LT4670B - The converter of x-ray radiation to optical signal - Google Patents
The converter of x-ray radiation to optical signal Download PDFInfo
- Publication number
- LT4670B LT4670B LT99-106A LT99106A LT4670B LT 4670 B LT4670 B LT 4670B LT 99106 A LT99106 A LT 99106A LT 4670 B LT4670 B LT 4670B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- ray
- derivative
- gai
- transducer
- formation
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 5
- 238000004846 x-ray emission Methods 0.000 abstract 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 2
- 208000019553 vascular disease Diseases 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- DIQHTDHADJUONG-UHFFFAOYSA-N C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C Chemical compound C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C.C DIQHTDHADJUONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N methamphetamine Chemical compound CN[C@@H](C)CC1=CC=CC=C1 MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Description
Išradimas priklauso puslaidininkių technikos sričiai, būtent puslaidininkiniams. Rentgeno spinduliuotės keitikliams j optinį signalą ir gali būti panaudotas Rentgeno diagnostikos aparatuose.
Yra žinomas Rentgeno spinduliuotės keitiklis, kuriame aktyvusis keitiklio elementas, keičiantis Rentgeno spinduliuotę į optinį signalą, yra Rentgeno liuminoforai ir scintiliatoriai. Rentgeno aparato ekranuose minėtais liuminoforais naudoja puslaidininkius tokius, kaip ZnS-CdS(Ag), CaWO4, BaSO4(Pb) ir kt., o kaip scintiliatorių kristalus naudoja Nal(Tl), CsI(Tl) ir kt. (A.M. TypBHM, ΡοιιτΓΟΗοηΐΌΜΜΗοφορω n peHTreHOBCKHe OKpanbi, Mocoa, 3HeproaTO.MH3aaT, 1983, Tcxhhmcckhc cpcjcrBa pcinrciioananiocin, Ποη pca. Η.Φ. ncpccncrmia, Mockuj, McaHum-ia, 1981).
Dėl minėtų liuminoforų mažos vidinės energetinės kvantinės išeigos β, kuri šio tipo keitikliams yra ribose β = 0,01 + 0,18, Rentgeno spinduliuotės keitimo į optinį signalą (šviesą) efektyvumas yra žemas, todėl Rentgeno ekranai, kuriuose naudojami žinomi keitikliai, turi žemo lygio erdvinę skiriamąją galią, t.y. žemą vaizdo ryškumą bei kontrastingumą.
Naudojant šio tipo Rentgeno spinduliuotės keitiklius medicininiuose Rentgeno diagnostikos aparatuose dažnai yra būtini aukšti Rentgeno spinduliavimo ekspozicijos lygiai, o tai sukelia pavojų paciento sveikatai, todėl šiais aparatais nėra galimybių nustatyti vėžinius ir kraujagyslių susirgimus ankstyvose jų stadijose.
Yra žinomas Rentgeno spinduliuotės keitiklis į optinį signalą, kurio aktyvusis elementas yra GaAs monokristalas (J. Požėla, V. Jucienė ir K. Požėla, “Light emmited GaAs particle detectors,” Nucl. Instr. and Meth. A.V. 410, p. 11,1998.
Rentgeno spinduliuotės keitiklis su GaAs aktyviuoju elementu, gali pasiekti vidinio energetinio kvantino išėjimo efektyvumo reikšmę β = 0,4, t.y. žymiai didesnę, negu gaunama įprastais liuminoforais ir scintiliatoriais.
Tačiau dėl stiprios generuojamos šviesos absorbcijos GaAs, šio tipo keitiklių efektyvumo ir erdvinės skiriamosios galios nepakanka, kad, naudojant jį medicininiuose Rentgeno diagnostikos aparatų ekranuose, galima būtų gauti gerą vaizdo ryškumą bei nustatyti vėžinių ir kraujagyslių susirgimų ankstyvąsias stadijas, nesudarant rizikos faktoriaus žmogaus sveikatai dėl aukšto Rentgeno spinduliavimo ekspozicijos lygio.
Šiuo išradimu siekiama pagerinti Rentgeno spinduliuotės keitiklio į optinį signalą efektyvumą, pagerinti optinio vaizdo ryškumą bei kontrastingumą, praplėsti jo naudojimo galimybes.
Šio uždavinio sprendimo esmė yra ta, kad optiškai susieta su optinio vaizdo detektoriumi aktyvioji rentgeno spinduliuotės keitiklio į optinį signalą dalis, yra varizoninis (turintis kintamą pagal darinio storį draudžiamos energijos juostą)
AlxGaj.xAs darinys su tolygiai kintamu Alx kiekiu pagal darinio sluoksnio storį.
Alx kiekio pasiskirstymas AlxGai-xAs darinyje pagal jo storį kinta nuo x=0,4 iki x=0, geriausiai x=0,2. AlxGai.xAs darinio sluoksnio storis yra ribose nuo 1,0 pm iki 100 pm,' geriausiai 20pm, nes geriausiai užtikrina Rentgeno spinduliuotės su energija Ex=5+50keV aukštą detekcijos efektyvumą.
Kintama (didėjanti) Al koncentracija pagal darinio storį padidina uždraustos zonos energiją. Kadangi liuminescencinio kvanto energija pagal dydį yra artima uždraustos zonos pločiui, dėl to kristale susidaro plačiazoninis langas šviesos kvantams išeiti iš puslaidininkinio darinio (Fig.2). To pasėkoje žymiai pagerėja Rentgeno spinduliuotės keitimo į optinį signalą (šviesą) efektyvumas.
Rentgeno spinduliuotės, sugeriamos AlxGaj.xAs sluoksnyje, pavertimo šviesa efektyvumas Κ=βη, kur β - rekombinuojančių elektronų - skylių porų sukūrimo efektyvumas (energetinė kvantinė išeiga), η - šviesos emisijos efektyvumas.
Parametrą β charakterizuoja elektroninių skylių porų spindulinis rekombinavimas paveikus AlxGaj.xAs sluoksnį rentgeno spinduliais.
kur Npn-hv yra energija, kurią išskiria rekombinuojančios elektronų - skylių poros, Npn yra sukurtų porų skaičius ir A v jų energija, išskiriama per rekombinaciją; Νχ Έχ yra Rentgeno spindulių absorbuotų AlGaAs sluoksnyje energija, Νχ yra absorbuotų Rentgeno fotonų skaičius su energija Εχ.
Elektronų - skylių porų generuojamų Rentgeno spindulių su energija Εχ skaičius Npn yra lygus
Λ/χ Ex
N .= -x- .
pn kur Et yra slenkstinė energija, reikalinga sukurti elektronų - skylių porai. Gauname, kad
GaAs kristaluose E, * 4eV. Liuminoforuose ir scintiliatoriuose ši slenkstinė energija žymiai didesnė Et =10 + 10' eV. Būtent šis faktorius mažina Rentgeno spinduliuotės konversijos į šviesą efektyvumą palyginus su GaAs dariniais.
Rentgeno spinduliuotės sukurtos elektroninės skylių poros rekombinuoja kaip spinduliuojančios arba nespinduliuojančios. Dalis sukurtų elektronų - skylių porų rekombinuoja su šviesos emisija. Ši dalis yra lygi
kur τΓ ir τηΓ yra spinduliuojančios ir nespinduliuojančios rekombinacijos gyvavimo laikai.
AlxGai,xAs darinys yra legiruotas Zn. Zn koncentracija AlxGai.xAs darinyje yra ribose nuo 0,5-1018 cm'3 iki 7-1018 cm'3, geriausiai 5-1018 cm'3. Zn priemaišos darinio plokštumoje yra pasiskirsčiusios tolygiai.
Varizoninio AlxGai.xAs darinio legiravimas Zn su tolygiu Zn priemaišų pasiskirstymu darinio plokštumoje leidžia žymiai sumažinti xnr, tuo pačiu pakelti ir pagerinti optinio vaizdo ryškumą bei kontrastingumą, o naudojant pasiūlytą keitiklį Rentgeno diagnostikos aparatuose galima nustatyti vėžinius ir kraujagyslių susirgimus ankstyvuose jų stadijose prie sveikatai nepavojingų Rentgeno spinduliavimo ekspozicijos lygių.
Optinio vaizdo detektoriumi esantys graduotas Si detektorius arba detektorių pikselių matrica (CCD kamera), optiškai susieti su AlxGai,xAs kristalo išėjimo plokštuma leidžia optiniam ryšiui panaudoti šviesolaidžius arba optinius elementus, tokius kaip prizmės, kurie įgalina minėtus detektorius išdėstyti už Rentgeno spinduliuotės zonos, kas pagerina keitiklio patikimumą bei jo ilgaamžiškumą.
Detaliau išradimas paaiškinamas brėžiniais, kuriuose pavaizduota:
Fig.l - Rentgeno spinduliuotės keitiklio bendras scheminis vaizdas;
Fig.2 - AlxGai.xAs darinio uždraustos zonos energijos Eg priklausomybė nuo Al koncentracijos pagal darinio sluoksnio storį;
Fig.3 - Rentgeno spinduliuotės keitiklio su šviesolaidžiu ir Si detektoriumi scheminis vaizdas;
Fig.4 - Rentgeno spinduliuotės keitiklio su CCD kamera ir kompiuteriu scheminis vaizdas;
Fig.5 - Si detektoriaus srovės Id priklausomybės nuo Rentgeno vamzdžio anodo srovės IA grafikas;
Fig.6 - Rentgeno spindulių energijos priklausomybės nuo ekspozicijos laiko grafikas.
Rentgeno spinduliuotės keitiklis, keičiantis Rentgeno spindulius X į optinį signalą h v (šviesą) (Fig.l), turi aktyviąją keitiklio dalį 1, kuri šviesos signalo perdavimo sistema 3 optiškai susieta su optinio vaizdo detektoriumi 2. Aktyvioji keitiklio dalis 1 pasiūlytame išradime yra varizoninis (turintis kintamą pagal darinio storį draudžiamos energijos juostą) AlxGai.xAs darinys su tolygiai kintamu Alx kiekiu pagal kristalo sluoksnio storį. Rentgeno spinduliuotės keitiklio į optinį signalą aktyvioji dalis, t.y. puslaidininkinis AlxGai.xAs darinys gaunamas skystos epitaksijos metodu. AlxGai.xAs darinio sluoksnio storis yra apie 20μ. Viename iš keitiklio realizavimo pavyzdžiių, parodytų Fig.3, optinio vaizdo detektorius yra Si fotodiodas 2, kurio įėjimas šviesolaidžiu 3 optiškai sujungtas su aktyviosios keitiklio dalies 1 išėjimu. Si detektoriaus prijungimas šviesolaidžiu prie AlxGaj.xAs kristalo išėjimo plokštumos leidžia Si detektorių išdėstyti ne Rentgeno spinduliuotės zonoje.
Kitame keitiklio realizavimo pavyzdyje, parodytame Fig.4, optinio vaizdo detektorius yra CCD kamera 2, kurios įėjimo langas per optine sistemą 3 optiškai susietas su aktyviosios keitiklio dalies 1 išėjimu, o minėtos kameros išėjimas sujungtas su kompiuteriu 4.
Šviesos išėjimo iš AlxGai.xAs sluoksnio efektyvumas priklauso nuo optinės sistemos 3. Rezultatai, gauti atliekant bandymus su Si detektoriumi (Fig.3), pavaizduoti Fig. 5. Si detektoriaus srovės Id atsakas tiesiškai priklauso nuo Rentgeno spinduliuotės intesyvumo, kuris yra proporcingas Rentgeno vamzdžio anodo srovei Id . Šviesos signalą registruojant CCD kamera (santykiniais vienetais) gauta tokia pati Rentgeno spinduliuotės energijos tiesinė priklausomybė nuo ekspozicijos laiko (Fig. 6). Abiem atvejais AlxGai.xAs sluoksnis buvo patalpintas 20 cm atstumu nuo Rentgeno vamzdžio (brėžinyje neparodytas) varinio anodo. Rentgeno vamzdžio anodo srovė ir įtampa registruojant signalą CCD kamera buvo Λ =20 mA ir Ki = 30 kV.
Pažymėtina, kad naudojant AlxGai.xAs detektorių Rentgeno spinduliuotės dozės dalis, kurią gauna pacientas, yra mažesnė palyginus su dozėmis įprastiniuose Rentgeno diagnostikos aparatuose norint gauti tokios pat kokybės Rentgenoliuminiscencinį vaizdą. Todėl siūlomame keitiklyje padidinus Rentgeno spinduliuotės dozę iki leistinos dozės (dar nepavojingos paciento sveikatai) žymiai pagerėja vaizdo ryškumas, bei kontrastingumas.
Claims (8)
- IŠRADIMO APIBRĖŽTIS1. Rentgeno spinduliuotės keitiklis į optinį signalą, turintis GaAs pagrindu pagamintą puslaidininkinę aktyviąją keitiklio dalį, susietą su optinio vaizdo detektoriumi, besiskiriantis tuo, kad aktyvioji keitiklio dalis optiškai susieta su optinio vaizdo detektoriumi yra varizoninis (kintamos draudžiamos energijos) AlxGai.xAs darinys su tolygiai kintamu Alx kiekiu pagal darinio sluoksnio storį.
- 2. Keitiklis pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad Alx kiekio pasiskirstymas AlxGai.x As darinyje pagal jo storį kinta nuo x=0,4 iki x=0, geriausiai x=0,2.
- 3. Keitiklis pagal 1 - 2 punktus, besiskiriantis tuo, kad AlxGai.xAs darinys yra legiruotas Zn.
- 4. Keitiklis pagal 3 punktą, besiskiriantis tuo, kad Zn koncentracija AlxGai.xAs darinyje yra ribose nuo 0,5Ί018 cm'3 iki 7Τ018 cm'3, geriausiai 5Ί018 cm'3.
- 5. Keitiklis pagal 3 - 4 punktus, besiskiriantis tuo, kad Zn priemaišos darinio plokštumoje yra pasiskirsčiusios tolygiai.
- 6. Keitiklis pagal 1 - 5 punktus, besiskiriantis tuo, kad AlxGaį.xAs darinio sluoksnio storis yra ribose nuo 10 pm iki 100 pm geriausiai 20 pm.
- 7. Keitiklis pagal 1 - 6 punktus, besiskiriantis tuo, kad optinio vaizdo detektorius yra graduotas Si detektorius, optiškai sujungtas su AlxGai.xAs darinio išėjimo plokštuma. 8
- 8. Keitiklis pagal 1 - 6 punktus, besiskiriantis tuo, kad optinio vaizdo detektorius yra detektorių pikselių matrica (CCD kamera), optiškai susieta su AlxGai.xAs darinio išėjimo plokštuma.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT99-106A LT4670B (en) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | The converter of x-ray radiation to optical signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT99-106A LT4670B (en) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | The converter of x-ray radiation to optical signal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT99106A LT99106A (lt) | 2000-03-27 |
| LT4670B true LT4670B (en) | 2000-06-26 |
Family
ID=19722113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT99-106A LT4670B (en) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | The converter of x-ray radiation to optical signal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| LT (1) | LT4670B (lt) |
-
1999
- 1999-08-31 LT LT99-106A patent/LT4670B/lt not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| A.M. GURVIČ: "Rentgenoliuminofori i rentgeno vskije ekrani", TECHNIČESKIJE SREDSTVA RENTGENODIAGNOSTIKI, 1983, pages 12 |
| J POŽĖLA ET AL: "Light emmited Ga As particle detectors.", NUCL. INSTR. AND METH., pages 11 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| LT99106A (lt) | 2000-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5150394A (en) | Dual-energy system for quantitative radiographic imaging | |
| TWI776834B (zh) | 具有ｘ射線檢測器的圖像傳感器 | |
| US11063082B2 (en) | Methods of making semiconductor X-ray detector | |
| US7403589B1 (en) | Photon counting CT detector using solid-state photomultiplier and scintillator | |
| CN108271415B (zh) | 半导体x射线检测器 | |
| TWI813785B (zh) | 圖像感測器、射線照相系統、貨物掃描或非侵入式檢查（nii）系統、全身掃描器系統、輻射電腦斷層攝影（輻射ct）系統、電子顯微鏡及成像系統 | |
| KR101731195B1 (ko) | Ｘ-선 방사선의 검출 및 ｘ-선 검출기 시스템 | |
| US5412705A (en) | X-ray examination apparatus with an imaging arrangement having a plurality of image sensors | |
| US6954514B2 (en) | X-ray detector provided with a heating device | |
| JP4547254B2 (ja) | 画像アーティファクトを減少させる装置及び方法 | |
| US5514874A (en) | Method and apparatus for non-invasive imaging including quenchable phosphor-based screens | |
| US6512231B1 (en) | Device for measuring exposure of a solid-state image detector subjected to ionising radiation and image detector equipped with such a measuring device | |
| TWI816995B (zh) | 半導體x射線檢測器、檢查系統、貨物掃描或非侵入式檢查系統、全身掃描器系統、x射線電腦斷層掃描系統及電子顯微鏡 | |
| LT4670B (en) | The converter of x-ray radiation to optical signal | |
| JP3255371B2 (ja) | Ｘ線撮像装置 | |
| US20060219963A1 (en) | X-ray sensor | |
| EP0583844B1 (en) | X-ray examination apparatus with light concentration means and plural image sensors | |
| Taibi et al. | Evaluation of a digital x-ray detector based on a phosphor-coated CCD for mammography | |
| TW202026667A (zh) | 半導體輻射檢測器 | |
| JP2564979B2 (ja) | 放射線検出器 | |
| CN109690352A (zh) | 适用于脉冲辐射源的辐射检测器 | |
| Karellas et al. | Operational characteristics and potential of scientific-grade charge-coupled devices in x-ray imaging applications | |
| US20120056092A1 (en) | X-ray detector with improved quantum efficiency | |
| TWI871084B (zh) | 用於檢測ｘ射線的裝置、系統、方法、以及全身掃描儀系統、貨物掃描或非侵人式檢查系統、ｘ射線計算機斷層攝影系統、電子顯微鏡 | |
| JPWO2007113899A1 (ja) | 放射線検出器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9A | Lapsed patents |
Effective date: 20030831 |