte CMOS-Hochgeschwindigkeits-Schaltkreise mit geringem Stromverbrauch entwickelt worden, wobei diesbezüglich weitere Fortschritte zu erwarten sind, jedoch ist in Bezug auf vielseitige integrierte Schaltkreise die Leistung solcher integrierter CMOS-Schaltkreise nicht mit der Leistung der von bipolaren Transistoren gebildeten integrierten Schaltkreise vergleichbar. Somit ist weiterhin die Verwendung von integrierten Schaltkreisen erforderlich, die von bipolaren Hochgeschwindigkeitstransistoren gebildet werden, wobei die auf Grund des höheren Stromverbrauch von den integrierten Schaltkreisen selbst erzeugte Wärme sich bei einem Röntgen-Bildaufnahmegerät in besonderem Maße nachteilig auswirkt.
  • Die von einem integrierten Schaltkreis erzeugte Wärme führt nämlich zu einem Temperaturanstieg bei den aus a-Si bestehenden fotoelektrischen Wandlerelementen und Dünnschichttransistoren in dem Röntgen-Bildaufnahmegerät, wobei sich im allgemeinen die Dunkelströme und Fotoströme der fotoelektrischen a-Si-Wandlerelemente entsprechend diesem Temperaturanstieg verändern. Da Änderungen der Dunkelströme wiederum zu Temperaturunterschieden in der zweidimensionalen Anordnung von fotoelektrischen Wandlerelementen führen, können in der Bildebene unterschiedliche Dunkelströme auftreten, was dann die nachteilige Auswirkung eines Strukturrauschens (FPN) hat.
  • Außerdem kann sogenanntes Schrotrauschen bzw. weißes Rauschen bei den fotoelektrischen Wandlerelementen zu dem nachteiligen Auftreten eines statistischen Rauschens bzw. Grundrauschens (RDN) führen. Weiterhin können beim Auslesen der fotoelektrischen Wandlerelemente entstehende Temperaturschwankungen zu ausgangssignalabhängigen Bildebenen-Abschattungen führen. Darüberhinaus wird sogenanntes KTC-Rauschen (K: Boltzmann-Konstante, T: absolute Temperatur, C: Kapazität im Übertragungssystem) bei der Überführung von akkumulierten Signalladungen von den fotoelektrischen Wandlerelementen erzeugt, was ebenfalls nachteilige Auswirkungen in Bezug auf das Grundrauschen (RDN) haben kann. Der vorstehend beschriebene Temperaturanstieg bei den fotoelektrischen Wandlerelementen und Dünnschichttransistoren führt somit zu einer Verringerung des Störabstands (Signal-Rauschverhältnisses) des Röntgen-Bildaufnahmegeräts sowie zu Schwankungen des Störabstands zwischen Bildelementen, was eine Abnahme der Bildqualität zur Folge hat. Darüberhinaus kann die Zuverlässigkeit des gesamten Gerätes beeinträchtigt werden.
  • Da ferner nicht immer sämtliche Röntgenstrahlen von dem Leuchtstoff in sichtbare Lichtstrahlen umgesetzt werden, fallen verstreute oder hindurchtretende Röntgenstrahlen auch auf den vorstehend beschriebenen Pufferverstärker, den Speicher oder andere digitale integrierte Schaltkreise, die sich in der Nähe des fotoelektrischen Wandlerfeldes befinden. Solche Röntgenstrahlen beeinträchtigen die Leistung von integrierten Schaltkreisen, die aus kristallinem Silicium bestehen, sodass im Verlauf einer längeren Verwendung des Gerätes Fehlfunktionen auftreten können, die dann ein Zuverlässigkeitsproblem darstellen. Außer den vorstehend beschriebenen Problemen sollte aus diesem Grund daher vorzugsweise auch verhindert werden, dass unerwünschte Bereiche einer Röntgenstrahlung ausgesetzt sind.
  • Diese Probleme können jedoch nicht nur bei einer in Verbindung mit einem Röntgen-Bildaufnahmegerät verwendeten fotoelektrischen Wandlervorrichtung sondern auch bei einer großflächigen fotoelektrischen Wandlervorrichtung mit einer Vielzahl von Bildelementen auftreten, bei der eine Umsetzung von Lichtinformationen in elektrische Informationen erfolgt.
  • Ferner können solche Probleme nicht nur bei einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung für ein Bildaufnahmegerät, bei dem eine Strahlung wie Röntgenstrahlung als Lichtquelle eingesetzt wird, sondern auch bei einer zu zerstörungsfreien Untersuchungen bzw. Prüfungen eingesetzten fotoelektrischen Wandlervorrichtung auftreten, bei der im Rahmen einer großflächigen Struktur eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung in Verbindung mit einer hohen Auflösung angestrebt wird.
  • Darüberhinaus ist aus der EP-A-0 512 186 eine Kühlstruktur zur direkten Wärmeübertragung von der aktiven Schicht eines Chips mit darin ausgebildeten elektrischen Bauelementen zu einem Kühlkörper bekannt. Diese Kühlstruktur besteht aus einer Strom-/Spannungsversorgung mit Metallelementen und isolierenden Abstandshaltern und/oder Schichten, die teilweise von einer Isolierschicht überzogen sind und an die sich eine Wärmeübertragungsstruktur anschließt. Über eine mit dieser Wärmeübertragungsstruktur in wärmeleitender Verbindung stehende Wärmebrücke wird dann ein Wärmestrom zwischen der Kühlstruktur und dem Kühlkörper ermöglicht.
  • Weiterhin ist aus der US-4 660 066 eine Bildebenen-Sensormatrix mit einem ersten Substrat bekannt, das eine erste Oberfläche mit Bildsensorelementen umfasst, die mit metallisierten Schichten auf der gegenüberliegenden Oberfläche verbunden sind. Das erste Substrat ist hierbei über einem zweiten Halbleitersubstrat angeordnet, das metallüberzogene erhöhte Bereiche aufweist, die mit den metallisierten Schichtbereichen auf der gegenüberliegenden Oberfläche des ersten Substrats in Kontakt stehen und auf diese Weise die elektrische Verbindung mit den auf dem ersten Substrat angeordneten Bildsensorelementen herstellen.
  • Außerdem ist aus der EP-A-0 485 312 ein Herstellungsverfahren für den zweiseitigen Zusammenbau einer elektronischen Lese- und/oder Betriebsleiterplatte bekannt, die eine Vorderseite mit Leiterbahnen und eine metallisierte Rückseite sowie einen elektrisch leitfähigen oder isolierenden Träger bzw. ein entsprechendes Substrat aufweist, das metallisierte Leiterbahnen umfassen kann. Der Zusammenbau erfolgt unter Verwendung einer elektrisch isolierenden Silicium-Haftschicht, wobei zwischen die Rückseite der Leiterplatte und die Haftschicht eine leitfähige Folie eingefügt und mit einem Anschluss in dem Träger bzw. Substrat verbunden wird.
  • Ferner ist aus der EP-A-0 291 351 ein Gerät mit einer üblichen eindimensionalen oder zweidimensionalen Anordnung von zusammengesetzten Strahlungsdetektoreinheiten bekannt, die jeweils einen mit einer Signalverarbeitungsschaltung auf einer Halbleiterplatte verbundenen Strahlungssensor umfassen. Eine gemeinsame Leiterplatte enthält hierbei die Ausgangsleitungen. Die von den Signalverarbeitungsschaltungen erzeugte Wärme wird hierbei durch eine über Röhren zugeführte Kühlflüssigkeit abgeführt, wobei wärmeleitfähige Platten einen Wärmeübergang zu den Kühlröhren bilden.
  • Schließlich ist aus der EP-A-0 660 421 ein fotoelektrischer Wandler mit Eigenschaften wie einem hohen Störabstand (Signal-Rauschverhältnis), geringen Herstellungskosten, einer hohen Leistungsfähigkeit und einer stabilen Charakteristik sowie ein diesen fotoelektrischen Wandler umfassendes System bekannt. Der fotoelektrische Wandler umfasst hierbei einen fotoelektrischen Wandlerbereich, bei dem eine erste Elektrodenschicht, eine Isolierschicht zur Unterbindung eines Übertretens von Ladungsträgern, eine nicht-einkristalline fotoelektrische Halbleiter-Wandlerschicht, eine Injektionssperrschicht zur Verhinderung einer Injektion von Ladungsträgern eines ersten Typs in die Halbleiterschicht und eine zweite Elektrodenschicht in dieser Schichtreihenfolge auf einem isolierenden Substrat angeordnet sind.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber als Aufgabe die Lösung des Problems zu Grunde, dass auf Grund eines geringen Störabstands (Signal-Rauschverhältnisses), der von der von einem für die Signalverarbeitung bei einer riesigen Anzahl von Bildelementen erforderlichen integrierten Hochgeschwindigkeits-Schaltkreis erzeugten Wärme und dem hierdurch erfolgenden Temperaturanstieg eines fotoelektrischen Wandlerelements (z.B. eines Wandlerelements mit einer a-Si-Halbleiterschicht) und eines Schaltelements (wie z.B. eines Dünnschichttransistors) hervorgerufen wird, kein qualitativ hochwertiges Bild ausgelesen werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit den in dem unabhängigen Patentanspruch angegebenen Mitteln gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
  • Auf diese Weise lassen sich das Problem einer temperaturbedingten geringen Zuverlässigkeit des Gerätes lösen, eine fotoelektrische Wandlervorrichtung realisieren, bei der integrierte Schaltkreise in periphere Schaltungsanordnungen integriert sind, so dass durch die von den integrierten Schaltkreisen in den peripheren Schaltungsanordnungen erzeugte Wärme keine Beeinträchtigungen entstehen, und auch die Probleme in Bezug auf eine abnehmende Leistung und Fehlfunktionen bei längerer Verwendung von aus kristallinem Si bestehenden integrierten Schaltkreisen auf Grund zunehmender Röntgenstrahlbelastung dieser integrierten Schaltkreise lösen.
  • Bei den Zeichnungen zeigen:
  • 1 und 11 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen für ein Röntgen-Bildaufnahmegerät,
  • 2 eine Draufsicht zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für den Lesebereich einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung,
  • 3 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für den Lesebereich der fotoelektrischen Wandlervorrichtung,
  • 4A bis 4C schematische Darstellungen von Energiebändern zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für Betrieb und Wirkungsweise eines fotoelektrischen Wandlerelements,
  • 5 ein schematisches Ersatzschaltbild der fotoelektrischen Wandlervorrichtung,
  • 6 und 8 Signalverläufe, die die Ansteuerung der fotoelektrischen Wandlervorrichtung veranschaulichen,
  • 7 ein schematisches Ersatzschaltbild zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung mit einer zweidimensionalen Leseeinheit,
  • 9 eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung,
  • 10 und 14 Schnittansichten zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung und
  • 12 und 13 perspektivische Teilschnittansichten zur Veranschaulichung von Ausführungsbeispielen für ein Gitter.
  • Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für fotoelektrische Wandlerelemente näher beschrieben, die bei der erfindungsgemäßen fotoelektrischen Wandlervorrichtung Verwendung finden können.
  • 2 zeigt eine Draufsicht von fotoelektrischen Wandlerelementen 401 und Schaltelementen 402 von vier Bildelementen in einem Bereich einer zweidimensionalen fotoelektrischen Wandlervorrichtung. In 2 entsprechen die gestrichelten Bereiche Lichtempfangsbereichen zur Aufnahme z.B. der Fluoreszenz von einem Scintillator. Jedes Schaltelement 402 überträgt eine von dem entsprechenden fotoelektrischen Wandlerelement 401 fotoelektrisch umgesetzte Signalladung zu einer Signalverarbeitungsschaltung und wird hierbei von einem über eine Steuerleitung 708 zugeführten Signal gesteuert.
  • Außerdem ist jedes Schaltelement 402 über eine Signalleitung 709 mit der Verarbeitungsschaltung verbunden. Über ein jeweiliges Kontaktloch 720 erfolgt hierbei die Verbindung des entsprechenden Elementepaars aus einem fotoelektrischen Wandlerelement 401 und dem zugehörigen Schaltelement 402.
  • 3 zeigt eine Schnittansicht der fotoelektrischen Wandlervorrichtung gemäß 2 entlang der Linie 3-3 gemäß 2, wobei in 3 ein Substrat 400, eine Schutzschicht 410, eine erste Metall-Dünnschicht 721, eine zweite Metall-Dünnschicht 722, eine Isolierschicht 725, eine Halbleiterschicht 726 und eine ohm'sche Kontaktschicht 727 dargestellt sind. Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung des dargestellten Bereichs der fotoelektrischen Wandlervorrichtung näher beschrieben.
  • Zunächst wird zur Bildung einer ersten Metall-Dünnschicht 721 auf das zumindest an der Oberfläche Isoliereigenschaften aufweisende Substrat 400 eine Chromschicht (Cr) mit Hilfe eines Zerstäubungs- oder Widerstandsheizverfahrens mit einer Dicke von annähernd 500 Å aufgebracht, wobei eine Musterbildung durch Fotolithografie erfolgt und hierbei unnötige Bereiche weggeätzt werden. Diese erste Metall-Dünnschicht 721 bildet die unteren Elektroden der jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelemente 401 sowie die Gate-Elektroden der jeweiligen Schaltelemente 402. Sodann werden durch ein CVD-Verfahren aufeinanderfolgend im gleichen Vakuum eine 2000 Å dicke Isolierschicht 725 (a-SiNx), eine 5000 Å dicke Halbleiterschicht 726 (a-Si:H, einem im wesentlichen aus mit einem Wasserstoffatom dotierten Siliciumatomen bestehenden amorphen Material) und eine 500 Å dicke ohm'sche Kontaktschicht 727 (n+-Schicht) abgeschieden.
  • Diese Schichten bilden jeweils die Isolierschicht/fotoelektrische Wandler-Halbleiterschicht/Defektelektronen-Injektionssperrschicht eines jeden fotoelektrischen Wandlerelements 401 sowie die Gate-Isolierschicht/Halbleiterschicht/ohm'sche Kontaktschicht eines jeden Schaltelements 402 (Dünnschichttransistor). Außerdem werden sie auch als Isolierschichten an Überschneidungsbereichen (730 in 2) zwischen der ersten Metall-Dünnschicht 721 und der zweiten Metall-Dünnschicht 722 verwendet. Die Dicke dieser Schichten ist hierbei nicht auf die vorstehend genannten Werte beschränkt, sondern kann optimal in Abhängigkeit von den bei der fotoelektrischen Wandlervorrichtung verwendeten Spannungen und Ladungen, der einfallenden Lichtmenge (z.B. der vom Scintillator her einfallenden Fluoreszenz) und dergleichen gewählt werden. Zumindest die a-SiNx-Schicht (aus einem amorphen Material mit Silicium- und Stickstoffatomen) weist jedoch vorzugsweise eine Dicke von 500 Å oder mehr auf und besteht vorzugsweise aus einem Material, durch das das Hindurchtreten von Elektronen und Defektelektronen verhindert werden kann und eine zufriedenstellende Funktion der Gate-Isolierschicht eines Dünnschichttransistors gewährleistet ist.
  • Nach der Bildung dieser Schichten werden die zu Kontaktlöchern (siehe 720 gemäß 2) auszubildenden Bereiche einer Trockenätzung durch ein RIE-Verfahren (reaktives Ionenätzverfahren), ein CDE-Verfahren (chemisches Trockenätzverfahren) oder dergleichen unterzogen, woraufhin eine Aluminiumschicht (Al) mit einer Dicke von ungefähr 10000 Å als zweite Metall-Dünnschicht mit Hilfe eines Zerstäubungs- oder Widerstandsheizverfahrens aufgebracht wird. Die aufgebrachte Schicht wird sodann mit Hilfe eines Fotolithografieverfahrens gemustert, wobei nicht erforderliche Bereiche weggeätzt werden. Die zweite Metall-Dünnschicht bildet die oberen Elektroden der jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelemente 401, die Source- und Drain-Elektroden der jeweiligen Dünnschicht-Schalttransistoren, weitere Leiterbahnen (Verbindungen) und dergleichen. Bei der Ausbildung der zweiten Metall-Dünnschicht 722 werden die oberen und unteren Dünnschichten über die Kontaktlochabschnitte gleichzeitig miteinander verbunden. Außerdem werden zur Ausbildung der jeweiligen Kanalbereiche der Dünnschichttransistoren Abschnitte zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode durch ein RIE-Verfahren geätzt, woraufhin zur Trennung der jeweiligen Bauelemente voneinander unnötige Bereiche der a-SiNx-Schicht (der Isolierschicht), der a-Si:H-Schicht (Halbleiterschicht) und der n+-Schicht (ohm'schen Kontaktschicht) weggeätzt werden. Auf diese Weise werden die fotoelektrischen Wandlerelemente 401, die Dünnschicht-Schalttransistoren 402, weitere Leiterbahnen (708, 709, 710) sowie die Kontaktlochbereiche 720 ausgebildet.
  • Obwohl in 3 nur die Elemente von zwei Bildelementen dargestellt sind, bedarf es keiner Erwähnung, dass eine große Anzahl von Bildelementen gleichzeitig auf dem Isoliersubstrat 400 ausgebildet wird. Zur Verbesserung der Feuchtigkeitsfestigkeit werden die Bauelemente und Leitungen schließlich noch mit einer SiNx-Passivierungsschicht (Schutzschicht) 410 überzogen. Wie vorstehend beschrieben, werden die fotoelektrischen Wandlerelemente, die Dünnschicht-Schalttransistoren und die Leiterbahnen somit nur durch gleichzeitige Ausbildung der gemeinsamen ersten Metall-Dünnschicht, der a-SiNx-Schicht, der a-Si:H-Schicht, der n+-Schicht und der zweiten Metall-Dünnschicht sowie durch entsprechendes Ätzen dieser Schichten gebildet. Bei jedem fotoelektrischen Wandlerelement muss nur eine Injektionssperrschicht vorgesehen werden, wobei die vorstehend beschriebenen Schichten mit Ausnahme der Metall-Dünnschichten im gleichen Vakuum ausgebildet werden können.
  • Nachstehend wird auf die Betriebs- und Wirkungsweise eines jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelements 401 näher eingegangen.
  • Die 4A und 4B zeigen schematische Energiebändermodelle zur Veranschaulichung eines Auffrischungsvorgangs und eines fotoelektrischen Umsetzungsvorgangs bei dem fotoelektrischen Wandlerelement, wobei die jeweiligen Zustände in der Querrichtung der jeweiligen Schichten gemäß 3 dargestellt sind. In 4A besteht eine untere Elektrode 602 (die nachstehend auch als G-Elektrode bezeichnet ist) aus Cr. Eine Isolierschicht 607 besteht aus SiN und verhindert das Hindurchtreten. von sowohl Elektronen als auch Defektelektronen. Die Dicke der Schicht 607 beträgt hierbei 500 Å oder mehr, wodurch eine Bewegung von Elektronen und Defektelektronen auf Grund des Tunneleffektes verhindert werden kann. Eine fotoelektrische Wandler-Halbleiterschicht 604 besteht aus einer eigenleitenden (i-leitenden) Halbleiterschicht aus hydriertem amorphem Silicium (a-Si). Eine von einer mit Phosphor oder dergleichen dotierten n-leitenden a-Si-Schicht gebildete Injektionssperrschicht 605 verhindert die Injektion von Defektelektronen in die fotoelektrische Wandler-Halbleiterschicht 604. Eine obere Elektrode 606 (die nachstehend auch als D-Elektrode bezeichnet ist) besteht aus Al. Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel die D-Elektrode die n-Schicht nicht genau überdeckt, besitzen die D-Elektrode und die n-Schicht stets das gleiche Potential, um eine freie Bewegung von Elektronen zwischen der D-Elektrode und der n-Schicht zu ermöglichen, was bei der nachstehenden Beschreibung vorausgesetzt wird. Das fotoelektrische Wandlerelement gemäß diesem Ausführungsbeispiel arbeitet in zwei Betriebsarten, nämlich in einem Auffrischungsbetrieb und in einem fotoelektrischen Umsetzungsbetrieb, was von der Spannungszuführung zu der D-Elektrode und der G-Elektrode abhängt.
  • Gemäß 4A wird hierbei im Auffrischungsbetrieb ein negatives Potential an die D-Elektrode in Bezug auf die G-Elektrode angelegt, sodass sich die in Form von Punkten dargestellten Defektelektronen in der i-Schicht 604 bei Vorhandensein eines elektrischen Feldes zu der D-Elektrode bewegen. Gleichzeitig werden die in Form von kleinen Kreisen dargestellten Elektronen in die i-Schicht injiziert. Hierbei findet in der n-Schicht 605 und der i-Schicht 604 eine Rekombination einiger Defektelektronen und Elektronen statt, die auf diese Weise verschwinden. Wenn dieser Zustand für eine ausreichend lange Zeit andauert, werden die in der i-Schicht 604 befindlichen Defektelektronen aus der i-Schicht 604 entfernt.
  • Um von diesem Zustand auf den fotoelektrischen Umsetzungsbetrieb gemäß 4B überzugehen, wird an die D-Elektrode ein positives Potential in Bezug auf die G-Elektrode angelegt, woraufhin die Elektronen in der i-Schicht 604 sich sofort zu der D-Elektrode bewegen. Da jedoch die n-Schicht 605 als Injektionssperrschicht wirkt, gelangen keine Defektelektronen zu der i-Schicht 604. Wenn in diesem Zustand Licht auf die i-Schicht 604 fällt, wird dieses Licht unter Bildung von Elektronen-Defektelektronen-Paaren absorbiert. Die Elektronen werden hierbei zu der D-Elektrode geführt, während die Defektelektronen in die i-Schicht 604 wandern und die Grenzschicht zwischen der i-Schicht 604 und der Isolierschicht 607 erreichen. Da die Defektelektronen jedoch nicht in die Isolierschicht 607 eindringen können, verbleiben sie in der i-Schicht 604. Da sich hierbei die Elektronen somit zu der D-Elektrode bewegen, während sich die Defektelektronen zu der Grenzschicht zwischen der Isolierschicht 607 und der i-Schicht 604 bewegen, fließt von der G-Elektrode ein elektrischer Strom, um einen elektrisch neutralen Zustand aufrecht zu erhalten. Da dieser Strom den durch den Lichteinfall erzeugten Elektronen-Defektelektronen-Paaren proportional ist, ist er somit auch dem einfallenden Licht proportional.
  • Wenn nach Aufrechterhaltung dieses fotoelektrischen Umsetzungsbetriebs (4B) für eine vorgegebene Zeitdauer das Element wieder in den Auffrischungszustand (4A) umgeschaltet wird, werden die in der i-Schicht 604 verbliebenen Defektelektronen in der vorstehend beschriebenen Weise zu der D-Elektrode geführt, sodass hierbei ein den Defektelektronen entsprechender elektrischer Strom fließt. Die Menge der Defektelektronen entspricht hierbei der Gesamtmenge des einfallenden Lichts während der Dauer des fotoelektrischen Umsetzungsbetriebs. Obwohl in dieser Zeit auch ein der Menge der in die i-Schicht 604 injizierten Elektronen entsprechender Strom fließt, ist die Menge dieser Elektronen annähernd konstant und kann somit von der Menge der Defektelektronen zur Messung der Lichtmenge subtrahiert werden. Das fotoelektrische Wandlerelement gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann daher der einfallenden Lichtmenge entsprechende Ausgangssignale in Echtzeit bilden und außerdem die Gesamtmenge von einfallendem Licht während einer vorgegebenen Zeitdauer erfassen.
  • Wenn sich jedoch die fotoelektrische Umsetzungsperiode aus gewissen Gründen verlängert oder wenn das einfallende Licht eine hohe Leuchtstärke aufweist, fließt häufig auch bei einfallendem Licht kein elektrischer Strom. Dies beruht dann darauf, dass in der in 4C veranschaulichten Weise eine große Anzahl von Defektelektronen in der i-Schicht 604 verbleibt, die das elektrische Feld in der i-Schicht 604 schwächen, sodass die erzeugten Elektronen nicht zu der D-Elektrode wandern, sondern eine Rekombination mit Defektelektronen in der i-Schicht 604 erfolgt. Wenn sich der Lichteinfall in diesem Zustand verändert, kann dies zur Folge haben, dass ein instabiler elektrischer Strom fließt. Wenn jedoch von diesem Zustand wieder auf den Auffrischungsbetrieb übergegangen wird, werden die Defektelektronen in der i-Schicht 604 entfernt, sodass bei dem nächsten fotoelektrischen Umsetzungsvorgang wieder ein dem einfallenden Licht proportionaler elektrischer Strom erhalten werden kann.
  • Wenn gemäß vorstehender Beschreibung die Defektelektronen in der i-Schicht 604 im Auffrischungsbetrieb entfernt werden, findet hierbei im Idealfall eine Entfernung sämtlicher Defektelektronen statt, jedoch hat bereits die Entfernung einiger Defektelektronen die Wirkung, dass ohne schwerwiegende Probleme ein elektrischer Strom erhalten werden kann, der dem vorstehend beschriebenen Strom entspricht. Dies bedeutet, dass nur verhindert werden muss, dass bei der Detektion im Rahmen des nächsten fotoelektrischen Umsetzungsbetriebs der Zustand gemäß 4C erhalten wird und dass somit nur das Potential der D-Elektrode in Relation zu der G-Elektrode im Auffrischungsbetrieb, die Dauer des Auffrischungsbetriebs sowie die Eigenschaften bzw. Kennwerte der die Injektionssperrschicht bildenden n-leitenden Schicht 605 entsprechend festgelegt werden müssen.
  • Aus den nachstehend näher beschriebenen Gründen stellt außerdem die Injektion von Elektronen in die i-Schicht 604 im Auffrischungsbetrieb keine notwendige Bedingung dar, wobei auch das Potential der D-Elektrode in Relation zu der G-Elektrode nicht auf ein negatives Potential beschränkt ist. Wenn nämlich eine große Anzahl von Defektelektronen in der i-Schicht 604 verbleibt, wirkt auch bei einem positiven Potential der D-Elektrode in Bezug auf die G-Elektrode das elektrische Feld in der i-Schicht in einer Richtung, in der die Defektelektronen zu der D-Elektrode geführt werden. In ähnlicher Weise stellt auch in Bezug auf die Eigenschaften der von der n-Schicht 605 gebildeten Injektionssperrschicht die Fähigkeit, Elektronen in die i-Schicht 604 injizieren zu können, keine notwendige Bedingung dar.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 5 und 6 näher auf Betrieb und Wirkungsweise eines Bildelements der fotoelektrischen Wandlervorrichtung in einem Röntgen-Bildaufnahmegerät näher eingegangen, bei der die vorstehend beschriebenen fotoelektrischen Wandlerelemente Verwendung finden. 5 zeigt hierbei ein Ersatzschaltbild für ein Ausführungsbeispiel eines Bildelements mit einem fotoelektrischen Wandlerelement und einem Dünnschicht-Schalttransistor, während 6 zeitabhängige Signalverläufe im Betrieb dieses Bildelements veranschaulicht. Zur Auffrischung des fotoelektrischen Wandlerelements 401 werden eine Gate-Spannung Vg (830) eingeschaltet und ein Rücksteil-Schaltelement 805 durchgeschaltet, wobei eine Vorspannungsquelle 801 auf einen gegebenen Spannungswert (Vr) eingestellt wird. Durch diesen Vorgang wird die D-Elektrode des fotoelektrischen Wandlerelements 401 auf die Spannung Vr aufgefrischt, während seine G-Elektrode auf eine Vorspannung VBT einer Rückstell-Spannungsquelle 807 aufgefrischt wird (Vr < VBT). Nach diesem Vorgang wird das fotoelektrische Wandlerelement in einen Speicherzustand (Lesebetrieb) versetzt. Sodann wird eine Röntgenstrahlenquelle 901 eingeschaltet, sodass die durch einen menschlichen Körper und ein Gitter 903 hindurchtretenden Röntgenstrahlen auf einen Scintillator 904 fallen. Die von dem Scintillator 904 erzeugte Fluoreszenz fällt dann auf das fotoelektrische Wandlerelement 401 und wird fotoelektrisch umgesetzt. Da die a-SiNx-Isolierschicht und die fotoelektrische Wandlerschicht in Form der a-Si:H-Halbleiterschicht, die das fotoelektrische Wandlerelement bilden, auch Dielektrika darstellen, dient das fotoelektrische Wandlerelement auch als kapazitives Element, d.h., eine von dem fotoelektrischen Wandlerelement fotoelektrisch umgesetzte Signalladung wird auch in dem fotoelektrischen Wandlerelement gespeichert. Sodann wird die Gate-Spannung Vg des Dünnschicht-Schalttransistors eingeschaltet und die Signalladung des fotoelektrischen Wandlerelements einem kapazitiven Element 813 zugeführt. Dieses kapazitive Element 813 ist bei der Anordnung gemäß 2 nicht als spezifisches Bauelement ausgebildet, sondern bildet sich zwangsläufig durch die Kapazität zwischen der oberen und unteren Elektrode des Dünnschichttransistors, des Überschneidungsbereichs 730 zwischen der Signalleitung 709 und der Gate-Leitung 708 und dergleichen. Natürlich kann das kapazitive Element 813 auch entsprechend der beabsichtigten Auslegung in Form eines spezifischen Bauelements vorgesehen sein. Die vorstehend beschriebenen Vorgänge mit Ausnahme der Stromversorgung und Gate-Steuerung des Dünnschichttransistors erfolgen bei einem auf dem Isoliersubstrat ausgebildeten amorphen Bauelement. Sodann wird die in dem kapazitiven Element 813 gespeicherte Signalladung einem kapazitiven Element 820 einer Verarbeitungsschaltung durch ein Schaltelement 825 zugeführt, woraufhin über einen Operationsverstärker 821 ein Signal abgegeben wird. Anschließend wird das kapazitive Element 820 über einen Schalter 822 zurückgestellt, während das kapazitive Element 813 über einen Schalter 805 zurückgestellt wird, womit die Verarbeitung für ein Bildelement abgeschlossen ist.
  • Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel für den fotoelektrischen Umsetzungsablauf im Falle einer zweidimensionalen Anordnung der fotoelektrischen Wandlerelemente gemäß 5 näher beschrieben. 7 zeigt hierbei ein Ersatzschaltbild eines durch zweidimensionale Anordnung der fotoelektrischen Wandlerelemente erhaltenen Ausführungsbeispiels der fotoelektrischen Wandlervorrichtung, während 8 zeitabhängige Signalverläufe eines Ausführungsbeispiels für den Betrieb dieser Vorrichtung zeigt.
  • Wie in 7 dargestellt ist, sind fotoelektrische Wandlerelemente S11 bis S33, deren untere Elektroden mit G und deren obere Elektroden mit D bezeichnet sind, mit Dünnschicht-Schalttransistoren T11 bis T33 verbunden. Eine Lesespannungsquelle Vs und eine Auffrischungsspannungsquelle Vr sind jeweils über Schalter SWs und SWr mit den D-Elektroden von sämtlichen fotoelektrischen Wandlerelementen S11 bis S33 verbunden. Der Schalter SWs ist hierbei über einen Inverter mit einer Auffrischungssteuerschaltung RF verbunden, während der Schalter SWr direkt mit der Auffrischungssteuerschaltung RF verbunden ist. Über die Auffrischungssteuerschaltung RF werden die beiden Schalter derart gesteuert, dass der Schalter SWr während einer Auffrischungsperiode eingeschaltet ist, während der Schalter SWs während anderer Perioden eingeschaltet wird. Ein Bildelement wird hierbei von einem fotoelektrischen Wandlerelement und einem Dünnschicht-Schalttransistor gebildet, wobei sein Signalausgang über eine Signalleitung SIG mit einem integrierten Detektorschaltkreis IC verbunden ist. Bei dieser fotoelektrischen Wandlervorrichtung sind insgesamt neun Bildelemente in drei Blöcke unterteilt. Die Ausgangssignale der drei Bildelemente eines jeden Blocks werden über die Signalleitungen SIG gleichzeitig übertragen und von dem integrierten Detektorschaltkreis IC aufeinanderfolgend in Ausgangssignale (Vout) umgesetzt. Hierbei sind bei jedem Block drei Bildelemente in Horizontalrichtung angeordnet, während die drei Blöcke in Vertikalrichtung angeordnet sind, wodurch eine zweidimensionale Bildelementanordnung erhalten wird.
  • Über Schieberegister SR1 und SR2 werden Impulse mit Hi-Pegel Steuerleitungen g1 bis g3 und Signalleitungen s1 bis s3 zugeführt. Hierdurch werden die Übertragungsschalttransistoren T11 bis T33 elektrisch mit Schaltern M1 bis M3 verbunden, während die G-Elektroden von sämtlichen fotoelektrischen Wandlerelementen S11 bis S33 an Massepotential gelegt werden (da der Eingang eines Integrationsdetektorverstärkers an Massepotential liegt). Gleichzeitig gibt die Auffrischungssteuerschaltung RF einen Impuls mit Hi-Pegel zum Durchschalten des Schalters SWr ab, sodass die D-Elektroden von sämtlichen fotoelektrischen Wandlerelementen S11 bis S33 durch die Auffrischungsspannungsquelle Vr an ein positives Potential gelegt werden. Auf diese Weise werden sämtliche fotoelektrische Wandlerelemente S11 bis S33 einem Auffrischungsvorgang unterzogen und aufgefrischt. Bei der nächsten Steuerung gibt die Auffrischungssteuerschaltung RF einen Impuls mit Lo-Pegel zum Durchschalten des Schalters SWs ab, sodass die D-Elektroden von sämtlichen fotoelektrischen Wandlerelementen S11 bis S33 durch die Lesespannungsquelle Vs an ein positives Potential gelegt werden. Hierdurch werden alle fotoelektrischen Wandlerelemente S11 bis S33 auf den fotoelektrischen Umsetzungsbetrieb eingestellt. In diesem Zustand führen die Schieberegister SR1 und SR2 den Steuerleitungen g1 bis g3 und den Signalleitungen s1 bis s3 Impulse mit Lo-Pegel zu. Durch diese Impulse werden die Schalter M1 bis M3 der Übertragungsschalttransistoren T11 bis T33 gesperrt bzw. abgeschaltet, wobei die fotoelektrischen Wandlerelemente S11 bis S33 ihre Potential aufrecht erhalten, obwohl sich die G-Elektroden von sämtlichen fotoelektrischen Wandlerelementen S11 bis S33 gleichspannungsmäßig im Leerlauf befinden, da die Elemente gleichzeitig auch Kondensatoren darstellen. Da hierbei keine Röntgenstrahlen einfallen, fällt auch kein Licht auf die fotoelektrischen Wandlerelemente S11 bis S33, sodass kein Fotostrom fließt. Wenn jedoch in diesem Zustand Röntgenstrahlimpulse abgegeben werden und durch den Scintillator hindurchtreten, fällt die vom Scintillator erzeugte Fluoreszenz auf die fotoelektrischen Wandlerelemente S11 bis S33. Die Fluoreszenz enthält hierbei Informationen bezüglich des inneren Aufbaus oder Gewebes eines menschlichen Körpers. Die in Abhängigkeit von dem einfallenden Licht fließenden Fotoströme werden dann als Ladungen in den fotoelektrischen Wandlerelementen gespeichert und nach Beendigung der Abgabe der Röntgenstrahlen aufrecht erhalten. Wenn sodann das Schieberegister SR1 der Steuerleitung g1 einen Steuerimpuls mit Hi-Pegel und das Schieberegister SR2 den Signalleitungen s1 bis s3 Steuerimpulse zuführen, werden über die Übertragungsschalttransistoren T11 bis T13 und die Schalter M1 bis M3 aufeinanderfolgend Ausgangssignale v1 bis v3 abgegeben. In ähnlicher Weise werden auch die weiteren optischen Signale durch eine entsprechende Steuerung der Schieberegister SR1 und SR2 aufeinanderfolgend abgegeben. Durch diese Signale wird eine zweidimensionale Information bezüglich der internen Struktur z.B. eines menschlichen Körpers in Form der Ausgangssignale v1 bis v9 erhalten. Durch die bisher beschriebenen Vorgänge wird ein Stehbild erhalten. Wenn jedoch ein bewegliches Bild erhalten werden soll, erfolgt dies durch Wiederholung der vorstehend beschriebenen Vorgänge.
  • 9 zeigt eine Baugruppenanordnung bei einem Detektor mit 2000 × 2000 Bildelementen. Zum Aufbau eines solchen Detektors mit 2000 × 2000 Bildelementen kann eine zweidimensionale Vergrößerung der Anzahl der in 7 von einer gestrichelten Linie umschlossenen Bauelemente in Betracht gezogen werden. In diesem Falle sind dann 2000 Steuerleitungen g1 bis g2000 sowie 2000 Signalleitungen sig1 bis sig2000 erforderlich. Außerdem müssten ein aufwändiges Schieberegister SR1 und ein großer integrierter Detektorschaltkreis IC eingesetzt werden, da sie die Steuerung und Signalverarbeitung bei 2000 Leitungen bewältigen müssen. Wenn solche Bauelemente unter Verwendung von 1-Chip-Elementen realisiert werden, wird ein solcher Chip somit sehr groß und ist bei der Herstellung in Bezug auf Gutausbeute, Kosten und dergleichen nachteilig. Angesichts dieses Problems wird das Schieberegister SR1 z.B. in Form eines Chips für jeweils 100 Stufen ausgebildet, sodass 20 Chips (SR1-1 bis SR1-20) eingesetzt werden können. Der integrierte Detektorschaltkreis wird hierbei ebenfalls in Form eines Chips für jeweils 100 Verarbeitungsschaltungen ausgeführt, sodass auch hier 20 Chips (IC1 bis IC20) Verwendung finden können.
  • Gemäß 9 sind 20 Chips (SR1-1 bis SR1-20) an der linken Seite (L) und 20 Chips an der unteren Seite (D) angebracht, wobei 100 Steuerleitungen und 100 Signalleitungen je Chip durch Drahtbonden angeschlossen sind. Der von einer gestrichelten Linie umgebene Bereich gemäß 9 entspricht hierbei demjenigen gemäß 7. Externe Verbindungsleitungen sind hierbei nicht dargestellt. Weiterhin sind auch die Schalter SWr und SWs, die Spannungsquellen Vr und Vs, die Schaltungsanordnung RF und dergleichen nicht dargestellt. Die integrierten Detektorschaltkreise IC1 bis IC20 erzeugen hierbei 20 Ausgangssignale (Vout), die über Schalter zu einem Ausgangssignal zusammengefasst oder direkt ausgegeben und einer Parallelverarbeitung unterzogen werden können.
  • Nachstehend werden unter Verwendung der vorstehend beschriebenen fotoelektrischen Wandlerelemente aufgebaute bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • 10 zeigt eine Schnittansicht einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die zur Verwendung bei einem Röntgen-Bildaufnahmegerät geeignet ist. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Röntgen-Bildaufnahmegerätes mit der in 10 dargestellten fotoelektrischen Wandlervorrichtung 100.
  • Wie in 11 veranschaulicht ist, werden von einer Röntgenstrahlenquelle 901 abgegebene Röntgenstrahlen auf ein zu untersuchendes Objekt 902 wie einen menschlichen Körper oder dergleichen gerichtet, wo sie eine Absorption, Transmission und Streuung in Abhängigkeit von den zu untersuchenden Geweben des Körpers wie z.B. den Lungenbereichen, Knochen, Blutgefäßen, einem Fötus und dergleichen erfahren. Die durch den zu untersuchenden Bereich hindurchgetretenen Röntgenstrahlen treffen dann auf ein Gitter 903.
  • Die 12 und 13 zeigen Schnittansichten, die den Aufbau dieses Gitters veranschaulichen. Das Gitter wird in abwechselnder Anordnung von einem Röntgenstrahlen absorbierenden Material (wie z.B. Blei) und einem Material (wie z.B. Aluminium) gebildet, das Röntgenstrahlen hindurchtreten lässt. Das Gitter dient hierbei dem Zweck, eine Verringerung der Auflösung auf Grund einer Streuung der Röntgenstrahlen in dem zu untersuchenden Bereich zu verhindern, indem nur Röntgenstrahlen in einer spezifischen Richtung (der Querschnittsrichtung des Gitters) durch die röntgenstrahldurchlässigen Bereiche (Al) hindurchtreten und die fotoelektrische Wandlervorrichtung 100 erreichen können, während innerhalb des zu untersuchenden Bereichs gestreute Röntgenstrahlen von den röntgenstrahlabsorbierenden Bereichen (Pb) des Gitters absorbiert werden und die fotoelektrische Wandlervorrichtung 100 nicht erreichen können.
  • 10 zeigt eine Schnittansicht des inneren Aufbaus der fotoelektrischen Wandlervorrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Wie in 10 veranschaulicht ist, besteht ein als Gehäuse der fotoelektrischen Wandlervorrichtung dienendes externes Chassis 101 aus einem röntgenstrahldurchlässigen Material (wie z.B. Aluminium, einem Kohlenstoffmaterial oder dergleichen), sodass die Röntgeninformationen in Bezug auf das zu untersuchende Objekt enthaltenden Röntgenstrahlen auf einen Scintillator (Leuchtstoff) 102 fallen können. Durch die Röntgenstrahlen erfolgt dann durch Absorption eine Anregung des Leuchtstoffs in dem Scintillator, wodurch der Scintillator eine Fluoreszenz mit einer in dem spektralen Empfindlichkeitsbereich der fotoelektrischen Wandlerelemente 401 liegenden Wellenlänge erzeugt.
  • Als Material für den Scintillator findet hierbei CsI:Ta, Gd2O2S:Tb, Y2O2S:Eu oder dergleichen Verwendung.
  • Jedes fotoelektrische Wandlerelement 401 setzt die von dem Scintillator 102 entsprechend dem Röntgenbild erzeugte Fluoreszenz fotoelektrisch um, wobei eine Signalladung über ein Schaltelement 402 einem integrierten Verarbeitungsschaltkreis 403 zugeführt wird. Das fotoelektrische Wandlerelement 401 und das Schaltelement 402 sind auf einem Isoliersubstrat 400 ausgebildet, das unter dem Scintillator 102 (auf der der Röntgenstrahlenquelle gegenüberliegenden Seite) angeordnet ist. Hierbei sind die Elemente 401 und 402 von einem Schutzfilm 410 überzogen.
  • Wie aus 10 ersichtlich ist, ist der integrierte Verarbeitungsschaltkreis 403 in der Nähe des fotoelektrischen Wandlerelements 401 angeordnet, was dazu dient, den nachteiligen Einfluss von externen Störungseinstreuungen minimal zu halten, die bei den Leiterbahnen in verstärktem Umfang auftreten, wenn schwache Signalladungen von den fotoelektrischen Wandlerelementen über längere Leiterbahnen übertragen werden. Der integrierte Verarbeitungsschaltkreis 403 umfasst hierbei z.B. die Funktionen des Rückstell-Schaltelements 405, der Rückstell-Spannungsquelle 807, der Kapazität 820, des Operationsverstärkers 821, des Schalters 822 und des Schaltelements 825 gemäß 5 bzw. entspricht den integrierten Schaltkreisen IC1 bis IC20 gemäß 9.
  • Der integrierte Verarbeitungsschaltkreis 403 ist hierbei an einem flexiblen Kabel 404 angebracht, wobei ein von dem integrierten Verarbeitungsschaltkreis 403 abgegebenes Signal über ein Verbindungselement bzw. einen Stecker 408 integrierten Schaltkreisen zugeführt wird, die auf einer gedruckten Leiterplatte angeordnet sind. Einer dieser integrierten Schaltkreise auf der gedruckten Leiterplatte wird von einem Analog-Digital-Hochgeschwindigkeitsumsetzer gebildet, der ein Eingangssignal in Digitaldaten umsetzt. Nach der Umsetzung des Signals in Digitaldaten besteht dann kaum mehr die Gefahr, dass diese Daten durch externe Störungen nachteilig beeinflusst werden. Weitere integrierte Schaltkreise auf der gedruckten Leiterplatte werden von einem Speicher (RAM) zur zeitweiligen Speicherung von Digitaldaten, einer Zentraleinheit (CPU) zur Durchführung einer arithmetischen Datenverarbeitung, einem nichtflüchtigen Speicher (ROM) zur Speicherung eines Programms, einem Leitungstreiber zur Erzielung einer Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung zu entfernten Stellen und dergleichen gebildet.
  • Diese integrierten Schaltkreise bestehen im wesentlichen aus kristallinem Si, sodass ihre Leistungsfähigkeit bei einer erheblichen Strahlungsbelastung abnimmt, was z.B. bei energiereichen Röntgenstrahlen der Fall ist. Im schlimmsten Falle können hierbei die Funktionen dieser integrierten Schaltkreise vollständig ausfallen.
  • Zur Strahlungsabschirmung dieser integrierten Schaltkreise ist daher ein Abschirmelement in Form eines Strahlungsabsorptionselements 405 vorgesehen, das aus einem Material (wie z.B. Pb) besteht, das Röntgenstrahlen absorbiert. Dieses Element 405 ist zwischen dem Isoliersubstrat 400, auf dem sich die fotoelektrischen Wandlerelemente 401 und die Dünnschicht-Schalttransistoren 402 befinden, und der gedruckten Leiterplatte mit den darauf angeordneten integrierten Schaltkreisen vorgesehen. Durch diese Anordnung fällt die von dem Scintillator 102 im sichtbaren Bereich erzeugte Fluoreszenz auf die fotoelektrischen Wandlerelemente, während Röntgenstrahlen, die von dem Scintillator nicht in sichtbare Lichtstrahlen umgesetzt werden (d.h., durch den Scintillator hindurchtretende Röntgenstrahlen) zwar durch das Isoliersubstrat 400 hindurchtreten, dann jedoch von der unter dem Substrat 400 angeordneten Bleiplatte absorbiert werden. Auf diese Weise können solche Röntgenstrahlen die integrierten Schaltkreise auf der gedruckten Leiterplatte nicht erreichen.
  • Durch die in 10 dargestellte Anordnung der Bleiplatte ist somit eine hohe Zuverlässigkeit in Bezug auf eine Röntgenstrahlbeständigkeit der Vorrichtung gewährleistet.
  • Hierbei ist auch von Bedeutung, dass jeder integrierte Verarbeitungsschaltkreis 403 zur Erzielung einer höheren Störfestigkeit in Bezug auf externe Störungseinstreuungen in direkter Nähe des fotoelektrischen Wandlerelements (d.h. nicht auf der gedruckten Leiterplatte) angeordnet ist. Da der integrierte Verarbeitungsschaltkreis 403 ebenfalls aus kristallinem Si besteht, muss auch für ihn ein Bleielement als Abschirmung vorgesehen werden, wenn er in Bezug auf Röntgenstrahlung empfindlich ist.
  • 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem jeder integrierte Verarbeitungsschaltkreis 403 durch ein Strahlungsabsorptionselement wie ein Bleielement (Pb) abgeschirmt ist. Wenn jedoch einfallende Röntgenstrahlen die im Bereich der fotoelektrischen Wandlerelemente (des Isoliersubstrats 400) angeordneten integrierten Verarbeitungsschaltkreise 403 nicht erreichen, können die Bleielemente 405 auch entfallen.
  • Wie in 10 veranschaulicht ist, stehen thermisch hochleitfähige Elemente 407, die z.B. aus Siliconfett mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit bestehen, mit den vorstehend beschriebenen integrierten Verarbeitungsschaltkreisen 403, den integrierten Schaltkreisen auf der gedruckten Leiterplatte und der gedruckten Leiterplatte selbst in Kontakt. Diese wärmeleitenden Elemente 407 stehen auch mit den röntgenstrahlabsorbierenden Strahlungsabsorptionselementen 405 oder dem röntgenstrahldurchlässigen Aluminiumchassis 101 in Kontakt.
  • Durch diese Anordnung kann die Wärme, die von den im wesentlichen von bipolaren Transistoren gebildeten und zur Hochgeschwindigkeitsverarbeitung der von einer sehr großen Anzahl von Bildelementen erhaltenen Informationen unerlässlichem integrierten Schaltkreisen erzeugt wird, zu Metallen mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie Pb und Al abgeführt werden. Das mit der gedruckten Leiterplatte in Kontakt stehende Element aus Siliconfett trägt auch zur Wärmeabführung von der gedruckten Leiterplatte bei.
  • Als Leiterbahnmaterial findet bei der gedruckten Leiterplatte normalerweise Kupfer Verwendung, das einen geringen elektrischen Widerstand und außerdem eine exzellente Wärmeleitfähigkeit aufweist. Somit wird ein möglichst großes festes Kupfermuster in einem keine integrierten Schaltkreise enthaltenden Bereich der gedruckten Leiterplatte ausgebildet und ein Wärmeabführungselement auf der Basis von Siliconfett derart daran angebracht, dass die von der gedruckten Leiterplatte abgewandte Oberfläche des Siliconfett-Elements mit Pb oder Al in Kontakt steht und auf diese Weise die von den integrierten Schaltkreisen erzeugte Wärme über die gedruckte Leiterplatte abgeführt wird.
  • Die von den integrierten Verarbeitungsschaltkreisen 403 und den anderen integrierten Schaltkreisen auf der gedruckten Leiterplatte erzeugte Wärme kann allerdings auch ohne Verwendung von diesen wärmeleitenden Elementen 407 aus Siliconfett mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit abgeführt werden, wenn ein direkter Kontakt mit der Bleiplatte oder dem Aluminiumchassis besteht. Obwohl dann die Wärmeabführungswirkung ein wenig geringer als im Falle der Verwendung des Siliconfetts ist, kann dennoch eine ausreichende Wärmeabführung durch Herstellung eines direkten Kontakts dieser integrierten Schaltkreise mit der Bleiplatte oder dem Aluminiumchassis erzielt werden, wenn die Wärmeerzeugung durch die integrierten Schaltkreise nicht so hoch ist. Unter dem Gesichtspunkt einer zuverlässigen Wärmeabführung sind jedoch wärmeleitfähige Elemente wie die Siliconfett-Elemente vorzuziehen.
  • In Abhängigkeit von der Verteilung der von den integrierten Schaltkreisen bei einem Röntgen-Bildaufnahmegerät erzeugten Wärme kann somit auch die von einigen integrierten Schaltkreisen erzeugte Wärme über die Siliconfett-Elemente zu Pb oder Al abgeführt werden, während die verbleibenden integrierten Schaltkreise zur Abführung der von ihnen erzeugten Wärme direkt mit Pb oder Al in Kontakt gebracht werden können.
  • Außer der Funktion einer Wärmeabführung und der Funktion der Übertragung von Röntgenstrahlen kann das Aluminiumchassis auch die Funktion einer mechanischen Halterung für den vorstehend beschriebenen Leuchtstoff, das Isoliersubstrat, die mit den integrierten Schaltkreisen versehene gedruckte Leiterplatte, die Bleiplatte und dergleichen haben.
  • Bei den eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisenden wärmeleitenden Elementen 407 kann zusätzlich zu Siliconfett auch die Verwendung eines Wärmeabführungs-Klebebands mit Capton oder Aluminium als Basismaterial in Betracht gezogen werden.
  • Hierbei können in Bezug auf die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Elemente 407 zusätzlich zu Siliconfett im einzelnen Wärmeableitungselemente in Form von Wärmeableitungs-Siliconkautschuk, ein einseitiges Wärmeableitungs-Klebeband, ein doppelseitiges Wärmeableitungs-Klebeband, ein Wärmeableitungsklebstoff und dergleichen Verwendung finden.
  • Bei der durch die Siliconfett-Elemente erfolgenden Wärmeabführung kann auch eine Wärmeableitungsstruktur zur mechanischen Halterung von TCP-Kapselungen der integrierten Schaltkreise und Pb oder Al zur stabilen Fixierung der integrierten Schaltkreise an Pb oder Al in Betracht gezogen werden.
  • Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit finden vorzugsweise Siliconfett, Wärmeableitungs-Siliconkautschuk sowie ein Wärmeableitungsklebstoff vermischt mit Keramikpartikeln (wie z.B. Aluminiumoxidpartikeln) Verwendung. Ferner wird zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit vorzugsweise Wärmeableitungs-Siliconkautschuk vermischt mit einem Glasfasergewebe verwendet.
  • In Bezug auf das einseitige und doppelseitige Wärmeableitungs-Klebeband steht ein Keramikpartikel (wie z.B. Aluminiumoxidpartikel) enthaltendes druckempfindliches Acryl-Klebeband zur Verfügung, wobei jedoch auch sowohl ein Klebeband, bei dem als Basismaterial ein Polyimid-Kunstharz, Aluminium, ein Glasfasergewebe oder dergleichen Verwendung findet, als auch ein Klebeband, das lediglich aus einer Klebmasse ohne ein Basismaterial besteht, verwendet werden können.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • 14 zeigt eine Schnittansicht eines Röntgen-Bildaufnahmegerätes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei in 14 den Bauelementen gemäß 10 entsprechende Bauelemente mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind. Wie in 14 veranschaulicht ist, sind an den Außenseiten des das Gehäuse bildenden Aluminiumchassis und der Oberfläche der zur Röntgenstrahlabschirmung vorgesehenen Bleiplatte bewusst Kühlrippen ausgebildet. Bei der Ableitung der von den integrierten Schaltkreisen auf der gedruckten Leiterplatte und den integrierten Verarbeitungsschaltkreisen 403 erzeugten Wärme zu dem Strahlungsabsorptionselement wie der Bleiplatte oder dem Wärmeableitungselement wie dem Aluminiumchassis über die z.B. aus Siliconfett, Wärmeableitungs-Siliconkautschuk, einem einseitigen Wärmeableitungs-Klebeband, einem doppelseitigen Wärmeableitungs-Klebeband, einem Wärmeableitungsklebstoff oder dergleichen bestehenden wärmeleitenden Elemente wird durch diese Struktur die Berührungsfläche zwischen den Pb- und Al-Elementen und der Umgebungsluft vergrößert, wodurch sich ein höherer Wärmeableitungsgrad erhalten lässt.
  • Bei der unter Verwendung der Siliconfett-Elemente erfolgenden Wärmeableitung kann auch eine Wärmeableitungsstruktur zur mechanischen Halterung von TCP-Kapselungen der integrierten Schaltkreise und des Bleis oder Aluminium zur stabilen Fixierung der integrierten Schaltkreise an dem Blei oder Aluminium in Betracht gezogen werden.
  • Die bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehenen wärmeleitenden Elemente können ebenfalls in geeigneter Weise aus den vorstehend beschriebenen verschiedenen Arten von wärmeleitenden Elementen ausgewählt werden.
  • In Bezug auf die wärmeleitenden Elemente können natürlich auch die thermische Leitfähigkeit und Elastizität von Metallen wie Kupfer, Phosphorbronze und dergleichen genutzt werden, wobei solche Metalle auch in Kombination mit den vorstehend beschriebenen wärmeleitenden Elementen Verwendung finden können.
  • Wenn die von einer Lichtquelle einschließlich einer Strahlungsquelle (wie z.B. einer Röntgenquelle) abgestrahlte Energie direkt erfasst werden kann, kann natürlich der vorstehend beschriebene Leuchtstoff auch entfallen und/oder ein anderes Wellenlängen-Wandlerelement als der Leuchtstoff eingesetzt werden.
  • Wenn ferner weder Beeinträchtigungen noch Beschädigungen von peripheren Schaltungsanordnungen wie den integrierten Schaltkreisen bei Einfall einer energiereichen Strahlung wie Röntgenstrahlung berücksichtigt werden müssen, entfällt natürlich auch das Erfordernis einer Anbringung des vorstehend beschriebenen Strahlungsabsorptionselements in Form z.B. eines Bleielements.
  • Wirkung und Vorteile
  • Da somit in der vorstehend beschriebenen Weise die von den integrierten Schaltkreisen erzeugte Wärme zu dem Strahlungsabsorptionselement wie einer Bleiplatte oder dem Chassiselement wie z.B. einem Aluminiumkörper zur Verhinderung einer übermäßigen Wärmeübertragung auf die fotoelektrischen Wandlerelement und Dünnschicht-Schalttransistoren abgeführt oder diese Wärme bei ihrer Ableitung auf einen vernachlässigbaren Wert reduziert wird, lässt sich erfindungsgemäß das Problem eines geringen Störabstands (Signal-Rauschverhältnisses) lösen und damit die Zuverlässigkeit der fotoelektrischen Wandlervorrichtung und eines Systems verbessern, bei dem die fotoelektrische Wandlervorrichtung Verwendung findet.
  • Erfindungsgemäß lässt sich bei der fotoelektrischen Wandlervorrichtung außerdem durch Anordnung der integrierten Schaltkreise in Form von peripheren Schaltungsanordnungen das Problem einer nachteiligen Beeinflussung durch die von den integrierten Schaltkreisen erzeugte Wärme zumindest weitgehend vermeiden.
  • Da erfindungsgemäß außerdem ein hoher Störabstand gewährleistet werden kann, ohne dass dies zu einem höheren Strukturrauschen oder einem höheren statistischen Rauschen führt, können qualitativ hochwertige Bilder während einer längeren Zeit oder aufeinanderfolgend sowie über eine lange Betriebslebensdauer hinweg erhalten werden.
  • Darüberhinaus kann erfindungsgemäß dieser hohe Störabstand des fotoelektrischen Wandlerelements unter Verwendung einer a-Si-Halbleiterdünnschicht gewährleistet werden, ohne dass dies zu einem höheren Strukturrauschen oder einem höheren statistischen Rauschen führt, sodass qualitativ hochwertige Bilder ausgelesen werden können.
  • Da die erfindungsgemäße fotoelektrische Wandlervorrichtung einen Faktor darstellt, durch den sich ein digitales Röntgen-Diagnosesystem mit einem eine solche fotoelektrische Wandlervorrichtung aufweisenden Röntgen-Bildaufnahmegerät realisieren lässt, kann sie zur Verbesserung der Diagnoseeffizienz in Kliniken und bei Gebäude-Materialprüfungen beitragen und ermöglicht den Aufbau eines zukünftigen weltweiten Diagnoseinformations-Netzwerksystems.
  • Außerdem lässt sich erfindungsgemäß auch die in der Medizintechnik in jüngerer Zeit immer stärker geforderte "Digitalisierung von Röntgenbildinformationen" realisieren, sodass sich nicht nur die Diagnoseeffizienz in Kliniken in erheblichem Maße verbessern lässt sondern auch ein landesweites medizinisches Diagnoseinformationsnetzwerk aufgebaut werden kann. Auf diese Weise kann die Diagnoseeffizienz auf dem gesamten Gebiet der medizinischen Behandlung und Betreuung erheblich verbessert werden. So kann z.B. ein Patient auch an einem abgelegenen Ort eine hochqualifizierte Diagnose erhalten, die er andernfalls nur in einer Universitätsklinik erhalten könnte.
  • Wie vorstehend beschrieben, befinden sich bei einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung mit peripheren integrierten Schaltkreisen diese peripheren integrierten Schaltkreise über ein wärmeleitendes Element jeweils in thermischem Kontakt mit einem fotoelektrische Wandlerelemente enthaltenden Substrat und einem die peripheren integrierten Schaltkreise umgebenden und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Gehäuse, wodurch sich die z.B. in einem geringen Störabstand (Signal-Rauschverhältnis) bestehenden nachteiligen Auswirkungen der von den peripheren integrierten Schaltkreisen erzeugten Wärme unterdrücken lassen.

Claims (17)

  1. Fotoelektrische Wandlervorrichtung (100), mit einem fotoelektrischen Wandlerfeld, das einen effektiven Bildelementbereich mit einer Vielzahl von auf einem Isoliersubstrat angeordneten fotoelektrischen Wandlerelementen (401) zur jeweiligen Umsetzung von Informationen enthaltendem Licht in ein elektrisches Signal umfasst, einem integrierten Schaltkreiselement (403) zur Verarbeitung des von der Vielzahl der fotoelektrischen Wandlerelemente (401) umgesetzten elektrischen Signals, einem das fotoelektrische Wandlerfeld und das integrierte Schaltkreiselement (403) aufnehmenden Gehäuse (101), und einem wärmeleitenden Element (407), das eine wärmeleitende Verbindung zwischen zumindest einem Teil des integrierten Schaltkreiselements (403) und dem Gehäuse (101) herstellt, wobei das wärmeleitende Element (407) von der Lichteinfallsseite des fotoelektrischen Wandlerfeldes her gesehen, außerhalb des effektiven Bildelementbereichs zumindest zwischen dem Teil des integrierten Schaltkreiselements (403) und dem Gehäuse (101) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Vielzahl von dem integrierten Schaltkreiselement (403) entsprechenden integrierten Schaltkreiselementen (403) vorgesehen und jedes integrierte Schaltkreiselement mit dem fotoelektrischen Wandlerfeld über ein flexibles Kabel (404) verbunden sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Wellenlängen-Umsetzer (102) auf der Lichteinfallsseite des fotoelektrischen Wandlerfeldes (401) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Wellenlängen-Umsetzer (102) einen Leuchtstoff enthält.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Strahlungsabsorptionselement (405) auf der der Lichteinfallsseite gegenüberliegenden Seite des fotoelektrischen Wandlerfeldes (401) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Strahlungsabsorptionselement (405) Blei enthält.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der einige aus der Vielzahl der integrierten Schaltkreiselemente (403) in direktem Kontakt mit dem Gehäuse (101) stehen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die mit dem Gehäuse (101) in direktem Kontakt stehenden integrierten Schaltkreiselemente (403) von einem strahlungsabsorbierenden Element (406) umgeben sind.
  9. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der zumindest an einer Außenseite des Gehäuses Rippen ausgebildet sind.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der an einer Oberfläche des Strahlungsabsorptionselements (405) Rippen ausgebildet sind.
  11. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das wärmeleitende Element (407) Silikonfett umfasst.
  12. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das wärmeleitende Element (407) Silikonkautschuk umfasst.
  13. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der das wärmeleitende Element (407) Keramikpartikel enthält.
  14. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der das wärmeleitende Element (407) ein Glasfasergewebe enthält.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der der Wellenlängen-Umsetzer (102) Strahlung absorbiert und Licht abgibt und das fotoelektrische Wandlerfeld (401) das von dem Wellenlängen-Umsetzer (102) abgegebene Licht aufnimmt und eine fotoelektrische Umsetzung des Lichts in ein elektrisches Signal durchführt.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, mit einer zweidimensionalen Anordnung einer Vielzahl der fotoelektrischen Wandlerelemente (S11 bis S33) zur Aufnahme des von dem Wellenlängen-Umsetzer (102) abgegebenen Lichts und fotoelektrischen Umsetzung des Lichts in ein elektrisches Signal, Schaltelementen (T11 bis T33) zur Umschaltung von Signalen der fotoelektrischen Wandlerelemente, integrierten Schaltkreisen zur Ansteuerung der fotoelektrischen Wandlerelemente und der Schaltelemente, integrierten Schaltkreisen zum Auslesen der Signale aus den fotoelektrischen Wandlerelementen, integrierten Schaltkreisen zur Verarbeitung eines Signals der den Signallesevorgang durchführenden integrierten Schaltkreise, und einem integrierten Leitungsansteuerschaltkreis zur Übertragung der verarbeiteten Daten.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der jedes der fotoelektrischen Wandlerelemente (401) ausgehend von der Seite eines Isoliersubstrats (400) eine als untere Elektrode dienende erste Metall-Dünnschicht (721), eine Isolierschicht (725) aus amorphem Siliciumnitrid zur Verhinderung eines Hindurchtretens von Elektronen und Defektelektronen, eine fotoelektrische Wandlerschicht (726) aus hydriertem, amorphem Silicium, eine n-leitende Injektionssperrschicht (727) zur Verhinderung einer Injektion von Ladungsträgern in Form von Defektelektronen oder eine p-leitende Injektionssperrschicht (727) zur Verhinderung einer Injektion von Ladungsträgern in Form von Elektronen, sowie eine auf einem Bereich einer transparenten leitenden Schicht oder der Injektionssperrschicht ausgebildete und als obere Elektrode dienende zweite Metall-Dünnschicht (722) umfasst, und jedes der Schaltelemente (402) ausgehend von der Seite des Isoliersubstrats (400) eine als untere Gate-Elektrode dienende erste Metall-Dünnschicht (721), eine Gate-Isolierschicht (725) aus amorphem Siliciumnitrid, eine Halbleiterschicht (726) aus hydriertem, amorphem Silicium, eine n-leitende oder p-leitende ohm'sche Kontaktschicht (727) sowie eine transparente leitende Schicht oder eine zweite Metall-Dünnschicht (722) umfasst, die die Source- und Drainelektroden bildet, wobei die fotoelektrischen Wandlerelemente und die Schaltelemente unter Verwendung der jeweiligen Schichten gleichzeitig auf einem einzigen Isoliersubstrat (400) ausgebildet werden.
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