WO2007012564A1 - Strahlungswandler und verfahren zur herstellung des strahlungswandlers - Google Patents

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Martina Hausen
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    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/202—Measuring radiation intensity with scintillation detectors the detector being a crystal
    • G01T1/2023—Selection of materials
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K4/00—Conversion screens for the conversion of the spatial distribution of X-rays or particle radiation into visible images, e.g. fluoroscopic screens

Definitions

  • the invention relates to a radiation converter according to the preamble of claim 1. It further relates to a method for producing such a radiation converter according to the O-term of claim.
  • Radiation converters are used in medical imaging diagnostics. They are used in particular in X-ray image intensifiers, X-ray detectors and X-ray film recordings as intensifying screens, in storage phosphor imaging systems and in cameras. In such radiation transducers, high energy radiation is absorbed in a scintillator or phosphor layer and converted into light. This light is detected by means of photodiodes or CCDs and evaluated by a downstream electronics.
  • alkali halides for example, CsI: be used Tl
  • there is a Emis ⁇ sion maximum of the light generated by the prior art usually in the range of 540 nm to 560 nm has a maximum sensitivity of photodiodes and CCDs is other hand, in the Be ⁇ . range from 500 nm to 520 nm. This leads to a loss in the luminous efficacy, which must be compensated by an undesirable increase in the dose.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art.
  • a radiation converter is to be specified which, in combination with conventional photosensitive sensors, enables an improved light yield.
  • it is intended to specify a method for producing such a radiation converter.
  • the content of thallium is in the range of 200 ppm to 2000 ppm. - It has surprisingly been found that, for a ⁇ Ver the inventively proposed low content of thallium application a shift of the emission maximum for small values Neren results. With the proposed radiation converter, an improved light output can be achieved in combination with conventional photosensitive sensors.
  • the CsJ contains as a codoping an alkali metal.
  • the alkali metal may be selected from the following group of ⁇ : K, Na, Rb. It has proven particularly advantageous for the alkali metal to be present in an amount of from 0.1% by weight to 10.0% by weight. Causes to lower the provision of the proposed co-doping a further shift of the emission maximum of the phosphor layer Who th out ⁇ .
  • a concentration of Tl in the needle-shaped crystals along a z-axis of the crystals extending substantially perpendicular to the substrate surface does not deviate by more than 50% from an average concentration of Tl. It has been shown that a shift of the emission maximum is conveyed to lower values by a possible ho ⁇ neous distribution of Tl in CsI grating.
  • the measures proposed according to the invention it is mög ⁇ Lich that has an emission peak of the phosphor layer in the range of 500 nm nm to 520th
  • the emission maximum can of course be adjusted by varying the aforementioned parameters to a sensitivity maximum of the particular photosensitive sensor used.
  • the amount of TlJ is such that the content of thallium in the deposited phosphor layer is in the range from 200 ppm to 2000 ppm.
  • the respective one ⁇ utilisede amount of TlJ depends upon the particular conditions on ⁇ steam from. It can be determined within the scope of expert knowledge, depending on the particular vapor deposition conditions selected.
  • CsJ, TlJ and optionally the codoping simultaneously and deposit them from the vapor phase on the substrate.
  • CsJ and TlJ may be provided in two separate sources in the evaporator. It may also be that the two substances are present in a mixture and are evaporated from a single source.
  • alkali halide is evaporated from a separate source.
  • the alkali halide is in a mixture with CsJ and / or TlJ and is evaporated from a single source.
  • Fig. 1 shows an emission spectrum of a thallium-doped first CsJ layer
  • Fig. 2 is an emission spectrum of a doped with thallium and potassium second CsJ layer
  • FIG. 3 shows the emission spectrum according to FIG. 1 and FIG. 2 in FIG.
  • Tl layer is done in a conventional manner by vapor deposition, however, the CsJ and the TlJ are deposited simultaneously.
  • the content of Tl average ⁇ be Lich about 1500 ppm.
  • the Tl has been particularly homogeneously contained in the acicular CsJ crystals.
  • the content of Tl, the crystals which in sentlichen We ⁇ is in a z-axis perpendicular to a substrate surface, Weni ⁇ ger exceed 50% compared to the average concentration of Tl.
  • the emission maximum of a layer produced in this way is approximately in the region of 530 nm.
  • the emission spectrum has been analyzed by conventional methods. As can be seen from FIG. 1, the emission spectrum is composed of three individual peaks whose maximum lies approximately at 400 nm, 480 nm and 560 nm, respectively.
  • Fig. 2 shows an emission spectrum of a second CsJ layer which has been doped with the same content of thallium as the layer shown in Fig. 1.
  • KJ is used here in the production of the layer as codoping in an amount such that potassium has been contained in the crystals produced in a content of about 0.5% by weight.
  • the addition of an alkali metal as a codoping, especially of potassium causes the peak to be higher in the region of 480 nm and the peak to become smaller at 560 nm. Overall, this results in a shift of the emission maximum to a value in the range of 500 nm.
  • codoping of alkali exceeds values of 0.5% by weight, it has proven expedient to additionally prepare the produced layers for about 40 to 80 minutes at a temperature of 200 ° C. to 300 ° C. in air, inert gas or To anneal the vacuum. With this measure it is possible to lower the peak with Ma ⁇ maximum at 560 nm and thus to shift the emission Maxi mum ⁇ towards smaller values.
  • FIG. 3 again shows in comparison the emission spectrum of the first layer shown in FIG. 1, the second layer shown in FIG. 2 and a third layer according to the prior art.
  • the second layer doped with thallium and potassium shows an emission maximum in the range of 500 nm which is particularly suitable for combination with conventional photosensitive sensors.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strahlungswandler bei dem auf einem Substrat eine aus nadelförmigen Kristallen gebildete Leuchtstoffschicht aufgebracht ist, wobei die Kristalle aus mit Tl dotiertem CsJ bestehen. Zur Verschiebung des Emissionsspektrums zu kleineren Werten hin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Gehalt an Tl im Bereich von 200 ppm bis 2000 ppm liegt.

Description

Beschreibung
Strahlungswandler und Verfahren zur Herstellung des Strahlungswandlers
Die Erfindung betrifft einen Strahlungswandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Strahlungswandlers nach dem O- berbegriff des Anspruchs 7.
Strahlungswandler finden in der bildgebenden medizintechnischen Diagnostik Anwendung. Sie werden insbesondere bei Rönt- genbildverstärkern, Röntgendetektoren und Röntgenfilmaufnahmen als Verstärkerfolien, bei Speicherleuchtstoffbildsystemen und bei Kameras eingesetzt. Bei solchen Strahlungswandlern wird hochenergetische Strahlung in einer Szintillator- bzw. Leuchtstoffschicht absorbiert und in Licht gewandelt. Dieses Licht wird mittels Fotodioden oder CCDs detektiert und über eine nachgeschaltete Elektronik ausgewertet.
Sofern zur Herstellung der Leuchtstoffschicht Alkalihalogenide, beispielsweise CsJ: Tl, verwendet werden, liegt ein Emis¬ sionsmaximum des erzeugten Lichts nach dem Stand der Technik üblicherweise im Bereich von 540 nm bis 560 nm. Eine maximale Empfindlichkeit von Fotodioden und CCDs liegt dagegen im Be¬ reich von 500 nm bis 520 nm. Das führt zu einem Verlust am Lichtausbeute, welcher durch eine unerwünschte Erhöhung der Dosis kompensiert werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Strahlungswandler angegebenen werden, der in Kombination mit herkömmlichen lichtempfindlichen Sensoren eine verbesserte Lichtausbeute ermöglicht. Nach einem weiteren Ziel der Erfin- düng soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Strahlungswandlers angegeben werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 6 und 8 bis 12.
Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gehalt an Thallium im Bereich von 200 ppm bis 2000 ppm liegt. - Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass bei einer Ver¬ wendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen geringen Gehalts an Thallium eine Verschiebung des Emissionsmaximums zu klei- neren Werten sich ergibt. Mit dem vorgeschlagenen Strahlungswandler kann in Kombination mit herkömmlichen lichtempfindlichen Sensoren eine verbesserte Lichtausbeute erreicht werden.
Vorteilhafterweise enthält das CsJ als Codotierung ein Alka- limetall. Das Alkalimetall kann aus der folgenden Gruppe aus¬ gewählt sein: K, Na, Rb. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass das Alkalimetall in einer Menge von 0,1 Gew.% bis 10,0 Gew.% enthalten ist. Das Vorsehen der vorgeschlagenen Codotierung bewirkt eine weitere Verschiebung des Emissionsmaximums der LeuchtstoffSchicht zu niedrigeren Wer¬ ten hin.
Zweckmäßigerweise weicht eine Konzentration an Tl in den na- delförmigen Kristallen entlang einer zur Substratoberfläche im Wesentlichen senkrecht verlaufenden z-Achse der Kristalle um nicht mehr als 50% gegenüber einer mittleren Konzentration an Tl ab. Es hat sich gezeigt, dass durch eine möglichst ho¬ mogene Verteilung von Tl im CsJ-Gitter eine Verschiebung des Emissionsmaximums zu niedrigeren Werten hin gefördert wird.
Mit den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen ist es mög¬ lich, dass ein Emissionsmaximum der LeuchtstoffSchicht im Bereich von 500 nm bis 520 nm liegt. Das Emissionsmaximum kann durch Variation der vorgenannten Parameter selbstverständlich an ein Empfindlichkeitsmaximum des jeweils verwendeten lichtempfindlichen Sensors angepasst werden. Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Strahlungswandlers vorgeschlagen, dass die Menge an TlJ so bemessen ist, dass der Gehalt an Thallium in der abgeschiedenen LeuchtstoffSchicht im Bereich von 200 ppm bis 2000 ppm liegt. - Die jeweils ein¬ zusetzende Menge an TlJ hängt von den jeweils gewählten Auf¬ dampfbedingungen ab. Sie kann im Rahmen fachmännischen Könnens in Abhängigkeit der jeweils gewählten Aufdampfbedingun- gen ermittelt werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, in Abkehr vom Stand der Technik CsJ, TlJ und ggf. die Codotierung gleichzeitig zu verdampfen und aus der Dampfphase auf dem Substrat abzuscheiden. Damit kann eine besonders hohe homogene Vertei- lung von Thallium im CsJ-Gitter und infolgedessen überraschenderweise eine Verschiebung des Emissionsmaximums zu kleineren Werten hin erreicht werden. Zur gleichzeitigen Verdampfung können CsJ und TlJ in zwei separaten Quellen in der Verdampfungseinrichtung vorgesehen sein. Es kann aber auch sein, dass die beiden Stoffe in einer Mischung vorliegen und aus einer einzigen Quelle verdampft werden.
In ähnlicher Weise kann das vorteilhafterweise als Codotie¬ rung vorgesehene Alkalihalogenid entweder aus einer separaten Quelle verdampft werden. Es kann aber auch sein, dass das Alkalihalogenid in einer Mischung mit CsJ und/oder TlJ vorliegt und aus einer einzigen Quelle verdampft wird.
Wegen der weiteren verfahrensgemäßen Ausgestaltungen wird auf die Ausgestaltungen der LeuchtstoffSchicht verwiesen, die sinngemäß auf das Verfahren übertragen werden können.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Emissionsspektrum einer mit Thallium dotierten ersten CsJ-Schicht, Fig. 2 ein Emissionsspektrum einer mit Thallium und Kalium dotierten zweiten CsJ-Schicht und
Fig. 3 das Emissionsspektrum nach Fig. 1 und Fig. 2 im
Vergleich zu einer dritten CsJ: Tl-Schicht nach dem Stand der Technik.
Fig. 1 zeigt ein Emissionsspektrum einer mit Thallium dotier- ten CsJ-Schicht. Die Herstellung der CsJ: Tl Schicht ist in herkömmlicher Weise durch Aufdampfen erfolgt, wobei allerdings das CsJ und das TlJ gleichzeitig aufgedampft werden. In der hergestellten Schicht hat der Gehalt an Tl durchschnitt¬ lich etwa 1500 ppm betragen. Das Tl ist besonders homogen in den nadeiförmigen CsJ-Kristallen enthalten gewesen. Der Gehalt an Tl hat in einer z-Achse der Kristalle, welche im We¬ sentlichen senkrecht zu einer Substratoberfläche steht, weni¬ ger als 50% gegenüber der mittleren Konzentration an Tl betragen .
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, liegt das Emissionsmaximum einer solchermaßen hergestellten Schicht etwa im Bereich von 530 nm.
Das Emissionsspektrum ist mit herkömmlichen Methoden analysiert worden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, setzt sich das Emissionsspektrum aus drei Einzelpeaks zusammen, deren Maximum jeweils etwa bei 400 nm, 480 nm und 560 nm liegt.
Fig. 2 zeigt ein Emissionsspektrum einer zweiten CsJ-Schicht, welche mit demselben Gehalt an Thallium wie die in Fig. 1 gezeigte Schicht dotiert gewesen ist. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 gezeigten Schicht ist hier bei der Herstellung der Schicht als Codotierung KJ verwendet werden und zwar in einer Menge, so dass Kalium in den hergestellten Kristallen in einem Gehalt von etwa 0,5 Gew.% enthalten gewesen ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, bewirkt der Zusatz eines Alkalimetalls als Codotierung, insbesondere von Kalium, das der Peak im Bereich von 480 nm höher und der Peak mit Maximum bei 560 nm kleiner werden. Insgesamt ergibt sich damit eine Ver- Schiebung des Emissionsmaximums auf einen Wert im Bereich von 500 nm.
Sofern die Codotierung von Alkali Werte von 0,5 Gew.% übersteigt, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die hergestell- ten Schichten zusätzlich für etwa 40 bis 80 Minuten bei einer Temperatur von 2000C bis 3000C an Luft, Inertgas oder Vakuum zu tempern. Mit dieser Maßnahme gelingt es, den Peak mit Ma¬ ximum bei 560 nm zu erniedrigen und damit das Emissionsmaxi¬ mum zu kleineren Werten hin zu verschieben.
Fig. 3 zeigt nochmals im Vergleich das Emissionsspektrum der in Fig. 1 gezeigten ersten Schicht, der in Fig. 2 gezeigten zweiten Schicht und einer dritten Schicht nach dem Stand der Technik. Wie aus Fig. 3 klar ersichtlich ist, zeigt die mit Thallium und Kalium dotierte zweite Schicht ein für eine Kom¬ bination mit herkömmlichen lichtempfindlichen Sensoren besonders geeignetes Emissionsmaximum im Bereich von 500 nm.

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungswandler, bei dem auf einem Substrat eine aus na- delförmigen Kristallen gebildete LeuchtstoffSchicht aufge- bracht ist, wobei die Kristalle aus mit Tl dotiertem CsJ be¬ stehen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Gehalt an Tl im Bereich von 200 ppm bis 2000 ppm liegt.
2. Strahlungswandler nach Anspruch 1, wobei das CsJ als Codo- tierung ein Alkalimetall enthält.
3. Strahlungswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Alkalimetall aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: K, Na, Rb.
4. Strahlungswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Alkalimetall in einer Menge von 0,1 Gew.% bis 10,0
Gew.% enthalten ist.
5. Strahlungswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Konzentration an Tl in den nadeiförmigen Kristal- len entlang einer zur Substratoberfläche im Wesentlichen senkrecht verlaufenden z-Achse der Kristalle um nicht mehr als 50% gegenüber einer mittleren Konzentration an Tl abweicht .
6. Strahlungswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Emissionsmaximum der LeuchtstoffSchicht im Bereich von 500 bis 520 nm liegt.
7. Verfahren zur Herstellung eines Strahlungswandlers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtstoff¬ schicht durch Abscheiden von CsJ und TlJ aus der Dampfphase auf einem Substrat hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Menge an TlJ so bemessen ist, dass der Gehalt an Thalli- um in der abgeschiedenen LeuchtstoffSchicht im Bereich von 200 ppm bis 2000 ppm liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei des Weiteren als Codotie- rung ein Alkalihalogenid verdampft auf dem Substrat abge- schieden wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Alkalihalogenid aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Kaliumhalogenid, Natriumhalogenid, Rubidiumhalogenid .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei als Alkalihalogenid ein Alkalijodid verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Menge an Alkalihalogenid so bemessen ist, dass der Gehalt an
Alkalimetall in der in der abgeschiedenen LeuchtstoffSchicht im Bereich von 0,1 Gew.% bis 10,0 Gew.% liegt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das CsJ, das TlJ und ggf. die Codotierung gleichzeitig verdampft und aus der Dampfphase auf dem Substrat abgeschieden werden.
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