辐射探测器和闪烁体板、以及其制造方法
【专利摘要】根据实施例，辐射探测器包含光电转换衬底和闪烁体层。该光电转换衬底将光转换为电信号。该闪烁体层接触该光电转换衬底并且将从外部入射的辐射转换为光。该闪烁体层是含有Tl作为活化剂的CsI的荧光剂。该CsI是卤化物。该活化剂在该荧光剂内的浓度是1.6质量％±0.4质量％。该活化剂在该荧光剂内的浓度在该闪烁体层的面内方向上具有中央部分>周边部分的关系。该中央部分是该闪烁体层的形成区域的中央区域。该周边部分是该闪烁体层的该形成区域的外周区域。
【专利说明】
辐射探测器和闪烁体板、以及其制造方法
[技术领域]
[0001]本发明的实施例涉及辐射检测器和闪烁体板、以及其制造方法。
[【背景技术】]
[0002]使用有源矩阵或固态像元如CCD、CM0S等的平面辐射探测器的X射线探测器作为新一代X射线诊断图像检测器引起关注。通过辐射X射线到该X射线探测器上，X射线图像或实时X射线图像作为数字信号输出。
[0003]该X射线探测器包含光电转换衬底和闪烁体层，该光电转换衬底将光转换为电信号，该闪烁体层接触该光电转换衬底并且将从外部入射的X射线转换为光。然后，由该闪烁体层转换的入射X射线的光到达该光电转换衬底并且被转换为电荷;并且该电荷作为输出信号被读取并且通过所规定的信号处理电路等转换为数字图像。
[0004]在该闪烁体层包括为卤化物的CsI的情况下，简单的CsI不能将入射的X射线转换为可见光;因此，与一般荧光剂相似，包括活化剂以激活由于入射X射线的光的激发。
[0005]在该X射线探测器中，因为该光电转换衬底的光接受灵敏度的峰值波长存在于该可见光区域中的400nm至700nm附近，在该闪烁体层中使用Cs I的情况下，TI被用作活化剂，因为在Tl中由入射的X射线激发的光的波长是在550nm附近。
[0006]在该闪烁体层是含有Tl作为活化剂的CsI的荧光剂并且CsI是卤化物的情况下，与含有一般活化剂的荧光剂相似地，该闪烁体层的特性受到作为活化剂的Tl的浓度和浓度分布的极大影响。
[0007]在包括含有活化剂的闪烁体层的X射线探测器或闪烁体板中，在该活化剂的浓度和浓度分布不适当的情况下，这导致该闪烁体层的特性退化，影响残留影像(第(η-1)次或更早的X射线图像的主体图像保留在第η次X射线图像中的现象)，并且影响涉及该闪烁体层的发光特性的灵敏度(发光效率)。
[0008]例如，因为在使用X射线图像诊断的受试体之间这些成像条件大不相同(入射的X射线的射线量是约0.0087mGy至0.87mGy(因为该X射线透射率在各部分之间是不同的))，在该第(η-1)次X射线图像与该第η次X射线图像之间的入射X射线的射线量可以发生很大不同。因此，在其中第(η-1)次和该第η次的X射线图像的入射X射线的射线量差异是(η-1)>η的情况下，残留影像发生，因为该第(η-1)次的X射线图像的非主体部分的闪烁体层的发光特性由于该入射X射线的大能量而变化;并且这些影响在该第η次的X射线图像仍保留。
[0009]对于使用X射线图像的诊断，这些残留影像特性是重要的特性，甚至当与该闪烁体层的其他特性如灵敏度(发光效率)和分辨率(MTF)相比时。
[0010]在使用X射线图像的诊断中，通常存在该诊断是在受试体在该X射线图像的中央部分被处理的状态下进行的许多情况；因此，该闪烁体层的形成区域的中央区域中的特性是重要的。
[0011]通常，提议调整该闪烁体层的活化剂的浓度和浓度分布以便改进灵敏度(发光效率)和分辨率(MTF)。 [引用列表]
[专利文献]
[0012][PTL I]
JP 2007-232636 A
[
【发明内容】
]
[本发明解决的问题]
[0013]通常，该闪烁体层的特性的许多改进涉及灵敏度(发光效率)和分辨率(MTF);但是很少数涉及总体特性改进，包括残留影像特性。
[0014]本发明解决的问题是提供辐射探测器、闪烁体板、以及用于制造该辐射探测器和该闪烁体板的方法，其中可以改进总体特性，包括该闪烁体层的残留影像特性。
[解决问题的手段]
[0015]根据实施例，辐射探测器包含光电转换衬底和闪烁体层。该光电转换衬底将光转换为电信号。该闪烁体层接触该光电转换衬底并且将从外部入射的辐射转换为光。该闪烁体层是含有Tl作为活化剂的CsI的荧光剂。该CsI是卤化物。该活化剂在该荧光剂内的浓度是1.6质量％ ±0.4质量％。该活化剂在该荧光剂内的浓度在该闪烁体层的面内方向上具有中央部分〉周边部分的关系。该中央部分是该闪烁体层的形成区域的中央区域。该周边部分是该闪烁体层的该形成区域的外圆周区域。
[附图简要说明]
[0016][图1]
图1是示出根据实施例的辐射探测器的第一结构实例的截面视图。
[图2]
图2是示出根据该实施例的辐射探测器的第二结构实例的截面视图。
[图3]
图3是示出根据该实施例的辐射探测器的第三结构实例的截面视图。
[图4]
图4是示出根据该实施例的辐射探测器的第四结构实例的截面视图。
[图5]
图5是根据该实施例的辐射探测器的等效电路。
[图6]
图6是根据该实施例的辐射探测器的前视图。
[图7]
图7示出了灵敏度比率与在该闪烁体层中的Tl浓度之间的相关性。
[图8]
图8示出了为分辨率的MTF比率与在该闪烁体层中的Tl浓度之间的相关性。
[图9]
图9示出了残留影像比率与在该闪烁体层中的Tl浓度之间的相关性。
[图 10]
图10示出了灵敏度比率与在该闪烁体层中的堆叠周期之间的相关性。 [图 11]
图11示出了 MIT比率与在该闪烁体层中的堆叠周期之间的相关性。
[图 12]
图12示出了残留影像比率与在该闪烁体层中的堆叠周期之间的相关性。
[图 13]
图13是用于形成该闪烁体层的一般方法的示意图。
[图 14]
图14是示出了形成方法的实例的示意图，该形成方法改变在该闪烁体层的中央部分与周边部分之间的荧光剂内的活化剂的浓度。
[图 15]
图15是示出了形成方法的另一个实例的示意图，该形成方法改变在该闪烁体层的中央部分与周边部分之间的荧光剂内的活化剂的浓度。
[图 16]
图16是根据改变在该闪烁体层的中央部分与周边部分之间的荧光剂内的活化剂的浓度的实施例的辐射探测器的样品A、B、C、D、和E的图表。
[图 17]
图17A、图17B、图17C、图17D、和图17E是分别由根据该实施例的辐射探测器的样品A、B、C、D、和E获得的X射线图像。
[图 18]
图18是示出了由根据该实施例的辐射探测器的样品A、B、C、D、和E获得的特性的图表。 [图 19]
图19是示出了根据该实施例的闪烁体板的第一结构实例的截面视图。
[图 20]
图20是示出了根据该实施例的闪烁体板的第二结构实例的截面视图。
[图 21]
图21是示出了根据该实施例的闪烁体板的第三结构实例的截面视图。
[图 22]
图22是示出了根据该实施例的闪烁体板的第四结构实例的截面视图。
[图 23]
图23是示出了使用根据该实施例的闪烁体板的成像装置的截面视图。
[图 24]
图24是示出了根据该实施例的闪烁体板的闪烁体层侧面的前视图。
[【具体实施方式】]
[0017]现在将参考图1至图24对根据本发明的实施例进行说明。
[0018]参考图1至图4，描述了辐射探测器I的基本配置;并且图1至图4示出第一至第四结构实例。图5是该基本配置的等效电路图。
[0019]首先，参考图1至图5，描述X射线探测器I的第一结构实例，作为该辐射探测器。如在图1中示出的，该X射线探测器I是间接X射线平面图像检测器。该X射线探测器I包含为有源矩阵光电转换衬底的光电转换衬底2，其将可见光转换为电信号。
[0020]该光电转换衬底2包含在具有矩形平板配置的透明玻璃或类似物中形成的支撑衬底3作为绝缘衬底。多像素4被二维地安排在支撑衬底3的表面中的矩阵配置中，其中在这些像素4之间有间隔；并且在这些像素4中的每一个中形成作为开关元件的薄膜晶体管(TFT)
5、电荷存储电容器6、像素电极7、以及光电转换元件8如光电二极管或类似物。
[0021 ]如在图5中示出的，在该支撑衬底3上提供控制电极11，作为沿着该支撑衬底3的行方向的多个控制线。该多个控制电极11被放置在该支撑衬底3的像素4之间并且被设置为在支撑衬底3的列方向上彼此分离。该薄膜晶体管5的栅电极12被电连接到这些控制电极11上。
[0022]在该支撑衬底3上设置沿着该支撑衬底3的列方向的多个读出电极13。该多个读出电极13被放置在该支撑衬底3的像素4之间并且被设置为在支撑衬底3的行方向上彼此分离。该薄膜晶体管5的源电极14被电连接到该多个读出电极13上。该薄膜晶体管5的漏极电极15被电连接到该电荷存储电容器6和该像素电极7 二者上。
[0023]如在图1中所示出的，该薄膜晶体管5的栅电极12在该支撑衬底3上以岛配置形成。形成绝缘膜21以堆叠在包括这些栅电极12的支撑衬底3上。该绝缘膜21覆盖这些栅电极12中的每一个。形成具有岛配置的多个半绝缘膜22以便堆叠到该绝缘膜21上。该半绝缘膜22包括半导体并且用作该薄膜晶体管5的沟道区域。这些半绝缘膜22与这些栅电极12对应地相对放置并且对应地覆盖这些栅电极12。换言之，设置这些半绝缘膜22，其中绝缘膜21对应地在这些栅电极12上插入。
[0024]在包括该半绝缘膜22的绝缘膜21上形成具有岛配置的源电极14和漏电极15。该源电极14和该漏电极15彼此绝缘并且并不相互电连接。该源电极14和该漏电极15设置在该栅电极12的两侧上;并且该源电极14的一个末端部分以及该漏电极15的一个末端部分堆叠在该半绝缘膜22上。
[0025]如在图5中示出的，每个薄膜晶体管5的栅电极12以及被放置在同一行中的其他薄膜晶体管5的栅电极12被电连接到同一共同控制电极11上。每个薄膜晶体管5的源电极14以及被放置在同一列中的其他薄膜晶体管5的源电极14被电连接到同一共同读出电极13上。
[0026]如在图1中示出的，该电荷存储电容器6包括在该支撑衬底3上形成的具有岛配置的下部电极23。该绝缘膜21形成为堆叠在包括这些下部电极23的支撑衬底3上。在每个薄膜晶体管5的栅电极12上的绝缘膜21延伸到每个下部电极23上。形成具有岛配置的上部电极24以堆叠在该绝缘膜21上。与在这些下部电极23相对放置这些上部电极24并且覆盖这些下部电极23中的每一个。换言之，设置这些上部电极24，其中该绝缘膜21对应地在这些下部电极23上插入。形成这些漏电极15以堆叠在包括这些上部电极24的绝缘膜21上。该漏电极15的一个其他末端部分被堆叠在该上部电极24上并且电连接到该上部电极24上。
[0027]形成绝缘层25以堆叠在绝缘膜21上，该绝缘膜包括每个薄膜晶体管5的半绝缘膜22、源电极14、以及漏电极15以及每个电荷存储电容器6的上部电极24。该绝缘层25由二氧化硅(Si02)等形成，并且围绕每个像素电极7形成。
[0028]在该绝缘层25的一部分中制作通孔26作为与该薄膜晶体管5的漏电极15连通的接触孔。形成具有岛配置的像素电极7以堆叠在包括该通孔26的绝缘层25上。该像素电极7经由该通孔26电连接到该薄膜晶体管5的漏电极15上。
[0029]形成将可见光转换为电信号的光电转换元件8如光电二极管或类似物以堆叠在每个像素电极7上。
[0030]在其中形成该光电转换元件8的光电转换衬底2的表面中形成将X射线作为辐射转换为可见光的闪烁体层31。该闪烁体层31通过气相沉积法如真空气相沉积法、溅射、CVD、等，通过在该光电转换衬底2上以柱状配置沉积高亮度荧光物质的荧光剂(如卤素化合物如碘化铯(CsI)或类似物、氧化合物如硫氧化钆(GOS)或类似物等)形成。该闪烁体层31被形成为具有柱状晶体结构，其中在该光电转换衬底2的平面方向上形成具有多个矩形配置的柱状晶体32。
[0031]形成用于增加通过该闪烁体层31转换的可见光的利用效率的反射层41以堆叠在该闪烁体层31上。形成保护该闪烁体层31免受环境空气中的湿气的保护层42以堆叠在该反射层41上。形成绝缘层43以堆叠在该保护层42上。在该绝缘层43上形成具有格栅配置和在这些像素4之间的防护物的X射线网格栅44。
[0032]然后，在由此配置的X射线探测器I中，作为辐射入射在该闪烁体层31上的X射线51由该闪烁体层31的柱状晶体32转换为可见光52。
[0033]该可见光52经由这些柱状晶体32到达该光电转换衬底2的光电转换元件8并且被转换为电信号。通过该光电转换元件8转换的电信号在该像素电极7中流动;并且直到连接到该像素电极7的薄膜晶体管5的栅电极12切换到驱动状态，该电信号移动到连接到该像素电极7的电荷存储电容器6中并且由该电荷存储电容器6保持并储存。
[0034]在此时，当这些控制电极11之一切换到驱动状态时，连接到切换到驱动状态的控制电极11上的薄膜晶体管5的一个行切换到驱动状态。
[0035]储存在连接到被切换到驱动状态的薄膜晶体管5上的电荷存储电容器6中的电信号输出到这些读出电极13。
[0036]因此，由于对应于该X射线图像的指定的行的像素4的信号被输出，对应于X射线图像的全部像素4的信号可以通过这些控制电极11的驱动控制输出；并且这些输出信号被转换为数字图像信号并且输出。
[0037]该X射线探测器I的第二结构实例现在将参考图2描述。使用与该X射线探测器I的第一结构实例相同的参考号;并且省略了相似的配置和效果的描述。
[0038]该光电转换衬底2的结构和效果与该第一结构实例的那些相同。
[0039]闪烁体板62被结合到该光电转换衬底2(具有插入的结合层61)。该闪烁体板62包括透射X射线51的支撑衬底63。在该支撑衬底63上形成反射光的反射层41;在该反射层41上形成包括具有矩形配置的多个柱状晶体32的闪烁体层31;并且形成密封该闪烁体层31的保护层42以堆叠在该闪烁体层31上。另外，在支撑衬底63上形成具有格栅配置和在这些像素4之间的防护物的X射线网格栅44。
[0040]然后，在由此配置的X射线探测器I中，入射在该闪烁体板62的闪烁体层31上的X射线51通过该闪烁体层31的柱状晶体32转换为可见光52。
[0041]该可见光52经由这些柱状晶体32到达该光电转换衬底2的光电转换元件8，并且被转换为电信号，并且如以上所述的被转换为数字图像信号并输出。
[0042]X射线探测器I的第三结构实例现在将参考图3描述。与在图1中示出的X射线探测器I的第一结构实例相比，该X射线探测器I的第三结构实例的闪烁体层31不包括柱状晶体32 ；但是其他配置是相似的。
[0043]X射线探测器I的第四结构实例现在将参考图4描述。与在图2中示出的X射线探测器I的第二结构实例相比，该X射线探测器I的第四结构实例的闪烁体层31不包括柱状晶体32 ；但是其他配置是相似的。
[0044]在具有图1至图4示出的结构的X射线探测器I中，该闪烁体层31是含有Tl作为活化剂的CsI的荧光剂;该CsI是卤化物;并且该闪烁体层31具有以下特征(1)、(2)、(3)、和(4)。
[0045](I):该活化剂在该荧光剂内的浓度是1.6质量％ ±0.4质量％ ;并且该活化剂在该荧光剂内的浓度在该闪烁体层31的面内方向上具有中央部分〉周边部分的关系，其中中央部分31a(在图6中由双点划线展示的圆形虚线的内部区域)是该闪烁体层31的形成区域的中央区域，并且周边部分31b(在图6中由双点划线展示的圆形虚线的外部区域)是该闪烁体层31的形成区域的外周区域。
[0046](2):该闪烁体层31的中央部分31a具有同心圆配置或方形配置(该配置具有该闪烁体层31的形成区域的中心作为参考)并且占该闪烁体层31的形成区域的50%或更多。
[0047](3):在该闪烁体层31的中央部分3 Ia和周边部分3 Ib的各个区域内部的该闪烁体层31的均匀性通过设定以下方式来维持:该活化剂的浓度分布是在该荧光剂内在该闪烁体层31的面内方向和膜厚度方向上±15%或更小，并且该活化剂的浓度分布是在该荧光剂内在具有200nm或更小的单位膜厚度的区域的该闪烁体层31的面内方向和的膜厚度方向上±15%或更小。
[0048](4):该闪烁体层31通过真空气相沉积法使用CsI和TlI的至少两个蒸发源来形成并且有利地具有带矩形配置的柱状晶体32的结构。
[0049]在此，在图7至图9中示出了对于具有600m的闪烁体层31的膜厚度和Tl活化剂的在图1中示出的第一结构实例的X射线探测器I，该闪烁体层31的特性与Tl浓度之间的相关性测试的结果。在图10至图12中示出了，在该闪烁体层31中的Tl浓度被设定为恒定的情况下，该闪烁体层31的特性与堆叠周期(单位膜厚度(该衬底的每次转动形成的膜厚度)的形成周期)之间的相关性测试结果。
[0050]图7示出了灵敏度比率与在该闪烁体层31中的Tl浓度之间的相关性。这些测试条件包括70kV/0.0087mGy的入射X射线。该灵敏度比率是其中在该闪烁体层31的Tl浓度是0.1质量％时的灵敏度被用作参考的比率。该闪烁体层形成条件(除了在该闪烁体层31中的Tl浓度之外)对于每个测试样品而言是相同的。如在图7中示出的，在该闪烁体层31中的Tl浓度是在1.4质量％至1.8质量％附近时，该灵敏度改进得最多。
[0051]图8示出了分辨率的MTF比率与在该闪烁体层31中的Tl浓度之间的相关性。这些测试条件包括70kV/0.0087mGy的入射X射线。该MTF比率是其中在该闪烁体层31的Tl浓度是0.1质量％时肌^(在2Lp/mm处)被用作参考的比率。该闪烁体层形成条件(除了在该闪烁体层31中的Tl浓度之外)对于每个测试样品而言是相同的。如在图8中示出的，该闪烁体层31中的Tl浓度基本上是恒定的直到2.0质量％附近。
[0052]图9示出了残留影像比率与在该闪烁体层31中的Tl浓度之间的相关性。这些测试条件包括:(n-l)>n的第(η-1)次与第η次的X射线图像的入射X射线的射线量差异；70kV/0.87mGy的入射X射线、铅板(具有3mm的板厚度)的受试体、以及对于第(n-1)次X射线图像的60秒的X射线图像间隔；以及70kV/0.0087mGy的入射X射线、无受试体、以及对于第η次X射线图像的60秒的X射线图像间隔。该残留影像比率是其中在该闪烁体层31中的Tl浓度是0.1质量％时的残留影像被用作参考的比率。该闪烁体层形成条件(除了在该闪烁体层31中的Tl浓度之外)对于每个测试样品而言是相同的。如在图9中示出的，在该闪烁体层31中的Tl浓度是在1.6质量％附近时，该残留影像具有最小水平。在其中该残留影像比率是0.5(有利地
0.4)或更小并且其中该Tl浓度是1.6质量％ ±0.4质量％的区域中残留影像是不确定的。
[0053]图10示出了灵敏度比率与在该闪烁体层31中的堆叠周期之间的相关性。这些测试条件包括70kV/0.0087mGy的入射X射线和在该闪烁体层31中0.1质量％的11浓度。该灵敏度比率是其中在该闪烁体层31的堆叠周期是200nm时的灵敏度被用作参考的比率。该闪烁体层形成条件(除了在该闪烁体层31中的Tl浓度之外)对于每个测试样品而言是相同的。
[0054]图11示出了MIT比率与在该闪烁体层31中的堆叠周期之间的相关性。这些测试条件包括70kV/0.0087mGy的入射X射线和在该闪烁体层31中0.1质量％的11浓度。该MTF比率是其中在该闪烁体层31的堆叠周期是200nm时的MTF(在2Lp/mm处)被用作参考的比率。该闪烁体层形成条件(除了在该闪烁体层31中的Tl浓度之外)对于每个测试样品而言是相同的。
[0055]图12示出了残留影像比率与在该闪烁体层31中的堆叠周期之间的相关性。这些测试条件包括:(n-1 )>n的第(η-1)次与第η次的X射线图像的入射X射线的射线量差异;70kV/
0.87mGy的入射X射线、铅板(具有3mm的板厚度)的受试体、以及对于第(n-1)次X射线图像的60秒的X射线图像间隔；以及70kV/0.0087mGy的入射X射线、无受试体、以及对于第η次X射线图像的60秒的X射线图像间隔。该闪烁体层31中的Tl浓度被设定为0.1质量％。该残留影像比率是其中在该闪烁体层31的堆叠周期是200nm时的残留影像被用作参考的比率。该闪烁体层形成条件(除了在该闪烁体层31中的Tl浓度之外)对于每个测试样品而言是相同的。
[0056]如在图10至图12中示出的，存在在该闪烁体层31的堆叠周期是200nm或更大的区域中每个特性退化的趋势。
[0057]因为是该闪烁体层31的主材料的CsI的折射率是1.8而该闪烁体层31的发光波长的峰值波长是在550nm附近，可以认为从折射率与波长之间的关系l = 550nm/l.8 = 306nm，其中I是穿过该闪烁体层31传播的发光波长的峰值波长。因此，认为在其中该闪烁体层31的堆叠周期是大于I的情况下，图10至图12的结果很可能归因于受到光学特性(散射、衰减、等)的退化影响，这些退化是由于闪烁体层31的结晶度的波动、闪烁体层31中的Tl浓度的波动等。
[0058]如在图9中示出的，在该闪烁体层31的荧光剂内的活化剂的浓度是在1.6质量％附近时，该残留影像具有最小水平;并且在1.6质量％ ±0.4质量％的区域内(其中该残留影象比率是0.5(有利地0.4)或更少)，该残留影像是不确定的。如在图7和图8中示出的，因为灵敏度和MTF的特性在1.6质量％ ±0.4质量％的区域内是良好的，1.6质量％ ±0.4质量％的区域对于该活化剂的浓度是有利的。
[0059]如在图7至图9中示出的，因为每个特性在其中该闪烁体层31的TI浓度是1.6质量％ ±0.4质量％的区域内是接近稳定状态的，每个特性的波动是小的，甚至在该闪烁体层31的Tl浓度波动(约± 15 % )时。
[0060]由在图7至图9中示出的相关图，该闪烁体层31的特性(特别地，残留影像特性)的改进效果在其中该闪烁体层31的Tl浓度是1.6质量％ ±0.4质量％的区域内是最大的;并且在1.6质量％附近存在最佳值。在其中该闪烁体层31是含有Tl作为活化剂的CsI的荧光剂并且该CsI是卤化物的情况下，获得以下特性(a)、(b)、和(C)。
[0061](a):虽然CsI具有高吸湿性并且通过与环境空气内的湿气反应潮解，TlI是吸湿的；因此，该闪烁体层31的抗湿性随着该闪烁体层31中Tl浓度增加而改进。
[0062](b):因为Tl的原子量比Cs的原子量更高，该闪烁体层31的DQE(X射线吸收率)随着在该闪烁体层31内的Tl浓度增加而改进；因此，该X射线图像的量子噪声降低;并且有可能获得具有高SN的X射线图像。
[0063](c):因为Tl的原子量比Cs的原子量更高，该闪烁体层31的DQE(X射线吸收率)随着在该闪烁体层31内的Tl浓度增加而改进;因此，由于透射的X射线，对于光电转换元件8的损害、光电转换衬底2上的IC等降低。
[0064]由此，随着该闪烁体层31中Tl浓度增加，更多地获得以上描述的(a)至(C)的效果。
[0065]在使用X射线图像的诊断或类似用途中，通常，存在该诊断在其中受试体在该X射线图像的中央部分被处理的状态下进行的许多情况。因此，如在以上描述的特征(I)中，如果该荧光剂中的Tl浓度被设定为1.6质量％ ±0.4质量％，在该闪烁体层31的面内方向上荧光剂中Tl浓度具有中央部分〉周边部分的关系，其中中央部分31a是该闪烁体层31的形成区域的中央区域，并且周边部分31b是该闪烁体层31的形成区域的外周区域，有可能改进总体特性(包括该闪烁体层31的残留影像特性)并且增加该X射线探测器I的可靠性。
[0066]适合于使用X射线图像的诊断或类似用途的X射线探测器I可以通过如在以上特征(2)中描述的设定该闪烁体层31的中央部分31a占该闪烁体层31的形成区域的50%或更多来提供。
[0067]甚至在其中在该荧光剂内该活化剂的浓度是1.6质量％±0.4质量％的区域中，如果存在该闪烁体层31的面内方向和膜厚度方向上的该荧光体内的活化剂的大的浓度分布偏差，每个特性容易波动较大。因此，有利的是该活化剂的浓度分布是在该荧光剂内在该闪烁体层31的面内方向和膜厚度方向上在±15%内。如果该荧光剂内的活化剂浓度分布是在约± 15%的波动范围内，这些特性中的每一种的波动是小的并且效果是小的。
[0068]如果在具有200nm或更小的单位膜厚度的闪烁体层31的至少一个区域中存在该闪烁体层31的面内方向和膜厚度方向上在该荧光体内的活化剂的大的浓度分布偏差，这些特性中的每一种容易大地波动。因此，甚至在该具有200nm或更小的单元膜厚度的区域内，有利的是该活化剂的浓度分布是在该荧光剂内在该闪烁体层31的面内方向和膜厚度方向上在±15%内。
[0069]由此，有利的是，如在以上特征(3)中描述的，该活化剂的浓度分布是在该荧光剂内在该闪烁体层31的面内方向和膜厚度方向上±15%或更小，并且该活化剂的浓度分布是在该荧光剂内在具有200nm或更小的单位膜厚度的区域中该闪烁体层31的面内方向和膜厚度方向上在±15%内。
[0070]在此，图13是用于形成该闪烁体层31的一般方法的不意图。图14和图15是改变在该闪烁体层31的中央部分31a与该周边部分31b之间的荧光剂内的活化剂的浓度的形成方法的示意图。
[0071]在图13中，该闪烁体层31的膜是通过以下步骤形成的:通过堆叠通过将衬底72(对应于该光电转换衬底2或支撑衬底63)放置在真空室71内并且通过进行真空气相沉积法，该真空气相沉积法将来自CsI的蒸发源73的蒸发的颗粒以及来自TlI的蒸发源74(安装在该真空室71内)的蒸发的颗粒真空沉积在该衬底72的堆叠表面上同时旋转该衬底72。
[0072]在此时，在该闪烁体层31的每个堆叠周期的面内方向和膜厚度方向上的Tl浓度分布可以通过控制该衬底72的旋转周期以及CsI和TlI的蒸发来任意控制。因此，在形成该闪烁体层31时，如果确保在该闪烁体层31的每个堆叠周期的面内方向和膜厚度方向上的Tl浓度分布的均匀性，也确保了在整个闪烁体层31的面内方向和膜厚度方向上的TI浓度分布的均匀性。
[0073]有可能如在图14中示出的通过将TlI的蒸发源74放置在该衬底72的中央轴线上(在旋转中心上)与衬底72相对，或者如在图15中示出的通过使用TlI的两个蒸发源74并且将这两个蒸发源74之一放置在该衬底72的中央轴线上(在旋转中心上)与衬底72相对来改变在该闪烁体层31的面内方向上的Tl浓度分布。通过该形成方法，有可能形成该活化剂在该荧光剂内的浓度在该闪烁体层31的面内方向上具有中央部分〉周边部分的关系，其中中央部分31a是该闪烁体层31的形成区域的中央区域，并且周边部分31b是该闪烁体层31的形成区域的外周区域。
[0074]由此，如果通过考虑以上描述的特性(a)至(C)，由含有Tl作为活化剂的CsI的荧光剂制成的闪烁体层31(其中该CsI是卤化物)具有以上描述的特征(I)至(4)，有可能改进总体特性(包括该闪烁体层31的残留影像特性)并且增加该X射线探测器I的可靠性。
[0075]现在将描述在图1中示出的第一结构实例的X射线探测器I的实例。在该实例中，该闪烁体层31的膜厚度是600m;该闪烁体层31的堆叠周期是150nm;Tl被用作活化剂;并且该闪烁体层31的形成区域是432nm乘以432nm。该闪烁体层31的中央部分3 Ia被设定为以该闪烁体层31的形成区域的中心为参考占50%的同心圆区域;该闪烁体层31的周边部分31b被设定为除了该闪烁体层31的形成区域的中央部分31a的区域;并且该活化剂的浓度分布被设定为在该荧光剂内在该闪烁体层31的中央部分31a和周边部分31b的各个区域中在该闪烁体层31的面内方向和膜厚度方向上±15%。使用这些条件制造该X射线探测器I的样品A、B、C、D、和E，其中，如图16所示，改变活化剂在该闪烁体层31的中央部分31a与周边部分31b的每个区域中的浓度。
[0076]在图17A、17B、17C、17D、和17E中示出该X射线探测器I的样品A、B、C、D、和E的X射线图像(第η次)，其中使用所规定的成像条件使受试体成像并且使用所规定的图像处理条件处理被成像的图像。在图18的表中示出了此时的特性的结果。在图18中，灵敏度比率、MTF比率、以及残留影像比率是使用0.1质量％的闪烁体层31中Tl浓度作为参考的值。
[0077]设定成像条件，这样该第(η-1)次与该第η次的X射线图像的入射X射线的射线量差异是(n-l)>n;70kV/0.87mGy的入射X射线，铅板(具有3mm的板厚度)的受试体，并且对于第(η-1)次X射线图像使用60秒的X射线图像间隔；以及70kV/0.0087mGy的入射X射线，无受试体，并且对于第η次X射线图像使用60秒的X射线图像间隔。
[0078]设定图像处理条件，这样该平场校正是ON的并且窗口(windowing)是ON(该图像的直方图平均值是10%)。
[0079]如在图17A和17B中示出的，在图17A和17B中围绕有四边形虚线的区域中残留影像是确认的，对于样品A，其中在该闪烁体层31的中央部分31a和该周边部分31b的每个区域中该活化剂在该荧光剂内的浓度是0.1质量％，并且对于样品B，其中该浓度是1.0质量％。在另一方面，如在图17C、17D、和17E中示出的，在图17C、17D、和17E中围绕有四边形虚线的区域中残留影像是不确定的，对于样品C，其中在该闪烁体层31的中央部分31a和周边部分31b的每个区域中该活化剂在该荧光剂内的浓度是1.2质量％，对于样品D，其中在该闪烁体层31的中央部分31a和周边部分31b的每个区域中该活化剂在该荧光剂内的浓度是1.6质量％，并且对于样品E，其中在该闪烁体层31的中央部分31a该活化剂在该荧光剂内的浓度是1.7质量％并且在该闪烁体层31的周边部分31b该活化剂在该荧光剂内的浓度是1.5质量％。在图17A、17B、17C、17D、和17E中，通过双点划线展示的圆形虚线的内侧对应于该闪烁体层31的中央部分31a的成像区域;并且该圆形虚线的外侧对应于该闪烁体层31的周边部分31b的成像区域。
[0080]由此，通过为该闪烁体层31提供在实施例中指定的以上描述的特征(I)至(4)，有可能提高该X射线探测器I的性能和可靠性，因为可以改进残留影像特性，同时灵敏度和MTF在良好状态。
[0081]现在将描述其中根据本发明的闪烁体层用在闪烁体板中的实施例。
图19至图22示出第一至第四结构实例并且描述了闪烁体板90的基本配置。
[0082]首先，将参考图19描述该闪烁体板90的第一结构实例。该闪烁体板90包括透射X射线作为辐射的支撑衬底91。在该支撑衬底91上形成反射光的反射层92;在该反射层92上形成将辐射转换为可见光的闪烁体层93;并且形成密封该闪烁体层93的保护层94以堆叠在该闪烁体层93上。
[0083]该支撑衬底91包括衬底，该衬底包括比过渡金属元素更轻的元素作为主要组分并且具有X射线的高透射率。
[0084]该反射层92包括具有高反射率的金属材料，如Al、N1、Cu、Pd、Ag等，并且通过反射在该支撑衬底91的反方向上由该闪烁体层93产生的光来提高光利用率。
[0085]该闪烁体层93例如通过气相沉积法如真空气相沉积法、溅射、CVD、等，通过以岛配置在该支撑衬底91上沉积为高亮度荧光物质的荧光剂(如碘化铯(Cs I)或类似物的卤化物化合物、氧化合物如硫氧化钆(GOS)或类似物等)形成。然后，形成该闪烁体层93以具有柱状晶体结构，其中在该支撑衬底91的平面方向上形成具有多个矩形配置的柱状晶体93a。
[0086]然后，在由此配置的闪烁体板90中，作为来自该支撑衬底91侧的辐射入射在该闪烁体层93上的X射线96由该闪烁体层93的柱状晶体93a转换为可见光97;并且该可见光97是由在该支撑衬底91的相对侧上的闪烁体层93的表面(该保护层94的表面)发射的。
[0087]图20示出了该闪烁体板90的第二结构实例。与在图1中示出的闪烁体板90的第一结构实例相比，该闪烁体板90的第二结构实例不包括该反射层92;但是其他配置是相似的。
[0088]图21示出了该闪烁体板90的第三结构实例。与在图19中示出的闪烁体板90的第一结构实例相比，在该闪烁体板90的第三结构实例中该闪烁体层93不包括这些柱状晶体93a;但是其他配置是相似的。
[0089]图22示出了该闪烁体板90的第四结构实例。与在图20中示出的闪烁体板90的第二结构实例相比，在该闪烁体板90的第四结构实例中该闪烁体层93不包括这些柱状晶体93a；但是其他配置是相似的。
[0090]图23示出了成像装置100，其例如是CXD-DR类型并且包括该闪烁体板90。该成像装置100包括外壳101;该闪烁体板90被安装在该外壳101的一个末端上;光学透镜103以及具有镜面的反射板102被安装在该外壳101的内部;并且光接收元件104，例如像CCD或类似物，被安装在该外壳101的另一个末端。这些X射线96辐射自X射线生成源(X射线管)105并且入射在该闪烁体板90上；并且由该闪烁体层93转换的可见光97从该闪烁体层93的表面发射。该X射线图像被投影到该闪烁体层93的表面上;该X射线图像由该反射板102反射，由光学透镜103浓缩，并且辐射到该光接收元件104上;并且将该X射线图像由该光接收元件104转换为电信号并且输出。
[0091]在具有图19至图22示出的结构的闪烁体板90中，该闪烁体层93是含有Tl作为活化剂的CsI的荧光剂(其中该CsI是卤化物)，并且与该闪烁体层31相似地具有以下特征(I)、(2)、(3)、和(4)。
[0092](I):该活化剂在该荧光剂内的浓度是1.6质量％ ±0.4质量％，并且该活化剂在该荧光剂内的浓度在该闪烁体层93的面内方向上具有中央部分〉周边部分的关系，其中中央部分93b(在图24中由双点划线说明的圆形虚线的内部区域)是该闪烁体层93的形成区域的中央区域，并且周边部分93c(在图24中由双点划线说明的圆形虚线的外部区域)是该闪烁体层93的形成区域的外周区域。
[0093](2):该闪烁体层93的中央部分93b具有同心圆配置或方形配置(该配置具有该闪烁体层93的形成区域的中心作为参考)并且占该闪烁体层93的形成区域的50%或更多。
[0094](3):在该闪烁体层93的中央部分93b和周边部分93c的各个区域内部的该闪烁体层93的均匀性通过设定以下各项来维持，该活化剂的浓度分布是在该荧光剂内在具有200nm或更小的单位膜厚度的区域中在该闪烁体层93的面内方向和膜厚度方向上±15%或更小，并且该活化剂的浓度分布是在该荧光剂内在该闪烁体层93的面内方向和膜厚度方向上± 15%或更小。
[0095](4):该闪烁体层93通过真空气相沉积法使用CsI和TlI的两个蒸发源形成并且有利地具有柱状晶体93a的结构，这些柱状晶体具有矩形配置。
[0096]如在参照图7至图12的描述中描述的，通过在该闪烁体板90中使用具有以上描述的特征(I)至(4)的闪烁体层93，有可能改进残留影像特性，同时该闪烁体板90的灵敏度在良好的状态下。
还相似的是，随着该闪烁体层93中Tl浓度增加，更多地获得以上描述的(a)至(c)的效果O
[0097]在使用X射线图像的诊断或类似用途中，通常，存在该诊断在其中受试体在该X射线图像的中央部分被处理的状态下进行的许多情况。因此，如在以上描述的特征(I)中的，如果该荧光剂中的Tl浓度被设定为1.6质量％ ±0.4质量％，并且该闪烁体层93的面内方向的荧光剂中Tl浓度具有中央部分〉周边部分的关系，其中中央部分93b是该闪烁体层93的形成区域的中央区域，并且周边部分93c是该闪烁体层93的形成区域的外周区域，有可能改进总体特性(包括该闪烁体层93的残留影像特性)并且增加该闪烁体板90的可靠性。
[0098]适合于使用X射线图像的诊断或类似用途的闪烁体板90可以通过如在以上特征
(2)中描述的通过设定该闪烁体层93的中央部分93b占该闪烁体层93的形成区域的50%或更多来提供。
[0099]如果存在该闪烁体层93的面内方向和膜厚度方向上的该荧光体内的活化剂的大的浓度分布偏差，甚至在其中在该荧光剂内该活化剂的浓度是I.6质量％ ± 0.4质量％的区域中，每个特性容易波动较大；因此，有利的是该活化剂的浓度分布是在该荧光体内在闪烁体层93的面内方向和膜厚度方向上在±15%内。如果该荧光剂内的活化剂浓度分布是在约±15%的波动范围内，这些特性中的每一种的波动是小的并且效果是小的。
[0100]每个特性容易波动较大，如果在具有200nm或更少的单位膜厚度的闪烁体层93的至少一个区域内存在在该闪烁体层93的面内方向和膜厚度方向上该荧光体内的活化剂的大的浓度分布偏差；因此，甚至在具有200nm或更少的单位膜厚度的区域内，有利的是该活化剂的浓度分布是在该荧光体内在该闪烁体层93的面内方向和膜厚度方向上在± 15 %内。
[0101]由此，有利的是，如在以上特征(3)中描述的，该活化剂的浓度分布是在该荧光剂内在该闪烁体层93的面内方向和膜厚度方向上±15%或更小，并且该活化剂的浓度分布是在该荧光剂内在具有200nm或更小的单位膜厚度的区域中该闪烁体层93的面内方向和膜厚度方向上在±15%内。
[0102]由此，通过为该闪烁体层93提供在实施例中指定的以上描述的特征(I)至(4)，有可能增加该闪烁体板90的性能和可靠性，因为可以改进残留影像特性，同时灵敏度和MTF在良好状态。
[0103]有可能使用与使用图13至图15描述的用于形成该闪烁体层31的方法相似的方法作为用于形成该闪烁体层93的方法。
[0104]虽然已经描述了某些实施例，这些实施例仅以实例的方式呈现，并且不旨在限制本发明的范围。确实，在此描述的新颖的实施例能够以各种其他形式呈现;此外，能够以在此描述的实施例的形式做出各种省略、替代和改变而不背离本发明的精神。所附权利要求以及其等同内容旨在覆盖将落入本发明的范围和精神的这些形式或修改。
【主权项】
1.一种辐射探测器，包含: 光电转换衬底，该光电转换衬底将光转换为电信号；以及 闪烁体层，该闪烁体层接触该光电转换衬底并且将从外部入射的辐射转换为光， 该闪烁体层是含有Tl作为活化剂的CsI的荧光剂，该CsI是卤化物，该活化剂在该荧光剂内的浓度是I.6质量％ ± 0.4质量％，该活化剂在该荧光剂内的浓度在该闪烁体层的面内方向上具有中央部分>周边部分的关系，其中中央部分是该闪烁体层的形成区域的中央区域，并且周边部分是该闪烁体层的该形成区域的外周区域。2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，该闪烁体层的中央部分占该闪烁体层的形成区域的50%或更多。3.根据权利要求1所述的探测器，其中 在该闪烁体层的中央部分和周边部分的各个区域内部的该闪烁体层中，该活化剂的浓度分布是在该荧光剂内在该闪烁体层的膜厚度方向和面内方向上±15%或更小，并且在具有200nm或更小的单位膜厚度的区域中该活化剂的浓度分布是在该荧光剂内在该闪烁体层的膜厚度方向和面内方向上±15%或更小。4.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，该闪烁体层具有柱状晶体结构。5.一种用于制造辐射探测器的方法， 该福射探测器包含光电转换衬底和闪烁体层，该光电转换衬底将光转换为电信号，该闪烁体层接触该光电转换衬底并且将从外部入射的辐射转换为光， 该闪烁体层是含有Tl作为活化剂的CsI的荧光剂，该CsI是卤化物，该方法包括: 通过气相沉积法使用CsI和Tl作为材料源来形成该闪烁体层，以使该活化剂在该荧光剂内的浓度是1.6质量％ ±0.4质量％，并且使该活化剂在该荧光剂内的浓度在该闪烁体层的面内方向上具有中央部分〉周边部分的关系，其中中央部分是该闪烁体层的形成区域的中央区域，并且周边部分是该闪烁体层的该形成区域的外周区域。6.—种闪烁体板，包含: 支撑衬底，该支撑衬底透射辐射；以及 闪烁体层，该闪烁体层接触该支撑衬底并且将从外部入射的辐射转化为光， 该闪烁体层是含有Tl作为活化剂的CsI的荧光剂，该CsI是卤化物，该活化剂在该荧光剂内的浓度是I.6质量％ ± 0.4质量％，该活化剂在该荧光剂内的浓度在该闪烁体层的面内方向上具有中央部分>周边部分的关系，其中中央部分是该闪烁体层的形成区域的中央区域，并且周边部分是该闪烁体层的该形成区域的外周区域。7.根据权利要求6所述的闪烁体板，其特征在于，该闪烁体层的中央部分占该闪烁体层的形成区域的50%或更多。8.根据权利要求6所述的闪烁体板，其特征在于， 在该闪烁体层的中央部分和周边部分的各个区域内部的该闪烁体层中，该活化剂的浓度分布是在该荧光剂内在该闪烁体层的膜厚度方向和面内方向上±15%或更小，并且在具有200nm或更小的单位膜厚度的区域中该活化剂的浓度分布是在该荧光剂内在该闪烁体层的膜厚度方向和面内方向上±15%或更小。9.根据权利要求6所述的闪烁体板，其特征在于，该闪烁体层具有柱状晶体结构。10.根据权利要求6所述的闪烁体板，其特征在于，该支撑衬底包含具有比过渡金属元素更轻的元素的物质作为主要组分。11.一种用于制造闪烁体板的方法， 该闪烁体板包含支撑衬底和闪烁体层，该支撑衬底透射辐射，该闪烁体层接触该支撑衬底并且将从外部入射的辐射转化为光， 该闪烁体层是含有Tl作为活化剂的Cs I的荧光剂，该Cs I是卤化物， 该方法包括: 通过气相沉积法使用CsI和Tl作为材料源来形成闪烁体层，以使该活化剂在该荧光剂内的浓度是1.6质量％ ±0.4质量％，并且使该活化剂在该荧光剂内的浓度在该闪烁体层的面内方向上具有中央部分〉周边部分的关系，其中中央部分是该闪烁体层的形成区域的中央区域，并且周边部分是该闪烁体层的该形成区域的外周区域。
【文档编号】G01T1/20GK105849591SQ201480062676
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年8月15日
【发明人】堀内弘, 会田博之, 吉田笃也
【申请人】东芝电子管器件株式会社