专利名称：通过直接转换半导体层来转换x射线辐射的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通过直接转换半导体层来转换X射线辐射的方法，该半导体层具有上表面和在半导体层厚度上延伸的侧面边界面，其中X射线辐射穿过该上表面入射到半导体层内，同时红外线辐射平行于上表面地穿过至少一个侧面边界面透射半导体层。本发明还涉及一个为实施上述方法而设计的用于转换X射线辐射的设备。
背景技术：
在成像的X射线系统的领域中通常使用直接转换的半导体层。基于具有高核电荷数元素的半导体由于其具有高吸收能力特别地适合于此。典型地，使用II1-V族或I1-1V族半导体。第二种的一个典型代表是CdTe(Cadmiumtellurid,締化镉),但也可以使用CZT(Cadmiumzinktellurid,締化镉锋)和 CST (Cadmiumselenidtellurid,硒締化镉)。然而，在例如CT系统中所产生的强烈X射线辐射照射下，这类半导体则容易产生所谓的极化。在此，载流子位置固定地被束缚在晶格缺陷处，这导致在探测器内空间电荷的建立。由此，改变了负责载流子输送的电场，从而改变了对入射的X射线辐射的探测器响应。这将在X射线成像中导致不能接受的图像伪影。为了避免由于极化所产生的探测器漂移，可以对包含了半导体层的探测器进行调整(Konditionierung)。该调整可以通过在实际的测量前接通X射线福射来实现。然而,该方法不能被应用于医学领域的X射线成像，因为这将导致过多额外的患者的X射线暴露。另一种可能性在于，通过红外光对探测器进行调整。只要量子能量小于半导体的带隙能量(Bandluckenenergie),红外光就穿透半导体。产生了填充深的晶格缺陷的载流子。通过这样的调整，只要选择了合适红外线辐射的强度，就可以使探测器的平均极化保持恒定。可以通过例如光电流的恒定性(constant current mode)来实现对合适的红外(IR)强度的选择。不过，在X射线辐射的同时进行红外光照射的情况下将发生空间电荷的再分布，由此改变了探测器的响应并再次形成图像伪影。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供用于通过直接转换半导体层来转换X射线辐射的一种方法和一种设备，该方法和设备至少再次减少了通过X射线探测器的半导体层的极化效果所引起的探测器漂移。上述技术问题是通过按照本发明的方法和设备解决的。该方法和设备的优选的实施方式可以从下面的描述以及实施例中得到。在本发明所提出的用于通过直接转换半导体层来转换X射线辐射的方法中，X射线辐射穿过上表面入射到半导体层内，同时红外线辐射或红外光平行于上表面地穿过至少一个侧面边界面透射半导体层。优选地，首先利用红外线辐射开始对半导体层的透射，并且是在X射线辐射的入射开始之前就已经进行了。在所提出的方法中，不是利用红外线辐射统一地透射该半导体层。而是设定红外线辐射的强度轮廓，沿着该轮廓，穿过侧面边界面进入半导体层的红外线辐射的强度从半导体层上表面开始关于半导体层厚度降低。该红外线辐射的强度另外在垂直方向近似保持恒定。通过这些措施，所耦合入的红外线辐射关于半导体层厚度的强度走向近似于入射的X射线辐射关于半导体层厚度的强度衰减。由此，减少了当X射线照射时空间电荷的再分布，从而也减少探测器漂移和图像伪影。红外的光在半导体内几乎不受到衰减，从而红外光在以恒定强度照射的情况下，关于照射横截面在整个半导体层内以同样的方式产生影响。然而，所入射的X射线辐射沿着入射方向明显地衰减，使得在上表面附近比在半导体层底部出现明显更高的X射线强度。这个结合则导致保持不变的、不希望的空间电荷再分布。在本发明中已知，上述效果可以通过侧面照射结合特别选择的关于半导体层厚度的入射红外光的强度轮廓得以避免或至少减弱。在此，可以如下地选择该强度轮廓，使所耦合的红外线辐射强度和沿X射线辐射入射方向的X射线辐射强度具有关于半导体层厚度相同的强度走向。在该情况下，可以实现对包括半导体层的探测器的最佳调整。在此，相同的强度走向不是被理解为X射线辐射和红外线辐射各自有相同不变的强度，而是红外线辐射和X射线辐射的强度关于半导体层厚度遵循相同走向的衰减。然而，如果这样设定该红外线辐射的强度轮廓，使得红外线辐射的强度从半导体层上表面开始关于半导体层厚度线性降低，也可以获得好的结果。这对应于楔形的强度轮廓。也可以选择其它的强度轮廓，例如，红外线辐射强度关于半导体层厚度指数降低。可以将例如IR-LED的二维阵列用于红外光的生成。通过对该阵列中每一个LED的不同控制，能够以所希望的方式设定强度轮廓。在另一种设计方案中，在红外光的光束路径上引入一个或多个能减弱红外线辐射或部分地吸收红外线辐射的光学元件，后者相应地塑造穿过半导体层侧面入射的红外线辐射的强度轮廓。在这里可以是被设计为例如楔形的或阶梯形的元件。在另一种设计方案中，将部分吸收红外线辐射的层设置在半导体层的侧面。该附加层的厚度按照关于半导体层厚度的所希望的强度轮廓而改变。所提出的设备由具有直接转换半导体层的X射线探测器以及红外照明装置组成，后者被设计为使具有相应的强度轮廓的红外线辐射平行于上表面地穿过至少一个半导体层的侧面耦合入半导体层中。显然地，可以在所使用的红外光源和半导体层各自的侧面之间设置额外的光学元件用于光束整形(Strahlformung)。此外,可以让红外线福射不仅从一个角度穿过一个侧面，而且还可以从一个或多个其它角度穿过半导体层的各自的其它侧面进行耦合。该耦合总是如下地实现，使整个半导体层被红外线辐射透射。
以下借助于附图结合实施实例再次详细阐述所提出的方法和附属设备。附图中:图1示出了 X射线辐射的强度关于半导体层厚度降低的例子，图2示出了所述方法的设计方案以及附属设备的例子，图3示出了侧面耦合入的红外线辐射关于半导体厚度z的强度轮廓的两个例子。
具体实施例方式在X射线辐射照射在X射线探测器的直接转换的半导体层的情况下，X射线辐射关于半导体层的厚度z被强烈吸收。X射线辐射强度因此在半导体层内，从上表面开始关于半导体层厚度z降低。图1对此给出一个示例性的关于半导体层厚度z的X射线辐射强度的历程I。如果这样的半导体层被红外光照射，关于半导体层厚度则不会出现值得注意的衰减。这个特性在图1中用红外线辐射强度的历程2表示。由此尽管可以保持探测器的平均极化恒定。然而，在X射线照射期间，由于随深度降低的X射线辐射强度，会再次出现空间电荷的再分布，这将导致探测器的漂移并由此导致图像伪影。在这里所提出的方法中，将由红外光源9发出的红外光3从侧面耦合到X射线探测器的可直接转换的半导体层4内。同样在图中示意出了在半导体层4的上表面6上方入射的X射线辐射5。半导体层的侧面边界面7在本例中涂有对于红外光3半透明材料的层8，该材料起到吸收体的作用并且沿着X射线照射方向具有厚度轮廓或者说吸收轮廓。该轮廓被构成为，使得从侧面耦合的红外光3的强度沿X射线辐射入射方向具有和X射线辐射5相同的强度历程。半导体层4在这里被红外光3从侧面完全地透射，其中与X射线辐射5的入射方向垂直的、红外线辐射3的强度分布被选定为近似恒定。通过使得从侧面入射的红外光3的强度与穿过上表面6入射的X射线辐射5在厚度方向的强度衰减相匹配，可以几乎避免通过X射线辐射入射引起的空间电荷的再分布效应。由此达到最佳的调整，使通过X射线辐射入射所产生的探测器响应不再改变，并且因此避免图像伪影。图3最后还示出了两个例子，即，如何将从侧面耦合的红外线辐射关于半导体层的厚度z的不同强度轮廓，应用到目前的方法中。在一种设计方案中，强度轮廓10为达到与X射线辐射强度走向粗略的近似而设定成楔形的。在第二种设计方案中，选择指数的强度轮廓11，以此达到更好的近似。当然强度轮廓还可以具有其它形式，例如阶梯形，只要由此确保红外线辐射强度关于半导体层厚度的降低。在这里可以根据实验的途径实现对入射的红外光强度的合适选择，例如，借助已经在背景技术中提到的方法通过光电流的恒定(constant current mode)。可以事先从已知的半导体层的X射线衰减中计算出来对合适的强度轮廓的选择。虽然在细节上通过优选的实施实例对本发明做了详细的图解和说明，但是本发明不限于这些所公开的实例，并且可以由专业人员从中推导出不同的变化，而不背离本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于通过直接转换半导体层(4)来转换X射线辐射的方法，该半导体层具有上表面(6)和在该半导体层(4)的厚度上延伸的侧面边界面(7)，其中: -所述X射线辐射(5)穿过上表面(6)入射到所述半导体层(4)内； -同时，红外线辐射(3)穿过至少一个侧面边界面(7)平行于上表面(6)地透射该半导体层(4); -其中，如下地设定所述红外线辐射(3)的强度轮廓(10，11):使该红外线辐射(3)的强度从上表面(6)开始关于所述半导体层(4)的厚度降低。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如下地设定所述强度轮廓(10，11):使所述红外线辐射(3)的强度从上表面(6)开始关于所述半导体层(4)的厚度线性地降低。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如下地设定所述强度轮廓(10，11):使所述红外线辐射(3)的强度从上表面(6)开始关于所述半导体层(4)的厚度指数地降低。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如下地设定所述强度轮廓(10，11):使所述红外线辐射(3)的强度衰减从上表面(6)开始关于所述半导体层(4)的厚度，遵循与所入射的X射线辐射(5)关于所述半导体层(4)的厚度的X射线辐射强度衰减相对应的历程。
5.根据权利要求1至4所述的方法，其特征在于，通过红外光源(9)的二维阵列生成所述红外线辐射(3)，并且通过对所述红外光源(9)的控制实现对该红外线辐射(3)的强度轮廓(10，11)的设定。
6.根据权利要求1至4所述的方法，其特征在于，通过一个或多个使红外线辐射减弱的元件(8)来实现对所述红外线辐射(3)的强度轮廓(10，11)的设定，该元件在红外线辐射(3)的光束路径中，被引入在位于一个或多个用于生成所述红外线辐射(3)的红外光源(9)和所述半导体层(4)的侧面边界面(7)之间。
7.根据权利要求1至4所述的方法，其特征在于，通过部分地吸收红外线辐射的层(8)来实现对所述红外线辐射(3)的强度轮廓(10，11)的设定，该层具有一个关于所述半导体层(4)的厚度而改变的厚度，被设置在半导体层(4)的侧面边界面(7)上。
8.一种用于通过直接转换半导体层(4)来转换X射线辐射的设备，该半导体层具有上表面(6)、在该半导体层(4)的厚度上延伸的侧面边界面(7)以及如下地配置和组成的红外照明装置(8，9):使该红外照明装置能够利用红外线辐射(3)平行于上表面(6)地穿过至少一个侧面边界面(7)透射所述半导体层(4)，该红外线辐射具有如下的强度轮廓:该红外线辐射(3)的强度在透射所述半导体层(4)的情况下，从上表面(6)开始，关于该半导体层(4)的厚度降低。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述红外照明装置(8，9)具有红外光源(9)的二维阵列。
10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，所述红外照明装置(8，9)具有一个或多个在红外线辐射(3)的光束路线中使红外线辐射减弱的元件(8)，通过所述元件形成了所述强度轮廓。
11.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，在所述半导体层(4)的侧面边界面(7)上设置了部分吸收红外线辐射的层(8)，其中，所述部分吸收红外线辐射的层(8)的厚度从半导体层(4)的上表面(6)开始关于半导体层(4)的厚度增加。
全文摘要
本发明涉及一种用于通过直接转换半导体层(4)来转换X射线辐射(5)的方法，该半导体层具有上表面(6)和在半导体层(4)的厚度上延伸的侧面边界面(7)。X射线辐射(5)穿过上表面(6)入射到半导体层(4)内，同时红外线辐射(3)平行于上表面(6)地穿过至少一个侧面边界面(7)透射半导体层(4)。在该方法中如下地设定红外线辐射(3)的强度轮廓(10、11)使红外线辐射(3)的强度从上表面(6)开始关于半导体层(4)的厚度降低。借助上述方法和附属设备，通过直接转换半导体层实现了对X射线探测器调整的改善，这导致在X射线成像中更少的图像伪影。
文档编号H01L31/115GK103207404SQ20131001545
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者C.施罗特 申请人:西门子公司