专利名称：用于制造闪烁器的方法和闪烁器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造闪烁器的方法以及一种闪烁器。
背景技术：
在X射线断层造影设备中采用的辐射探测器，用于将X射线转换为电信号，这些电信号形成图像再现的出发点。目前采用基于闪烁器的间接转换的辐射探测器。X射线的转换在这种探测器的情况下两级地进行。在第一级中，借助闪烁器吸收X射线并且转换为光学可见的光脉冲。在此，闪烁器被构造为用于按像素地实现一定的位置分辨率。例如，以下化合物 Gd2O2S:Pr/Ce，(Y, GcO2O3:Eu，(LuxTby)3Al5O12:Ce，CsI:Tl，CsI:Na 和 CdWO4 适合于被作为闪烁器材料。然后在第二级中，所产生的光脉冲通过与闪烁器光学耦合的光电二极管阵列被转换为电信号。在此，光电二极管阵列由多个单个光电二极管构成并且具有相应于闪烁器的结构。在此，在人体内科学领域中公知的辐射探测器按照集成的模式工作，在该模式中集成在一个特定的时间窗内到达一个像素中的所有辐射量子的信号。所采集的信号在此基本上与各个到达的辐射量子的能量值的和成比例。然而，在此丢失关于各个辐射量子的数量和能量的信息。然而，定量和能量选择性地采集辐射量子恰好在人体内科学成像领域提供一系列优点。例如，在定量采集辐射量子的情况下可以利用相对来说更低的X射线剂量进行图像产生。此外，在附加地能量选择性地采集辐射吸收事件的情况下还可以特定于物质地显示并分析图像信息。然而，在人体内科学领域中这样的采集之所以是困难的，因为此处必须计数地采集在例如大于IO8X射线量子/mm2*s的比较高的量子流速率的情况下的量子吸收事件。为了构造用于这些高的量子流速率的计数的辐射探测器，在第一方案中研究所谓的直接转换的辐射探测器。在这种探测器中到达的辐射量子在转换器层中由于与半导体材料的部分地多级物理相互作用过程而产生以电子_空穴对形式的自由的载流子(也称为 Exzitonen，激子)。作为用于转换器层的材料，例如研究半导体化合物诸如CdTe，CdZnTe, CdTeSe或CdZnTeSe。这些材料具有在医学成像的能量范围中高的X射线吸收。然而，迄今为止未解决的问题在于，通过制造过程形成晶格缺陷(Storstellen)，由于该晶格缺陷，自由的载流子复员(demobilisierthS卩，变慢或被捕获。该所谓的极化效应减小了自由的载流子的分离效率并且导致检测的电信号变宽。由此存在如下危险信号由时间上密集地先后到达的量子重叠为使得事件的分离不可能。因此，直接转换的辐射探测器迄今为止只能非常有限地用于计数地采集在高的量子流速率的情况下的吸收事件。用于构造用在高的量子流速率的计数的探测器的另一种方案在于，构造具有更快的闪烁器和更快的光电二极管阵列的间接转换的辐射探测器。从US7403589B1中公知了一种这样的光学计数的辐射探测器，其中，为了将由到达的辐射量子产生的光脉冲转换为电信号，采用硅光倍增管(Silizium-Photomultiplierer，SiPM)。在此，是按照盖革(Geiger)模式运行的特殊的雪崩二极管。在这种运行方式中，将具有位于击穿电压的范围附近的值的偏置电压(Vorspanrumg)施加到二极管。由此一个单个激子可以在几个纳秒之内触发具有高的电流值的击穿。利用这种技术可以按照在高流量应用情况下所要求的高的时间和空间分辨率实现闪烁光子的低噪声的检测。限制计数地采集的因素目前是闪烁器的衰减时间比较慢。从US7403589B1中公知的闪烁器具有来自下列组中的闪烁器材料LYS0，LaBr3或 LuTAG。这些闪烁器具有在15ns至50ns范围中的衰减时间。然而，为了在大于IO8X射线量子/mm2*s的高的量子流速率的情况计数地采集吸收特征，需要小于5ns的衰减时间的闪烁器ο
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于制造闪烁器的方法和一种闪烁器，利用其可以实现在大于IO8X射线量子/mm2*s的量子流速率的情况下用于定量并且能量选择性地采集辐射量子的前提条件。在按照本发明的用于制造用于辐射探测器的闪烁器的方法中，借助PVD过程逐层地通过沉积闪烁器材料来制造闪烁器。PVD (Physical Vapor D印osition，物理汽相淀积)过程是基于真空的沉积方法， 在该沉积方法中分别通过冷凝采用的起始闪烁器材料的分子蒸汽流形成层。这样的过程在工业上迄今为止主要用于利用基于氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)或铝氮化钛(TiAlN)的硬材料层(HartstofTschichten)来涂覆工具。涂覆的目的是，提高工具相对于环境影响的抵抗力。其例如用作氧化保护。发明人认识到，该PVD过程令人惊奇地特别好地适合于构造用于辐射探测器的快速闪烁器。关键性的优点在于，在构造闪烁晶体时在100°c至300°C的范围中的比较低的待实现的处理温度。即，利用PVD过程特别采用这些闪烁器材料其在这样低的处理温度下在其中闪烁器材料具有小于等于5ns的极其快的衰减时间的相中结晶，而这些闪烁器材料否则只有在远远更高的温度下在损失快速衰减时间的条件下才被合成。此外，PVD过程还适合于构造在Imm至3mm范围中的层厚度，如其对于用来实现高的辐射量子吸收所需要的X射线探测器的闪烁器那样。此外，其成本特别低并且可以利用现有的PVD设备来实施。此外发明人还认识到，利用PVD过程特别可以按照用于构造闪烁器的经济的沉积率实现在大的面积上的均勻的层增长。闪烁器在特别有利的情况下在整个辐射探测器模块上延伸。由此取消了用于组合单个片段的开销。作为闪烁器材料，优选在本发明的第一实施方式中使用Cul。CuI具有5. 67g/cm3 的高的特定密度，从而到达的X射线量子很好地被吸收并且被转换为光脉冲。由此，光输出(Lichtausbeute)为大于1000光子/MeV。发射波长位于420nm至430nm范围中。这样的波长范围的光脉冲可以直接由在后连接的基于硅的光电二极管转换为电信号。由于小于 300°C的低处理温度，CuI在具有小于1. Ins的衰减时间的伽马相中结晶。然而，也可以考察小于0. 27ns并且在特别有利的情况下小于0. 13的衰减时间。此外具有优势的是，在本发明的第二实施方式中使用CsF作为闪烁器材料。具有 4. 64g/cm3的CsF的特定密度同样是高的并且由此很好地适合于吸收到达的X射线量子。由此，在CsF情况下的光输出具有大于1900光子/MeV的值。发射波长为390nm并且同样可以直接由在后连接的光电二极管转换为电信号。由于低的处理温度，由CsF制造的闪烁器具有在2ns至4ns范围中的衰减时间。由此，借助PVD过程制造的基于CuI和CsF的闪烁器二者都特别好地适合于在大于IO8X射线量子/mm2*s的高流速率的情况下定量和能量选择性地采集吸收事件。此外，PVD过程的采用还提供如下优点以简单方式通过相应选择处理参数能够有目的地影响闪烁器的形态并且由此影响得到的层特征。例如，通过预先给出处理参数优选可以这样控制PVD过程，使得闪烁器构造为具有封闭的晶体的层结构。在此，封闭的晶体的结构被理解为基本上紧凑的结构，该结构基本上不具有夹杂物(EinschlUsse)或空腔(Hohlraum )。通过预先给出处理参数优选特别地还可以这样控制PVD过程，使得闪烁器构造为具有针形的层结构。这点具有如下优点不需要用于像素化(Pixellierimg)的机械后处理。也就是特别地取消了对闪烁器的切削，该切削在采用由陶瓷构成的通常的闪烁器以便形成像素结构时是必需的。通过相应地预先给出处理参数，这样形成的针优选地可以进一步具有可预定的平均厚度和/或可预定的平均分布密度。由此，可以通过相应的针形的层结构化以简单方式制造小于500 μ m的像素大小而不影响量子效率。此外，针还形成光导体，在该光导体中光脉冲以择优极化方向(Vorzugsrichtung)在针的纵向方向上传播。由此，通过这种层结构化已经以极大程度降低光学串扰。在此，处理参数例如可以是能量密度、处理压力、基体温度和反应区的几何形状。在本发明的一种特别有利的实施方式中，闪烁器材料被直接沉积在光电二极管或作为基体的光电二极管阵列上。由此，取消了在闪烁器和光电二极管阵列之间要进行的麻烦的沉积。特别地，不再需要利用定位辅助装置，例如以标记的形式来制造闪烁器和光电二极管阵列。此外，不需要用于光学地和用于机械地耦合两个元件的附加措施。由此在极大程度上简化了辐射探测器的制造。本发明的第二方面涉及一种按照上述方法制造的闪烁器。
以下借助附图结合实施例详细解释本发明。其中，图1示意性示出了具有按照本发明的辐射探测器的计算机断层造影设备，图2以框图示出了用于制造按照本发明的闪烁器的PVD过程，图3以侧视图示出了针形结构化的闪烁器的剖面，图4以俯视图示出了针形结构化的闪烁器的剖面，并且图5示出了用于制造按照本发明的闪烁器的PVD过程。在附图中，相同的或功能相同的元件用相同的附图标记表示。在一个图中重复的元件的情况下为了清楚起见分别仅利用一个附图标记表示一个元件。附图中的图示是示意性的并且不一定是按比例的，其中，在附图之间的比例可以改变。
具体实施例方式在图1中部分透视地、部分以框图示出了以计算机断层造影设备7的形式的X射线断层造影设备。计算机断层造影设备7包括用于放置待检查的患者8的患者卧榻。此外，其还包括未示出的机架，该机架具有可围绕系统轴Z旋转地支撑的拍摄系统9、2。拍摄系统9、2具有X射线管9和与其相对设置的辐射探测器2，从而在运行中由X射线管9的焦点10出发的X射线穿过患者8并且到达辐射探测器2。辐射探测器2被划分为多个在识方向上排成行的辐射探测器模块11。每个模块11具有按行和列布置的探测器像素12。辐射探测器2是具有按照本发明的闪烁器1的间接转换的探测器，其在计数地运行中被运行以便定量地和能量选择性地采集辐射吸收事件。为了拍摄检查区域的图像，在拍摄系统9、2围绕系统轴Z旋转时从多个不同的投影方向采集投影，其中，辐射探测器2对每个投影产生电信号，从中确定各个辐射量子的数量和能量。辐射探测器2提供一组原始数据作为该处理的结果。在螺旋采样的情况下在拍摄系统9、2旋转期间例如同时进行患者卧榻在系统轴Z方向上的连续调整。由此在这种采样情况下X射线管和辐射探测器2在围绕患者8的螺旋轨道上运动。按照这种方式所产生的原始数据在定序器(Sequenzer)中被串行化(serialisiert)并且然后被传输到图像计算机13。图像计算机13包含再现单元，利用该再现单元将原始数据计算为图像。能量选择性的采集使得按照组织种类的不同显示成为可能。例如在一副图像中互相分离地显示软组织和骨骼。这样所产生的图像被存储在存储器中并且在连接到图像计算机13的显示单元 14(例如视频监视器)上被显示。为了计数地采集，辐射探测器2包括基于CuI的按照本发明的闪烁器1。在此，闪烁器1借助以下描述的PVD过程3逐层地被制造并且具有在图3和4中可以看出的针形的层结构化。该闪烁器具有小于1. Ins的极短的衰减时间并且由此很好地适合于计数地采集到达的具有大于IO8X射线量子/mm2*s的流速率的辐射量子。除了 Cul，CsF也适合于作为快速的闪烁器基本材料4。在本实施例中，闪烁器1直接被沉积在辐射到来方向上的在后布置的光电二极管阵列6上。这点具有如下优点取消了用于互相对齐这两个组件和用于将闪烁器1光学和机械地耦合到光电二极管阵列6的制造步骤。当然还可以考虑，首先在不同于光电二极管阵列6的另一个基体上合成闪烁器1并且然后与光电二极管阵列6组合。 光电二极管阵列6是SiPM，也就是是以盖革模式运行的特殊的雪崩二极管。利用这些光电二极管，在闪烁器1中产生的光脉冲同样可以在纳秒范围内被转换为电信号并且可以被分析。图2以框图示出了用于制造按照本发明的闪烁器1的PVD设备15。PVD设备15包括真空室16，在该真空室中在基体支架17上布置了基体，在此是光电二极管阵列6或SiPM 阵列。基体支架17是可旋转布置的并且具有加热元件18，利用该加热元件可以加热基体。 与基体支架17相对设置了用于支持靶或闪烁器起始材料4(在本实施例中是CuI)的靶支架19。靶支架19具有用于热蒸发靶的装置20。可以借助于通过阀21连接的泵22将真空室16抽为工作真空。按照在图5中示出的以下处理步骤通过逐层沉积闪烁器材料4进行闪烁器1的制造a) 23预先给出处理参数，b) 24将PVD设备3抽取(Abpumpen)为在ICT4Pa至IOPa的范围中的工作真空，c) 25将基体支架17和光电二极管阵列6或SiPM阵列加热并旋转，直至300°C的工作温度，d) 26通过在靶支架19上蒸发CuI产生分子蒸汽流，e) 27监视层厚形成，f) 28在形成3mm的层厚之后停止蒸汽流并且冷却基体。图3以侧视图并且图4以俯视图示出了按照刚刚描述的方法制造的针形结构化的闪烁器1的剖面。针6具有几毫米的厚度。其纵轴沿着辐射到来方向29对齐。通过其几何特征，其形成光导体，在该光导体中由X射线量子产生的光脉冲优选地在针6的纵轴方向上传播。由此抑制了对相邻探测器像素的光学串扰。由此针6的横截面还形成用于对辐射探测器2进行像素化的最可能小的面积单元。总而言之本发明涉及一种用于制造用于辐射探测器2的闪烁器的方法，其中借助PVD过程3 逐层地通过沉积闪烁器材料4来制造闪烁器1。通过采用PVD过程3可以由于小于300°C 的低的处理温度而大面积地制造具有小于1. Ins的衰减时间的闪烁器1。由此用于定量和能量选择性地采集单个辐射量子的前提条件即使在大于IO8X射线量子/mm2*s的流速率的情况下也能实现。本发明还涉及一种按照这样的方法制造的闪烁器1。
权利要求
1.一种用于制造用于辐射探测器(2)的闪烁器(1)的方法，其中，借助PVD过程(3)逐层地通过沉积闪烁器材料(4)来制造所述闪烁器(1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，作为闪烁器材料(4)，使用Cul。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，作为闪烁器材料(4)，使用CsF。
4.根据上述权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，通过预先给出处理参数这样控制所述PVD过程(3)，使得所述闪烁器(1)构造为具有封闭的晶体的层结构。
5.根据上述权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，通过预先给出处理参数这样控制所述PVD过程(3)，使得所述闪烁器(1)构造为具有针形的层结构。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过预先给出处理参数这样控制所述PVD过程 (3)，使得所述针形的层结构具有带有可预定的平均厚度和/或可预定的平均分布密度的针(5)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述闪烁器材料(4)直接在光电二极管或作为基体的光电二极管阵列(6)上被沉积。
8.一种用于辐射探测器⑵的闪烁器(1)，其中，所述闪烁器(1)由逐层地借助PVD过程⑶沉积的闪烁器材料⑷制造。
9.根据权利要求8所述的闪烁器(1)，其中，所述闪烁器材料(4)是Cul。
10.根据权利要求8所述的闪烁器(1)，其中，所述闪烁器材料(4)是CsF。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的闪烁器(1)，其中，所述闪烁器(1)具有封闭的晶体的层结构。
12.根据权利要求8至10中任一项所述的闪烁器(1)，其中，所述闪烁器(1)具有针形的层结构。
13.根据权利要求12所述的闪烁器(1)，其中，所述针形的层结构具有带有可预定的平均厚度和/或可预定的平均分布密度的针(5)。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的闪烁器(1)，其中，所述闪烁器(1)直接被设置在光电二极管或者作为基体的光电二极管阵列(6)上。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造用于辐射探测器(2)的闪烁器(1)的方法，其中，借助PVD过程(3)逐层地通过沉积闪烁器材料(4)来制造闪烁器(1)。通过采用PVD过程(3)可以由于小于300℃的低的处理温度而大面积地制造具有小于1.1ns的衰减时间的闪烁器(1)。由此，即使在大于108X射线量子/mm2*s的流速率的情况下也能实现用于定量和能量选择性地采集单个辐射量子的前提条件。本发明还涉及一种按照这样的方法制造的闪烁器(1)。
文档编号C23C14/06GK102194536SQ201110047130
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月28日 优先权日2010年3月1日
发明者彼得.哈肯施密德, 斯蒂芬.沃思 申请人:西门子公司