在闪烁物上形成的射线照相检测器的制作方法

专利名称：在闪烁物上形成的射线照相检测器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及数字射线照相成像并且更具体地涉及具有直接形成在闪烁磷光 体屏幕上的光敏元件和薄膜晶体管读出器件的成像阵列的闪烁磷光体屏幕的平板成像装置。
背景技术：
通常，采用闪烁磷光体屏幕来吸收X射线和产生光的医学X射线检测器由于在磷 光体中的侧光漫射而遭受空间分辨率的损失。为了减少侧光漫射和维持可接受的空间分辨 率，磷光体屏幕必须被足够薄地制造。成像装置的空间分辨率和X射线检测能力通常分别由调制传递函数(MTF)和X射 线吸收率来表征。薄的磷光体屏幕以减少的X射线吸收的代价来产生更佳的MTF。磷光体 屏幕的涂层密度和厚度被用于空间分辨率和X射线吸收率之间的设计权衡。例如，两种由Eastman Kodak公司制造的典型的商业屏幕是Lanex Fine和Lanex Fast Back屏幕。两者都由Gd2O2S2 (Tb)磷光体制成。与Lanex Fine屏幕相比，Lanex Fast Back屏幕相对较厚并且吸收X射线更有效，但是具有较低的分辨率。另一方面，Lanex Fine 屏幕比Lanex Fast Back屏幕薄，效率相对较低地吸收X射线，但是具有较高的分辨率。 Lanex Fine 禾口 Lanex Fast Back 屏幕的涂层密度分另Ij是 34mg/cm2 禾口 133mg/cm2。 Lanex Fine和Lanex Fast Back屏幕分别具有24%和63%的吸收率(对于80kVp，利用钨中间电 极(tungsten target)，2. 5mm铝固有过滤，以及由0. 5mm铜+1. Omm铝过滤)和在5c/mm的 0. 26 和 0. 04 的 MTF 值。最近，基于有源矩阵薄膜电子器件的数字平板X射线成像器已经成为用于诸如诊 断放射学和数字乳房X射线照相应用的具有前景的技术。有两种类型的在数字射线成像 (DR)中使用的X射线能量转换方法，即，直接的和间接的方法。在直接的方法中，在光电导 体中吸收的X射线被直接地转换成电荷信号、存储在位于有源矩阵阵列(AMA)的像素电极 上并且使用薄膜晶体管(TFT)读出以产生数字图像。非晶硒(a-Se)通常被用作光电导体。在间接的方法中，单个磷光体屏幕被用于吸收X射线并且所产生的可见光子由在 每个像素具有单个光电二极管(PD)和TFT开关的AMA检测。光电二极管吸收由磷光体发 出的与吸收的X射线能量成比例的光。与直接的方法一样，随后使用TFT开关读出存储的 电荷。普通的磷光体材料包括诸如Gd2O2S2 (Tb)的粉末磷光体和诸如CsI (Tl)的结构化的 磷光体。在间接的方法中，通常使用非晶氢化硅(a_Si:H)来形成光电二极管和TFT开关。图IA示出了现有技术的在间接的方法中使用的基于a-Si的平板成像器中的单个 成像像素10的截面(不按比例)、，以及图IB示出包括这种像素10的阵列的平板成像器 80的示意性俯视图。每个成像像素10具有光电二极管70和TFT开关71。X射线转换器层 (例如，发光的磷光体屏幕12)被耦合到光电二极管TFT阵列。光电二极管70包括以下层 钝化层14、铟锡氧化物层16、p型掺杂硅层18、固有的a-Si:H层20、n型掺杂的硅层22、金 属层24、电介质层26和玻璃基底28。在图IA中还示出了 X射线光子路径30和可视光的光子路径32。如图所示，当单个X射线被磷光体吸收时，无向性地发射出大量的可见光子。 仅仅小部分发射的光到达了光电二极管并且被检测到。如在图IB中示出的，平板成像器80由传感器阵列81组成，传感器阵列81包括 a-Si n-i-p光电二极管70和TFT 71的矩阵。门驱动器芯片82被连接到栅极线83的块以 及读出芯片被连接到数据线84和偏置线85的块。数据线84中的每一个具有关联的电荷 放大器86。放大器优选地包括具有可编程滤波的双相关采样电路(未示出)，并且与模拟 多路复用器87通信，模拟多路复用器87又与模拟数字转换器(ADC) 88通信，从而以理想的 速率流输出数字图像数据。 基于a-Si的间接平板成像器的操作已为本领域技术人员所知，并且因此本文仅 给出简要描述。入射的X射线光子在磷光体屏幕12中被转换成光量子，并且这些光量子随 后在a-Si:H n-i-p光电二极管70中被转换成电子空穴对。通常，反偏置电压被施加到偏 置线85以产生跨光电二极管的电场(以及因此产生的耗尽区)和提高电荷收集效率。光 电二极管的像素电荷容量由偏置电压与光电二极管电容的乘积确定。图像信号由光电二极 管集成，而关联的TFT 71被保持在非导通(“断开”)状态。这是通过将栅极线83维持在 负电压来实现的。通过借助TFT栅极控制电路顺序地将TFT行切换到导通状态来读出阵列。 当通过向对应的栅极线83施加正电压将像素行切换到导通(“接通”)状态时，来自那些像 素的电荷沿着数据线84被传送并且由外部电荷灵敏放大器86集成。然后该行被切换回非 导通状态，并且该步骤被重复用于每一行直到整个阵列被读取。来自外部电荷灵敏放大器 86的信号输出通过并行到串行的多路复用器87被传送到模拟数字转换器(ADC)88，随后产 生数字图像。平板成像器能够单拍(射线照相)以及连续(荧光镜的(fluoroscopic))的 图像获取。常规的闪烁磷光体屏幕成像面板具有三个基本部件玻璃或者其它刚性的透明材 料的基底、在基底上形成的TFT层以及包含该闪烁体材料的磷光体层。有利的是通过去除 不直接涉及获取图像数据的部件来简化成像面板的设计以及减少尺寸、重量和成本。

发明内容
本发明的一个目标是提供投影射线照相成像装置，其具有简化的和轻便的设计和 改进的检测和显示特性。在一个方面，本发明涉及包括闪烁物和成像阵列的投影射线照相成像装置。成像 阵列包括直接地形成在闪烁物的侧面上的多个像素。每个像素包括至少一个光敏元件和至 少一个读出元件。根据另一方面，本发明包括制造射线照相成像装置的方法。该方法包括在临时的 基底上形成释放层的步骤。该方法还包括在释放层上形成包括多个光敏元件和多个薄膜晶 体管读出元件的成像阵列。在成像阵列上形成闪烁物以及释放层被激活(activate)以将 阵列从临时基底移除。在又一实施例中，本发明提供了包括具有第一厚度的第一闪烁物和具有第二厚度 的第二闪烁物的射线照相成像面板。成像阵列形成在第一闪烁物上并且被设置在第一和第 二闪烁物之间。成像阵列包括多个光敏元件和多个薄膜晶体管读出元件。根据其它方面，本发明提供了包括第一和第二闪烁物的射线照相成像面板，所述第一和第二闪烁物分别具有第一和第二厚度，并且成像阵列被直接地设置在第一和第二闪 烁物中的一个上。成像阵列包括多个像素元件并且被设置在第一和第二闪烁物之间。每个 像素元件包括光耦合到第一闪烁物的第一光敏元件、光耦合到第二闪烁物的第二光敏元件 和电耦合到第一和第二光敏元件并且直接地设置在第一和第二闪烁物中的一个上的读出 元件。 本发明提供一种投影射线照相成像装置，包括闪烁物；和包括直接地在所述闪烁物的侧面上形成的多个像素的成像阵列，每个像素包括至 少一个光敏元件和至少一个读出元件。优选地，在本发明的装置中，其中所述至少一个光敏元件包括金属绝缘半导体、 p-n结光电二极管、PIN光电二极管、针型光电二极管、电荷注入器件、电荷耦合器件以及光 电晶体管中的一个或多个。优选地，在本发明的装置中，其中所述至少一个读出元件包括薄膜晶体管、MOS晶 体管、双极型晶体管、二极管开关、电荷注入器件和电荷耦合器件中的一个或多个。优选地，在本发明的装置中，其中所述闪烁物是第一闪烁物，并且进一步包括第二 闪烁物，该第二闪烁物被设置成将所述成像阵列夹在所述第一闪烁物和所述第二闪烁物之 间。优选地，在本发明的装置中，其中所述成像阵列在以下一种或多种中形成非晶 硅、多晶硅、单晶硅、有机半导体、和包括铟、锌、氧和镓之一的二元、三元或者四元半导体中 的一个或多个。优选地，在本发明的装置中，进一步包括在所述闪烁物和所述成像阵列之间的阻 挡层和平面化层中的至少一个。本发明还提供一种制造射线照相成像装置的方法，包括在临时基底形成释放层；在所述释放层形成包括多个光敏元件和多个薄膜晶体管读出元件的成像阵列；将闪烁物粘结到所述成像阵列；以及激活所述释放层以将阵列和粘结的闪烁物从所述临时基底移除。优选地，在本发明的方法中，其中所述释放层包括有机物和无机物中的一个或两 个。优选地，在本发明的方法中，其中所述激活步骤包括将所述释放层在热、光、和化 学剂中的一个曝光。优选地，在本发明的方法中，进一步包括在所述释放层和所述成像阵列之间形成 阻挡层。优选地，在本发明的方法中，其中所述激活步骤包括通过蚀刻溶解所述释放层，其 中所述蚀刻具有对所述阻挡层的高选择性的蚀刻速率。优选地，在本发明的方法中，其中所述蚀刻包括氟化氙气体。优选地，在本发明的方法中，进一步包括在将所述闪烁物粘结到所述成像阵列之 前在所述成像阵列上形成平面化层。优选地，在本发明的方法中，其中激活所述释放层的步骤包括将辐射能量导向所述释放层并且其中所述释放层包括能够吸收至少一部分所述辐射能量的着色剂。优选地，在本发明的方法中，其中所述闪烁物包括Gd202S:Tb、Y2O2SiTb, CsI :T1、 CaW04、BaFBr Eu、LaOBr 和 LaOBr Tm 中的至少一个。本发明提供一种射线照相成像面板，包括具有第一厚度的第一闪烁物；具有第二厚度的第二闪烁物；和 在所述第一闪烁物上形成并且夹在所述第一和第二闪烁物之间的成像阵列，所述成像阵列包括多个光敏元件和多个薄膜晶体管读出元件。优选地，在本发明的成像面板中，其中根据材料组合物、空间频率响应特性、厚度 和原子序数中的至少一个所述第一和第二闪烁物不同。优选地，在本发明的成像面板中，其中所述第一厚度和所述第二厚度相同。优选地，在本发明的成像面板中，其中所述第一闪烁物的调制传递函数超过所述 第二闪烁物的调制传递函数，使得对于所述第一闪烁物在调制传递函数是50%时的空间频 率比对于所述第二屏幕的高出至少0. 5c/mm。优选地，在本发明的成像面板中，其中所述第二闪烁物的X射线吸收率比第一闪 烁物的X射线吸收率超出至少10%。优选地，在本发明的成像面板中，其中所述第一闪烁物比所述第二闪烁物薄并且 在使用中，所述成像面板被定向成接收从所述第一闪烁物的侧面的方向入射的X射线曝光。优选地，在本发明的成像面板中，其中所述多个光敏元件包括对于来自所述第一 闪烁物的光敏感的第一光敏元件和对来自所述第二闪烁物的光敏感的第二光敏元件。本发明还提供一种射线照相成像面板包括具有第一厚度的第一闪烁物；具有第二厚度的第二闪烁物；以及包括多个像素元件的成像阵列，该成像阵列被直接地设置在所述第一和第二闪烁 物中的一个上，并且被布置在所述第一和第二闪烁物之间，在所述成像阵列中的每个像素 元件包括光耦合到所述第一闪烁物的第一光敏元件；光耦合到所述第二闪烁物的第二光敏元件；和电耦合到所述第一和第二光敏元件并且直接地设置在所述第一和第二闪烁物中 的一个上的读出元件。优选地，在本发明的成像面板中，其中所述第一和第二闪烁物在材料组合物、空间 频率响应特性和原子序数的至少一个上不同。 优选地，在本发明的成像面板中，进一步包括设置在所述第一和第二光敏元件之 间的光屏蔽。优选地，在本发明的成像面板中，其中所述光屏蔽是金属、半导体和着色剂中的一 个。优选地，在本发明的成像面板中，其中所述第一和第二厚度中的一个是至少一个 光吸收长度。
优选地，在本发明的成像面板中，进一步包括设置在所述成像阵列与所述第一和 第二闪烁物中没有在其上直接设置所述成像阵列的一个之间的透明基底。优选地，在本发明的成像面板中，其中所述第一和第二闪烁物中的至少一个包括 靠近所述成像阵列的阻挡层。当本领域的技术人员结合附图阅读以下的详细说明时，本发明的这些和其它目 标、特征和优势将会变得明显，其中附图中示出和描述了本发明的示意性实施例。


虽然本说明书以特别示明和清楚地要求保护本发明的主题的权利要求书结束，但 是可以理解的是当结合附图时从以下描述可以更好地理解本发明。图IA是示出在现有技术的平板成像器中的成像像素的截面图。图IB是示出现有技术的平板成像器的部件的示意图。图2是根据本发明的一个实施例的像素元件的截面图。图3是根据本发明的另一实施例的像素元件的截面图。图4是根据本发明的又一优选实施例的像素元件的截面图。图5是根据本发明的又一优选实施例的像素元件的截面图。图6是根据本发明的又一优选实施例的像素元件的部分的截面图。图7是根据本发明的又一优选实施例的像素元件的截面图。图8是根据本发明的又一优选实施例的像素元件的截面图。图9是根据本发明的又一优选实施例的像素元件的截面图。图10是具有双闪烁物层和多个光敏元件的像素元件的截面图，光屏蔽和TFT读出 电路连接到每个光敏元件以及在单独的层上。图11是根据本发明的又一优选实施例的像素元件的截面图。图12是根据本发明的又一优选实施例的像素元件的截面图。图13是根据本发明的又一优选实施例的像素元件的截面图。
具体实施例方式本说明书尤其关心的是形成根据本发明的装置和方法的部分的元件，或者直接地 与根据本发明的装置和方法合作的元件。应当理解，未明确示出或者描述的元件可以采用 本领域技术人员所熟知的各种形式。在下面的描述中，诸如“之上”或者“在...顶部”的术语和短语以宽泛的含义被 用来表示层相对于彼此的布置。当然，X射线成像板可以以任意方向被曝光，其中堆叠的层 通常在水平、垂直或者倾斜的方向上延伸。本发明的一般方法排除了在形成用于射线照相成像的成像面板中单独的基底材 料的需要。 在本发明的各种实施例中，成像面板的闪烁物材料用作基底，其中在其上形成光 敏元件和TFT读出元件。也就是说，不需要单独的基底层；闪烁物材料用作用于成像面板的基底。参考图2，其在截面图中示出了用于在根据本发明的优选实施例的投影射线照相 成像装置的成像面板上使用的像素元件110的结构。像素单元110包括光敏元件112和读出元件114(在图2中示出为TFT，但是不限于TFT)。每个像素单元110还包括向光敏元件 12提供光能的闪烁物层130或者闪烁磷光体层的对应的部分。闪烁物层130起到双目的功 能，即，提供闪烁磷光体材料和基底，其中光敏元件112和TFT读出元件114被设置在其上。 光敏元件112可以是多种类型的器件中的任意一种。例如，光敏元件112可以是 分段或者非分段的金属绝缘半导体(MIS)。可替代地，光敏元件112可以是分段或者非分段 的光电二极管和光电晶体管。光敏元件在本领域众所周知，并且本发明不被限制于任意特 殊类型的光敏元件。图3示出用于在投影射线照相成像装置中使用的可替换的像素元件210的结构。 该元件与在图2中示出的类似，但是闪烁物层230具有诸如薄的涂层的阻挡层232，将闪烁 物层230从光敏元件212和TFT读出元件214隔离的。这种布置使得光敏元件212和TFT 读出元件214形成在闪烁物层230上，但是磷光体材料会扩散进TFT半导体部件并且使TFT 半导体部件退化的可能性减小了。阻挡层232可以例如是诸如氮化硅的无机材料，或者诸 如聚酰亚胺或BCB的有机材料。阻挡层232可以替代地为溶胶凝胶。参考图4，其示出了本发明的另一实施例，在该实施例中可替代的像素元件310具 有两个，第一和第二，闪烁物层330、331，每个具有相应的厚度tl、t2。在这个实施例中，光 敏元件312和TFT读出元件314被布置在第一和第二闪烁物层330、331之间，形成在闪烁 物层330、331中的一个上。图5示出了像素元件410的另一实施例，其组合了在图3和图4中示出的实施例。 这里，阻挡层432位于光敏元件412和TFT读出元件414的成像电子器件和第二闪烁物层 431之间。第一闪烁物层430在光敏元件412和读出元件414与第二闪烁物层431相对的 侧面上形成。在替代实施例中，阻挡层可以替代地在光敏元件412和TFT读出元件414以 及第一闪烁物430之间。此外，可以提供两个阻挡层，在光敏元件412和TFT 414以及闪烁 物430、431的每一个之间有一个。图6示出根据本发明的像素元件510的又一实施例。在该实施例中，第一和第二 光敏元件512、513在顶部彼此堆叠。不透明的光屏蔽层522被提供在第一和第二光敏元件 512、513之间。为了对于第一和第二闪烁物层530、531中的每一个来说减小第一和第二光 敏元件512、513之间的光串扰，光屏蔽层522有助于隔离第一光敏元件512，使得它接收仅 仅来自第一闪烁物层530的光。类似地，光屏蔽层522有助于隔离第二光敏元件513，使得 它接收仅仅来自第二闪烁物层531的光。尽管未示出，在图6中示出的像素元件510优选地还包括与光敏元件512、513关 联的一个或多个读出元件。图7就示出了这样的实施例。在图7中，像素元件610包括由光 屏蔽层622隔开的第一和第二光敏元件612、613。第一光敏元件612在第一闪烁物层630 上形成以及第二光敏元件613在第二闪烁物层631上形成。在该实施例中，还包括了读出 元件614。如图所示，第二光敏元件613和TFT读出元件614在相同的层上形成，S卩，在同一 平面上被制造。利用这种布置TFT读出元件614优选地被用于从的每一层中读出光敏元件 的值。读出元件614可替代地可以位于与第一光敏元件612相同的层上或者可以位于完全 不同的层上。还预期了其它布置。例如，图8示出了另一新的像素元件710，在该像素元件710 中，第一和第二光敏元件712、713被堆叠，并且具有被布置在堆的侧边的开关TFT读出元件714。在该实施例中使用了多个光屏蔽层722，以有助于避免光串扰以及限制TFT读出元件 714被照明曝光，其中TFT读出元件714被照明曝光可以向X射线数据增加噪音。TFT读出 元件714在第二闪烁物层731上形成，在与第二光敏元件713相同的平面上被制造。这将 薄膜晶体管读出元件714在堆叠的光敏元件712、713旁边放置，其中光敏元件712、713分 别在第一和第二闪烁物层730、731上形成。 图9示出替代的像素元件810，其中两个光敏元件812、813以及开关TFT读出元件 814在相同的平面上形成。光屏蔽层822形式的保护被提供在开关TFT读出元件814的两 侧。闪烁物层被标记为830和831。在图10中示出的相似的实施例中，像素元件910包括 在第一闪烁物层930上的同一平面上并排制造的第一和第二光敏元件912、913，具有设置 在第二闪烁物层931上的TFT读出元件914。光屏蔽层922形式的保护被提供在开关TFT 读出元件914的两侧。参考图11，其示出了根据本发明的另一像素元件1010。在该实施例中，像素元件 1010包括并排布置并且堆叠在第三光敏元件1016顶部的第一和第二光敏元件1012、1013。 这里像素元件1010包括多个光敏元件，根据发射光的光谱内容，每个光敏元件都表现出不 同的响应。光屏蔽层1022形式的保护被提供。闪烁物层被标记为1030和1031。在该图中 未示出TFT读出元件，尽管其可以被包含在图12和13中示出的布置中。特别地，图12示出像素元件1110，其中包括了第一、第二和第三光敏元件1112、 1113和1116，以及在第三光敏元件1116旁边形成了 TFT读出元件1114。图12中还示出的 是在一个实施例中的用于这种设计的X射线辐射的方向。这里，由于辐射首先在第二闪烁 物层1131的表面附件，在第一闪烁物层1130的对面被吸收，因此从该层激发出来的照明遭 受较少的光散射并且因此得到的图像具有较高的MTF，使得每一像素元件具有多个光敏元 件1112、1113和1116允许以较高的空间频率采样图像。如图所示出的，也可以提供光屏蔽 层 1122。在图13中，像素1210再次具有三个光敏元件1212、1213、1216，其中，根据发射的 光的光谱内容，不同的光敏元件1212、1213、1216表现出不同的响应。在该实施例中，TFT读 出元件1214被设置在与三个光敏元件1212、1213、1216相同的平面或者层上。如图所示， 也可以提供多个光屏蔽层1222来屏蔽从第一和第二闪烁物1230、1231发射的光。因此，已经描述了根据本发明的成像像素元件的实施例。在这些实施例的每一个 中，包括光敏元件和读出元件中的至少一个的成像阵列直接地在闪烁物上形成。根据这些 实施例，不需要通常被使用并且在其上通常形成成像阵列的基底。也可以结合使用基底的 常规设计来使用这些实施例。例如，当使用两个闪烁物层，如这里所述，成像阵列的部件可 以直接地在闪烁物中的一个上形成，并且成像阵列的其它部件可以在基底上形成，在其上 也设置了其它闪烁物层。在这样的实施例中，具有伴随的(accompanying)图像阵列部件的 两个闪烁物可以在构成之后被“碾压(laminated)”。按这种方式，采用一个闪烁物仍可以 获得减少基底产生的散射的好处，而该基底仍然提供一定的结构稳定性。本发明的若干个优选的实施例包括具有优选地不同厚度的两个闪烁物层(尽管， 闪烁物层可以为相同的厚度)。这些实施例的方法是在DR成像板中使用多个闪烁物层来最 大化有点冲突的对于信噪比(SNR)和调制传递函数(MTF)的要求。在实施例中，第一闪烁 物层具有比第二闪烁物层的厚度t2相对较薄的厚度tl。由于固有地较少光漫射，较薄的闪烁物层用于最优化分辨率和MTF。相反地，较厚的闪烁物层用于最优化SNR。例如，一个磷 光体屏幕的厚度可以是97 μ m(具有为45. 3mg/cm2的Gd2O2S = Tb的涂层重量)，而其他磷光 体屏幕的厚度可以是186 μ m(具有为82. 7mg/cm2的Gd2O2S = Tb的涂层重量)。较薄的磷光 体屏幕可以具有黑色、吸收性材料的光控制层并且较厚磷光体屏幕可以具有黑色吸收性材 料的光控制涂层。使用用于普通的射线照相的典型的X射线束(DN5 RQA5束)，在MTF将 等于50%的空间频率(f1/2)对于较薄的磷光体屏幕和较厚的磷光体屏幕分别为3. 8c/mm和 2. 4c/mm。在同一时间，较厚的磷光体屏幕的X射线吸收率是47%，相比之下较薄的磷光体 屏幕是29%。在实际的设计中，较薄的磷光体屏幕的MTF将超出较厚的磷光体屏幕的MTF， 使得对于第一磷光体屏幕的在MTF为50%的空间频率(f1/2)比对于第二磷光体屏幕的在 MTF为50%的空间频率(f1/2)高出至少0.5c/mm。另外，第二磷光体屏幕的X射线吸收率将 超出第一磷光体屏幕的X射线吸收率至少10%。成像阵列能够读取从每个磷光体屏幕产生 的图像，使得合成的图像可以提供比使用具有单个磷光体屏幕的常规的DR系统所能达到 的图像质量更高的质量。 在本发明的实施例中有用的磷光体屏幕的材料组合物包括以下一种或多种或者 它们的组合=Gd2O2S Tb、Gd2O2SEu、Gd2O3Eu、La2O2S Tb、La2O2S、Y2O2S Tb、CsI Tl、CsI Na、 CsBr:TU NaI:Tl, CaffO4, CaffO4:Tb, BaFBr:Eu, BaFCl:Eu, BaSO4:Eu, BaSrSO4, BaPbSO4, BaAl12O19:Mn> BaMgAl10O17:Eu、Zn2SiO4:Mn> (Zn, Cd)S:Ag、LaOBr> LaOBr:Tm> Lu2O2S:Eu> Lu2O2SiTb, LuTaO4, HfO2:Ti, HfGeO4:Ti, YTaO4, YTaO4:Gd, YTaO4:Nb, Y2O3:Eu, YBO3:Eu, YB03:Tb、或(Y，Gd)BO3:Eu0作为示例，磷光体屏幕可以具有相同或者不同的材料组合物。 例如，磷光体屏幕可以具有相同的磷光体材料但是具有不同的粒度分布、粒胶比(particle to binder ratio)、装填(pack)密度或者吸收染料(absorbing dye)。在第二磷光体屏幕 上的磷光体材料的中间粒度可以在大约1到大约5微米的范围，但是在第一磷光体屏幕上 的磷光体材料的中间粒度可以在大约6到大约15微米的范围在本发明的实施例中的有用磷光体屏幕中重元素的原子序数可以不同。例如，为 了较高的X射线能量吸收，与第一磷光体屏幕相比，第二磷光体屏幕可以具有拥有较高原 子序数元素的组合物。在一个示例中，第二磷光体屏幕可以包含Gd2O2S Tb而第一磷光体屏 幕可以包含Y2O2S:Tb。钆(Gd)具有原子序数64，而钇⑴具有原子序数39。此外，由于具有不同结构的不同磷光体材料的使用，在本发明的实施例中可用的 磷光体屏幕的空间频率响应可以不同。例如，第二磷光体屏幕可以包括诸如CsI:Tl的柱状 结构化的磷光体，而第一磷光体屏幕可以包括诸如Gd2O2S: Tb的粉末磷光体。当在合适的条 件下进行蒸发时，CsI层将会以针状的具有高装填密度的紧密装填的微晶体形式浓缩，。这 种柱状或者针状的磷光体在本领域中是众所周知的。参见例如ALN Stevels等人在Phi 1 ips Research Reports 29:353-362(1974)的“Vapor Deposited CsI :Na Layers :Screens for Application in X-Ray Imaging Devices，，；以及 T. Jing 等人在 IEEE Trans. Nuc 1. Sci. 39 :1195-1198 (1992)的"Enhanced Columnar Structure in CsI Layer by Substrate Patterning”。以这种形式，相对于具有相同厚度的粉末磷光体屏幕改进了空间频率响应 (或者分辨率)，大概是因为与粉末磷光体屏幕相比，柱状微晶体增强了光的前向散射。这 些柱可以被认为是用作光纤光导，使得将朝着柱的任一端引导由入射X射线的吸收产生的 可见光子。与粉末屏幕类似，通过朝着出射表面重定向可见光子，反射性的衬背被用于最大化层的光收集能力。例如，第二磷光体屏幕可以具有厚度为89微米的CsI:Tl层，而第一磷 光体屏幕可以具有厚度为93微米的Gd2O2S = Tb层。第二磷光体屏幕的空间频率响应可以比 第一磷光体屏幕的空间频率高。对于第二和第一磷光体屏幕在MTF等于50%的空间频率 (f1/2)的值分别为 4. 7c/mm 和 3. 3c/mm。
在这些双屏幕装置中，X射线辐射通常在具有较薄磷光体屏幕的成像装置的侧面 入射，即，较薄屏幕被布置成更接近于X射线源。以这种方式，较薄屏幕的MTF被最优化。可 替代地，X射线辐射可以入射到磷光体屏幕中的较厚磷光体屏幕上，使得较厚屏幕的SNR被 最优化。还是在双屏幕装置中，闪烁物层的厚度tl、t2可以缩放以最优化光吸收长度。例 如，超出一个或多个吸收长度的厚度可有利于减少光串扰。还是在上述的实施例中，光屏蔽可以是金属的或者一些其它不透明的材料并且还 可以提供例如诸如触点的电连接。光屏蔽额外地/替代地可以是着色剂和/或半导体。当在之前的实施例中存在多于一个的光敏元件时，它们可能是相同的，示出对于 不同波长的入射辐射的相同的总体响应。但是，在其它实施例中，光敏元件可以具有不同的 敏感特性，“被调谐”以匹配它们对应的闪烁物层的发射特性。例如，一个闪烁物层可能发射 峰值接近500nm的光以及其它闪烁物层可能具有不同的磷光体材料，例如其可以发射峰值 接近例如550nm的光。
制造如在之前的实施例中所指出地，根据本发明光敏元件和/或读出元件可以直接地 被设置在闪烁物层上而不需介于其间的基底。在形成这种装置的一个方法中，使用已知的 制造技术，直接地在闪烁物层上制造这些成像部件。这种方法的优选的实施例包括使用 Gd2O2SiTb作为闪烁物层。此外，为了确保成像部件在闪烁物上的适当的形成，通常理想的 是将闪烁物层的平面性维持在20nm RMS之内。在另一优选的实施例中，成像部件可以首先形成在中间或者临时基底上，然后碾 压到闪烁物层上。一种使用中间基底的方法包括在中间基底上形成释放层。然后在该释放 层上形成由光敏元件和薄膜晶体管读出元件组成的阵列。之后，将辐射能量、热量、压力或 者其它能量施加到释放层上以便将它从中间基底隔离。然后可以使用释放层或者其它物质 或者工艺将成像像素的阵列粘附或者以其它方式粘结到闪烁物以形成成像面板。根据本发 明使用的释放层可以是有机或者无机的并且可以被化学、光学、热激活。已知的释放层包括 可从Brewer Science购买的ProLIFT和HD-3007聚酰亚胺粘合剂，可以从HD Microsystems 购买的激光激活的释放材料。释放层还可以包括聚苯并恶唑。在将阵列制造在闪烁物上的另一方法中，提供了临时的基底。同在刚刚描述的实 施例中的一样，在临时基底的基本上平坦的表面上形成释放层，并且在该释放层上形成包 括光敏元件和开关元件的成像阵列。虽然阵列和释放层仍然被设置在临时基底上，而闪烁 物被粘结在成像阵列上。释放层在此后被激活以将成像阵列(具有粘结到其的有闪烁物) 从临时基底隔离。因此得到了如在图2中所示的成像阵列。释放层优选地为可以被热、光和/或化学激活的有机或者无机材料。例如，在一个 实施例中，使用蚀刻技术激活释放层。在这种实施例中，阻挡层可以被用在释放层和成像阵 列之间以及使用的蚀刻对阻挡层具有高选择性的蚀刻速率以防止损坏成像阵列。蚀刻可以是例如氟化氙气体(xenon difloride gas)。在另一实施例中，释放层可以包括着色剂。为 了激活释放层，辐射能量被导向释放层并且着色剂吸收至少一部分辐射能量。上面所描述 的释放层也可以被用在该实施例中。虽然阻挡层可以被包括以作为蚀刻停止，阻挡层可以在成像阵列和闪烁物之间形 成，以形成诸如在图3中示出的装置。在其它实施例中，平面化层可以在粘结闪烁物之前被 形成在成像阵列，以提供闪烁物被粘结在其上的基本上平坦的表面。
之前方法的变化也可以被考虑到并且被用于形成本发明的优选的成像阵列。例 如，一旦将成像阵列和闪烁物从临时基底移除，可以刚进行这种移除就被曝光的成像阵列 的表面上粘结第二闪烁物。优选地，第二闪烁物具有不同于第一闪烁物的属性的属性。以 这种方式增加第二闪烁物将形成诸如图4和5中所示出的那些装置。此外，在使用粘合剂 或者等同物构造之后，两个具有粘结的基底的阵列可以被碾压以产生在图6和7中示例的 阵列。可以适当地通过在释放层上形成成像阵列以类似的方式形成剩余示出的阵列。也可 以使用已知的方法形成阻挡层以产生理想的像素结构。本发明尤其参考其中的某些优选的实施例被详细地描述，但是应当理解的是，在 如上面所描述的和如所附的权利要求指出的本发明的范围内，本领域的技术人员在不脱离 本发明的范围内可以实现变化和修改。例如，尽管在前面的实施例中光电二极管被用作示例性光敏元件，但是本发明并 不限于此。可以使用任何光敏元件，包括但不限于，金属绝缘半导体、p-n结光电二极管、PIN 光电二极管、针型光电二极管、电荷注入器件、电荷耦合器件以及光电晶体管。本发明还不 限于将TFT作为读出元件。可以使用MOS晶体管、双极型晶体管、二极管开关、电荷注入器 件和电荷耦合器件的任意一种。此外，成像阵列可以以下任意一种形成非晶硅、多晶硅、单 晶硅、有机半导体、和包括铟、锌、氧和镓中的一个的二元、三元或者四元半导体中的一个或 多个、或者其任意组合。因此提供了直接地在闪烁物磷光体屏幕上形成的光敏元件和薄膜晶体管读出器 件的成像阵列。部件清单10.成像像素12.磷光体屏幕14.无源层(Passivization layer)16.铟锡氧化物层(Indium-tin-oxide layer)18. ρ型掺杂硅层20.a_Si:H 层22. η型掺杂硅层24.金属层26.电介质层28.玻璃基底
30. X射线光子路径32.可视光的光子路径70.光电二极管
71. TFT 开关80.平板成像器81.传感器阵列82.驱动器芯片83.栅极线84.数据线85.偏置线86.放大器87.多路复用器88. A-D 转换器110,210,310,410,510,610,710,810,910,1010，1110，1210.像素元件112，212，312，412，512，612，712，812，912，1012，1112，1212.(第一)光敏元件513,613,713,813,913,1013,1113,1213.第二光敏元件114,214,314,414,614,714,814,914,1114，1214. TFT 读出元件1016，1116，1216.第三光敏元件522,622,722,822,922,1022,1122,1222.光屏蔽层130，230，330，430，530，630，730，830，930，1030，1130，1230.(第一)闪烁物层331,431,531,631,731,831,931,1031,1131,1231.第二闪烁物层232,432.阻挡层tl，t2.厚度
权利要求
投影射线照相成像装置，包括闪烁物；和包括直接地在所述闪烁物的侧面上形成的多个像素的成像阵列，每个像素包括至少一个光敏元件和至少一个读出元件。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个光敏元件包括金属绝缘半导体、p-n 结光电二极管、PIN光电二极管、针型光电二极管、电荷注入器件、电荷耦合器件以及光电晶 体管中的一个或多个。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个读出元件包括薄膜晶体管、MOS晶体 管、双极型晶体管、二极管开关、电荷注入器件和电荷耦合器件中的一个或多个。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述闪烁物是第一闪烁物，并且进一步包括第二 闪烁物，该第二闪烁物被设置成将所述成像阵列夹在所述第一闪烁物和所述第二闪烁物之 间。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述成像阵列在以下一种或多种中形成非晶硅、 多晶硅、单晶硅、有机半导体、和包括铟、锌、氧和镓之一的二元、三元或者四元半导体中的 一个或多个。
6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括在所述闪烁物和所述成像阵列之间的阻挡 层和平面化层中的至少一个。
7.根据权利要求9所述的成像面板，其中所述第一闪烁物的调制传递函数超过所述第 二闪烁物的调制传递函数，使得对于所述第一闪烁物在调制传递函数是50%时的空间频率 比对于所述第二屏幕的高出至少0. 5c/mm。
8.根据权利要求9所述的成像面板，其中所述第一闪烁物比所述第二闪烁物薄并且在 使用中，所述成像面板被定向成接收从所述第一闪烁物的侧面的方向入射的X射线曝光。
9.一种射线照相成像面板，包括具有第一厚度的第一闪烁物；具有第二厚度的第二闪烁物；和在所述第一闪烁物上形成并且夹在所述第一和第二闪烁物之间的成像阵列，所述成像阵列包括多个光敏元件和多个薄膜晶体管读出元件。
10.根据权利要求9所述的成像面板，其中根据材料组合物、空间频率响应特性、厚度 和原子序数中的至少一个，所述第一和第二闪烁物不同。
全文摘要
投影射线照相成像装置包括闪烁物和成像阵列。该成像阵列包括直接地在所述闪烁物的侧面形成的多个像素。每个像素包括至少一个光敏元件和至少一个读出元件。
文档编号G01T1/20GK101988967SQ20101024666
公开日2011年3月23日 申请日期2010年7月30日 优先权日2009年7月30日
发明者R·S·克尔, R·W·库尔平斯基, T·J·特雷威尔 申请人:卡尔斯特里姆保健公司