專利名稱：混合式有機光電二極管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于間接X射線轉換的X射線探測器。
背景技術：
在X射線探測器領域中的根本區(qū)別在于，X射線探測器是基于直接的X射線轉換， 還是基于間接的X射線轉換。在圖1和2中示出了這兩種方式的X射線探測，并通過對這些圖的說明詳細描述。在直接的X射線轉換中，在一種材料中吸收X射線并用其能量產生一個電子-空穴對。所產生的電子-空穴對可以被電子地讀出。作為用于此的材料可例如使用非晶態(tài)硒。 硅二極管也使用于直接的X射線轉換。在半導體中直接X射線轉換時重要的是有一定的層厚，以便吸收射線的對于探測足夠高的份額。用于直接X射線轉換的硅二極管具有元件厚度約為lcm。為了在非晶態(tài)硒內直接X射線轉換，使用達Imm厚的層。硒作為吸收器特別的缺點是其高的毒性。對于間接的X射線轉換，使用由閃爍體層和光電探測器按照已知方式的組合。在此，光電探測器的頻譜靈敏度，處于閃爍體層通過X射線轉換所產生的熒光發(fā)射的波長范圍內。閃爍體層包括一些材料，例如碘化銫或硫氧化釓。因為由碘化銫組成的閃爍體有最強的吸濕性，所以與光電探測器組合使用，始終與例如為了防濕封裝的結構性費用相關聯(lián)， 而且不利于X射線探測器的使用壽命。除了這兩種原則上可能的X射線轉換方式外，在X射線探測領域內還必須根據(jù)使用場合進行區(qū)分。在X射線成像的使用場合，例如它被使用在醫(yī)學領域內，追求低成本和大面積解決方案。在此重要的是成像有高的位置分辨率。為此，迄今或者使用直接X射線轉換，然而它的缺點是元件深度(Bauteiltiefen)高，并因而需要在kV范圍內低能效的高工作電壓?；蛘呤褂迷诠怆娞綔y器陣列上的閃爍體層，它的缺點是必須由多個像素化的光電探測器構成，以便保證期望的位置分辨率。除此之外，X射線探測器被使用于X射線劑量率測量。X射線劑量在醫(yī)學領域中用X射線儀來監(jiān)測，以及在工業(yè)和安全技術中也用所謂的輻射劑量計來測量。為了測量X射線劑量，將所吸收的X射線有效地變換為可利用的信號有重要意義。為了準確地確定X射線劑量，這些信號應足夠強和無噪聲。尤其為了將X射線劑量檢驗器 (Rontgendosiskontrollgeraten )與X射線成像組合使用，X射線小的吸收量有重要意義。 也就是說，必須僅由小量吸收的X射線產生清晰的信號。這對于在X射線照片上不產生陰影是必要的。在劑量測量時低的吸收率尤為必要，以便為了清楚的X射線照片，將例如對病人的X射線負荷保持為盡可能小。迄今為止，使用電離室或例如厚的硅光電二極管，來檢驗 (Kontrolle)X射線劑量率。迄今已知的X射線探測器的缺點是，它適用于總是受嚴格限制的使用范圍。X射線探測的不同工作方式不能有利地互相組合。此外，迄今已知的所有X射線探測器有大的元件深度。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種X射線探測器，它既可以使用于X射線成像，也同樣可以使用于X射線劑量測量。此外，本發(fā)明的目的是提供一種包括X射線儀的X 射線探測器裝置，以及提供一種它的制造方法。該技術問題是通過一種按照本發(fā)明的X射線探測器，通過一種按照本發(fā)明的包括 X射線儀的X射線探測器裝置，以及通過一種按照本發(fā)明的方法解決的。本發(fā)明的X射線探測器被構造用于成像和/或用于劑量率測量。該X射線探測器包括一個在第一電極與基底之間的混合式光敏層。第一電極尤其是光電二極管的陰極?；旌鲜焦饷魧影ǘ鄠€閃爍體和一個體相異質結(Bulk-Heterojunction)。該光敏層被稱為混合式，因為它通過閃爍體和體相異質結包括了兩種不同的轉換材料。然而，它們并不像迄今已知的那樣被設置在單獨的層內，而是聯(lián)合成單一的光敏層。閃爍體用于將X射線轉換為閃爍射線，尤其轉換為可見的波長范圍內的熒光射線。體相異質結被構造用于吸收正是在此波光范圍內的閃爍射線并由此構成電子-空穴對。因此，具有閃爍體和體相異質結的混合式光敏層被構造為間接地進行X射線轉換。此外，將X射線探測器構造為對在體相異質結內生成的電子-空穴對進行電的探測。本發(fā)明的X射線探測器的優(yōu)點是，通過在第一電極與基底之間單個混合式光敏層，所以有小的元件深度就夠了，而且可以具有非常簡單的結構。此外，本發(fā)明的X射線探測器完全可以沒有強毒性的硒。這種混合式光敏層可保證同樣適合成像或者劑量率測量。在有機電子技術中將如下的異質過渡稱為體相異質結該異質過渡沿層的全部體積(bulk，體相)延伸。至少兩種在其作為空穴導體或電子導體特性不同(異質)的材料， 以這樣的方式組合成一層，亦即使在層的全部體積內構成這兩種材料的界面。在體相異質結中，正是在這些界面上進行載流子，亦即電子-空穴對的分離。按照本發(fā)明的一種有利的構造，體相異質結包括有機半導體材料，它們是可溶的以及可通過噴霧過程沉積。這些特性對于吸收特性是有利的，以及適宜用干與體相異質結中的電子-空穴對分離，因此只是在某種沉積技術適用時才能有效制成體相異質結。按照本發(fā)明的另一種有利的構造，閃爍體共計體積份額在混合式光敏層的10%體積比與70%體積比之間，尤其是在體積的10%與50%之間。在混合式光敏層內閃爍體的這種體積份額，對于將X射線的能量轉換為電信號起到積極的作用。在該區(qū)間內，尤其可以為了用于劑量測量或者用于成像而進行調整。對于劑量測量較少地吸收X射線是有利的，而對于成像較多地吸收X射線是有利的。按照本發(fā)明的另一種有利的構造，混合式光敏層有均勻的層厚，以及層厚在 0. 5 μ m與500 μ m之間，尤其在0. 5 μ m與100 μ m之間?；旌鲜焦饷魧拥目倢雍裼绕錇?500 μ m?；旌鲜焦饷魧拥目倢雍褚部梢詾?00 μ m或只有10 μ m?？倢雍褚部梢詫崿F(xiàn)為1 μ m。 薄的層厚相應地對整個元件的厚度起有利的作用。尤其可通過改變X射線探測器混合式光敏層的層厚，針對使用于劑量率測量構造較薄的混合式光敏層，或為了使用于X射線成像構造較厚的混合式光敏層。按照本發(fā)明的另一種有利的構造，X射線探測器有一個ALD層。尤其是，該ALD層是X射線探測器的第二電極。該第二電極尤其是光電二極管的陽極。
稱為ALD層的是一種通過ALD過程制造的層。ALD表示Atomic Layer Deposition, 即一種已知的沉積法。借助ALD可以制成有獨特性質的層。一個ALD層的厚度尤其均勻地為一個原子位置(Atomlage)。尤其是，一個ALD層在其電、光或機械特性方面是各向同性的 (isotrop)ο將ALD層用作第二電極是特別有利的，因為該ALD層可同樣起防濕層的作用，并因而取代防濕的封裝或通過ALD層可以支持防濕。尤其是，將ALD層設置在閃爍體與體相異質結之間。例如，為此將閃爍體針或閃爍體顆粒通過ALD過程進行鍍層，然后將體相異質結沉積在它們上面。在這種結構中ALD層圍繞閃爍體起特別有效的隔濕作用。因此，加入ALD層作為其中一個電極，尤其作為陽板，帶來的附加的優(yōu)點是，被其圍繞的閃爍體有防濕性。密實的ALD層減少了混合式光敏層的吸水以及與封裝起同樣的作用。附加地，可以圍繞整個包括混合式光敏層、基底和電極的元件進行進一步封裝。為此尤其薄膜包封是有利的。因此X射線探測器這種混合式構造帶來的優(yōu)點是，無需單獨包封有機光敏層和閃爍體層。例如，可以尤其通過ALD沉積的鋁頂電極來代替含鈣的活性頂電極 (reaktive Top-Elektroden)。由此可以完成非常長時間穩(wěn)定的X射線探測器。按照本發(fā)明的另一種有利的構造，ALD層至少部分透過在要探測的X射線波長范圍內的電磁射線，或至少部分透過在閃爍體閃爍射線波長范圍內的光。按照本發(fā)明的另一種有利的構造，ALD層的折射率正好在該波長范圍內高于可在閃爍體內激勵的熒光射線處于其中的閃爍體材料的折射率。其優(yōu)點是，命中閃爍體的X射線在閃爍體內激勵熒光射線，它然后在閃爍體內如在光波導中那樣全部反射在ALD層上， 并因而目標準確地在光波導的一個可預先規(guī)定的輸出點射出。這種輸出點是ALD層內的空隙，在針狀閃爍體內該空隙優(yōu)選地被設置在針尖上。在按照本發(fā)明的包括X射線儀的裝置中，X射線儀具有傳感器，它是一種用于檢驗所使用的X射線劑量的三區(qū)或五區(qū)傳感器(Dreifeld-Oder Funffeldsensor)。該三區(qū)或五區(qū)傳感器又具有按照本發(fā)明的X射線探測器。尤其是，用于劑量檢驗的探測器沿X射線的射線軌跡被設置在X射線管，亦即X射線源，與成像部件之間。這種包括一個為檢驗所使用的X射線劑量采用按本發(fā)明X射線探測器的X射線儀的裝置，具有的優(yōu)點是，X射線探測器有小的元件深度和低的吸收率，以及與之相應地傳感器無缺點地促使X射線成像。此外，按本發(fā)明的X射線探測器保證將吸收的X射線能量有效地轉換為可探測的電信號。按照本發(fā)明一種有利的構造，包括X射線儀的裝置具有傳感器，該傳感器有多個按二維矩陣結構安置的X射線探測器。按照本發(fā)明X射線探測器的優(yōu)點是，由于其小的層厚以及與之對應地低的吸收，也可以為了劑量檢驗的目的而大面積鍍層。因此可以實現(xiàn)非常精確的劑量測量。對于成像的使用領域，相應的X射線探測器同樣帶來優(yōu)點。通過混合式光敏層，為了保證位置分辨率，可以大面積地制成X射線傳感器，并例如具有一種矩陣的結構。尤其是，包括X射線儀的裝置具有如下的傳感器它有用于曝光量自動控制單元 (Automatic-Exposure-Control-Einheit)的標準尺寸為 43x43cm2。其優(yōu)點是，可以在所有傳統(tǒng)的X射線儀中使用按照本發(fā)明的新型傳感器。在用于制造按照本發(fā)明的X射線探測器的方法中，將多個閃爍體和一個體相異質結沉積在基底上，其中，體相異質結由溶液借助噴霧過程沉積。這帶來的優(yōu)點是，只能溶解在不同溶劑中不同的有機半導體材料可以同時沉積，由此首先可以產生體相異質結。此外， 噴霧過程對于體相異質結的大面積沉積也是有利的。按照本發(fā)明一種有利的構造，在本方法中，閃爍體由懸浮液通過噴霧過程沉積。在此，閃爍體尤其通過共噴霧過程與體相異質結同時沉積。在共噴霧過程時，含有閃爍體的懸浮液和體相異質結材料溶液沉積在公共的基底上，并因而構成按照本發(fā)明的混合式光敏層。其優(yōu)點是，按照本發(fā)明的X射線探測器可以通過單個沉積步驟制成。按照本發(fā)明另一種有利的構造，在本方法中，將體相異質結由溶液通過噴霧過程涂敷在已經(jīng)沉積到基底上的閃爍體上。其優(yōu)點是，例如即使不能通過噴霧過程沉積的閃爍體，也可以按照本發(fā)明的方式加入體相異質結中，從而形成混合式光敏層。按照本發(fā)明一種有利的構造，本方法包括一個沉積ALD層的附加的過程步驟。也就是說，在閃爍體被沉積到基底上后，將它們通過ALD過程鍍層，其中尤其通過ALD過程沉積出一個電極。隨后將體相異質結沉積到用ALD層鍍層的閃爍體上。其優(yōu)點是，閃爍體通過ALD層得到附加的防濕層。ALD過程對此是有利的，因為即使遇到要鍍層的閃爍體難對付的長寬比(Aspektverhaltnissen )時，它仍能保證各向同性的沉積。相應地，按照本發(fā)明用于間接X射線轉換的X射線探測器具有一個基于其中埋入閃爍體材料的體相異質結的有機光電二極管。體相異質結所使用的有機半導體材料其特征在于，它們有非常低的暗電流(Dunkelstrome )。與電導率可以通過光入射提高的聚合物光電導體相反，暗電流與在使用的光敏材料曝光時的電流相差多個數(shù)量級。這對于使用于X 射線成像是必要或有利的，以便保證在曝光區(qū)與陰暗區(qū)之間明顯的對比度。聚合物光電導體不適用于X射線成像，因為在這里在曝光區(qū)與陰暗區(qū)之間形成梯度。此外，使用的有機半導體材料在熒光射線波長范圍內有特別強的吸收性，由此保證了光能被有效地轉換為電荷。在此作為閃爍體可考慮例如碘化銫或硫氧化釓。碘化銫是針狀生長的閃爍體的代表，它尤其在基底上生長。硫氧化釓可以顆粒狀存在。用閃爍體針可有利地完成用于X射線成像的X射線探測器。閃爍體顆粒的優(yōu)點是，它們各向同性的熒光發(fā)射可以吸收在有機半導體層的體相中。顆?？梢赃x擇性地通過噴霧過程或者通過與體相溶液一起共噴霧來沉積，或者也可以時間上在體相異質結沉積前敷設在基底上；而閃爍體針在任何情況下都在體相異質結沉積之前在基底上生長。然而，X射線探測器的元件，尤其是由閃爍體和體相異質結組成的混合式光敏層， 與迄今的X射線探測器不同之處至少在于，不存在閃爍體層與光電探測層的堆疊，亦即上下疊層，而是在單個層內含有兩種轉換器。尤其是，將閃爍體，不管針狀還是顆粒，直接埋入體相異質結中，從而使閃爍體直接由體相異質結所圍繞。如果閃爍體不與體相異質結處于直接接觸狀態(tài)，則它們最多通過薄的ALD層與體相異質結隔離。這種僅少量原子位置厚的層可以成為X射線探測器電極之一。尤其是所述層也被用于閃爍體和/或體相異質結機構(der Organik der Bulk-Heterojunction)的防濕。在偏愛從閃爍體各向同性地熒光發(fā)射時，例如為了劑量率測量的使用，ALD層優(yōu)選地在閃爍體通過命中的X射線激發(fā)的熒光射線波長范圍內是透明的。
為了作為X射線成像器使用，優(yōu)選地使用閃爍針作為波導(Wellenleiter)并且用 ALD層包圍，它的折射率選擇為，使在閃爍體中形成的熒光射線在閃爍體表面上完全反射， 并如引入波導內那樣引入閃爍體內。由此可將熒光射線導向從閃爍體規(guī)定的輸出點，尤其導向閃爍體的針尖。為此，針尖不被ALD層覆蓋。在混合式光敏層這種結構的情況下，并非整個體相異質結被熒光射線檢測，而主要在閃爍體尖與陰極之間的光敏區(qū)。為此，有利地將閃爍體尖與陰極之間的最小距離選擇在50與200nm之間。這種混合式光敏層，在位置分辨率很高的條件下，保證了 X射線有效地轉換為電信號。因此，除了混合式光敏層外，X射線探測器還包括至少一個第一電極和一個基底。基底尤其可以是一種透明的基底，例如玻璃基底，或也可以是活性矩陣底板 (Aktiv-Matrix-Backplane)。在基底上敷設第二電極，例如光電探測器的陽極。該陽極仍可以是透明的，例如TC0、透明導電的例如可通過ALD過程沉積的氧化物。陽極可以包括多個陽極像素或者是連續(xù)的。合適地，電極之一是由多個像素組成的陽極或陰極。例如對于埋入閃爍體顆粒的情況，可在陽極與陰極之間設混合式光敏層。也還可以在陽極與陰極之間設置夾層，它們例如用于電荷分離。不過，如果陽極例如以ALD層的形式涂敷在閃爍體針上，則陽極也可以被設置在閃爍體與體相異質結之間。于是與之對應地，不是陽極而是陰極被像素化。一般地，也可以是一種相反的結構，亦即在基底上首先安置陰極，并且在混合式光敏層上敷設陽極。不過，有頂陰極的結構是有利的，它可例如用金屬制成。為此可考慮鋁、 鈣-銀或鈣-金電極。這種金屬電極可例如通過蒸發(fā)過程(Verdampfungsprozesse)沉積。 在熱蒸發(fā)過程中，可通過暗影掩模(Schattenmasken)進行頂電極的結構化。作為替換，頂電極也可以通過ALD過程例如可以用鋁各向同性地鍍層。為了陽極在基底上結構化，也可以使用平版印刷過程(Lithographieprozess)。混合式光敏層的基底尤其也可以構造為柔性的。在閃爍體從時間上在體相異質結之前沉積的結構中，體相異質結也可以由溶液通過浸入過程制成，其構成了噴霧過程的替換方案。


本發(fā)明的實施方式參見附圖1至12舉例說明。圖1示出了基于直接X射線轉換的X射線探測器；圖2示出了基于間接X射線轉換的X射線探測器；圖3示出了帶有混合式光敏層的X射線探測器；圖4示出了帶有像素化陰極的X射線探測器；圖5示出了該X射線探測器另一種實施方式；圖6示出了帶有像素化陽極的X射線探測器；圖7示意示出了 X射線探測器用兩個噴霧頭的制造過程；圖8示出了三區(qū)傳感器；圖9示出了五區(qū)傳感器；圖10示出了多區(qū)傳感器；圖11示出了帶有用于成像和劑量檢驗的X射線探測器的X射線儀；和圖12示出了不同X射線探測器電流響應(Stromantworten)的測量曲線。
具體實施例方式圖1示出了按照現(xiàn)有技術用于直接X射線轉換的X射線探測器。適用于吸收和直接轉換X射線X的材料13被設置在像素電極11與頂電極12之間。為了位置分辨率進行電極11的像素化。頂電極12可透過X射線X。X射線X被材料13吸收，并形成電子-空穴對。圖1示意地示出了轉換中心16，X射線X的射線能量在其中實現(xiàn)向電能的轉換，其中射線的能量向電極轉移并將電極提升到能量更高的狀態(tài)。如此形成的電子-空穴對可以在借助電極11、12在材料層13上設立的區(qū)內分離。也就是說，X射線探測器處于偏壓 (Vorspannung)下的工作狀態(tài)以及在吸收X射線X時可以探測電流I。圖2示出了按照現(xiàn)有技術用于間接X射線轉換的X射線探測器。這種用于間接X 射線轉換的X射線探測器由兩部分構成。第一部分X射線探測器包括一個閃爍體層14，在其中完成從X射線X向熒光射線的轉換。在這種情況下也示意地示出了一個轉換中心16， 在其中將X射線的能量轉換成光能。X射線探測器的第二部分包括光電探測器15，尤其是光電二極管15，以及還包括像素化的電極11。光電二極管15適合于探測閃爍體層14的熒光射線。已知可以用作閃爍體層的閃爍體材料例如是硫氧化釓或碘化銫。典型地，這種閃爍體層的層厚為0. Imm至1mm。用于直接X射線轉換的層13可以是硅光電二極管，它有超過Icm大的層厚，或者也可以使用非晶態(tài)硒作為直接X射線轉換器。用作直接X射線轉換的硒層通常層厚達1mm。對直接X射線轉換器例如沿截止方向(Sperrrichtimg)用若干kV 范圍內的電壓進行偏壓。圖3、4和5分別示出了帶有混合式光敏層的X射線探測器，其中閃爍體2是生長在基底1上的閃爍體針。閃爍體針2例如是碘化銫閃爍體?；?可以是一種玻璃基底。 在玻璃基底上生長的閃爍體針2上面沉積了 ALD層3。ALD層3尤其是一種透明導電的氧化物(TC0)。因此這種ALD層可以滿足混合式光敏層陽極的功能。在ALD層3之后，將在基底1上的閃爍體針2的空隙充填體相異質結4并由此覆蓋針2上，從而形成一個厚的混合式光敏層，閃爍體針2完全被埋入其中?；旌鲜焦饷魧颖魂帢O5覆蓋。陰極5又可以通過ALD過程來敷設。為此例如采用鋁。作為替換，陰極5也可以通過一種金屬或多種金屬的熱蒸發(fā)來實現(xiàn)。在圖3中陰極5大面積敷設在光敏層上。通過ALD過程在閃爍體針2上敷設陽極3的優(yōu)點是，即使在閃爍體針2的高長寬比的情況下仍能實現(xiàn)各向同性的沉積。圖4同樣示出了帶有閃爍體針2生長在它上面的基底1，這些閃爍體針被ALD層3 覆蓋。在此，也進行體相異質結4在針空隙內和在閃爍體針2上面的沉積，從而將閃爍體針 2完全埋入體相異質結4內并與體相異質結4 一起構成混合式光敏層。在這種情況下，代表混合式光電二極管陰極的頂陰極5被像素化地表示，也就是說，這種陰極5是間斷的并因而可以進行位置分辨。在陰極5上面示出了另一個基底1。它可以是X射線探測器封裝的組成部分。尤其是，這種混合式光敏層可以被完全包封，使之防止水分侵入，水分入侵會對有機材料以及也會對吸濕性閃爍體材料造成有害的作用。圖5同樣示出了 X射線探測器另一種實施方式，其中，閃爍體針2仍生長在基底1 上，并且借助ALD過程各向同性地沉積兩個電極3、5。陽極3被直接沉積在閃爍體針2上。 陰極5沉積在體相異質結4上。在這種情況下，將體相異質結4僅作為相對薄的層沉積在針2上。尤其是，體相異質結4的層厚小于lOOnm。因此電極層3、5以及體相異質結4仍塑造成針狀結構。然后，將針的空隙用一種填料6充填并由此覆蓋閃爍體針。作為填料6可以例如使用環(huán)氧化物。它主要用于混合式光電探測器的穩(wěn)定和防水。在圖示的具有閃爍體針2的X射線探測器中，陽極3總是被設置在閃爍體針2與體相異質結4之間。為了能由體相異質結4吸收通過貫入的X射線X在閃爍體2內所激勵的閃爍射線，閃爍射線必須能穿出陽極3進入體相異質結4內。為此，例如使用透明的導電氧化物(TCO)作為陽極3。它尤其也可以通過ALD過程來沉積。首先必須保證對于在閃爍體2所發(fā)射的射線波長范圍內有該透明度。在這種情況下，可以實現(xiàn)在光敏的有機半導體材料4內各向同性地放射。以及X射線探測器可以使用于劑量率測量。為產生X射線照片，也就是說為了 X射線成像的目的，必須進行命中的X射線的位置分辨。為此使用像素化電極3、5，在這種情況下優(yōu)選地采用像素化陰極5，如圖4所示的那樣。此外特別有利的是ALD沉積的陽極3，它有促使閃爍體射線在閃爍體2表面上完全反射并導入閃爍體針2內的折射率，就像導入光波導中那樣。于是，如果優(yōu)選地規(guī)定在針尖處 ALD層間斷，則熒光射線在此處聚束射出，并且保證了 X射線探測器高的位置分辨率。因此，通過調整在閃爍體針2上ALD陽極3的折射率，可以實現(xiàn)最佳的X射線成像或劑量率測量。X射線探測器其余的結構保持不變。圖6示出了具有在體相異質結4內埋入閃爍體顆粒2的混合式光電二極管。這種混合式光敏層被設置在陰極5與帶有像素化陽極3的基底8之間。在像素化陽極3與混合式光敏層之間還可以有一個中間層7。通常，可以將中間層7或所謂的hterlayer 7用來， 有利于朝向電極3、5的電荷輸送。在這種情況下基底8是活性矩陣底板，通過它可以控制和讀出像素陽極3。與針狀閃爍體2—樣，X射線X在閃爍體2內轉換為熒光射線。在體相異質結4中吸收熒光射線并轉換為電能。通過吸收熒光射線所產生的電子-空穴對，如也在圖1中示出了的那樣，在陽極3與陰極5之間設立的區(qū)(Feld)內被分離和被探測。在閃爍體顆粒2的情況下，熒光射線的各向同性的發(fā)射在體相異質結4內進行。這促使X射線能量有效地轉換為電信號。包括體相異質結4和埋入的閃爍體2的混合式光敏層的層厚約為ΙΟΟμπι，但也可以根據(jù)應用范圍僅為ΙΟμπι?；旌鲜焦饷魧拥膶雍褚部梢苑浅１?，例如約 Ium0電極3、5的結構化決定了混合式光電二極管的活性面積。取決于是在基底1、8還是在體相異質結4上，可以優(yōu)選地通過暗影掩模或平版印刷術來完成電極3、5的像素化。在頂電極的直接蒸發(fā)過程中有利的是通過暗影掩模的結構化。在ALD沉積氧化物時，例如在基底1上平版印刷術的結構化是可能的。像素間距在此優(yōu)選地為50 μ m。活性二極管面積尤其對于劑量率測量被選擇得很大，并且可達10cm2?，F(xiàn)在圖7示意地示出了帶有顆粒狀閃爍體2的混合式光電探測器的制造過程。在基底3、7、8上按照共噴霧法(Ko-Sprilhverfahren)敷設混合式光敏層。也就是說，體相異質結(BHJ)4由溶液40與含有閃爍體顆粒2的懸浮液20 —起同時噴涂。為此在圖7中示出了兩個對準相同的基底3、7、8的噴霧頭21、41。因此通過噴霧持續(xù)時間和組合閃爍體懸浮液20與BHJ溶液40，可以調整在混合式光敏層內的閃爍體份額。此外，可以有目的地調整混合式光敏層的層厚。所噴涂的層厚在0.5μπι與IOOym之間。閃爍體顆粒2在體相異質結4內有利的份額處于10 %體積比與50 %體積比之間。與現(xiàn)有技術的沉積方法不同，在那里顆粒在其沉積前直接與有機半導體混合，而在該共噴霧法中閃爍體單獨地(diskret)
9涂覆在基底上。圖8、9和10示出了尺寸為43x43cm的傳感器，如其在現(xiàn)有的X射線儀中可用于所謂曝光量自動控制(AEC)的劑量率測量那樣。為此，迄今通常使用如圖8和9中示出了的三區(qū)或五區(qū)傳感器。圖8示出了的三區(qū)配置覆蓋了肺區(qū)域和縱隔區(qū)域，它在X射線儀的醫(yī)學使用中是重要的。圖8和9中劃陰影線的面80、90代表傳感器面。圖10示出了傳感器面100 按照本發(fā)明的布局，它們能特別好地通過按照本發(fā)明具有混合式光敏層的X射線探測器實現(xiàn)。它們可以很薄和大面積地沉積。由此可實現(xiàn)一種棋盤形圖案，亦即一種按照二維5x5矩陣進行傳感器100排列。采用這種帶有多個(例如13個)傳感器區(qū)(Sensorfeldern) 100 的傳感器，可以非常靈活地對不同的要檢查的對象做出反應?？梢杂行нB接和使用傳感器區(qū)100的不同的組合。用于劑量率測量的傳感器區(qū)100不允許有任何陰影投射在X射線照片上。圖11示出了 X射線儀70，如其被用在例如醫(yī)學中為檢查對象700作檢查。為此， 檢查對象700被安置在X射線探測器單元73、74上方。后者由用于劑量率測量的X射線探測器73和用于成像的X射線探測器74組成。作為替換，用于劑量率測量的X射線探測器也可以被安裝在檢查對象700上方。將其中產生X射線X的X射線管72布置為，使X射線 X穿透檢查對象700，然后命中X射線探測器部件73、74。此外，還示出了 X射線管72的控制器71。該X射線儀的圖示出了，需要對于X射線測量的要求有很大差別的兩個X射線探測器73、74。迄今為止，為此必須使用差別很大的技術，為了 X射線成像例如借助間接轉換器，而為了 X射線劑量率測量例如利用電離室。采用按照本發(fā)明的混合式X射線探測器， 則可以制造與用于成像完全一樣的X射線探測器用于劑量率測量。尤其是，對于劑量率測量，為了吸收盡可能少的X射線，小的元件深度是有利的，因為X射線為了成像還應命中成像用的第二 X射線探測器74。也就是說，對于劑量率測量而言，X射線X的能量能特別有效地轉換為信號電荷則有重要意義。然而，為了 X射線成像則應吸收盡可能多的射線。在此， 始終涉及吸收率與實際性能之間的一種折衷。也就是說，隨著層厚的增加，X射線二極管的定量效率和動態(tài)特性變壞。X射線X在混合式光敏層內的吸收隨層厚成指數(shù)關系增大。為了應用曝光量自動控制(Automatic-Exposure-Control)吸收率應當?shù)?。為此，層厚?與 20μπι之間以及閃爍體份額為50%體積比是有利的。對于X射線成像，優(yōu)選地使用層厚在 ΙΟΟμπι與之間。為了成像，閃爍體針2有ALD層包套6chichtu_antelung)3是有利的，通過它使閃爍體針2起到光波導的作用。圖12示出了其中表示不同X射線探測器的轉換效率的曲線圖。測量結果A和C 分別屬于基于間接轉換的X射線探測器，測量結果B則屬于基于直接轉換的X射線探測器。給出測得的電流In作為從X射線X轉換為信號電荷的效率的度量，將該電流在劑量率和在各自X射線探測器的層厚上標準化。電流以安培給出。劑量率表示為每秒微戈瑞 (PGr/s)。層厚以微米計量。這一值針對所設立的區(qū)(V/m)，亦即單位層厚所施加的電壓。 作為基于直接轉換的X射線探測器，使用基于具有埋入的硒-鉛量子點(eingebetteten Blei-Selen-Quantenpunkten)的體相異質的有機X射線探測器。它的測量結果在曲線圖中用B表示。量子點占轉換層50%的體積。量子點(即所謂Quantum dots)在有機半導體材料中的埋入，基于X射線直接轉換為量子點，其中有機半導體材料負責所產生的電荷的導出。用A表示的測量點屬于按照圖2所示現(xiàn)有技術由兩部分組成的X射線探測器。在此， 作為光電探測器使用有機光電二極管和Imm厚的碘化銫閃爍體層。用C表示的測量屬于按照本發(fā)明的混合式X射線探測器，其具有一個由體相異質結4和埋入的硫氧化釓閃爍體顆粒2組成的混合式光敏層。它們按照本發(fā)明的共噴霧法沉積。硫氧化釓顆粒占活性層50% 的體積。轉換效率可借助層厚達到。不同X射線探測器的評估通過已知的劑量率(μ G/s) 進行。 在埋入的量子點與閃爍體顆粒2之間的區(qū)別在于顆粒的大小。閃爍體顆粒2直徑在Iym與4μπι之間。量子點直徑在3nm與6nm之間。因此轉換原理不同。在量子點中X 射線直接被轉換為電荷，而有機半導體用作量子點的載體并作為導電材料用于輸送電荷。 在閃爍體顆粒中X射線轉換為尤其處于可見光范圍內的閃爍射線，并通過有機光敏材料轉換為電荷。
權利要求
1.一種用于成像和/或劑量率測量的X射線探測器，包括在第一電極(5)與基底(1) 之間的混合式光敏層，其中，該混合式光敏層具有體相異質結和多個閃爍體，并且被構造為如下地進行間接X射線轉換所述體相異質結被構造為吸收在所述閃爍體的閃爍射線波長范圍內的光并形成電子-空穴對，其中，所述X射線探測器構造為電地探測所述電子-空穴對。
2.按照權利要求1所述的X射線探測器，其中，所述體相異質結包括可溶的并且能夠通過噴霧過程沉積的有機半導體材料。
3.按照權利要求1或2所述的X射線探測器，其中，所述閃爍體占體積百分比份額在混合式光敏層的10%體積比與70%體積比之間。
4.按照權利要求1至3之一所述的X射線探測器，其中，所述混合式光敏層具有均勻的層厚，并且該層厚在0. 5 μ m與500 μ m之間。
5.按照權利要求1至4之一所述的X射線探測器包括一個ALD層，其中，所述ALD層是第二電極⑶。
6.按照權利要求1至5之一所述的X射線探測器，其中，ALD層被設置在所述閃爍體 (2)與所述體相異質結(4)之間。
7.按照權利要求1至6之一所述的X射線探測器包括一個ALD層，其中，ALD層至少部分地透過在要探測的X射線波長范圍內的電磁射線，或者至少部分地透過在所述閃爍體的閃爍射線波長范圍內的光。
8.一種包括X射線儀的裝置，其中，該X射線儀具有傳感器，其中，該傳感器是一種用于檢驗所使用的X射線劑量的三區(qū)或五區(qū)傳感器，其中，所述三區(qū)或五區(qū)傳感器具有按照權利要求1至7之一所述的X射線探測器。
9.一種包括X射線儀的裝置，其中，X射線儀具有傳感器，其中該傳感器具有多個按照權利要求1至7之一所述的X射線探測器，并且它們被按照二維的矩陣結構安置。
10.按照權利要求8或9所述的裝置，其中，所述傳感器具有用于曝光量自動控制單元的標準尺寸43x43cm2。
11.一種制造X射線探測器(73，74)的方法，其中，將多個閃爍體( 和一個體相異質結(4)沉積在基底(1)上，其中，由溶液GO)通過噴霧過程來沉積所述體相異質結G)。
12.按照權利要求11所述的方法，其中，由懸浮液00)通過噴霧過程來沉積所述閃爍體O)，其中，尤其通過共噴霧過程同時由懸浮液00)將該閃爍體( 和由溶液GO)將所述體相異質結(4)沉積在所述基底(1)上，從而構成混合式光敏層。
13.按照權利要求11所述的方法，其中，將所述體相異質結由溶液GO)通過噴霧過程沉積在所述多個閃爍體( 上。
14.按照權利要求13所述的方法，其中，在所述體相異質結(4)的沉積之前通過ALD過程來鍍層所述多個閃爍體0)，其中尤其通過ALD過程沉積出一個電極(3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于成像和/或劑量率測量的X射線探測器。為此在第一電極與基底之間設置混合式光敏層。該混合式光敏層包括多個閃爍體和一個體相異質結，并且被構造為進行間接X射線轉換。該體相異質結吸收閃爍射線，以形成電子-空穴對，后者被電地探測。優(yōu)選地通過噴霧過程完成制造，尤其是體相異質結溶液與閃爍體顆粒懸浮液的共噴霧過程。
文檔編號H01L51/44GK102468441SQ20111035683
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權日2010年11月11日
發(fā)明者M.斯拉梅克, O.希登, R.F.舒爾茲, S.F.泰德, T.勞克 申請人:西門子公司