Brevet FR2625838A1 — publié le 19890713

SCINTILLATEUR D'ECRAN D'ENTREE DE TUBE INTENSIFICATEUR D'IMAGES RADIOLOGIQUES ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL SCINTILLATEUR DESCRIPTION La présente invention concerne un scintillateur d'écran d'entrée de tube intensificateur d'images radiologiques. Elle concerne également un procédé de fabrication d'un tel scintillateur. Les tubes intensificateurs d'images radiologiques sont bien connus dans l'état de la technique. Ils permettent notamment de transformer une image radiologique en image visible, généralement pour assurer l'observation médicale. Ces tubes comprennent un écran d'entrée, un système d'optique électronique et un écran d'observation. L'écran d'entrée comporte un scintillateur qui convertit des photons X incidents en photons visibles qui viennent ensuite frapper une photocathode, généralement constituée par un antimoniure alcalin; cette photocathode ainsi excitée, génère un flux d'électrons. La photocathode n'est pas déposée directement sur le scintillateur mais sur une souscouche conductrice de l'électricité qui permet de reconstituer les charges du matériau de la photocathode. Cette sous-couche peut par exemple être constituée d'alumine, d'oxyde d'indium ou d'un mélange de ces deux corps. Le flux d'électrons issu de la photocathode est ensuite transmis par le système d'optique électronique qui focalise les électrons et les dirige sur un écran d'observation constitué d'un luminophore qui émet alors une lumière visible. Cette lumière peut ensuite être traitée, par exemple, par un système de télévision, de cinéma ou de photographie. Le scintillateur de l'écran d'entrée est généralement constitué par des aiguilles d'iodure de césium formées par évaporation sous vide sur un substrat. L'évaporation peut avoir lieu sur un substrat froid ou chaud. Le substrat est de 2625838- préférence en aluminium. On dépose sur ce substrat une épaisseur d'iodure de césium qui est généralement comprise entre 150 et 500 mic romèt res. L'iodure de césium se dépose naturellement sous forme d'aiguilles de 5 à 10 micromètres de diamètre. Son indice de réfraction étant de 1,8, on bénéficie d'un certain effet de fibre optique qui diminue la diffusion latérale de la lumière générée au sein du matériau. Sur la figure 1, on a représenté de façon schématique, un substrat en aluminium 1 portant quelques aiguilles 2 en iodure de césium. Le substrat en aluminium reçoit un flux de photons X symbolisés par des flèches verticales. On a représenté sur la figure, des exemples de trajets suivis dans les aiguilles d'iodure de césium, par le rayonnement visible créé par les photons X incidents. Les trajets normaux de ces rayonnements visibles, qui portent la référence 3, entraînent la production d'un signal lumineux à i'extrémité des aiguilles en iodure de césium. Il se produit aussi une diffusion latérale de la lumière véhiculée par les aiguilles d'iodure de césium, comme cela est indiqué sur la figure par la référence 4. Cette diffusion latérale provoque une diminution de la résolution du tube. En effet, cette résolution dépend de la capacité des aiguilles d'iodure de césium à bien canaliser la lumière. Elle dépend aussi de l'épaisseur de la couche d'iodure de césium. Une augmentation d'épaisseur entraîne une détérioration de la résolution. Mais, par ailleurs, plus l'épaisseur d'iodure de césium est importante, plus les rayons X sont absorbés. Il faut donc trouver un compromis entre l'absorption des rayons X et la résolution. Un autre facteur qui joue sur la résolution du tube est le traitement thermique que doit subir l'écran d'entrée lors de sa fabrication. Ce traitement a lieu immédiatement après l'évaporation sous vide de l'iodure de césium. IL assure la luminescence de l'écran du fait du dopage de l'iodure de césium par des ions de sodium ou de thallium par exemple. Ce traitement thermique consiste à porter l'écran à la température d'environ 340 C, pendant une heure environ, en le plaçant dans une atmosphère d'air sec ou d'azote. Au cours de ce traitement thermique absolument obligatoire, les aiguilles du scintillateur subissent une certaine coalescence et s'agglomèrent entre elles, comme cela a été représenté schématiquement sur la figure 2. Cette coalescence entraîne une diffusion latérale de la lumière encore plus importante (voir les flèches en pointillés portant le repère 4), et la résolution se trouve détériorée. Pour supprimer la coalescence qui se produit lors du traitement thermique, on a proposé, dans l'art antérieur, de réaliser le scintillateur de l'écran d'entrée en évaporant alternativement de l'iodure de césium pur et de l'iodure de césium dopé avec un matériau réfractaire. On espérait que des aiguilles ainsi constituées par des couches alternées d'iodure de césium pur et d'iodure de césium dopé avec un matériau réfractaire n'entreraient pas en contact lors du traitement thermique. Cette solution n'a pas permis d'obtenir le résultat souhaité. De plus, un autre problème important qui est d'éviter La diffusion latérale de la lumière, n'est pas du tout résolu par l'alternance de couches d'iodure de césium pur et d'iodure de césium dopé par un matériau réfractaire. Il a donc été envisagé, tel que décrit dans le brevet US N 4069355 publié le 17 janvier 1978, de recouvrir les aiguilles d'iodure de césium par du dioxyde de titanium ou par de l'oxysulfure de gadolinium ou de lanthane. Ces matériaux déposés contenant un métal, non pas sous forme métallique, mais sous forme d'un oxyde ou d'un composé, permettent de résoudre partiellement Les problèmes posés: ils évitent la coalescence des aiguilles et permettent de diminuer légèrement la diffusion latérale de la lumière sans toutefois que cette diminution de diffusion ne provoque une augmentation appréciable du rendement du scintillateur. Un autre problème non résolu, même dans le scintillateur du brevet précité est celui de La conduction électrique qu'il est souhaitable d'obtenir pour toute couche recouvrant les aiguilles, tout en évitant la coalescence et la diffusion latérale de lumière. Cette conduction est en effet souhaitable pour accroître le rendement du scintillateur en portant au même potentiel la couche recouvrant les aiguilles, le substrat d'aluminium sur lequel sont formées ces aiguilles et une électrode annulaire à laquelle est relié ce substrat. L'invention a précisément pour but de remédier à ces inconvénients en réalisant un scintillateur dans lequel les aiguilles d'iodure de césium sont recouvertes d'un matériau bon conducteur de l'électricité, évitant la coalescence des aiguilles tout en diminuant notablement la diffusion latérale de la lumière. Ces buts sont atteints en choisissant un matériau qui est un semi-conducteur ou un métal et non un oxyde métallique. L'invention a pour objet un scintillateur d'écran d'entrée de tube intensificateur d'images radiologiques comportant des aiguilles d'iodure de césium conductrices de la lumière formées sur un substrat électriquement conducteur, caractérisé en ce que chaque aiguille est entièrement enrobée par un matériau tel qu'un métal ou un semi-conducteur réfléchissant la lumière circulant dans les aiguilles, vers l'intérieur de celles-ci. Selon une autre caractéristique de l'invention, le matériau est dilué dans une résine polymérisée. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un scintillateur conforme à la revendication 1, dans lequel le matériau est un métal, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer un dépôt direct dudit métal sur les aiguilles par décomposition photochimique de molécules d'un composé du métal en phase gazeuse. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé consiste à effectuer un dép8t dudit matériau sur les aiguilles, par diffusion de ce matériau en solution dans un solvant organique ou une résine polymérisable, cette diffusion étant suivie d'un traitement thermique. Selon une autre caractéristique du procédé, le matériau est un métal et le procédé consiste à effectuer un dépôt dudit métal sur Les aiguilles par décomposition thermique d'un composé organo-métallique ayant préalablement. diffusé en phase gazeuse entre les aiguilles. Selon une autre caractéristique du procédé, le métal est choisi dans une liste comprenant au moins l'indium, le gallium, le zinc, l'étain, le plomb. Selon une autre caractéristique, le matériau étant un semi-conducteur, celui-ci est constitué de silicium ou de germanium. Les caractéristiques et.avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre donnée en référence aux dessins annexes dans lesquels: - les figures 1 et 2 ont déjà été décrites et représentent schématiquement un scintillateur connu dans l'état de la technique, - la figure 3 représente schématiquement un scintillateur conforme à l'invention, - la figure 4 est un diagramme qui représente les fonctions de transfert de modulation (FTM), en fonction de la fréquence spatiale des rayonnements reçus par le scintillateur, pour un scintillateur connu dans l'état de la technique et pour le scintillateur de l'invention. Le scintillateur conforme à l'invention, représenté schématiquement sur la figure 3, comporte, comme le scintillateur connu, un substrat I métallique (en aluminium par exempte), portant des aiguilles 2 en iodure de césium. Selon l'invention, chaque aiguille est entièrement enrobée par un matériau 5, tel qu'un métal ou un semi-conducteur réfléchissant la lumière circulant dans les aiguilles, vers l'intérieur de celles-ci. Des trajets de faisceau de lumière sont représentés en exemple sur cette figure, en 6, 7, 8, 9. Les aiguilles sont enrobées par le matériau qui vient s'insérer dans les interstices entre ces 262583 8 aiguilles et qui agit comme une barrière optique, tout en évitant la coalescence de ces aiguilles.. Le matériau déposé sur les aiguilles, qui est réfléchissant, métallique ou semi-conducteur, présente un point de fusion aussi élevé que possible pour ne pas être affecté par les traitements thermiques intervenant au cours de la fabrication. Le fait que ce matériau soit conducteur ou semi- conducteur permet de porter au mime potentiel la couche qui recouvre les aiguilles d'iodure de césium ainsi que le substrat. Ceci permet de diminuer l'épaisseur ou de supprimer des sous couches conductrices qui existent dans les tubes intensificateurs d'image, entre le scintillateur et la photocathode; ceci permet aussi d'augmenter le rendement du scintillateur. Les rayons lumineux dont les trajets ont été représentés en 6, 7, 8, 9 sur la figure 4, sont canalisés à l'intérieur des aiguilles d'iodure de césium, grâce à la couche réfléchissante 5 qui enrobe cet aiguilles. Les angles d'incidence des rayons lumineux sur le pourtour de chaque aiguille sont tels que ces rayons sont réfléchis à l'intépieur de celles-ci. L'angle d'incidence des rayons sur la surface de sortie 10 du scintillateur est tel que ces rayons sont diffusés vers l'extérieur. Le matériau qui enrobe les aiguilles peut être un semi-conducteur tel que le silicium ou le germanium, ou un métal tel que l'indium, le gallium, le zinc, l'étain, le plomb, etc.. Dans le cas o le matériau est un métal, ce métal est à l'état métallique, contrairement aux scintillateurs de l'état de la technique dans lesquels on utilise des oxysulfures métalliques ou des oxydes. Selon le procédé de l'invention, dans le cas o le matériau est un métal, le dépôt de celui-ci sur les aiguilles est effectué par décomposition photochimique de molécules métalliques correspondantes, en phase gazeuse. Pour ceci, après une mise sous vide initiale du substrat et des aiguilles d'iodure de césium dans une enceinte, on introduit du silane (SIH) dilué dans de l'azote. A une température qui peut aller de la température ambiante à une température voisine de 200 C environ, Les moLécules de silane sont détruites sous excitation uLtraviolette, éventuellement en présence de mercure agissant comme catalyseur. Cette action photochimique s'accompagne du dépôt du métal sur les aiguilles d'iodure de césium. Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, que le matériau soit métallique ou semi-conducteur, il est possible d'effectuer un dépôt de ce matériau sur les aiguilles, par diffusion de ce matériau en solution dans un solvant organique ou une résine polymérisable. Cette diffusion est suivie d'un traitement thermique qui permet d'éliminer le solvant et de laisser sur les aiguilles un film de résine polymérisée contenant le matériau réfléchissant. Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, lorsque le matériau est un métal, il est possible d'effectuer un dépôt de ce métal sur les aiguilles, par décomposition thermique d'un composé organométallique, ayant préalablement diffusé en phase gazeuse entre les aiguilles. Ce composé peut être de la forme MXn, dans laquelle M représente le métal choisi et X représente un groupement organique tel que le méthyl (-CH) ou l'éthyl (C H) ou tout 3 25 autre groupement organique contenant des atomes d'hydrogène ou des atomes de chlore. La diffusion du composé organométallique est réalisée sous vide. Le scintillateur est ensuite chauffé et le composé organométallique se décompose en un métal, au contact des aiguilles du scintillateur chaud selon la réaction: MXn--4M + produits gazeux. Les produits gazeux sont généralement de l'hydrogène et des hydrocarbures. Le procédé qui vient d'être décrit permet de déposer le matériau en couche mince sur un substrat essentiellement vertical, constitué par les aiguilles du scintillateur. Il permet de surmonter les difficultés de réalisation de l'enrobage des aiguilles, qui proviennent essentiellement du fait que les interstices entre ces aiguilles ont une grande longueur, par rapport à leur diamètre. Les interstices ont en effet une longueur qui est approximativement mille fois plus élevée que leur diamètre. L'invention permet bien d'atteindre les buts mentionnés plus haut: elle permet de canaliser la lumière à l'intérieur des aiguilles, tout en rendant leur surface électriquement conductrice et d'augmenter le rendement du scintillateur, en supprimant les pertes de lumière latérale. La figure 4 est un diagramme montrant l'évolution de la fonction de transfert (FTM) de modulation, vis-à-vis de la fréquence spatiale F des rayonnements reçus, pour un scintillateur de l'état de la technique tel que représenté par la courbe 11, et pour un scintillateur conforme à l'invention tel que représenté par la courbe 12. On voit sur ce diagramme que la fonction de transfert (FTM) est beaucoup plus élevée dans le cas du scintillateur de l'invention (courbe 12), que dans le cas d'un scintillateur selon l'art antérieur (courbe 11). Le scintillateur de l'invention présente donc une meilleure résolution et une fonction de transfert en modulation plus élevée que les scintillateurs de l'état de la technique. REVENDICATIONS 1. Scintillateur d'écran d'entrée de tube intensificateur d'images radiologiques comportant des aiguiLLes (2) d'iodure de césium conductrices de La lumière formées sur un substrat (1) électriquement conducteur, caractérisé en ce que chaque aiguille est entièrement enrobée par un matériau (5) tel qu'un métal ou un semi-conducteur réfléchissant la Lumière circulant dans les aiguilles, vers l'intérieur de celles-ci. 2. Scintillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau (5) est dilué dans une résine polymérisée. 3. Procédé de fabrication d'un scintillateur conforme à la revendication 1, dans lequel le matériau (5) est un métal, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer un dépôt dudit métal sur les aiguilles par décomposition photochimique de molécules d'un composé du métal en phase gazeuse. 4. Procédé de fabrication d'un scintillateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer un dépôt dudit matériau (5) sur les aiguilles, par diffusion de ce matériau en solution dans un solvant organique ou une résine polymérisable, cette diffusion étant suivie d'un traitement thermique. 5. Procédé de fabrication d'un scintillateur conforme à la revendication 1, dans lequel ledit matériau (5) est un métal, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer un dépôt dudit métal sur les aiguilles par décomposition thermique d'un composé organo-métallique ayant préalablement diffusé en phase gazeuse entre les aiguilles. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le métal est choisi dans une liste comprenant au moins l'indium, le gallium, le zinc, l'étain, le plomb. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit matériau (5) étant un semi- conducteur, celui-ci est constitué de silicium ou de germanium.