FR2891401A1 - Realisation d'un detecteur de rayonnement. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de réalisation d'un détecteur de rayonnement comportant un récepteur photosensible (1 ; 30 ; 41) associé à un convertisseur de rayonnement (5) fixé par collage sur le récepteur photosensible (1 ; 30 ; 41). Le procédé consiste à mettre en oeuvre un film de colle (6 ; 61 ; 62) protégé sur chacune de ses faces par un film protecteur. Le procédé consiste à enchaîner les opérations suivantes :● enlever un film protecteur,● laminer le film de colle (6 ; 61 ; 62) sur le premier élément (5),● enlever le second film protecteur,● mettre en contact le second élément (1 ; 30 ; 41) avec le film de colle (6 ; 61 ; 62).L'invention concerne également un outillage permettant la réalisation d'un détecteur de rayonnement ainsi qu'un procédé de mise en oeuvre ce cet outillage.

Description

2891401 1

Réalisation d'un détecteur de rayonnement L'invention concerne un procédé de réalisation d'un détecteur de rayonnement comportant un récepteur photosensible associé à un convertisseur de rayonnement. L'invention concerne également un outillage permettant la réalisation d'un détecteur de rayonnement ainsi qu'un procédé de mise en oeuvre ce cet outillage. Les domaines d'application de ce type de détecteur sont par exemple la détection de rayonnements X utilisés pour la radiologie: radiographie, fluoroscopie, mammographie, ainsi que le contrôle non destructif et la sécurité. L'invention sera décrite en rapport avec un détecteur de rayonnement X. Il est bien entendu que l'invention peut être mise en oeuvre dans tout type de détecteur pour lequel le récepteur photosensible n'est pas directement sensible au rayonnement à détecter, et pour lequel il est donc nécessaire d'interposer un convertisseur de rayonnement entre une fenêtre d'entrée du détecteur et le récepteur photosensible.

De tels détecteurs de rayonnement sont connus par exemple par le brevet français FR 2 605 166 dans lequel un capteur formé de photodiodes en silicium amorphe, formant le récepteur photosensible, est associé à un convertisseur de rayonnement.

Le fonctionnement et la structure d'un tel détecteur de 20 rayonnement vont être rappelés succinctement.

Le capteur photosensible est généralement réalisé à partir d'éléments photosensibles à l'état solide arrangés en matrice ou en ligne. Les éléments photosensibles sont réalisés à partir de matériaux semiconducteurs, le plus souvent du silicium mono cristallin pour les capteurs de type CCD ou CMOS, du silicium poly cristallin ou amorphe. Un élément photosensible comporte au moins une photodiode, un phototransistor ou une photo résistance. Ces éléments sont déposés sur un substrat, généralement une dalle de verre.

Ces éléments ne sont généralement pas sensibles directement aux rayonnements de longueurs d'ondes très courtes comme le sont les rayons X ou gamma. C'est pourquoi, on associe le capteur photosensible à un convertisseur de rayonnement qui comporte une couche d'une substance scintillatrice. Cette substance a la propriété, lorsqu'elle est excitée par de tels rayonnements, d'émettre un rayonnement de longueur d'onde supérieure, 2891401 2 par exemple de la lumière visible ou proche du visible, auquel est sensible le capteur. La lumière émise par le convertisseur de rayonnement illumine les éléments photosensibles du capteur qui effectuent une conversion photoélectrique et délivrent des signaux électriques exploitables par des circuits appropriés. Le convertisseur de rayonnement sera appelé scintillateur dans la suite de la description.

Certaines substances scintillatrices de la famille des halogénures alcalins ou des oxysulfures de terres rares sont fréquemment employées pour leurs bonnes performances.

Parmi les halogénures alcalins, l'iodure de césium dopé au sodium ou au thallium selon que l'on souhaite une émission vers 400 nanomètres ou vers 550 nanomètres respectivement, est connu pour sa forte absorption des rayons X et pour son excellent rendement de fluorescence. Il se présente sous la forme de fines aiguilles que l'on fait croître sur un support. Ces aiguilles sont sensiblement perpendiculaires à ce support et elles confinent en partie la lumière émise vers le capteur. Leur finesse conditionne la résolution du détecteur. Les oxysulfures de lanthane et de gadolinium sont aussi très employés pour les mêmes raisons.

Mais parmi ces substances scintillatrices, certaines ont comme inconvénient d'être peu stables, elles se décomposent partiellement lorsqu'elles sont exposées à l'humidité et leur décomposition libère des espèces chimiques qui migrent soit vers le capteur soit à l'opposé du capteur. Ces espèces sont très corrosives. L'iodure de césium et I'oxysulfure de lanthane ont notamment cet inconvénient.

En ce qui concerne l'iodure de césium, sa décomposition donne de l'hydroxyde de césium Cs+ OH- et de l'iode libre 12 qui peut ensuite se combiner avec des ions iodures pour donner le complexe I3-.

En ce qui concerne l'oxysulfure de lanthane sa décomposition donne du sulfure d'hydrogène H2S chimiquement très agressif.

L'humidité est extrêmement difficile à supprimer. L'air ambiant ainsi que la colle utilisée pour l'assemblage du détecteur en contiennent toujours. La présence d'humidité dans la colle est due soit à l'air ambiant, soit comme sous-produit de la polymérisation si celle-ci résulte de la condensation de deux espèces chimiques, ce qui est fréquent.

2891401 3 L'un des aspects importants lors de la réalisation de ces détecteurs sera de minimiser la quantité d'humidité présente initialement à l'intérieur du détecteur, et en contact avec le scintillateur, et d'éviter la diffusion de cette humidité à l'intérieur du capteur lors de son fonctionnement.

Dans une première configuration, dite du scintillateur rapporté, la substance scintillatrice est déposée sur un support que le rayonnement à détecter doit traverser avant d'atteindre le capteur. L'ensemble est alors collé sur le capteur.

Dans une seconde configuration, dite du dépôt direct, le capteur sert de support à la substance scintillatrice qui est alors en contact direct et intime avec le capteur. La substance scintillatrice est ensuite recouverte d'une feuille de protection. Les deux configurations présentent chacune des avantages et des inconvénients.

Un avantage de la première configuration, dite du scintillateur rapporté, est que le capteur et le scintillateur ne sont assemblés que s'ils ont été testés avec succès ce qui permet d'améliorer le rendement global de fabrication.

D'autres avantages de cette configuration apparaîtront à la lecture 20 de la demande de brevet français FR 2 831 671.

L'invention cherche à améliorer la fabrication d'un détecteur de rayonnement réalisé selon la première configuration et plus précisément, l'invention cherche à améliorer le collage utilisé dans l'assemblage du scintillateur et du capteur. Ce collage est actuellement réalisé en utilisant une colle spécialement conçue pour ses propriétés optiques et notamment pour sa transparence optique aux longueurs d'ondes émises par le scintillateur.

On utilise par exemple un gel à base de silicone. De plus, la qualité de l'image délivrée par le capteur dépend de l'épaisseur de la couche de colle utilisée. En effet, le rayonnement lumineux généré par le scintillateur doit traverser la couche de colle avant d'être absorbée par le capteur. La dispersion du rayonnement sera d'autant plus faible que l'épaisseur de la couche de colle sera mince. Par ailleurs, la dispersion du rayonnement influe essentiellement sur la résolution de l'image qui doit rester homogène sur toute la surface de l'image. Ceci impose de déposer la colle dans une épaisseur la plus constante possible. Pour ce faire, la colle est actuellement 2891401 4 déposée par sérigraphie sur l'un ou sur les deux éléments à assembler. Dans les cas des scintillateurs à base d'iodure de césium, la couche de colle doit avoir une épaisseur minimale afin de permettre un bon accrochage mécanique et un enrobage suffisant par la colle des aiguilles d'iodure de césium. L'enrobage des aiguilles d'iodure de césium est important pour assurer la qualité de l'interface optique entre le scintillateur et la colle.

L'invention a pour but de simplifier la réalisation de détecteurs obtenus par collage d'un scintillateur sur un capteur.

A cet effet, l'invention a pour objet un,procédé de réalisation d'un détecteur de rayonnement comportant deux éléments: un récepteur photosensible et un scintillateur transformant le rayonnement en un rayonnement auquel le capteur photosensible est sensible, le scintillateur étant fixé par collage sur le récepteur photosensible, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en oeuvre un film de colle protégé sur chacune de ses faces par un film protecteur et en ce qu'il consiste à enchaîner les opérations suivantes: É enlever un film protecteur, É laminer le film de colle sur le premier élément, É enlever le second film protecteur, mettre en contact le second élément avec le film de colle.

L'invention a également pour objet un outillage pour la réalisation d'un détecteur de rayonnement tel que décrit plus haut, caractérisé en ce que l'outillage comporte une enceinte dont l'intérieur peut être mis sous vide, en ce qu'à l'intérieur de l'enceinte sont disposés une platine sur laquelle est posé le premier élément et des vérins permettant de maintenir le deuxième élément à distance du premier élément. Cet outillage est plus précisément utilisé pour mettre en contact le second élément avec le film de colle.

Un autre objet de l'invention est un procédé de mise en oeuvre de l'outillage décrit plus haut, caractérisé en ce qu'il consiste à : É placer le premier élément sur la platine, É enlever le second film protecteur, É placer les vérins en position haute, É positionner le deuxième élément sur les vérins, É refermer l'enceinte, 2891401 5 É faire le vide à l'intérieur de l'enceinte, É placer les vérins en position basse le temps que le collage des deux éléments soit effectif, É remettre l'intérieur de l'enceinte à la pression atmosphérique, 5 É ouvrir l'enceinte, É déposer le détecteur de l'outillage.

En mettant en oeuvre l'invention, la détection de défaut sur les détecteurs est facilitée. En effet, avec une méthode de dépose de colle par sérigraphie, on peut obtenir une épaisseur de colle non homogène et non répétitive qu'il est très difficile à détecter et qui peut entraîner une détérioration continue et locale de fréquence de transfert de modulation bien connue dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de Frequency Transfers Module (FTM) . En revanche en mettant en oeuvre un film de colle calibré, le défaut potentiel du à une épaisseur de colle variable disparaît. En mettant en oeuvre l'invention, le seul défaut possible est la présence éventuelle de bulles entre l'un des éléments et le film de colle. Les bulles entraînent des artéfacts très visibles produisant une discontinuité de la fréquence de transfert de modulation. Ces artéfacts sont donc repérables de façon beaucoup plus aisée que la détérioration continue de fréquence de transfert de modulation du à une épaisseur de colle non homogène Un autre avantage lié à l'invention est l'amélioration de la fréquence de transfert de modulation grâce à une réduction de l'épaisseur de colle réunissant le récepteur photosensible et le scintillateur. En effet, en déposant de la colle par sérigraphie, l'épaisseur minimale possible est de l'ordre de 40 m. En revanche, il existe des films de colle protégés d'épaisseur de 12 m ce qui permet de rapprocher le scintillateur du détecteur et donc d'améliorer la fréquence de transfert de modulation. De plus, la tolérance sur le film de colle protégé est beaucoup plus étroite que la tolérance sur l'épaisseur d'un dépôt de colle par sérigraphie ce qui améliore l'homogénéité de la fréquence de transfert de modulation.

Encore un autre avantage lié à l'invention vient du fait que le procédé est mis en oeuvre à température ambiante. Cela permet de se prémunir d'effets néfastes du à d'éventuelles différences entre les 2891401 6 coefficients de dilatation thermique des éléments à assembler au moyen du film de colle.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel: la figure 1 représente un détecteur de rayonnement utilisé en radiologie dont le scintillateur comporte de l'iodure de césium; la figure 2 représente un autre détecteur de rayonnement utilisé en radiologie dont le scintillateur comporte de l'oxysulfure de gadolinium; la figure 3 représente un détecteur de rayonnement comportant un élément intermédiaire entre le scintillateur et le capteur; la figure 4 représente un détecteur de rayonnement où le scintillateur est couplé optiquement au capteur par l'intermédiaire d'une lentille; la figure 5 représente un outillage pour la réalisation d'un détecteur de rayonnement.

Sur ces figures, les échelles ne sont pas respectées dans un souci de clarté. De plus, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.

La figure 1 représente un détecteur de rayonnement comprenant un capteur photosensible 1 comportant un substrat 2, par exemple formé d'une dalle en verre, supportant des éléments photosensibles 3. Chaque élément photosensible 3 est monté entre un conducteur de ligne et un conducteur de colonne de manière à pouvoir être adressé. Les conducteurs ne sont pas visibles sur la figure 1 dans un but de simplification. Les éléments photosensibles 3 et les conducteurs sont généralement recouverts d'une couche de passivation 4 destinée à les protéger de l'humidité.

Le détecteur de rayonnement comprend également un scintillateur 5 couplé optiquement avec le capteur 1. Le couplage optique est réalisé au moyen d'un film de colle 6. Le scintillateur 5 comporte une couche de substance scintillatrice 7, représentée avec une structure en aiguilles, déposée sur un support 8. Le support 8 porte ainsi la substance scintillatrice 7. La substance scintillatrice 7 appartient à la famille des halogénures alcalins tel l'iodure de césium qui est particulièrement sensible à l'oxydation humide.

2891401 7 Dans le détecteur de rayonnement représenté sur la figure 1, une fenêtre d'entrée 10 est posée sur le scintillateur 5 sans être fixée sur lui. Le rayonnement traverse la fenêtre d'entrée 10 en amont du scintillateur 5. Un joint de scellement 11 étanche à l'humidité fixe la fenêtre d'entrée 10 au capteur 1 ou plus précisément à son substrat 2. Le principal avantage de la mise en place d'une fenêtre d'entrée 10 distincte du support 8 du scintillateur 5 est d'améliorer l'étanchéité du détecteur de rayonnement vis à vis de l'air ambiant auquel l'iodure de césium est particulièrement sensible. En effet, on choisit le matériau de la fenêtre d'entrée 10 de telle sorte que son coefficient de dilatation thermique soit voisin de celui du substrat 2. Ceci permet d'utiliser un joint de scellement 11 rigide présentant une bonne étanchéité à l'humidité.

La figure 2 représente un autre détecteur de rayonnement utilisé en radiologie dont la substance scintillatrice 7 comporte un oxysulfure de terre rare tel que par exemple l'oxysulfure de gadolinium ou encore I'oxysulfure de lanthane. Ce détecteur de rayonnement comprend les mêmes éléments que le détecteur de rayonnement représenté sur la figure 1 à l'exception de la fenêtre d'entrée 10. En effet, le scintillateur 5 réalisé avec de l'oxysulfure de terre rare utilise un liant plastique lui conférant une bonne étanchéité intrinsèque. Il n'est donc pas nécessaire de renforcer l'étanchéité de l'ensemble du détecteur de rayonnement. Dans le détecteur de rayonnement représenté sur la figure 2 la fonction fenêtre d'entrée est réalisée directement au moyen du support 8 du scintillateur 5. Ce support est par exemple réalisé dans un alliage d'aluminium. Cet alliage a un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui d'un substrat 2 réalisé en verre. Le joint de scellement 11 relie le support 8 au substrat 2. Du fait de la différence de coefficient de dilatation entre le support 8 et le substrat 2, on utilisera un joint 11 souple par exemple à base de silicone qui par nature est moins étanche à l'humidité qu'un joint de scellement 11 rigide tel que décrit à l'aide de la figure 1.

Un procédé pour mettre en uvre l'invention consiste à utiliser un film de colle protégé sur chacune de ses faces par un film protecteur et à enchaîner les opérations suivantes: É enlever un film protecteur, 2891401 8 É laminer le film de colle sur le premier des éléments (scintillateur 5 ou capteur photosensible 1), É enlever le second film protecteur, mettre en contact le second élément avec le film de colle.

Avantageusement, le laminage du film de colle sur le premier des éléments est réalisé entre deux rouleaux afin d'éliminer toute bulle d'air entre l'élément et le film de colle.

Avantageusement, avant d'enlever le second film protecteur, on découpe le film de colle en fonction des dimensions du premier élément. Cette découpe peut par exemple se faire à l'aide d'un massicot qui permet de découper le film de colle aux dimensions exactes du premier élément.

Avantageusement, la mise en contact du second élément avec le film de colle se fait sous vide. Ce procédé sous vide est bien adapté aux oxysulfures de terre rare qui présentent un aspect lisse. Pour les scintillateurs appartenant à la famille des halogénures alcalins tel l'iodure de césium la réalisation du collage sous vide est moins nécessaire. En effet cette famille de substance scintillatrice présente un aspect micro poreux permettant d'éliminer naturellement d'éventuelles bulles d'air retenues entre le film et le scintillateur 5.

Avantageusement, le film de colle est à base acrylique.

La figure 3 représente un détecteur de rayonnement semblable à celui de la figure 1 dans lequel on a intercalé un réseau de fibre optique 30 entre le capteur photosensible 1 et le scintillateur 5. Le couplage optique entre le capteur photosensible 1 et le réseau de fibre optique 30 est réalisé au moyen d'un film de colle 61. De même, Le couplage optique entre le scintillateur 5 et le réseau de fibre optique 30 est réalisé au moyen d'un film de colle 62. les deux films de colle 61 et 62 peuvent être mis en place selon un procédé conforme à l'invention. Il est également possible de mettre en oeuvre un tel réseau de fibre optique 30 dans un détecteur de rayonnement tel que décrit sur la figure 2 où la substance scintillatrice 7 est directement placé sur la fenêtre d'entrée 8. Le réseau de fibres optique 30 permet de guider le rayonnement issu du scintillateur 5 vers le capteur photosensible 1.

On peut remplacer le réseau de fibres optique 30 par un matériau électro2891401 9 optique à base de sélénium amorphe permettant l'amplification du rayonnement issu du scintillateur 5.

La figure 4 représente un détecteur de rayonnement comprenant un dispositif optique 40 permettant de focaliser le rayonnement issu du scintillateur 5 vers le capteur photosensible 1. Ce détecteur de rayonnement comprend en outre une lame 41 transparente au rayonnement issu du scintillateur 5 et formant le récepteur photosensible. Le couplage optique entre la lame 41 et le scintillateur 5 est réalisé au moyen du film de colle 6 qui peut être mis en place selon un procédé conforme à l'invention.

La figure 5 représente un outillage pour la réalisation d'un détecteur de rayonnement.

L'outillage comporte un corps 30 qui avec une toile 31 forment une enceinte dont l'intérieur peut être mis sous vide par exemple au moyen d'un canal 32 destiné à être raccordé à une pompe à vide non représentée sur la figure. A l'intérieur de l'enceinte sont disposés une platine 33 sur laquelle est posé le premier élément, par exemple le scintillateur 5, et des vérins 34 permettant de maintenir le récepteur photosensible 1 à distance du scintillateur 5. Sur la figure 3, les vérins 34 sont représentés en position haute. Ils maintiennent ainsi le récepteur photosensible 1 à distance du scintillateur 5. Lorsque les vérins 34 viennent en position basse le contact entre le récepteur photosensible 1 et le scintillateur 5 est possible. Le récepteur photosensible 1 est positionné à l'intérieur d'un lamage réalisé dans un support 35 posé sur les vérins 34. Le récepteur photosensible 1 est maintenu sur le support 35 par des doigts 36 solidaires du support 35. Pour assurer un positionnement relatif correct du récepteur photosensible 1 et du scintillateur 5 le support est centré par rapport au corps 30.

Pour mettre en oeuvre l'outillage décrit à l'aide de la figure 3 on enchaîne les opérations suivantes: É Placer le scintillateur 5 sur la platine 33. A ce stade de la 30 réalisation du détecteur, le scintillateur 5 est déjà recouvert du film de colle.

É Enlever le second film protecteur.

É Placer les vérins 34 en position haute.

É Positionner le récepteur photosensible 1 sur les vérins 34. Plus précisément on place le support 35, sur lequel on a préalablement monté le récepteur photosensible 1, sur les vérins 34.

É Refermer l'enceinte en fixant la toile 31 sur le corps 30.

É Faire le vide à l'intérieur de l'enceinte.

É Placer les vérins 34 en position basse le temps que le collage des deux éléments soit effectif. Le temps de collage est par exemple de l'ordre de quelques minutes.

É Remettre l'intérieur de l'enceinte à la pression atmosphérique.

É Ouvrir l'enceinte.

É Déposer le détecteur de l'outillage.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Procédé de réalisation d'un détecteur de rayonnement comportant deux éléments: un récepteur photosensible (1; 30; 41) et un scintillateur (5) transformant le rayonnement en un rayonnement auquel le récepteur photosensible (1; 30; 41) est sensible, le scintillateur (5) étant fixé par collage sur le récepteur photosensible (1; 30; 41), caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en oeuvre un film de colle (6; 61; 62) protégé sur chacune de ses faces par un film protecteur et en ce qu'il consiste à enchaîner les opérations suivantes: É enlever un film protecteur, É laminer le film de colle (6; 61; 62) sur le premier élément (5), É enlever le second film protecteur, É mettre en contact le second élément (1; 30; 41) avec le film de colle (6; 61; 62).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant d'enlever le second film protecteur, on découpe le film de colle (6; 61; 62) en fonction des dimensions du premier élément (5).

3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mise en contact du second élément (1; 30; 41) avec le film de colle (6; 61; 62) se fait sous vide.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que le film de colle (6; 61; 62) est à base acrylique.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le laminage est réalisé entre deux rouleaux.

6. Outillage pour la réalisation d'un détecteur de rayonnement comportant deux éléments: un récepteur photosensible (1; 30; 41) et un scintillateur (5) transformant le rayonnement en un rayonnement auquel le récepteur photosensible (1; 30; 41) est sensible, le scintillateur (5) étant fixé par collage sur le récepteur photosensible (1; 30; 41), caractérisé en ce que le collage est réalisé au moyen d'un film de colle (6; 61; 62) protégé sur chacune de ses faces par un film protecteur, en ce que l'outillage comporte une enceinte (30, 31) dont l'intérieur peut être mis sous vide, en ce qu'à l'intérieur de l'enceinte (30, 31) sont disposés une platine (33) sur laquelle est posé le premier élément (5) et des vérins (34) permettant de maintenir le deuxième élément (1; 30; 41) à distance du premier élément (5).

7. Procédé de mise en oeuvre d'un outillage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à : É placer le premier élément (5) sur la platine (33), É enlever le second film protecteur, É placer les vérins (34) en position haute, É positionner le deuxième élément (1; 30; 41) sur les vérins (34), É refermer l'enceinte (30, 31), É faire le vide à l'intérieur de l'enceinte (30, 31), É placer les vérins (34) en position basse le temps que le collage des deux éléments (1; 30; 41; 5) soit effectif, É remettre l'intérieur de l'enceinte (30, 31) à la pression atmosphérique, É ouvrir l'enceinte (30, 31), É déposer le détecteur de l'outillage.