輻射直接轉換器和其產生方法、輻射探測器、醫療技術設備的制作方法

專利名稱：輻射直接轉換器和其產生方法、輻射探測器、醫療技術設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有輻射探測材料的輻射直接轉換器，該輻射探測材料具有陽極側和與其不同的陰極側。此外，本發明涉及一種具有這樣的輻射直接轉換器的輻射探測器、一種具有這樣的輻射探測器的醫療技術設備以及一種用于產生輻射直接轉換器的方法。
背景技術：
對于離子輻射，特別是伽馬和X射線輻射的探測器一般采用基于半導體材料的閃爍探測器或直接轉換的探測器。在閃爍探測器中，間接通過激勵電子并轉換為光子來探測入射的輻射。直接轉換探測器與此不同，因為其能夠計數單個光子。通過特殊的半導體材料直接轉換的探測器能夠計數單個光子并且因此能夠直接探測輻射。現有的輻射直接轉換器基于諸如CdTe、CdZnTe、CdZnSe以及CdZnTeSe的半導體材料。但是，在這些半導體材料的情況下，特別是在具有高流密度的X射線和/或伽馬輻照的情況下，如其例如在CT設備中通常或需要的那樣，導致在直接轉換器中通過緩慢的空穴或通過通常與低的或所謂本征晶格缺陷(Storstelle )相關的位置固定的電荷形成空間電荷區域。這些(具有直到禁帶寬度能量(Bandliickenenergie) —半的深度的)低的晶格缺陷能夠捕獲通過輻射產生的載流子并且與其復合。由此產生的空間電荷區域以及所有載流子的運動性的降低引起從外部施加的電場的減少并且由此引起脈沖高度的降低，從而產生明顯更低的輻射強度的影響。也就是說，譜被能量地移動到更小的值。該效應被稱為極化，并且限制了直接轉換的探測器的最大可探測的流。迄今為止還沒有已知任何在直接轉換器中在可應用的環境條件下無需附加的結構措施就可以避免極化的方法。例如由于小的禁帶寬度能量以及與此相連的漏電流，限制了具有高的空穴運動性的直接轉換器(如鍺)的使用。此外，在室溫下鍺不能用作輻射直接轉換器，使得這樣的探測器系統在應用時必須被冷卻到遠低于o°c。在另一種方法中試圖通過施加外部電場或輻射場來阻止極化。該方法的目標是使低的晶格缺陷飽和并且不降低空穴運動性。這點通常在測量之前進行，其中必須運行附加的工藝技術的或設備技術的開銷。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，改善輻射直接轉換器的最大可探測的流，并且特別是在這樣的輻射直接轉換器的通常使用條件下也 減少或避免空間電荷效應或極化效應。上述技術問題一方面通過輻射直接轉換器、通過輻射探測器以及醫療技術設備來解決，另一方面通過本發明的方法來解決。按照本發明的輻射直接轉換器由具有陽極側和陰極側的輻射探測材料組成，在該輻射探測材料中可以計數單個的、入射到該材料的光子。通過在直接轉換的材料中產生載流子可以通過計數率采集來直接探測入射的輻射。為了解決上述技術問題，按照本發明采用的輻射探測材料具有在從陽極側到陰極側的方向上的摻雜物分布(Dotierstoffprofil)。在此，“摻雜物分布”意味著摻雜物成分和/或摻雜物濃度從陽極側向陰極側的方向改變或區分。還涉及的是，可以存在僅在陽極側或僅在陰極側的摻雜或附加摻雜。通過這樣的在從陽極側向陰極側的方向上延伸的摻雜物分布將按照本發明的直接轉換器與目前已知的轉換器區別，因為在這些具有經過在陰極和陽極之間整個材料段的規律或均勻的摻雜的直接轉換的材料中或者采用η型傳導(n-Leitung)或者采用P型傳導(ρ-Leitung)。也就是說，借助本發明能將在陰極側和/或陽極側通過相應的附加摻雜更好地匹配費米能級。在此，摻雜物分布允許以如下的方式匹配 直接轉換的材料，即，可以在陰極側得到高的空穴運動性或者在陽極側得到高的電子運動性或者在兩側得到載流子運動性的相應的匹配。由此，在對從陽極到陰極的摻雜物分布進行相應地調整的情況下，在如下位置抵抗從外部施加的電場的崩潰，在該位置上通過上面描述的輻射指明的空間電荷的效應形成空間電荷區域。換句話說，在陽極側或陰極側的直接轉換的材料中，這樣的摻雜物分布允許諸如空穴或電子的載流子的不同運動性。載流子傳輸按照本發明可以根據采用的材料通過對通常形成的空間電荷區域調整摻雜物分布達到最優。特別地，可以在陽極范圍內以及在陰極范圍內不同地設置載流子傳輸。按照本發明的輻射直接轉換器的這些以及其它優點使其適用于在輻射探測器中以及特別的在用于對X射線和/或伽馬輻照進行計數率采集的探測器中的使用。因此，本發明還涉及一種具有按照本發明的輻射直接轉換器、陽極裝置和陰極裝置的輻射探測器。可選地，輻射探測器也可以具有用于讀取探測器信號的分析電子器件，該分析電子器件例如可以直接被構造為輻射探測器的部件。替換地，分析電子器件也可以被構造為單獨的、可與輻射探測器相連的系統。按照本發明的輻射探測器出于上述優點的原因以及特別地由于空間電荷效應或極化效應的改善在通常的應用條件下也適合于在醫療技術設備中以及特別地在對X射線和/或伽馬輻照進行計數率采集的設備中使用。因此，本發明還涉及一種具有按照本發明的輻射探測器的醫療技術設備。特別優選地，為此以X射線系統、伽馬射線系統、PET系統、CT系統或SPECT系統為例。按照本發明，輻射直接轉換器通過如下的方法產生，該方法包括將摻雜物分布在從陽極側到陰極側的方向上引入輻射探測材料的至少一個步驟。在將摻雜物分布引入材料的步驟中，例如可以將摻雜物成份和/或摻雜物濃度從陽極側向陰極側的方向變化。該步驟還涉及可以僅從陽極側或陰極側將摻雜或附加摻雜引入材料。通過引入或實現摻雜物分布，將由此產生的直接轉換器區別于目前已知的、僅具有經過從陰極到陽極的整個材料段的均勻摻雜的轉換器。本發明以及隨后的描述包含本發明特別優選的實施方式和擴展，其中要明確指出的是，按照本發明的輻射探測器和按照本發明的方法也能相應地擴展關于輻射直接轉換器的本發明，反之亦然。在第一實施方式中，按照本發明的輻射直接轉換器具有僅在一側摻雜的輻射探測材料。其與常規的、具有均勻摻雜的轉換器的區別在于，其由于或者在陽極側或者在陰極側在一側引入的摻雜物分布而具有提高的載流子運動性。如果在陰極側實現這樣的單側摻雜，則具有優勢的是，陰極側與附加摻雜物這樣摻雜，使得輻射直接轉換器在陰極側具有帶有提高的P型傳導的摻雜物分布。原因在于，在輻照陰極側時在均勻摻雜的、直接轉換的材料中在該側由于緩慢的空穴以及與空穴的缺陷相比相對大的捕獲橫截面形成正空間電荷。該正空間電荷抵抗從外部施加的電場。通過在陰極側引入附加摻雜物，也就是受主(Akzept0r)，在按照本發明的輻射直接轉換器中已經存在占據材料中現有的低的晶格缺陷的空穴。在輻照期間產生的載流子，在陰極側通常是空穴，不能再被俘獲(trappen)或捕獲。因此，僅能形成減小的空間電荷或者不再形成空間電荷。也就是說，在材料的陰極側實施的摻雜物的平的受主能級(例如在大約50-60meV的范圍內)僅能引起由于輻照產生的空穴的短時捕獲(Festhalten)。在按照本發明的輻射直接轉換器中，這些空穴短時捕獲在納秒或微秒范圍內(nsec至μ sec)，從而空穴傳輸與均勻摻雜的材料相比明顯地改善。相應地，由于減小或缺少附加空間電荷，計數率采集不再受到太大的影響。由此，在能量足夠的情況下，諸如具有大于5e8光子/mm2 · sec ( = 5 · IO8光子/mm2 · sec)的X射線或伽馬輻照的輻射能利用按照本發明的特別是在陰極上具有摻雜物分布的輻射直接轉換器改善計數率采集—般地,在陰極側對應于在福照時產生的空穴的分布的摻雜物分布是合適的，由此這些空穴由于其小的活動性和壽命而不冒被俘獲的險。如果在陽極側實現單側摻雜，則具有優勢的是，陽極側與附加摻雜物這樣摻雜，使得輻射直接轉換器在陽極側具有帶有提高的η型傳導的摻雜物分布。在陽極側通過捕獲在輻照時產生的電子可以導致歪曲電子信號。由于原則上高的電子偏移速度已經在缺陷處在幾打納秒(nsec)的范圍內引起短時地俘獲或捕獲電子，這些電子不能再以由輻射量子引起的脈沖來計數。按照本發明，在陽極側在均勻摻雜的、直接轉換的材料中存在的低的晶格缺陷通過極平的施主(Donator)來替代。這樣的平的施主是特別具有優勢的，這些施主在室溫下不具有定位狀態，也就是小于大約26meV處于直接轉換器的導帶的下方。由此阻止了脈沖的延遲，并且同時可以不形成基于俘獲的電子的負空間電荷。短的脈沖持續再次允許探測高的輻射流密度，因為不會出現起干擾作用的脈沖疊加。作為第一實施方式的兩種上面列舉的備選方案的替換，也就是形成或者在陰極側或者在陽極側的單側的附加摻雜，按照本發明同樣能夠產生經過在陽極和陰極之間的整個范圍的摻雜物分布。例如既可以在陽極側也可以在陰極側或者在陽極和陰極之間的整個范圍內實現附加的、對于兩側相同或不同的摻雜。合適地，根據第二實施方式的這樣的按照本發明的輻射直接轉換器包括如下的輻射探測材料該輻射探測材料在陰極側與附加摻雜物這樣摻雜，使得在陰極側具有帶有提高的P型傳導的摻雜物分布，以及在陽極側與附加摻雜物這樣摻雜，使得在陽極側具有帶有提高的η型傳導的摻雜物分布。通過這樣的摻雜物分布可以組合上面列舉的關于阻止空間電荷以及特別是阻止在陰極側俘獲空穴并且在陽極側俘獲電子的優點。在這樣的實施方案中，在陰極側通過附加摻雜可以稍微降低費米能級，而在陽極側通過相應的附加摻雜可以稍微提高費米能級。由此在陰極側以電子傳輸為代價改善空穴傳輸性能，而在陽極側改善電子的傳輸性能。如上面詳細解釋的那樣，由此一方面，能在最高空穴密度的范圍內，也就是在陰極側不再形成空間電荷。另一方面，能在緊靠陽極的信號成型的范圍內，也就是最高電子密度的范圍內基于電子的高的運動性產生窄的脈沖，并且阻止形成負空間電荷區域。
在按照本發明的輻射直接轉換器的優選的實施方式中，輻射探測材料由基于均勻基本傳導，特別是P型傳導或η型傳導的半導體化合物構成。由此通過附加摻雜在陽極側、在陰極側、在兩側或者在陽極和陰極之間的整個范圍上實現摻雜物分布。在此，摻雜物分布優選這樣構造并且與輻射類型和直接轉換的材料匹配，如關于第一或第二實施方式已經解釋的那樣。對于沿著陽極側和陰極側之間的方向的分布的構成或形狀，存在不同的可能性。在優選的實施例中，摻雜物分布從陽極側到陰極側至少逐段地基本上連續或持續地，特別優選為基本上線性、指數或S形地改變。替換或附加地，摻雜物分布也可以具有從陽極側到陰極側的跳變。詳細的變化形式除了別的之外取決于通過哪種方法產生摻雜物分布。
如果從一側構造摻雜物分布，則可以從陰極或陽極向轉換器內部下降，特別是例如線性或指數地下降。如果摻雜分布從陽極側向陰極側，也就是在直接轉換的材料的整個寬度上延伸，則同樣可以線性、指數或S形地從一側向另一側延伸。同樣，分布也可以分別從陰極和陽極那側出發，線性地、指數地或S形地改變，并且可以將陽極側的或陰極側的摻雜的兩種分布疊加或組合為總的摻雜分布。在這種情況下，也就是例如構造具有在陽極側和陰極側之間的輻射直接轉換器的平均范圍內的匯點(Senke)的摻雜物分布。所有具有直接轉換性能的材料以及特別的半導體化合物都能用作輻射探測材料。能在按照本發明的輻射轉換器中使用的直接轉換的半導體化合物的示例是II-VI或III-V半導體化合物，特別是硒化物、碲化物、銻化物、氮化物、砷化物以及磷化物，諸如基于 CdSe、CdZnTe、CdTeSe、CdZnTeSe、CdMnTeSe、GaSb、GaInSb、GaInAsSb、GaInPSb、Al InSb、AlInAsSb, GaN, GaInN, GaAsN, GaInAsN以及InP的材料體系。三元或四元的材料體系優選是化合類型為CdxZrvJe (其中I)，CdxZni_xTeySei_y (其中O彡x彡1;0彡y彡I)或CdxMrvJepeh(其中 O 彡 X 彡 I ;0 彡 y 彡 I)，GaJrihSbyASh(其中 O 彡 x 彡 I ;0 彡 y 彡 I)，GaJnhSbJh(其中 O 彡 X 彡 I ；0 ^ y ^ I)，AlJnhSb/Sh(其中 O 彡 x 彡 I ;0 彡 y 彡 I)，AlxIrvxSbyP"(其中 O 彡 X 彡 1;0 彡 y 彡 1)，GaJrihSV^(其中 O 彡 x 彡 1;0 彡 y 彡 I)或GaxIrvxNyPpy (其中O彡x彡1;0彡y彡I)的半導體化合物。其余的三元或四元半導體化合物是類似構造的混合化合物，并且其基本結構由專業人員所明確公知。如果從元素周期表的族來講，本發明原則上涉及元件周期表的主族，相反，副族元素額外作為副族證實。為了產生按照本發明的具有摻雜物分布的輻射直接轉換器，可以將上面列舉的輻射探測材料在陰極側、陽極側或在陽極和陰極之間的整個寬度上與摻雜劑(Dotanden)或摻雜物(Dotierstoffen)相摻雜。能夠在陰極側采用的優選的摻雜物的示例是這樣的摻雜物，該摻雜物在上述輻射探測材料中產生平的受主能級。為此，在陰極側在具有II-VI半導體化合物的材料體系中采用元素周期表的族I或族V的元素或者由這些元素、特別是由Li、Na、K、Rb、Cs (族I)或N、P、As、Sb、Bi (族V)組成的混合物。元素周期表的族II、族IV或副族的元素或者由其組成的混合物適用于具有III-V半導體化合物的材料體系。例如可以采用Be、Mg、Zn、Cd、Hg以及特別是Be (族II)或C、
Si、Ge、Sn、Pb (族IV)或Zn、Cd、Hg、Cr、V、Ti (副族)，以便實現上述優點。為此，在陽極側在具有II-VI半導體化合物的材料體系中可以采用元素周期表的族III或族VII的元素或者由這些元素、特別是由B、Al、Ga、In、Tl (族III)或F、Cl、Br、1(族VII)組成的混合物。在陽極側,元素周期表的族VI或族IV的元素或者由這些元素、特別是由0、S、Se、Te (族VI)或C、Si、Ge、Sn、Pb (族IV)組成的混合物適用于具有III-V半導體化合物的材料體系，以便獲得具有摻雜物分布的直接轉換器的上述優點。在此，如果族V的元素不嵌入族III的元素的晶格位置上，則會導致反摻雜(Gegendotierung)。因此在制造直接轉換的材料時要注意。專業人員了解對此合適的措施。優選地，輻射探測材料在陰極側與附加摻雜(如上面列舉的那樣)這樣摻雜，使得在陰極側具有帶有提高的P型傳導的摻雜物分布，并且在陽極側與附加摻雜(如上面列舉的那樣)這樣摻雜，使得在陽極側具有帶有提高的η型傳導的摻雜物分布。對此合適的摻雜物濃度與相應的輻射探測材料一致，從而實現上述一般的摻雜物分布。在一些優選的實施方式中，特別是在基于CdxZrvxTeySe1I (其中O彡χ彡1;0彡y彡I)或CdxMrvxTeySeh(其中O彡X彡I ；0 ^ y ^ I)的材料體系中，族VII (F、Cl、Br、I)的摻雜劑的濃度總是或者在混合應用時其和為大約lel4原子/cm3至lel9原子/cm3，優選在lel6 原子/cm3至5e 18原子/cm3之間，并且進一步優選在Ie 17原子/cm3至Ie 18原子/cm3之間。族 III (B、Al、Ga、In、Tl)以及族 I (Li、Na、K、Rb、Cs)或族 V (N、P、As、Sb、Bi)的摻雜劑的濃度優選可以總是或者在混合應用時其和為大約lel4原子/cm3至lel9原子/cm3，優選在Ie 16原子/cm3至Ie 18原子/cm3之間，并且進一步優選在3el6原子/cm3至3el7原子/cm3之間。類似的摻雜物濃度能在III-V材料體系中使用，只要相應的濃度是足夠的，使得在陰極側降低費米能級并且在陽極側提高費米能級。在優選的實施方式中，特別是基于諸如GaJnhSb/Sh (其中O彡X彡I ;0彡y彡I)，GaJnhSbJh (其中O彡x彡I ;0彡y彡I)，AlJnhSb/Sh(其中 O 彡 X 彡 I ；0 ^ y ^ I)，AlJnhSbJh(其中 O 彡 x 彡 I ;0 彡 y 彡 I)，GaJrihSV^ (其中O彡x彡1;0彡y彡I)，GaJrvAPh (其O彡x彡I ;0彡y彡I)的III-V化合物的實施方式中，族VI (O、S、Se、Te)的摻雜劑的濃度總是或者在混合應用時其和為大約lel4原子/cm3至lel9原子/cm3,優選在3el5原子/cm3至3el8原子/cm3之間，并且進一步優選在lel6原子/cm3至3el7原子/cm3之間。族IV(C、Si、Ge、Sn、Pb)以及族II (Be、Mg、Ca、Sr、Ba)、副族元素(例如Cr、V、Ti、Zn、Cd、Hg)的摻雜劑的濃度優選可以總是或者在混合應用時其和為大約lel4原子/cm3至lel9原子/cm3，3el5原子/cm3至3el8原子/cm3,并且進一步優選在lel6原子/cm3至3el7原子/cm3之間。按照本發明的輻射探測器的優選實施方式包括上述詳細解釋的具有摻雜物分布的輻射直接轉換器以及陽極裝置、陰極裝置和可選地用于讀取探測信號的分析電子器件。按照本發明的探測器可以實施為肖特基探測器或歐姆探測器。對于肖特基探測器來說，從半導體向金屬(電極)的過渡僅在一個方向上進行，也就是說這樣的探測器在一個方向上截止。對于歐姆探測器來說，電子可以在兩個方向上流過，也就是說從半導體流向金屬以及反過來。也就是歐姆探測器不具有像肖特基探測器那樣的截止效果。這樣的輻射探測器可以實施為單獨元件或者由兩個或多個單個探測器組成的組合元件。多個探測器通常也被稱為探測器陣列，其通常由單個的半導體基本元件構成，該半導體基本元件配備有作為絕緣的截止元件的分隔板(Septen)和電極。在這樣的探測器陣列中，輻照優選從涂覆或蒸鍍到半導體基本元件的陰極側入射。在單獨探測元件中，入射方向原則上與電極的構成無關，并且也能側面地或者同樣從陰極或陽極側進行。由于通過阻止空間電荷效應和極化改善了關于載流子運動性的效能，按照本發明的探測器適合于在以高的流密度應用X射線和/或伽馬輻射的醫療技術設備中的應用。相應地，這樣的按照本發明的醫療技術設備包括上述詳細解釋的輻射探測器和X射線系統、伽馬射線系統、PET系統、CT系統或SPECT系統。由于在輻射直接轉換器中避免或降低了極化，在這樣的設備中可以測量高的輻射流，如其特別在計算機斷層造影設備中發生的那樣。由此無需大的設備技術的開銷就可以在環境溫度下在高的輻射流中獲得好的能量分辨率。按照本發明，應用具有摻雜物分布的輻射直接轉換器的另一個優點在于，除了別的之外通過在低的晶格缺陷上避免載流子云彌散，脈沖持續能夠比在常規設備中的更短。在按照本發明的輻射直接探測器中使用的具有摻雜物分布的輻射探測材料通常通過如下的方法制造，其包括將摻雜物分布在從陽極側到陰極側的方向上引入輻射探測材料中的步驟。
在優選的實施方式中，從陰極側或從陽極側或從兩側通過將摻雜物擴散到輻射探測材料中或通過將摻雜物補充地離子注入到輻射探測材料中，來引入摻雜物分布。專業人員知曉用于將摻雜物擴散到輻射探測材料中的通常的方法。特別地，專業人員熟悉設備技術的情況以及對于相應的材料要使用的處理參數，諸如溫度、壓強、摻雜物濃度等。優選的工藝過程是從外部，特別是從陽極側或陰極側進行熱擴散或者離子注入。原因在于，在半導體工業上對摻雜劑進行擴散和摻雜已經經過數十年的試驗和使用。離子注入優選用于III-V半導體化合物的摻雜，因為在II-VI半導體化合物中會引起輻射傷害，其有時會引起結構和電氣的性能變差并且不能通過諸如復原的后處理(“postprocessing”)來補償。在替換的實施方式中，摻雜物分布可以通過將對應于期望的摻雜物分布的更高或更低摻雜的層涂覆或生長到由輻射探測材料組成的基本層來產生。在此，用于涂覆或生長層狀結構的通常的方法對于專業人員來說是公知的。專業人員熟悉設備技術的情況以及對于相應的材料要使用的處理參數，諸如溫度、壓強、摻雜物濃度等。優選的工藝過程是傳輸生長方法，例如物理汽相傳輸、化學氣相沉積、化學氣相外延以及分子射線外延。在這樣的傳輸生長方法中，可以在生長期間對期望的摻雜物濃度進行調整。如果層厚允許，則也可以考慮分開地制造具有摻雜物分布的層并且在由輻射探測材料組成的基本層上涂覆該層。


下面借助實施例結合附圖對本發明作進一步說明。因此，附圖應當僅用于解釋本發明，但本發明不應限制于此。附圖中圖I示出了在具有η型傳導的常規輻射直接轉換器的陰極⑷與陽極(A)之間的電子濃度的示意圖，圖2示出了在按照本發明的具有摻雜物分布的輻射直接轉換器的陰極(K)與陽極(A)之間的空穴濃度nh(l)或電子濃度nj2)的示意圖，圖3示出了按照本發明的輻射探測器的實施例，以及圖4示出了按照本發明的醫療技術設備的實施例。
具體實施例方式圖I示意性示出了 η摻雜(n-dotiert)的常規輻射直接轉換器的電子濃度ne。如圖I明顯示出的那樣，在η摻雜的半導體材料中在陰極(K)和陽極(A)之間的區域中存在均勻分布的電子濃度ne。這點例如可以在II-VI材料體系中通過族III或VII的摻雜劑來實現。通常是非常少量的電子過剩，但也可以是空穴過剩。在半絕緣半導體中的多數載流子類型通過引入的摻雜物與固有的摻雜的共同作用基于諸如在“錯誤的”晶格位置上的原子的缺陷或所謂的反位置(Antisite)的本征缺陷來確定。按照本發明，可以在這樣的均勻電子分布上實現附加的摻雜物分布。在圖2中示出了示例，在該示例中在左邊(陰極側)給出了空穴濃度nh(曲線I)并且在右邊(陽極側)給出了電子濃度I(曲線2)。在陰極側⑷上，這點在圖2示出的II-VI材料體系中通過摻合族I或V的摻雜劑來實現。在此，在陰極側上出現從陰極側向轉換器內部線性地減少的空穴過剩(高空穴濃度nh(曲線I))。在陽極側(A)將族III或VII的摻雜劑用于產生電子過剩。在此處示意性表示的情況下，電子濃度I(曲線2)從陽極側向轉換器內部線性地降低。按照本發明，電子過剩或空穴過剩的下降不僅能線性地構造，而且也能例如指數或S形地下降或者可選地也能增加或改變。同樣，摻雜物分布能分階段地或逐段地連續按照位于其之間的級來改變。上述摻雜物分布示出了在陰極側具有受主(空穴)的附加摻雜，即使在X射線或伽馬輻照下進行計數率采集，該附加摻雜在輻照時也導致微小的空穴的俘獲。在陰極側提高的P型傳導降低或阻止了正空間電荷的形成，從而在按照本發明的輻射直接轉換器中不發生極化。在陽極側將施主作為摻雜劑引入，該摻雜劑減少或阻止了電子俘獲，并且由此同樣在特別是利用X射線或伽馬射線進行輻照時最大程度上阻止由于空間電荷效應的極化。通過將摻雜物分布在從陰極到陽極的方向上引入輻射直接轉換器也能在諸如室溫的通常的應用條件下減少或避免空間電荷效應和極化效應。圖3示出了按照本發明的輻射探測器10的實施例，其在此通過分析電子器件13來構造。為了構成探測器，在此按照本發明具有摻雜物分布的輻射直接探測器3并排布置為矩陣式(在圖3中僅示出了一排該探測器的截面)，并且通過分隔板4彼此分開。輻射探測器10具有陰極裝置11和陽極裝置12，從而每個輻射直接轉換器3在陰極側具有陰極K并且在陽極側具有陽極A。待探測的離子輻射(例如X射線輻射R)在此擊中輻射探測器10的陰極側。不過，原則上按照本發明的輻射探測器也能被這樣構造，使得待探測的輻射R從另一個入射方向落到輻射探測器上，例如這樣對齊輻射探測器，使得陰極側和陽極側與輻射的入射方向平行。輻射探測器10在此具有分析電子器件13，其對于每個輻射直接轉換器3具有前置放大器14，以便對在該輻射直接轉換器3中形成的信號首先前置放大。在附圖中非常簡化地示出了耦合到陽極A的前置放大器14。專業人員熟知如何能夠從輻射探測器讀取以及進一步處理信號的基本方法。前置放大器14與信號處理裝置15相連，在該信號處理裝置中進一步處理信號并且然后將信號進一步傳輸到例如分析單元(未示出)。
圖4示出了醫療設備20、此處為X射線系統20的非常簡單的實施例。其具有X射線輻射器21、按照本發明的具有分析電子器件13的輻射探測器10以及系統控制裝置22。X射線輻射器21和輻射探測器10在運行時這樣彼此相對布置，使得X射線輻射器21的輻照方向朝向輻射探測器10的方向。然后將例如是患者或患者的身體部位的檢查對象P在X射線輻射器21和輻射探測器10之間合適地定位，以便利用輻射探測器10位置分辨地采集由X射線輻射器21發出的并且通過檢查對象P衰減的X射線輻射R，以便用于記錄X射線圖像。在此借助非常簡化地示出的系統控制裝置22控制X射線輻射器21，該系統控制裝置22也接受由分析電子器件13處理的探測器信號以用于進一步處理，以便例如根據探測器信號重建圖像以及向用戶輸出圖像或將圖像存儲到存儲器中。 最后要再次指出，上述詳細描述的輻射直接轉換器、輻射探測器和用于其制造的方法僅是優選的實施例，其能被專業人員以不同的方式修改，只要其通過權利要求預先給定，就不脫離本發明的范圍。特別地，如果將摻雜物分布僅引入到這樣的直接轉換器的一側(或者是陽極側或者是陰極側)，則也能獲得同樣或至少類似的效果。于是，例如可以在陽極側設置類似的電子濃度，如其在圖2中示出的那樣，但無需在陰極側提高空穴濃度。在此同樣獲得按照本發明的具有摻雜物分布和改善了的效能的直接轉換器。這同樣適用于類似圖2按照摻雜物分布僅設置的空穴濃度，而在陽極側與均勻基本傳導相比不改變電子過剩。為完整性起見還要指出，不定冠詞“一”或“一個”的使用，不排除有關的特征也能多次出現。同樣不排除將概念“元件”作為由多個必要時也能空間地分布的組件組成的部件。
權利要求
1.一種輻射直接轉換器(3)，具有帶有陽極側和陰極側的輻射探測材料，其中，所述輻射探測材料具有在從陽極側到陰極側的方向上的摻雜物分布。
2.根據權利要求I所述的輻射直接轉換器，其輻射探測材料在陰極側與附加摻雜物這樣摻雜，使得在陰極側具有帶有提高的P型傳導的摻雜物分布。
3.根據權利要求I或2所述的輻射直接轉換器，其輻射探測材料在陽極側與附加摻雜物這樣摻雜，使得在陽極側具有帶有提高的n型傳導的摻雜物分布。
4.根據上述權利要求中任一項所述的輻射直接轉換器，其中，所述輻射探測材料由基于均勻基本傳導、特別是p型傳導或n型傳導的半導體化合物構成，并且由此摻雜物分布通過在陽極側和/或陰極側附加摻雜來實現。
5.根據上述權利要求中任一項所述的輻射直接轉換器，其中，所述摻雜物分布從陽極側到陰極側至少逐段地基本上連續地改變，優選為基本上線性、指數或S形地改變。
6.根據上述權利要求中任一項所述的輻射直接轉換器，其中，所述摻雜物分布從陽極側到陰極側具有跳變。
7.根據上述權利要求中任一項所述的輻射直接轉換器，其中，所述輻射探測材料由半導體化合物以及特別是從由CdxZrvxTeySeh(其中O≤x≤1;0≤y≤I)或CdxMrvJeySeh(其中 O ≤ X ≤ I ;0 ≤ y ≤ I)，GaJrihSbyASh(其中 O ≤x ≤I ;0 ≤ y ≤I)，GaJrihSbyPh(其中 O ≤ X ≤ I ；0 ≤ y ≤ I)，AlJrihSbyASh(其中 O ≤ x ≤ I ;0 ≤ y ≤ I)，AlJrihSbyPh(其中 O≤ X ≤ 1;0 ≤ y ≤ I)，GaJrihSbyNh(其中 O ≤ x ≤ 1;0 ≤ y ≤1)，GaxIrvxNyPpy (其中0≤x；≤l;0；≤y；≤l)組成的族中所選擇的半導體化合物構成。
8.根據上述權利要求中任一項所述的輻射直接轉換器，其中，用于II-VI半導體化合物的摻雜物，是族I或族V的元素或由這些元素、特別是由Li、Na、K、Rb、Cs或N、P、As、Sb、Bi組成的混合物,或者,是族VII或族III的元素或由這些元素、特別是由F、Cl、Br、I或B、Al、Ga、In、Tl組成的混合物。
9.根據上述權利要求中任一項所述的輻射直接轉換器，其中，用于III-V半導體化合物的摻雜物，是族II、族IV、副族的元素或由這些元素、特別是由Be、Mg或C、Si、Ge、Sn、Pb或Zn、Cd、Hg、Cr、V、Ti組成的混合物,或者,是族IV或族VI的元素或由這些元素、特別是由C、Si、Ge、Sn、Pb或O、S、Se、Te組成的混合物。
10.一種輻射探測器(10)，具有根據權利要求I至9中任一項所述的輻射直接轉換器(3)以及具有陽極裝置(11)、陰極裝置(12)并且可選地具有用于讀取探測器信號的分析電子器件(13)。
11.一種醫療技術設備(20)，具有根據權利要求10所述的輻射探測器(10)。
12.根據權利要求11所述的醫療技術設備(20)，其中，所述設備包括X射線系統(20)、伽馬射線系統、PET系統、CT系統或SPECT系統。
13.一種用于產生輻射直接轉換器(3)的方法，包括將在從陽極側到陰極側的方向上延伸的摻雜物分布引入輻射探測材料的步驟。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，所述摻雜物分布從陰極側和/或從陽極側通過將摻雜物擴散到輻射探測材料中或者通過將摻雜物補充地離子注入到輻射探測材料中來引入。
15.根據權利要求13或14所述的方法，其中，所述摻雜物分布通過將對應于期望的摻雜物分布的更高或更低摻雜的層涂覆或生長到由輻射探測材料組成的基本層來產生
全文摘要
本發明涉及一種輻射直接轉換器，具有帶有陽極側和陰極側的輻射探測材料，其中，所述輻射探測材料具有在從陽極側到陰極側的方向上的摻雜物分布。此外，本發明涉及一種具有這樣的輻射直接轉換器以及具有陽極裝置、陰極裝置并且可選地具有用于讀取探測器信號的分析電子器件的輻射探測器，以及涉及一種具有這樣的輻射探測器醫療技術設備。此外，本發明還涉及一種用于產生輻射直接轉換器的方法，該方法包括將摻雜物分布在從陽極側到陰極側的方向上引入輻射探測材料的步驟。
文檔編號H01L31/115GK102629638SQ201210022180
公開日2012年8月8日 申請日期2012年2月1日 優先權日2011年2月1日
發明者C.施羅特, M.斯特拉斯伯格, P.哈肯施邁德 申請人:西門子公司