(57)【要約】本発明は放射線（７）を検出する放射線検出器に関する。基板（１）上に置かれた半導体層（２）は変換層（６、９）と重ねられている。半導体層（２）は多数の検出素子（Ｄ）から形成された検出器アレイの構成要素である。検出素子（Ｄ）の感度を高めるために、半導体層（２）が多結晶半導体材料から作られることが考慮される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１）上に置かれた半導体層（２）が変換層（６、１０）と重ねられており、半導体層（２）は多数の検出素子（Ｄ）から形成された検出器アレイの構成要素であり、検出素子に入射する放射線（７）の強度を位置分解して検出する放射線検出器において、半導体層（２）が多結晶半導体材料から作られていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
基板（１）がガラスから作られていることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
半導体材料がシリコンから形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の放射線検出器。
【請求項４】
半導体材料が50cm2/Vsより大きい、好ましくは250m2/Vsより大きい電子移動度を有することを特徴とする請求項３記載の放射線検出器。
【請求項５】
検出器アレイの各検出素子（Ｄ）が集積回路（３）を有することを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の放射線検出器。
【請求項６】
集積回路（３）が次の回路、すなわち信号（９）の処理回路、信号（９）のフィルタリング回路、信号（９）を生ずる放射線量子の数を求める回路、放射線（７）をエネルギー分解して検出する回路、の少なくとも１つを有することを特徴とする請求項５記載の放射線検出器。
【請求項７】
基板（１）が50μm〜2000μmの厚みを有することを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の放射線検出器。
【請求項８】
半導体層（２）が0.1μm〜10μmの厚みを有することを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の放射線検出器。
【請求項９】
検出器アレイの検出器（３）が１mmより小さい、好ましくは300μmより小さいことを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の放射線検出器。
【請求項１０】
検出器アレイの大きさが2×2cm〜50×50cmであることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の放射線検出器。
【請求項１１】
変換層（１０）が放射線（７）を電荷信号（９）に直接変換する材料から作られていることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の放射線検出器。
【請求項１２】
材料が実質的にセレン又はテルル化カドミウムから作られていることを特徴とする請求項１１記載の放射線検出器。
【請求項１３】
変換層（６）がシンチレータ材料から作られていることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の放射線検出器。
【請求項１４】
シンチレータ材料が実質的にヨウ化セシウム又はガドリニウムオキシ硫化物から作られていることを特徴とする請求項１３記載の放射線検出器。
【請求項１５】
検出器アレイの検出素子（Ｄ）がシンチレータ材料に生じた光信号（８）を電荷信号（９）に変換する少なくとも１つのフォトダイオード（５）を有することを特徴とする請求項１３又は１４記載の放射線検出器。
【請求項１６】
フォトダイオード（５）がPINダイオードであることを特徴とする請求項１５記載の放射線検出器。
【請求項１７】
フォトダイオード（５）が有機フォトダイオードであることを特徴とする請求項１５記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に従う放射線を検出する放射線検出器に関する。
【０００２】
「投影Ｘ線撮影のためのディジタル式検出器システム（Digitale Detektorsysteme fuer die Projektionsradiographie）」Fortschr.Roentgenstr.2001（RoeFo 2001）、173巻1137〜1146頁、ティーメ出版社（Thieme Verlag）、シュツッツガルト、から、Ｘ線のための放射線検出器は知られている。公知の放射線検出器においては、基板上に置かれた半導体層が変換層と重ねられている。半導体層はアモルファスシリコンから作られ、多数の検出素子を有する検出器アレイの構成要素である。各検出素子には、信号の連続的な検出のために回路要素としてトランジスタが組み込まれている。アナログ信号は著しいノイズ成分を有する。ノイズ成分は特に微弱な信号の検出を困難にする。
【０００３】
患者の被爆をできるだけ少なくするため、線量率を低く保持する努力がなされている。その結果として、検出素子から与えられる信号は時として極めて微弱である。そのような微弱な信号をできるだけ正確に検出するためには、検出素子の感度を高めることが必要である。
【０００４】
本発明の課題は、従来技術のこれらの欠点を取り除くことにある。その際改善された感度を有し、しかもできるだけ簡単でコスト的に手頃に作ることのできる放射線検出器が提供されなければならない。
【０００５】
この課題は請求項１の特徴によって解決される。本発明の好ましい実施態様は請求項２乃至１７から得られる。
【０００６】
本発明に従って、半導体層は多結晶半導体材料から作られる。多結晶半導体材料は、各検出素子が信号の検出、加工及び処理のための複雑な回路を備えることを可能にする。長い信号路と、信号の加工ないし処理の前にその長い信号路に起因して生じる擾乱とを回避することができる。信号は発生のすぐ後に増幅され処理されることが可能となる。微弱な信号は実質的に擾乱なしに、特にノイズ成分なしに検出することができる。信号、特に微弱な信号を検出する放射線検出器の感度は著しく改善することができる。さらに放射線検出器の反応時間、スイッチング時間、不感時間等を短縮することができる。
【０００７】
本発明において用語「半導体層」は一般的に理解されるべきものである。半導体層は連続しない層であってもよい。層は構造化されていてよい。層は導電性部分と絶縁性部分とを隣り合わして及び／又は重なり合って有することができる。それは別として、本発明における半導体層は異なる性質を持った層の連続層であってもよい。その際層は層連続において絶縁性の性質を有するか又は金属導体を含むことができる。半導体層は特に多数の集積回路を有することができ、その際集積回路の各々は少なくとも１つのピクセルに付設されている。
【０００８】
１つの実施態様に従えば、基板はガラスから作られる。ガラスはコスト的に手頃に使うことができる。ガラスは不活性であり、大きな費用なしに加工することができる。半導体材料はシリコンから形成されるのが有利である。
【０００９】
特に有利な実施態様に従えば、半導体材料は50cm2/Vsより大きい、好ましくは250cm2/Vsより大きい電子移動度を有する。従って、高い感度、短い反応時間ないし不感時間を持った放射線検出器を作ることができる。50cm2/Vsより大きい電子移動度を有する多結晶シリコンは、例えば低温法によって、例えばレーザの照射によって、アモルファスシリコンから作ることができる。そのような多結晶シリコンはまた低温多結晶シリコン（Low-Temperature-Poly-Silicon(LTPS)）ともいわれる。LTPSの電子移動度は約100〜700cm2/Vsの範囲にある。
【００１０】
さらに高い電子移動度は、結晶粒がさらに大きい多結晶シリコンによって得ることができる。そのような多結晶シリコンはまた連続粒界シリコン（Continuous-Grain-Silicon（CGS））ともいわれる。CGSにおいては約600 cm2/Vs及びそれ以上の電子移動度を得ることができる。多結晶半導体材料のLTPS及びCGSは例えばガラス基板上に大面積に作ることができる。従って、高い感度を持った大面積の放射線検出器を作ることが可能である。
【００１１】
本発明の有利な実施態様に従えば、検出器アレイの各検出素子は集積回路を有する。集積回路は放射線検出器内での信号の加工ないし処理を可能にする。検出と加工及び処理との間の長い信号路を回避することができる。検出器アレイの外側に配置された回路並びに信号路は省略するか又は簡略化することができる。集積回路は、信号の実質的に擾乱の少ない加工及び処理を可能にする。信号はその発生後すぐに検出され、増幅され、処理されることが可能である。放射線検出器の感度は著しく改善することができる。
【００１２】
集積回路は、信号の処理回路又は信号のフィルタリング回路を有することができる。フィルタリング回路によって、例えばノイズ信号を抑制することができる。そのようにして処理された信号は特に正確である。集積回路はさらに、信号を生じる放射線量子の数を求める回路を有することができる。放射線検出器に入射する放射線は従って特に正確に検出することができる。さらに集積回路は放射線をエネルギー分解して検出する回路を有することができる。個々の放射線量子を検出することができる。本発明による集積回路によって、信号の加工及び処理の重要部分を検出素子において実行することが可能である。本発明による放射線検出器から与えられる信号は、容易に従来の評価電子回路によってさらに処理することができる。
【００１３】
本発明の実施態様に従えば、基板は50μm〜2000μmの厚みを有する。半導体層は0.1μm〜10μmの範囲の厚みを有することができる。
【００１４】
本発明の別の実施態様に従えば、検出器アレイの検出素子は1mmより小さい、好ましくは300μmより小さい。そのような検出器アレイは、放射線検出のために少なくとも0.5LP（Line Pair）の位置分解能を有する。検出器アレイの大きさは2×2cm〜50×50cmの値であり得る。実質的には、検出器アレイの大きさは多結晶半導体層の製作可能な大きさによって制限されるだけである。
【００１５】
本発明の実施態様に従えば、変換層は放射線を電荷信号に直接変換する材料から作られる。変換層は実質的にセレン（Se）又はテルル化カドミウム（CdTe）から作ることができる。
【００１６】
別の実施態様に従えば、変換層はシンチレータ材料から作られる。シンチレータ材料は例えばヨウ化セシウム（CsI）又はガドリニウムオキシ硫化物であってもよい。シンチレータ材料は変換層に入射する放射線を光信号に変換する。光信号の検出及び電荷信号への変換を行うために、各検出素子にはフォトダイオードが設けられている。フォトダイオードから生じた電荷信号は半導体層の回路によって検出され、場合によっては加工及び処理される。フォトダイオードはPINダイオードであってもよい。また、フォトダイオードは有機フォトダイオードであってもよい。フォトダイオードは、半導体層と変換層との間に配置されているフォトダイオードアレイを形成することができる。それによって、ほぼ全入射面をフォトダイオードで覆うことが可能である。それは特に高い占積率の実現を可能にする、即ち検出面と検出器面との比が特に大きい。各検出素子はこの場合複数のフォトダイオードを含むことができ、それらの信号はまとめられ、検出素子のために設けられた集積回路にさらに導かれる。
【００１７】
次に本発明を図面に示す実施例について詳細に説明する。
図１は第１の放射線検出器の構造を概略的に示す。
図２は図１に示される第１の放射線検出器の検出素子を概略的に示す。
図３は第２の放射線検出器の構造を概略的に示す。
【００１８】
図１〜図３において特に断りがない限り、機能的に類似した要素は同じ符号が付されている。
【００１９】
図１は第１の放射線検出器の構造を概略的に示す。例えばガラスから作られた基板１上に多結晶半導体層２が置かれている。半導体層２は碁盤目状に配置された多数の集積回路３を持った回路アレイを有する。回路アレイ上には多数のフォトダイオード５を持ったフォトダイオードアレイ４が設けられている。フォトダイオード５は実質的に完全に一致するように集積回路３上に配置されている。フォトダイオードアレイ４上には例えばガドリニウムオキシ硫化物から作られたシンチレータ層６が設けられている。各集積回路３は、各集積回路３に所属するフォトダイオード５及びその上にある変換層６の相当分と共に検出器Ｄを形成する。複数の検出器Ｄは、集積回路３と同様に、碁盤目状に配置され検出器アレイを形成する。
【００２０】
図２は図１における第１の放射線検出器の検出器アレイの検出素子Ｄを概略的に示す。基板１上には集積回路３が置かれている。集積回路３上にはフォトダイオード５が設けられている。フォトダイオード５上にはシンチレータ層６が設けられている。シンチレータ層６に入射する放射線、例えばＸ線は符号７で示されている。シンチレータ層６に生じた光信号は符号８で示されている。光信号８はフォトダイオード５によって電荷信号９に変換される。Ａは入射する放射線側の検出器面、Ｂは光信号８を検出するために使用し得るフォトダイオード５の検出面を示す。
【００２１】
この装置の機能は次のとおりである。
【００２２】
シンチレータ層６に入射する放射線７はシンチレータ層６において光信号８に変換される。シンチレータ層６は例えばCsI、CdTe、又はガドリニウムオキシ硫化物のような材料から作られることができる。シンチレータ層６を介して生じた光信号８はフォトダイオード５の検出面Ｂに導かれる。フォトダイオード５は例えばシリコンから作られたPINダイオードであってよい。フォトダイオード５はまた有機フォトダイオードであってもよい。有機フォトダイオードの場合、フォトダイオードアレイは特に簡単に、例えば印刷法によって、半導体層２上に取り付けることができる。フォトダイオード５において光信号８は電荷信号９に変換される。電荷信号９は集積回路３によって検出される。集積回路３を作るためには、例えばシリコンから作られるLTPS又はCGSのような半導体材料を用いることができる。集積回路３は電荷信号９の処理ないしフィルタリングのための回路を有することができる。フィルタリングによって、放射線７を実質的にノイズ信号なしに検出することが可能である。また、電荷信号９を生じる放射線量子の数を求めること、又は放射線７をエネルギー分解して検出することを可能にする回路を設けることもできる。そのような回路によって、電荷信号９をその発生後すぐに、擾乱を回避して検出し、加工及び処理することが可能である。放射線検出器の感度及び放射線７の検出の質を著しく改善することができる。
【００２３】
フォトダイオード５の検出面Ｂの大きさは実質的に検出面Ａの大きさに一致する。占積率、即ち検出面Ｂの検出器面Ａに対する比はほぼ１にある。集積回路３上に配置されたフォトダイオード５によって、検出面内に例えばトランジスタのような回路素子を配置するのを回避することができる。検出面内の回路素子は占積率の望ましくない低下を導く。集積回路３の配置ないし大きさは検出器面Ａの寸法によって制限されるだけである。
【００２４】
図３は第２の放射線検出器の構造を概略的に示す。基板１上に多結晶半導体層２が置かれている。半導体層２は碁盤目状に配置された多数の集積回路３を持った回路アレイを有する。回路アレイ上には、放射線検出器に入射する放射線７を電荷信号９に直接変換する変換層１０が設けられている。そのような変換層１０は例えばドープされたセレン又はテルル化カドミウムから作られた層であってもよい。
【００２５】
この装置の機能は次のとおりである。
【００２６】
変換層１０において変換層１０に入射する放射線７は電荷信号９に変換され、集積回路３によって検出される。電荷信号９の検出、加工ないし処理は、図１及び２の放射線検出器に類似して行われる。図１及び２の放射線検出器と図３のそれとの違いは、電荷信号９の発生の仕方だけである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による第１の放射線検出器の構造の概略図
【図２】図１に示される第１の放射線検出器の検出素子の概略図
【図３】本発明による第２の放射線検出器の構造の概略図
【符号の説明】
【００２８】
１  基板
２  多結晶半導体層
３  集積回路
４  フォトダイオードアレイ
５  フォトダイオード
６  変換層
７  放射線
８  光信号
９  電荷信号
１０  変換層
Ａ  検出器面
Ｂ  検出面
Ｄ  検出素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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