混合式有机光电二极管的制作方法

专利名称：混合式有机光电二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于间接X射线转换的X射线探测器。
背景技术：
在X射线探测器领域中的根本区别在于，X射线探测器是基于直接的X射线转换， 还是基于间接的X射线转换。在图1和2中示出了这两种方式的X射线探测，并通过对这些图的说明详细描述。在直接的X射线转换中，在一种材料中吸收X射线并用其能量产生一个电子-空穴对。所产生的电子-空穴对可以被电子地读出。作为用于此的材料可例如使用非晶态硒。 硅二极管也使用于直接的X射线转换。在半导体中直接X射线转换时重要的是有一定的层厚，以便吸收射线的对于探测足够高的份额。用于直接X射线转换的硅二极管具有元件厚度约为lcm。为了在非晶态硒内直接X射线转换，使用达Imm厚的层。硒作为吸收器特别的缺点是其高的毒性。对于间接的X射线转换，使用由闪烁体层和光电探测器按照已知方式的组合。在此，光电探测器的频谱灵敏度，处于闪烁体层通过X射线转换所产生的荧光发射的波长范围内。闪烁体层包括一些材料，例如碘化铯或硫氧化钆。因为由碘化铯组成的闪烁体有最强的吸湿性，所以与光电探测器组合使用，始终与例如为了防湿封装的结构性费用相关联， 而且不利于X射线探测器的使用寿命。除了这两种原则上可能的X射线转换方式外，在X射线探测领域内还必须根据使用场合进行区分。在X射线成像的使用场合，例如它被使用在医学领域内，追求低成本和大面积解决方案。在此重要的是成像有高的位置分辨率。为此，迄今或者使用直接X射线转换，然而它的缺点是元件深度(Bauteiltiefen)高，并因而需要在kV范围内低能效的高工作电压。或者使用在光电探测器阵列上的闪烁体层，它的缺点是必须由多个像素化的光电探测器构成，以便保证期望的位置分辨率。除此之外，X射线探测器被使用于X射线剂量率测量。X射线剂量在医学领域中用X射线仪来监测，以及在工业和安全技术中也用所谓的辐射剂量计来测量。为了测量X射线剂量，将所吸收的X射线有效地变换为可利用的信号有重要意义。为了准确地确定X射线剂量，这些信号应足够强和无噪声。尤其为了将X射线剂量检验器 (Rontgendosiskontrollgeraten )与X射线成像组合使用，X射线小的吸收量有重要意义。 也就是说，必须仅由小量吸收的X射线产生清晰的信号。这对于在X射线照片上不产生阴影是必要的。在剂量测量时低的吸收率尤为必要，以便为了清楚的X射线照片，将例如对病人的X射线负荷保持为尽可能小。迄今为止，使用电离室或例如厚的硅光电二极管，来检验 (Kontrolle)X射线剂量率。迄今已知的X射线探测器的缺点是，它适用于总是受严格限制的使用范围。X射线探测的不同工作方式不能有利地互相组合。此外，迄今已知的所有X射线探测器有大的元件深度。

发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种X射线探测器，它既可以使用于X射线成像，也同样可以使用于X射线剂量测量。此外，本发明的目的是提供一种包括X射线仪的X 射线探测器装置，以及提供一种它的制造方法。该技术问题是通过一种按照本发明的X射线探测器，通过一种按照本发明的包括 X射线仪的X射线探测器装置，以及通过一种按照本发明的方法解决的。本发明的X射线探测器被构造用于成像和/或用于剂量率测量。该X射线探测器包括一个在第一电极与基底之间的混合式光敏层。第一电极尤其是光电二极管的阴极。混合式光敏层包括多个闪烁体和一个体相异质结(Bulk-Heterojunction)。该光敏层被称为混合式，因为它通过闪烁体和体相异质结包括了两种不同的转换材料。然而，它们并不像迄今已知的那样被设置在单独的层内，而是联合成单一的光敏层。闪烁体用于将X射线转换为闪烁射线，尤其转换为可见的波长范围内的荧光射线。体相异质结被构造用于吸收正是在此波光范围内的闪烁射线并由此构成电子-空穴对。因此，具有闪烁体和体相异质结的混合式光敏层被构造为间接地进行X射线转换。此外，将X射线探测器构造为对在体相异质结内生成的电子-空穴对进行电的探测。本发明的X射线探测器的优点是，通过在第一电极与基底之间单个混合式光敏层，所以有小的元件深度就够了，而且可以具有非常简单的结构。此外，本发明的X射线探测器完全可以没有强毒性的硒。这种混合式光敏层可保证同样适合成像或者剂量率测量。在有机电子技术中将如下的异质过渡称为体相异质结该异质过渡沿层的全部体积(bulk，体相)延伸。至少两种在其作为空穴导体或电子导体特性不同(异质)的材料， 以这样的方式组合成一层，亦即使在层的全部体积内构成这两种材料的界面。在体相异质结中，正是在这些界面上进行载流子，亦即电子-空穴对的分离。按照本发明的一种有利的构造，体相异质结包括有机半导体材料，它们是可溶的以及可通过喷雾过程沉积。这些特性对于吸收特性是有利的，以及适宜用干与体相异质结中的电子-空穴对分离，因此只是在某种沉积技术适用时才能有效制成体相异质结。按照本发明的另一种有利的构造，闪烁体共计体积份额在混合式光敏层的10%体积比与70%体积比之间，尤其是在体积的10%与50%之间。在混合式光敏层内闪烁体的这种体积份额，对于将X射线的能量转换为电信号起到积极的作用。在该区间内，尤其可以为了用于剂量测量或者用于成像而进行调整。对于剂量测量较少地吸收X射线是有利的，而对于成像较多地吸收X射线是有利的。按照本发明的另一种有利的构造，混合式光敏层有均勻的层厚，以及层厚在 0. 5 μ m与500 μ m之间，尤其在0. 5 μ m与100 μ m之间。混合式光敏层的总层厚尤其为 500 μ m。混合式光敏层的总层厚也可以为100 μ m或只有10 μ m。总层厚也可以实现为1 μ m。 薄的层厚相应地对整个元件的厚度起有利的作用。尤其可通过改变X射线探测器混合式光敏层的层厚，针对使用于剂量率测量构造较薄的混合式光敏层，或为了使用于X射线成像构造较厚的混合式光敏层。按照本发明的另一种有利的构造，X射线探测器有一个ALD层。尤其是，该ALD层是X射线探测器的第二电极。该第二电极尤其是光电二极管的阳极。
称为ALD层的是一种通过ALD过程制造的层。ALD表示Atomic Layer Deposition, 即一种已知的沉积法。借助ALD可以制成有独特性质的层。一个ALD层的厚度尤其均勻地为一个原子位置(Atomlage)。尤其是，一个ALD层在其电、光或机械特性方面是各向同性的 (isotrop)ο将ALD层用作第二电极是特别有利的，因为该ALD层可同样起防湿层的作用，并因而取代防湿的封装或通过ALD层可以支持防湿。尤其是，将ALD层设置在闪烁体与体相异质结之间。例如，为此将闪烁体针或闪烁体颗粒通过ALD过程进行镀层，然后将体相异质结沉积在它们上面。在这种结构中ALD层围绕闪烁体起特别有效的隔湿作用。因此，加入ALD层作为其中一个电极，尤其作为阳板，带来的附加的优点是，被其围绕的闪烁体有防湿性。密实的ALD层减少了混合式光敏层的吸水以及与封装起同样的作用。附加地，可以围绕整个包括混合式光敏层、基底和电极的元件进行进一步封装。为此尤其薄膜包封是有利的。因此X射线探测器这种混合式构造带来的优点是，无需单独包封有机光敏层和闪烁体层。例如，可以尤其通过ALD沉积的铝顶电极来代替含钙的活性顶电极 (reaktive Top-Elektroden)。由此可以完成非常长时间稳定的X射线探测器。按照本发明的另一种有利的构造，ALD层至少部分透过在要探测的X射线波长范围内的电磁射线，或至少部分透过在闪烁体闪烁射线波长范围内的光。按照本发明的另一种有利的构造，ALD层的折射率正好在该波长范围内高于可在闪烁体内激励的荧光射线处于其中的闪烁体材料的折射率。其优点是，命中闪烁体的X射线在闪烁体内激励荧光射线，它然后在闪烁体内如在光波导中那样全部反射在ALD层上， 并因而目标准确地在光波导的一个可预先规定的输出点射出。这种输出点是ALD层内的空隙，在针状闪烁体内该空隙优选地被设置在针尖上。在按照本发明的包括X射线仪的装置中，X射线仪具有传感器，它是一种用于检验所使用的X射线剂量的三区或五区传感器(Dreifeld-Oder Funffeldsensor)。该三区或五区传感器又具有按照本发明的X射线探测器。尤其是，用于剂量检验的探测器沿X射线的射线轨迹被设置在X射线管，亦即X射线源，与成像部件之间。这种包括一个为检验所使用的X射线剂量采用按本发明X射线探测器的X射线仪的装置，具有的优点是，X射线探测器有小的元件深度和低的吸收率，以及与之相应地传感器无缺点地促使X射线成像。此外，按本发明的X射线探测器保证将吸收的X射线能量有效地转换为可探测的电信号。按照本发明一种有利的构造，包括X射线仪的装置具有传感器，该传感器有多个按二维矩阵结构安置的X射线探测器。按照本发明X射线探测器的优点是，由于其小的层厚以及与之对应地低的吸收，也可以为了剂量检验的目的而大面积镀层。因此可以实现非常精确的剂量测量。对于成像的使用领域，相应的X射线探测器同样带来优点。通过混合式光敏层，为了保证位置分辨率，可以大面积地制成X射线传感器，并例如具有一种矩阵的结构。尤其是，包括X射线仪的装置具有如下的传感器它有用于曝光量自动控制单元 (Automatic-Exposure-Control-Einheit)的标准尺寸为 43x43cm2。其优点是，可以在所有传统的X射线仪中使用按照本发明的新型传感器。在用于制造按照本发明的X射线探测器的方法中，将多个闪烁体和一个体相异质结沉积在基底上，其中，体相异质结由溶液借助喷雾过程沉积。这带来的优点是，只能溶解在不同溶剂中不同的有机半导体材料可以同时沉积，由此首先可以产生体相异质结。此外， 喷雾过程对于体相异质结的大面积沉积也是有利的。按照本发明一种有利的构造，在本方法中，闪烁体由悬浮液通过喷雾过程沉积。在此，闪烁体尤其通过共喷雾过程与体相异质结同时沉积。在共喷雾过程时，含有闪烁体的悬浮液和体相异质结材料溶液沉积在公共的基底上，并因而构成按照本发明的混合式光敏层。其优点是，按照本发明的X射线探测器可以通过单个沉积步骤制成。按照本发明另一种有利的构造，在本方法中，将体相异质结由溶液通过喷雾过程涂敷在已经沉积到基底上的闪烁体上。其优点是，例如即使不能通过喷雾过程沉积的闪烁体，也可以按照本发明的方式加入体相异质结中，从而形成混合式光敏层。按照本发明一种有利的构造，本方法包括一个沉积ALD层的附加的过程步骤。也就是说，在闪烁体被沉积到基底上后，将它们通过ALD过程镀层，其中尤其通过ALD过程沉积出一个电极。随后将体相异质结沉积到用ALD层镀层的闪烁体上。其优点是，闪烁体通过ALD层得到附加的防湿层。ALD过程对此是有利的，因为即使遇到要镀层的闪烁体难对付的长宽比(Aspektverhaltnissen )时，它仍能保证各向同性的沉积。相应地，按照本发明用于间接X射线转换的X射线探测器具有一个基于其中埋入闪烁体材料的体相异质结的有机光电二极管。体相异质结所使用的有机半导体材料其特征在于，它们有非常低的暗电流(Dunkelstrome )。与电导率可以通过光入射提高的聚合物光电导体相反，暗电流与在使用的光敏材料曝光时的电流相差多个数量级。这对于使用于X 射线成像是必要或有利的，以便保证在曝光区与阴暗区之间明显的对比度。聚合物光电导体不适用于X射线成像，因为在这里在曝光区与阴暗区之间形成梯度。此外，使用的有机半导体材料在荧光射线波长范围内有特别强的吸收性，由此保证了光能被有效地转换为电荷。在此作为闪烁体可考虑例如碘化铯或硫氧化钆。碘化铯是针状生长的闪烁体的代表，它尤其在基底上生长。硫氧化钆可以颗粒状存在。用闪烁体针可有利地完成用于X射线成像的X射线探测器。闪烁体颗粒的优点是，它们各向同性的荧光发射可以吸收在有机半导体层的体相中。颗粒可以选择性地通过喷雾过程或者通过与体相溶液一起共喷雾来沉积，或者也可以时间上在体相异质结沉积前敷设在基底上；而闪烁体针在任何情况下都在体相异质结沉积之前在基底上生长。然而，X射线探测器的元件，尤其是由闪烁体和体相异质结组成的混合式光敏层， 与迄今的X射线探测器不同之处至少在于，不存在闪烁体层与光电探测层的堆叠，亦即上下叠层，而是在单个层内含有两种转换器。尤其是，将闪烁体，不管针状还是颗粒，直接埋入体相异质结中，从而使闪烁体直接由体相异质结所围绕。如果闪烁体不与体相异质结处于直接接触状态，则它们最多通过薄的ALD层与体相异质结隔离。这种仅少量原子位置厚的层可以成为X射线探测器电极之一。尤其是所述层也被用于闪烁体和/或体相异质结机构(der Organik der Bulk-Heterojunction)的防湿。在偏爱从闪烁体各向同性地荧光发射时，例如为了剂量率测量的使用，ALD层优选地在闪烁体通过命中的X射线激发的荧光射线波长范围内是透明的。
为了作为X射线成像器使用，优选地使用闪烁针作为波导(Wellenleiter)并且用 ALD层包围，它的折射率选择为，使在闪烁体中形成的荧光射线在闪烁体表面上完全反射， 并如引入波导内那样引入闪烁体内。由此可将荧光射线导向从闪烁体规定的输出点，尤其导向闪烁体的针尖。为此，针尖不被ALD层覆盖。在混合式光敏层这种结构的情况下，并非整个体相异质结被荧光射线检测，而主要在闪烁体尖与阴极之间的光敏区。为此，有利地将闪烁体尖与阴极之间的最小距离选择在50与200nm之间。这种混合式光敏层，在位置分辨率很高的条件下，保证了 X射线有效地转换为电信号。因此，除了混合式光敏层外，X射线探测器还包括至少一个第一电极和一个基底。基底尤其可以是一种透明的基底，例如玻璃基底，或也可以是活性矩阵底板 (Aktiv-Matrix-Backplane)。在基底上敷设第二电极，例如光电探测器的阳极。该阳极仍可以是透明的，例如TC0、透明导电的例如可通过ALD过程沉积的氧化物。阳极可以包括多个阳极像素或者是连续的。合适地，电极之一是由多个像素组成的阳极或阴极。例如对于埋入闪烁体颗粒的情况，可在阳极与阴极之间设混合式光敏层。也还可以在阳极与阴极之间设置夹层，它们例如用于电荷分离。不过，如果阳极例如以ALD层的形式涂敷在闪烁体针上，则阳极也可以被设置在闪烁体与体相异质结之间。于是与之对应地，不是阳极而是阴极被像素化。一般地，也可以是一种相反的结构，亦即在基底上首先安置阴极，并且在混合式光敏层上敷设阳极。不过，有顶阴极的结构是有利的，它可例如用金属制成。为此可考虑铝、 钙-银或钙-金电极。这种金属电极可例如通过蒸发过程(Verdampfungsprozesse)沉积。 在热蒸发过程中，可通过暗影掩模(Schattenmasken)进行顶电极的结构化。作为替换，顶电极也可以通过ALD过程例如可以用铝各向同性地镀层。为了阳极在基底上结构化，也可以使用平版印刷过程(Lithographieprozess)。混合式光敏层的基底尤其也可以构造为柔性的。在闪烁体从时间上在体相异质结之前沉积的结构中，体相异质结也可以由溶液通过浸入过程制成，其构成了喷雾过程的替换方案。


本发明的实施方式参见附图1至12举例说明。图1示出了基于直接X射线转换的X射线探测器；图2示出了基于间接X射线转换的X射线探测器；图3示出了带有混合式光敏层的X射线探测器；图4示出了带有像素化阴极的X射线探测器；图5示出了该X射线探测器另一种实施方式；图6示出了带有像素化阳极的X射线探测器；图7示意示出了 X射线探测器用两个喷雾头的制造过程；图8示出了三区传感器；图9示出了五区传感器；图10示出了多区传感器；图11示出了带有用于成像和剂量检验的X射线探测器的X射线仪；和图12示出了不同X射线探测器电流响应(Stromantworten)的测量曲线。
具体实施例方式图1示出了按照现有技术用于直接X射线转换的X射线探测器。适用于吸收和直接转换X射线X的材料13被设置在像素电极11与顶电极12之间。为了位置分辨率进行电极11的像素化。顶电极12可透过X射线X。X射线X被材料13吸收，并形成电子-空穴对。图1示意地示出了转换中心16，X射线X的射线能量在其中实现向电能的转换，其中射线的能量向电极转移并将电极提升到能量更高的状态。如此形成的电子-空穴对可以在借助电极11、12在材料层13上设立的区内分离。也就是说，X射线探测器处于偏压 (Vorspannung)下的工作状态以及在吸收X射线X时可以探测电流I。图2示出了按照现有技术用于间接X射线转换的X射线探测器。这种用于间接X 射线转换的X射线探测器由两部分构成。第一部分X射线探测器包括一个闪烁体层14，在其中完成从X射线X向荧光射线的转换。在这种情况下也示意地示出了一个转换中心16， 在其中将X射线的能量转换成光能。X射线探测器的第二部分包括光电探测器15，尤其是光电二极管15，以及还包括像素化的电极11。光电二极管15适合于探测闪烁体层14的荧光射线。已知可以用作闪烁体层的闪烁体材料例如是硫氧化钆或碘化铯。典型地，这种闪烁体层的层厚为0. Imm至1mm。用于直接X射线转换的层13可以是硅光电二极管，它有超过Icm大的层厚，或者也可以使用非晶态硒作为直接X射线转换器。用作直接X射线转换的硒层通常层厚达1mm。对直接X射线转换器例如沿截止方向(Sperrrichtimg)用若干kV 范围内的电压进行偏压。图3、4和5分别示出了带有混合式光敏层的X射线探测器，其中闪烁体2是生长在基底1上的闪烁体针。闪烁体针2例如是碘化铯闪烁体。基底1可以是一种玻璃基底。 在玻璃基底上生长的闪烁体针2上面沉积了 ALD层3。ALD层3尤其是一种透明导电的氧化物(TC0)。因此这种ALD层可以满足混合式光敏层阳极的功能。在ALD层3之后，将在基底1上的闪烁体针2的空隙充填体相异质结4并由此覆盖针2上，从而形成一个厚的混合式光敏层，闪烁体针2完全被埋入其中。混合式光敏层被阴极5覆盖。阴极5又可以通过ALD过程来敷设。为此例如采用铝。作为替换，阴极5也可以通过一种金属或多种金属的热蒸发来实现。在图3中阴极5大面积敷设在光敏层上。通过ALD过程在闪烁体针2上敷设阳极3的优点是，即使在闪烁体针2的高长宽比的情况下仍能实现各向同性的沉积。图4同样示出了带有闪烁体针2生长在它上面的基底1，这些闪烁体针被ALD层3 覆盖。在此，也进行体相异质结4在针空隙内和在闪烁体针2上面的沉积，从而将闪烁体针 2完全埋入体相异质结4内并与体相异质结4 一起构成混合式光敏层。在这种情况下，代表混合式光电二极管阴极的顶阴极5被像素化地表示，也就是说，这种阴极5是间断的并因而可以进行位置分辨。在阴极5上面示出了另一个基底1。它可以是X射线探测器封装的组成部分。尤其是，这种混合式光敏层可以被完全包封，使之防止水分侵入，水分入侵会对有机材料以及也会对吸湿性闪烁体材料造成有害的作用。图5同样示出了 X射线探测器另一种实施方式，其中，闪烁体针2仍生长在基底1 上，并且借助ALD过程各向同性地沉积两个电极3、5。阳极3被直接沉积在闪烁体针2上。 阴极5沉积在体相异质结4上。在这种情况下，将体相异质结4仅作为相对薄的层沉积在针2上。尤其是，体相异质结4的层厚小于lOOnm。因此电极层3、5以及体相异质结4仍塑造成针状结构。然后，将针的空隙用一种填料6充填并由此覆盖闪烁体针。作为填料6可以例如使用环氧化物。它主要用于混合式光电探测器的稳定和防水。在图示的具有闪烁体针2的X射线探测器中，阳极3总是被设置在闪烁体针2与体相异质结4之间。为了能由体相异质结4吸收通过贯入的X射线X在闪烁体2内所激励的闪烁射线，闪烁射线必须能穿出阳极3进入体相异质结4内。为此，例如使用透明的导电氧化物(TCO)作为阳极3。它尤其也可以通过ALD过程来沉积。首先必须保证对于在闪烁体2所发射的射线波长范围内有该透明度。在这种情况下，可以实现在光敏的有机半导体材料4内各向同性地放射。以及X射线探测器可以使用于剂量率测量。为产生X射线照片，也就是说为了 X射线成像的目的，必须进行命中的X射线的位置分辨。为此使用像素化电极3、5，在这种情况下优选地采用像素化阴极5，如图4所示的那样。此外特别有利的是ALD沉积的阳极3，它有促使闪烁体射线在闪烁体2表面上完全反射并导入闪烁体针2内的折射率，就像导入光波导中那样。于是，如果优选地规定在针尖处 ALD层间断，则荧光射线在此处聚束射出，并且保证了 X射线探测器高的位置分辨率。因此，通过调整在闪烁体针2上ALD阳极3的折射率，可以实现最佳的X射线成像或剂量率测量。X射线探测器其余的结构保持不变。图6示出了具有在体相异质结4内埋入闪烁体颗粒2的混合式光电二极管。这种混合式光敏层被设置在阴极5与带有像素化阳极3的基底8之间。在像素化阳极3与混合式光敏层之间还可以有一个中间层7。通常，可以将中间层7或所谓的hterlayer 7用来， 有利于朝向电极3、5的电荷输送。在这种情况下基底8是活性矩阵底板，通过它可以控制和读出像素阳极3。与针状闪烁体2—样，X射线X在闪烁体2内转换为荧光射线。在体相异质结4中吸收荧光射线并转换为电能。通过吸收荧光射线所产生的电子-空穴对，如也在图1中示出了的那样，在阳极3与阴极5之间设立的区(Feld)内被分离和被探测。在闪烁体颗粒2的情况下，荧光射线的各向同性的发射在体相异质结4内进行。这促使X射线能量有效地转换为电信号。包括体相异质结4和埋入的闪烁体2的混合式光敏层的层厚约为ΙΟΟμπι，但也可以根据应用范围仅为ΙΟμπι。混合式光敏层的层厚也可以非常薄，例如约 Ium0电极3、5的结构化决定了混合式光电二极管的活性面积。取决于是在基底1、8还是在体相异质结4上，可以优选地通过暗影掩模或平版印刷术来完成电极3、5的像素化。在顶电极的直接蒸发过程中有利的是通过暗影掩模的结构化。在ALD沉积氧化物时，例如在基底1上平版印刷术的结构化是可能的。像素间距在此优选地为50 μ m。活性二极管面积尤其对于剂量率测量被选择得很大，并且可达10cm2。现在图7示意地示出了带有颗粒状闪烁体2的混合式光电探测器的制造过程。在基底3、7、8上按照共喷雾法(Ko-Sprilhverfahren)敷设混合式光敏层。也就是说，体相异质结(BHJ)4由溶液40与含有闪烁体颗粒2的悬浮液20 —起同时喷涂。为此在图7中示出了两个对准相同的基底3、7、8的喷雾头21、41。因此通过喷雾持续时间和组合闪烁体悬浮液20与BHJ溶液40，可以调整在混合式光敏层内的闪烁体份额。此外，可以有目的地调整混合式光敏层的层厚。所喷涂的层厚在0.5μπι与IOOym之间。闪烁体颗粒2在体相异质结4内有利的份额处于10 %体积比与50 %体积比之间。与现有技术的沉积方法不同，在那里颗粒在其沉积前直接与有机半导体混合，而在该共喷雾法中闪烁体单独地(diskret)
9涂覆在基底上。图8、9和10示出了尺寸为43x43cm的传感器，如其在现有的X射线仪中可用于所谓曝光量自动控制(AEC)的剂量率测量那样。为此，迄今通常使用如图8和9中示出了的三区或五区传感器。图8示出了的三区配置覆盖了肺区域和纵隔区域，它在X射线仪的医学使用中是重要的。图8和9中划阴影线的面80、90代表传感器面。图10示出了传感器面100 按照本发明的布局，它们能特别好地通过按照本发明具有混合式光敏层的X射线探测器实现。它们可以很薄和大面积地沉积。由此可实现一种棋盘形图案，亦即一种按照二维5x5矩阵进行传感器100排列。采用这种带有多个(例如13个)传感器区(Sensorfeldern) 100 的传感器，可以非常灵活地对不同的要检查的对象做出反应。可以有效连接和使用传感器区100的不同的组合。用于剂量率测量的传感器区100不允许有任何阴影投射在X射线照片上。图11示出了 X射线仪70，如其被用在例如医学中为检查对象700作检查。为此， 检查对象700被安置在X射线探测器单元73、74上方。后者由用于剂量率测量的X射线探测器73和用于成像的X射线探测器74组成。作为替换，用于剂量率测量的X射线探测器也可以被安装在检查对象700上方。将其中产生X射线X的X射线管72布置为，使X射线 X穿透检查对象700，然后命中X射线探测器部件73、74。此外，还示出了 X射线管72的控制器71。该X射线仪的图示出了，需要对于X射线测量的要求有很大差别的两个X射线探测器73、74。迄今为止，为此必须使用差别很大的技术，为了 X射线成像例如借助间接转换器，而为了 X射线剂量率测量例如利用电离室。采用按照本发明的混合式X射线探测器， 则可以制造与用于成像完全一样的X射线探测器用于剂量率测量。尤其是，对于剂量率测量，为了吸收尽可能少的X射线，小的元件深度是有利的，因为X射线为了成像还应命中成像用的第二 X射线探测器74。也就是说，对于剂量率测量而言，X射线X的能量能特别有效地转换为信号电荷则有重要意义。然而，为了 X射线成像则应吸收尽可能多的射线。在此， 始终涉及吸收率与实际性能之间的一种折衷。也就是说，随着层厚的增加，X射线二极管的定量效率和动态特性变坏。X射线X在混合式光敏层内的吸收随层厚成指数关系增大。为了应用曝光量自动控制(Automatic-Exposure-Control)吸收率应当低。为此，层厚在5与 20μπι之间以及闪烁体份额为50%体积比是有利的。对于X射线成像，优选地使用层厚在 ΙΟΟμπι与之间。为了成像，闪烁体针2有ALD层包套6chichtu_antelung)3是有利的，通过它使闪烁体针2起到光波导的作用。图12示出了其中表示不同X射线探测器的转换效率的曲线图。测量结果A和C 分别属于基于间接转换的X射线探测器，测量结果B则属于基于直接转换的X射线探测器。给出测得的电流In作为从X射线X转换为信号电荷的效率的度量，将该电流在剂量率和在各自X射线探测器的层厚上标准化。电流以安培给出。剂量率表示为每秒微戈瑞 (PGr/s)。层厚以微米计量。这一值针对所设立的区(V/m)，亦即单位层厚所施加的电压。 作为基于直接转换的X射线探测器，使用基于具有埋入的硒-铅量子点(eingebetteten Blei-Selen-Quantenpunkten)的体相异质的有机X射线探测器。它的测量结果在曲线图中用B表示。量子点占转换层50%的体积。量子点(即所谓Quantum dots)在有机半导体材料中的埋入，基于X射线直接转换为量子点，其中有机半导体材料负责所产生的电荷的导出。用A表示的测量点属于按照图2所示现有技术由两部分组成的X射线探测器。在此， 作为光电探测器使用有机光电二极管和Imm厚的碘化铯闪烁体层。用C表示的测量属于按照本发明的混合式X射线探测器，其具有一个由体相异质结4和埋入的硫氧化钆闪烁体颗粒2组成的混合式光敏层。它们按照本发明的共喷雾法沉积。硫氧化钆颗粒占活性层50% 的体积。转换效率可借助层厚达到。不同X射线探测器的评估通过已知的剂量率(μ G/s) 进行。 在埋入的量子点与闪烁体颗粒2之间的区别在于颗粒的大小。闪烁体颗粒2直径在Iym与4μπι之间。量子点直径在3nm与6nm之间。因此转换原理不同。在量子点中X 射线直接被转换为电荷，而有机半导体用作量子点的载体并作为导电材料用于输送电荷。 在闪烁体颗粒中X射线转换为尤其处于可见光范围内的闪烁射线，并通过有机光敏材料转换为电荷。
权利要求
1.一种用于成像和/或剂量率测量的X射线探测器，包括在第一电极(5)与基底(1) 之间的混合式光敏层，其中，该混合式光敏层具有体相异质结和多个闪烁体，并且被构造为如下地进行间接X射线转换所述体相异质结被构造为吸收在所述闪烁体的闪烁射线波长范围内的光并形成电子-空穴对，其中，所述X射线探测器构造为电地探测所述电子-空穴对。
2.按照权利要求1所述的X射线探测器，其中，所述体相异质结包括可溶的并且能够通过喷雾过程沉积的有机半导体材料。
3.按照权利要求1或2所述的X射线探测器，其中，所述闪烁体占体积百分比份额在混合式光敏层的10%体积比与70%体积比之间。
4.按照权利要求1至3之一所述的X射线探测器，其中，所述混合式光敏层具有均勻的层厚，并且该层厚在0. 5 μ m与500 μ m之间。
5.按照权利要求1至4之一所述的X射线探测器包括一个ALD层，其中，所述ALD层是第二电极⑶。
6.按照权利要求1至5之一所述的X射线探测器，其中，ALD层被设置在所述闪烁体 (2)与所述体相异质结(4)之间。
7.按照权利要求1至6之一所述的X射线探测器包括一个ALD层，其中，ALD层至少部分地透过在要探测的X射线波长范围内的电磁射线，或者至少部分地透过在所述闪烁体的闪烁射线波长范围内的光。
8.一种包括X射线仪的装置，其中，该X射线仪具有传感器，其中，该传感器是一种用于检验所使用的X射线剂量的三区或五区传感器，其中，所述三区或五区传感器具有按照权利要求1至7之一所述的X射线探测器。
9.一种包括X射线仪的装置，其中，X射线仪具有传感器，其中该传感器具有多个按照权利要求1至7之一所述的X射线探测器，并且它们被按照二维的矩阵结构安置。
10.按照权利要求8或9所述的装置，其中，所述传感器具有用于曝光量自动控制单元的标准尺寸43x43cm2。
11.一种制造X射线探测器(73，74)的方法，其中，将多个闪烁体( 和一个体相异质结(4)沉积在基底(1)上，其中，由溶液GO)通过喷雾过程来沉积所述体相异质结G)。
12.按照权利要求11所述的方法，其中，由悬浮液00)通过喷雾过程来沉积所述闪烁体O)，其中，尤其通过共喷雾过程同时由悬浮液00)将该闪烁体( 和由溶液GO)将所述体相异质结(4)沉积在所述基底(1)上，从而构成混合式光敏层。
13.按照权利要求11所述的方法，其中，将所述体相异质结由溶液GO)通过喷雾过程沉积在所述多个闪烁体( 上。
14.按照权利要求13所述的方法，其中，在所述体相异质结(4)的沉积之前通过ALD过程来镀层所述多个闪烁体0)，其中尤其通过ALD过程沉积出一个电极(3)。
全文摘要
本发明涉及一种适用于成像和/或剂量率测量的X射线探测器。为此在第一电极与基底之间设置混合式光敏层。该混合式光敏层包括多个闪烁体和一个体相异质结，并且被构造为进行间接X射线转换。该体相异质结吸收闪烁射线，以形成电子-空穴对，后者被电地探测。优选地通过喷雾过程完成制造，尤其是体相异质结溶液与闪烁体颗粒悬浮液的共喷雾过程。
文档编号H01L51/44GK102468441SQ20111035683
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者M.斯拉梅克, O.希登, R.F.舒尔兹, S.F.泰德, T.劳克 申请人:西门子公司