KR20150038341A - Ｘ-선 방사선 검출기 및 ｃｔ 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 X-선 방사선을 검출하기 위한 직접 변환 X-선 방사선 검출기(C3, C5)에 관한 것으로서, 이 검출기는 적어도 X-선 방사선을 검출하기 위해서 사용되는 반도체(1) 및 이 반도체(1) 상에 제공된 하나 이상의 전극(2)을 구비하며, 이때 반도체(1)와 하나 이상의 전극(2)은 전기 전도성으로 접속되어 있고, 이 하나 이상의 전극(2)은 투과성으로 그리고 전기 전도성으로 형성되었다. 본 발명은 또한, 적어도 본 발명에 따른 직접 변환 X-선 방사선 검출기(C3, C5)를 구비하는 CT-시스템(C1)과도 관련이 있다.

Description

Ｘ-선 방사선 검출기 및 ＣＴ 시스템{X-RAY RADIATION DETECTOR AND CT SYSTEM}
본 발명은 X-선 방사선을 검출하기 위한, 특히 CT 시스템에 사용하기 위한 직접 변환 X-선 방사선 검출기에 관한 것이며, 이 검출기는 적어도 X-선 방사선을 검출하기 위해서 사용되는 반도체 및 이 반도체 상에 제공된 하나 이상의 전극을 구비하며, 이때 반도체와 하나 이상의 전극은 전기 전도성으로 접속되어 있으며, 본 발명은 또한 X-선 방사선 검출기를 구비하는 CT-시스템과도 관련이 있다.
특히 CT 시스템, 듀얼-에너지-CT 시스템, SPECT 시스템 및 PET 시스템에서 감마선 및 X-선을 검출하기 위해서는, 다른 무엇보다도 CdTe, CdZnTe, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TIBr2, HgI2와 같은 반도체 물질을 토대로 하는 직접 변환 검출기가 사용된다. 하지만, 이들 물질은, 포착 및 재결합 중심으로서 전기적으로 활성화될 수 있고 X-선 방사선의 검출에 예를 들어 이미지 아티팩트의 형태로 단점이 되는 작용을 하는 많은 수의 결정 결함 또는 불순물을 갖는다.
X-선 방사선 검출을 최적화하기 위하여, 검출을 위해 사용된 반도체를 추가 전하 운반체를 발생시키기 위한 추가 방사선으로써 조사하는 것이 공지되어 있다. 추가 방사선으로서는 예를 들어 IR-방사선, UV-방사선 및 가시 방사선이 사용된다. 하지만, 지금까지 공지된 X-선 방사선 검출기에서는, 추가 방사선 쪽을 향하는 반도체의 측면에 배치된 비-투과성의 또는 불투명한 전극이 사용되고 있다. 이 비-투과성 전극은 또한 반도체 물질을 고전압원에 연결하거나 고전압원에 대한 전기 전도성 접속부에 연결한다. 인가된 고전압은 반도체 물질 내부에서 전기장을 발생하며, 이 전기장은 발생된 전하 운반체가 전극 쪽으로 이동하는 것을 가능케 한다. 하지만, 비-투과성 전극에서는 반도체가 추가의 방사선에 대하여 거의 완전하게 차폐됨으로써, 결과적으로 추가의 전하 운반체가 발생될 수 없다.
또한, 종래의 전극은 검출될 X-선 방사선을 위해서 중요한 흡수 작용을 한다. CT 장치 내에 있는 환자의 선량률(dose rate)을 가급적 낮게 유지해야 한다는 요구 조건으로 인해, 가급적 적은 흡수 작용을 하는 전극을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 사실은, X-선 방사선 검출을 최적화하기 위한 검출기가 추가의 방사선으로써 조사되는지 아닌지의 여부와 무관하게 적용된다.
공보 US 7 652 258 B2호에는, 투과성 중간층 내부로 추가로 조사된 IR-방사선에 의해서 분극 효과가 줄어야만 하는, 청구항 1의 전제부에 따른 직접 변환 X-선 검출기가 공지되어 있다.
또한, HgJ2로 이루어진 반도체를 구비한 방사선 검출기를 보여주는 공보 US 2012/0068078 A1호가 참조되며, 이때 전극은 팔라듐, TiW, ITO, SnO2, InO3 또는 탄소막(carbon membrane)들로 이루어지며, 이들 위에는 실리콘 또는 패럴린(parylene)으로 이루어진 보호층이 형성되어 있다.
그밖에, 공보 US 6,163,030 A호는, TCO로 이루어진 전극, Au 또는 Pt로 이루어진 얇은 금속층 또는 폴리아날린과 같은 유기 도체도 사용되는, 반도체를 구비한 방사선 검출기를 보여준다.
마지막으로, 광원에 의해서 반도체 층 내부에 광이 결합되는 직접 변환 방사선 검출기를 기술하는 공보 US 2011/0253886 A1호도 참조된다.
본 발명의 과제는, 비-투과성 전극에 의해 추가의 방사선에 대하여 차폐되지 않는 검출기 재료 및 검출될 감마선 및/또는 X-선 방사선을 위해서 적은 흡수 작용을 하는 전극을 구비하는, 개선된 직접 변환 X-선 방사선 검출기를 제조하는 것이다.
상기 과제는 독립 특허 청구항들의 장점에 의해서 해결된다. 본 발명의 바람직한 개선 예들은 종속 청구항들의 대상이다.
발명자는, 전기 전도성일 뿐만 아니라 투명하기도 한 전극을, 특히 CT 시스템에 사용하기에 적합한 적은 흡수 작용을 하는 물질로 제조하는 것이 가능하다고 인식하였다. 이때, 전극의 투과성은 사용된 추가의 반도체 조사, 예를 들어 IR-방사선, UV-방사선 또는 가시 방사선과 관련이 있다. 이와 같은 전극을 사용함으로써, 한 편으로는 추가의 방사선이 검출을 위해 사용되는 반도체에 거의 완전하게 도달하고, 다른 한 편으로는 X-선 방사선의 사용된 선량이 적게 유지될 수 있는데, 그 이유는 전극의 흡수 작용이 적기 때문이다.
이와 같은 효과들, 즉 투과성 및 적은 흡수 작용을 실현하기 위하여, 전극이 복수의 층으로 구성될 수 있다. 전기 전도성의 투명한 전극은 X-선 방사선 쪽을 향하는 반도체의 측면에 제공되었다. 반도체 물질상에 직접 제공된 제1 층은 전기 전도성의 그리고 적어도 부분적으로 투과성의 콘택층으로서 형성될 수 있다. 이를 위해서는 백금, 인듐, 몰리브덴, 텅스텐, 루테늄, 로듐, 금, 은, 알루미늄과 같은 전도성 금속 또는 이들 금속으로 이루어진 화합물이 적합하다. 콘택층은 최대 200nm의 두께를 갖는 연속 층으로서 또는 불균일하게 분포된 투명한 기공을 갖는 다공성 층으로서 또는 예를 들어 균일하게 분포된 투명한 홀(hole) 혹은 메시(mesh)를 갖는 망(net) 형태로 구조화된 층으로서 형성될 수 있다. 상기 층 또는 기공, 홀 혹은 메시를 통해서는 추가 방사선의 적어도 10%, 더 양호하게는 적어도 50%가 반도체 물질에 도달한다. 예를 들면, 콘택층이 더 얇을수록 그리고/또는 기공, 홀 혹은 메시가 더 크거나 더 빈번하게 형성될수록, 더 많은 방사선이 콘택층을 통과한다. 하지만, 그와 달리 콘택층의 전도성은 층 내에 있는 기공, 홀 혹은 메시의 개수가 증가할수록 감소한다.
콘택층 상에서는 전기 전도성의 투명한 추가 층이 형성될 수 있다. 이 층은 예를 들어 25㎛ 내지 300㎛의 두께를 갖는 중간층으로서 형성되었다. 이 중간층은 접착제 및 이 접착제 내부에 매립 또는 삽입된 복수의 충전 요소를 포함한다. 접착제는 예를 들어 전기 전도성의 투명한 전사 테이프(transfer tape)로서 형성되었다. 접착제를 위해서는 점착성 물질이 적합하고, 추가의 방사선을 위해서는 예를 들어 아크릴레이트, 실리콘 또는 다른 유기 접착물과 같은 적어도 반투과성의 물질이 적합하다. 입자 형태의 충전 요소는 접착제 내부에 매립되어 있고, 콘택층과 전극의 추가 층 사이에 전기 전도성 접촉을 만들어준다. 이를 위해 충전 요소는 예를 들어 구리, 알루미늄, 은, 탄소, 니켈, 금과 같은 전도성 금속 또는 이들 물질의 조합으로부터 형성되었다. 충전 요소의 개수 또는 접착제 내에서의 이 충전 요소의 밀도 그리고 충전 요소들의 간격은, 한 편으로는 중간층이 가급적 양호한 전도성으로 형성되지만 다른 한 편으로는 중간층이 가급적 투과성을 갖도록 선택되었다. 이 경우에는, 충전 요소가 많을수록 또는 충전 요소의 밀도가 클수록 전도성은 더 높아지지만, 중간층의 투과성은 그만큼 더 적어진다는 것 그리고 그 역도 적용된다. 밀도는, 추가 방사선의 원래 강도의 75% 이상이 중간층에 의해서 흡수되지 않도록 선택될 수 있다.
전극의 추가 층은 예를 들어 TCO-층으로서 형성되었고, 중간층의 충전 요소에 의해서 콘택층에 그리고 이로써 반도체에 전기 전도성으로 접속되었다. 약어 "TCO"는 영어 용어인 " t ransparent c onducting o xides; 투명 전도성 산화물"을 가리킨다. 이들 산화물은 가시 광 범위의 전자기파를 비교적 적게 흡수하는 전기 전도성 물질이다. 적합한 물질은, 예를 들어 순수하거나 도핑된 인듐 주석 산화물, 순수하거나 도핑된 인듐 산화물, 주석 산화물, 순수하거나 도핑된 아연 산화물, 카드뮴 산화물과 같은 무기 물질 또는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리스티롤술폰산염, 탄소-나노튜브, 순수하거나 도핑된 폴리아닐린 유도체와 같은 유기 물질이다. TCO-층은 예를 들어 5nm 내지 5㎛의 두께를 갖는다.
또한, TCO-층 상에는 전기 전도성이고 투과성인 운반체 보호층 형태의 추가 층이 더 형성될 수 있으며, 이 추가 층은 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트-글리콜, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐 또는 플라스틱을 기본으로 하는 다른 물질들로 이루어진다.
전극의 TCO-층 및 운반체 보호층은 또한 X-선 방사선 검출기의 전압원에 대한 전극의 전기 전도성 접속부를 형성할 수도 있다. 이 접속부는 직접 접속부로서 형성되었거나 간접 접속부로서 형성되었다. 직접 접속부의 경우에는, 전극이 전압원에 직접 접속되어 있는데, 예를 들면 납땜되어 있다. 간접 접속부의 경우에는, TCO-층과 전압원 사이에 예를 들어 전도성 접속 요소가 형성되어 있다.
전기 전도성이고 투과성인 복수의 층으로 이루어진 전술된 바와 같은 전극에 의해서는, 종래 기술에 비하여 다음과 같은 장점들이 나타난다: 검출기 측정 과정이 실시될 수 있는 한편, 추가 방사선이 반도체에 적용된다. 이때, 반도체의 전체 표면은, 표면의 적어도 일 부분이 비-투과성 전극으로 덮여 있기 때문에 추가의 방사선에 노출될 수 없는 종래의 검출기와 달리, 감마선 및/또는 X-선 방사선을 검출하기 위해서 사용될 수 있다. 조사(irradiation) 과정이 없기 때문에, 이 반도체 영역은 시간에 따라 불안정한 특성을 지닌다. 감마선 및/또는 X-선 방사선을 위해서 나타나는 전극의 흡수 작용은 종래 기술에 비해 훨씬 더 적다. 이와 같은 상황은 다른 무엇보다도 전극의 적은 두께에 의해서 그리고 선택된 낮은 원자가의 물질에 따라 달성된다.
따라서, 본 발명은, 반도체 상에 제공된 하나 이상의 전극이 적어도 다음과 같은 층들을 다음과 같은 순서로, 즉 하나 이상의 콘택층, 접착제 내부에 매립된 하나 이상의 충전 요소를 구비하는 하나 이상의 중간층, 하나 이상의 TCO-층 및 하나 이상의 운반체 보호층의 순서로 구비하도록, 적어도 X-선 방사선을 검출하기 위해서 사용되는 반도체 및 이 반도체 상에 제공된 하나 이상의 전극을 구비하며, 이 반도체와 하나 이상의 전극이 전기 전도성으로 접속되어 있고 상기 하나 이상의 전극이 투과성으로 그리고 전기 전도성으로 형성된, X-선 방사선을 검출하기 위한, 특히 CT 시스템에 사용하기 위한 직접 변환 X-선 방사선 검출기를 개선하는 것을 제안한다. 바람직하게, 반도체 상에 있는 전극의 층들은 반도체로부터 출발했을 때 입사되는 방사선의 방향으로, 전술된 순서로 놓인다.
직접 변환 X-선 방사선 검출기는, X-선 방사선을 검출하기 위해서 사용되는 반도체를 포함한다. 반도체의 물질로서는 예를 들어 CdTe, CdZnTe, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TIBr2 또는 HgI2가 적합하다. 또한, X-선 방사선 검출기는 반도체 상에 제공된 하나 이상의 전극도 포함한다. 일 실시예에서는 정확하게 하나의 전극이 형성되었다. 다른 실시예들은 하나 이상의 전극, 예를 들어 2개, 3개 또는 4개의 전극을 제시한다. 예를 들어 전극은 양극(anode) 및/또는 음극(cathode)으로서 형성되었다. 본 발명에 따른 전극은 바람직하게 X-선 방사선에 대하여 그리고/또는 추가 방사선에 대하여 정렬된 반도체의 표면에 제공되었다. 더욱 바람직하게는 음극이 X-선 방사선 또는 추가 방사선 쪽을 향하는 측에 배치되는데, 그 이유는 종래의 검출기들이 신호를 발생하기 위하여 전극을 이용하기 때문이다. 바람직하게, 전극은 거의 X-선 방사선 쪽을 향하는 반도체의 전체 표면에 걸쳐서 연장된다. 반도체에는 전극이 전기 전도성으로 접속되어 있다. 또한, 전극은 하나 이상의 전압원에, 특히 고전압원에도 접속되어 있다. 전압원에 의해 전압이 반도체에 인가됨으로써, 결과적으로 추가로 발생되는 전하 운반체는 이로 인해 반도체 내부에서 나타나는 전기장 내에서 전극 쪽으로 이동한다.
본 발명에 따라, 전극은 투과성으로뿐만 아니라 전기 전도성으로도 형성되었다. 그럼으로써, 한 편으로는 투과성 전극에 의해 추가 방사선의 차폐가 이루어지지 않음으로 반도체 내부로 추가의 방사선이 침투할 수 있도록 보장되고, 다른 한 편으로는 전압원에 대한 전기 전도성 접속부가 형성되도록 보장된다. 일 실시예에서 전극은 하나의 부분으로 형성되었다. 바람직한 다른 실시예들에서 전극은 복수 개의 부분으로, 예를 들며 2개, 3개, 4개 또는 5개의 부분으로 형성되었다. 예를 들어 전극은 복수 개의 층으로 구성되었다. 바람직하게, 전극의 층들은 각각 전극이 제공된 반도체 표면에 대하여 평행하게 연장된다. 일 실시예는, 모든 층이 각각 투과성이고 전기 전도성인 것을 제안한다. 다른 일 실시예에서, 층들은 전체적으로 투과성이고 전기 전도성이다.
일 실시예에서, 전극은 하나 이상의 전기 전도성 콘택층을 포함한다. 바람직하게 정확하게 하나의 콘택층이 형성되었으며, 다른 실시예들에서는 복수의 콘택층이 형성되었다. 콘택층은 바람직하게 반도체 상에 직접 제공되어 있다. 이 콘택층은 반도체와 전극의 전기 전도성 접속을 위해서 이용된다. 바람직하게 콘택층은 최대 250nm의 두께, 바람직하게는 최대 200nm 그리고 더욱 바람직하게는 최대 150nm의 두께를 갖는다. 기본적으로 이 경우에는, 콘택층이 얇게 형성될수록 이 층은 추가의 방사선에 대해서 그만큼 더 투과성이 된다는 내용이 적용되며, 이때에는 두께가 감소할수록 전도성이 줄어든다. 콘택층을 위해서는 다른 무엇보다도 백금, 인듐, 몰리브덴, 텅스텐, 루테늄, 로듐, 금, 은, 알루미늄과 같은 전기 전도성 금속 및/또는 이들의 화합물이 적합하다.
콘택층의 다양한 실시예가 가능하다. 일 실시예는, 전술된 두께를 갖는 연속적인 콘택층을 제시한다. 이 실시예에서 콘택층의 투과성 및 전도성은 바람직하게 전체 면에 걸쳐서 동일하다. 다른 실시예들은 콘택층이 구조화된 형태로 형성된 것을 제시한다. 예를 들어 콘택층은 다공성으로 형성되었다. 바람직하게 콘택층의 기공들은 콘택층의 다른 영역들보다 추가의 전자기 방사선에 대해서 더 투과성을 갖는다. 기공의 개수 및/또는 크기가 증가함에 따라 콘택층의 투과성은 상승하며, 이와 동시에 전도성은 저하된다. 또한, 콘택층은 예를 들어 망 형태로 구조화된 상태로 형성될 수 있다. 망 형태의 콘택층은 바람직하게 복수의 개방된 메시 혹은 홀을 구비하며, 이들 메시 혹은 홀은 콘택층의 투과성을 높여준다. 기공들이 불균일하게 분포된 다공성 콘택층과 달리, 망 형태 콘택층의 메시들이 바람직하게 균일하게 분포되어 있음으로써, 결과적으로 콘택층의 특성은 반도체의 전체 표면에 걸쳐서 균일하게 형성되었다. 또한, 다공성의 또는 구조화된 콘택층을 연속적인 콘택층보다 얇게 구현하는 것도 가능한데, 그 이유는 재료 두께가 감소함에 따라 층은 상대적으로 더 두꺼운 층에서보다 자발적으로 홀 등을 형성하기 때문이다.
전극의 추가의 일 층은 바람직하게 하나 이상의 중간층으로서 형성되었다. 바람직하게 정확하게 하나의 중간층이 형성되었고, 다른 실시예들에서는 복수의 중간층이 형성되었다. 중간층은 바람직하게 콘택층 상에 배치되어 있다. 바람직하게 중간층은 접착제 및 하나 이상의 충전 요소를 포함한다. 접착제는 예를 들어 아크릴레이트와 같은 점착성의 혹은 자체 접착성의 물질 또는 다른 접착 물질로서 형성되었다. 접착제는 추가의 방사선에 대해서 적어도 반투과성으로, 바람직하게는 투과성으로 형성되었다. 하나 이상의 충전 요소는 바람직하게 접착제 내부에 매립되거나 그 내부에 삽입되어 접착제에 의해서 둘러싸여 있다. 일 실시예에서는 정확하게 하나의 충전 요소가 제공되었다. 바람직한 실시예들은 다수의, 특히 복수의 충전 요소를 제시한다. 충전 요소는 바람직하게 전극의 콘택층과 추가의 일 층 사이에 전도성 접속부를 구현한다. 그에 상응하게, 충전 요소는 예를 들어 구리, 알루미늄, 은, 탄소, 니켈, 금과 같은 금속 또는 이들의 조합으로부터 전기 전도성으로 형성되었다. 예를 들어 입자 형태의 충전 요소는 은으로 덮인 구리 입자 및/또는 니켈 입자 등의 형태로 형성되었다. 일 실시예에서 입자 형태의 충전 요소는 가늘고 길게, 특히 섬유 형태로 그리고/또는 원통형으로 형성되었다. 다른 실시예들은 원형의 충전 요소를 제시한다. 또한, 충전 요소는 균일한 간격으로 그리고/또는 불균일한 간격으로 접착제 내부에 매립될 수도 있다.
중간층은 바람직하게 약 25㎛ 내지 300㎛의 두께를 갖는다. 이때 두께는 특히 사용된 충전 요소의 형태 및 크기에 의존한다. 또한, 중간층은 바람직하게 추가 방사선 강도의 최대 75%, 바람직하게는 최대 60%, 더욱 바람직하게는 최대 50% 그리고 가장 바람직하게는 최대 40%의 흡수율을 갖는다. 달리 말해, 중간층에 의해서는 바람직하게 추가 방사선의 최대 75%가 차단된다. 중간층의 상이한 흡수율은 바람직하게 충전 요소의 개수 및/또는 크기에 의해서 조절될 수 있다. 충전 요소가 접착제 내부에 더 조밀하게 그리고 더 많이 존재할수록, 중간층의 투과성은 그만큼 더 낮아지지만, 전도성은 그만큼 더 높아진다. 밀도는 바람직하게, 중간층이 가급적 투과성을 갖지만 충분한 전도성도 갖도록 선택되었다.
바람직하게, 전극은 추가의 층을 포함하며, 중간층 또는 더 정확하게 말해서 중간층의 충전 요소가 상기 추가의 층과 전기 전도성 접속부를 형성한다. 이 추가의 층은 바람직하게 하나 이상의 TCO-층으로서 형성되었다. 바람직하게 정확하게 하나의 TCO-층이 형성되었고, 다른 실시예들에서는 복수의 TCO-층이 형성되었다. 약어 "TCO"는 투명 전도성 산화물(영어: t ransparent c onducting o xides)이라는 용어를 가리킨다. 그에 상응하게, TCO-층은 투과성의 전도성 산화물로 형성되었다. TCO-물질은 가시 광 범위의 전자기파를 비교적 적게 흡수하는 전기 전도성 물질이다. 이와 같은 점에서, TCO-층은 특히 투과성의 그리고 전기 전도성의 전극을 구현하기에 적합하다. TCO-층을 형성하기 위해서는 유기 및 무기 물질들이 적합하다. 바람직하게 TCO-층은 아래 리스트 중에 한 가지 이상의 물질로 형성되었다: 순수하거나 도핑된 인듐 주석 산화물(ITO, FTO 등), 순수하거나 도핑된 인듐 산화물(In2O3, IZO 등), 주석 산화물(SnOx), 순수하거나 도핑된 아연 산화물(ZTO, AZO, GZO, IZO 등), 카드뮴 산화물(CdO), 또는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜(PEDOZ), 폴리스티롤술폰산염(PSS), PEDOT:PSS, 탄소-나노튜브, 순수하거나 도핑된 폴리아닐린 유도체. TCO-층은 바람직하게 5nm 내지 5㎛의 두께를 갖는다.
바람직한 일 실시예에서, 전극은 또 하나의 추가 층을 포함하며, 이 추가 층은 하나 이상의 운반체 보호층으로서 형성되었다. 이 하나 이상의 운반체 보호층은 바람직하게 TCO-층상에 직접 제공되었다. 또한, 하나 이상의 운반체 보호층은 바람직하게, 검출될 X-선 방사선 및 추가의 방사선에 직접 노출된, 전극의 최외부 층으로서 형성되었다. 바람직하게 정확하게 하나의 운반체 보호층이 형성되었고, 다른 실시예들에서는 복수의 운반체 보호층이 형성되었다. 이 운반체 보호층은 바람직하게 투과성으로 그리고 전기 전도성으로 형성되었다. 이를 위해서는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 테레프탈레이트-글리콜(PET-G), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리염화비닐(PVC) 등과 같은 물질이 적합하다.
전극의 층들은 서로 전기 전도성으로 접속되었으며, 또한 전압원과 반도체 물질 사이에 전기 전도성 접속부를 제공한다. 또한, 이들 층은 전체적으로 본 발명에 따라 투과성을 갖는다. 바람직하게 이들 층은 각각 반도체의 또는 각각 그 아래에 배치된 층의 전체 측면에 걸쳐서 연장된다. 이들 층 또는 전극의 총 두께는 바람직하게 50㎛ 내지 510㎛이다.
전극은 하나 이상의 전압원에 전기 접속되어 있다. 이 전기 접속은 직접적으로 형성되었거나 간접적으로 형성되었다. 직접 접속은 바람직하게 전기 접속이 전극 자체에 의해서 형성되는 것을 제시한다. 이때 바람직하게 전기 전도성 접속부는 하나 이상의 TCO-층 및 하나 이상의 운반체 보호층의 연속부 또는 연장부로서 형성된다. 이때, 더 두껍고 더 안정적인 TCO-층은 더 얇고 덜 안정적인 운반체 보호층을 지지한다. 바람직하게, 전극의 TCO-층은 상응하게 전압원에 직접 접속되어 있는데, 예를 들면 납땜부, 전도성 접착 물질로 이루어진 접착부 및/또는 전도성 접착 테이프 사이에 있는 전기적인 접속부 및/또는 기계적인 연결부, 특히 클램프 연결부를 구비한다.
다른 일 실시예에서, 전극과 전압원 사이에 있는 전기 접속부는 간접적인 접속부로서 형성되었다. 이 경우에 TCO-층은 전압원에 간접적으로 접속되어 있다. 바람직하게, 전기 접속부는 하나 이상의 전기 전도성 접속 요소를 포함하며, 이 접속 요소는 TCO-층을 전압원에 전기 전도성으로 접속시킨다. 접속 요소의 사용에 의해서는, 전압원에 대한 전기 접속부의 전기 저항이 조금 줄어들 수 있다. 일 실시예는 정확하게 하나의 접속 요소를 제시하고, 바람직한 실시예들은 하나 이상의, 예를 들어 2개, 3개 또는 4개의 접속 요소를 제시한다. 접속 요소들은 동일하게 또는 상이하게 형성되었다.
2개의 접속 요소를 구비하는 일 실시예에서, 제1 접속 요소는 바람직하게 한 편으로는 TCO-층에 그리고 다른 한 편으로는 제2 접속 요소에 접속되어 있으며, 이 경우 제2 접속 요소는 바람직하게 재차 전압원에 접속되어 있다. 제1 접속 요소는 일 실시예에서 중간층의 접착제에 상응하게 접착제로 형성되었거나 다른 전기 전도성 재료, 예를 들어 접착 물질 및/또는 접착 테이프로 형성되었다. 제2 접속 요소는 일 실시예에서 전기 전도성 금속, 특히 금속 막(metal film)으로 형성되었다.
전압원에 대한 전극의 전기 접속부는 일 실시예에서 전극 또는 반도체의 전체 폭에 걸쳐 형성되었다. 다른 일 실시예에서, 전기 접속부는 전압원 쪽으로 정렬된 전극의 측보다 더 좁게 형성되었다.
본 발명의 틀에는 또한 적어도 직접 변환 X-선 방사선 검출기를 포함하는 CT 시스템도 포함되며, 이 시스템에 의해서는 피검체의 단층 촬영 사진이 작성될 수 있다. 본 발명에 따른 X-선 방사선 검출기를 구비하는 CT 시스템에서는 바람직하게 방사선 흡수의 드리프트 없는 측정(drift-free measurement)이 보장됨으로써, 결과적으로 작성된 사진은 바람직하게 이미지 아티팩트가 없다.
이하에서는, 바람직한 실시예를 참조하여 도면을 이용해서 본 발명이 상세하게 설명될 것이며, 도면에는 단지 본 발명의 이해를 위해서 반드시 필요한 특징들만 도시되어 있다. 다음의 도면 부호들이 사용된다: 1: 반도체; 1a: 반도체의 표면; 2: 전극; 3: 콘택층; 4: 중간층; 4a: 접착제; 4b: 충전 요소; 5: TCO-층; 6: 운반체 보호층; 7: 전압원; 8: 전기 전도성 접속부; 9: 제1 접속 요소; 10: 제2 접속 요소; 11: 접착부; 12: 납땜부; 13: 클램프 연결부; C1: CT 시스템; C2: 제1 X-선 튜브; C3: 제1 검출기; C4: 제2 X-선 튜브(선택적); C5: 제2 검출기(선택적); C6: 갠트리 하우징; C7: 환자; C8: 환자용 침상; C9: 시스템 축; C10: 연산 및 제어 유닛; Prg1 내지 Prgn: 컴퓨터 프로그램.
세부적인 도면 설명:
도 1은 연산 유닛을 구비하는 CT 시스템의 개략도이고,
도 2는 전압원을 구비하는 반도체 상에 있는 종래 전극의 개략도이며,
도 3은 제1 실시예에서 전압원을 구비하는 반도체 상에 있는 본 발명에 따른 전극의 개략도이고,
도 4는 제1 실시예에서 전압원 및 이 전압원에 대한 직접적인 접속부를 구비하는 반도체 상에 있는 본 발명에 따른 전극의 개략도이며,
도 5는 추가의 일 실시예에서 도 4에 도시된 본 발명에 따른 전극 및 직접 접속부의 개략도이고,
도 6은 전압원에 대한 간접적인 접속부를 구비하는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 전극의 개략도이며, 그리고
도 7은 간접적인 접속부를 구비하는 도 6에 도시된 본 발명에 따른 전극의 개략적인 평면도이다.
도 1은 예시적인 CT 시스템(C1)을 보여준다. CT 시스템(C1)은 갠트리 하우징(C6)을 포함하고, 이 갠트리 하우징 내에는 본 도면에 상세하게 도시되지 않은 갠트리가 있으며, 이 갠트리에는 마주 놓인 제1 검출기(C3)를 구비하는 제1 X-선 튜브(C2)가 고정되어 있다. 선택적으로, 마주 놓인 제2 검출기(C5)를 구비하는 제2 X-선 튜브(C4)가 제공되었다. 환자(C7)는 시스템 축(C9)의 방향으로 이동할 수 있는 환자용 침상(C8) 상에 있으며, 이 환자용 침상에 의해서 환자는 X-선 방사선을 이용한 스캐닝 동안에, 연속으로 또는 순차적으로 시스템 축(C9)을 따라, X-선 튜브(C2 및 C4)와 각각의 관련 검출기(C3 및 C5) 사이에 있는 측정 필드(measuring field)를 통과해서 이동될 수 있다. 이 과정은 연산 및 제어 유닛(C10)에 의해 컴퓨터 프로그램(Prg1 내지 Prgn)을 이용해서 제어된다.
본 발명에 따라, 검출기(C3 및 C5)는 직접 변환 X-선 방사선 검출기로서 형성되었고, 이들 검출기는 X-선 방사선을 검출하기 위해서 사용되는 하나 이상의 반도체 그리고 반도체(1) 상에 제공된 전극(2)을 구비하며, 이때 반도체(1) 및 전극(1)은 전압원(7)에 전기 전도성으로 접속되어 있다. 전극은 본 발명에 따라 전기 전도성으로 그리고 투과성으로 형성되었다(도 3 내지 도 6 참조).
도 2는 전압원(7)을 구비하는 반도체(2) 상에 있는 종래 전극(2)의 개략도를 보여준다. 반도체(1), 예컨대 CdTe는 X-선 방사선을 검출하기 위해서 CT 시스템(도 1 참조)에 사용되며, 이때 반도체(1)는 추가의 전하 운반체를 형성하기 위하여 추가의 방사선, 예를 들어 IR-방사선에 의해서 조사된다. 추가 방사선에 대해서 정렬된 반도체(1)의 표면(1a) 상에는 전극(2)이 제공되어 있다. 전극(2) 및 반도체(1)는 서로 전기 전도성으로 접속되어 있다. 또한, 전극(2)은 전기 전도성 접속부(8)에 의해서 검출기의 전압원(7)에 접속되어 있다. 본 도면에 도시된 전극(2)의 종래 실시예에 따르면, 이 전극이 추가의 방사선에 대해 비-투과성임으로써, 결과적으로 반도체(1)는 전극(2)에 의해서 추가의 방사선에 대하여 거의 완전히 차폐된다. 따라서, 반도체(1) 재료 내에서 추가 전하 운반체의 형성은 단지 제한적으로만 가능하다.
도 3에는, 전압원(7)을 구비하는 반도체(1) 상에 있는 본 발명에 따른 전극(2)이 도시되어 있다. 반도체(1), 전압원(7) 그리고 반도체(1) 상에서의 전극(2)의 배열 상태는 도 2에 도시된 실시예에 상응한다. 동일한 부품들은 동일한 도면 부호들로 표시되었다. 그렇기 때문에, 앞에서 이미 기술된 부품들에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
본 발명에 따라, 전극(2)은 투과성으로 그리고 전기 전도성으로 형성되었다. 전극(2)은 각각 투과성의 그리고 전기 전도성의 4개의 층, 다시 말해 콘택층(3), 중간층(4), TCO-층(5) 및 운반체 보호층(6)을 포함한다. 개별 층(3, 4, 5 및 6)은 각각 또한 마찬가지로 서로 전기 전도성으로 접속되어 있다. 이들 층은 전술된 순서로 반도체(1)의 표면(1a)에 제공되어 있으며, 이 경우 콘택층(3)은 표면(1a)에 직접 콘택팅 되었고, 운반체 보호층(6)은 입사되는 방사선에 직접 노출되었다. 전극(2)의 두께 또는 층(3, 4, 5 및 6)의 총 두께는 50㎛ 내지 510㎛이다.
콘택층(3)은 예를 들어 백금과 같은 전기 전도성 금속으로 형성되었다. 본 도면에 도시된 실시예에서, 콘택층(3)은 또한 200nm 미만의 균일한 두께를 갖는 연속 층으로서 형성되었다. 콘택층(3)의 두께가 작기 때문에, 이 콘택층은 추가의 방사선에 대해서 적어도 부분적인 투과성을 갖는다.
콘택층(3) 상에는 중간층(4)이 제공되어 있다. 중간층(4)은, 예를 들어 전기 전도성 접착제와 같은 점착성의 그리고 적어도 부분적으로 투과성의 접착제(4a)를 포함한다. 또한, 중간층(4)은 입자 형태의 복수의 전기 전도성 충전 요소(4b)를 포함한다. 충전 요소(4b)는 접착제(4a) 내부에 매립되어 있고, 콘택층(3)과 중간층(4) 상에 배치된 TCO-층(5) 사이에 전기 전도성 접속부를 형성한다. 본 도면에 도시된 실시예에서, 충전 요소들(4b)은 균일한 간격으로 배치되어 있고, 가늘고 긴 섬유 형태로 형성되었다. 충전 요소(4b)는 예를 들어 금속으로 형성되었다.
또한, 중간층(4) 상에는 TCO-층(5)이 제공되었다. 전기 전도성의 그리고 투과성의 TCO-층(5)은 추가의 방사선에 대해서 적은 흡수율을 갖는 전기 전도성 물질, 예컨대 도핑된 인듐 산화물로 형성되었다. 최외부 또는 최상부 층으로서, TCO-층 상에 운반체 보호층(6)이 제공되었다. 투과성의 운반체 보호층(6)은 약 100㎛의 두께를 갖고, 예를 들어 PET로 형성되었다.
이들 2개의 층, 다시 말해 TCO-층(5) 및 운반체 보호층(6)은 전압원(7)에 대해서 직접적인 전기 전도성 접속부(8)를 형성한다. 이를 위해 TCO-층(5) 및 운반체 보호층(6)은 전압원(7)까지 연장되었거나 연속되었다. 상대적으로 더 얇은 상부 운반체 보호층(6)은 상대적으로 더 두꺼운 TCO-층(5)에 의해서 지지되고 안정화된다. 도 3 내지 도 5의 실시예들은, 전압원(7)과 TCO-층(5)의 직접적인 접속부 형성에서 서로 상이하다. 도 3에 따르면, 전기 전도성 접속부(8)는 접착부(11)를 구비하며, 이 접착부에 의해서 TCO-층이 전압원(7)과 접착되어 있다.
도 4의 실시예에서는, 전기 전도성 접속부(8)가 전압원(7)과 TCO-층(5)의 접속을 위한 납땜부(12)를 포함한다. 도 5의 실시예에서는, TCO-층(5)이 클램프 연결부(13)에 의해서 전압원에 전기 전도성으로 연결되어 있다. 그밖에, 도 4 및 도 5에 도시된 반도체(1), 자체 층(3, 4, 5 및 6)을 구비하는 전극(2)의 실시예들은 도 2에 도시된 실시예에 상응한다. 동일한 부품들은 동일한 도면 부호들로 표시되었다. 그렇기 때문에, 앞에서 이미 기술된 부품들에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
도 6은, 전압원(7)에 대한 간접적인 전기 전도성 접속부(8)를 구비하는 본 발명에 따른 전극(2)의 개략도를 보여준다. 도 6에 도시된 전극(2)의 실시예는 도 3의 실시예에 상응한다. 동일한 부품들은 동일한 도면 부호들로 표시되었다. 그렇기 때문에, 앞에서 이미 기술된 부품들에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다. 도 6의 실시예는, 단지 전압원(7)에 대한 전극(2)의 전기 전도성 접속부(8)의 실시에서만, 다시 말해 간접적인 접속부(8)의 형태에서만 상이하다. 본 실시예에서 접속부(8)는 2개의 전기 전도성 접속 요소(9 및 10)를 포함하며, 이들 접속 요소는 전극(2), 더 정확하게 말해서 TCO-층(5)을 전압원(7)에 연결시킨다. 본 실시예에서도, TCO-층(5) 및 운반체 보호층(6)은 연속부 또는 연장부로서, 반도체(1)의 표면에 걸쳐 형성되었다. 제1 접속 요소(9)는 한 편으로는 TCO-층(5)에 그리고 다른 한 편으로는 제2 접속 요소(10)에 접속되었다. 제2 접속 요소(10)는 또한 전압원(7)에도 접속되었는데, 예를 들면 납땜되었다. 본 도면에 도시된 실시예에서, 제1 접속 요소(9)는 전기 전도성 접착 테이프로서 형성되었고, 제2 접속 요소(10)는 전도성 금속막으로서 형성되었다.
도 7은, 전압원(7)에 대한 간접적인 접속부(8)를 구비하는 도 6에 도시된 본 발명에 따른 전극(2)의 개략적인 평면도를 보여준다. 전극(2) 그리고 반도체(1) 상에서의 이 전극의 배열 상태는 도 6의 실시예에 상응한다. 도 7의 평면도에는, 전기 접속부(8)가 전압원(7)에 대해서 정렬된 반도체(1)의 측보다 좁다는 내용이 도시되어 있다. 운반체 보호층(6) 그리고 본 평면도에서 볼 수 없는 TCO-층은 연속부로서 형성되었고, 2개의 접속 요소에 의해 전압원(7)에 전기 전도성으로 접속되어 있다. 본 실시예에는 다만 제1 접속 요소 및 전극(2)을 전압원(7)에 연결시키는 제2 접속 요소(10)만 도시되어 있다.
본 발명이 바람직한 실시예에 의해서 세부적으로 상세하게 도시 및 기술되어 있기는 하지만, 본 발명은 개시된 예들에 의해서 한정되지 않으며, 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않는 다른 변형 예들이 당업자에 의해서 도출될 수 있다.

Claims (23)

  1. 특히 CT 시스템(C1)에 사용하기 위한, X-선 방사선을 검출하기 위한 직접 변환 X-선 방사선 검출기(C3, C5)로서, 적어도
    1.1. X-선 방사선을 검출하기 위해서 사용되는 반도체(1), 및
    1.2. 반도체(1) 상에 제공된 하나 이상의 전극(2)을 구비하며, 반도체(1)와 하나 이상의 전극(2)은 전기 전도성으로 접속되어 있고, 하나 이상의 전극(2)은 투과성으로 그리고 전기 전도성으로 형성되는, X-선 방사선 검출기에 있어서,
    1.3. 반도체(1) 상에 제공된 하나 이상의 전극(2)은 적어도 다음과 같은 층들, 즉 하나 이상의 콘택층(3), 접착제(4a) 내부에 매립된 하나 이상의 충전 요소(4b)를 구비하는 하나 이상의 중간층(4), 하나 이상의 TCO-층(5) 및 하나 이상의 운반체 보호층(6)을 상기 순서로 구비하는 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  2. 제1항에 있어서, 콘택층(3)은 적어도 부분적으로 투과성으로 형성된 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 콘택층(3)은 최대 250nm, 바람직하게는 최대 200nm 그리고 더욱 바람직하게는 최대 150nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 콘택층(3)은 다공성으로 형성되었으며, 하나 이상의 콘택층(3)의 기공들은 전자기 방사선에 대해서 투과성을 갖는 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 콘택층(3)은 망 형태로 형성된 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 콘택층(3)은 다음과 같은 물질 리스트, 즉 백금, 인듐, 몰리브덴, 텅스텐, 루테늄, 로듐, 금, 은, 알루미늄 중에서 한 가지 이상의 물질로 형성된 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 접착제(4a)는 전자기 방사선에 대해서 적어도 반투과성으로, 바람직하게는 투과성으로 형성된 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 충전 요소(4b)는 하나 이상의 콘택층(3)과 하나 이상의 전극(2)의 추가의 층(5) 사이에 전도성 접속부를 형성하는 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 충전 요소(4b)는 금속으로 형성된 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 중간층(4)은 추가 방사선 강도의 최대 75%, 바람직하게는 최대 60%, 더욱 바람직하게는 최대 50% 그리고 가장 바람직하게는 최대 40%의 흡수율을 갖는 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 TCO-층(5)은 다음과 같은 물질 리스트, 즉 순수하거나 도핑된 인듐 주석 산화물, 순수하거나 도핑된 인듐 산화물, 주석 산화물, 순수하거나 도핑된 아연 산화물, 카드뮴 산화물 또는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리스티롤술폰산염, 탄소-나노튜브, 순수하거나 도핑된 폴리아닐린 유도체 중에서 한 가지 이상의 물질로 형성된 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 운반체 보호층(6)은 다음과 같은 물질 리스트, 즉 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트-글리콜, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐 등 중에서 한 가지 이상의 물질로 형성된 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 전극(2)과 하나 이상의 전압원(7) 사이에는 하나 이상의 전기 접속부(8)가 형성된 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  14. 제13항에 있어서, 하나 이상의 전기 접속부(8)는 하나 이상의 TCO-층(5)의 그리고 하나 이상의 운반체 보호층(6)의 연속부로서 형성된 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 하나 이상의 전기 접속부(8)는 하나 이상의 TCO-층(5)과 하나 이상의 전압원(7) 사이에 납땜부(12)를 갖는 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 전기 접속부(8)는 하나 이상의 TCO-층(5)과 하나 이상의 전압원(7) 사이에, 전도성 접착 물질 및/또는 전도성 접착 테이프로 이루어진 접착부(11)를 구비하는 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 전기 접속부(8)는 하나 이상의 TCO-층(5)과 하나 이상의 전압원(7) 사이에 기계적인 연결부, 특히 클램프 연결부(13)를 구비하는 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 전기 접속부(8)는 하나 이상의 전기 전도성 접속 요소(9, 10)를 포함하는 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  19. 제18항에 있어서, 제1 접속 요소(9)가 한 편으로는 하나 이상의 TCO-층(5)에 접속되었고, 다른 한 편으로는 제2 접속 요소(10)에 접속된 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 제2 접속 요소(10)는 하나 이상의 전압원(7)에 접속된 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 접속 요소(9)는 중간층(4)의 접착제(4a)에 상응하는 접착제로서, 전도성 접착 물질 및/또는 전도성 접착 테이프로 형성된 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 접속 요소(10)는 전도성 금속, 특히 금속막으로 형성된 것을 특징으로 하는, X-선 방사선 검출기(C3, C5).
  23. 적어도 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 직접 변환 X-선 방사선 검출기(C3, C5)를 구비하는, CT 시스템(C1).
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