WO2011124421A2 - Detektor für ionisierende strahlung und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Detektor für ionisierende strahlung und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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WO2011124421A2
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Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/26—Measuring radiation intensity with resistance detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/085—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors the device being sensitive to very short wavelength, e.g. X-ray, Gamma-rays

Definitions

  • the invention relates to a detector element device, in particular a detector element device for detecting ionizing radiation, such as particle radiation and / or photon radiation, which has at least one substrate layer and at least one electrode layer. Furthermore, the invention relates to a detector device, in particular a detector device for detecting ionizing radiation such as particle radiation and / or photon radiation, which has at least one electronic evaluation unit.
  • the invention relates to a method for forming a detector element device and / or a Deiektor initiative.
  • ionizing radiation In technical installations in which ionizing radiation is generated or used and / or in which ionizing radiation is negatively noticed makes (for example, such that their existence must be numerically subtracted or extracted, for example), it is de facto indispensable to measure the existing ionizing radiation.
  • the measurement or detection of the ionizing radiation can be done to varying degrees.
  • ionizing radiation and possibly also their strength
  • the time at which the ionizing radiation occurred and / or the place of origin or occurrence of the ionizing radiation must be determined.
  • very high and demanding measuring accuracies may be required.
  • Particularly high demands on the measurement accuracy are usually in technical devices that are used for the purpose of medical therapeutic radiation and / or for research purposes.
  • a widely used type of detector is, for example, the so-called multi-wire chamber (English: multi wire chamber), which is composed of a plurality of mutually parallel, thin wires, wherein the wires are arranged in a gas-filled chamber. If, for example, a highly accelerated, electrically charged particle passes through the gas in the multiwire chamber, it ionizes the gas located there. The thus ionized gas and the released electrons drift to the biased wires. From the (time-resolved) charge distribution, which is registered at the individual wires, can be closed to the passage of the passed through the multi-wire chamber particle. In order to determine the transit location not only in one direction (x-axis), but in both spatial directions (ie in the x-y-plane), two crosswise arranged to each other Vie! Wire chambers can be used.
  • multi-wire chambers are relatively large volume of construction.
  • multi-wire chambers are relatively slow, so that between two individual measurements must be a relatively large time interval. If the dose is higher than the associated dose limit, it is still possible the charge arriving at the wires to integrate over time. Then, however, the temporal information that is often desired is lost. And even in this case, an upper limit exists when the so-called space charge limit is reached at which the generated charge is shielded and remains in the volume of the multi-wire chamber. This leads to the fact that multi-wire chambers often can not be used sensibly or even not at high or very high doses of ionizing radiation.
  • detectors using crystalline sensor elements using both monocrystalline, and also polycrystalline sensor layers.
  • the crystalline layers are coated with metal electrodes. If, for example, an ionizing particle passes through the crystalline layer, it becomes electrically conductive for a short time. This results in a transfer of charge between the two electrode surfaces, which are mounted on the mutually opposite surfaces of the actual sensor layer.
  • the electrodes are generally structured in order to be able to extract location information from the electrodes.
  • the electrodes are realized on at least one side as an arrangement of individual electrode pixels (pixel array). A more precise spatial resolution is possible by increasing the number of individual electrode surfaces (and thus reducing the corresponding pixel area).
  • the object of the invention is thus to propose a comparison with the prior art improved detector element device. Another object of the invention is to propose a comparison with the prior art improved detector device. Another object of the invention is to propose a method which is improved over the prior art for forming a detector element device or for forming a detector device.
  • the proposed detector element device, the proposed detector device, or the proposed method solve this problem.
  • the detector element device can in particular be a detector element device for detecting ionizing radiation, such as, for example, particle radiation and / or photon radiation.
  • the detector element device can be used in particular as the actual sensor element for a detector device. In principle, it is of course also conceivable that the detector element device is used for other purposes.
  • the photon radiation may in particular be X-radiation and / or gamma radiation.
  • the material layer referred to herein as the substrate layer which has diamond material produced at least in some areas hetero-epitaxially, constitutes the actual sensor layer or detection layer.
  • the detection of ionizing radiation takes place in that the proposed hetero-epitaxially produced diamond material!
  • a signal for example X-ray radiation, gamma radiation, other high-energy photon radiation, passage of an electrically charged particle, etc.
  • charge carriers are generated (in particular electron-hole pairs). These charge carriers drift in the outer electric field generated by the electrodes to the respective electrodes and are "sucked off” there so that they can be registered and quantified by a downstream measuring electronics.
  • the charge carriers resulting in the registration of the sensor signal are particularly well spatially limited in the substrate, are very limited in time and / or a high number of charge carriers occurs.
  • the electrode layer or the electrode layers are generally only "auxiliary layers" which serve to provide a bias voltage (electric field, etc.) and / or the meaningful dissipation of an electrical signal generated by the substrate layer
  • the electrode layers should have the lowest possible noise, good electrical conductivity, high mechanical stability and the best possible signal-to-noise ratio, but it should be pointed out that the The use of diamond-like carbon for at least one electrode layer generally gives particularly advantageous results, precisely because diamond-like carbon initially has (partially) disadvantageous properties for electrodes Diamond has a degraded signal-to-noise ratio and increased electrical resistance.
  • the inventors have found that diamond-like carbon iung comparatively short electrical signals without changing the shape of the electrical signal allows, so that in particular the time resolution of the resulting detector element device can increase significantly in part. These advantages can usually overcompensate for the disadvantages caused by the use of diamond-like carbon.
  • the electrical charge carriers let through from the substrate layer can thus be dissipated in a particularly advantageous, particularly efficient and particularly rapid manner in general.
  • the detector element device can be particularly advantageous in terms of its time resolution.
  • the detector element device can be available again particularly quickly for the detection of a further signal.
  • Another advantage of using diamond-like carbon as the electrode layer in combination with hetero-epitaxially generated diamond material as the substrate layer is that both layers are based on the same chemical material, and thus neither interfaces are formed by a potential difference at the contact surface, nor (significant) Polarization effects occur. Thus, (at least essentially) purely ohmic contacts can arise, which allow a good, efficient decoupling of the generated electrical signals. In addition, the resistance value can be adjusted, which allows a good adaptation to the optionally downstream measuring electronics.
  • the electrode layer in particular the diamond-like carbon, can be produced (directly) on the substrate layer (in particular the hetero-epitaxially produced diamond material) by processes known per se, for example by vapor deposition (in particular chemical vapor deposition CVD and / or physical vapor deposition PVD).
  • vapor deposition in particular chemical vapor deposition CVD and / or physical vapor deposition PVD
  • the coating can be carried out in the same process with slightly changed process parameters.
  • the workpiece usually does not have to be spent in a new coating plant, so that the vacuum can be maintained continuously uninterrupted. This can on the one hand avoid contamination (which generally leads to a deterioration of the properties of the Deiektorelement Surprise), as well as the process speed and the cost of the manufacturing process (which may arise, for example, by an additional cleaning step) reduce.
  • Hetero-epitaxially generated diamond material is usually characterized in that the diamond layer is formed on a "base layer” (starter layer) made of a material other than diamond, and there is a substantial difference to previously known homo-epitaxially deposited diamond material, which is commonly used
  • a “wrong” starting layer namely the starter layer
  • the starter layer usually has a different lattice constant than natural diamond.
  • a particularly good location-and time-resolved determination of ionizing radiation can be realized.
  • hetero-epitaxially produced diamond material is that it is not limited in size to the size of naturally occurring diamonds (usually in the range of 1 cm x 1 cm).
  • detector element devices of wafer size (in particular 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm, 60 cm). and 70 cm size). This makes it possible in particular, even with only a few detector element devices - and finally, to be able to carry out detector devices - large-scale and complex measuring tasks.
  • the use of diamond-like carbon, especially diamond-like carbon on hetero-epitaxially grown diamond material typically results in particularly advantageous electrical properties.
  • the discharge rate of the electrical signals can be variably set here.
  • dissipation rates it may be possible for dissipation rates to be in the range of rate of charge dissipation from metallic electrodes, sometimes even higher than for such metallic electrodes.
  • the count rate that can be measured with the detector element device can increase significantly again.
  • the derivative velocity is chosen to be lower. This can result in a higher resolution with respect to the positional accuracy of the measurement.
  • a measuring electronics can better resolve the timing of the signal, and thus determine the location better and more accurate.
  • Another particular advantage of using hetero-epitaxially produced diamond material and / or diamond-like carbon is that both are carbon based and thus particularly biocompatible. This can be of particular advantage for medical tasks, in particular when the detector material comes into contact with tissue and / or when it is important for the detector to have tissue-equivalent properties in a measurement arrangement, in particular with respect to the energy loss of a continuous particle beam.
  • Another advantage of carbon is that carbon has proven to be particularly hard-hitting and vacuum-resistant.
  • the proposed detector element device can be used for corresponding counting tasks or in the corresponding environmental conditions.
  • the at least one substrate layer is at least partially substantially formed of hetero-epitaxially produced diamond material and / or the at least one electrode layer is formed at least partially substantially of diamond-like carbon. Thanks to this structure, it is possible that the properties of the respective layers, both individually and in combination, can be further improved. In addition, the production process of the at least one substrate layer, which facilitate at least one electrode layer and / or the detector element device, can also be simplified.
  • the detector element device has at least one second electrode layer, which preferably has at least partially diamond-like carbon and / or at least partially a metal and is particularly preferably at least partially substantially of diamond-like carbon and / or at least partially substantially formed of a metal ,
  • the at least one second electrode layer is arranged on the side of the substrate layer opposite the first electrode layer.
  • At least one substrate layer and / or at least one electrode layer is formed like a surface in the case of the detector element device and is preferably designed to be substantially unstructured at least in regions in the surface.
  • measurement pulses can be detected and relayed over a particularly large area, whereby the measurement accuracy of the resulting detector can be increased.
  • the at least one electrode layer preferably of all electrode layers
  • the attenuation of the detector element device for ionizing radiation can be further reduced, so that the detector element device can be used particularly advantageously as a transmission detector.
  • the composition of continuous radiation usually does not change or only slightly changes when laminar (especially thin) layers (in particular electrode layers) are used.
  • laminar (especially thin) layers in particular electrode layers
  • the finally resulting detector can be realized with a simpler measuring electronics.
  • the measuring electronics can sometimes have significantly fewer channels.
  • the optionally required measurement accuracy for position measurements can be realized for example by differences in transit time, charge carrier separations and / or the like.
  • At least one electrode layer is at least partially in the detector element device as electrically fast-conducting electrode layer and / or as e lektrisch peak-sustaining electrode layer and / or as an electrically peak-elevating electrode layer and / or as a positionally variable electrode layer and / or is designed as a deeply variable electrode layer.
  • a particularly small time delay is possible in a measurement using the detector element device.
  • the resulting detector element device can then be suitable for particularly high count rates.
  • the resulting detector element device can realize a particularly good spatial resolution.
  • the electrode layer is formed as a peak-elevating electrode layer (that is, the charge peak generated by the substrate is not only passed unchanged shape, but is even "sharper" by the transfer in the electrode layer, so
  • the electrode layer is formed as a positionally variable electrode layer, that is to say that the electrode layer has a different configuration as a function of the location in the xy plane - n 'aieigenschaften refer electrical properties and / or dopings for a depth variable electrode layer a certain change in the material of the electrode layer in the z-axis (that is substantially perpendicular to the plane of the electrode layer or to the plane of the substrate layer) implemented with positionsver.
  • variable and / or deep-variable formation of the electrode layer in particular, the above-mentioned electrically fast-conducting, electrically peak-preserving and / or electrical peak-exaggerating embodiments of the electrode layer descending. se of the detector element device can be realized (but this can also be done in other ways if necessary).
  • the detector element device is designed as a position-sensitive detector element device.
  • the detector element device (and thus the optionally resulting detector) is designed and set up in such a way that a spatially resolved measurement-as accurate as possible-is possible.
  • a further advantageous construction of the detector element device may result if it is at least partially designed as a transmission Deiektorelement Published and / or at least partially as Absorbtions- detector element means.
  • Such detector element devices are often required in practice.
  • the configuration of the detector element device as a transmission detector element device and / or absorption detector element device can be realized, in particular, by the choice of one or more electrode devices suitable for this purpose. This again shows the particularly universal applicability of the proposed detector element device.
  • the detector device may be a detector device for detecting ionizing radiation, in particular particle radiation and / or photon radiation (for example X-radiation or gamma radiation).
  • a number of electronic are provided, which is n * 1, n * 2, n * 4, n * 6 or n * 8 (with the above n). This number may in particular also relate to the number of evaluation channels.
  • At least one electronic evaluation unit is at least partially designed as a time difference evaluation unit and / or at least partially as a pulse shape evaluation unit. If the electronic evaluation unit uses such measuring principles, it is generally possible to realize the already mentioned high spatial resolution even with a relatively small number of electronic evaluation units or electronic evaluation channels. As a result, in particular a particularly cost-effective detector device can be realized.
  • the measurement principle of the transit time difference evaluation unit can be based on the fact that a generated charge carrier cloud propagates in different spatial directions. A Meßabgriff, for example, takes place at two or four edges of a detector element device, the required position information (location information) for Make available. Additionally or alternatively, the pulse width of the electrical impulse can also be used for this purpose.
  • the at least one substrate layer is formed on at least one starter layer, preferably using additional intermediate layers, and at least an electrode layer is produced directly on the at least one substrate layer.
  • the at least one starter layer may be a layer which at least partially comprises a material other than diamond, in particular rough diamond or natural diamond.
  • the starter layer may be a silicon wafer.
  • the method can be carried out particularly advantageously if at least one starter layer and / or at least one intermediate layer at least partially comprises iridium, YSZ (yttria-stabilized zirconium) and / or silicon (in particular monocrystalline silicon) offers itself in particular as a starter layer, whereas iridium and / or YSZ offer a particular extent as an intermediate layer.
  • iridium, YSZ yttria-stabilized zirconium
  • silicon in particular monocrystalline silicon
  • the method is carried out such that the at least one starter layer and / or the at least one intermediate layer is at least partially and / or at least partially removed after formation of the at least one substrate layer and optionally the at least one electrode layer.
  • the quality and / or the replaceability of the resulting detector element device can usually be further improved.
  • the deposition method for producing the at least one substrate layer and / or the at least one electrode layer is performed such that the substrate layer or the electrode layer has a desired electrical behavior.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a detector with a sensor element designed as an absorption sensor in a schematic, perspective view
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a sensor element designed as a transmission sensor element in a schematic, perspective view
  • FIG. 3 shows a multilayer arrangement to illustrate the adaptation of the different lattice constants in the context of the production of hetero-epitaxially produced diamond and / or diamond-like carbon in the lateral cross-section;
  • FIG. 4 shows a schematic process for the production of hetero-epitaxially produced diamond material provided with electrodes.
  • FIG. 1 shows a schematic, perspective view of a detector 1 for detecting ionizing radiation, in particular for detecting high-energy particle radiation 3 (especially of electrically charged particles-shown in FIG. 1 by the particle beam 3).
  • the actual detection of the particle radiation 3 takes place in the sensor element 2.
  • the sensor element 2 has a planar shape and is designed as a substantially parallelepiped-like body. It is possible in this case for the sensor element 2 to have a larger area (for example also in the range of 10 cm ⁇ 10 cm and, for example, also larger), the thickness of the sensor element 2 typically being in the range of a few mm (for example 0.2 cm).
  • the sensor element 2 has a middle substrate layer 4 of hetero-epitaxially produced diamond material.
  • the substrate layer 4 the actual detection of the Generalchenstrahiung 3.
  • an electrode layer 5, 6 is applied in each case.
  • the electrode layer 6 lying below in FIG. 1 is an electrode layer 6 made of metal. Since the metal electrode layer 6 for particle radiation 3 is quite opaque, the sensor element 2 is de facto a so-called absorption sensor.
  • an electrical voltage is applied to the two electrode layers 5, 6 with the aid of a voltage source 7.
  • the voltage source 7 is designed to be "sluggish” in such a way that short-term voltage fluctuations can occur on or at the electrode layers 5, 6, which voltage fluctuations can be registered as a result of the measuring electronics 13.
  • the particle 3 in the "actually detecting" substrate layer 4 at the impact location 8 (in reality a trajectory) generates one or more electrical charge carriers the charge carriers thus generated lead to a transfer of electrical charge into the two electrode layers 5, 6.
  • the "charge cloud” (which is initially concentrated around the region of the point of incidence 8), which is thereby produced in particular in the DLC electrode layer 5, now migrates to the side arranged on the DLC electrode layer 5 electrically conductive strip 9 (which in this case consist of gold) from.
  • the electrical charges migrate at with a finite speed from the impact location 8 to the conductive strip 9 from. The speed (which is generally below the speed of light) depends on the electrical properties of the DLC electrode layer 5.
  • the measuring electronics 13 is known per se and in this case in Fig. 1st shown only schematically.
  • the measuring electronics 13 may, for example, be a unit which measures and analyzes the transit time difference between the signals detected by the two conductive strips 9. Additionally or alternatively, the pulse shapes detected by the conductive strips 9 can also be measured and analyzed. From this it is possible-in a manner known per se-to deduce the position of the point of incidence 8 within the sensor element 2.
  • the substrate layer 4 of hetero-epitaxially produced diamond material generates electrical signals (for example, very rapid generation of charge carriers, locally localized charge cloud, etc.), which have particularly advantageous properties for the detection of ionizing radiation.
  • electrical signals for example, very rapid generation of charge carriers, locally localized charge cloud, etc.
  • the substrate layer of hetero-epitaxially produced diamond material has a comparatively large number of imperfections, which, however, are surprisingly usually distributed relatively regularly. This leads to the mentioned, for the detection of ionizing radiation particularly advantageous material properties of hetero-epitaxially produced diamond material.
  • the use in the case of the formation of hetero-epitaxially produced diamond materials as the substrate layer "high-quality" initial charge clouds are produced in the electrode layers 5, 6.
  • the diamond-like carbon DLC electrode layer 5 has a particularly high electrical conductivity.
  • the electrical properties of the DLC electrode layer 5 can be varied within a wide range and optimally selected for the respective application.
  • the DLC electrode layer 5 passes the generated charge peaks (charge clouds) such that there is no deterioration of the signals (peak-receiving line).
  • the signal is split in several directions (the division being made such that the shape of the charge peak at least substantially does not change). As a result, the signal can be registered on different electrically conductive strips 9.
  • the DLC electrode layer 5 and the substrate layer 4 each consist of a carbon material.
  • carbon is biocompatible (with little or no problem, in particular in medical applications) and, moreover, it is particularly radiation-hard (resistant to radioactive radiation), so that the sensor element 2 can also be used in areas of high radioactivity for measurement purposes.
  • the sensor element 2 is particularly scratch-resistant due to the special choice of electrode layer 5 and substrate layer 4.
  • the electrical transition between the electron layer 5 and the substrate layer 4 is due to the special choice of material usually pure ohmic, so that the resulting charges can be coupled out particularly efficiently (typically, essentially 100% decoupling of the upcoming e-! ektrischen charge).
  • a second embodiment of a sensor element 14 is shown in a schematic, perspective view. Identical or similar objects are denoted by the same reference numerals.
  • the electronic components as well as additional “auxiliary electrodes” such as the electrically conductive strips 9 shown in Fig. 1 have not been illustrated in the drawing
  • the sensor element 4 comprises - analogously to the sensor element 2 shown in Fig. 1 - a heterogeneous substrate layer 4.
  • an electrode layer 15, 16 is formed on both surfaces, whereby both electrode layers 15, 16 are formed as DLC electrode layers 15, 16, ie they consist essentially of diamond-like carbon due to the good permeability of diamond-like carbon for particle radiation 3, the sensor element 14 can thus be used as a transmission sensor.
  • FIG. 4 shows a schematic view of a production method 17 for a sensor element (for example, a sensor element 2, 14 shown in FIG. 1 or FIG. 2).
  • a starter layer is provided 18.
  • the starter layer may be provided, for example, in the form of a silicon substrate 19 (monocrystalline silicon) (see FIG. 3).
  • the surface of the silicon substrate 19 is first cleaned by methods known per se, so that further layers can be applied to the silicon substrate 19.
  • two intermediate layers 21, 22 are applied to the silicon substrate 19 in the presently illustrated embodiment Vacuum.
  • the deposition may be by physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD) or the like.
  • the two intermediate layers consist of YSZ 21 (for yttrium-stabilized zirconium, English: Yttria Stabiiised Zirkonia) and of an iridium layer 22.
  • the two intermediate layers 21, 22 ensure a successive change in the lattice constants.
  • the lattice constants of silicon 19 and hetero-epitaxially grown diamond 23 are so different that, if silicon diamond hetero-epitaxially grown 23 were to be applied directly to silicon 19, defects would occur which would compromise the quality of hetero-epitaxially grown diamond substrate layers 4 23 would deteriorate to the point of uselessness.
  • the layer of hetero-epitaxially produced diamond material 23 (HED layer 23) is finally applied in method step 24.
  • This HED layer 23 forms the substrate layer 4 which performs the "actual measurement" in the finished sensor elements 2, 14.
  • the HED layer 23 can also be applied by PVD or CVD methods, for example diamond-like material 29 (DLC, English Diamond Like Carbon) applied to the HED layer 23 in step 25. This can also be done immediately after the formation of the HED layer 23, wherein in particular the same material-releasing electrodes can be used In general, it is sufficient that the detail parameters of the PVD or CVD process are changed.
  • the "auxiliary layers" ie the silicon substrate 19, the YSZ layer 21 and the iridium layer 22
  • known method steps 28 may then be followed by, for example, a second electrode layer (for example of metal 6 and / or of DLC 16) on the The reverse side is in this case designated in particular as the side facing away from the radiation in the measurement of a radiation with the HED layer 23.
  • the electrically conductive strips 9 and / or other electrical constructions can also be applied. taktmaschineen and possibly other structural features are executed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Detektorelementeinrichtung (2, 14) zur Detektion von Partikelstrahlung (3). Die Detektorelementeinrichtung (2, 14) weist eine Substratschicht (4) sowie zwei Elektrodenschichten (5, 6, 15, 16) auf. Die Substratschicht (4) besteht zumindest bereichsweise aus hetero-epitaxial erzeugtem Diamantmaterial (23), während zumindest eine Elektrodenschicht (5, 6, 15, 16) zumindest bereichsweise aus diamantartigem Kohlenstoff (29) besteht.

Description

Detektor für ionisierende Strahlung und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Detektorelementeinrichtung, insbesondere eine Detektorelementeinrichtung zur Detektion von ionisierender Strahlung, wie Partikelstrahlung und/oder Photonenstrahlung, die zumindest eine Substrat- schicht sowie zumindest eine Elektrodenschicht aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Detektoreinrichtung, insbesondere eine Detektoreinrichtung zur Detektion von ionisierender Strahlung wie Partikelstrahlung und/oder Photonenstrahlung, die zumindest eine elektronische Auswertungseinheit aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ausbildung einer Detektorelementeinrichtung und/oder einer Deiektoreinrichtung.
Bei technischen Anlagen, bei denen ionisierende Strahlung erzeugt bzw. ge- nutzt wird und/oder bei denen sich ionisierende Strahlung negativ bemerkt macht (beispielsweise derart, dass deren Existenz beispielsweise numerisch subtrahiert oder extrahiert werden muss) ist es de facto unabdingbar, die vorhandene ionisierende Strahlung zu messen. Die Messung bzw. Detektion der ionisierenden Strahlung kann dabei in unterschiedlichem Umfang erfolgen.
Beispielsweise kann es sich in manchen Anwendungsfällen als ausreichend erweisen, dass lediglich das Vorhandensein ionisierender Strahlung (gegebenenfalls auch deren Stärke) nachgewiesen werden muss. Dies ist beispielsweise bei„Lichtschranken", die ionisierende Strahlung nutzen, oder bei manchen Materialprüfungsverfahren der Fall.
Bei anderen Anwendungsgebieten muss dagegen auch die Zeit, zu der die ionisierende Strahlung auftrat und/oder der Ort der Entstehung oder des Auftretens der ionisierenden Strahlung bestimmt werden. Je nach konkretem technischem Anwendungsgebiet können hierbei sehr hohe und anspruchsvolle Messgenauigkeiten erforderlich sein. Besonders hohe Anforderungen an die Messgenauigkeit liegen dabei in der Regel bei technischen Vorrichtungen vor, die zum Zwecke der medizinischen therapeutischen Bestrahlung und/oder zu Forschungszwecken verwendet werden.
Rein beispielhaft ist hier das technische Gebiet der Anmelderin zu nennen, nämlich die Verwendung von Teilchenbeschleunigern, insbesondere von Schwerionen-Teilchenbeschleunigern zu Forschungszwecken sowie zum Teil zu medizinischen Therapiezwecken. Hier kann es sich beispielsweise als erforderlich erweisen, die Lage des Teilchenstrahls vor dem Auftreffen auf ein Target und/oder auf einen Patienten hochgenau zu vermessen. Auch kann es sich als erforderlich erweisen die beim Auftreffen des Teilchen¬ strahls auf ein Target bzw. auf einen Patienten erzeugte Sekundärstrahlung zu vermessen, die beispielsweise Aussagen über die physikalischen Vorgänge beim Auftreffen des Teilchenstrahls auf das Target und/oder auf den effektiven Therapieort innerhalb des Patienten im Rahmen einer medizinischen Therapie ermöglicht. In beiden Fällen ist aus leicht einsichtigen Gründen eine möglichst hohe Messgenauigkeit erwünscht. Selbstverständlich spielen hierbei auch weitere Aspekte eine Rolle, wie beispielsweise wirtschaftliche Aspekte, eine kompakte Bauweise und/oder eine möglichst große Unempfindlichkeit des Detektors gegenüber den zu erwartenden Einsaizbe- dingungen (beispielsweise Einsatz im Hochvakuum).
Zur Umsetzung dieses vielfältigen Anforderungsprofils wurden im Stand der Technik bereits unterschiedlichste Lösungen vorgeschlagen.
Ein weit verbreiteter Detektortyp ist beispielsweise die sogenannten Viel- drahtkammer (englisch: multi wire Chamber), die aus einer Vielzahl von jeweils parallel zueinander angeordneten, dünnen Drähten aufgebaut ist, wobei die Drähte in einer gasgefüllten Kammer angeordnet sind. Tritt beispielsweise ein hochbeschleunigtes, elektrisch geladenes Teilchen durch das Gas in der Vieldrahtkammer hindurch, so ionisiert es das dort befindliche Gas. Das derart ionisierte Gas sowie die dabei freigesetzten Elektronen driften zu den mit einer Vorspannung versehenen Drähten. Aus der (zeitaufgelösten) Ladungsverteilung, die an den einzelnen Drähten registriert wird, kann auf den Durchgangsort des durch die Vieldrahtkammer hindurch gegangenen Teilchens geschlossen werden. Um den Durchgangsort nicht nur in einer Richtung (x-Achse), sondern in beiden Raumrichtungen (also in der x-y- Ebene) ermitteln zu können, können zwei kreuzweise zueinander angeordnete Vie!drahtkammern genutzt werden.
Problematisch ist bei derartigen Vieldrahtkammern deren relativ großes Bauvolumen. Darüber hinaus sind Vieldrahtkammern relativ langsam, sodass zwischen zwei einzelnen Messungen ein relativ großer zeitlicher Abstand liegen muss. Liegt die Dosis höher als der damit einhergehende Dosisgrenzwert, so ist es zwar noch möglich die an den Drähten eintreffende Ladung über die Zeit zu integrieren. Dann geht jedoch die zeitliche Information verloren, die oftmals erwünscht ist. Und auch in diesem Fall liegt ein oberer Grenzwert vor, wenn das so genannte Raumladungslimit erreicht wird, bei dem die erzeugte Ladung abgeschirmt wird und im Volumen der Vieldraht- kammer verbleibt. Dies führt dazu, dass Vieldrahtkammern bei hohen oder sehr hohen Dosen ionisierender Strahlung oftmals nicht sinnvoll beziehungsweise überhaupt nicht verwendet werden können.
Ein weiterer Detektortyp sind Detektoren unter Verwendung von kristallinen Sensorelementen (wobei sowohl mono-kristalline, also auch poly-kristalline Sensorschichten verwendet werden). Die kristallinen Schichten werden dabei mit Metallelektroden beschichtet. Tritt beispielsweise ein ionisierendes Teilchen durch die kristalline Schicht hindurch, so wird diese kurzzeitig elektrisch leitfähig. Dadurch erfolgt ein Ladungsübertritt zwischen den beiden E- lektrodenflächen, die auf den einander gegenüber liegenden Oberflächen der eigentlichen Sensorschicht angebracht sind. Um eine ortsaufgelöste Messung des Durchtritts des ionisierenden Teilchens realisieren zu können, werden die Elektroden in aller Regel strukturiert ausgebildet, um den Elektroden eine Ortsinformation entnehmen zu können. Üblicherweise werden die Elektroden zumindest auf einer Seite als Anordnung von einzelnen Elektrodenpixeln realisiert (Pixel-Array). Eine genauere Ortsauflösung ist durch Erhöhung der Anzahl der einzelnen Elektrodenflächen (und damit Verkleinerung der dazu korrespondierenden Pixelfläche) möglich. Problematisch ist hierbei, dass pro Pixelelement üblicherweise eine eigene Auswerteelektronik erforderlich ist. Mit steigender Ortsauflösung des Detektors kommt es damit zu einer starken Zunahme der erforderlichen Messelektronik. Soll der Detektor darüber hinaus noch eine hohe Zeitauflösung aufweisen (insbesondere um eine hohe Zählrate realisieren zu können), so muss die ohnehin umfangreiche Messelektronik darüber hinaus besonders breitbandig (typisch sind hier zumindest Gigaherz-Bandbreiten) ausgeführt werden, was die Kosten nochmals stark ansteigen lässt. Dies führt rasch zu einer wirtschaftlich motivierten Beschränkung der möglichen Messauflösung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Detektorelementeinrichtung vorzuschlagen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Detektoreinrichtung vorzuschlagen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Ausbildung einer Detektorelementeinrichtung bzw. zur Ausbildung einer Detektoreinrichtung vorzuschlagen.
Die vorgeschlagene Detektorelementeinrichtung, die vorgeschlagene Detektoreinrichtung, bzw. das vorgeschlagene Verfahren lösen diese Aufgabe.
Es wird vorgeschlagen, eine Detektorelementeinrichtung, die zumindest eine Substratschicht sowie zumindest eine Elektrodenschicht aufweist, derart auszubilden, dass die zumindest eine Substratschicht zumindest bereichsweise hetero-epitaxial erzeugtes Diamantmaterial aufweist und die zumindest eine Elektrodenschicht zumindest bereichsweise diamantartigen Kohlenstoff aufweist. Bei der Detektorelementeinrichtung kann es sich insbesondere um eine Detektorelementeinrichtung zur Detektion von ionisierender Strahlung, wie beispielsweise Partikelstrahlung und/oder Photonenstrahlung handeln. Die Detektorelementeinrichtung ist insbesondere als das eigentliche Sensorelement für eine Detektoreinrichtung verwendbar. Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, dass die Detektorelementeinrichtung zu anderen Zwecken verwendet wird. Bei der Photonenstrahlung kann es sich insbesondere um Röntgenstrahlung und/oder Gammastrahlung handeln. In der Regel stellt die vorliegend als Substratschicht bezeichnete Materialschicht, die zumindest bereichsweise hetero-epitaxial erzeugtes Diamantmaterial aufweist, die eigentliche Sensorschicht bzw. Detektionsschicht dar. Üblicherweise erfolgt die Detektion von ionisierender Strahlung dadurch, dass in dem vorgeschlagenen hetero-epitaxial erzeugten Diamantmateria! bei einer Beaufschlagung mit einem Signal (beispielsweise Röntgenstrahlung, Gammastrahlung, sonstige hochenergetische Photonenstrahlung, Durchgang eines elektrisch geladenen Teilchens usw.) Ladungsträger erzeugt werden (insbesondere Elektronen-Loch-Paare). Diese Ladungsträger driften im äußeren, durch die Elektroden erzeugten elektrischen Feld zu den jeweiligen Elektroden und werden dort "abgesaugt", so dass sie von einer nachgeschalteten Messelektronik registriert und quantifiziert werden können. Wird das hetero-epitaxial erzeugte Diamantmaterial geeignet aufgebracht (beispielsweise durch chemische Dampfabscheidung, CVD für englisch: „Chemical Vapor Depositon" oder physikaiische Dampfabscheidung, PVD für englisch: Physical Vapor Deposition" oder sonstige Verfahren), so ist es in der Regel möglich, dass die bei der Registrierung des Sensorsignals entstehenden Ladungsträger im Substrat besonders gut räumlich begrenzt sind, zeitlich sehr eng begrenzt sind und/oder eine hohe Ladungsträgeranzahl auftritt. Demgegenüber sind die Elektrodenschicht bzw. die Elektrodenschichten in aller Regel nur„Hilfsschichten", die der Bereitstellung einer Vorspannung (elektrisches Feld usw.) und/oder der sinnvollen Abführung eines von der Substratschicht erzeugten elektrischen Signals dienen. Dementsprechend wurden diese bislang in aller Regel auf diesen Zweck hin optimiert. So sollten die E- lektrodenschichten insbesondere ein möglichst niedriges Rauschen, eine gute elektrische Leitfähigkeit, eine hohe mechanische Stabilität und ein möglichst großes Signal-zu-Rausch-Verhältnis aufweisen. In diesem Zusammenhang ist jedoch darauf hinzuweisen, dass gerade die Verwendung von diamantartigem Kohlenstoff für zumindest eine Elektrodenschicht in der Regel besonders vorteilhafte Ergebnisse zeigt, und zwar gerade weil diamantartiger Kohlenstoff für Elektroden zunächst (teilweise) nachteilige Eigenschaften aufweist. So weist diamantartiger Kohlenstoff zwar beispielsweise gegenüber reinem monokristallinen Diamant ein verschlechtertes Signal-zu-Rausch- Verhältnis und einen erhöhten elektrischen Widerstand auf. Die Erfinder haben jedoch feststellen können, dass diamantartiger Kohlenstoff die Weiterlei- iung vergleichsweise kurzer elektrischer Signale ohne Formveränderung des elektrischen Signals zulässt, so dass sich insbesondere die Zeitauflösung der resultierenden Detektorelementeinrichtung zum Teil deutlich erhöhen kann. Diese Vorteile können die durch die Verwendung von diamantartigem Kohlenstoff entstehenden Nachteile in aller Regel überkompensieren. Die von der Substratschicht hindurch gelassenen elektrischen Ladungsträger können somit in alier Regel besonders vorteilhaft, besonders effizient und besonders rasch abgeführt werden. Dadurch kann die Detektorelementeinrichtung hinsichtlich ihrer Zeitauflösung besonders vorteilhaft sein. Darüber hinaus kann die Detektorelementeinrichtung besonders rasch wieder für die Detektion eines weiteren Signals zur Verfügung stehen. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von diamantartigem Kohlenstoff als Elektrodenschicht in Kombination mit hetero-epitaxial erzeugten Diamantmaterial als Substratsschicht besteht darin, dass beide Schichten auf dem selben chemischen Material basieren, und somit weder Trennschichten durch einen Potenzialunterschied an der Kontaktfläche entstehen, noch (signifikante) Polarisierungseffekte auftreten. Somit können (zumindest im Wesentlichen) rein ohmsche Kontakte entstehen, die eine gute, effiziente Auskopplung der erzeugten e- lektrischen Signale zulassen. Zudem lässt sich der Widerstandswert einstellen, was eine gute Anpassung auf die gegebenenfalls nachgeschaltete Messelektronik zulässt. Die Elektrodenschicht, insbesondere der diamantartige Kohlenstoff, kann durch an sich bekannte Techniken (unmittelbar) auf der Substratschicht (insbesondere dem hetero-epitaxial erzeugten Diamantmaterial) erzeugt werden, wie beispielsweise durch Dampfabscheidung (insbesondere chemische Dampfabscheidung CVD und/oder physikalische Dampfabscheidung PVD). Grundsätzlich ist es möglich, dass die Ausbildung der zumindest einen Substratschicht und/oder der zumindest einen Elektrodenschichten in getrennten, insbesondere zeitlich und/oder räumlich voneinander getrennten Arbeitsschritten erfolgt. Vorteilhaft ist es jedoch, falls zwei oder mehrere der Schichten unmittelbar aufeinander abfolgend erzeugt werden. Dies ist beispielsweise durch eine Veränderung der Parameter bei CVD und/oder PVD (oder sonstiger Beschichtungstechniken) in der Regel gut möglich. Insbesondere ist es möglich, dass die Beschichtung im selben Pro- zess mit leicht geänderten Prozessparametern durchgeführt werden kann. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass das Werkstück in der Regel nicht in eine neue Beschichtungsanlage verbracht werden muss, sodass das Vakuum ununterbrochen aufrecht erhalten bleiben kann. Dies kann einerseits Verunreinigungen (die in der Regel zu einer Verschlechterung der Eigenschaften der Deiektorelementeinrichtung führen) vermeiden, als auch die Prozessgeschwindigkeit sowie die Kosten für den Herstellungsprozess (die zum Beispiel durch einen zusätzlichen Reinigungsschritt entstehen können) verringern. Hetero-epitaxial erzeugtes Diamantmaterial ist üblicherweise dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantschicht auf einer „Grundlagenschicht" (Starterschicht) erzeugt wird, die aus einem anderen Material als Diamant besteht. Hier besteht ein wesentlicher Unterschied zu bereits bekanntem homo-epitaxial aufgebrachtem Diamantmaterial, welches üblicherweise auf einer Ausgangsschicht aus Naturdiamant erzeugt wird. Verblüffenderweise kann man dadurch, dass eine„falsche" Ausgangsschicht verwendet wird, nämlich die Starterschicht, eine Substratschicht erzeugt werden, die gegenüber Substratschichten aus homo-epitaxial erzeugtem Diamantmaterial vorteilhafte Eigenschaften aufweist. Hierbei weist die Starterschicht in aller Regel eine unterschiedliche Gitterkonstante als Naturdiamant auf. Insbesondere kann durch hetero-epitaxial erzeugtes Diamantmaterial eine besonders gute orts- und zeitaufgelöste Bestimmung von ionisierender Strahlung realisiert werden. Ein weiterer Vorteil bei hetero-epitaxial erzeugtem Diamantmaterial ist, dass man bei der Größengestaltung nicht auf die Größe natürlich vorkommender Diamanten beschränkt ist (üblicherweise im Bereich von 1 cm x 1 cm). Ganz im Gegenteil ist es bei Verwendung von hetero-epitaxial erzeugtem Diamantmaterial in der Regel möglich Detektorelementeinrichtungen mit Wafer-Größe herstellen zu können (insbesondere 10 cm-, 20 cm- , 30 cm-, 40 cm-, 50 cm-, 60 cm- und 70 cm-Größe). Dadurch ist es insbesondere möglich, auch mit nur wenigen Detektorelementeinrichtungen - und damit schlussendlich Detektoreinrichtungen - großflächige und komplexe Messaufgaben vornehmen zu können. Weiterhin hat die Verwendung von diamantartigem Kohlenstoff, insbesondere von diamantartigem Kohlenstoff auf hetero-epitaxiai erzeugtem Diamantmaterial, in der Regel besonders vorteilhafte elektrische Eigenschaften zur Folge. Insbesondere ist hier eine üblicherweise besonders effiziente und/oder besonders schnelle Abführung von Ladungsträgern zu nennen. Es ist sogar möglich, dass hier je nach Auslegung (insbesondere in Kombination mit der gegebenenfalls nachfolgenden Messelektronik) die Ableitungsgeschwindigkeit der elektrischen Signale variabel eingestellt werden kann. Dadurch kann es möglich werden, dass die Ableitungsgeschwindigkeiten im Bereich der Geschwindigkeit der Ladungsableitung von metallischen Elektroden, zum Teil sogar höher als bei solchen metallischen Elektroden, sein können. Ddadurch kann sich die mit der Detektorelementeinrichtung messbare Zählrate nochmals deutlich erhöhen. Umgekehrt ist es aber auch möglich, dass die Ableitungsgeschwindigkeit niedriger gewählt wird. Dies kann in einer höheren Auflösung in Bezug auf die Ortsgenauigkeit der Messung resultieren. Denn wenn die Flankensteilheit der elektrischen Signale relativ niedrig ist, kann eine Messelektronik den zeitlichen Ablauf des Signals besser auflösen, und somit den Messort besser und genauer bestimmen. Ein weiterer besonderer Vorteil der Verwendung von hetero-epitaxiai erzeugtem Diamantmaterial und/oder diamantartigem Kohlenstoff ist, dass beide auf Kohlenstoff basieren, und damit besonders biologisch verträglich sind. Dies kann insbesondere für medizinische Aufgaben von besonderem Vorteil sein, insbesondere dann, wenn das Detektormaterial mit Gewebe in Berührung kommt und/oder es darauf ankommt, dass der Detektor bei einer Messanordnung gewebeäquivalente Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf den Energieverlust eines durchgehenden Teilchenstrahls, aufweist. Ein weiterer Vorteil von Kohlenstoff ist darüber hinaus, dass sich Kohlenstoff als besonders strahlungshart und vakuumre- sistent erwiesen hat. Aufgrund der chemischen Verzahnung zwischen diamantartigem Kohlenstoff und hetero-epitaxiai erzeugtem Kohlenstoff liegt darüber hinaus eine in der Regel besonders hohe Kratzfestigkeit sowie eine niedrige Neigung zum Abdampfen von Material vor. Damit kann die vorgeschlagene Detektorelementeinrichtung für entsprechende Zählaufgaben bzw. in den entsprechenden Umgebungsbedingungen eingesetzt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn bei der Detektorelementeinnchtung die zumindest eine Substratschicht zumindest bereichsweise im Wesentlichen aus hetero- epitaxial erzeugtem Diamantmaterial ausgebildet ist und/oder die zumindest eine Elektrodenschicht zumindest bereichsweise im Wesentlichen aus dia- mantartigem Kohlenstoff ausgebildet ist. Dank dieses Aufbaus ist es möglich, dass die Eigenschaften der jeweiligen Schichten sowohl einzeln, als auch in Kombination, nochmals verbessert werden können. Darüber hinaus kann sich auch der Herstellungsvorgang der zumindest einen Substratschicht, der zumindest einen Elektrodenschicht und/oder der Detektorelementeinrichtung vereinfachen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Detektorelementeinrichtung zumindest eine zweite Elektrodenschicht aufweist, welche bevorzugt zumindest bereichsweise diamantartigen Kohlenstoff und/oder zumindest bereichsweise ein Metall aufweist und besonders vorzugsweise zumindest bereichsweise im Wesentlichen aus diamantartigem Kohlenstoff und/oder zumindest bereichsweise im Wesentlichen aus einem Metall ausgebildet ist. insbesondere ist dabei die zumindest eine zweite Elektrodenschicht auf der der ersten E- lektrodenschicht gegenüber liegenden Seite der Substratschicht angeordnet. Auf diese Weise können die von der Substratschicht„erzeugten" Messimpulse besonders vorteilhaft und genau erfasst und an die entsprechende Mess- lektronik weitergegeben werden. Darüber hinaus kann die Ableitung der Impulse besonders schnell erfolgen, sodass die Detektorelementeinrichtung besonders rasch wieder für weitere Messimpulse zur Verfügung steht. Mit dem vorgeschiagenen Aufbau kann somit eine besonders genaue und schnelle Detektorelementeinrichtung realisiert werden. Weiterhin kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn bei der Detektorelementeinrichtung zumindest eine Substratschicht und/oder zumindest eine Elektrodenschicht flächenartig ausgebildet ist und bevorzugt zumindest bereichsweise in der Fläche im Wesentlichen unstrukturiert ausgebildet ist. Insbesondere bei einer flächenartigen Ausbildung können Messimpulse über eine besonders große Fläche hinweg erfasst und weitergeleitet werden, wodurch die Messgenauigkeit des resultierenden Detektors erhöht werden kann. Durch eine flächenartige (insbesondere dünnschichtige) Ausbildung der zumindest einen Elektrodenschicht (vorzugsweise aller Elektrodenschichten) kann darüber hinaus die Dämpfung der Detektorelementeinrichtung für ionisierende Strahlung verringert werden, sodass die Detektorelementeinrichtung besonders vorteilhaft als Transmissionsdetektor genutzt werden kann. Als vorteilhaft kann es sich in diesem Zusammenhang auch erweisen, dass sich bei Verwendung von flächenartigen (insbesondere dünnen) Schichten (insbesondere von Elektrodenschichten) die Zusammensetzung von durchgehender Strahlung (zum Beispiel durch nukleare Fragmen- tationsprozesse) üblicherweise nicht oder nur wenig verändert. Mit einer in der Fläche unstrukturierten Ausbildung ist es üblicherweise möglich, die Ausbildung der zumindest einen Elektrodenschicht zu vereinfachen. Darüber hinaus ist es durch eine derartige flächige, unstrukturierte Ausbildung auch möglich, dass der schlussendlich resultierende Detektor mit einer einfacheren Messelektronik realisiert werden kann. Insbesondere kann die Messelektronik zum Teil deutlich weniger Kanäle aufweisen. Die gegebenenfalls erforderliche Messgenauigkeit für Positionsmessungen kann beispielsweise durch Laufzeitunterschiede, Ladungsträgertrennungen und/oder dergleichen realisiert werden. Dadurch kann eine örtlich und zeitlich hoch aufgelöste Messung bei gleichzeitig insgesamt relativ kostengünstiger Ausbildung des Detektors realisiert werden. Weiterhin kann es sich als besonders bevorzugt erweisen, wenn bei der Detektorelementeinrichtung zumindest eine Elektrodenschicht zumindest bereichsweise als elektrisch schnellleitende Elektrodenschicht und/oder als e- lektrisch peak-erhaltende Elektrodenschicht und/oder als elektrisch peak- überhöhende Elektrodenschicht und/oder als positionsveränderliche Elektrodenschicht und/oder als tiefenveränderliche Elektrodenschicht ausgebildet ist. Bei einer Ausführung als schnellleitende Elektrodenschicht ist eine besonders geringe Zeitverzögerung bei einer Messung unter Verwendung der Detektorelementeinrichtung möglich. Darüber hinaus kann die resultierende Detektorelementeinrichtung dann für besonders hohe Zählraten geeignet sein. Bei einer elektrisch peak-erhaltenden Elektrodenschicht (das heißt, der vom Substrat erzeugte Ladungs-Peak bleibt bei der elektrischen Weiterleitung in der Elektrodenschicht im Wesentlichen unverändert), kann die resultierende Detektorelementeinrichtung eine besonders gute Ortsauflösung realisieren. Diese kann nochmals erhöht werden, wenn die Elektrodenschicht als peak-überhöhende Elektrodenschicht ausgebildet ist (das heißt, der vom Substrat erzeugte Ladungs-Peak wird nicht nur form-unverändert weitergegeben, sondern wird durch die Weitergabe in der Elektrodenschicht sogar „schärfer", wird also beispielsweise bei gleichbleibender Höhe in Bezug auf seine Länge verkürzt). Möglich ist es, die Elektrodenschicht als positionsveränderliche Elektrodenschicht auszubilden, das heißt, dass die Elektrodenschicht eine unterschiedliche Ausgestaltung in Abhängigkeit vom Ort in der x-y-Ebene aufweist. Dies kann sich insbesondere auf unterschiedliche Mate- n'aieigenschaften, elektrische Eigenschaften und/oder Dotierungen beziehen. Bei einer tiefenveränderlichen Elektrodenschicht ist eine gewisse Materialveränderung der Elektrodenschicht in der z-Achse (also im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der Elektrodenschicht bzw. zur Ebene der Substratschicht) realisiert. Mit positionsveränderlicher und/oder tiefenveränderlicher Ausbildung der Elektrodenschicht können insbesondere die oben erwähnten elektrisch schnellleitenden, elektrisch peak-erhaltenden und/oder elektrisch peak-überhöhenden Ausgestaltungen der Elektrodenschicht beziehungswei- se der Detektorelementeinrichtung realisiert werden (dies kann jedoch auch gegebenenfalls auf andere Weise erfolgen).
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Detektorelementeinrichtung als positionsempfindliche Detektorelementeinrichtung ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Detektorelementeinrichtung (und damit der gegebenenfalls resultierende Detektor) derart ausgebildet und eingerichtet, dass eine - möglichst genaue - ortsaufgelöste Messung möglich ist.
Eine weitere vorteilhafte Bauausführung der Detektorelementeinrichtung kann sich ergeben, wenn diese zumindest teilweise als Transmissions- Deiektorelementeinrichtung und/oder zumindest teilweise als Absorbtions- Detektorelementeinrichtung ausgebildet ist. Derartige Detektorelementeinrichtungen werden oftmals in der Praxis gefordert. Die Ausgestaltung der Detektorelementeinrichtung als Transmissions-Detektorelementeinrichtung und/oder Absorptions-Detektorelementeinrichtung (gegebenenfalls auch gemäß weiterer Bauausführungen) kann insbesondere durch die Wahl einer oder mehrerer hierzu geeigneter Elektrodeneinrichtungen realisiert werden. Hierin zeigt sich erneut die besonders universelle Einsetzbarkeit der vorgeschlagenen Detektorelementeinrichtung.
Weiterhin wird vorgeschlagen, eine Detektoreinrichtung, welche zumindest eine elektronische Auswertungseinheit aufweist, mit zumindest einer Detektorelementeinrichtung gemäß dem vorab beschriebenen Aufbau zu versehen. Insbesondere kann es sich bei der Detektoreinrichtung um eine Detektoreinrichtung zur Detektion von ionisierender Strahlung, wie insbesondere Partikelstrahlung und/oder Photonenstrahlung (beispielsweise Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung) handeln. Weiterhin kann die Detektoreinrichtung insbesondere eine geringe Anzahl an elektronischen Auswertungseinheiten aufweisen, wie insbesondere n=2, 3, 4, 5, 6, 7. 8, 9 oder 10 elektronische Auswertungseinheiten. Auch kann eine Anzahl an elektronischen Auswer- tungseinheiten vorgesehen werden, die n*1 , n*2, n*4, n*6 oder n*8 (mit obigem n) beträgt. Diese Anzahl kann sich insbesondere auch auf die Anzahl von Auswertekanälen beziehen. Dabei ist es durchaus möglich, dass mehrere Auswertekanäle in einer einzelnen Hardwarekomponente realisiert werden, sodass auch eine einzelne elektronische Auswertungseinheit, die eine Mehrzahl an Auswertekanälen aufweist, als„Mehrzahl von elektronischen Auswertungseinheiten" aufgefasst werden kann (aber nicht muss). Eine derart aufgebaute Detektoreinrichtung weist dabei die bereits im Zusammenhang mit der Detektorelementeinrichtung genannten Vorteile und Eigenschaften in analoger Weise auf. Insbesondere ist es bei einer Verwendung von Detektorelementeinrichtungen vom vorab vorgeschlagenen Typ möglich, die Detektoreinrichtung besonders kostengünstig auszubilden. Auch ist es möglich, dass in der Regel eine vergleichsweise geringe Anzahl von elektronischen Auswertungseinheiten und/oder Auswertungskanälen vorgesehen werden kann, ohne dass die Messgenauigkeit - insbesondere die Ortsauflösung - notwendigerweise hierunter leiden muss.
Vorteilhaft ist es, wenn bei der Detektoreinrichtung zumindest eine elektronische Auswertungseinheit zumindest teilweise als Laufzeitunterschied- Auswertungseinheit und/oder zumindest teilweise als Pulsform-Auswertungseinheit ausgebildet ist. Wenn die elektronische Auswertungseinheit derartige Messprinzipien verwendet, ist es in der Regel möglich, die bereits erwähnte hohe Ortsauflösung auch mit einer relativ geringen Anzahl an elektronischen Auswertungseinheiten bzw. elektronischen Auswertungskanälen zu realisieren. Dadurch kann insbesondere eine besonders kostengünstige Detektoreinrichtung realisiert werden. Das Messprinzip der Laufzeitunterschied- Auswertungseinheit kann darauf beruhen, dass sich eine erzeugte Ladungsträgerwolke in unterschiedliche Raumrichtungen ausbreitet. Ein Messabgriff, der beispielsweise an zwei oder vier Kanten einer Detektorelementeinrichtung erfolgt, kann die erforderliche Positionsinformation (Ortsinformation) zur Verfügung stellen. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Pulsfcrm der e- lektrischen Impuse hierfür genutzt werden.
Schließlich wird ein Verfahren zur Ausbildung einer Detektorelementeinrichtung mit dem vorab beschriebenen Aufbau und/oder zur Ausbildung einer Detektoreinrichtung mit dem vorab beschriebenen Aufbau vorgeschlagen, bei dem die zumindest eine Substratschicht auf zumindest einer Starterschicht, vorzugsweise unter Verwendung von zusätzlichen Zwischenlagen, erzeugt wird und die zumindest eine Elektrodenschicht unmittelbar auf der zumindest einen Substratschicht erzeugt wird. Insbesondere kann es sich bei der zumindest einen Starterschicht um eine Schicht handeln, welche zumindest teilweise ein anderes Material als Diamant, insbesondere Rohdiamant oder Naturdiamant, aufweist. Beispielsweise kann sich bei der Starterschicht um einen Siliziumwafer handeln. Ein gewisses Problem kann sich dabei - insbesondere dann, wenn großflächige Substratschichten erzeugt werden sollen - dadurch ergeben, dass die Gitterkonstanten der zumindest einen Starterschicht und der zumindest einen Substratschicht üblicherweise eine unterschiedliche Gitterkonstante aufweisen. Dadurch kann es zu Fehlstellen kommen, bzw. zu Inhomogenitäten der erzeugten Substratschicht kommen. Dadurch empfiehlt es sich in aller Regel, dass zwischen Substratschicht und Starterschicht Zwischenschichten verwendet werden, welche eine langsame Adaption der Gitterkonstanten von Substratschicht und Starterschicht ermöglichen. Hierdurch können besonders hochwertige und/oder besonders großflächige Substratschichten erzeugt werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass eine Starterschicht verwendet wird, welche derart günstige Eigenschaften hat, dass nur eine geringe Anzahl, oder gar keine Zwischenlagen erforderlich sind. Erste Versuche haben ergeben, dass die Verwendung von einer, zwei, drei, vier oder fünf Zwischenlagen einerseits den zusätzlichen Verfahrensaufwand in vertretbaren Grenzen halten kann, andererseits ausreichend große und hochwertige Substratschichten erzeugt werden können. Besonders vorteilhaft kann das Verfahren durchgeführt werden, wenn zumindest eine Starterschicht und/oder zumindest eine Zwischenschicht zumindest bereichsweise Iridium, YSZ (für englisch:„Yttria stabilised Zirkonia"; Yttrium-stabilisiertes Zirkonium) und/oder Silizium (insbesondere monokristallines Silizium) aufweist. Silizium bietet sich dabei insbesondere als Starterschicht an, wohingegen sich Iridium und/oder YSZ in besonderem Maße als Zwischenschicht anbieten.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn das Verfahren derart ausgeführt wird, dass die zumindest eine Starterschicht und/oder die zumindest eine Zwischenschicht nach Ausbildung der zumindest einen Substratschicht und gegebenenfalls der zumindest einen Elektrodenschicht zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise entfernt wird. Hierdurch kann die Qualität und/oder die Ersetzbarkeit der resultierenden Detektorelementeinrichtung in aller Regel nochmals verbessert werden. Insbesondere ist es möglich, die durch die Entfernung der zumindest einen Starterschicht und/oder der zumindest einen Zwischenschicht „freigewordene" Substratschichtoberfläche zur Ausbildung einer Elektrodenschicht zu verwenden.
Weiterhin kann es besonders vorteilhaft sein, wenn bei dem Verfahren das Abscheideverfahren zur Erzeugung der zumindest einen Substratschicht und/oder der zumindest einen Elektrodenschicht derart durchgeführt wird, dass die Substratschicht bzw. die Elektrodenschicht ein gewünschtes elektrisches Verhalten aufweist. Insbesondere bei an sich bekannten Abscheideverfahren, wie CVD (Chemische Dampfabscheidung; Chemical Vapor Depo- sition) und/oder PVD (Physikalische Dampfabscheidung, Physical Vapor De- position) ist es durch Variation der Verfahrensparameter (beispielsweise Temperatur, Elektrodenspannung und dergleichen) in der Regel möglich, die (elektrischen) Eigenschaften der erzeugten Schichten in relativ weitem Rahmen einzustellen. Derartige, an sich bekannte Abscheideverfahren sind bei- spielsweise von Michal Pomorski et al in„Position-sensitive radiation detec- tors made of Single crystal CVD diamond", Phys. Status Solidi A, 1 -6 (2009) beschrieben. Hier ist es dementsprechend durch geeignete Verfahrensfüh- rung möglich, für die jeweiligen Einsatzzwecke besonders geeignete Schich- ten erzeugen zu können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 : ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Detektor mit einem als Absorbtionssensor ausgebildeten Sensorelement in sche- matischer, perspektivischer Ansicht;
Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel für ein als Transmissionssensorelement ausgebildetes Sensorelement in schematischer, perspektivischer Ansicht;
Fig. 3: eine Mehrschichtanordnung zur Verdeutlichung der Anpassung der unterschiedlichen Gitterkonstanten im Rahmen der Herstellung von hetero-epitaxial erzeugtem Diamant und/oder diamantartigem Kohlenstoff im seitlichen Querschnitt;
Fig. 4: ein schematisches Verfahren zu Herstellung von mit Elektroden versehenem hetero-epitaxial erzeugtem Diamantmaterial.
In Fig. 1 ist in einer schematischen, perspektivischen Ansicht ein Detektor 1 zur Detektion von ionisierender Strahlung, insbesondere zur Detektion von hochenergetischer Partikelstrahlung 3 (speziell von elektrisch geladenen Partikeln - in Fig. 1 durch den Teilchenstrahl 3 dargestellt) dargestellt. Die eigentliche Detektion der Teilchenstrahlung 3 erfolgt im Sensorelement 2. Das Sensorelement 2 ist flächig und als im Wesentlichen quaderartiger Kör- per ausgebildet. Möglich ist es dabei, dass das Sensorelement 2 eine größere Fläche (beispielsweise durchaus auch im Bereich von 10 cm x 10 cm und größer) einnimmt, wobei die Dicke des Sensoreiements 2 typischerweise im Bereich einiger weniger mm (beispielsweise 0,2 cm) liegt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Sensorelement 2 eine mittlere Substratschicht 4 aus hetero-epitaxial erzeugtem Diamantmaterial auf. In der Substratschicht 4 erfolgt die eigentliche Detektion der Teilchenstrahiung 3. Auf beiden Seiten der Substratschicht 4 ist jeweils eine Elektrodenschicht 5, 6 aufgebracht. Bei der in Fig. 1 oben liegenden Elektrodenschicht 5 handelt es sich um eine Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff (sogenanntes DLC = Diamond Like Carbon). Bei der in Fig. 1 unten liegenden Elektrodenschicht 6 handelt es sich dagegen um eine Elektrodenschicht 6 aus Metall. Da die Metall-Elektrodenschicht 6 für Teilchenstrahlung 3 recht undurchlässig ist, ist das Sensorelement 2 de facto ein sogenannter Absorptionssensor.
In an sich bekannter Weise wird mit Hilfe einer Spannungsquelle 7 an die beiden Elektrodenschichten 5, 6 eine elektrische Spannung angelegt. Die Spannungsque!le 7 ist dabei„träge" ausgebildet, derart, dass an der bzw. an den Elektrodenschichten 5, 6 kurzfristige Spannungsschwankungen auftreten können, die in Folge von der Messelektronik 13 registriert werden können.
Trifft nun ein Teilchen 3 auf das Sensorelement 2 auf (bzw. dringt in dieses ein), so erzeugt das Teilchen 3 in der„eigentlich detektierenden" Substratschicht 4 am Auftreffort 8 (in der Realität eine Flugbahn) einen oder mehrere elektrische Ladungsträger. Das beziehungsweise die so erzeugten Ladungsträger führen zu einem Übertritt von elektrischer Ladung in die beiden Elektrodenschichten 5, 6. Die hierdurch insbesondere in der DLC-Elektrodenschicht 5 entstehende „Ladungswolke" (welche zunächst um den Bereich des Auftrefforts 8 herum konzentriert ist) wandert nun zu den seitlich an der DLC-Elektrodenschicht 5 angeordneten elektrisch leitfähigen Streifen 9 (die vorliegend aus Gold bestehen) ab. Die elektrischen Ladungen wandern da- bei mit einer endlichen Geschwindigkeit vom Auftreff ort 8 zu den leitfähigen Streifen 9 ab. Die Geschwindigkeit (die in aller Regel unterhalb der Lichtgeschwindigkeit liegt) hängt dabei von den elektrischen Eigenschaften der DLC-Elektrodenschicht 5 ab.
Von den elektrisch ieitfähigen Streifen 9 führen Messleitungen 10 über Kondensatoren 11 (welche Gleichspannungsanteile ausfiltern und nur die hochfrequenten Anteile - also die eigentlichen Messsignale - durchlassen) und Vorverstärker 12 zur eigentlichen Messelektronik 13. Die Messelektronik 13 ist an sich bekannt und vorliegend in Fig. 1 nur schematisch dargestellt. Bei der Messelektronik 13 kann es sich beispielsweise um eine Einheit handeln, welche den Laufzeitunterschied zwischen den von den beiden leitfähigen Streifen 9 erfassten Signalen misst und analysiert. Zusätzlich oder alternativ können auch die von den leitfähigen Streifen 9 erfassten Pulsformen gemessen und analysiert werden. Daraus kann - in an sich bekannter Weise - auf die Lage des Auftrefforts 8 innerhalb des Sensorelements 2 geschlossen werden.
Erste Versuche haben ergeben, dass die Substratschicht 4 aus hetero- epitaxial erzeugtem Diamantmaterial elektrische Signale erzeugt (zum Beispiel sehr schnelle Erzeugung von Ladungsträgern, vom Ort her eng lokalisierte Ladungswolke usw.), die für die Detektion von ionisierender Strahlung besonders vorteilhafte Eigenschaften aufweisen. Dies ist verblüffenderweise gerade deswegen der Fall, weil man vom derzeitigen Paradigma abweicht, dass man als Substrat eine besonders hochwertige Diamantschicht mit möglichst wenig Fehlstellen verwenden muss. Die Substratsschicht aus hetero- epitaxial erzeugtem Diamantmaierial weist nämlich eine vergleichsweise große Anzahl an Fehlstellen auf, die jedoch erstaunlicherweise üblicherweise relativ regelmäßig verteilt sind. Dies führt zu den erwähnten, für die Detektion von ionisierender Strahlung besonders vorteilhaften Materialeigenschaften von hetero-epitaxial erzeugtem Diamantmaterial. Dadurch die Verwen- dung von hetero-epitaxial erzeugtem Diamantmateriai als Substratsschicht werden in den Elektrodenschichten 5, 6„hochwertige" initiale Ladungswolken erzeugt. Insbesondere die DLC-Elektrodenschicht 5 aus diamantartigem Kohlenstoff weist darüber hinaus eine besonders hochwertige elektrische Leitfähigkeit auf.
Durch ein geeignetes Aufbringungsverfahren (siehe insbesondere auch Fig. 3 und Fig. 4) können die elektrischen Eigenschaften der DLC-Elektrodenschicht 5 in einem weiten Bereich variiert werden, und für den jeweiligen Einsatzzweck optimal gewählt werden. Insbesondere ist es möglich, dass die DLC-Elektrodenschicht 5 die erzeugten Ladungspeaks (Ladungswolken) derart weiterleitet, dass es zu keiner Verschlechterung der Signale kommt (peak-erhaltende Leitung). Das Signal wird dabei jedoch in mehrere Richtungen aufgeteilt (wobei die Aufteilung derart erfolgt, dass sich die Form des Ladungspeaks zumindest im Wesentlichen nicht ändert). Dadurch kann das Signal an unterschiedlichen elektrisch leitfähigen Streifen 9 registriert werden.
Ein weiterer Vorteil des Sensorelements 2 besteht darin, dass die DLC- Elektrodenschicht 5 und die Substratschicht 4 jeweils aus einem Kohlenstoffmaterial bestehen. Kohlenstoff ist einerseits biokompatibel (sodass insbesondere bei medizinischen Anwendungen keine oder nur geringe Probleme auftreten) und darüber hinaus besonders strahlungshart (widerstandsfähig gegenüber radioaktiver Strahlung), sodass das Sensorelement 2 auch in Gebieten mit hoher Radioaktivität zu Messzwecken verwendet werden kann. Darüber hinaus ist das Sensorelement 2 durch die spezielle Wahl von Elektrodenschicht 5 und Substratsschicht 4 besonders kratzfest. Weiterhin ist der elektrische Übergang zwischen Elektronenschicht 5 und Substratsschicht 4 aufgrund der speziellen Materialwahl in aller Regel rein ohmsch, so dass die entstehenden Ladungen besonders effizient ausgekoppelt werden können (typischerweise im Wesentlichen 100 % Auskopplung der anstehenden e- !ektrischen Ladung).
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Sensorelement 14 in schematischer, perspektivischer Ansicht dargestellt. Gleiche oder ähnliche Gegenstände sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Einfachheit halber wurden dabei die elektronischen Komponenten, sowie zusätzliche„Hilfselektroden" wie die in Fig. 1 gezeigten elektrisch leitfähigen Streifen 9 nicht zeichnerisch dargestellt. Das Sensorelement 4 weist - analog zum in Fig. 1 gezeigten Sensorelement 2 - eine Substratschicht 4 aus hetero-epitaxial erzeugtem Diamant auf. Auf beiden Oberflächen ist jeweils eine Elektrodenschicht 15, 16 angeordnet. Dabei sind beide Elektrodenschichten 15, 16 als DLC-Elektrodenschicht 15, 16 ausgebildet, bestehen also im Wesentlichen aus diamantartigem Kohlenstoff. Aufgrund der guten Durchlässigkeit von diamantartigem Kohlenstoff für Teilchenstrahlung 3 kann somit das Sensorelement 14 als Transmissionssensor verwendet werden.
In Fig. 4 ist in einer schematischen Ansicht ein Herstellungsverfahren 17 für ein Sensorelement (beispielsweise ein in Fig. 1 bzw. Fig. 2 dargestelltes Sensorelement 2, 14) dargestellt. Zunächst wird eine Starterschicht bereitgestellt 18. Die Starterschicht kann beispielsweise in Form eines Siliziumsubstrats 19 (monokristallines Silizium) (vergleiche Fig. 3) zur Verfügung gestellt werden. Die Oberfläche des Siliziumsubstrats 19 wird dabei zunächst durch an sich bekannte Verfahren gereinigt, sodass weitere Schichten auf das Siliziumsubstrat 19 aufgebracht werden können 20. Konkret werden im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Zwischenschichten 21 , 22 auf das Siliziumsubstrat 19 aufgebracht 20. Dieser Prozess erfolgt üblicherweise im Vakuum. Beispielsweise kann das Aufbringen durch physikalische Dampfabscheidung (PVD), chemische Dampfabscheidung (CVD) oder dergleichen erfolgen. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die beiden Zwischenschichten aus YSZ 21 (für Yttrium-stabilisiertes Zirkonium; englisch: Yttria Stabiiised Zirkonia) sowie aus einer Iridiumschicht 22. Die beiden Zwischenschichten 21 , 22 gewährleisten dabei eine sukzessive Änderung der Gitterkonstanten. Insbesondere sind die Gitterkonstanten von Silizium 19 und hetero-epitaxial erzeugtem Diamant 23 derart unterschiedlich, dass es bei einem direkten Aufbringen von hetero-epitaxial erzeugtem Diamantmaterial 23 auf Silizium 19 zu Fehlstellen kommen würde, die die Qualität der Substratschichten 4 aus hetero-epitaxial erzeugtem Diamant 23 bis zur Un- brauchbarkeit verschlechtern würden.
Nachdem die Zwischenschichten 21 , 22 im Verfahrensschritt 20 aufgebracht wurden, wird schließlich die Schicht aus hetero-epitaxial erzeugtem Diamantmaterial 23 (HED-Schicht 23) im Verfahrensschritt 24 aufgebracht. Diese HED-Schicht 23 bildet bei den fertigen Sensorelementen 2, 14 die Substratschicht 4, die die„eigentliche Messung" durchführt. Die HED-Schicht 23 kann beispielsweise ebenfalls durch PVD- oder CVD-Verfahren aufgebracht werden. Im Anschluss daran wird eine Schicht aus diamantartigem Material 29 (DLC, englisch: Diamond Like Carbon) auf die HED-Schicht 23 im Verfahrensschritt 25 aufgebracht. Dies kann auch unmittelbar im Anschluss an die Ausbildung der HED-Schicht 23 erfolgen, wobei insbesondere die gleichen materialfreisetzenden Elektroden verwendet werden können. In der Regel ist es nämlich ausreichend, dass die Detail-Parameter des PVD- bzw. des CVD- Vorgangs abgeändert werden.
Nachdem die in Fig. 3 dargestellte Heterostruktur 26 fertig ausgebildet wurde, werden die „Hilfsschichten" (also das Siliziumsubstrat 19, die YSZ- Schicht 21 sowie die Iridium-Schicht 22) (beispielsweise) auf nasschemischem Weg im Verfahrensschritt 27 entfernt. In weiteren, an sich bekannten Verfahrensschritten 28 kann anschließend beispielsweise eine zweite Elektrodenschicht (zum Beispiel aus Metall 6 und/oder aus DLC 16) auf die „Rückseite" der HED-Schicht 23 aufgebracht werden. Mit Rückseite ist hierbei insbesondere die bei der Messung einer Strahlung mit der HED-Schicht 23 der Strahlung abgewandte Seite bezeichnet. Darüber hinaus können auch die elektrisch leitfähigen Streifen 9 und/oder sonstige elektrische Kon- taktierungen und gegebenenfalls weitere bauliche Merkmale ausgeführt werden.
Bezugszeichenliste
1 . Detektor
2. Sensorelement
3. Teilchenstrahl
4. Substratschicht
5. DLC-Elektrodenschicht
6. Metall-Elektrodenschicht
7. Spannungsquelle
8. Aufireffort
9. Elektrisch leitfähiger Streifen
1 0 Messleitung
1 1 Kondensator
12 Vorverstärker
13 Messelektronik
14 Sensorelement
1 5 DLC-Elektrodenschicht
1 6 DLC-Elektrodenschicht
17 Herstellungsverfahren
18 Bereitstellung Starterschicht
1 9 Si-Substrat
20 Aufbringung Zwischenschichten
21 YSZ-Schicht
22 Ir-Schicht
23. HED-Schicht
24. Aufbringung HED-Schicht
25. Aufbringung DLC-Schicht
26. Hetero-Struktur
27. Entfernung Hilfsschichten
28. Weitere Verfahrensschritte
29. DLC-Schicht

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Detektorelementeinrichtung (2, 14), insbesondere Detektorelementeinrichtung (2, 14) zur Detektion von ionisierender Strahlung (3) wie Partikelstrahlung (3) und/oder Photonenstrahlung, aufweisend zumindest eine Substratschicht (4) sowie zumindest eine Elektrodenschicht (5, 6, 5, 16), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Substratschicht (4) zumindest bereichsweise hetero-epitaxial erzeugtes Diamantmaterial (23) aufweist und die zumindest eine Elektrodenschicht (5, 6, 15, 16) zumindest bereichsweise diamantartigen Kohlenstoff (29) aufweist.
2. Detektorelementeinrichtung (2, 14) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Substratschicht (4) zumindest bereichsweise im Wesentlichen aus hetero-epitaxial erzeugtem Diamantmaterial (23) ausgebildet ist und/oder die zumindest eine Elektrodenschicht (5, 6, 15, 16) zumindest bereichsweise im Wesentlichen aus diamantartigem Kohlenstoff (29) ausgebildet ist.
3. Detektorelementeinrichtung (2, 14) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zumindest eine zweite Elektrodenschicht (6, 16), welche bevorzugt zumindest bereichsweise diamantartigen Kohlenstoff (16) und/oder zumindest bereichsweise ein Metall (6) aufweist und besonders vorzugsweise zumindest bereichsweise im Wesentlichen aus diamantartigem Kohlenstoff (16) und/oder zumindest bereichsweise im Wesentlichen aus einem Metall (6) ausgebildet ist.
4. Detektorelementeinrichtung (2, 14) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Substratschicht (4) und/oder die zumindest eine Elektrocenschicht flächenartig (5, 6, 15, 16) ausgebildet ist und bevorzugt zumindest bereichsweise in der Fläche in Wesentlichen unstrukturiert ausgebildet ist.
5. Detektorelementeinrichtung (2, 14) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Elektrodenschicht (5, 6, 15, 16) zumindest bereichsweise als elektrisch schnellleitende Elektrodenschicht (5, 16) und/oder als elektrisch peak- erhaltende Elektrodenschicht (5, 16) und/oder als elektrisch peak- überhöhende Elektrodenschicht und/oder als positionsveränderliche Elektrodenschicht und/oder als tiefenveränderliche Elektrodenschicht ausgebildet ist.
6. Detektorelementeinrichtung (2, 14) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorelementeinrichtung (2, 14) als positionsempfindliche Detektorelementeinrichtung ausgebildet ist.
7. Detektorelementeinrichtung (2, 14) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorelementeinrichtung (2, 14) zumindest teilweise als Transmissionsdetektorele- menteinrichtung (14) und/oder zumindest teilweise als Absorptionsde- tektorelementeinrichtung (2) ausgebildet ist.
8. Detektoreinrichtung (1 ), insbesondere Detektoreinrichtung (2, 14) zur Detektion von ionisierender Strahlung (3) wie Partikelstrahlung (3) und/oder Photonenstrahlung, aufweisend zumindest eine elekrroni- sehe Auswertungseinheit (12, 13), insbesondere aufweisend eine geringe Anzahl an elektronischen Auswertungseinheiten (12, 13), gekennzeichnet durch zumindest eine Detektorelementeinrichtung (5, 6, 15, 6) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
9. Detektoreinrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine elektronische Auswertungseinheit (12, 13) zumindest teilweise als Laufzeitunterschied- Auswertungseinheit (13) und/oder zumindest teilweise als Pulsform- Auswertungseinheit (13) ausgebildet ist.
10. Verfahren (17) zur Ausbildung einer Deiektoreiementeinrichtung (2, 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder zur Ausbildung einer Detektoreinrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die zumindest eine Substratschicht (4, 23) auf zumindest einer Starterschicht (19), vorzugsweise unter Verwendung von zusätzlichen Zwischenschichten (21 , 22), erzeugt wird (20, 24) und die zumindest eine Elektrodenschicht (5, 15, 29) unmittelbar auf der zumindest einen Substratschicht (4, 23) erzeugt wird (25).
1 1. Verfahren (17) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Starterschicht (19) und/oder zumindest eine Zwischenschicht (21 , 22) zumindest bereichsweise Iridium (22), YSZ (21 ) und/oder Silizium (19) aufweist
12. Verfahren (17) nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Starterschicht (19) und/oder die zumindest eine Zwischenschicht (21 , 22) nach Ausbildung der zumindest einen Substratschicht (4, 23) und gegebenenfalls der zumindest einen Elektrodenschicht (5, 16, 24) zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise entfernt wird (27).
13. Verfahren (17) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheideverfahren (24, 25) zur Erzeugung der zumindest einen Substratschicht (4, 23) und/oder der zumindest einen Elektrodenschicht (5, 16, 29) derart durchgeführt wird, dass die
Substratschicht (4, 23) beziehungsweise die Elektrodenschicht (5, 16, 29) ein gewünschtes elektrisches Verhalten aufweist.
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