专利名称：辐射直接转换器和其产生方法、辐射探测器、医疗技术设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种具有辐射探测材料的辐射直接转换器，该辐射探测材料具有阳极侧和与其不同的阴极侧。此外，本发明涉及一种具有这样的辐射直接转换器的辐射探测器、一种具有这样的辐射探测器的医疗技术设备以及一种用于产生辐射直接转换器的方法。
背景技术：
对于离子辐射，特别是伽马和X射线辐射的探测器一般采用基于半导体材料的闪烁探测器或直接转换的探测器。在闪烁探测器中，间接通过激励电子并转换为光子来探测入射的辐射。直接转换探测器与此不同，因为其能够计数单个光子。通过特殊的半导体材料直接转换的探测器能够计数单个光子并且因此能够直接探测辐射。现有的辐射直接转换器基于诸如CdTe、CdZnTe、CdZnSe以及CdZnTeSe的半导体材料。但是，在这些半导体材料的情况下，特别是在具有高流密度的X射线和/或伽马辐照的情况下，如其例如在CT设备中通常或需要的那样，导致在直接转换器中通过缓慢的空穴或通过通常与低的或所谓本征晶格缺陷(Storstelle )相关的位置固定的电荷形成空间电荷区域。这些(具有直到禁带宽度能量(Bandliickenenergie) —半的深度的)低的晶格缺陷能够捕获通过辐射产生的载流子并且与其复合。由此产生的空间电荷区域以及所有载流子的运动性的降低引起从外部施加的电场的减少并且由此引起脉冲高度的降低，从而产生明显更低的辐射强度的影响。也就是说，谱被能量地移动到更小的值。该效应被称为极化，并且限制了直接转换的探测器的最大可探测的流。迄今为止还没有已知任何在直接转换器中在可应用的环境条件下无需附加的结构措施就可以避免极化的方法。例如由于小的禁带宽度能量以及与此相连的漏电流，限制了具有高的空穴运动性的直接转换器(如锗)的使用。此外，在室温下锗不能用作辐射直接转换器，使得这样的探测器系统在应用时必须被冷却到远低于o°c。在另一种方法中试图通过施加外部电场或辐射场来阻止极化。该方法的目标是使低的晶格缺陷饱和并且不降低空穴运动性。这点通常在测量之前进行，其中必须运行附加的工艺技术的或设备技术的开销。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，改善辐射直接转换器的最大可探测的流，并且特别是在这样的辐射直接转换器的通常使用条件下也 减少或避免空间电荷效应或极化效应。上述技术问题一方面通过辐射直接转换器、通过辐射探测器以及医疗技术设备来解决，另一方面通过本发明的方法来解决。按照本发明的辐射直接转换器由具有阳极侧和阴极侧的辐射探测材料组成，在该辐射探测材料中可以计数单个的、入射到该材料的光子。通过在直接转换的材料中产生载流子可以通过计数率采集来直接探测入射的辐射。为了解决上述技术问题，按照本发明采用的辐射探测材料具有在从阳极侧到阴极侧的方向上的掺杂物分布(Dotierstoffprofil)。在此，“掺杂物分布”意味着掺杂物成分和/或掺杂物浓度从阳极侧向阴极侧的方向改变或区分。还涉及的是，可以存在仅在阳极侧或仅在阴极侧的掺杂或附加掺杂。通过这样的在从阳极侧向阴极侧的方向上延伸的掺杂物分布将按照本发明的直接转换器与目前已知的转换器区别，因为在这些具有经过在阴极和阳极之间整个材料段的规律或均匀的掺杂的直接转换的材料中或者采用η型传导(n-Leitung)或者采用P型传导(ρ-Leitung)。也就是说，借助本发明能将在阴极侧和/或阳极侧通过相应的附加掺杂更好地匹配费米能级。在此，掺杂物分布允许以如下的方式匹配 直接转换的材料，即，可以在阴极侧得到高的空穴运动性或者在阳极侧得到高的电子运动性或者在两侧得到载流子运动性的相应的匹配。由此，在对从阳极到阴极的掺杂物分布进行相应地调整的情况下，在如下位置抵抗从外部施加的电场的崩溃，在该位置上通过上面描述的辐射指明的空间电荷的效应形成空间电荷区域。换句话说，在阳极侧或阴极侧的直接转换的材料中，这样的掺杂物分布允许诸如空穴或电子的载流子的不同运动性。载流子传输按照本发明可以根据采用的材料通过对通常形成的空间电荷区域调整掺杂物分布达到最优。特别地，可以在阳极范围内以及在阴极范围内不同地设置载流子传输。按照本发明的辐射直接转换器的这些以及其它优点使其适用于在辐射探测器中以及特别的在用于对X射线和/或伽马辐照进行计数率采集的探测器中的使用。因此，本发明还涉及一种具有按照本发明的辐射直接转换器、阳极装置和阴极装置的辐射探测器。可选地，辐射探测器也可以具有用于读取探测器信号的分析电子器件，该分析电子器件例如可以直接被构造为辐射探测器的部件。替换地，分析电子器件也可以被构造为单独的、可与辐射探测器相连的系统。按照本发明的辐射探测器出于上述优点的原因以及特别地由于空间电荷效应或极化效应的改善在通常的应用条件下也适合于在医疗技术设备中以及特别地在对X射线和/或伽马辐照进行计数率采集的设备中使用。因此，本发明还涉及一种具有按照本发明的辐射探测器的医疗技术设备。特别优选地，为此以X射线系统、伽马射线系统、PET系统、CT系统或SPECT系统为例。按照本发明，辐射直接转换器通过如下的方法产生，该方法包括将掺杂物分布在从阳极侧到阴极侧的方向上引入辐射探测材料的至少一个步骤。在将掺杂物分布引入材料的步骤中，例如可以将掺杂物成份和/或掺杂物浓度从阳极侧向阴极侧的方向变化。该步骤还涉及可以仅从阳极侧或阴极侧将掺杂或附加掺杂引入材料。通过引入或实现掺杂物分布，将由此产生的直接转换器区别于目前已知的、仅具有经过从阴极到阳极的整个材料段的均匀掺杂的转换器。本发明以及随后的描述包含本发明特别优选的实施方式和扩展，其中要明确指出的是，按照本发明的辐射探测器和按照本发明的方法也能相应地扩展关于辐射直接转换器的本发明，反之亦然。在第一实施方式中，按照本发明的辐射直接转换器具有仅在一侧掺杂的辐射探测材料。其与常规的、具有均匀掺杂的转换器的区别在于，其由于或者在阳极侧或者在阴极侧在一侧引入的掺杂物分布而具有提高的载流子运动性。如果在阴极侧实现这样的单侧掺杂，则具有优势的是，阴极侧与附加掺杂物这样掺杂，使得辐射直接转换器在阴极侧具有带有提高的P型传导的掺杂物分布。原因在于，在辐照阴极侧时在均匀掺杂的、直接转换的材料中在该侧由于缓慢的空穴以及与空穴的缺陷相比相对大的捕获横截面形成正空间电荷。该正空间电荷抵抗从外部施加的电场。通过在阴极侧引入附加掺杂物，也就是受主(Akzept0r)，在按照本发明的辐射直接转换器中已经存在占据材料中现有的低的晶格缺陷的空穴。在辐照期间产生的载流子，在阴极侧通常是空穴，不能再被俘获(trappen)或捕获。因此，仅能形成减小的空间电荷或者不再形成空间电荷。也就是说，在材料的阴极侧实施的掺杂物的平的受主能级(例如在大约50-60meV的范围内)仅能引起由于辐照产生的空穴的短时捕获(Festhalten)。在按照本发明的辐射直接转换器中，这些空穴短时捕获在纳秒或微秒范围内(nsec至μ sec)，从而空穴传输与均匀掺杂的材料相比明显地改善。相应地，由于减小或缺少附加空间电荷，计数率采集不再受到太大的影响。由此，在能量足够的情况下，诸如具有大于5e8光子/mm2 · sec ( = 5 · IO8光子/mm2 · sec)的X射线或伽马辐照的辐射能利用按照本发明的特别是在阴极上具有掺杂物分布的辐射直接转换器改善计数率采集—般地,在阴极侧对应于在福照时产生的空穴的分布的掺杂物分布是合适的，由此这些空穴由于其小的活动性和寿命而不冒被俘获的险。如果在阳极侧实现单侧掺杂，则具有优势的是，阳极侧与附加掺杂物这样掺杂，使得辐射直接转换器在阳极侧具有带有提高的η型传导的掺杂物分布。在阳极侧通过捕获在辐照时产生的电子可以导致歪曲电子信号。由于原则上高的电子偏移速度已经在缺陷处在几打纳秒(nsec)的范围内引起短时地俘获或捕获电子，这些电子不能再以由辐射量子引起的脉冲来计数。按照本发明，在阳极侧在均匀掺杂的、直接转换的材料中存在的低的晶格缺陷通过极平的施主(Donator)来替代。这样的平的施主是特别具有优势的，这些施主在室温下不具有定位状态，也就是小于大约26meV处于直接转换器的导带的下方。由此阻止了脉冲的延迟，并且同时可以不形成基于俘获的电子的负空间电荷。短的脉冲持续再次允许探测高的辐射流密度，因为不会出现起干扰作用的脉冲叠加。作为第一实施方式的两种上面列举的备选方案的替换，也就是形成或者在阴极侧或者在阳极侧的单侧的附加掺杂，按照本发明同样能够产生经过在阳极和阴极之间的整个范围的掺杂物分布。例如既可以在阳极侧也可以在阴极侧或者在阳极和阴极之间的整个范围内实现附加的、对于两侧相同或不同的掺杂。合适地，根据第二实施方式的这样的按照本发明的辐射直接转换器包括如下的辐射探测材料该辐射探测材料在阴极侧与附加掺杂物这样掺杂，使得在阴极侧具有带有提高的P型传导的掺杂物分布，以及在阳极侧与附加掺杂物这样掺杂，使得在阳极侧具有带有提高的η型传导的掺杂物分布。通过这样的掺杂物分布可以组合上面列举的关于阻止空间电荷以及特别是阻止在阴极侧俘获空穴并且在阳极侧俘获电子的优点。在这样的实施方案中，在阴极侧通过附加掺杂可以稍微降低费米能级，而在阳极侧通过相应的附加掺杂可以稍微提高费米能级。由此在阴极侧以电子传输为代价改善空穴传输性能，而在阳极侧改善电子的传输性能。如上面详细解释的那样，由此一方面，能在最高空穴密度的范围内，也就是在阴极侧不再形成空间电荷。另一方面，能在紧靠阳极的信号成型的范围内，也就是最高电子密度的范围内基于电子的高的运动性产生窄的脉冲，并且阻止形成负空间电荷区域。
在按照本发明的辐射直接转换器的优选的实施方式中，辐射探测材料由基于均匀基本传导，特别是P型传导或η型传导的半导体化合物构成。由此通过附加掺杂在阳极侧、在阴极侧、在两侧或者在阳极和阴极之间的整个范围上实现掺杂物分布。在此，掺杂物分布优选这样构造并且与辐射类型和直接转换的材料匹配，如关于第一或第二实施方式已经解释的那样。对于沿着阳极侧和阴极侧之间的方向的分布的构成或形状，存在不同的可能性。在优选的实施例中，掺杂物分布从阳极侧到阴极侧至少逐段地基本上连续或持续地，特别优选为基本上线性、指数或S形地改变。替换或附加地，掺杂物分布也可以具有从阳极侧到阴极侧的跳变。详细的变化形式除了别的之外取决于通过哪种方法产生掺杂物分布。
如果从一侧构造掺杂物分布，则可以从阴极或阳极向转换器内部下降，特别是例如线性或指数地下降。如果掺杂分布从阳极侧向阴极侧，也就是在直接转换的材料的整个宽度上延伸，则同样可以线性、指数或S形地从一侧向另一侧延伸。同样，分布也可以分别从阴极和阳极那侧出发，线性地、指数地或S形地改变，并且可以将阳极侧的或阴极侧的掺杂的两种分布叠加或组合为总的掺杂分布。在这种情况下，也就是例如构造具有在阳极侧和阴极侧之间的辐射直接转换器的平均范围内的汇点(Senke)的掺杂物分布。所有具有直接转换性能的材料以及特别的半导体化合物都能用作辐射探测材料。能在按照本发明的辐射转换器中使用的直接转换的半导体化合物的示例是II-VI或III-V半导体化合物，特别是硒化物、碲化物、锑化物、氮化物、砷化物以及磷化物，诸如基于 CdSe、CdZnTe、CdTeSe、CdZnTeSe、CdMnTeSe、GaSb、GaInSb、GaInAsSb、GaInPSb、Al InSb、AlInAsSb, GaN, GaInN, GaAsN, GaInAsN以及InP的材料体系。三元或四元的材料体系优选是化合类型为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)的半导体化合物。其余的三元或四元半导体化合物是类似构造的混合化合物，并且其基本结构由专业人员所明确公知。如果从元素周期表的族来讲，本发明原则上涉及元件周期表的主族，相反，副族元素额外作为副族证实。为了产生按照本发明的具有掺杂物分布的辐射直接转换器，可以将上面列举的辐射探测材料在阴极侧、阳极侧或在阳极和阴极之间的整个宽度上与掺杂剂(Dotanden)或掺杂物(Dotierstoffen)相掺杂。能够在阴极侧采用的优选的掺杂物的示例是这样的掺杂物，该掺杂物在上述辐射探测材料中产生平的受主能级。为此，在阴极侧在具有II-VI半导体化合物的材料体系中采用元素周期表的族I或族V的元素或者由这些元素、特别是由Li、Na、K、Rb、Cs (族I)或N、P、As、Sb、Bi (族V)组成的混合物。元素周期表的族II、族IV或副族的元素或者由其组成的混合物适用于具有III-V半导体化合物的材料体系。例如可以采用Be、Mg、Zn、Cd、Hg以及特别是Be (族II)或C、
Si、Ge、Sn、Pb (族IV)或Zn、Cd、Hg、Cr、V、Ti (副族)，以便实现上述优点。为此，在阳极侧在具有II-VI半导体化合物的材料体系中可以采用元素周期表的族III或族VII的元素或者由这些元素、特别是由B、Al、Ga、In、Tl (族III)或F、Cl、Br、1(族VII)组成的混合物。在阳极侧,元素周期表的族VI或族IV的元素或者由这些元素、特别是由0、S、Se、Te (族VI)或C、Si、Ge、Sn、Pb (族IV)组成的混合物适用于具有III-V半导体化合物的材料体系，以便获得具有掺杂物分布的直接转换器的上述优点。在此，如果族V的元素不嵌入族III的元素的晶格位置上，则会导致反掺杂(Gegendotierung)。因此在制造直接转换的材料时要注意。专业人员了解对此合适的措施。优选地，辐射探测材料在阴极侧与附加掺杂(如上面列举的那样)这样掺杂，使得在阴极侧具有带有提高的P型传导的掺杂物分布，并且在阳极侧与附加掺杂(如上面列举的那样)这样掺杂，使得在阳极侧具有带有提高的η型传导的掺杂物分布。对此合适的掺杂物浓度与相应的辐射探测材料一致，从而实现上述一般的掺杂物分布。在一些优选的实施方式中，特别是在基于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)的材料体系中，族VII (F、Cl、Br、I)的掺杂剂的浓度总是或者在混合应用时其和为大约lel4原子/cm3至lel9原子/cm3，优选在lel6 原子/cm3至5e 18原子/cm3之间，并且进一步优选在Ie 17原子/cm3至Ie 18原子/cm3之间。族 III (B、Al、Ga、In、Tl)以及族 I (Li、Na、K、Rb、Cs)或族 V (N、P、As、Sb、Bi)的掺杂剂的浓度优选可以总是或者在混合应用时其和为大约lel4原子/cm3至lel9原子/cm3，优选在Ie 16原子/cm3至Ie 18原子/cm3之间，并且进一步优选在3el6原子/cm3至3el7原子/cm3之间。类似的掺杂物浓度能在III-V材料体系中使用，只要相应的浓度是足够的，使得在阴极侧降低费米能级并且在阳极侧提高费米能级。在优选的实施方式中，特别是基于诸如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化合物的实施方式中，族VI (O、S、Se、Te)的掺杂剂的浓度总是或者在混合应用时其和为大约lel4原子/cm3至lel9原子/cm3,优选在3el5原子/cm3至3el8原子/cm3之间，并且进一步优选在lel6原子/cm3至3el7原子/cm3之间。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)的掺杂剂的浓度优选可以总是或者在混合应用时其和为大约lel4原子/cm3至lel9原子/cm3，3el5原子/cm3至3el8原子/cm3,并且进一步优选在lel6原子/cm3至3el7原子/cm3之间。按照本发明的辐射探测器的优选实施方式包括上述详细解释的具有掺杂物分布的辐射直接转换器以及阳极装置、阴极装置和可选地用于读取探测信号的分析电子器件。按照本发明的探测器可以实施为肖特基探测器或欧姆探测器。对于肖特基探测器来说，从半导体向金属(电极)的过渡仅在一个方向上进行，也就是说这样的探测器在一个方向上截止。对于欧姆探测器来说，电子可以在两个方向上流过，也就是说从半导体流向金属以及反过来。也就是欧姆探测器不具有像肖特基探测器那样的截止效果。这样的辐射探测器可以实施为单独元件或者由两个或多个单个探测器组成的组合元件。多个探测器通常也被称为探测器阵列，其通常由单个的半导体基本元件构成，该半导体基本元件配备有作为绝缘的截止元件的分隔板(Septen)和电极。在这样的探测器阵列中，辐照优选从涂覆或蒸镀到半导体基本元件的阴极侧入射。在单独探测元件中，入射方向原则上与电极的构成无关，并且也能侧面地或者同样从阴极或阳极侧进行。由于通过阻止空间电荷效应和极化改善了关于载流子运动性的效能，按照本发明的探测器适合于在以高的流密度应用X射线和/或伽马辐射的医疗技术设备中的应用。相应地，这样的按照本发明的医疗技术设备包括上述详细解释的辐射探测器和X射线系统、伽马射线系统、PET系统、CT系统或SPECT系统。由于在辐射直接转换器中避免或降低了极化，在这样的设备中可以测量高的辐射流，如其特别在计算机断层造影设备中发生的那样。由此无需大的设备技术的开销就可以在环境温度下在高的辐射流中获得好的能量分辨率。按照本发明，应用具有掺杂物分布的辐射直接转换器的另一个优点在于，除了别的之外通过在低的晶格缺陷上避免载流子云弥散，脉冲持续能够比在常规设备中的更短。在按照本发明的辐射直接探测器中使用的具有掺杂物分布的辐射探测材料通常通过如下的方法制造，其包括将掺杂物分布在从阳极侧到阴极侧的方向上引入辐射探测材料中的步骤。
在优选的实施方式中，从阴极侧或从阳极侧或从两侧通过将掺杂物扩散到辐射探测材料中或通过将掺杂物补充地离子注入到辐射探测材料中，来引入掺杂物分布。专业人员知晓用于将掺杂物扩散到辐射探测材料中的通常的方法。特别地，专业人员熟悉设备技术的情况以及对于相应的材料要使用的处理参数，诸如温度、压强、掺杂物浓度等。优选的工艺过程是从外部，特别是从阳极侧或阴极侧进行热扩散或者离子注入。原因在于，在半导体工业上对掺杂剂进行扩散和掺杂已经经过数十年的试验和使用。离子注入优选用于III-V半导体化合物的掺杂，因为在II-VI半导体化合物中会引起辐射伤害，其有时会引起结构和电气的性能变差并且不能通过诸如复原的后处理(“postprocessing”)来补偿。在替换的实施方式中，掺杂物分布可以通过将对应于期望的掺杂物分布的更高或更低掺杂的层涂覆或生长到由辐射探测材料组成的基本层来产生。在此，用于涂覆或生长层状结构的通常的方法对于专业人员来说是公知的。专业人员熟悉设备技术的情况以及对于相应的材料要使用的处理参数，诸如温度、压强、掺杂物浓度等。优选的工艺过程是传输生长方法，例如物理汽相传输、化学气相沉积、化学气相外延以及分子射线外延。在这样的传输生长方法中，可以在生长期间对期望的掺杂物浓度进行调整。如果层厚允许，则也可以考虑分开地制造具有掺杂物分布的层并且在由辐射探测材料组成的基本层上涂覆该层。
下面借助实施例结合附图对本发明作进一步说明。因此，附图应当仅用于解释本发明，但本发明不应限制于此。附图中图I示出了在具有η型传导的常规辐射直接转换器的阴极⑷与阳极(A)之间的电子浓度的示意图，图2示出了在按照本发明的具有掺杂物分布的辐射直接转换器的阴极(K)与阳极(A)之间的空穴浓度nh(l)或电子浓度nj2)的示意图，图3示出了按照本发明的辐射探测器的实施例，以及图4示出了按照本发明的医疗技术设备的实施例。
具体实施例方式图I示意性示出了 η掺杂(n-dotiert)的常规辐射直接转换器的电子浓度ne。如图I明显示出的那样，在η掺杂的半导体材料中在阴极(K)和阳极(A)之间的区域中存在均匀分布的电子浓度ne。这点例如可以在II-VI材料体系中通过族III或VII的掺杂剂来实现。通常是非常少量的电子过剩，但也可以是空穴过剩。在半绝缘半导体中的多数载流子类型通过引入的掺杂物与固有的掺杂的共同作用基于诸如在“错误的”晶格位置上的原子的缺陷或所谓的反位置(Antisite)的本征缺陷来确定。按照本发明，可以在这样的均匀电子分布上实现附加的掺杂物分布。在图2中示出了示例，在该示例中在左边(阴极侧)给出了空穴浓度nh(曲线I)并且在右边(阳极侧)给出了电子浓度I(曲线2)。在阴极侧⑷上，这点在图2示出的II-VI材料体系中通过掺合族I或V的掺杂剂来实现。在此，在阴极侧上出现从阴极侧向转换器内部线性地减少的空穴过剩(高空穴浓度nh(曲线I))。在阳极侧(A)将族III或VII的掺杂剂用于产生电子过剩。在此处示意性表示的情况下，电子浓度I(曲线2)从阳极侧向转换器内部线性地降低。按照本发明，电子过剩或空穴过剩的下降不仅能线性地构造，而且也能例如指数或S形地下降或者可选地也能增加或改变。同样，掺杂物分布能分阶段地或逐段地连续按照位于其之间的级来改变。上述掺杂物分布示出了在阴极侧具有受主(空穴)的附加掺杂，即使在X射线或伽马辐照下进行计数率采集，该附加掺杂在辐照时也导致微小的空穴的俘获。在阴极侧提高的P型传导降低或阻止了正空间电荷的形成，从而在按照本发明的辐射直接转换器中不发生极化。在阳极侧将施主作为掺杂剂引入，该掺杂剂减少或阻止了电子俘获，并且由此同样在特别是利用X射线或伽马射线进行辐照时最大程度上阻止由于空间电荷效应的极化。通过将掺杂物分布在从阴极到阳极的方向上引入辐射直接转换器也能在诸如室温的通常的应用条件下减少或避免空间电荷效应和极化效应。图3示出了按照本发明的辐射探测器10的实施例，其在此通过分析电子器件13来构造。为了构成探测器，在此按照本发明具有掺杂物分布的辐射直接探测器3并排布置为矩阵式(在图3中仅示出了一排该探测器的截面)，并且通过分隔板4彼此分开。辐射探测器10具有阴极装置11和阳极装置12，从而每个辐射直接转换器3在阴极侧具有阴极K并且在阳极侧具有阳极A。待探测的离子辐射(例如X射线辐射R)在此击中辐射探测器10的阴极侧。不过，原则上按照本发明的辐射探测器也能被这样构造，使得待探测的辐射R从另一个入射方向落到辐射探测器上，例如这样对齐辐射探测器，使得阴极侧和阳极侧与辐射的入射方向平行。辐射探测器10在此具有分析电子器件13，其对于每个辐射直接转换器3具有前置放大器14，以便对在该辐射直接转换器3中形成的信号首先前置放大。在附图中非常简化地示出了耦合到阳极A的前置放大器14。专业人员熟知如何能够从辐射探测器读取以及进一步处理信号的基本方法。前置放大器14与信号处理装置15相连，在该信号处理装置中进一步处理信号并且然后将信号进一步传输到例如分析单元(未示出)。
图4示出了医疗设备20、此处为X射线系统20的非常简单的实施例。其具有X射线辐射器21、按照本发明的具有分析电子器件13的辐射探测器10以及系统控制装置22。X射线辐射器21和辐射探测器10在运行时这样彼此相对布置，使得X射线辐射器21的辐照方向朝向辐射探测器10的方向。然后将例如是患者或患者的身体部位的检查对象P在X射线辐射器21和辐射探测器10之间合适地定位，以便利用辐射探测器10位置分辨地采集由X射线辐射器21发出的并且通过检查对象P衰减的X射线辐射R，以便用于记录X射线图像。在此借助非常简化地示出的系统控制装置22控制X射线辐射器21，该系统控制装置22也接受由分析电子器件13处理的探测器信号以用于进一步处理，以便例如根据探测器信号重建图像以及向用户输出图像或将图像存储到存储器中。 最后要再次指出，上述详细描述的辐射直接转换器、辐射探测器和用于其制造的方法仅是优选的实施例，其能被专业人员以不同的方式修改，只要其通过权利要求预先给定，就不脱离本发明的范围。特别地，如果将掺杂物分布仅引入到这样的直接转换器的一侧(或者是阳极侧或者是阴极侧)，则也能获得同样或至少类似的效果。于是，例如可以在阳极侧设置类似的电子浓度，如其在图2中示出的那样，但无需在阴极侧提高空穴浓度。在此同样获得按照本发明的具有掺杂物分布和改善了的效能的直接转换器。这同样适用于类似图2按照掺杂物分布仅设置的空穴浓度，而在阳极侧与均匀基本传导相比不改变电子过剩。为完整性起见还要指出，不定冠词“一”或“一个”的使用，不排除有关的特征也能多次出现。同样不排除将概念“元件”作为由多个必要时也能空间地分布的组件组成的部件。
权利要求
1.一种辐射直接转换器(3)，具有带有阳极侧和阴极侧的辐射探测材料，其中，所述辐射探测材料具有在从阳极侧到阴极侧的方向上的掺杂物分布。
2.根据权利要求I所述的辐射直接转换器，其辐射探测材料在阴极侧与附加掺杂物这样掺杂，使得在阴极侧具有带有提高的P型传导的掺杂物分布。
3.根据权利要求I或2所述的辐射直接转换器，其辐射探测材料在阳极侧与附加掺杂物这样掺杂，使得在阳极侧具有带有提高的n型传导的掺杂物分布。
4.根据上述权利要求中任一项所述的辐射直接转换器，其中，所述辐射探测材料由基于均匀基本传导、特别是p型传导或n型传导的半导体化合物构成，并且由此掺杂物分布通过在阳极侧和/或阴极侧附加掺杂来实现。
5.根据上述权利要求中任一项所述的辐射直接转换器，其中，所述掺杂物分布从阳极侧到阴极侧至少逐段地基本上连续地改变，优选为基本上线性、指数或S形地改变。
6.根据上述权利要求中任一项所述的辐射直接转换器，其中，所述掺杂物分布从阳极侧到阴极侧具有跳变。
7.根据上述权利要求中任一项所述的辐射直接转换器，其中，所述辐射探测材料由半导体化合物以及特别是从由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)组成的族中所选择的半导体化合物构成。
8.根据上述权利要求中任一项所述的辐射直接转换器，其中，用于II-VI半导体化合物的掺杂物，是族I或族V的元素或由这些元素、特别是由Li、Na、K、Rb、Cs或N、P、As、Sb、Bi组成的混合物,或者,是族VII或族III的元素或由这些元素、特别是由F、Cl、Br、I或B、Al、Ga、In、Tl组成的混合物。
9.根据上述权利要求中任一项所述的辐射直接转换器，其中，用于III-V半导体化合物的掺杂物，是族II、族IV、副族的元素或由这些元素、特别是由Be、Mg或C、Si、Ge、Sn、Pb或Zn、Cd、Hg、Cr、V、Ti组成的混合物,或者,是族IV或族VI的元素或由这些元素、特别是由C、Si、Ge、Sn、Pb或O、S、Se、Te组成的混合物。
10.一种辐射探测器(10)，具有根据权利要求I至9中任一项所述的辐射直接转换器(3)以及具有阳极装置(11)、阴极装置(12)并且可选地具有用于读取探测器信号的分析电子器件(13)。
11.一种医疗技术设备(20)，具有根据权利要求10所述的辐射探测器(10)。
12.根据权利要求11所述的医疗技术设备(20)，其中，所述设备包括X射线系统(20)、伽马射线系统、PET系统、CT系统或SPECT系统。
13.一种用于产生辐射直接转换器(3)的方法，包括将在从阳极侧到阴极侧的方向上延伸的掺杂物分布引入辐射探测材料的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述掺杂物分布从阴极侧和/或从阳极侧通过将掺杂物扩散到辐射探测材料中或者通过将掺杂物补充地离子注入到辐射探测材料中来引入。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述掺杂物分布通过将对应于期望的掺杂物分布的更高或更低掺杂的层涂覆或生长到由辐射探测材料组成的基本层来产生
全文摘要
本发明涉及一种辐射直接转换器，具有带有阳极侧和阴极侧的辐射探测材料，其中，所述辐射探测材料具有在从阳极侧到阴极侧的方向上的掺杂物分布。此外，本发明涉及一种具有这样的辐射直接转换器以及具有阳极装置、阴极装置并且可选地具有用于读取探测器信号的分析电子器件的辐射探测器，以及涉及一种具有这样的辐射探测器医疗技术设备。此外，本发明还涉及一种用于产生辐射直接转换器的方法，该方法包括将掺杂物分布在从阳极侧到阴极侧的方向上引入辐射探测材料的步骤。
文档编号H01L31/115GK102629638SQ201210022180
公开日2012年8月8日 申请日期2012年2月1日 优先权日2011年2月1日
发明者C.施罗特, M.斯特拉斯伯格, P.哈肯施迈德 申请人:西门子公司