KR20030048053A

KR20030048053A - 전리 방사선에 대한 가스계 검출기 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20030048053A
Application number: KR10-2003-7004895A
Authority: KR
Inventors: 프랭크톰; 란타넨유하; 율버그크리스터
Original assignee: 엑스카운터 에이비
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2003-06-18
Also published as: AU9612301A; EP1325356A1; SE0003718L; SE0003718D0; JP2004511785A; AU2001296123B2; SE530171C2; CA2423381A1; JP4184075B2; KR100866557B1; CN100501446C; CN1469999A; WO2002031535A1

Abstract

전리 방사선 검출기는 캐소드(17, 41); 애노드(19); 이 전극들 사이에서 배열된 전리성 가스; 전리성 방사선(1)이 전리성 가스에 진입하여 전리시킬 수 있게 배열된 방사선 입구(33); 및 판독부를 포함한다. 전극들간 전압은 가스의 전리동안에 생성되는 전자들이 애노드를 향하여 유동하는 것을 야기하는데, 여기에서 판독부(19)가 그들을 검출한다. 불꽃 발생의 위험을 감소시키기 위해, 및/또는 발생하는 불꽃에서 에너지를 감소시키기 위해, 캐소드는 적어도 5×10^-8Ωm의 저항율을 가진 재료로 제조된 애노드를 향하고 있는 적어도 표면층을 가진다.

Description

전리 방사선에 대한 가스계 검출기 및 그 제조방법{GASEOUS-BASED DETECTOR FOR IONIZING RADIATION AND METHOD IN MANUFACTURING THE SAME}

가스계 전리 방사선 검출기들은 제조비용이 저렴하고 신호진폭들을 강하게 증폭하는데 가스 증식을 채택할 수 있기 때문에 일반적으로 애용되고 있다.

전형적인 가스계 전리 방사선 검출기는 평면 캐소드부, 평면 애노드부, 그리고 상기 캐소드부와 애노드부 사이에 배열된 전리성 가스를 포함한다. 상기 검출기는 방사선 소스로부터의 방사선 빔이 상기 전리성 가스를 전리시키는 상기 검출기에 진입할 수 있게 배열된다. 또한, 전압은 상기 전리성 가스의 전리과정동안 생성된 전자들을 상기 애노드를 향해 유동시키는데 전형적으로 인가된다. 상기 전압과 상기 검출기 전극들의 디자인은 전자 증식이 상기 애노드부에서 증폭된 전하를 유도하는데 성취되게 조정될 수도 있다. 복수의 판독요소들을 전형적으로 포함하는, 판독부는 상기 애노드부를 향해 유동된 전자들을 검출하기 위해 상기 애노드부에 인접하게 배열된다.

특정종류의 가스계 검출기가 하나 있는데, 이 가스계 검출기에서는 광자들과 가스 원자들 사이의 상호작용에 의해 방출된 전자들이 입사 방사선에 수직한 방향으로 추출될 수 있다. 그 결과, 개선되는 공간 분해능은 획득된다.

하지만, 모든 종류의 가스계 전리 방사선 검출기에서는 검출기에서 생성된 강한 전기장에 기인하여 불꽃 방전(spark discharges)이 가스 속에서 발생할 수 있다. 그러한 결과들은 높은 증폭 검출기들에서 특히 발생할 수 있을 것이다.

그러한 불꽃 방전은 일정기간동안 상기 검출기를 막아, 상기 검출기 및 특히 그 전자공학 기기들에 또한 유해할 수 있다.

본 발명은 전리 방사선의 가스계 검출에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 평면 빔 방사선 촬영장치를 전체를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 검출기의 캐소드부에 대한 개략 평면도이다.

도 3 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 검출기의 캐소드부에 대한 확대 개략 단면도이다.

도 4 는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 검출기의 캐소드부에 대한 개략 평면도이다.

본 발명의 주된 목적은 불꽃 방전에 의해 야기된 문제들이 제거되거나, 적어도 감소되는 전리 방사선의 검출을 위한 검출기를 제공함에 있다.

이러한 관점에서 본 발명의 특정 목적은 발생하는 어떠한 불꽃에 있는 에너지도 낮게 되는 그러한 검출기를 제공함에 있다. 따라서 비교적 적은 수의 전하들이 가스에서 방출된다.

본 발명의 또 다른 목적은 불꽃 방전 다음에 신속한 회복에 대비되어, 보다 신속한 검출 뿐만 아니라 조사 중인 피사체가 전리 방사선에 노출되는 보다 짧은 시간에 대비되는 검출기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유효하고, 정확하며, 그리고 저비용인 검출기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 신뢰성 있고 긴 수명을 가지는 검출기를 제공함에 있다.

이러한 관점에서 애노드 및 판독 예를 들어 전치증폭기들과 같은 전자공학기기가 고준위 에너지 불꽃에 의해 손상되지 않게 하는 검출기를 제공하는 것에 본 발명의 특정 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 불꽃 방전 문제들이 감소되거나 또는 제거된 상태에서 인가한 전리 방사선 검출방법을 제공함고 상기된 목적들을 이행하는 방사선 검출기 제조방법을 제공함에 있다.

이와같은 목적들은 첨부된 특허청구범위에서 청구된 바와 같은 검출기들, 검출방법들 및 제조방법들에 의해 얻어진다.

본 발명의 또 다른 특징과 이점들은 첨부된 도면들에서 도시되어 있는 본 발명의 바람직한 실시예들의 다음의 상세한 설명으로부터 분명하게 될 것이다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 평면 빔 방사선 촬영장치의 평면팬(fan)형상의 엑스선 빔(1)의 평면에 수직한 평면에 있어서의 단면도이다. 상기 장치는 영상화될 피사체(7)의 조사를 위해, 제 1 얇은 시준기창(5)과 함께 평면 엑스선 빔(1)을 생성하는 방사선 소스(3)를 포함한다.

상기 피사체(7)에 투과된 빔은 검출기(9)에 진입한다. 선택적으로 상기 엑스선 빔에 정렬된, 얇은 슬릿 또는 제 2 시준기창(11)은 상기 검출기(9)에 대한 상기 엑스선 빔용 입구를 형성한다.

상기 검출기(9)는 전리성 가스 또는 가스 혼합물이 충만될 수 있는 공간(13)이 사이에 배열되는 애노드부(19)와 캐소드부(17) 사이에서 상기 엑스선 광자들이 옆으로 진입할 수 있게 방향 잡혀있다. 고전압 직류 공급 유니트(7)에 의해서 전압(U₁)은 공간(13)에 있는 전자들 및 이온들의 유동을 위해 캐소드(17) 및 애노드(19) 사이에 인가될 수 있다. 캐소드부(17) 및 애노드부(19)는 바람직하게는 서로에 평행하다.

엑스선 소스(3), 얇은 시준기창(5), 선택적인 시준기창(11) 및 검출기(9)는 예를 들어 프레임 또는 지지부(도 1에 도시되지 않음)와 같은 적절한 수단에 의해 서로에 연관하여 바람직하게 연결되어 고정된다.

상기 전리성 가스 또는 가스 혼합물은 예를 들어 90%의 크립톤과 10%의 이산화탄소 또는 80%의 크세논과 20%의 이산화탄소를 포함한다. 상기 가스는 바람직하게는 1기압 내지 20기압의 범위의 압력 하에 있을 수 있다. 그러므로, 상기 검출기는 상기 엑스선 빔(1)을 관통시켜 상기 검출기에 진입할 수 있게 하는 슬릿 입구창(33)을 가진 기밀 하우징(31)을 포함한다. 도 1 에서 상기 케이싱(31)은 검출기(9)의 대부분을 둘러싸고 있다. 하지만, 상기 전극들 사이의 공간이 둘러싸여 있을 수 있는 한 다른 방식으로 케이싱(31)이 배열될 수 있다는 것은 인식되어야 할 것이다.

더욱이, 검출기(9)는 애노드부(19)를 향하여 유동되는 전자들 및/또는 상기 캐소드부(21)를 향하여 유동되는 이온들에 대한 별개의 검출을 위한 판독부를 포함한다. 상기 판독부가 도 1 에 예시된 바와 같이 애노드부(19) 그 자체로 구성될 수도 있고, 또는 별개의 판독부가 애노드부(19)에 인접하여, 캐소드부(17)에 인접하여, 또는 그 밖의 위치에서 배열될 수도 있다.

애노드 또는 판독부(19)는 유전체 층 또는 기판(37) 상에서 나란히 배열되어 서로에 전기적으로 절연되어 있는 일정배열의 전도성 요소들 또는 줄무늬부들(35)을 포함한다. 상기 줄무늬부들(35)은 사진인쇄(photolithographic)법 또는 전기주조(electroforming)법 등에 의해 형성될 수도 있다.

증가되는 공간 분해능에 대비하고 그리고 검출되는 어떠한 영상들에 있어서 시차 에러들(parallax errors)에 대한 보상에 대비하도록 줄무늬부들(35)은 각각의 위치에서, 소스(3)로부터 발생한 빔(1)의 입사 엑스선 광자들의 방향에 평행한 방향으로 뻗어있다. 따라서, 발산성 빔(1)이 주어진다면, 판독 줄무늬들(35)은 팬(fan)과 같은 형태로 배열된다. 줄무늬부들(35)의 길이 및 폭은 원하는(선택적인) 공간 분해능 및 감광도를 획득하기 위해 특정 검출기에 맞추어져 있다.

각각의 줄무늬부들(35)은 각각 별개의 신호 컨덕터(그 중 단 하나만이 도 1에 예시됨)에 의해서 판독 및 신호 처리 전자공학 기기들(14)에 바람직하게 연결되어, 각각의 줄무늬부로부터의 신호들이 별개적으로 처리될 수 있다. 상기 판독 줄무늬부들(35)이 또한 상기 애노드의 구성 요소가 되기 때문에, 상기 신호 컨덕터들도 또한 분리를 위한 적절한 커플링들을 가지고서, 상기 각각의 줄무늬부를 상기 고전압 직류 전원 공급 유니트(7)에 접속시킨다. 도 1 에서는 그러한 설비들이 별개의 접지 커넥터에 의해 단순히 나타내어져 있다.

상술된 디자인의 판독부는 줄무늬부들(35)에 의해 가로로 분리된 평면 방사선 빔(1)의 부분들에 의해 전리로부터 주로 도출가능한 전자들에 대한 별개의 검출능력에 대비되어 있다. 그러한 방식으로 1차원 영상화가 가능하게 된다.

상기 판독부가 별개의 장치인 경우에, 애노드 줄무늬부들(35)은 줄무늬부들없이 단일 전극으로서 형성될 수 있다.

애노드/판독부의 변경적인 형태(예시되지 않음)에 있어서, 상기 줄무늬부들은 입사 엑스선의 방향에서 여러 부분들로 더 나누어져서 서로로부터 전기적으로 절연된다. 바람직하게는 입사 엑스선에 수직하게 뻗은 작은 공간은 각각의 줄무늬의 각각의 부분 사이에 제공된다. 각각의 부분은 별개의 신호 컨덕터에 의해서 처리 전자공학 기기에 접속되며, 여기에서 각각의 부분으로부터의 신호들이 바람직하게 별개로 처리된다. 그러한 판독부는 방사선에 대한 에너지-분해 검출이 요구될 때 사용될 수 있다. 이러한 관점에서 특정 참조는 발명의 명칭이 "전리 방사선에 대한 스펙트럼식 분해 검출"이고 2000년 3월 31에 출원된 본 출원인의 출원계속 중인 스웨덴 특허출원 제0001167-6호에 의해 만들어 지는데, 상기 출원이 참조로서여기에 편입된 것이다.

더욱이, 검출기(9)는 공간(13)에서 유동된 전자들의 애벌런치 증폭을 위한 전자 애벌런치 증폭장치(21)를 포함한다. 그 목적을 위해 전자 애벌런치 증폭장치(21)는 고전압 직류 공급 유니트(7)에 적절히 접속된다. 하나의 변형예로서 상기 전자 애벌런치 증폭장치(21)는 격자형 전도성 쉬트(sheet) 또는 그와 유사한 것으로 구성되어 복수의 구명을 구획형성하고 있으며, 전자들은 상기 애노드부(19)를 향하여 유동하는 도중에 이 복수의 구멍들을 관통할 수도 있다.

택일적으로, 다른 애벌런치 증폭부들 또는 필드 집중 수단은 공간(13) 내에서 전자들이 자유롭게 되어 검출 전에 증폭될 수 있게 제공될 수도 있다. 다양한 애벌런치 증폭부들은 발명의 명칭이 "방사선 검출기, 평면 방사선 촬영장치 및 전리 방사선 검출방법"이고 1999년 4월 14일에 출원된 본 출원인의 출원계속 중인 스웨덴 특허출원 제9901325-2호에 기술되어 있으며, 이 출원은 여기에 참조로서 편입된 것이다.

본 발명의 특정 변형예로서 애벌런치 증폭은 작동동안 공간(13) 내에서 전자 애벌런치 증폭을 야기하기에 충분히 높게 전압(U₁)(즉 이 전압에 의해 생성된 전기장)을 유지시킴으로써 간단히 성취될 수 있다.

작동 중에, 상기 입사 엑스선(1)은 만일 있다면, 선택적인 얇은 슬릿 또는 시준기창(11)을 통해 상기 검출기에 진입하여 캐소드(17)와 애도드(19) 사이, 바람직하게는 도 1 에 나타내어진 바와 같이 캐소드와 애노드 사이의 중앙 평면에 들어가게 된다. 그 다음, 입사 엑스선(1)은 가스 체적부를 통해 전극들(17 및 19)과 바람직하게 평행한 방향으로 진행하여 공간(13) 내에 흡수되어서 가스 분자들을 전리시킨다.

공간(13) 내에서 흡수된 엑스선은 전자들이 방출되게 하여, 인가된 상기 전압(U₁)으로 인하여 애노드부(19)를 향하여 유동하게 할 것이다. 만일 전압이 충분히 높게 유지된다면 및/또는 만일 필드 집중 수단이 (상술된 바와 같이) 제공된다면 상기 자유롭게된 전자들은 상기 애노드를 향한 그들의 주행동안에 애벌런치 증폭된다. 만일 전자 애벌런치 증폭장치가 제공된다면 이 장치는 약한 유동장이 상기 캐소드부(17)와 상기 증폭장치(21) 사이에서 획득되게 되는 그리고 강한 애벌런치 증폭장이 증폭장치 내에서(예를 들면 증폭장치의 전극과 애노드부(19) 사이에서) 획득되게 되는 정도의 전위(S)에서 바람직하게 유지된다.

전자들은 상기 애노드/판독부(19)의 줄무늬(35)에서 전하를 유도하여 검출된다. 만일 어떠한 애벌런치 증폭이 발생하지 않는다면 상기 신호의 대부분은 자유로운 전하들의 수집에 기인한 것이다.

각각의 입사 엑스선 광자는 하나(또는 그 이상) 애노드 줄무늬부에서 전체적으로 하나의 유도된 펄스를 야기한다. 상기 펄스들은 판독 및 신호 처리 전자공학 기기(14)에서 처리되어 결국 그 펄스들을 형상화시켜서 1 화소를 나타내는 각각의 줄무늬부로부터 그 펄스들을 적분하거나 또는 계산한다. 상기 펄스들은 또한 각각의 픽셀에 일정 에너지 양을 제공하도록 처리될 수 있다.

전극판들에 관련하여 발생할 수 있는 높은 전기장 세기로 인하여 불꽃방전이 가스에서 발생할 위험이 있다. 그러한 불꽃 방전은 일정 시간동안 상기 검출기를 봉쇄하여 애노드부(19) 그리고 애노드부에 접속된 상기 전자공학 기기들 또한 손상시킬 수 있다.

불꽃 방전이 가스에서 발생하는 위험을 감소시키기 위해 그리고 그럼에도 불구하고 발생한 불꽃 방전에 의해 방출된 에너지를 감소시키기 위해 본 발명은 적어도 5×10^-8Ωm의 저항율을 가진 재료의 상기 캐소드부(17)(및 선택적으로 상기 애노드 줄무늬부들(35))를 제공하는 것을 수반한다.

상기 캐소드부(17)는 바람직하게는 5×10^-8Ωm와 l×10⁵Ωm사이의 저항율, 더욱 바람직하게는 1×10^-3Ωm와 1×10³Ωm사이의 저항율, 더더욱 바람직하게는 1×10^-2Ωm와 1Ωm사이의 저항율, 그리고 가장 바람직하게는 1×10^-2Ωm와 1×10^-1Ωm사이의 저항율을 가진 재료로 이루어진다. 이 재료는 IV족 원소들(예를 들어 실리콘 및 게르마늄 합성물) 및 III-V족 원소들{예를 들면 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 및 인듐·갈륨·비소·인(InGaAsP) 합성물}로부터 선택된 원소들로 구성된 반도체성 재료를 바람직하게는 포함하는 불순물 함유 또는 불순물 비함유 반도체성 재료일 수 있다. 비록 그렇다 하더라도 바람직하게는, 상기 캐소드부(17)는 불순물 함유 또는 불순물 비함유 실리콘으로 이루어진다. 택일적으로, 이 재료는 전기 전도성 유리 또는 플라스틱이다. 사실, 실재적으로 상술한 범위에 있는 저항율을 가지는 어떠한 고체 재료도 상기 캐소드부(17)에 사용되게 적합화될 수도 있다.

그러한 설비에 의해서 상기 저항성 캐소드부(17)는 공간(13) 및 애벌런치 증폭수단(21)에 직면하고 있으며 여기에서 강한 전기장들이 발생할 수 있다. 이 결과, 불꽃 방전이 발생하게 하려면, 훨씬 더 작은 영역 내의 전자들은 관여하여 불꽃 내의 상기 캐소드 표면으로부터 방출되어서, 상기 불꽃 방전의 에너지가 작아진다. 따라서 상기 불꽃 방전의 에너지가 작아진다는 것은 그 에너지로 인한 영향들이 제어될 수 있다는 것을 의미한다.

그럼에도 불구하고, 그러한 저항들은 상기 검출기에서의 전기장 세기의 현저한 감소없이 검출될 수 있는 엑스선 광자들의 비율을 제한한다. 분명히, 상기 비율과 불꽃 방전(그리고 그 방전들의 각각의 에너지)의 발생위험 사이의 적당한 최적조건을 사용자는 확립해야만 한다.

전체적으로 그러한 반도체성 재료로 제조된 상기 캐소드부(17)를 제공하는 것에 대한 변형예로서 공간(13)을 향하고 있는 캐소드부(17)의 표면층(17a)만이 적어도 5×10^-8Ωm의 저항율을 가진 재료로 만들어질 수도 있다. 그러한 경우에 상기 표면층은 전도성 기판상에 제공될 수도 있거나 또는 적당한 전기적 연결부들(도시되지 않음)이 구비된 유전체성 기판상에 제공될 수도 있다.

또다른 변형예로서 공간(13)을 향하고 있는 캐소드부(17)의 상기 표면층(17a)은 상기 저항성 재료에 의해서만 서로에 전기적으로 접속된 복수의 전기 전도성 요소들에 의해 부분적으로 덮힐 수도 있다. 그러한 캐소드부는 도 2 에서 예시되어 있는데, 여기에서 상기 복수의 전기 전도성 요소들 중 하나가 참조부호 41에 의해 표시된다. 그러한 설비에 의해서 더욱 빠른 검출기가 제공될 수도 있는데, 여기에서 높은 전도성의 표면 영역이 국소 영역들(즉 각각의 요소들(41))에 여전히 제한받는다. 비록, 도 2 의 요소들(41)이 길다란 줄무늬부들로서 예시되어 있지만 그들은 다른 형상들을 가질 수도 있어 다른 형태로 배열될 수도 있다. 예를 들어, 상기 전기 전도성 요소들은 상기 저항성 캐소드(17)의 표면(17a) 상에 2차원 매트릭스로 배열된 4각형 패드 또는 직사각형 패드일 수도 있다.

상기 고전압 직류 공급 유니트(7)는 도 1 에서 17b로 표시된 바와 같이 캐소드(17)의 뒷면(즉 표면(17a)에 등을 지고 있는 표면)에 바람직하게 접속되어 상기 각각의 전기 전도성 요소들(41)이 상기 저항성 캐소드(17)를 경유하여 고전압 직류 공급 유니트(7)에 각각 접속된다.

또한, 도 2 의 상기 캐소드가 상술된 바와 같이 길다란 애노드/판독 줄무늬부들과 함께 사용되는 경우 상기 요소들(41)들은 상기 판독 줄무늬부들(35)에 대하여 바람직하게 방향잡혀 전기장이 상기 검출기 내에서 얻어지게 하여서 공간(13) 및 증폭장치(21) 내에서 "포켓들(pockets)", 즉 전자 및/또는 이온들이 더 이상 유동되지 않아 축적되는 영역들의 발생을 감소시킨다. 이것은 상기 애노드/판독부(19)에 근접함을 회피하는데 있어 특히 중요하다. 따라서, 상기 캐소드(17)의 복수의 전기 전도성 요소들(41)은 제 1 방향으로 방향잡혀 있고, 그리고 상기 애노드/판독부(19)의 복수의 전기 전도성 또는 반도체성 요소들(35)은 제 2방향으로 방향잡혀 있는데, 여기에서 상기 제 1 방향 및 제 2 방향이 비평행하며, 편의적으로 수직이다.

도 3 에 예시된 바와 같이, 캐소드(17)의 또 다른 실시예로서, 복수의 전기 전도성 요소들(41)은 유전체성 기판(42)의 표면(42a) 상에 제공된다. 상기 캐소드부는 전기 전도성 요소들(41) 및 유전체성 기판(42)의 표면(42a)이 상기 검출기(9)의 공간(13) 및 애노드(19)를 향하게 방향잡혀 있다. 상기 복수의 요소들(43) 각각은 각각의 저항부(43)에 의해서 표면(42a)에 등을 지고 있는 유전체성 기판(42)의 표면(42b)상에 배열된 전기 전도성 층(45)에 접속된다.

도 3 에 있어서 이러한 저항부들은 단순히 기호적으로 표시된 것이고 그들이 다양한 방식으로 즉 예를 들어 기판(42) 내에서 또는 기판에 인접하여 별개의 구성요소들로서 또는 기판(42) 내에서 일체화된 구성요소로서 제공될 수도 있음은 인식되어야 할 것이다. 후자의 경우에 전체 캐소드는 고전압 직류 공급 유니트(7)와의 연결을 위하여 도체성 요소들(41)의 층과 도체성 층(45) 사이에서 적당하게 구성된 층들로서 제공되는 저항부들을 가지고서 반도체 공정에서 제조될 수도 있다.

도 3 실시예에 관계된 아이디어들에 충족하는 또 다른 변형예는 도 4 에 예시된다. 여기에서, 각각의 복수의 전기 전도성 요소들 및 각각의 복수의 저항부들은 단부에서 좁은 허리부(41b)를 가진 줄무늬부(41) 형태로 유전체성 기판(42)의 표면(42a) 상에 제공되어, 상기 줄무늬부가 전기 전도성 요소의 구성요소가 되는 길다란 부분(41a), 저항의 구성요소가 되는 좁은 허리부(41b), 및 고전압 직류 공급 유니트(7)에 연결을 위한 광폭 연결 부분(41c)를 가지게 한다.

바람직하게는, 각각의 줄무늬부들(41)의 재료 조성은 비균질하여 각각의 길다란 부분(41a)이 각각의 좁은 허리부(41b)에 대한 재료 조성의 저항율보다 상당히 낮은 저항율의 재료 조성을 갖는다. 그러한 디자인은 먼저 모든 줄무늬부들(41a-c)을 구획 형성하는데 크롬과 같이 저질 컨덕터를 침적시키고 모든 줄무늬부들(41a-c)을 한정함으로써 수행될 수도 있는데, 그 후에 금과 같이 양질 컨덕터가 단지 길다란 부분들(41a)에서, 그리고 가능하다면 연결 부분들(41c)에서도 상기 크롬의 저질 컨덕터의 표면 상에 침적시킴으로써 성취될 수 있다.

상기 캐소드부가 반도체성 재료, 특히 실리콘으로 제조된 상기 애노드부를 향하고 있는 표면층을 포함할 때와 관련된, 본 발명의 또 다른 태양은 산화된 상기 반도체성 표면에 기인하여 발생하는 어떠한 문제들도 제거하는 것이다. 예를 들어, 대기상에서 실온으로 유지된 순수한 실리콘은 몇 시간만에 열적으로 성장된 20-40Å 두께의 실리콘 산화층을 획득할 것이다.

본 발명자들은 상기 산화층이 반복적으로 대전되어 그 결과 불꽃을 매개로 하여 상기 반도체성 재료에 방전됨을 발견하였다. 이것은 상기 검출기에 해롭고 검출기의 작동을 방해한다.

이러한 문제를 극복하기 위하여, 전형적으로 상기 캐소드부 상에 성장된 산화물은 상기 캐소드부를 또는 적어도 상기 반도체성 재료로 제조된 상기 애노드부를 향하고 있는 상기 표면층을, 플루오르화 수소(HF) 용액(bath) 또는 이와 유사한 것에 담금에 의해서 제거된다.

이하에서, 상기 캐소드부는 재 산화로부터 방해되어야만 하고, 그리고 이것은 여러 방식들에 의해 성취될 수도 있다. 간단한 방식은 상기 캐소드부, 또는 적어도 캐소드부의 반도체성 재료를, 산소를 함유하지 않는 불활성 가스 분위기에서 유지하는 것이다.

전형적으로, 그러한 분위기는 진공, 불활성 가스 또는 질소, 또는 그 혼합물로 구성될 수도 있다. 따라서, 상기 검출기를 사용하는 동안에 사용자는 상기 검출기가 수분, 공기 또는 다른 산소-함유 가스로 전혀 충만되지 않게 보호해야만 한다.

상기 캐소드부가 산화하는 것을 막기 위한 두번째 방식은 적당한 종류의 보호층(미예시된)으로 상기 캐소드부를 덮는 것이다. 상기 검출기의 적용에 따라 적당한 보호층들은 질화규소 또는 어떠한 금속 규화물, 예를 들어 티타늄 규화물일 수도 있다. 여하튼, 상기 보호층이 (i) 적당한 저항, 즉 상술한 실시예에서 보는 바와 같이 캐소드로서 사용될 수 있게 충분히 낮기는 하지만 불꽃으로 인한 문제들을 감소시키기에 여전히 충분히 높은 적당한 저항을 갖고, (ii) 실리콘 원자들이 상기 보호층을 통해 확산하지 못하게 하여 상기 보호층의 외면에서 산화를 야기하지 못하게 할 만큼 충분히 고밀도이며, 그리고 (iii) 만일 그러한 산화물이 상기 검출기 작동동안 문제를 일으킨다면 대기중에서 자연적으로 그 자체를 산화하지 못하게 하는 것은 바람직하다.

상기 캐소드부의 산화를 감소시키기 위한 세번째 방식은 상기 캐소드부를, 또는 적어도 상기 반도체성 재료로 제조된 상기 애노드부를 향하고 있는 상기 표면층을, 예를 들어 암모니아 또는 암모니아 플루오르화물과 혼합된 플루오르화수소(HF) 용액(bath)에 담금에 의해 캐소드부의 표면을 부동태화 하는 것이다. 이것은 상기 반도체의 산화율을 더디게 한다. 또한, 상기 플루오르화 수소(HF) 용액(bath)도 또한 아마도 부동태화 효과를 가지고 있을 것이다.

상기 부동태화 화합물에 있는 수소가 상기 실리콘 표면에 결속되어 상기 표면 실리콘이 덜 반응적으로 될 것이라고 믿어진다.

네번째 방식은 상기 표면을 냉각하여 (i) 산화율을 떨어뜨리고, (ii) 상기 표면에 대한 실리콘 원자들의 확산율을 떨어뜨려, 더욱 얇은 산화물층을 획득할 수도 있다.

따라서, 본 발명은 상기 캐소드상에서 어떠한 산화물도 제거되어 상기 캐소드가 재산화되지 않게 하는 방식으로 처리되는 상태에서 전리 방사선을 검출하는 방법들에 또한 관한 것이고, 그리고 상기 캐소드부가 상술된 바와 같은 방식으로 처리되는 상태에서 방사선 검출기를 제조하는 방법에 관련한 것이다.

기술된 실시예들에 있어 가스 체적부들은 얇게 제조될 것인데 왜냐하면 이것이 이온들의 신속한 제거를 초래하기 때문인데, 이온들의 신속한 제거는 공간 전하들의 낮은 축적을 또는 어떠한 축적도 없게 한다. 이는 작동을 높은 비율에서 가능하게 한다.

기술된 실시예에서 내부 전극 거리들은 짧게 유지될 것인데 왜냐하면 이것이 낮은 작동 전압들을 유도하기 때문인데, 낮은 동작전압은 만일에 있을 수 있는 불꽃에서 아주 낮은 에너지를 초래한다. 이것은 전자공학 기기를 해칠 위험을 또한 감소시킨다.

필드 라인들의 집중은 (이것은 전자 애벌런치 증폭장치에서 전형적으로 수행된다) 스트리머(streamer) 형성들을 억제하는데 또한 유리하다. 이것은 불꽃 발생에 대한 감소되는 위험을 유도한다.

또한, 본 발명의 기술되는 실시예들이 상기 캐소드부에 집중되어 있지만 그럼에도 불구하고 상기 애노드부가 동일한 방식들로 디자인될 수도 있음은 쉽게 인식될 것이다.

일반적으로, 상기 캐소드부에서 수반된 저항은 높은 비율을 수용하기에 충분히 낮기는 하지만 불꽃에 대하여 상기 전극들을 보호하기에 충분히 높게 유지되어야 한다.

비록 본 발명이 다수의 바람직한 실시예들과 관련하여 기술되었지만, 다양한 변형예들이 첨부된 청구항들에 의해 한정된 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범주로부터 이탈 됨없이 여전히 만들어 질 수 있음은 이해되어야 한다.

예를 들어, 방사선이 측면으로부터 입사되는 검출기와 관련하여 본 발명이 비록 기술되었지만, 본 발명은 방사선이 어떤 방향에서도 입사하는 검출기들에 대하여 사용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 2차원 가스계 전리 방사선 검출기들에 특히 채택될 수도 있는데 여기에서 입사 방사선이 캐소드를 통해 검출기에 진입한다.

하지만, 그러한 장치에 있어서, 심각한 제한은 시차 에러(parallax error)인데, 이 시차 에러는 발산성 방사선 빔들, 확장된 흡수 트랙들 및 균질한 전기 유동장들에 기인하여 발생한다. 그러한 시차 에러 문제는 발명의 명칭이 "전리 방사선의 무시차 검출"이고 2000년 9월 22일에 출원된 본 출원인의 출원계속중인 스웨덴 특허출원 제0003390-2호에서 해결되는데, 이 출원은 여기에서 참조로서 편입된다. 그 해결책은 서로로부터 전기적으로 절연된 부분들로 캐소드 및/또는 애노드를 나누어서 이 여러 부분들은 상이하게 선택된 전외들에서 유지하게 하여 전극들 사이의 전기장이 얻게되게 하여 그 필드 라인들이 발산성 방사선 빔의 방사선 소스를 향해 위치 결정하게 하여서, 전극들(전자들의 경우에 있어서 애노드)을 향한 필드라인들과 평행하게 전리시 생성된 전하 캐리어들(예를 들면 전자들)을 유동시키는 단계를 포함한다. 따라서, 그러한 해결책이 본 발명의 도 2 내지 4 실시예들 중 어느 것과 유리하게 조합될 수도 있음은 인식되어야 할 것이다.

본 발명은 방사선이 어떤 방향에서도 입사하는 검출기들에 대하여 사용될 수도 있는 바, 2차원 가스계 전리 방사선 검출기들에 특히 채택될 수 있다.

Claims

전압(U₁)이 사이에서 인가 가능하게 되어 있는 캐소드부(17, 41)와 애노드부(19);

전리성 가스로 충만될 수 있고 그리고 상기 캐소드부와 상기 애노드부 사이에서 적어도 부분적으로 배열될 수 있는 공간(13);

전리성 방사선(1)이, 전리성 가스를 전리시키기 위하여, 상기 캐소드부와 상기 애노드부 사이의 상기 공간에 진입할 수 있게 배열된 방사선 입구(33); 및

판독부(19)를 포함하되,

상기 전압이 상기 전리성 가스의 전리동안에 생성된 전자들을 애노드부를 향하여 유동시키는데 인가 가능하고; 그리고

상기 판독부가 애노드부를 향하여 유동된 전자들 또는 그에 상응하게 생성된 이온들의 검출을 위해 배열되어 있는, 전리 방사선 검출기(9)에 있어서,

캐소드부가 적어도 5×10^-8Ωm의 저항율을 가진 재료로 제조된 애노드부를 향하고 있는 적어도 일부의 표면층을 가지는 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출장치.
제 1 항에 있어서,

애노드부를 향하고 있는 상기 캐소드부의 상기 표면이 복수의 전기 전도성요소들(41; 41a-c)에 의해 부분적으로 덮힌 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 2 항에 있어서,

상기 복수의 전기 전도성 요소들(41; 41a-c)이 서로로부터 분리된 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 복수의 전기 전도성 요소들이 적어도 5×10^-8Ωm의 저항율을 가진 상기 재료에 의해서 서로에 저항적으로 연결된 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 캐소드부와 상기 애노드부 사이에 상기 전압을 인가하는 고전압 공급 유니트를 포함하되, 상기 고전압 공급 유니트가 적어도 5×10^-8Ωm의 저항율을 가진 상기 재료에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 재료가 5×10^-8Ωm와 1×10⁵Ωm사이, 바람직하게는 1×10^-3Ωm와 1×10³Ωm사이, 더욱 바람직하게는 1×10^-2Ωm와 1Ωm, 및 가장 바람직하게는 1×10^-2Ωm와 1×10^-1Ωm사이의 저항율을 가진 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 재료가 반도체성 재료인 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 7 항에 있어서,

상기 반도체성 재료가 IV족 및/또는 III족 그리고 V족으로부터 선택된 원소들로 구성된 반도체성 재료인 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 8 항에 있어서,

상기 반도체성 재료가 실리콘인 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

상기 반도체성 재료는 불순물이 첨가된 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 캐소드부가 전체적으로 반도체성 재료로 제조된 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

적어도 5×10^-8Ωm의 저항율을 가진 상기 재료가 전기 절연체인 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 12 항에 있어서,

상기 복수의 전기 전도성 요소들이 각각의 저항부들(43; 41b)을 매개로 하여 서로에 연결된 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 12 항에 있어서,

상기 캐소드부와 상기 애노드부 사이에 상기 전압을 인가하는 고전압 공급 유니트(7)를 포함하되, 상기 복수의 전기 전도성 요소들이 각각의 저항(43; 41b)을 매개로 하여 상기 고전압 공급 유니트(7)에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 14 항에 있어서,

각각의 상기 복수의 전기 전도성 요소들 및 각각의 상기 복수의 저항부들은, 단부에 좁은 허리부(41b)를 가진 줄무늬부(41) 형태로, 애노드부를 향하고 있는 상기 캐소드부의 상기 표면 상에 제공되어, 줄무늬부가 전기 전도성 요소의 구성요소가 되는 길다란 부분(41a), 저항의 구성요소가 되는 좁은 허리부(41b), 및 고전압 공급 유니트에 연결하기 위한 광폭 연결 부분(41c)를 가지는 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 15 항에 있어서,

각각의 상기 줄무늬부들의 재료 조성은 비균질하여 각각의 길다란 부분이 제 2 저항율의 재료 조성을 가지고 그리고 상기 좁은 허리부가 제 3 저항율의 재료 조성을 가지되, 상기 제 3 저항율이 상기 제 2 저항율보다 더 높은 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

애노드부가 판독부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 2 항 내지 제 4 항 그리고 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 캐소드부를 향해있는 애노드부의 표면이 복수의 전기 전도성 또는 반도체성 요소들(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 18 항에 있어서,

상기 캐소드부의 상기 복수의 전기 전도성 요소들이 제 1 방향으로 뻗어있고, 그리고 애노드부의 상기 복수의 전기 전도성 또는 반도체성 요소들이 제 2 방향으로 뻗어있되, 상기 제 1 방향 및 제 2 방향은 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 19 항에 있어서,

상기 제 1 방향 및 제 2 방향이 수직한 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 검출기가 상기 전리성 가스의 전리동안에 생성된 전자들을 애벌런치 증폭시키는 전자 애벌런치 증폭장치를 포함하고; 그리고

상기 판독부가 상기 애벌런치 증폭된 전자들, 또는 그에 상응하게 생성된 이온들의 검출을 위해 배열된 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
엑스선 소스(3), 상기 엑스선 소스와 영상화 될 피사체(7) 사이에 위치된 평면 엑스선 빔(1)을 형성하는 수단, 및 상기 피사체에 투과되거나 또는 반사됨에 따라 평면 엑스선 빔의 검출하게 위치결정되어 배열되는 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같이 검출기(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 빔 엑스선 촬영에서 사용하기 위한 장치.
제 21 항에 있어서,

검출기 유니트를 형성하도록 적층되어 있고 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은, 제 2 검출기 및 또 다른 검출기(9), 그리고 상기 엑스선 소스(3)와 상기 피사체(7) 사이에 위치되어, 각각의 검출기에 대하여 평면 엑스선 빔(1)을 형성하는 수단(5)을 포함하되, 여기에서 각각의 검출기가 상기 피사체에 투과되거나 또는 반사됨에 따라 상기 각각의 평면 엑스선 빔을 검출하게 위치되어 배열되는 것을 특징으로 하는 평면 빔 엑스선 촬영에서 사용하기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 표면층의 적어도 일부분은 보호층이 구비되어 산화로부터 표면층의 상기 적어도 일부분을 보호하는 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출기.
적어도 5×10^-8Ωm의 저항율을 가진 재료로 제조된 애노드부를 향하고 있는 표면층의 적어도 일부분을 가진 캐소드부(17, 41) 및 애노드부(19)를 제공하는 단계;

방사선을 방사선 입구(33)를 통해 진입시켜 상기 캐소드부와 애노드부 사이에 위치되어 전리성 가스로 충만된 공간 내로 진입시킴으로써, 전리성 가스를 전리시키는 단계;

상기 캐소드부(17, 41)와 상기 애노드부(19) 사이에 전압(U1)을 인가하여, 상기 전리성 가스의 전리동안에 생성되는 전자들을 애노드부를 향해 유동시키는 단계; 및

판독부(19)에 의해서 애노드부를 향해 유동된 전자들 또는 그에 따라서 생성되는 이온들을 검출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출방법.
제 25 항에 있어서,

상기 재료가 실리콘인 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출방법.
제 26 항에 있어서,

상기 표면층의 상기 적어도 일부분에 존재하는 어떠한 실리콘 산화물이 방사선을 진입시키는 단계 이전에 제거되는 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출방법.
제 27 항에 있어서,

상기 표면층의 상기 적어도 일부분이, 실리콘 산화물 제거 단계 이후에 그리고 진입, 인가 및 검출 단계들 동안에 산소와 접촉되는 것으로부터 방지되는 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출방법.
제 27 항에 있어서,

상기 표면층의 상기 적어도 일부분은 실리콘 산화물 제거 단계 이후에 보호층이 구비되는 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출방법.
제 27 항에 있어서,

상기 표면층의 상기 적어도 일부분은, 상기 표면층의 상기 적어도 일부분을, 암모니아 또는 암모니아 플루오르화물과 선택적으로 혼합된, 플루오르화 수소(HF) 용액에, 담금으로써 부동태화 되어 이후의 어떠한 산화작용도 감소시키는 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출방법.
전자들의 유동을 위해 전압(U₁)이 사이에서 인가 가능하게 되어 있는 캐소드부(17, 41)와 애노드부(19); 전리성 가스로 충만될 수 있고 상기 캐소드부 및 애노드부 사이에서 적어도 부분적으로 배열될 수 있는 봉하여진 체적부(13); 전리성 방사선(1)이 상기 캐소드부 및 애노드부 사이의 상기 공간에 진입하여 전리성 가스를 전리시키게 배열된 방사선 입구(33); 및 유동되는 전자들, 또는 그에 상응하게 생성되는 이온들의 검출을 위한 판독부(19); 를 포함하고 있는 종류의 가스계 평행판 방사선 검출기의 제조방법에 있어서,

반도체성 재료인 적어도 5×10^-8Ωm의 저항율을 가지는 실리콘으로 제조된 애노드부를 향하도록 의도된 표면층의 적어도 일부분을 가지는 캐소드부를 제공하는 단계;

상기 표면층의 상기 적어도 일부분 상에 성장된 어떠한 산화물도 제거하는 단계; 및

상기 표면층의 상기 적어도 일부분을 산화물 제거 단계 이후에 산소와 접촉하지 못하게 하는 단계; 를 포함하는 가스계 평행판 방사선 검출기의 제조방법.
제 31 항에 있어서,

상기 표면층의 상기 적어도 일부분을 무산소 분위기로 유지함에 의해서 상기 표면층의 적어도 일부분이 산소와 접촉하는 것으로부터 방지되는 것을 특징으로 하는 가스계 평행판 방사선 검출기의 제조방법.
제 31 항에 있어서,

상기 표면층의 상기 적어도 일부분을 보호층으로 덮음으로써 상기 표면층의 상기 적어도 일부분이 산소와 접촉하는 것으로부터 방지되는 것을 특징으로 하는 가스계 평행판 방사선 검출기의 제조방법.
제 27 항에 있어서,

상기 표면층의 상기 적어도 일부분은, 상기 표면층의 상기 적어도 일부분을, 암모니아 또는 암모니아 플루오르화물과 선택적으로 혼합된, 플루오르화 수소(HF) 용액에, 담금으로써 부동태화 되어 이후의 어떠한 산화작용도 감소시키는 것을 특징으로 하는 전리 방사선 검출방법.