ДЕТЕКТОР РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОВЫШЕННЫМИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОДНОРОДНОСТЬЮ УСИЛЕНИЯ И РАЗРЕШЕНИЕМ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТЕКТОРА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
X-RAY DETECTOR WITH INCREASED AMPLIFICATION 3D UNIFORMITY AND RESOLUTION AND METHOD OF ITS CONFIGURATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к детектору рентгеновского излучения, имеющему повышенные пространственную однородность усиления и разрешение. Кроме того, данное изобретение относится к способу изготовления такого детектора рентгеновского излучения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Детектор рентгеновского излучения, как правило, содержит сцинтилляционный слой, который преобразует падающие рентгеновские лучи в свет, и устройство обнаружения света, такое, как фотодетектор на комплементарной структуре «металл-оксид-полупроводник» (КМОП-фотодетектор) для обнаружения света, формируемого в пределах сцинтилляционного слоя и падающего на детекторную поверхность устройства обнаружения света.
Замечено, что такие рентгеновские детекторы могут страдать от паразитных изображений. Поэтому в документе WO 2008/126009 предложено использовать источник вторичного излучения для облучения сцинтилляционного слоя вторичным излучением, которое имеет длину волны, отличающуюся от длины волны рентгеновских лучей. За счет облучения таким вторичным излучением предложенный детектор рентгеновского излучения может приобрести способность к выдаче пространственно более однородного отклика сцинтиллятора на падающие рентгеновские лучи. Второстепенное излучение можно обеспечить с помощью, например, люминесцентного листа или волноводной пластины с подсветкой с кромки светоизлучающими диодами (СИД). В устройстве с «задней подсветкой» источник вторичного излучения может быть размещен позади устройства обнаружения света. В этом случае устройство обнаружения света должно иметь прозрачную несущую подложку. В качестве альтернативы в устройстве с «передней подсветкой» источник вторичного излучения может быть размещен поверх сцинтилляционного слоя. В этом случае источник вторичного излучения должен быть по существу прозрачным для рентгеновских лучей и стойким к воздействию этого излучения.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Может оказаться выгодной разработка детектора рентгеновского излучения, имеющего повышенные пространственные однородность излучения и разрешение. В частности, может оказаться выгодной разработка детектора рентгеновского излучения, имеющего высокое и однородное разрешение и предотвращающего паразитные изображения. Кроме того, может оказаться выгодной разработка детектора рентгеновского излучения, который может быть прост и дешев в изготовлении. Помимо этого, может оказаться выгодной разработка способа изготовления такого детектора рентгеновского излучения.
В соответствии с первым аспектом данного изобретения, описывается детектор рентгеновского излучения, содержащий устройство обнаружения света, сцинтилляционный слой, отражательный слой и светоизлучающий слой. При этом устройство обнаружения света выполнено с возможностью обнаружения света, падающего на детекторную поверхность этого устройства, и может быть воплощено, например, с помощью КМОП или прибора с зарядовой связью (ПЗС). Сцинтилляционный слой выполнен с возможностью преобразования падающих рентгеновских лучей в свет. Сцинтилляционный слой может быть расположен поверх детекторной поверхности устройства обнаружения света. Отражательный слой выполнен с возможностью отражения света, формируемого в пределах сцинтилляционного слоя, по направлению к устройству обнаружения света. Например, отражательный слой может быть зеркальным слоем, в котором используется, например, металлическое покрытие. Светоизлучающий слой заключен между сцинтилляционным слоем и отражательным слоем.
Суть первого аспекта данного изобретения может состоять в том, что детектор рентгеновского излучения, содержащий совокупность светоизлучающего слоя и отражательного слоя поверх сцинтилляционного слоя, может демонстрировать повышенную способность к отклику, гарантируя при этом предотвращение паразитных изображений. Свет, формируемый в пределах сцинтилляционного слоя при падении рентгеновских лучей, может отражаться отражательным слоем к детекторной поверхности устройства обнаружения света. Вследствие этого, можно повысить способность детектора к отклику. Помимо этого, свет, излучаемый светоизлучающим слоем, может достигать сцинтилляционного слоя, расположенного рядом с ним. Например, такой вторичный свет может излучаться в течение периодов, в которые сцинтилляционный слой не облучается рентгеновскими лучами. При таком облучении вторичным светом можно уменьшить образование паразитных изображений. Стопу слоев, содержащую сцинтилляционный слой, отражательный слой и светоизлучающий слой, можно легко и экономично изготавливать с помощью общепризнанных способов, таких, как послойное осаждение или послойное выращивание.
В соответствии с вариантом осуществления, расстояние между сцинтилляционным слоем и отражательным слоем меньше 50 мкм, предпочтительно - меньше 20 мкм. Иными словами, в случае, когда светоизлучающий слой граничит и со сцинтилляционным слоем на одной поверхности, и с отражательным слоем на противоположной поверхности, толщина светоизлучающего слоя должна быть меньше 50 мкм или, предпочтительно, меньше 20 мкм.
Обнаружено, что большое расстояние между верхней поверхностью сцинтилляционного слоя и нижней поверхностью отражательного слоя может привести к ухудшению рабочих параметров функции передачи модуляции (ФПМ) или рабочих параметров разрешения детектора. Соответственно, такое расстояние должно быть как можно меньшим, и наблюдалось, что верхний предел 50 мкм или, предпочтительно, 20 мкм для такого расстояния приводил к приемлемым рабочим параметрам ФПМ или разрешения для практических приложений.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, светоизлучающий слой содержит органический светоизлучающий диод (ОСИД).
ОСИД можно легко изготавливать при низких затратах. Кроме того, обычные структуры ОСИД можно модифицировать, чтобы уменьшить толщину ОСИД до значения менее 50 мкм, тем самым удовлетворяя требованию, разъясненному в связи с предыдущим вариантом осуществления.
ОСИД может быть выполнен как ОСИД-фольга с излучением сверху или ОСИД-фольга с излучением снизу, содержащая стопу слоев, включающую в себя люминесцентный слой, электродные слои, защитные слои и, при необходимости, опорные слои. Как дополнительно поясняется ниже, можно принять меры в связи с компоновкой и производством стопы слоев, чтобы поддержать толщину стопы слоев менее 50 мкм.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, светоизлучающий слой разделен на субъячейки. Иными словами, вместо заключения одного светоизлучающего слоя большой площади между сцинтилляционным слоем и отражательным слоем, когда такой светоизлучающий слой большой площади имеет по существу такую же площадь поверхности, как сцинтилляционный слой, светоизлучающий слой можно разделить на субъячейки, каждая из которых имеет площадь, являющуюся лишь долей площади сцинтилляционного слоя. Тогда совокупность множества субъячеек может покрывать всю площадь сцинтилляционного слоя.
Меньшая площадь одиночной субъячейки по сравнению со всей площадью сцинтилляционного слоя может обеспечить быстрый отклик светоизлучающего слоя при активации, поскольку емкость С такой субъячейки ОСИД, а значит, - и постоянная времени RC-цепочки, поддерживается малой. Соответственно, такой светоизлучающий слой ОСИД, разделенного на субъячейки, может оказаться подходящим для работы в импульсном режиме, например, когда светоизлучающий слой активируется только в течение интервалов времени, когда на детектор рентгеновского излучения не падают рентгеновские лучи. Различные субъячейки могут быть соединены последовательно, чтобы извлечь выгоду из меньших рабочих токов и вытекающего отсюда снижения омических потерь. В альтернативном варианте возможно индивидуальное обращение к субъячейкам.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, светоизлучающий слой содержит металлические шунтирующие шины. Шунтирующие шины могут уменьшить омические потери и повысить однородность излучения из излучающего слоя ОСИД. Такие шунтирующие шины могут быть предусмотрены в виде сетки металлических шин, имеющей, например, прямоугольную или шестиугольную геометрию. Металлические шины могут иметь толщину менее 1 мкм и поэтому могут не оказывать измеримого негативного влияния на рабочие параметры детектирования рентгеновского излучения.
В соответствии со вторым аспектом данного изобретения, предложен способ изготовления детектора рентгеновского излучения. Этот способ заключается в том, что обеспечивают устройство обнаружения света, обеспечивают сцинтилляционный слой, обеспечивают отражательный слой и обеспечивают светоизлучающий слой, заключенный между сцинтилляционным слоем и отражательным слоем. При этом компоненты детектора рентгеновского излучения могут иметь характеристики, описанные выше в связи с первым аспектом изобретения. Устройство обнаружения света может быть выполнено в виде полупроводникового светового детектора с двумерным разрешением, такого, как КМОП- или ПЗС-фотодетектор, и может быть изготовлено по традиционной полупроводниковой технологии. Стопу слоев, включающую в себя сцинтилляционный слой, отражательный слой и промежуточный светоизлучающий слой, можно изготавливать, пользуясь различными способами формирования слоев, такими, как послойное осаждение или послойное наращивание, включая такие технологии, как химическое осаждение из паровой фазы (ХОПФ), физическое осаждение из паровой фазы (ФОПФ), эпитаксия и т.д. При этом, как будет подробнее описано ниже, компоновку слоев, подготовку слоев и крепление слоев друг к другу можно приспособить к конкретным условиям, чтобы достичь выгодных свойств детектора рентгеновского излучения. В частности, расстояние между сцинтилляционным слоем и отражательным слоем можно поддерживать малым, приспосабливая его конкретно к промежуточному светоизлучающему слою и его креплению к соседним сцинтилляционному и отражательным слоям.
Хотя светоизлучающий слой, отражательный слой и сцинтилляционный слой можно сначала создавать по отдельности, а затем скреплять друг с другом, может оказаться выгодной интеграция комбинаций таких слоев. Например, светоизлучающий слой может содержать интегрированный в него отражательный слой.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, светоизлучающий слой выполнен как ОСИД, при этом слои, образующие ОСИД, осаждены непосредственно на поверхность сцинтилляционного слоя. При осуществлении такого метода можно с выгодой воспользоваться тем, что всю обработку с получением ОСИД можно проводить при температурах ниже типичных технологических температур сцинтиллятора. Соответственно, стопу ОСИД можно осаждать непосредственно поверх сцинтиллятора и можно получить такие преимущества, как простота процесса, уменьшение количества этапов изготовления и манипулирования и уменьшение толщины светоизлучающего слоя на основе ОСИД.
В соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения, сцинтилляционный слой наращивают непосредственно на поверхность светоизлучающего слоя. И опять, стопу, включающую в себя оба - светоизлучающий слой и сцинтилляционный слой - и предпочтительно отражательный слой, можно легко изготавливать с выгодными характеристиками манипулирования и толщиной.
Надо отметить, что варианты осуществления изобретения описываются здесь со ссылками на разные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описываются со ссылками на пункты формулы изобретения на устройство, а другие варианты осуществления описываются со ссылками на пункты формулы изобретения на способ. Вместе с тем, из вышеизложенного и нижеследующего описания специалист в данной области техники поймет, что если не указано иное, то в дополнение к любой совокупности признаков, принадлежащей объекту изобретения одного типа, в этой заявке рассматривается, как раскрываемая, также любая комбинация признаков, относящихся к разным объектам изобретения, в частности комбинация признаков детектора рентгеновского излучения и признаков способа изготовления детектора рентгеновского излучения.
Аспекты и варианты осуществления, охарактеризованные выше, и дополнительные аспекты данного изобретения можно понять из возможных вариантов осуществления, которые описываются ниже, но которыми изобретение не ограничивается.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 показан вид в разрезе детектора рентгеновского излучения в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.
На Фиг.2 показан вид спереди на матрицу субъячеек детектора рентгеновского излучения в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.
На Фиг.3 показан вид спереди на матрицу субъячеек детектора рентгеновского излучения в соответствии с альтернативным вариантом осуществления данного изобретения.
На Фиг.4 показаны подробности субъячейки детектора рентгеновского излучения в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.
На Фиг.5 показано сечение возможной ОСИД-фольги с излучением сверху для детектора рентгеновского излучения в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.
На Фиг.6 показано сечение возможной ОСИД-фольги с излучением снизу для детектора рентгеновского излучения в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.
На Фиг.7 показано сечение возможной ОСИД-фольги с излучением снизу для детектора рентгеновского излучения в соответствии с альтернативным вариантом осуществления данного изобретения.
Все чертежи являются лишь схематическими, а не сделанными в масштабе. Аналогичные признаки на всех чертежах обозначены аналогичными позициями.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1 показано сечение согласно варианту осуществления детектора 1 рентгеновского излучения. Детектор 1 рентгеновского излучения содержит устройство 3 обнаружения света, сцинтилляционный слой 5, отражательный слой 9 и светоизлучающий слой 7.
Устройство 3 обнаружения света представляет собой КМОП-фотодетектор на основе кремниевой пластины, содержащий матрицу светочувствительных элементов 13 на своей детекторной поверхности 12 (поверхности обнаружения). Светочувствительные элементы 13 выполнены с возможностью обнаружения падения на них света и формирования электрического сигнала при таком обнаружении. Здесь термин «свет» может обозначать электромагнитное излучение, имеющее значительно большую длину волны, чем рентгеновское излучение. В частности, термин «свет» может включать в себя диапазон длин волн оптической области спектра, а также части диапазона длин волн ультрафиолетовой и/или инфракрасной области спектра. Например, можно предусмотреть светочувствительность в диапазоне от 350 до 1050 нм.
Поверх поверхности 12 обнаружения предусмотрен прилегающий к ней сцинтилляционный слой 5. Сцинтилляционный слой может содержать легированный кристалл, такой, как йодид цезия, легированный таллием (CsI:Tl). Например, сцинтилляционный слой 5 может иметь толщину от 200 до 700 мкм.
Поверх сцинтилляционного слоя 5 на поверхности, противоположной поверхности обнаружения, предусмотрена фольга 8 органического светоизлучающего диода (ОСИД-фольга). ОСИД-фольга 8 содержит светоизлучающий слой 7, который выполнен с возможностью излучения света, например, в диапазоне длин волн от 300 до 500 нм, когда к этому слою прикладывают электрическое напряжение. Между светоизлучающим слоем 7 и сцинтилляционным слоем 5 ОСИД-фольга 8 содержит тонкий герметизирующий слой 14. Герметизирующий слой 14 может иметь толщину от 1 до 50 мкм. На противоположной поверхности светоизлучающего слоя 7 предусмотрен тонкий слой металла, служащий в качестве отражательного слоя 9. Этот слой металла может быть гладким слоем алюминия, служащим в качестве зеркала для света. Слой металла может быть очень тонким, например, толщиной менее 10 мкм, предпочтительно, менее 1 мкм, предпочтительно, в диапазоне от 50 до 500 нм, так что падающие рентгеновские лучи (обозначенные на Фиг.1 стрелкой X), по существу могут пропускаться сквозь слой металла. На внешней поверхности ОСИД-фольги 8 предусмотрен слой 11 опорной подложки. Слой 11 опорной подложки может иметь толщину, например, от 0,05 до 3 мм и может механически стабилизировать ОСИД-фольгу во время манипуляций ею. Слой 11 опорной подложки должен быть по существу пропускающим рентгеновские лучи и может быть выполнен, например, из стекла или пластмассы.
Как указано на Фиг.1 стрелкой X рентгеновскими лучами можно облучать детектор 1 рентгеновского излучения, и они могут пропускаться через ОСИД-фольгу 8 благодаря тому, что ОСИД-фольга 8 содержит такие слои, как светоизлучающий слой 7, слой 11 опорной подложки и герметизирующий слой 14, выполненные из материалов, по существу не поглощающих рентгеновские лучи, и слоев, выполненных из материалов, поглощающих рентгеновские лучи, но имеющих очень малую толщину, таких, как отражательный слой 9 металла. В пределах сцинтилляционного слоя 5 происходит поглощение рентгеновского луча и превращение его в свет. Возможно излучение части этого света в направлении от детекторной поверхности 12 к ОСИД-фольге 8, как указано стрелкой B. Этот свет может отражаться на зеркальном отражательном слое 9 и поэтому может достигать детекторной поверхности 12. Соответственно, можно увеличить чувствительность детектора 1 рентгеновского излучения.
ОСИД-фольга 8 должна быть подготовлена и расположена так, чтобы светоизлучающий слой 7 и любые другие слои, такие, как герметизирующий слой 14, заключенный между отражательным слоем 9 и сцинтилляционным слое 5, можно было выполнить с очень малой толщиной стопы слоев, например, менее 50 мкм, предпочтительно - менее 20 мкм. Поэтому расстояние d между нижней поверхностью отражательного слоя 9 и верхней поверхностью сцинтилляционного слоя 5 можно поддерживать малым, например, составляющим менее 50 мкм. Благодаря этому малому расстоянию, промежуточный светоизлучающий слой 7 не оказывает существенного негативного влияния на рабочие параметры ФПМ или разрешение детектора.
Хотя подсветку рентгеновскими лучами можно эффективно обнаруживать с помощью детектора рентгеновского излучения путем преобразования рентгеновских лучей в свет в пределах сцинтилляционного слоя 5 и последующего обнаружения света с помощью устройства 3 обнаружения света, при облучении последовательными импульсами рентгеновской подсветки проблема так называемых паразитных изображений наблюдалась в аналогичных обычных рентгеновских детекторах на основе сцинтилляторов. Иными словами, остатки предыдущего изображения, полученного посредством импульсов рентгеновской подсветки, могут оказаться видимыми в последующем изображении, полученном посредством импульсов рентгеновской подсветки. Этот эффект также поясняется в документе WO 2008/126009 A2. Чтобы предотвратить такие паразитные изображения, сцинтилляционный слой 5 можно облучать светом, излучаемым светоизлучающим слоем 7 в течение периодов между последовательными импульсами рентгеновской подсветки. Как указано стрелками V, светоизлучающий слой 7 может излучать свет в диапазоне длин волн от 300 до 500 нм, служащий в качестве импульсов излучения света между импульсами рентгеновской подсветки. Импульсы излучения света могут «сбрасывать» сцинтилляционный слой 5, тем самым предотвращая паразитные изображения.
2
Чтобы обеспечить такой импульсный режим светоизлучающего слоя 7, этот светоизлучающий слой должен иметь короткое время отклика. В случае больших площадей детектора, например 20×30 см, светоизлучающий слой 7, имеющий такую большую площадь, мог бы иметь большую емкость C. Такая большая емкость C может приводить к увеличенной постоянной времени RC-цепочки светоизлучающего слоя 7 для однородного облучения площади детектора.
2
Поэтому, как показано на Фиг.2 и 3, может оказаться выгодным разделение светоизлучающего слоя 7 на субъячейки 15. Каждая из субъячеек 15 может иметь малую площадь, например 4×4 см, и поэтому может иметь уменьшенную емкость, приводящую к меньшей постоянной времени RC-цепочки. Каждая субъячейка 15 может иметь положительный электрод 19 и отрицательный электрод 17, охватывающие зону 21 излучения света. Различные субъячейки 15 могут быть соединены последовательно, чтобы получить выгоду от малых рабочих токов и обусловленного ими уменьшения омических потерь. В альтернативном варианте возможно обращение к субъячейкам 15 по отдельности.
Как показано на Фиг.3, субъячейки 15' можно расположить таким образом, что появляется возможность предусмотреть общий положительный электрод 19' для всех субъячеек 15'.
На Фиг.4 показаны подробности субъячейки 15”. Для дополнительного уменьшения омических потерь и повышения однородности излучения зоны 21” излучения света субъячейки 15” можно использовать дополнительные металлические шунтирующие шины 23. Эти шунтирующие шины 23 могут иметь толщину, например, менее 1 мкм и могут быть выполнены, например, из алюминия. Шунтирующие шины 23 могут образовывать прямоугольную или шестиугольную сетку. Благодаря этой своей малой толщине, шунтирующие шины не имеют измеримого негативного влияния на рабочие параметры, особенно после локального сдвига и калибровки усиления.
На Фиг.5 и 6 показаны ОСИД-фольги 8' и 8”, которые можно использовать для детекторов рентгеновского излучения в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения. Специализированные ОСИД-фольги можно изготавливать с исключительно тонким прозрачным защитным слоем на светоизлучающей стороне светоизлучающего слоя ОСИД. Этот защитный слой должен обладать превосходными гидроизолирующими свойствами и должен иметь толщину менее 50 мкм, предпочтительно - менее 20 мкм или даже меньшую. Следующим этапом сборки может быть наслаивание или наклеивание фольги 8 поверх сцинтилляционного слоя 5, либо перед скреплением, либо после скрепления, например, посредством наклеивания этого сцинтилляционного слоя 5 с устройством 3 обнаружения света, таким, как КМОП-матрица для обнаружения. Можно отметить разные типы ОСИД-фольги.
На Фиг.5 показана ОСИД-фольга 8' с излучением сверху. Как указывает это название, свет излучается сверху фольги 8' посредством прозрачного катода, как обозначено стрелкой V. Светоизлучающая вверх поверхность ОСИД-фольги 8' может быть установлена на верхней поверхности сцинтилляционного слоя 5, т.е. в перевернутом состоянии, посредством наслаивания или наклеивания.
Стопа слоев ОСИД-фольги 8' будет пояснена снизу вверх, т.е. в возможном порядке осаждения слоев.
В обычных стопах ОСИД металлическую фольгу обычно используют для достижения двух целей, т.е. службы в качестве подложки для механической стабилизации фольги и службы в качестве электрода для электрического соединения соседних слоев. Однако такая металлическая фольга в типичном случае имеет толщину более 10 мкм, зачастую - более 50 мкм. При расположении перед детекторной поверхностью детектора рентгеновского излучения такая металлическая фольга должна по существу поглощать падающие рентгеновские лучи, тем самым предотвращая достижение ими нижележащего сцинтилляционного слоя 5. Соответственно, предлагается использовать неметаллическую подложку 45, например, такую, как пластмассовая фольга, имеющая толщину от 50 до 150 мкм, чтобы она служила в качестве подложки и механически стабилизировала ОСИД-фольгу 8'. Поверх неметаллической подложки 45 можно осадить барьерный слой 47 толщиной несколько микрометров и слой 43 металла, имеющий толщину, например, от 100 нм до нескольких микрометров и выполненный, например, из алюминия. В альтернативном варианте, тонкая стеклянная подложка, имеющая толщину от 0,1 до 3 мм, может служить для механической стабилизации и может быть покрыта слоем металла, толщина которого находится в микрометрическом диапазоне.
Участки поверхности слоя 43 металла могут быть покрыты изолирующим слоем 41, а поверх него - проводящим слоем 39. Оба слоя 41, 39 могут иметь толщину приблизительно 100 нм.
В областях, соседствующих в поперечном направлении с изолирующим слоем 41, поверх слоя 43 металла может быть осажден слой 37 поли-3,4-этилендиокситиофена (ПЭДОТ (PEDOT)), зачастую используемый с полистиролсульфоновой кислотой (ПССК (PSS)), содержащий, например, органический прозрачный проводник, такой, как оксид индия-олова (ITO). Слой 37 ПЭДОТ может иметь толщину от 30 до 60 нм.
Поверх слоя 37 ПЭДОТ может быть осажден слой 35 светоизлучающего полимера (СИП) или многослойная стопа олигомеров. Слой 35 СИП может иметь толщину приблизительно 80 нм. Проводящие слои 39 и слой 43 металла могут служить в качестве электродов для слоя 35 СИП.
Поверх слоя 35 СИП осажден прозрачный катод 33, находящийся в электрическом контакте с проводящим слоем 39. Прозрачный катод 33 может содержать стопу слоев, включающую в себя слой бария толщиной 5 нм, слой серебра толщиной 15 нм и слой сульфида цинка толщиной 30 нм (5 нм Ba/15 нм Ag/30 нм ZnS).
x
x
5-8
x
Высококачественная тонкопленочная герметизирующая оболочка 31 ограждает нижележащие слои 33, 35, 39, 41, 37. Герметизирующий слой 31 может быть выполнен, например, из (SiN/SiO)/SiN и может иметь суммарную толщину несколько микрометров, например, менее 20 мкм.
При необходимости, можно нанести дополнительное защитное покрытие (не показанное на Фиг.5) толщиной, например, от 3 до 30 мкм. Хотя герметизирующая оболочка может выдерживать регулируемый изгиб до радиуса 20 нм без ухудшения свойств, она может оказаться чувствительной к механическим манипуляциям и может нуждаться в некоторой защите перед наслаиванием фольги 8' на сцинтилляционный слой 5 и во время этого наслаивания. Эту функцию также может (частично) обеспечить клей для наслаивания.
Можно отметить, что на Фиг.5 по причинам ясности изображения не показаны никакие шунтирующие шины или шинопроводы для катода или анода.
В качестве альтернативы ОСИД-фольге 8' с излучением сверху, показанной на Фиг.5, можно использовать ОСИД-фольгу 8” с излучением сверху, как показано на Фиг.6. При этом структура слоев по компоновке может быть более стандартной в том, что касается электродов и герметизирующей оболочки, поскольку эта структура может быть, в основном, такой же, как могла бы быть на стеклянных подложках. Ключевым отличием этой структуры ОСИД по сравнению с обычными структурами ОСИД может быть очень тонкий опорный слой на нижней стороне фольги 8, который может быть скреплен со сцинтилляционным слоем 5 и посредством которого излучается свет, что обозначено стрелкой V.
Стопа слоев слоя 8” ОСИД, показанная на Фиг.6, может содержать сверху вниз:
покрывающую фольгу или покрытие (не показано на чертеже) из полиэтиленнафталата (ПЭН) или полиэтилентерефталата (ПЭТ) толщиной, например, от 25 до 100 мкм;
x
x
5-8
x
тонкопленочный герметизирующий (ТПГ) слой 51, содержащий (SiN/SiO)/SiN и имеющий суммарную толщину несколько микрометров;
алюминиевый катод 53, имеющий толщину приблизительно 100 нм;
слой СИП или стопу 55 низкомолекулярных полимеров толщиной приблизительно 80 нм;
слой ITO и/или слой ПЭДОТ, обозначенный позицией 57 и имеющий толщину приблизительно от 80 до 100 нм;
шунтирующие шины или шинопроводы, имеющие толщину приблизительно 100 нм (не показаны на чертеже);
x
x
5-8
x
барьерный слой 59, содержащий (SiN/SiO)/SiN и имеющий суммарную толщину несколько микрометров;
полиимидную пленку 61, предпочтительно являющуюся прозрачной и имеющую толщину приблизительно 10 мкм;
стеклянную несущую подложку, которая может быть временно, в течение изготовления стопы слоев, предусмотрена, а впоследствии - после завершения стопы слоев может быть удалена, чтобы уменьшить суммарную толщину стопы слоев.
Чтобы подготовить вышеописанную стопу слоев, можно использовать стандартную несущую подложку, которую опять удаляют после изготовления фольги 8”, например, избавляясь от этой подложки посредством лазера ультрафиолетового диапазона (УФ-лазера). Поверх этой подложки можно осадить тонкий слой полиимида, который может действовать и как разделительный слой, и как опорный слой для ОСИД-фольги. Поскольку полиимид может и не быть герметично защищенным от влаги, может понадобиться тонкий барьерный слой, аналогичный герметизирующему слою 31 в примере, показанном на Фиг.5. Остальные процедуры процесса изготовления могут быть стандартными. После герметизации можно наносить дополнительную покрывающую фольгу или покрытие 51, причем к этому герметизирующему слою не предъявляются требования по толщине.
Для изготовления детектора рентгеновского излучения в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения фольгу 8' с излучением сверху, показанную на Фиг.5, или фольгу 8” с излучением снизу, показанную на Фиг.6, можно наслаивать на верхнюю поверхность сцинтилляционного слоя 5.
В качестве альтернативного способа изготовления, поверх сцинтилляционного слоя 5 (или его барьерного покрытия) можно непосредственно осаждать стопу ОСИД целиком. При осуществлении этого способа можно использовать тот факт, что проведение всей обработки с получением ОСИД возможно при температуре, которая ниже, например, 150°C, и это значение может быть значительно меньшим, чем технологическая температура сцинтилляционного слоя 5 и, например, КМОП-матрицы, используемой в качестве устройства 3 обнаружения света. Это может привести к нескольким преимуществам. Например, процесс изготовления можно поддерживать простым и совместимым. Могут не понадобиться отдельное манипулирование фольгой и ее наслаивание. Межслойное расстояние между отражательным слоем 9, интегрированным в ОСИД, и сцинтилляционным слоем 5 можно уменьшить для улучшения рабочих параметров ФПМ. Осаждение стопы ОСИД можно проводить либо перед скреплением, либо после скрепления сцинтилляционного слоя 5 с устройством 3 обнаружения света.
Стопа слоев ОСИД может содержать сверху вниз:
барьерную покрывающую фольгу; она может оказаться привлекательной для герметизации всей стопы ОСИД, предусматривающей сцинтиллятор для дополнительной защиты и/или технические требования к устраняемому барьеру на сцинтилляторе;
слой ОСИД, содержащий контакты и, при необходимости, шунтирующие шины;
барьерный слой;
при необходимости барьерное покрытие сцинтиллятора.
Все эти слои можно осаждать непосредственно на сцинтилляционный слой, который сам может быть скреплен с КМОП-устройством обнаружения света.
Поскольку этот подход предусматривает непосредственное осаждение стопы ОСИД на сцинтилляционный слой, не нужно предусматривать клей или адгезив между сцинтилляционным слоем или его покрытием и стопой ОСИД. Соответственно, габаритную толщину стопы ОСИД можно уменьшить на толщину такого адгезивного слоя, как правило, составляющую от 10 до 25 мкм. Поэтому можно значительно уменьшить расстояние между верхней поверхностью сцинтилляционного слоя 5 и отражательным слоем 9 поверх ОСИД. То же самое справедливо, когда ОСИД не обязательно должен иметь какую-либо подложку, выполненную, например, из стекла или металлической фольги, а кроме того, не обязательно должен иметь опорный слой, выполненный, например, из полиимида.
В качестве дополнительного альтернативного способа изготовления, можно наращивать сцинтилляционный слой 5 непосредственно на поверхность светоизлучающего слоя 7, например, такого, как у стопы ОСИД. Этот подход может зависеть от обеспечиваемой температурной стабильности ОСИДа, которая для 200°C должна составлять приблизительно два часа. Преимущества этого подхода могут быть аналогичными преимуществам, получаемым с помощью вышеуказанного подхода к изготовлению, предусматривающего использование осаждения ОСИД на сцинтилляционном слое. И опять, клей или адгезив между сцинтилляционным слоем (или его покрытием) и стопой ОСИД может и не потребоваться.
В результате такого наращивания сцинтилляционного слоя на стопу ОСИД сцинтилляционная структура может оказаться другой по сравнению с обычными подходами к изготовлению. Как правило, наращивание сцинтилляционного слоя начинается с тонкого, твердого слоя и продолжается наращиванием в форме плотно упакованных вертикальных столбиков. Соответственно, при таком подходе к изготовлению начальный базовый слой обращен к ОСИД, а не к концам столбиков, как обычно бывает в традиционных рентгеновских детекторах.
Следует отметить, что термин «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а признак единственного числа не исключает множество элементов. Следует также отметить, что позиции, приводимые в формуле изобретения, не следует считать ограничивающими объем притязаний формулы изобретения.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 Детектор рентгеновского излучения
3 Устройство обнаружения света
5 Сцинтилляционный слой
7 Отражательный слой
8 ОСИД-фольга
9 Светоизлучающий слой
11 Слой опорной подложки
12 Детекторная поверхность
13 Светочувствительный элемент
14 Герметизирующий слой
15 Субъячейка
17 Отрицательный электрод
19 Положительный электрод
21 Зона излучения света
23 Шунтирующая шина
31 Герметизирующий слой
33 Прозрачный катод
35 Слой СИП
37 Слой ПЭДОТ
39 Проводящий слой
41 Изолирующий слой
43 Слой металла
45 Неметаллическая подложка
47 Барьерный слой
51 Барьерный слой
53 Катод
55 Слой СИП
57 Слой ПЭДОТ
59 Барьерный слой
61 Полиимидная пленка