(57)【要約】  シンチレーション要素は、シンチレーション物質と反射層とを有し、その反射層が、シンチレーション物質の固有部分として形成される。好ましくは、複数のシンチレーション要素が、シンチレーションアレイを形成するよう構成されることができる。シンチレーション要素を生産する方法は、シンチレーション物質を提供するステップ、物理及び／又は化学状態にそのシンチレーション物質をさらすことにより、シンチレーション物質に反射層を生産するステップとを有する。その反射層は、シンチレーション物質の一部から形成される。
2009524015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンチレーション物質と、
反射層とを有し、
前記反射層が、前記シンチレーション物質の固有の一部として形成される、シンチレーション要素。
【請求項２】
前記シンチレーション物質が、Gd2O2Sを有する、請求項１に記載のシンチレーション要素。
【請求項３】
前記シンチレーション物質が、プラセオジム及び／又はセリウム及び／又はEu、Tb、Yb、Dy、Sm、Ho等の他の希土類元素を更に有する、請求項２に記載のシンチレーション要素。
【請求項４】
前記反射層が、前記シンチレーション物質の酸化処理により形成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシンチレーション要素。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシンチレーション要素を複数有するシンチレーションアレイ。
【請求項６】
少なくとも１つのフォトディテクタを更に有し、
前記少なくとも１つのフォトディテクタが、前記複数のシンチレーション要素の少なくとも１つに結合され、
前記少なくとも１つのフォトディテクタが、前記複数のシンチレーション要素の少なくとも１つにより放出される光を検出するよう構成される、請求項５のに記載のシンチレーションアレイ。
【請求項７】
シンチレーション要素を生産する方法において、
シンチレーション物質を提供するステップと、
前記シンチレーション物質を物理及び／又は化学状態にさらすことにより前記シンチレーション物質に反射層を生成するステップであって、前記反射層が前記シンチレーション物質の一部から形成されるようにされる、ステップとを有する、方法。
【請求項８】
前記反射層を生成するステップが、前記シンチレーション物質の表面の一部を酸化するステップを有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記反射層を生成するステップが、10000ヘクトパスカルから0.001ヘクトパスカルの間の酸素分圧と800℃から1400℃の間の高温とを持つ環境に前記シンチレーション物質をさらすステップを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記高温が、1000℃から1300℃の間にあり、
前記酸素分圧が、1000ヘクトパスカルから0.01ヘクトパスカルの間にある、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記反射層を生成するステップが、
前記シンチレーション物質を二酸化炭素流にさらすステップと、
前記温度を約1200℃にするステップと、
約0.1ヘクトパスカルの酸素分圧を提供するステップとを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記反射層を生成するステップが、
前記シンチレーション物質を20℃で湿潤化された窒素流にさらすステップと、
前記温度を約1200℃にするステップと、
約0.01ヘクトパスカルの酸素分圧を提供するステップとを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記反射層を生成するステップが、
前記シンチレーション物質を空気流にさらすステップと、
前記温度を約1100℃にするステップと、
約200ヘクトパスカルの酸素分圧を提供するステップとを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
１分間に5℃の割合で前記温度を上昇させるステップを更に有する、請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記反射層の生成の後、前記温度を下降させるステップを更に有する、請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記温度の下降が、１分間に5℃の割合で行われる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
シンチレーションアレイを生産する方法において、
シンチレーション物質を有する原材料セラミックウェハを提供するステップと、
前記原材料セラミックウェハの上部表面にトレンチを形成することにより前記原材料セラミックウェハを構造化するステップと、
前記構造化されたセラミックウェハのシンチレーション物質を物理状態にさらすことにより前記構造化されたセラミックウェハに反射層を生成するステップであって、前記反射層が前記シンチレーション物質の一部から形成されるようにされる、ステップとを有する、方法。
【請求項１８】
前記原材料セラミックウェハを提供するステップが、
Gd2O2S粉末を提供するステップと、
前記Gd2O2S粉末を単軸加熱プレス処理にさらすステップとを有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記原材料セラミックウェハを所定の厚を持つセラミックウェハへ切断するステップと、
前記切断されたセラミックウェハを研磨するステップとを更に有する、請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記トレンチを形成するステップが、該トレンチが前記切断されたセラミックウェハの厚より浅い深度を持つよう実行される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記反射層を生成するステップが、前記トレンチが前記反射層で完全に満たされるよう実行される、請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記反射層の生成後、前記構造化されたセラミックウェハの層を前記原材料セラミックウェハの底面側から除去するステップを更に有する、請求項１７乃至２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記構造化されたセラミックウェハの底面側を研磨するステップと、
前記研磨された底面側に少なくとも１つのフォトダイオードを配置するステップとを更に有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
コンピュータ断層撮影システムにおける請求項５又は６に記載のシンチレーションアレイの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンチレーション要素、シンチレーションアレイ、シンチレーション要素を生産する方法、及びシンチレーションアレイを生産する方法に関し、特に、コンピュータ断層撮影(CT)の分野において使用可能なシンチレーション要素及びシンチレーションアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ断層撮影(CT)において、現在、X線光子を可視光に変換するシンチレータ物質として、蛍光セラミックGd2O2S:Pr,Ce(GOS)が使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
GOSは、高い光収率と吸収効率とを持つという利点があるが、一般に照射の後の残光信号を示すということが問題である。この残光は、非常に大きな信号貢献を持ち、かつ、再構成される画像が深刻なアーチファクトに悩まされるほど非常に長い持続時間を持つ。例えば、数時間空気中にアニーリングすることによる、セラミックウェハの適切なポストプロセスが、この残光を減らすことができる。残光だけでなく、光収率の問題は、CT用途では非常に重要である。従来のCT検出器においては、反射コーティング物質が使用され、それは、５つのサイドで各CT検出器ピクセルを覆う。こうして、６つ目のサイドに位置する光感応フォトダイオードに衝突する光の量を増加させることができる。
【０００４】
シンチレーション要素及びシンチレーションアレイが、コンピュータ断層撮影の分野で使用可能であるような、効率的なシンチレーション要素、シンチレーションアレイ、並びにシンチレーション要素及びシンチレーションアレイを生産する方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この必要性は、独立項によるシンチレーション要素、シンチレーションアレイ、シンチレーション要素を生産する方法、及びシンチレーションアレイを生産する方法により満たされることができる。
【０００６】
例示的な実施形態によれば、シンチレーション要素が、シンチレーション物質と、反射層とを有し、上記反射層が、上記シンチレーション物質の固有の一部として形成される。好ましくは、複数のシンチレーション要素が、シンチレーションアレイを形成するよう構成されることができる。
【０００７】
例示的な実施形態によれば、シンチレーション要素を生産する方法が、シンチレーション物質を提供するステップと、上記シンチレーション物質を物理状態にさらすことにより上記シンチレーション物質に反射層を生成するステップであって、上記反射層が上記シンチレーション物質の一部から形成されるようにされる、ステップとを有する。
【０００８】
例示的な実施形態によれば、シンチレーションアレイを生産する方法が、シンチレーション物質を有する原材料セラミックウェハを提供するステップと、上記原材料セラミックウェハの上部表面にトレンチを形成することにより上記原材料セラミックウェハを構造化するステップとを有する。更に、その方法は、上記構造化されたセラミックウェハのシンチレーション物質を物理状態にさらすことにより上記構造化されたセラミックウェハに反射層を生成するステップであって、上記反射層が上記シンチレーション物質の一部から形成されるようにされる。
【０００９】
本発明の基本的なアイデアは、高反射性コーティング又は層が、シンチレーション物質自身から生成されることができる、という点から来ている。従って、従来技術において反射層を生成する方法である、斯かる反射層をシンチレーション物質にペイントすることにより反射層を形成するステップが、省略されることができる。こうして、より簡単な生産方法が導かれることができる。また、本発明による反射層の耐久性が強化されることもできる。なぜなら、その反射層は、シンチレーション物質から形成され、従来技術のようにシンチレーション物質にペイントされることはないからである。本発明による反射層は、光のかなりの割合を反射することができ、他方それ以外は失われることになる。これは、従来技術による方法において必要な、コストのかかる追加的な処理ステップ及び追加的な物質コストを必要とすることなく、各シンチレーション要素の光出力を増加させることを可能にすることができる。本発明による反射層は、従来のコーティングに非常に匹敵する反射特性を示すことができる。一方、その反射層は、ずっと簡単な処理により形成されることができる。言い換えると、本発明による反射コーティングは、従来のコーティングより(similar to)光収集効率を向上させることができる。同時に、本発明の実施形態による反射層がシンチレーション物質自身から生成されるとき、いわゆるシンチレーション物質の残光が増加されないようにすることも可能になる。
【００１０】
好ましくは、反射コーティング層が、例えばフォトダイオード等のフォトディテクタが結合されるサイドを除く、各個別のシンチレーション要素のすべてのサイドに形成されることができる。即ち、単一のフォトディテクタをシンチレーション要素に配置する場合、１つのサイドだけが反射層で覆われない。即ち、シンチレーション要素は、６つの表面のうち５つに反射層を有する。
【００１１】
固有の反射層は、シンチレーション物質と一体的に形成されることができる。即ち、シンチレーション物質上に分離した層としてペイント又は形成されることはなく、シンチレーション物質自身の一部から形成される。こうして、反射層は、シンチレーション物質自身から、物理及び／又は化学処理により形成されることができる。反射層の生成は、シンチレーション物質のアニーリングステップと共に実行されることができる。すなわち、反射層の生成ステップとアニーリングステップとは、１つのシングルステップである。シンチレーション物質の残光を減らすために、斯かるアニーリング処理はいずれにせよ有利である。
【００１２】
以下、シンチレーション要素の追加の例示的な実施形態が説明されることになる。しかしながら、こうした実施形態は、シンチレーションアレイ、シンチレーション要素を生産する方法、及びシンチレーションアレイを生産する方法にも適用される。
【００１３】
シンチレーション要素の別の例示的な実施形態によれば、シンチレーション物質は、Gd2O2Sを有する。好ましくは、上記シンチレーション物質が、プラセオジム及び／又はセリウム又はEu、Tb、Yb、Dy、Sm及び／又はHo等の他の希土類元素を更に有する。
【００１４】
Gd2O2Sは、適切な無機シンチレーション物質とすることができる。特に、原材料のGd2O2S粉末は、ユーロピアム効果を補償するためCe3+でドーピングされ、及びシンチレーション処理に欠かせないイオンとしてプラセオジムでドーピングされることができる。更に、例えばフッ化リチウム(LiF)又はフッ化リチウムゲルマニウム(Li2GeF6)等のアルカリ及び／又はアルカリ土類フッ化物がわずかな量、シンタリング助剤として使用されることができる。
【００１５】
シンチレーション要素の別の例示的な実施形態によれば、上記反射層が、上記シンチレーション物質の酸化処理により形成される。
【００１６】
シンチレーション物質自身の一部、例えば表面部分の酸化により生成される反射層を持つシンチレーション要素を提供することは、シンチレーション物質の光出力が増加されるよう、反射層を提供する効果的な方法とすることができる。
【００１７】
以下、シンチレーションアレイの更なる例示的な実施形態が説明されることになる。しかしながら、こうした実施形態は、シンチレーション要素、シンチレーション要素を生産する方法、及びシンチレーションアレイを生産する方法にも適用される。
【００１８】
別の例示的な実施形態によれば、上記シンチレーションアレイは、少なくとも１つのフォトディテクタを更に有し、上記少なくとも１つのフォトディテクタが、上記複数のシンチレーション要素の少なくとも１つに結合され、上記少なくとも１つのフォトディテクタが、上記複数のシンチレーション要素の少なくとも１つにより放出される光を検出するよう構成される。好ましくは、そのフォトディテクタは、フォトダイオードとすることができる。特に、複数のフォトディテクタが、複数のシンチレーション要素に結合されることができる。例えば、各シンチレーション要素に対して、分離したフォトディテクタ又はフォトダイオードが結合されることができる。好ましくは、フォトディテクタが、シンチレーション要素のサイドに結合されることができる。そのサイドには、反射層は生成されない。各単一のシンチレーション要素がフォトダイオードに結合されるような、複数のシンチレーション要素を提供することにより、コンピュータ断層撮影の分野において使用されることができる検出器アレイを提供することが可能となる。即ち、セグメント化された検出器アレイ又はピクセル化された検出器アレイを提供することが可能となる。
【００１９】
本発明によるシンチレーションアレイは、例えば、コンピュータ断層撮影デバイスの検出器アレイとして、特に、コンピュータ断層撮影デバイスにおける使用に適したものとすることができる。
【００２０】
以下、シンチレーション要素を生産する方法の更なる例示的な実施形態が説明されることになる。しかしながら、こうした実施形態は、シンチレーション要素、シンチレーションアレイ、及びシンチレーションアレイを生産する方法にも適用される。
【００２１】
本発明による方法の別の例示的な実施形態によれば、上記反射層を生成するステップが、上記シンチレーション物質の表面の一部を酸化するステップを有する。
【００２２】
上記シンチレーション物質の表面の一部を酸化するステップは、固有の反射層を形成するのに効率的な方法とすることができる。酸化された層は、シンチレーション物質の表面にペイントされるか、又は箔としてシンチレーション物質に適用される、従来の白層に匹敵する量の光を反射する反射層として適切な層である。
【００２３】
本方法の別の例示的な実施形態によれば、上記反射層を生成するステップが、10000ヘクトパスカルから0.001ヘクトパスカルの間の酸素分圧と800℃から1400℃の間の高温とを持つ環境に上記シンチレーション物質をさらすステップを有する。特に、上記高温は、1000℃から1300℃の間にあり、上記酸素分圧は、1000ヘクトパスカルから0.01ヘクトパスカルの間にある。
【００２４】
本方法の更に別の例示的な実施形態によれば、上記反射層を生成するステップが、上記シンチレーション物質を二酸化炭素流にさらすステップと、上記温度を約1200℃にするステップと、約0.1ヘクトパスカルの酸素分圧を提供するステップとを有する。
【００２５】
本方法の更に別の例示的な実施形態によれば、上記反射層を生成するステップが、上記シンチレーション物質を20℃で湿潤化された窒素流にさらすステップと、上記温度を約1200℃にするステップと、約0.01ヘクトパスカルの酸素分圧を提供するステップとを有する。
【００２６】
本方法の更に追加的な別の例示的な実施形態によれば、上記反射層を生成するステップが、上記シンチレーション物質を空気流にさらすステップと、上記温度を約1100℃にするステップと、約200ヘクトパスカルの酸素分圧を提供するステップとを有する。空気流は、その空気流を提供するのに、実質上約80%の窒素と約20%の酸素とを有する外気が使用されることを意味する。
【００２７】
上記したすべての物理及び／化学状態の下、シンチレーション物質の表面層から反射層を形成することが可能である。この物理状態にさらす持続時間を選択することにより、反射層の厚、即ち、酸化されたシンチレーション物質を有する層の厚が決定されることができる。シンチレーション物質上にペイントされる従来の反射層により示される反射性能に匹敵する反射性能を示すことができる反射層を形成するには、4時間の持続時間が適切な時間期間である。
【００２８】
本方法の更に別の例示的な実施形態によれば、１分間に5℃の割合で上記温度を上昇させるステップを更に有する。上記反射層の生成の後、上記温度は、下降されることができ、例えば、上記温度の下降は、１分間に5℃の割合で行われる。
【００２９】
以下、シンチレーションアレイを生産する方法の更なる例示的な実施形態が説明されることになる。しかしながら、こうした実施形態は、シンチレーション要素、シンチレーションアレイ、及びシンチレーション要素を生産する方法にも適用される。
【００３０】
本方法の更に別の例示的な実施形態によれば、上記原材料セラミックウェハを提供するステップが、Gd2O2S粉末を提供するステップと、上記Gd2O2S粉末を単軸加熱プレス処理にさらすステップとを有する。
【００３１】
上記単軸加熱プレス処理は、いわゆるHUP処理であり、固有の反射層を有するシンチレーションアレイを製造するため後に使用されることができる原材料セラミックウェハを提供するための適切な方法とすることができる。
【００３２】
シンチレーションアレイを生産する方法の更に別の例示的な実施形態によれば、上記原材料セラミックウェハを所定の厚を持つセラミックウェハへ切断するステップと、上記切断されたセラミックウェハを研磨するステップとを更に有する。
【００３３】
原材料セラミックウェハを切断することにより、適切な厚のセラミックウェハを提供することが可能となる。そのセラミックウェハはその後研磨されることができ、それは、効率的な酸化処理と、適切な反射係数を持つ反射層の形成とを可能にすることができる。即ち、シンチレーションアレイが例えばコンピュータ断層撮影デバイスで使用されることができるよう、十分な量の光を反射する反射層の形成を可能にする。適切な厚は、例えば約2mm以下とすることができる。
【００３４】
シンチレーションアレイを生産する方法の更に別の例示的な実施形態によれば、該トレンチが上記切断されたセラミックウェハの厚より浅い深度を持つよう、上記トレンチを形成するステップが実行される。
【００３５】
上記セラミックウェハの厚より浅い深度を持つトレンチを切断することにより、大きなアレイのシンチレーション要素を生産する効率的な方法を提供することができる。それは、追加的な処理のため簡単な方法で処理されることができる。個別のシンチレーション要素は、構造化されていないセラミックウェハの一部により、即ち、トレンチが１つも切断されない底面部分により一緒に保持される。
【００３６】
シンチレーションアレイを生産する方法の更なる追加的な別の例示的な実施形態によれば、上記トレンチが上記反射層で完全に満たされるよう、上記反射層を生成するステップが実行される。
【００３７】
トレンチが反射層で完全に満たされるような態様で、反射層を形成することにより、反射層の形成後、セラミックウェハの底面部が除去されることができるときでさえ、単一のシンチレーション要素を一緒に保つ効率的な方法を与える。
【００３８】
更なる追加的な別の例示的な実施形態によれば、本方法は、上記反射層の生成後、上記構造化されたセラミックウェハの層を上記セラミックウェハの底面側から除去するステップを更に有する。好ましくは、構造化されたセラミックウェハから除去される層は、トレンチが１つも切断されることのないセラミックウェハの一部の厚より大きな厚を持つ。即ち、この層を除去することにより、充填されたトレンチの底面部がさらされ、トレンチに形成された反射層により互いに完全に分離されたシンチレーション要素をもたらす。これは、すべてのシンチレーション要素が互いに光学的に絶縁されるというシンチレーションアレイを生み出す効率的な方法とすることができる。
【００３９】
更なる追加的な別の例示的な実施形態によれば、本方法は、上記構造化されたセラミックウェハの底面側を研磨するステップと、上記研磨された底面側に少なくとも１つのフォトディテクタを配置するステップとを更に有する。そのフォトディテクタは、例えばフォトダイオードとすることができる。
【００４０】
１つの基本的なアイデアは、従来技術では普通に行われていた、シンチレーション物質に反射層をペイントすること、又は反射箔を適用することの代わりに、シンチレーション物質自身の一部から固有の反射層が形成されるという事実に見られることができる。反射層は、シンチレーション物質の表面部分又は表面層を酸化することにより形成されることができる。この酸化、即ち、反射層の形成は、アニーリング処理と一緒に単一の処理ステップで実行されることができる。このことは、シンチレーション物質の残光を減らすには、とにかく有利である。アニーリングステップと酸化ステップとの組み合わせが、例えば、温度、雰囲気、及び／又は圧力といった物理状態を適宜選択することにより実現可能とすることができる。本発明の実施形態による反射層は、従来技術において知られる従来のコーティングより光収集効率を改善することができる。本発明の実施形態によるシンチレーションアレイを生産する方法を用いることは、シンチレータ・フォトディテクタのサンドイッチ構造を形成するための、簡単かつ安価な接着及び取り付け手段を提供することができる。サンドイッチ構造とは、層状化されたシンチレーションアレイと、このシンチレーションアレイに接着又は取り付けられる少なくとも１つ又は複数のフォトディテクタの層とを有する構造である。単一のフォトディテクタと組み合わされる単一のシンチレーション要素はそれぞれ、検出器アレイのピクセルを形成することができる。本発明の実施形態によるシンチレーションアレイは、GOSシンチレーション検出器を備えるコンピュータ断層撮影デバイスにおいて、一体化されたインピクセル電子機器を備えるコンピュータ断層撮影検出器において、及び／又はフォトダイオードアレイを備えるコンピュータ断層撮影検出器において、使用されることができる。
【００４１】
好ましくは、各シンチレーション要素は、立方体の形式、又はキューボイド(cuboid)の形式であり、５つのサイドで反射層を持つ。一方、反射層を持たないサイドでは、フォトディテクタ、例えばフォトダイオードが配置される。好ましくは、シンチレーション物質は、わずかな量のプラセオジム、セリウム、他の希土類金属(例えば、Eu、Tb、Yb、Dy、Sm及び／又はHo)及び／又は例えばフッ化リチウム等のフラックス助剤の残留物を含むGd2O2S(GOS)である。各シンチレーション要素は、個別のCT検出器ピクセルを形成することができる。それは、光出力を増加させるための高い反射係数を持つ反射層により囲まれる。反射又はコーティング層は、硫酸酸化ガドリニウム(Gd2O2SO4)及び／又は亜硫酸酸化ガドリニウム(Gd2O2SO3)及び／又は酸化ガドリニウム(Gd2O3)を有するか、又は構成され、いずれにせよアニーリングのために使用されることができる、より高温での酸化雰囲気においてGOSセラミック物質自身から直接生成されることができる。前述された態様で形成される斯かる層は、従来のコーティングにかなり匹敵することができる反射特性を示す白層とすることができる。そして、それは、新たな簡単な処理で形成されることができる。物理状態を所定の値に設定することにより、例えば、アニーリング処理ステップの間、直接制御される態様で形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明のこれら及び他の側面が、以下の実施形態より明らかとなり、かつ、実施形態を参照して説明されることになる。
【００４３】
本発明の例示的な実施形態が、以下、図面を参照して説明されることになる。
【００４４】
図面における図示は概略的なものである。異なる図面において、同様又は同一の要素には同じ参照符号が与えられる。
【００４５】
図１は、シンチレーションアレイ、特に構造化されコーティングされたGd2O2S(GOS)シンチレーションアレイを生産する処理を概略的に示す。開始物質として、最も好ましくはプラセオジム(Pr)及びセリウム(Ce)でドーピングされたGOS粉末が使用される。更にわずかな量のフッ化リチウム(LiF)、例えば、比較的低濃度のものが追加される。通常、Gd2O2SにおけるPrの濃度は、GOSの100〜2000重量ppm(最も好ましくは500〜1000重量ppm)の範囲にわたる。一方、Ce濃度は、Gd2O2Sに基づき、0.1〜100重量ppmの間にあり、GOSのEu成分に基づき選択される。Eu成分は、最も好ましくはGd2O2Sに基づき、1重量ppmより十分低い。フラックス(fluxing)剤LiFは、Gd2O2Sに基づき、0.001〜1重量%(最も好ましくは0.02重量%)の濃度を持つ。ユローピアム効果を補償するためセリウムがCe3+として追加され、かつ、シンチレーション処理に関するイオンとしてPrが追加される一方、ドーピングされたGOS粉末がセラミック原材料ウェハ(raw ceramic wafer)にシンタリングされる、後続の単軸加熱プレス(HUP)処理のためのシンタリング助剤として、LiFが追加される。HUP処理は、150MPaの単軸圧力、1250℃の温度等の通常の条件下で実行され、一方、約10-4hPaの真空が、単軸加熱プレスの間に適用される。結果として生じるGd2O2S:Pr;Ce蛍光物質を有するセラミック原材料ウェハは、ほとんど透明であり、セリウムの成分により黄色を示し、及び例えば酸素空孔が原因で最小の欠陥構造を示す。
【００４６】
その後、結果として生じるセラミック原材料ウェハが、所望の用途に必要な厚みを持つセラミックウェハへと砕かれ切断される。可能な厚は、例えば、用途における必要性に応じて、約2ミリである。好ましくは、セラミックウェハは、切断及び粉砕の後に研磨される。この研磨は、後に反射層により覆われるサイドでのみ行われる。それは即ち、図１における上部表面側として描かれるサイドである。そのサイドのシンチレータにおける反射係数がより高くなるよう、及び更に、その表面の酸化が容易に制御されるよう、この研磨が行われる。
【００４７】
研磨されたセラミックウェハは、その後、ソーイング(sawing)ステップにより形成されるスリットによりダイシングされピクセル化される。しかしながら、研磨されたセラミックウェハは、底部を通って完全に切断されるわけではない。それでも、研磨されたウェハの未切断層が、ウェハを本来的に安定した状態に、即ち、外部安定化なしで安定している状態に保つよう保持される。その結果、追加的な処理ステップにおける処置が容易にになる。このダイシング又はピクセル構造化ステップは、図１ａに概略的に示され、そこでは、セラミックウェハ１００が、多数のスリット又はトレンチ１０１を有する。スリット又はトレンチは、丸のこ１０２として概略的に示される、のこぎりにより形成される。更に、図１ａを見ると、セラミックウェハは、破片へと切断されるのではなく、単一のダイシングされた要素に接続する層１０３を持つことが分かる。更に、研磨されるセラミックウェハの上部表面は、図１ａにおいて参照符号１０４とラベル付けされる。
【００４８】
図１ｂは、酸化雰囲気において実行されるアニーリングステップ後の図１ａのセラミックウェハを概略的に示す。アニーリングステップは、セラミックウェハ１００のすべてのサイドに白層１０５を生み出す。図１ｂには、上面側でのコーティングのみが描かれる。個別の要素又はピクセル間の隙間を形成するスリット又はトレンチ１０１は、同様に反射層１０５で充填される。隙間サイズとアニーリング状態、即ち、アニーリング／酸化ステップでの物理状態とに基づき、隙間が部分的にだけ充填される場合もある。アニーリング／酸化ステップでの物理状態、即ちアニーリング温度、アニーリング時間、及びそれに伴う酸化雰囲気における酸素分圧を設定することにより、異なる厚及び反射品質を持つコーティング層が形成されることができる。
【００４９】
完全にスリット１０１を満たし、従って、個別のピクセルを一緒に「くっつける」コーティングが生成されることができる。コーティング層１０５により個別のピクセルは共に固定されるので、以前のステップにおける安定層又は基板として使用されてきた接続層又は底面層１０３が、ピクセルマトリクスの安定性、即ちピクセルマトリクス間の接続を失うことなく除去されることができる。また、更にマトリクスを安定させるために、セラミックウェハのコーティングされた上面側を接着剤で覆うことも可能である。これは、マトリクスを適切に安定させるにはコーティング層の厚が十分でない場合に有利である。マトリクスが追加的な手段により安定化されるとき、その後接着剤は除去されることができる。この固定の後、上面側の接着剤を用いて、底面層１０３も除去されることができる。
【００５０】
上記２つの代替例において、底面側、即ち、セラミックウェハの図１ｃにおけるウェハの下部端で描かれるサイドがその後研磨される。そして、フォトダイオード等のフォトディテクタが、シンチレーションアレイ又はGOSシンチレータ層の底面側に取り付けられる。従って、セグメント化された単一シンチレーション検出器が形成される。また、単一ピクセルの大きさに基づき、分離したフォトディテクタが各単一ピクセルに取り付けられることもでき、従って、複数のシンチレーション検出器を有する検出器アレイを形成する。
【００５１】
既に上述されたように、即ち温度、時間、及び酸素分圧等の物理状態を適切な値に設定することにより、所望のコーティングを実現すべくアニーリング状態は調整されることができる。こうして、所望の厚さ及び表面酸素の固有密度が得られることができる。このことは、反射層の品質に直接影響を与える。同時に、アニーリング処理の間、セラミックウェハにおける処置後の酸素空孔(after treatment oxygen vacancy)が削減される。この削減は、シンチレーションウェハの改善された残光挙動をもたらす。斯かる処置後の酸素空孔は、HUP処理で不可避的に生成される。
【００５２】
本発明による方法において使用されることができる例示的なアニーリング状態は、以下の通りである。
【００５３】
二酸化炭素流の中に温度1200℃、酸素分圧約0.1hPaで4時間。
【００５４】
20℃で湿潤化された窒素流の中に温度1200℃、酸素分圧約0.01hPaで4時間。
【００５５】
空気流の中に温度1100℃、酸素分圧約200hPaで4時間。空気流は、外気の組成を持つガス流であり、実質上約80%の窒素と約20%の酸素とである。
【００５６】
アニーリング処理は、コランダムチューブを持つ環状炉内で実行される。そこでは、GOSウェハが、コランダム担体の上に配置される。１分間に5℃の加熱勾配と冷却勾配とが、環状炉に適用される。
【００５７】
以下、実験結果が提示される。残光、光出力及び反射コーティング特性を決定するために試験測定が実施された。それは、最適化されるべきシンチレーション検出器に関する重要な要素である。4mm x 4mmのサイズを持つウェハに対して試験が実施された。１つのHUP処理において生成されたシングルウェハの２つの破片に対する例示的な結果が示される。以下の手順に基づき、残光及び光出力が測定された。
【００５８】
Hamatsuの光電子増倍管及びNational Instrumentsのアナログ／デジタルコンバータが使用された。直接照射に対して光電子増倍管をシールドするためリードシールドが使用された。残光は、120kV/100mAで測定された。焦点対検出器距離は80cmであり、１秒間に18〜20ミリグレイの吸収線量(エナジーフロー)を持つ2秒の持続時間のx線パルスを用いた。残光は、x線パルスがスイッチオフされた後、直接測定された。以下の表に与えられる残光は、x線パルスがスイッチオフされた後500msでの定常信号のものを100万分の１(ppm)で与えるものである。信号値、即ち光出力は、シリコンを用いてフォトダイオード(Hamamatsu)に接着された4mm x 4mmピクセルで測定される。光出力測定のため、120kV/20mAでx線パルスを用いた。焦点対検出器距離は80cmであり、照射時間は5sの持続時間であった。x線照射は、5sの照射時間の終わりに、定常状態下でKeithley電位計を用いて測定される、光電流(信号値)をもたらす。
【表１】
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【表２】
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【００５９】
表に示される結果は、実験誤差の範囲内で、本発明の実施形態により生産される固有コーティング層と従来技術により生産される外部反射器との間には実質的な差がないことを示す。一般に、反射コーティングは、反射コーティングが使用されない場合と比べて約20%のオーダーで光出力における増加をもたらす。更に、この結果は、0.5s後に20ppmを十分下回る残光を持つセラミック、即ちシンチレーション要素を生産することが可能であることも証明する。これは、そのシンチレーション要素が、CT画像に残光アーチファクトをもたらすことなくコンピュータ断層撮影デバイスにおける検出器として使用されることができることを確実にするための必要条件である。
【００６０】
本発明の側面によれば、シンチレーション要素自身の物質を酸化させることによってシンチレーション要素の反射層を形成することにより、効果的なシンチレーション要素、シンチレーションアレイ、及びそれらを生産する容易かつ複雑でない方法が提供されることができる。シンチレーション要素及びシンチレーションアレイは、コンピュータ断層撮影の分野において使用可能である。
【００６１】
単語「comprising(有する)」は、他の要素又はステップの存在を排除するものではないこと、及び「a」又は「an」は複数性を排除するものではないことに留意されたい。異なる実施形態に関連付けられて説明される要素が組み合わされることもできる。請求項におけるいかなる参照符号も請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことにも留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１Ａ】本発明の例示的な実施形態によるシンチレーションアレイを生産する処理の簡略化された概略を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の例示的な実施形態によるシンチレーションアレイを生産する処理の簡略化された概略を示す図である。
【図１Ｃ】本発明の例示的な実施形態によるシンチレーションアレイを生産する処理の簡略化された概略を示す図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【国際調査報告】
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