DE7932251U1

DE7932251U1 - Radiation detector

Info

Publication number: DE7932251U1
Application number: DE7932251U
Authority: DE
Original assignee: Koch & Sterzel & Co 4300 Essen De GmbH
Current assignee: Koch & Sterzel & Co 4300 Essen De GmbH
Priority date: 1979-11-15
Filing date: 1979-11-15
Publication date: 1985-11-07

Description

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KOCH A STIJRZEL GmbH & Co·KOCH A STIJRZEL GmbH & Co

StrahlendetektorRadiation detector

Die vorliegende Erfindung geht rUs Von einem für Röntgen·· öder UAmniae tr Ahlen geeigneten Haiiütiiter-StreOiiendetekto.r, der mit Mitteln zum Umwandeln der Röntgen- oder GamtoaDtrahion in Licht und einer aus einem oder mehreren Halbleiterelement (en) gebildeten» als optiach-elektriscber Wandler funktionierenden Halbleiteranordnung versehen ist«The present invention is based on an X-ray or a suitable cut-off leak detector, with means for converting the X-ray or GamtoaDtrahion into light and one formed from one or more semiconductor element (s) as an optical-electrical converter functioning semiconductor device is provided «

Derartige Strahlendetektoren sind dafür vorgesehen, um ss*B. aus den von einer Röntgen*töahlenquelle ausgesandten RBntgenstrahien ein Signal abzuleiten, das zur Abschaltung b»w.Such radiation detectors are intended to detect ss * B. to derive a signal from the X-ray radiation emitted by an X-ray source, which signal can be used to switch off b »w.

tzur Regelung der Röntgenstrahlung oder zum Bildaufbau selbst herangezogen wird,t to regulate the X-ray radiation or to build up the image itself is used,

Ee ist ein Halbleiter-Röntgenstrahlendetektor bekanntgeworden, der aus einer Halbleiterdiode und einer Leuchtschicht besteht. Vird dabei der Strahlendetektor von Röntgenstrahlen durchsetzt, so wirdMdiie Röntgonstrahlung inl^erAteucl^ec^oh in sichtbares Licht umgewandelt, das dann wiederum von der Halbleiterdiode in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Ein derartiger Strahlendetektor weist aber eine sehr gerin* ge Empfindlichkeit auf. Ee is a semiconductor X-ray detector has become known which consists of a semiconductor diode and a luminescent layer. If the radiation detector is penetrated by X-rays, the X-ray radiation is converted into visible light by the semiconductor diode, which is then converted into an electrical signal by the semiconductor diode. Such a radiation detector, however, has a very low sensitivity.

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ZUr Verbesserung dieser Empfindlichkeit ist es durch die DB-OS Z6 22 655 bekanritgeworden, den Strahlendetek^.or aus Mehreren Halbloiterelementen. und mehreren Leuchtschichten aUfeubawon» Und zwar sind dabei jeweils ein kristallines Halbleiterelement und eine Leuchtschicht alternierend hintereinander angeordentt Ein solcher Awfb«.u eines Strahlen^ detektore weist aber trotz eines wesentlich größeren Aufwandes noch eine relativ geringe Empfindlichkeit auf. ZiO Übrigen haben diese Strahlendetektoren aufgrund des kri-•tallinen Halbleiterelementea eine ganz beachtliche Dicke, die einen Einsatz desselben zwischen einem au untersuchenden Objekt und einem in Strahlenrichtung dahinter befindlichen Röntgenfilm unmb&ioh macht, und »war, weil sich die Konturen auf dem Röntgenfilm abbilden würden.To improve this sensitivity, it has become known through DB-OS Z6 22 655 , the radiation detector made of several semi-loiter elements. and several luminescent layers aUfeubawon "In fact, a crystalline semiconductor element and a luminescent layer are arranged alternately one behind the other. However, despite a much greater effort, such a radiation detector still has a relatively low sensitivity. Moreover, due to the crystalline semiconductor element, these radiation detectors have a very considerable thickness, which makes it necessary to insert the same between an object to be examined and an X-ray film located behind it in the direction of the radiation, and because the contours would be reproduced on the X-ray film.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiter-Strahlendetektor der eingangs erwähnten Art asu schaffen, dessen Empfindlichkeit trotz einer sehr geringen Dicke im Vergleich au dem obenerwähnten Stand der Technik wesentlich vergrößert ist»The present invention is based on the object of providing a semiconductor radiation detector of the type mentioned at the beginning asu, the sensitivity of which, despite a very small thickness, is significantly increased compared to the above-mentioned prior art »

Erfindüngsgemäß wird die Aufgabe bei einem derartigen Strahlendetektor dadurch gelöst, daß die Mittel zum Umwandeln der Röntgen- oder Gammastrahlen aus einer oder mehreren dünnen, unmittelbar auf der bzw» den dektrolümineezierenden Schicht (en) aufgebrachten, durch Ladungsträgererzeugung einen gesteuerten Eleictrolumineazenüproäseß hervorrufende phötöleitenden Schicht(en) bestehen und gegebenenfalls alternierend mit den filmartig ausgebildeten Halbleiterelementen angeordnet sind.According to the invention, the object is achieved in such a radiation detector in that the means for converting the X-rays or gamma rays from one or more thin layers directly on the dectroluminescent layer (s) applied, a controlled electroluminescent photoconductive layer (s) causing the generation of charge carriers and optionally alternating are arranged with the film-like formed semiconductor elements.

Es wird dabei eine derartige Auswahl von photoleitenden elektroluminesÄierenden Schichten getroffen, daß in dem gesamten von ultraviolett bis infrarot reichenden Spektralbereich eine Detektion möglich ist«Such a selection of photoconductive electroluminescent layers is made that in the whole detection is possible from the ultraviolet to the infrared spectral range «

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An*and elneö in der Zeichnung mehr öder minder »ohematiech dargestellten AüafÜhrürigabeiepiolee und darauf belogener An-Vendungebelspiele sei die Erfindung: nähe^rläutert, Und zwar ielgensAn * and elneö in the drawing more or less "ohematiech depicted AüafÜhrürigabeiepiolee and on it lied to An-Vendungebelspiele let the invention be: near ^ explains, and that ielgens

Figur 1, den Aufbau dee erfindungsgemäßen Gegen*· Standes«Figure 1, the structure of the inventive counter * Status «

Figur Zi die Anwendung des örfindüagsgemaßen Gegenstandes «als Strahlenmeßkammer bei ei-/ \ nein StandardunteraüchungagQrät«Figure Zi the application of the örfindüags-according object "as a radiation measuring chamber for a / \ no standard exposure agQrat"

Üigur 3, die Anwendung des erfindungsgemäßen Gegenstände β als Meßelement bei einem Computer-Tomographiegerät. Üigur 3, the application of the objects according to the invention β as a measuring element in a computer tomography device.

Vie aus der Figur 1 hervorgeht, besteht der Halbleiter-Xtäntgenetrahiendetektor aus einem Halbleiterelement 1, das z.B. auf einem geeigneten leitenden Substrat 2 aufgebracht 1st. Dieses Halbleiterelement 1 besteht vorzugsweise aus dünnen amorphen bsw. poly oder einkristallinen Schichten, die 2* B. aus amorphem Silizium oder Galliumarsenid oder Bleichalkogenldeft oder Indiumantimonid mit einer Schichtdicke von 0,7/um hergestellt werden. Zur Herstellung dorerförderli- ( ) chen Schottkybarrieren werden z.B. bei amorphen Silizium auf das Halbleiterelement Platinfilme mit einer Schicht· dicke von 100 % aufgebracht» die gleichzeitig als Elektrode 3 für die darüber liegende elektrolumineszierende Schicht 4 herangezogen werden. Diese elektrolumineszierende Schicht 4 .^ »teht in uatffiittelbarem Kontakt mit einer darüber liegenden photoleitenden Schicht 5· ^i* ihrerseits mit einer Deckelelektrode 6 versehen ist*As can be seen from FIG. 1, the semiconductor Xtäntgenetrahiendetektor consists of a semiconductor element 1, which is applied to a suitable conductive substrate 2 , for example. This semiconductor element 1 is preferably made of thin amorphous bsw. poly or monocrystalline layers, which are made from amorphous silicon or gallium arsenide or lead alkylene oxide or indium antimonide with a layer thickness of 0.7 μm. Chen for producing dorerförderli- () Schottky eg in amorphous silicon on the semiconductor element platinum films with a layer thickness of 100 · applied% "which are used simultaneously as an electrode 3 for the overlying electroluminescent layer. 4 This electroluminescent layer 4 is in direct contact with an overlying photoconductive layer 5 is in turn provided with a cover electrode 6 *

Die gesamte Dicke dieser Anordnung liegt in einer Größenordnung von 10 Ann, so daß sie ohneweiteres zwischen einem MU untersuchenden Objekt und einem Röntgenfilm als Mäßkammr eingesetzt werden kann« d*h. es ergibt sieh aufgrund OMT geringen Eigenäbsörptiön*li±exⁱd.uxⁱc]i praktisch, kein stö-The total thickness of this arrangement is of the order of magnitude of 10. it results see due to OMT low self-absorption * li ± ex ⁱ d.ux ⁱ c] i practically, no disturbing

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render Einfluß autf die Abbildung* Wird iüiniriehr an die biiv. d«n Elektroden 3,6 eine Spannung Ü geeigneter Größe angelegt, so wird beim Einfall von Röntgenstrahlen in Richtung de« Pfeiles X aufgrund deö erzeugten elektrischen Feldes eine Steuerung des Elektrclumineenenzprozesaös duroh Ladungstritgererzeügung in der photoleitenden Schicht S bewirkt* Mit dieser Anordnung wird eine Steigerung der Quantenauabeute um zumindest des Faktor 30 gegenüber dem Stand der Technik erzielt, wobei das damit im Zusammenhang stehende Signal S zwi-Bchen der Elektrode 3 und dem Substrat Z auftriffti Der Aufbau des vorstehend beschriebenen Strahlendetektors kann vorteilhafterweise auch so gewählt sein, daß die elektrolumine»zierende Schicht 4 einen pn- oder einen pin-Übergang aufweist. Selbstverständlich kann der erfindungsgeyäße Gegenstand auch aus mehreren der vorerwähnten Bauelementen bestehen, die dann jeweils in der vorbeechriebenen Weise hintereinander angeordnet sind* render influence autf the figure * Will iüiniriehr to the biiv. If a voltage U of a suitable magnitude is applied to the electrodes 3, 6 , when x-rays come in in the direction of the arrow X, the electrical field generated is controlled by the generation of charge in the photoconductive layer the quantum accuracy is achieved by at least a factor of 30 compared to the prior art, with the associated signal S impinging between the electrode 3 and the substrate Z. The structure of the radiation detector described above can advantageously also be chosen so that the electroluminescent » decorative layer 4 has a pn or a pin junction. Of course, the object according to the invention can also consist of several of the aforementioned components, which are then each arranged one behind the other in the manner described above *

Der Halbieiter-Strahlendetektor nach FigiiT 1, läßt sich vorteilhaft erweise besonders gut als Meßkannner für ein Standarduntersuchungsgerät der Röntgentechnik verwenden« Dieses Standarduntersuchungsgerät besteht dabei im wesentlichen aus einer an einem Röntgenapparat 7 angeschlossenen, auf einen Patienten P ausgerichteten Röntgenröhre 8 und einer im Strahlt lengang befindlichen Bilderzeugungseiiarichtung (z,B, Röntge"-* f film) 9* Der erfindungsgemäße als Meßkammer 10 ausgebildete _; Gegenstand wird hierbei zwischen dem Patienten P und der Bilderzeugungseinrichtung p angeordnet und liefert ein Si-Cnali das - wie im dargestellten Fäll - über eine geeignete Einrichtung 11 zur Abechaltung der Röntgenstrahlung beim Ϊ Erreichen einer tut eine optimale Belichtung des RöntgenfilmThe semi-conductor radiation detector according to FIG. 1 can advantageously be used particularly well as a measuring device for a standard examination device in X-ray technology Image generation device (z, B, X-ray "- * f film) 9 * The _{object according to the invention, designed as a measuring chamber 10,} is arranged between the patient P and the image generation device p and delivers a signal via a suitable one - as in the case shown device 11 for Abechaltung of X-rays at Ϊ achieving does optimal exposure of the X-ray film

£ mes erforderlichen Dosis oder - wie ansonsten üblich - zur£ mes required dose or - as otherwise usual - for

Regelung der Dosisleistung zwecks Konstanthaltung der HeI-Regulation of the dose rate in order to keep the HeI

ligkeit Ginss Lsuchtsohirsss herangezoge-i wird.ligkeit Ginss Lsuchtsohirsss is used.

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Desweiteren, eignet sich, der erfindungsgemllße Gegenstand auch besonders als Strahlendetektor für einen Computar-Tomographen. Dieser besteht wiederum aus einer an einem Röntgenapparat 7 angeschlossenen Strahlenquelle 8, die zusammen mit einer gegenüberliegenden um den Fokus der Strahlenquelle gekrümmten Strahlendetektoranordimng 1£ gemäß allgemein bekanntem Verfahren relativ zum Patienten P verstellbar ist. Diese Strahlendetektoranordnung Ϊ2 besteht aus mehreren Halbleiter-Strahlendetektoren nach Figur 1, die z.B. gemäß der in der Zeichnung veranschaulichten Art angeordnet und mit den Positionszahlen 12», 12'' ... versehen sind. Von dieser Strahlendeteköfcanordnung 12 werden beim Einfall des von der Strahlenquelle 8 erzeugten fächerförmigen Strahlenbündeln Signale hervorgerufen, die jeweils ein Maß für die bei der jeweiligen Stellung von Strahlenquelle 8 und Strahlende tektoranordnung 12 einerseits, so wie Patient P andererseits sich ergebende Schwächung der Stahlen darstellen. Diese Signale werden einem mit dem Röntgenapparat zwecke Synchronisation verbündten Meßwertumforme^ 13 zugeführt, der aus allen Signalen der Strahlende tektoranordnung 12 ein Querschnittsblld des Patienten P ermittelt und den Aufbau einer entsprechendem Abbildung Über seinen Ausgang Z z.B. auf einem Sichtgerät veranlaßt.Furthermore, the article according to the invention is suitable also especially as a radiation detector for a computer tomograph. This in turn consists of a radiation source 8 connected to an X-ray apparatus 7, which together with an opposing radiation detector arrangement 1 £ which is curved around the focus of the radiation source is adjustable relative to the patient P according to a well-known method. This radiation detector arrangement Ϊ2 consists of several semiconductor radiation detectors according to Figure 1, illustrated for example according to that illustrated in the drawing Art and are provided with the item numbers 12 », 12 '' .... From this Strahlendesköfcanordnung 12, when the incident of the radiation source 8 generated fan-shaped beam bundles Caused signals, each a measure for the respective position of radiation source 8 and beam end detector arrangement 12 on the one hand, as patient P on the other hand represent the resulting weakening of the beams. These signals are fed to a measuring transducer ^ 13 connected to the X-ray apparatus for the purpose of synchronization. the detector arrangement from all signals of the beam end 12 a cross-sectional image of the patient P is determined and initiates the construction of a corresponding image via its output Z, e.g. on a display device.

Claims

Aoa i a j, 'O0Q α ο O ΟΙ) KQCH 4 SlX) RZEL broom »November 8, 1979 λ Co. Bt / O ·

1.) semiconductor Röntgenetrahlendetektor with means for converting the X-rays into light and a formed of one or more HalbleitereJ ^ inentian) as optisoh-elektriecher converter funkΊ-i.on! "In power semiconductor device, characterized _f in that the means for converting the X-rays from one or more thin elektrolutninesssierenden layer (s) (k) and one or more thin, directly on the or the elektrolumineszieronden layer (s) (k) applied, causing by Laduiigöträgererzettgung a controlled Elektrolumlneszenzprozeß photoconductive layer (s) (5) are made, and are optionally arranged alternating with the film-like half-fold elements (Λ).

Z,) Halblaitar-X-ray detector according to Anopruoh 1, characterized in that the olo-olo-Ktroluminooaieronde (s) layer (s) (k) contains or contain a pn junction.

3.) H lblölter-Röntgenotstrahlsniiotektor according to claim 1, characterized in that the olol £ trolumln0 €> 8zierondo (s) layer (s) (k) includes a pin transition bmw "contain"

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4.) Halblelter-Röntgenatrahlendetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß das bzw. die Halbleiterelement(β) (1) m%u einer amorphen bzw. ein·· oder polykristallinen Schicht4.) half-parent X-ray detector according to claim 1, characterized in that; that the semiconductor element (s) (β) (1) m% u of an amorphous or a ·· or polycrystalline layer

...... besteht bzw» bestehen....... exists or »exist.

5«) Halbleiter-»Röntgenstrahlondetoktor nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterechicht (1) aus einem amorphen Silizium mit einer Dicke von 0,7/im gebildet ist«5 «) semiconductor» X-ray detector according to claim k, characterized in that the semiconductor layer (1) is formed from an amorphous silicon with a thickness of 0.7 / µm «

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