专利名称：光电二极管阵列、辐射检测器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光电二极管阵列以及一种辐射检测器。此外，本发明还涉及相应的制造该光电二极管阵列和辐射检测器的方法。
背景技术：
医学成像设备(如计算机断层造影设备、PET设备或SPECT设备)的辐射检测器被用于将射线(如X射线或伽马射线)转换为可见光。在所提到的模态中，迄今为止通常采用间接转换的辐射检测器。在间接转换的辐射检测器中，分两步将射线转换为电信号。在第一步中，借助闪烁体阵列将射线转换为光学可见的光脉冲。在此，闪烁体阵列为实现一定的位置分别率而呈像素状结构。然后，在第二步，通过与该闪烁体阵列光耦合的光电二极管阵列将所产生的光脉冲转换为电信号。该光电二极管阵列具有多个相应于闪烁体阵列结构化设置的单独的光电二极管。以这种方式产生的位置分辨的电信号在输出端被用于再现受检对象或受检患者的图像。公知的辐射检测器由于制造条件而具有如下缺点在制造辐射检测器时，采用光学粘合剂将闪烁体阵列平面地与光电二极管阵列粘合。在此，首先要将闪烁体阵列相对于光电二极管阵列对准，并以与光电二极管阵列的表面一定的距离预先固定。然后利用光学底部填充(Uderfill)粘合剂填充剩余的间隙。闪烁体阵列和光电二极管由具有在3至4 范围内的相应折射率的材料制成。但粘合剂的折射率与之相比则要小得多。在闪烁体下侧发出的光脉冲由于一方面在闪烁体和粘合剂之间而另一方面在粘合剂和光电二极管之间在平面光路上的该折射率的差别而在很大程度上折射并且部分反射。原则上各层折射率的差别越大，反射和折射也就越强。但是，通过相应地选择粘合剂材料来均衡折射率却由于在活跃的像素区域中对于在光电二极管和闪烁体之间的光传输所要求的光透明性而不可能。光在层界面上的反射和折射会导致粘合剂层中的光分量传导到相邻的像素。通过这种光学串扰会使用于图像再现的电信号畸变，这又会有损可实现的图像质量。此外，与折射和反射相关的多重反射造成光功率的损失。因此，光学串扰和多重反射会在整体上导致辐射检测器的有效光产出降低。此外，闪烁体阵列相对于光电二极管阵列的错误定位还会导致从各闪烁体发出的光的一部分不能完全到达相应光电二极管的活跃的像素区域并由此在产生信号时丢失。错误定位的危险尤其存在于背面照明的光电二极管阵列中，因为在为安置闪烁体阵列而设置的背面以掺杂为特征的活跃的像素区域不可见。在这种情况下，闪烁体阵列的定向实际上是借助参照光电二极管阵列的外边沿并引入关于光电二极管相对于该外边沿的位置的知识实现的。通常光电二极管相对于外边沿的位置具有不精确性，这种不精确性是由切割过程(Saeg印rozess)中的制造容差以及在切割中可能的边沿破损造成的。这种情况也会导致辐射检测器的有效光产出降低
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提出一种光电二极管阵列，一种辐射检测器， 以及一种用于制造这样的光电二极管阵列和这样的辐射检测器的方法，实现提高有效光产出的改进的闪烁体和光电二极管之间的光耦合的前提条件。按照本发明的用于辐射检测器的光电二极管阵列具有多个结构化设置的光电二极管，为了将光转换为电信号，这些光电二极管分别具有活跃的像素区域，其中，在至少一部分光电二极管的活跃的像素区域上在该光电二极管阵列的为安置闪烁体阵列而设置的面上设有透明氧化物层，该氧化物层具有与该光电二极管相应的折射率。该设置在光电二极管阵列上活跃的像素区域上的氧化物层，充当了光电二极管和用于构成辐射检测器的闪烁体之间的光耦合元件。在此，该氧化物层取代了迄今为止在辐射检测器中在活跃的像素面的区域中使用的粘合剂。通过制造出的相应的氧化物层和光电二极管之间的折射率，光在该界面上明显更少地折射和反射。由此，使氧化物层内的光传输以及由此的向相邻像素的光学串扰降低。此外，还使光耦合输入到光电二极管之前的多重反射的次数减少并由此使与此相关的光功率的损失减小。因此，总的说来，通过这些措施可以实现改进闪烁体和光电二极管之间的光耦合以提高有效的光产出。由于闪烁体和为在空间上将其分开而置入的隔片(S印ten)的不同的光学材料特性，闪烁体阵列中的闪烁体的结构在迄今的辐射检测器中原则上也是很好辨认的。本发明人认识到，在构造辐射检测器时可以充分利用该结构的可视性来改进光电二极管阵列和闪烁体阵列之间的相对定位。通过在光电二极管阵列的光入射侧上有选择地在活跃的像素面的区域中敷设氧化物层使光电二极管的结构、也就是阵列形状的模式直接可见，可以通过光学控制将闪烁体阵列相对于光电二极管阵列精确对准。在此，在将这些阵列相对于彼此对准时，仅须使两个可视结构重合。这样的借助光学控制的对准可以按照非常高的精确度进行。此外，可以按照非常高的精度在光电二极管阵列上产生约5μπι范围内的氧化物层。 相比基于阵列的外边沿定位而由于在切割过程中或由于边沿破损而造成的高容差来说，基于作为参照的光学可识别的结构对组件的定位所产生的系统性误差要小得多。光电二极管阵列上像素结构的可识别性，特别是在构造背面照明的辐射检测器时是具有优点的，因为在这样的辐射检测器中在光电二极管阵列的射线入射一侧的像素结构没有设置在活跃的像素面上的氧化物层就可能不可见。因此，通过敷设氧化物层可以实现将两个阵列彼此准确对准的前提条件，而这又可以进一步提高可达到的光产出。这样，当氧化物层是氧化硅层时，就可以非常有利地实现光电二极管阵列和氧化物层之间非常相似的折射率。优选氧化物层的层高至少为5 μ m,更好的是层高至少为20 μ m。按照这种方式，氧化物层还能够实现间隔件(Spacer)的功能，用以均衡光电二极管阵列表面上或要敷设在其上的闪烁体阵列的由于制造过程造成的不平坦性。因此，就不再需要如在公知的辐射检测器中用来均衡该不平坦性的附加的间隔件了。由此简化了构造辐射检测器的生产过程。按照本发明的第二方面，本发明的辐射检测器还具有直接设置在光电二极管阵列的氧化物层上的闪烁体阵列，其具有多个相应于光电二极管阵列结构化设置的闪烁体，其中，氧化物层具有与闪烁体相应的折射率。因此，光电二极管阵列、闪烁体阵列以及作为光学耦合元件设置在其间的氧化物层都具有相应的折射率。因此到达界面的光几乎不被折射或反射。由此，如上所述，在氧化物层中传输到相邻像素的光分量较之公知的辐射检测器来说要小得多。为了制造光电二极管阵列和闪烁体阵列之间的机械连接，优选地用粘合剂填充氧化物层中相邻的活跃的像素区域之间的间隙。换言之，在敷设闪烁体阵列之后，通过氧化物层的结构而形成的通道从一侧开始被填充了粘合剂。因此，在活跃的像素面的区域里不再需要用粘合剂来固定闪烁体阵列。由此对粘合剂的光学透明性的需求也就不存在了。因此原则上可以使用的粘合剂的数量就更多了。 可以从改善粘合力、可处理性和/或节约成本等角度来考虑该选择。在本发明的一种优选实施方式中，氧化物层被设置在整个活跃的像素区域上，而用于填充间隙的粘合剂是明显不透光的。由此完全避免了光在层中的传输，并由此也完全避免了对相邻像素的光学串扰。按照本发明的制造用于辐射检测器的光电二极管阵列的方法具有以下方法步骤a)首先形成多个结构化设置的光电二极管，其中，每个光电二极管分别具有一个活跃的像素区域，用于将光转换为电信号。b)然后，在至少一部分光电二极管的活跃的像素区域上将透明的氧化物层敷设在该光电二极管阵列的为安置闪烁体阵列而设置的面上，该氧化物层具有与该光电二极管相应的折射率。在此，可以将氧化物层非常准确并以简单的方式按照公知的PVD过程蒸镀到光电二极管阵列的表面上。本发明的另一方面涉及一种制造辐射检测器的方法并使用这样的光电二极管阵列，在此，继制造光电二极管阵列之后，接着实施以下方法步骤a)在氧化物层上设置具有多个相应于光电二极管阵列结构化设置的闪烁体的闪烁体阵列，其中，该氧化物层具有与该闪烁体相应的折射率。b)用粘合剂填充氧化物层中相邻的活跃的像素区域之间的间隙。在公知的辐射检测器中，粘合剂层的厚度典型地达到ΙΟΟμπι。而在本发明的辐射检测器中该层厚在5至20 μ m的范围内。因此，通过使用氧化物层可使光电二极管阵列和闪烁体阵列之间的距离显著减小。由于光传输的危险以及由此光学串扰的危险在厚层中要高于在较薄的层中，因此本发明的辐射检测器较之公知的辐射检测器提高了有效的光产出。
以下借助附图和实施例详细解释本发明。其中，图1示意性示出利用本发明的辐射检测器的计算机断层造影设备；图2以立体图示出本发明的光电二极管阵列；以及图3以侧视图示出本发明的辐射检测器。在附图中对作用相同的部分使用相同的附图标记。对于在一幅图中重复的元件， 如所示出的像素9，为清楚起见分别仅对一个元件标以附图标记。图中所示仅为示意性的并且没有严格的尺寸，图中的尺寸是可变的。
具体实施例方式图1示出计算机断层造影设备10，其包括X射线管形式的放射源11，由该放射源 11的焦点12放射出X射线扇束。该X射线扇束穿过受检对象13或患者到达辐射检测器 7，在此到达X射线检测器。X射线管11和X射线检测器7彼此相对地设置在计算机断层造影设备10的支架 (在此未示出)上，该支架可在.φ:方向上绕计算机断层造影设备10的系统轴ζ(=患者轴) 旋转。因此，φ方向表示支架的圆周方向，而ζ方向表示受检对象13的纵向。在计算机断层造影设备10运行时，设置在支架上的X射线管11和X射线检测器 7绕对象13旋转，从不同的投影方向获得对象13的X射线拍摄。每个到达X射线检测器 7的X射线投影都穿过对象13并由此使X射线衰减。在此，X射线检测器7从到达的X射线量子中产生出与到达的X射线强度相应的电信号。然后，分析单元14从由X射线检测器 7所采集的信号中以公知的方式计算出对象13的一个或多个两维或三维图像，这些图像可以被显示在显示单元15上。在当前实施例中，X射线检测器7总共由4个单独的辐射检测器模块16或X射线检测器模块构成，这些检测器模块在φ方向上并排设置。要指出的是，切割成X射线检测器模块16仅是出于使弧形构成的X射线检测器7的构造更简单的原因，以及出于使制造和维护更简单的原因而选择的。单件制成的X射线检测器与模块化制成的X射线检测器7相比， 在功能和结构上没有差别。此外，从X射线管11的焦点12发出的原辐射在对象13中在不同的空间方向上散射。该所谓的二次辐射在像素9或检测器元件中产生无法与图像再现所需的原辐射的信号区分的信号。为了限制二次辐射的影响，借助准直仪装置17使基本上只有从焦点12发出的X射线的部分，也就是原辐射部分不受阻碍地到达X射线检测器7，而二次辐射则在理想情况下被完全吸收。X射线检测器7具有用于位置分辨地将入射的X射线量子转换为光的闪烁体阵列 3，和用于将光转换为电信号的光电二极管阵列1，在该两个阵列3和1之间在活跃的像素区域6的区域中设置氧化物层5。以下借助附图对光电二极管阵列1和X射线检测器7进行详细描述图2示出按照本发明的光电二极管阵列1。光电二极管阵列1包括多个排列为矩阵状阵列的光电二极管2，在本实施例中，光电二极管2制造在硅片基础上。在制造过程中硅片在准备阶段经过多次化学浴以消除切割损伤并形成适于接收光的表面。然后对每个光电二极管2形成ρ-η结。通常对硅片进行ρ基本参杂，如通过在晶体结构中掺入硼原子。硅片的η掺杂18通过在硅片的上部约1 μ m厚的层中扩散例如磷原子来实现。η掺杂通过相应的掩膜有选择地在相应光电二极管2的要形成活跃的像素区域6的区域中实现。在掺杂过程之后通过敷设薄保护层而使该层钝化。到达该活跃的像素区域6的光通过入射的光量子和ρ-η结中的电子之间的相互作用而被转换为电信号。在此，活跃的像素区域6通过掺杂过程而成为光学可识别的。在随后的制造步骤中，分别在这样形成的活跃的像素区域6 上敷设具有与光电二极管2相应的折射率的氧化物层5。因此，在该实施例中，例如使用硅来构成作为基础材料的氧化物层5。氧化物层5逐步地通过对晶体的蒸镀形成5至20 μ m 之间的厚度。蒸镀可以在低于100度的低温下进行，从而不会在构造氧化物层5时伤害到已完成处理的光电二极管2。这样的光电二极管阵列1用于制造图3中以侧视图示出的本发明的辐射检测器7。 在此，闪烁体阵列3直接被设置在氧化物层5上。闪烁体阵列3的折射率与氧化物层5的折射率相应。因此可以将例如掺以活化剂的材料如Gd2AS^r或CsI:Tl用作闪烁体材料。 单独的闪烁体3通过所谓的隔片20相应于光电二极管阵列1的结构而彼此分开并由此而是光学可见的。在将闪烁体阵列3设置到光电二极管阵列1上时，使光电二极管2的活跃的像素区域6的通过氧化物层5标识的面与闪烁体的光射出面重合，从而使隔片20位于相邻像素9的氧化物层5的间隙中。这些间隙形成通道，粘合剂8侧面地置于其中以便机械地固定两个阵列3和1。氧化物层5的厚度选择为，一方面要均衡光电二极管阵列1和闪烁体阵列3表面上的不平坦性；另一方面还要使粘合剂8由于其粘性而能够置于通道内。因此，层厚的选择与粘合剂的粘度以及预期的闪烁体阵列3或光电二极管阵列1的表面不平坦性相关。粘合剂8选择为不透光的，由此防止了相邻像素间的光学串扰。在本实施例中粘合剂8具有粒子21，该粒子21将传输到氧化物层5中的光反射回去。在此，例如可以使用金属粒子作为粒子21。可以总结如下本发明涉及一种用于辐射检测器7的光电二极管阵列1，其具有多个结构化设置的光电二极管2，为了将光转换为电信号，这些光电二极管2分别具有活跃的像素区域6，其中，在至少一部分光电二极管2的活跃的像素区域6上在该光电二极管阵列1的为安置闪烁体阵列3而设置的面上设有透明氧化物层5，该氧化物层5具有与光电二极管2相应的折射率。与公知的光电二极管阵列相比，该氧化物层5替代粘合剂。在氧化物层5和光电二极管阵列1之间的界面上通过均衡折射率使到达的光更少折射或反射。由此使相邻像素9 之间的光学串扰降低。此外，通过氧化物层5光学地可见光电二极管2的活跃的像素区域 6。因此实现了借助光控制相对于闪烁体阵列3来精确地对准光电二极管阵列1的前提条件。总之利用这种方式可以相对于公知的辐射检测器提高光的有效利用。此外本发明还涉及制造这样的光电二极管阵列1和辐射检测器7的方法。
权利要求
1.一种用于辐射检测器(7)的光电二极管阵列(1)，具有多个结构化设置的光电二极管0)，为了将光转换为电信号，这些光电二极管( 分别具有活跃的像素区域(6)，其中， 在至少一部分光电二极管( 的活跃的像素区域(6)上在该光电二极管阵列(1)的为安置闪烁体阵列C3)而设置的面上设有透明氧化物层(5)，该氧化物层( 具有与该光电二极管 (2)相应的折射率。
2.根据权利要求1所述的光电二极管阵列，其中，所述氧化物层( 是氧化硅层。
3.根据权利要求1或2所述的光电二极管阵列，其中，所述氧化物层( 的层高至少为 5 μ m0
4.根据权利要求1或2所述的光电二极管阵列，其中，所述氧化物层( 的层高至少为 20 μ m0
5.一种具有根据权利要求1至4之一所述的光电二极管阵列的辐射检测器，具有设置在该光电二极管阵列上的闪烁体阵列(3)，该闪烁体阵列具有多个相应于该光电二极管阵列(1)结构化设置的闪烁体G)，其中，该闪烁体阵列(3)直接被设置在氧化物层(5)上，并且其中，该氧化物层( 具有与该闪烁体(4)相应的折射率。
6.根据权利要求5所述的辐射检测器，其中，用粘合剂(8)填充所述氧化物层( 中相邻的活跃的像素区域(6)之间的间隙。
7.根据权利要求5或6所述的辐射检测器，其中，所述氧化物层( 设置在整个活跃的像素区域(6)上，以及所述用于填充间隙的粘合剂(8)是不透光的。
8.一种用于制造用于辐射检测器(7)的光电二极管阵列(1)的方法，其中，-形成多个结构化设置的光电二极管O)，其中，每个光电二极管( 分别具有活跃的像素区域(6)以将光转换为电信号，以及其中，-在至少一部分光电二极管O)的活跃的像素区域(6)上将透明的氧化物层( 敷设在该光电二极管阵列(1)的为安置闪烁体阵列(3)而设置的面上，该氧化物层(5)具有与所述光电二极管( 相应的折射率。
9.根据权利要求8所述的制造光电二极管阵列⑴的方法，其中，所述氧化物层(5)是蒸镀上的。
10.根据权利要求8或9所述的制造光电二极管阵列(1)的方法，其中，所述氧化物层 (5)的层高至少为5 μ m。
11.根据权利要求8或9所述的制造光电二极管阵列(1)的方法，其中，所述氧化物层 (5)的层高至少为20 μ m。
12.一种制造辐射检测器的方法，其中，-根据权利要求8至11之一所述的方法制造光电二极管阵列(1)，其中，-在氧化物层(5)上设置具有多个相应于该光电二极管阵列(1)结构化设置的闪烁体 (4)的闪烁体阵列(3)，其中，该氧化物层( 具有与该闪烁体(4)相应的折射率，并且其中，-用粘合剂(8)填充所述氧化物层(5)中相邻的活跃的像素区域(6)之间的间隙。
13.根据权利要求12所述的制造辐射检测器(7)的方法，其中，采用不透光的粘合剂⑶。
全文摘要
本发明涉及一种辐射检测器(7)的光电二极管阵列(1)，具有多个结构化设置的光电二极管(2)，为了将光转换为电信号，这些光电二极管(2)分别具有活跃的像素区域(6)，其中，在至少一部分光电二极管(2)的活跃的像素区域(6)上在该光电二极管阵列(1)的为安置闪烁体阵列(3)而设置的面上设有透明氧化物层(5)，该氧化物层(5)具有与该光电二极管(2)相应的折射率。相对于公知的光电二极管阵列氧化物层(5)替代粘合剂。在氧化物层(5)和光电二极管阵列(1)之间的界面上通过均衡折射率使到达的光更少折射或反射。由此使相邻像素(9)之间的光学串扰降低。此外，通过氧化物层(5)光学地可见光电二极管(2)的活跃的像素区域(6)。
文档编号G01T1/20GK102183777SQ201110009950
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月18日 优先权日2010年1月18日
发明者斯蒂芬.沃思, 迈克尔.米斯 申请人:西门子公司