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DE102012206180B4 - Radiation detector, method for producing a radiation detector and X-ray machine - Google Patents

Radiation detector, method for producing a radiation detector and X-ray machine Download PDF

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DE102012206180B4
DE102012206180B4 DE102012206180.0A DE102012206180A DE102012206180B4 DE 102012206180 B4 DE102012206180 B4 DE 102012206180B4 DE 102012206180 A DE102012206180 A DE 102012206180A DE 102012206180 B4 DE102012206180 B4 DE 102012206180B4
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Abstract

Strahlungsdetektor (10) zur Konversion von Röntgenstrahlung in elektrische Signale, umfassend wenigstens eine erste und eine zweite Elektrode (12a, 12b), zwischen welchen mindestens ein Szintillatorelement zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in Lichtimpulse sowie mindestens ein Photoleiter (20) zum Umwandeln von Lichtimpulsen in elektrische Signale angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (10) wenigstens eine sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12a, 12b) erstreckende Szintillatorschicht (14) umfasst, wobei innerhalb der Szintillatorschicht (14) wenigstens ein sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12a, 12b) erstreckender Hohlraum (18a–c) vorgesehen ist, in welchem wenigstens ein Photoleiter (20) angeordnet ist.Radiation detector (10) for converting X-rays into electrical signals, comprising at least one first and one second electrode (12a, 12b), between which at least one scintillator element for converting X-rays into light pulses and at least one photoconductor (20) for converting light pulses into electrical ones Signals are arranged, characterized in that the radiation detector (10) comprises at least one between the first and the second electrode (12a, 12b) extending scintillator layer (14), wherein within the scintillator layer (14) at least one between the first and the second electrode (12a, 12b) extending cavity (18a-c) is provided, in which at least one photoconductor (20) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor zur Konversion von Röntgenstrahlung in elektrische Signale. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Strahlungsdetektors sowie ein Röntgengerät mit einem solchen Strahlungsdetektor.The invention relates to a radiation detector for the conversion of X-radiation into electrical signals. The invention further relates to a method for producing a radiation detector and to an x-ray device having such a radiation detector.

Ein Strahlungsdetektor ist beispielsweise aus der DE 10 2008 029 782 A1 bekannt und umfasst eine Schicht aus einem organischen Photoleiter, in dem zur Absorption von Röntgenstrahlen nanokristalline Szintillatorpartikel hoher Packungsdichte eingelagert sind. Diese Szintillatorpartikel absorbieren Röntgenquanten und emittieren Photonen des sichtbaren elektromagnetischen Spektrums, die im organischen Photoleiter absorbiert werden und dort Ladungsträger (Elektronen und Löcher) erzeugen. Die Ladungsträger können dann durch Anlegen eines elektrischen Feldes über zwei Elektroden des Strahlungsdetektors als Strom registriert werden.A radiation detector is for example from the DE 10 2008 029 782 A1 and comprises a layer of an organic photoconductor in which nanocrystalline scintillator particles of high packing density are incorporated for the absorption of X-rays. These scintillator particles absorb X-ray quanta and emit photons of the visible electromagnetic spectrum, which are absorbed in the organic photoconductor where they generate charge carriers (electrons and holes). The charge carriers can then be registered as current by applying an electric field via two electrodes of the radiation detector.

Aus der DE 103 13 602 A1 ist eine Vorrichtung zur Messung einer Strahlungsdosis, insbesondere einer Röntgenstrahlungsdosis, zu entnehmen. Die Vorrichtung absorbiert Strahlung und liefert ein ein Maß für die Dosis darstellendes absorptionsbedingtes Ausgangssignal, wobei sie wenigstens eine auf einem folienartigen Träger angeordnete Absorptionsstruktur aus übereinander angeordneten Dünnfilmschichten aufweist. Die Dünnfilmschichten umfassen wenigstens eine das Ausgangssignal liefernde Dünnfilm-Diodenstruktur.From the DE 103 13 602 A1 is a device for measuring a radiation dose, in particular an X-ray dose to take. The device absorbs radiation and provides an absorbance-dependent output signal representative of the dose, having at least one absorption structure of thin-film layers superimposed on a sheet-like support. The thin film layers comprise at least one output signal-providing thin-film diode structure.

Aus der US 2007/0272872 A1 ist ein Röntgendetektor bekannt, der einen oder mehrere nadel- oder säulenförmige Photoleiter aufweist, die in einem Szintillatormaterial vorliegen.From the US 2007/0272872 A1 For example, an X-ray detector is known which comprises one or more needle or columnar photoconductors present in a scintillator material.

Weiterhin sind Strahlungsdetektoren bekannt, die Szintillatorkörper umfassen, welche als Pulverschicht, Einkristall oder polykristalline Keramik ausgebildet sind und auf einer Schicht eines Photodetektors wie beispielsweise einer Photodiode oder einem Photoelektronenvervielfacher (Photomultiplier) optisch gekoppelt angeordnet sind.Furthermore, radiation detectors are known which comprise scintillator bodies, which are formed as a powder layer, monocrystal or polycrystalline ceramic and are optically coupled to a layer of a photodetector such as a photodiode or a photomultiplier (photomultiplier).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Strahlungsdetektor zu schaffen, welcher kostengünstig herstellbar ist und eine besonders hohe Lebensdauer besitzt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Röntgengerät mit einem solchen Strahlungsdetektor bereitzustellen.Object of the present invention is to provide a radiation detector, which is inexpensive to produce and has a particularly long life. Another object of the invention is to provide an X-ray machine with such a radiation detector.

Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch einen Strahlungsdetektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 sowie durch ein Röntgengerät gemäß Patentanspruch 18 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.The objects are achieved by a radiation detector with the features of claim 1, by a method having the features of claim 12 and by an X-ray apparatus according to claim 18. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the respective subclaims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor zur Konversion von Röntgenstrahlung in elektrische Signale, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der Strahlungsdetektor wenigstens eine sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode erstreckende Szintillatorschicht umfasst, wobei innerhalb der Szintillatorschicht wenigstens ein sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode erstreckender Hohlraum vorgesehen ist, in welchem wenigstens ein Photoleiter angeordnet ist. Mit anderen Worten ist es im Unterschied zum Stand der Technik vorgesehen, dass das Szintillatorelement nicht aus nanoskaligen Partikeln besteht, sondern sich als makroskopische Szintillatorschicht zwischen den Elektroden erstreckt, wobei in der Szintillatorschicht ein Hohlraum oder mehrere Hohlräume enthalten sind, die sich ebenfalls zwischen den Elektroden erstrecken. In dem oder den Hohlräumen ist der Photoleiter, das heißt eine photoleitende Verbindung bzw. ein photoleitendes Verbindungsgemisch eingebracht, so dass einerseits die erforderliche Umsetzung der von der Szintillatorschicht generierten Photonen in Ladungsträger direkt, das heißt entstehungsnah, und andererseits der Ladungstransport zu den Elektroden entstehungsnah durch den in dem oder den Hohlräumen angeordneten Photoleiter erfolgen können. Die Geometrie des oder der Hohlräume kann dabei grundsätzlich frei gewählt werden. Beispielsweise kann der Hohlraum kanalförmig oder flächig ausgebildet sein. Im Unterschied zu Strahlungsdetektoren mit nanoskaligen Szintillatorpartikeln besitzt der erfindungsgemäße Strahlungsdetektor keine Begrenzung der Packungsdichte, so dass höhere Schichtdicken mit entsprechend verbesserter Röntgenabsorption ermöglicht sind. Darüber hinaus kann der Ladungstransport senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zu den Elektroden erfolgen, so dass kurze Transportwege und ein entsprechend besseres Zeitverhalten des Strahlungsdetektors gegeben sind. Daher können grundsätzlich auch vergleichsweise kostengünstigere Photoleiter verwendet werden. Weiterhin können unterschiedlichste Szintillatormaterialien verwendet und einfach zur Szintillatorschicht verarbeitet werden, so dass der erfindungsgemäße Strahlungsdetektor besonders schnell und kostengünstig herstellbar ist. Weiterhin besteht im Unterschied zum Stand der Technik nicht die Gefahr, dass nanoskalige Szintillatorpartikel ihre Anordnung zwischen den Elektroden durch Sedimentation oder Koagulation und damit auch die Detektoreigenschaften verändern. Darüber hinaus werden auch grundsätzliche Probleme von Nanopartikeln wie beispielsweise eine aufgrund der großen spezifischen Oberfläche erhöhte chemische Reaktivität sowie eine schlecht steuerbare räumliche Verteilbarkeit mit entsprechenden Ungleichmäßigkeiten der Struktur und Detektoreigenschaften von vornherein vermieden. Die Szintillatorschicht des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors besitzt eine hohe chemische und mechanische Stabilität und damit eine besonders hohe Lebensdauer. Dabei kann die Szintillatorschicht des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors mit geringen Schichtdicken bzw. hohe Packungsdichten bei gleichzeitig hoher struktureller Präzision und gestalterischer Freiheit (Design) hergestellt sein.A first aspect of the invention relates to a radiation detector for converting X-radiation into electrical signals, wherein it is provided according to the invention that the radiation detector comprises at least one scintillator layer extending between the first and second electrodes, at least one between the first and the second inside the scintillator layer second electrode extending cavity is provided, in which at least one photoconductor is arranged. In other words, in contrast to the prior art, it is provided that the scintillator element does not consist of nanoscale particles, but extends as a macroscopic scintillator between the electrodes, wherein in the scintillator one or more cavities are included, which are also between the electrodes extend. In the one or more cavities of the photoconductor, that is, a photoconductive compound or a photoconductive compound mixture is introduced, so that on the one hand, the required implementation of the scintillator layer generated photons in charge carriers directly, ie close to the origin, and on the other hand, the charge transport to the electrodes near the genesis the photoconductors arranged in the cavity or cavities can take place. The geometry of the cavity or cavities can basically be chosen freely. For example, the cavity may be channel-shaped or flat. In contrast to radiation detectors with nanoscale scintillator particles, the radiation detector according to the invention has no limitation of the packing density, so that higher layer thicknesses with correspondingly improved X-ray absorption are made possible. In addition, the charge transport can be perpendicular or at least substantially perpendicular to the electrodes, so that short transport paths and a correspondingly better time response of the radiation detector are given. Therefore, in principle, comparatively less expensive photoconductors can be used. Furthermore, a wide variety of scintillator materials can be used and easily processed to scintillator, so that the radiation detector according to the invention is particularly fast and inexpensive to produce. Furthermore, in contrast to the prior art, there is no risk that nanoscale scintillator particles change their arrangement between the electrodes by sedimentation or coagulation and thus also the detector properties. In addition, fundamental problems of nanoparticles such as an increased due to the large surface specific chemical reactivity and a poorly controlled spatial distributability with appropriate Unevenness of the structure and detector properties avoided from the outset. The scintillator layer of the radiation detector according to the invention has a high chemical and mechanical stability and thus a particularly long service life. In this case, the scintillator layer of the radiation detector according to the invention can be produced with low layer thicknesses or high packing densities with simultaneously high structural precision and creative freedom (design).

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Szintillatorschicht wenigstens zwei voneinander beabstandete Szintillatorkörper umfasst, zwischen welchen jeweils wenigstens ein Photoleiter angeordnet ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Szintillatorschicht zwei oder mehr Szintillatorkörper umfasst, zwischen welchen jeweils ein sich der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode erstreckender Hohlraum angeordnet ist, wobei der Hohlraum mit dem Photoleiter, das heißt mit der photoleitenden Verbindung bzw. dem photoleitenden Verbindungsgemisch, gefüllt ist. Hierdurch kann der erfindungsgemäße Strahlungsdetektor besonders variabel ausgebildet werden, da die Anzahl der Szintillatorkörper und Photoleiter-Schichten optimal an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst werden kann. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass der Strahlungsdetektor n Szintillatorkörper und n – 1 Photoleiter-Schichten umfasst, wobei n ≥ 2 ist.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the scintillator layer comprises at least two scintillator bodies spaced apart from one another, between which at least one photoconductor is arranged in each case. In other words, it is provided that the scintillator layer comprises two or more scintillator bodies, between each of which one of the extending between the first and the second electrode cavity is arranged, wherein the cavity with the photoconductor, that is with the photoconductive compound or photoconductive compound mixture is filled. As a result, the radiation detector according to the invention can be designed to be particularly variable, since the number of Szintillatorkörper and photoconductor layers can be optimally adapted to the particular application. In principle, it may be provided that the radiation detector comprises n scintillator bodies and n-1 photoconductor layers, where n ≥ 2.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die wenigstens zwei Szintillatorkörper und der wenigstens eine Photoleiter lamellenartig zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet sind. Unter einer lamellenartigen Anordnung ist dabei eine Anordnung zu verstehen, bei welcher die Szintillatorkörper und der oder die Photoleiter-Schichten zumindest im Wesentlichen scheiben- bzw. quaderförmige Geometrien aufweisen und zu mehreren mit ihren Flächen zumindest annähernd parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Kanten und Deckflächen der einzelnen Scheiben oder Quader jeweils mit den Elektroden in Verbindung stehen. Derartige Lamellenstrukturen verfügen über eine am Materialaufwand gemessen sehr große Oberfläche sowie über eine besonders hohe mechanische Stabilität.Further advantages result if the at least two scintillator bodies and the at least one photoconductor are arranged in the manner of a lamella between the first and the second electrode. In this case, a lamellar arrangement means an arrangement in which the scintillator body and the photoconductor layer (s) have at least substantially disc-shaped or cuboid geometries and are arranged at least approximately parallel to one another with their surfaces, the edges and cover surfaces the individual discs or cuboid are each in communication with the electrodes. Such lamellar structures have a very large surface measured on the cost of materials and a particularly high mechanical stability.

Eine weitere Verbesserung der mechanischen Stabilität wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, dass benachbarte Szintillatorkörper aneinander abgestützt sind.A further improvement of the mechanical stability is achieved in a further embodiment of the invention in that adjacent scintillator bodies are supported on each other.

Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, wenn benachbarte Szintillatorkörper mittels mehrerer Materialbrücken aneinander abgestützt sind, wobei die Materialbrücken vorzugsweise einen Abstand zwischen 5 μm und 15 μm voneinander aufweisen. Die Materialbrücken können dabei grundsätzlich aus dem gleichen Material wie die Szintillatorkörper oder aus einem abweichenden Material bestehen. Die Verwendung von Materialbrücken bietet den Vorteil, dass einerseits der oder die Hohlräume für den Photoleiter zwischen benachbarten Szintillatorkörper zumindest überwiegend erhalten bleiben und andererseits die mechanische Stabilität gesteigert werden kann. Unter einem Abstand zwischen 5 μm und 15 μm sind dabei insbesondere Abstände von 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 11 μm, 12 μm, 13 μm, 14 μm und 15 μm sowie entsprechende Zwischenwerte zu verstehen.It has been shown in a further embodiment to be advantageous if adjacent Szintillatorkörper be supported by means of a plurality of material bridges to each other, wherein the material bridges preferably have a distance between 5 microns and 15 microns from each other. The material bridges can basically consist of the same material as the scintillator body or of a different material. The use of material bridges offers the advantage that, on the one hand, the cavity or cavities for the photoconductor between adjacent scintillator bodies are at least predominantly retained and, on the other hand, the mechanical stability can be increased. Distances of 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 11 μm, 12 μm, 13 μm, 14 μm and 15 μm as well as corresponding intermediate values are particularly suitable at a distance between 5 μm and 15 μm understand.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Szintillatorschicht einen Einkristall und/oder ein dotiertes und/oder undotiertes keramisches Material umfasst. Geeignete keramische Materialien umfassen beispielsweise (Y. Gd)2O3, Y3Al5O12 und Lu2SiO5, wobei diese Verbindungen mit Lanthanoiden wie beispielsweise Europium, Praseodym, Cer dotiert sein können. Denkbar sind auch keramische Materialien aus Lu-Tb-Al-O-Ce-Systemen, Y-Gd-Eu-O-Pr-Systemen, Lu-Tb-Al-O:Ce Verbindungen, Y2O3-Gd2O3-Eu2O3-Mischungen, Gd2O3-Ga2O3:Cr, Gd2O2S:Pr/Ce, (LuxTby)3Al5O12:Ce, CsI:Tl, CsI:Na und CdWO4. Hierdurch können die Eigenschaften des Szintillatorkörpers insbesondere im Hinblick auf sein Absorptions- und Emissionsverhalten optimal an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the scintillator layer comprises a single crystal and / or a doped and / or undoped ceramic material. Suitable ceramic materials include, for example, (Y. Gd) 2 O 3 , Y 3 Al 5 O 12 and Lu 2 SiO 5 , which compounds may be doped with lanthanides such as europium, praseodymium, cerium. Also conceivable are ceramic materials of Lu-Tb-Al-O-Ce systems, Y-Gd-Eu-O-Pr systems, Lu-Tb-Al-O: Ce compounds, Y 2 O 3 -Gd 2 O 3 -Eu 2 O 3 mixtures, Gd 2 O 3 -Ga 2 O 3 : Cr, Gd 2 O 2 S: Pr / Ce, (Lu x Tb y ) 3 Al 5 O 12 : Ce, CsI: Tl, CsI: Na and CdWO 4 . As a result, the properties of the scintillator body can be optimally adapted to the respective intended use, in particular with regard to its absorption and emission behavior.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Photoleiter eine anorganische und/oder organische Elektronenakzeptor-Verbindung und/oder eine anorganische und/oder organische Elektronendonator-Verbindung umfasst. Dies stellt eine einfache Möglichkeit dar, um die Absorptions- und Emissionseigenschaften des Photoleiters optimal an den jeweiligen Einsatzzweck des Strahlungsdetektors und an die Eigenschaften des Szintillatorkörpers sowie an das Material der Elektroden anzupassen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Photoleiter anorganische Verbindungen wie etwa amorphes Selen, Cadmiumtellurid (CdTe), Cadmium-Zink-Tellurid (CdZnTe) und/oder Wismuttrijodid (BiI3) umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Photoleiter ein elektrisch leitfähiges Polymer umfasst, wobei das oder die elektrisch leitfähigen Polymere zusätzlich auch p-dotiert und/oder n-dotiert sein können.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the photoconductor comprises an inorganic and / or organic electron acceptor compound and / or an inorganic and / or organic electron donor compound. This is a simple way to optimally adapt the absorption and emission properties of the photoconductor to the particular intended use of the radiation detector and to the properties of the scintillator body as well as to the material of the electrodes. For example, it may be provided that the photoconductor comprises inorganic compounds such as amorphous selenium, cadmium telluride (CdTe), cadmium zinc telluride (CdZnTe) and / or bismuth triiodide (BiI 3 ). Alternatively or additionally, it may be provided that the photoconductor comprises an electrically conductive polymer, wherein the one or more electrically conductive polymers may additionally also be p-doped and / or n-doped.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Photoleiter ausgewählt ist aus einer Gruppe, die substituierte und/oder unsubstituierte Fullerene, Polyacetylene, Poly(paraphenylene), Polyphenylenvinylene, Polythiophene, Polyethylendioxythiophene, Polyaniline, Polysulfonsäuren, Polysilane, Polycarbazole und/oder Polypyrrole umfasst. Die genannten Gruppenmitglieder können zusätzlich p-dotiert und/oder n-dotiert sein. Beispielhafte Verbindungen für die genannten Gruppenmitglieder sind [6,6]-Phenyl-C61-buttersäuremethylester (PCBM), bei welchem es sich um einen n-Typ Halbleiter bzw. ein Eletronenakzeptormaterial handelt, Poly(3-hexylthiophen) (P3HT), bei welchem es sich um einen p-Typ Halbleiter handelt, Poly-3,4-Ethylendioxythiophen (PEDOT), Polystyrolsulfonat (PSS), Poly(1,4-phenylen) (PPP), Poly(p-phenylenvinylen) (PPV), Poly(2-(2-ethylhexyloxy)-5-methoxy-p-phenylenvinylen) (MEH-PPV), das Cyano-Derivat hiervon (CN-PPV), Polythiophen (PT), Polypyrrol (PPy), Polyanilin (PANI) oder Polyacetylene, die grundsätzlich eine trans-transoide und/oder eine cis-transoide bzw. trans-cisoide Konfiguration aufweisen können.Furthermore, it has proved to be advantageous if the photoconductor is selected from a group comprising substituted and / or unsubstituted fullerenes, polyacetylenes, poly (paraphenylenes), polyphenylenevinylenes, polythiophenes, polyethylenedioxythiophenes, polyanilines, polysulfonic acids, polysilanes, polycarbazoles and / or polypyrroles , The group members mentioned may additionally be p-doped and / or n-doped. Exemplary compounds for said group members are [6,6] -phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), which is an n-type semiconductor or an electron acceptor material, poly (3-hexylthiophene) (P3HT), in which it is a p-type semiconductor, poly-3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT), polystyrene sulfonate (PSS), poly (1,4-phenylene) (PPP), poly (p-phenylene vinylene) (PPV), poly ( 2- (2-ethylhexyloxy) -5-methoxy-p-phenylenevinylene) (MEH-PPV), the cyano derivative thereof (CN-PPV), polythiophene (PT), polypyrrole (PPy), polyaniline (PANI) or polyacetylenes, which can in principle have a trans-transoid and / or a cis-transoid or trans-cisoid configuration.

Durch Auswahl einer oder mehrerer Verbindungen aus den genannten Gruppen können wichtige Eigenschaften des Photoleiters wie beispielsweise seine Löslichkeit, sein Absorptionsverhalten, seine Emissionswellenlängen sowie seine thermische und chemische Stabilität optimal eingestellt werden. Beispielsweise kann ein Polymerblend aus PEDOT und/oder P3HF, welche als Absorber bzw. Lochtransportkomponenten fungieren, mit PCBM als Elektronenakzeptor als sogenannte „bulkheterojunction” fungieren, das heißt, dass sich die Ladungsträger an den Grenzflächen der einzelnen Materialien trennen. Unter einem Polymerblend wird dabei eine makroskopisch homogene Mischung von zwei oder mehr Polymerarten verstanden, welcher beispielsweise durch mechanische Vermischung von geschmolzenen Polymeren hergestellt werden kann, wobei sich ein homogenes Material ergibt. Beim Abkühlen der Schmelze bleiben die einzelnen Polymerketten fein verteilt und sorgen dafür, dass sich das Eigenschaftsprofil des Polymerblends aus den Eigenschaften der verwendeten Polymere zusammensetzt.By selecting one or more compounds from the groups mentioned, important properties of the photoconductor such as, for example, its solubility, its absorption behavior, its emission wavelengths and its thermal and chemical stability can be optimally adjusted. For example, a polymer blend of PEDOT and / or P3HF, which act as absorbers or hole transport components, with PCBM as an electron acceptor function as a so-called "bulk heterojunction", that is to say that the charge carriers separate at the interfaces of the individual materials. A polymer blend is understood to mean a macroscopically homogeneous mixture of two or more types of polymer, which can be prepared, for example, by mechanical mixing of molten polymers, resulting in a homogeneous material. Upon cooling of the melt, the individual polymer chains remain finely divided and ensure that the property profile of the polymer blend is composed of the properties of the polymers used.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Elektrode und die zweite Elektrode aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen. Hierdurch kann insbesondere die Aus- bzw. Eintrittsarbeit der Elektroden optimal an das Material des Szintillatorkörpers und/oder des Photoleiters angepasst werden. Geeignete Materialien für die Elektroden sind beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO), Calcium oder Silber.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the first electrode and the second electrode consist of the same or different materials. In this way, in particular the discharge or entry work of the electrodes can be optimally adapted to the material of the scintillator body and / or of the photoconductor. Suitable materials for the electrodes are, for example, indium tin oxide (ITO), calcium or silver.

Weitere Vorteile ergeben sich, indem ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode zwischen 80 μm und 2500 μm, insbesondere zwischen 100 μm und 2000 μm beträgt. Unter einem Abstand zwischen 80 μm und 2500 μm sind dabei insbesondere Abstände von 80 µm, 90 µm, 110 µm, 130 μm, 150 μm, 170 μm, 190 μm, 210 μm, 230 μm, 250 μm, 270 μm, 290 μm, 310 μm, 330 μm, 350 μm, 370 μm, 390 μm, 410 μm, 430 μm, 450 μm, 470 μm, 490 μm, 510 μm, 530 μm, 550 μm, 570 μm, 590 μm, 610 μm, 630 μm, 650 μm, 670 μm, 690 μm, 710 μm, 730 μm, 750 μm, 770 μm, 790 μm, 810 μm, 830 μm, 850 μm, 870 μm, 890 μm, 910 μm, 930 μm, 950 μm, 970 μm, 990 μm, 1010 μm, 1030 μm, 1050 μm, 1070 μm, 1090 μm, 1110 μm, 1130 μm, 1150 μm, 1170 μm, 1190 μm, 1210 μm, 1230 μm, 1250 μm, 1270 μm, 1290 μm, 1310 μm, 1330 μm, 1350 μm, 1370 μm, 1390 μm, 1410 μm, 1430 μm, 1450 μm, 1470 μm, 1490 μm, 1510 μm, 1530 μm, 1550 μm, 1570 μm, 1590 μm, 1610 μm, 1630 μm, 1650 μm, 1670 μm, 1690 μm, 1710 μm, 1730 μm, 1750 μm, 1770 μm, 1790 μm, 1810 μm, 1830 μm, 1850 μm, 1870 μm, 1890 μm, 1910 μm, 1930 μm, 1950 μm, 1970 μm, 1990 μm, 2010 μm, 2030 μm, 2050 μm, 2070 μm, 2090 μm, 2110 μm, 2130 μm, 2150 μm, 2170 μm, 2190 μm, 2210 μm, 2230 μm, 2250 μm, 2270 μm, 2290 μm, 2310 μm, 2330 μm, 2350 μm, 2370 μm, 2390 μm, 2410 μm, 2430 μm, 2450 μm, 2470 μm, 2490 μm und 2500 μm sowie entsprechende Zwischenwerte wie beispielsweise 100 μm, 101 μm, 102 μm, 103 μm, 104 μm, 105 μm, 106 μm, 107 μm, 108 μm, 109 μm, 110 μm, 111 μm, 112 μm, 113 μm, 114 μm, 115 μm, 116 μm, 117 μm, 118 μm, 119 μm, 120 μm usw. zu verstehen. Hierdurch können insbesondere die Empfindlichkeit, Absorptionscharakteristik und mechanische Stabilität des Strahlungsdetektors optimal eingestellt werden. Eine besonders hohe Empfindlichkeit des Strahlungsdetektors wird alternativ oder zusätzlich dadurch erzielt, dass der wenigstens eine Photoleiter in Erstreckungsrichtung der Elektroden betrachtet eine Breite zwischen 2 μm und 25 μm, insbesondere zwischen 5 μm und 20 μm aufweist. Unter einer Breite zwischen 2 μm und 25 μm sind Breiten von 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 11 μm, 12 μm, 13 μm, 14 μm, 15 μm, 16 μm, 17 μm, 18 μm, 19 μm, 20 μm, 21 μm, 22 μm, 23 μm, 24 μm und 25 μm sowie entsprechende Zwischenwerte zu verstehen.Further advantages result in that a distance between the first and the second electrode is between 80 μm and 2500 μm, in particular between 100 μm and 2000 μm. Distances between 80 μm and 90 μm, in particular distances of 80 μm, 90 μm, 110 μm, 130 μm, 150 μm, 170 μm, 190 μm, 210 μm, 230 μm, 250 μm, 270 μm, 290 μm, 310, 330, 350, 370, 390, 410, 430, 450, 470, 490, 510, 530, 550, 570, 590, 610, 630 , 650, 670, 690, 710, 730, 750, 770, 790, 810, 830, 850, 870, 890, 910, 930, 950, 970 μm, 990 μm, 1010 μm, 1030 μm, 1050 μm, 1070 μm, 1090 μm, 1110 μm, 1130 μm, 1150 μm, 1170 μm, 1190 μm, 1210 μm, 1230 μm, 1250 μm, 1270 μm, 1290 μm, 1310 μm, 1330 μm, 1350 μm, 1370 μm, 1390 μm, 1410 μm, 1430 μm, 1450 μm, 1470 μm, 1490 μm, 1510 μm, 1530 μm, 1550 μm, 1570 μm, 1590 μm, 1610 μm, 1630 μm , 1650, 1670, 1690, 1710, 1730, 1750, 1770, 1790, 1810, 1830, 1850, 1870, 1890, 1910, 1930, 1950, and 1970, respectively μm, 19 90 μm, 2010 μm, 2030 μm, 2050 μm, 2070 μm, 2090 μm, 2110 μm, 2130 μm, 2150 μm, 2170 μm, 2190 μm, 2210 μm, 2230 μm, 2250 μm, 2270 μm, 2290 μm, 2310 μm , 2330 μm, 2350 μm, 2370 μm, 2390 μm, 2410 μm, 2430 μm, 2450 μm, 2470 μm, 2490 μm and 2500 μm as well as corresponding intermediate values such as 100 μm, 101 μm, 102 μm, 103 μm, 104 μm, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, and so on understand. As a result, in particular the sensitivity, absorption characteristics and mechanical stability of the radiation detector can be optimally adjusted. A particularly high sensitivity of the radiation detector is alternatively or additionally achieved in that the at least one photoconductor considered in the direction of extension of the electrodes has a width between 2 microns and 25 microns, in particular between 5 microns and 20 microns. Widths between 2 μm and 25 μm are widths of 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 11 μm, 12 μm, 13 μm, 14 μm , 15 μm, 16 μm, 17 μm, 18 μm, 19 μm, 20 μm, 21 μm, 22 μm, 23 μm, 24 μm and 25 μm as well as corresponding intermediate values.

Eine weitere Optimierung des Absorptionsverhaltens und der mechanischen Stabilität wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielt, dass die Szintillatorkörper in Erstreckungsrichtung der Elektroden betrachtet eine Breite zwischen 80 μm und 250 μm, insbesondere zwischen 100 μm und 200 μm aufweisen. Unter einer Breite zwischen 80 μm und 250 μm sind dabei Breiten von 80 μm, 90 μm, 100 μm, 110 μm, 120 μm, 130 μm, 140 μm, 150 μm, 160 μm, 170 μm, 180 μm, 190 μm, 200 μm, 210 μm, 220 μm, 230 μm, 240 μm und 250 μm sowie entsprechende Zwischenwerte wie beispielsweise 100 μm, 101 μm, 102 μm, 103 μm, 104 μm, 105 μm, 106 μm, 107 μm, 108 μm, 109 μm, 110 μm usw. zu verstehen.A further optimization of the absorption behavior and the mechanical stability is achieved in a further embodiment of the invention in that the Szintillatorkörper viewed in the direction of extension of the electrodes have a width between 80 .mu.m and 250 .mu.m, in particular between 100 .mu.m and 200 .mu.m. Below a width of between 80 μm and 250 μm are widths of 80 μm, 90 μm, 100 μm, 110 μm, 120 μm, 130 μm, 140 μm, 150 μm, 160 μm, 170 μm, 180 μm, 190 μm, 200 μm, 210 μm, 220 μm, 230 μm, 240 μm and 250 μm and corresponding intermediate values such as 100 μm, 101 μm, 102 μm, 103 μm, 104 μm, 105 μm, 106 μm, 107 μm, 108 μm, 109 μm , 110 microns, etc. to understand.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Strahlungsdetektors zur Konversion von Röntgenstrahlung in elektrische Signale, bei welchem mindestens ein Szintillatorelement zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in Lichtimpulse sowie mindestens ein Photoleiter zum Umwandeln von Lichtimpulsen in elektrische Signale zwischen wenigstens einer ersten und einer zweiten Elektrode angeordnet werden. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen der ersten und der zweiten Elektrode wenigstens eine sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode erstreckende Szintillatorschicht angeordnet wird, wobei innerhalb der Szintillatorschicht wenigstens ein sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode erstreckender Hohlraum vorgesehen wird, in welchem wenigstens ein Photoleiter angeordnet wird. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind den vorhergehenden Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.A second aspect of the invention relates to a method for producing a radiation detector for converting X-radiation into electrical signals, in which at least one scintillator element for converting X-radiation into light pulses and at least one photoconductor for converting light pulses into electrical signals be arranged between at least a first and a second electrode. In this case, it is provided according to the invention that at least one scintillator layer extending between the first and the second electrode is arranged between the first and the second electrode, wherein at least one cavity extending between the first and the second electrode is provided within the scintillator layer, in which at least a photoconductor is arranged. The resulting advantages are to be taken from the preceding descriptions of the first aspect of the invention, wherein advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Herstellen der Szintillatorschicht wenigstens zwei grüne Szintillatorkörper aus einem keramischen Material hergestellt, gestapelt, laminiert und zur Szintillatorschicht gesintert werden. Dies ermöglicht eine besonders einfache und variable Herstellung des Strahlungsdetektors. In Abhängigkeit der gewünschten Ausgestaltung und Dimensionierung der Szintillatorschicht können dabei auch 3, 4, 5, 6 oder mehr grüne, d. h. ungesinterte Szintillatorkörper verwendet werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass Szintillatorkörper aus unterschiedlichen Materialien verwendet werden. Hierdurch kann das Absorptionsverfahren des Strahlungsdetektors besonders einfach und präzise eingestellt werden.In an advantageous embodiment of the invention, at least two green scintillator bodies made of a ceramic material are produced, stacked, laminated and sintered to form a scintillator layer for producing the scintillator layer. This allows a particularly simple and variable production of the radiation detector. Depending on the desired configuration and dimensioning of the scintillator layer can also be 3, 4, 5, 6 or more green, d. H. unsintered scintillator body can be used. Furthermore, it can be provided that scintillator bodies made of different materials are used. As a result, the absorption process of the radiation detector can be set particularly easily and precisely.

Durch die Verwendung eines keramischen Folienverfahrens, insbesondere Foliengießen, kann die Geometrie der einzelnen Szintillatorkörper besonders einfach eingestellt werden. Darüber hinaus ist hierdurch eine einfache Möglichkeit gegeben, durch das Stapeln unterschiedlicher Grünfolien auch einzelne Szintillatorkörper mit besonders spezifischen Eigenschaften herzustellen.By using a ceramic film process, in particular film casting, the geometry of the individual Szintillatorkörper can be easily adjusted. In addition, this provides an easy way to produce by stacking different green sheets and individual Szintillatorkörper with particularly specific properties.

Eine weitere Verbesserung der mechanischen Stabilität der Szintillatorschicht wird in weiterer Ausgestaltung dadurch erreicht, dass wenigstens einer der grünen Szintillatorkörper vor dem Stapeln mit wenigstens einer Erhebung und/oder Vertiefung versehen wird. Auf diese Weise können besonders einfach Hohlräume und/oder Materialbrücken zwischen benachbarten Szintillatorkörpern bzw. in der gesinterten Szintillatorschicht ausgebildet werden.A further improvement in the mechanical stability of the scintillator layer is achieved in a further embodiment in that at least one of the green scintillator bodies is provided with at least one elevation and / or depression prior to stacking. In this way, it is particularly easy to form cavities and / or material bridges between adjacent scintillator bodies or in the sintered scintillator layer.

Besonders schnell und einfach lassen sich mehrere Erhebungen und/oder Vertiefungen gleichzeitig herstellen, indem der grüne Szintillatorkörper mit einem Punktraster bedruckt wird.It is particularly quick and easy to produce several elevations and / or depressions at the same time by printing the green scintillator body with a dot matrix.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Photoleiter in fließfähigem Zustand in den wenigstens einen Hohlraum der Szintillatorschicht eingebracht und im Hohlraum verfestigt wird. Dies stellt eine besonders schnelle, einfache und kostengünstige Möglichkeit dar, um den Photoleiter in dem oder den Hohlräumen der Szintillatorschicht anzuordnen. In Abhängigkeit der konkreten Ausgestaltung des Photoleiters kann dieser geschmolzen und/oder mit einem Lösungsmittel versetzt werden, um ihn in den fließfähigen Zustand zu überführen. Nach dem Abkühlen und/oder Entweichen des Lösungsmittels verbleibt der Photoleiter dann in dem oder den Hohlräumen der Szintillatorschicht. Bei der Verwendung von organischen Polymeren als Photoleiter besteht in weiterer Ausgestaltung der Erfindung darüber hinaus die grundsätzliche Möglichkeit, die entsprechenden Monomere bzw. Edukte der betreffenden Polymere in den oder die Hohlräume einzubringen und im betreffenden Hohlraum auszupolymerisieren, um den Photoleiter direkt innerhalb des Hohlraums herzustellen.In a further embodiment of the invention, it has proven to be advantageous if the photoconductor is introduced in a flowable state in the at least one cavity of the scintillator and solidified in the cavity. This provides a particularly fast, easy and inexpensive way to place the photoconductor in the cavity (s) of the scintillator layer. Depending on the specific configuration of the photoconductor, it can be melted and / or mixed with a solvent in order to convert it into the flowable state. After cooling and / or the solvent has escaped, the photoconductor then remains in the cavity (s) of the scintillator layer. In the case of the use of organic polymers as photoconductors, in a further embodiment of the invention, moreover, there is the fundamental possibility of introducing the corresponding monomers or educts of the relevant polymers into the cavity (s) and polymerizing it out in the respective cavity in order to produce the photoconductor directly within the cavity.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Röntgengerät, welches zur Konversion von Röntgenstrahlung in elektrische Signale einen Strahlungsdetektor gemäß dem ersten Erfindungsaspekt und/oder einen mittels eines Verfahrens nach dem zweiten Erfindungsaspekt erhältlichen bzw. erhaltenen Strahlungsdetektor umfasst. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Ausführungen zum erfindungsgemäßen Strahlungsdetektor sowie zum erfindungsgemäßen Verfahren zu entnehmen und gelten entsprechend für das Röntgengerät. Das Röntgengerät kann beispielsweise zur medizinischen Röntgenbildgebung oder zur Röntgenkontrolle an Flughäfen, Gebäuden und dergleichen ausgebildet sein. Es ist jedoch zu betonen, dass das Röntgengerät hinsichtlich seiner Ausgestaltung nicht auf die genannten Anwendungen beschränkt ist.A third aspect of the invention relates to an X-ray apparatus which, for the conversion of X-radiation into electrical signals, comprises a radiation detector according to the first aspect of the invention and / or a radiation detector obtainable or obtained by means of a method according to the second aspect of the invention. The resulting features and their advantages are shown in the comments on the radiation detector according to the invention and the method according to the invention and apply correspondingly for the X-ray machine. The X-ray device can be designed, for example, for medical X-ray imaging or X-ray control at airports, buildings and the like. However, it should be emphasized that the X-ray apparatus is not limited in terms of its design to the applications mentioned.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, dem Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in dem Ausführungsbeispiel genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigt:Further features of the invention will become apparent from the claims, the embodiment and the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the exemplary embodiment can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations without departing from the scope of the invention. Showing:

1 eine schematische seitliche Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors; und 1 a schematic sectional side view of a radiation detector according to the invention; and

2 eine schematische Schnittansicht des Strahlungsdetektors entlang der in 1 gezeigten Schnittebene II-II. 2 a schematic sectional view of the radiation detector along in 1 shown section plane II-II.

1 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors 10 zur Konversion von Röntgenstrahlung in elektrische Signale und wird im Folgenden in Zusammenschau mit 2 erläutert werden, wobei 2 eine schematische Schnittansicht des Strahlungsdetektors 10 entlang der Schnittebene II-II zeigt. Der Strahlungsdetektor 10 umfasst eine erste und eine zweite Elektrode 12a, 12b, zwischen welchen eine sich zwischen den Elektroden 12a, 12b erstreckende Szintillatorschicht 14 zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in Lichtimpulse angeordnet ist. Der mit den Pfeilen Ia gekennzeichnete Abstand zwischen den Elektroden 12a, 12b und damit die Dicke der Szintillatorschicht 14 beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen 100 μm und 2000 μm. 1 shows a schematic sectional side view of an inventive radiation detector 10 for the conversion of X-radiation into electrical signals and is described below in conjunction with 2 be explained, wherein 2 a schematic sectional view of the radiation detector 10 along the section plane II-II shows. The radiation detector 10 includes a first and a second electrode 12a . 12b , between which one is between the electrodes 12a . 12b extending scintillator layer 14 for the conversion of X-radiation into light pulses is arranged. The distance between the electrodes indicated by the arrows Ia 12a . 12b and thus the thickness of the scintillator layer 14 is in the illustrated embodiment between 100 microns and 2000 microns.

Die Szintillatorschicht 14 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel exemplarisch vier Szintillatorkörper 16a–d, welche unter Ausbildung entsprechender Hohlräume 18a–c voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Szintillatorkörper 16a–d weisen in Erstreckungsrichtung der Elektroden 12a, 12b betrachtet eine mit den Pfeilen Ib gekennzeichnete Breite zwischen 100 μm und 200 μm auf. Die Szintillatorkörper 16a–d bestehen im gezeigten Ausführungsbeispiel exemplarisch aus einem dotierten keramischen Material, wobei beispielsweise (Y, Gd)2O3:Eu, Y3Al5O12:Ce oder Lu2SiO5:Ce verwendet werden können.The scintillator layer 14 In the exemplary embodiment shown, four scintillator bodies are exemplified 16a -D, which under formation of appropriate cavities 18a C are spaced from each other. The scintillator body 16a -D point in the extension direction of the electrodes 12a . 12b considers a width indicated by the arrows Ib between 100 μm and 200 μm. The scintillator body 16a In the embodiment shown, in the exemplary embodiment shown, they consist of a doped ceramic material, wherein, for example, (Y, Gd) 2 O 3 : Eu, Y 3 Al 5 O 12 : Ce or Lu 2 SiO 5 : Ce can be used.

Die Hohlräume 18a–c, die sich senkrecht zur Szintillatorschicht 14 zwischen der ersten und zweiten Elektrode 12a, 12b erstrecken, sind vollständig mit einem organischen Photoleiter 20 gefüllt, so dass die erforderliche Umsetzung der von der Szintillatorschicht 14 generierten Photonen in Ladungsträger direkt (entstehungsnah) erfolgen kann und auch der Ladungstransport zu den Elektroden 12a, 12b durch die gesamte Dicke der Szintillatorschicht 14 erfolgen kann. Die Hohlräume 18a–c und damit auch die Schichten des Photoleiters 20 weisen im gezeigten Ausführungsbeispiel in Erstreckungsrichtung der Elektroden 12a, 12b betrachtet eine Breite zwischen 5 μm und 20 μm auf. Diese Breite ist mit den Pfeilen Ic gekennzeichnet.The cavities 18a -C, which is perpendicular to the scintillator layer 14 between the first and second electrodes 12a . 12b are complete with an organic photoconductor 20 filled so that the required conversion of the scintillator layer 14 generated photons can be carried in charge carriers directly (close to the origin) and also the charge transport to the electrodes 12a . 12b through the entire thickness of the scintillator layer 14 can be done. The cavities 18a -C and thus also the layers of the photoconductor 20 in the embodiment shown in the direction of extension of the electrodes 12a . 12b considers a width between 5 μm and 20 μm. This width is indicated by the arrows Ic.

Man erkennt weiterhin, dass die Szintillatorkörper 16a–d im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sind und dass die bezüglich der Erstreckungsrichtung der Elektroden 12a, 12b laterale, abwechselnde Anordnung von Szintillatorkörpern 16a–d und Photoleitern 20 einem lamellaren Aufbau entspricht.It can also be seen that the scintillator body 16a Are formed substantially cuboid and that with respect to the direction of extension of the electrodes 12a . 12b lateral, alternating arrangement of scintillator bodies 16a -D and photoconductors 20 corresponds to a lamellar structure.

Zum Einbringen des Photoleiters 20 in die Hohlräume 18a–c kann der Photoleiter 20 beispielsweise in einem Lösungsmittel gelöst und in die Hohlräume 18a–c eingefüllt werden. Als Photoleiter 20 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel ein p/n-Polymerblend aus dem p-Typ-Halbleiter Poly(3-hexylthiophen) (P3HT) mit der Strukturformel

Figure DE102012206180B4_0002
und dem n-Typ-Halbleiter [6,6]-Phenyl-C61-buttersäuremethylester (PCBM) mit der Strukturformel
Figure DE102012206180B4_0003
verwendet.For introducing the photoconductor 20 in the cavities 18a -C can be the photoconductor 20 for example, dissolved in a solvent and in the cavities 18a -C are filled. As a photoconductor 20 In the embodiment shown, a p / n polymer blend of the p-type semiconductor poly (3-hexylthiophene) (P3HT) with the structural formula
Figure DE102012206180B4_0002
and the n-type semiconductor [6,6] -phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) having the structural formula
Figure DE102012206180B4_0003
used.

Die Szintillatorkörper 16a–d können beispielsweise durch ein keramisches Folienverfahren hergestellt werden, bei welchem eine oder mehrere ungesinterte („grüne”) Keramikfolien (nicht gezeigt) zu einem so genannten Grünkörper gestapelt werden. Die zum Formen des Grünkörpers verwendeten Keramikfolien können beispielsweise durch Foliengießen einer keramischen Grünfolie auf einem Träger hergestellt werden. Hierbei wird der Träger anschließend von der keramischen Grünfolie abgezogen, wodurch eine ungesinterte Keramikfolie erhalten wird. Durch Variierung der Anzahl und Dicke der verwendeten Keramikfolien kann die resultierende Dicke der einzelnen Szintillatorkörper 16a–d und damit auch der Abstand zwischen den Elektroden 12a, 12b besonders einfach und präzise eingestellt werden. Wie bereits erwähnt besitzen die gezeigten Szintillatorkörper 16a–d dabei eine Dicke zwischen etwa 100 μm und etwa 2000 μm. Es ist jedoch zu betonen, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung derartig hergestellter Szintillatorkörper 16a–d beschränkt ist, so dass auch anderweitig hergestellte Szintillatorkörper 16a–d aus nicht-keramischen Materialien zur Herstellung der Szintillatorschicht 14 verwendet werden können. Der durch das Stapeln der Keramikfolien erhaltene Grünkörper wird dann bei für das jeweilige Material geeigneten Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen zwischen 800°C und 1000°C für so genannte Niedertemperatur-Einbrand-Keramikmaterialien (Low Temperature Cofired Ceramics; LTCC) oder bei Temperaturen zwischen etwa 1500°C und etwa 1800°C für so genannte Hochtemperatur-Einbrand-Keramikmaterialien (High Temperature Cofired Ceramics; HTCC), gesintert.The scintillator body 16a For example, it can be made by a ceramic film process in which one or more unsintered ("green") ceramic films (not shown) are stacked into a so-called green body. The ceramic films used to form the green body can be produced, for example, by film casting a ceramic green sheet on a support. In this case, the carrier is subsequently removed from the ceramic green sheet, whereby an unsintered ceramic film is obtained. By varying the number and thickness of the ceramic sheets used, the resulting thickness of the individual scintillator bodies 16a And thus also the distance between the electrodes 12a . 12b be adjusted very easily and precisely. As already mentioned, the scintillator bodies shown have 16a -D thereby a thickness between about 100 microns and about 2000 microns. It should be emphasized, however, that the invention does not relate to the use of scintillator bodies made in this way 16a -D is limited, so that otherwise produced scintillator body 16a -D of non-ceramic materials for the preparation of the scintillator layer 14 can be used. The green body obtained by stacking the ceramic films is then at temperatures suitable for the respective material, for example at temperatures between 800 ° C and 1000 ° C for so-called Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC) or at temperatures between about 1500 ° C and about 1800 ° C for so-called high temperature cofired ceramics (HTCC), sintered.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Keramikfolien organische Binder enthalten bzw. dass die grünen Keramikfolien mit Hilfe von organischen Bindern laminiert werden. Das Entbindern erfolgt dann vor dem Sinterschritt bei Temperaturen bis etwa 600°C.Furthermore, it can be provided that the ceramic films contain organic binders or that the green ceramic films are laminated with the aid of organic binders. The debinding then takes place before the sintering step at temperatures up to about 600 ° C.

Man erkennt aus der Zusammenschau von 1 und 2, dass zwischen den Szintillatorkörpern 16b und 16c mehrere Materialbrücken 22 ausgebildet sind, mittels welchen die Szintillatorkörper 16b und 16c aneinander abgestützt sind. Die Materialbrücken 22 weisen dabei im gezeigten Ausführungsbeispiel gleichmäßige Abstände von jeweils etwa 10 μm voneinander auf. Es ist dabei zu betonen, dass die Materialbrücken 22 grundsätzlich zwischen allen Szintillatorkörpern 16a–d oder – wie gezeigt – nur zwischen manchen der Szintillatorkörper 16a–d ausgebildet sein können. Die Materialbrücken 22 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel zylinderförmig bzw. im Querschnitt kreisförmig ausgebildet, wobei grundsätzlich auch andere Geometrien vorgesehen sein können. Mit steigernder Anzahl an Materialbrücken 22 steigt grundsätzlich die mechanische Stabilität der Szintillatorschicht 14, so dass die Anzahl und Anordnung der Materialbrücken 22 optimal an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst werden kann. Die Herstellung der Materialbrücken 22 kann beispielsweise im Rahmen des vorstehend geschilderten Foliengießverfahrens erfolgen, indem der grüne Szintillatorkörper 16c und/oder 16b mit einem Punktraster bedruckt wird, um entsprechende Erhebungen und/oder Vertiefungen auszubilden. Indem die Materialbrücken 22 aus demselben Material wie die Szintillatorkörper 16a–d bestehen, ergibt sich der Vorteil, dass die Materialbrücken 22 ebenfalls zur Strahlungsdetektion beitragen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zumindest manche Materialbrücken 22 aus einem anderen, vorzugsweise keramischen Material bestehen, da sich hierdurch fertigungstechnische Vorteile ergeben können.One recognizes from the synopsis of 1 and 2 that between the scintillator bodies 16b and 16c several material bridges 22 are formed, by means of which the Szintillatorkörper 16b and 16c supported on each other. The material bridges 22 have in the embodiment shown uniform distances of about 10 microns from each other. It is important to emphasize that the material bridges 22 basically between all scintillator bodies 16a -D or, as shown, only between some of the scintillator bodies 16a -D can be trained. The material bridges 22 are cylindrical in the embodiment shown or circular in cross section, in principle, other geometries can be provided. With increasing number of material bridges 22 In principle, the mechanical stability of the scintillator layer increases 14 , so the number and arrangement of the material bridges 22 can be optimally adapted to the respective application. The production of material bridges 22 For example, in the context of the above-described Foliengießverfahrens done by the green Szintillatorkörper 16c and or 16b is printed with a dot matrix to form corresponding elevations and / or depressions. By the material bridges 22 of the same material as the scintillator body 16a -D exist, there is the advantage that the material bridges 22 also contribute to radiation detection. Alternatively or additionally, it may be provided that at least some material bridges 22 consist of another, preferably ceramic material, as this may result in manufacturing advantages.

Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen – beispielsweise aufgrund von Messfehlern, Systemfehlern, Einwaagefehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen – als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen.The parameter values given in the documents for the definition of process and measurement conditions for the characterization of specific properties of the subject invention are also within the scope of deviations - for example due to measurement errors, system errors, Einwaagefehlern, DIN tolerances and the like - as included in the scope of the invention ,

Claims (18)

Strahlungsdetektor (10) zur Konversion von Röntgenstrahlung in elektrische Signale, umfassend wenigstens eine erste und eine zweite Elektrode (12a, 12b), zwischen welchen mindestens ein Szintillatorelement zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in Lichtimpulse sowie mindestens ein Photoleiter (20) zum Umwandeln von Lichtimpulsen in elektrische Signale angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (10) wenigstens eine sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12a, 12b) erstreckende Szintillatorschicht (14) umfasst, wobei innerhalb der Szintillatorschicht (14) wenigstens ein sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12a, 12b) erstreckender Hohlraum (18a–c) vorgesehen ist, in welchem wenigstens ein Photoleiter (20) angeordnet ist.Radiation detector ( 10 ) for converting X-radiation into electrical signals, comprising at least a first and a second electrode ( 12a . 12b ) between which at least one scintillator element for converting X-radiation into light pulses and at least one photoconductor ( 20 ) are arranged for converting light pulses into electrical signals, characterized in that the radiation detector ( 10 ) at least one between the first and the second electrode ( 12a . 12b ) extending scintillator layer ( 14 ), wherein within the scintillator layer ( 14 ) at least one between the first and the second electrode ( 12a . 12b ) extending cavity ( 18a C) in which at least one photoconductor ( 20 ) is arranged. Strahlungsdetektor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Szintillatorschicht (14) wenigstens zwei voneinander beabstandete Szintillatorkörper (16a–d) umfasst, zwischen welchen jeweils wenigstens ein Photoleiter (20) angeordnet ist.Radiation detector ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the scintillator layer ( 14 ) at least two spaced scintillator bodies ( 16a D) between which in each case at least one photoconductor ( 20 ) is arranged. Strahlungsdetektor (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Szintillatorkörper (16a–d) und der wenigstens eine Photoleiter (20) lamellenartig zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12a, 12b) angeordnet sind.Radiation detector ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the at least two scintillator bodies ( 16a -D) and the at least one photoconductor ( 20 ) lamellar between the first and the second electrode ( 12a . 12b ) are arranged. Strahlungsdetektor (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Szintillatorkörper (16b, 16c) aneinander abgestützt sind.Radiation detector ( 10 ) according to claim 2 or 3, characterized in that adjacent scintillator bodies ( 16b . 16c ) are supported on each other. Strahlungsdetektor (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Szintillatorkörper (16b, 16c) mittels mehrerer Materialbrücken (22) aneinander abgestützt sind, wobei die Materialbrücken (22) vorzugsweise einen Abstand zwischen 5 μm und 15 μm voneinander aufweisen.Radiation detector ( 10 ) according to claim 4, characterized in that adjacent scintillator bodies ( 16b . 16c ) by means of several material bridges ( 22 ) are supported on each other, wherein the material bridges ( 22 ) preferably have a distance between 5 microns and 15 microns from each other. Strahlungsdetektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Szintillatorschicht (14) einen Einkristall und/oder ein dotiertes und/oder undotiertes keramisches Material umfasst.Radiation detector ( 10 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the scintillator layer ( 14 ) comprises a single crystal and / or a doped and / or undoped ceramic material. Strahlungsdetektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Photoleiter (20) eine anorganische und/oder organische Elektronenakzeptor-Verbindung und/oder eine anorganische und/oder organische Elektronendonator-Verbindung umfasst.Radiation detector ( 10 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the photoconductor ( 20 ) comprises an inorganic and / or organic electron acceptor compound and / or an inorganic and / or organic electron donor compound. Strahlungsdetektor (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Photoleiter (20) ausgewählt ist aus einer Gruppe, die substituierte und/oder unsubstituierte Fullerene, Polyacetylene, Poly(para-phenylene), Polyphenylenvinylene, Polythiophene, Polyethylendioxythiophene, Polyaniline, Polysulfonsäuren, Polysilane, Polycarbazole und/oder Polypyrrole umfasst.Radiation detector ( 10 ) according to claim 7, characterized in that the photoconductor ( 20 ) is selected from a group comprising substituted and / or unsubstituted fullerenes, polyacetylenes, poly (para-phenylenes), polyphenylenevinylenes, polythiophenes, polyethylenedioxythiophenes, polyanilines, polysulfonic acids, polysilanes, polycarbazoles and / or polypyrroles. Strahlungsdetektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (12a) und die zweite Elektrode (12b) aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen.Radiation detector ( 10 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first electrode ( 12a ) and the second electrode ( 12b ) consist of the same or different materials. Strahlungsdetektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12a, 12b) zwischen 80 μm und 2500 μm, insbesondere zwischen 100 μm und 2000 μm beträgt und/oder dass der wenigstens eine Photoleiter (20) in Erstreckungsrichtung der Elektroden (12a, 12b) betrachtet eine Breite zwischen 2 μm und 25 μm, insbesondere zwischen 5 μm und 20 μm aufweist.Radiation detector ( 10 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that a distance between the first and the second electrode ( 12a . 12b ) between 80 μm and 2500 μm, in particular between 100 μm and 2000 μm, and / or that the at least one photoconductor ( 20 ) in the direction of extension of the electrodes ( 12a . 12b ) considered a width between 2 microns and 25 microns, in particular between 5 microns and 20 microns. Strahlungsdetektor (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Szintillatorkörper (16a–d) in Erstreckungsrichtung der Elektroden (12a, 12b) betrachtet eine Breite zwischen 80 μm und 250 μm, insbesondere zwischen 100 μm und 200 μm aufweisen.Radiation detector ( 10 ) according to one of claims 2 to 10, characterized in that the scintillator bodies ( 16a -D) in the direction of extension of the electrodes ( 12a . 12b ) considered a width between 80 microns and 250 microns, in particular between 100 microns and 200 microns have. Verfahren zum Herstellen eines Strahlungsdetektors (10) zur Konversion von Röntgenstrahlung in elektrische Signale, bei welchem mindestens ein Szintillatorelement zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in Lichtimpulse sowie mindestens ein Photoleiter (20) zum Umwandeln von Lichtimpulsen in elektrische Signale zwischen wenigstens einer ersten und einer zweiten Elektrode (12a, 12b) angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12a, 12b) wenigstens eine sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12a, 12b) erstreckende Szintillatorschicht (14) angeordnet wird, wobei innerhalb der Szintillatorschicht (14) wenigstens ein sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12a, 12b) erstreckender Hohlraum (18a–c) vorgesehen wird, in welchem wenigstens ein Photoleiter (20) angeordnet wird.Method for producing a radiation detector ( 10 ) for the conversion of X-radiation into electrical signals, in which at least one scintillator element for converting X-radiation into light pulses and at least one photoconductor ( 20 ) for converting light pulses into electrical signals between at least one first and one second electrode ( 12a . 12b ), characterized in that between the first and the second electrode ( 12a . 12b ) at least one between the first and the second electrode ( 12a . 12b ) extending scintillator layer ( 14 ), wherein within the scintillator layer ( 14 ) at least one between the first and the second electrode ( 12a . 12b ) extending cavity ( 18a C) in which at least one photoconductor ( 20 ) is arranged. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen der Szintillatorschicht (14) wenigstens zwei grüne Szintillatorkörper (16a–d) aus einem keramischen Material hergestellt, gestapelt, laminiert und zur Szintillatorschicht (14) gesintert werden.Method according to claim 12, characterized in that for producing the scintillator layer ( 14 ) at least two green scintillator bodies ( 16a -D) made of a ceramic material, stacked, laminated and the scintillator layer ( 14 ) are sintered. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Szintillatorkörper (16a–d) durch ein keramisches Folienverfahren hergestellt werden.Method according to claim 13, characterized in that the scintillator bodies ( 16a -D) are produced by a ceramic film process. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der grünen Szintillatorkörper (16b, c) vor dem Stapeln mit wenigstens einer Erhebung und/oder Vertiefung versehen wird.Method according to claim 13 or 14, characterized in that at least one of the green scintillator bodies ( 16b , c) is provided before stacking with at least one elevation and / or depression. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine grüne Szintillatorkörper (16b, c) zum Herstellen mehrerer Erhebungen und/oder Vertiefungen mit einem Punktraster bedruckt wird.Method according to claim 15, characterized in that the at least one green scintillator body ( 16b , c) for producing a plurality of elevations and / or depressions is printed with a dot matrix. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Photoleiter (20) in fließfähigem Zustand in den wenigstens einen Hohlraum (18a–c) der Szintillatorschicht (14) eingebracht und im Hohlraum (18a–c) verfestigt wird.Method according to one of claims 12 to 16, characterized in that the photoconductor ( 20 ) in a flowable state in the at least one cavity ( 18a -C) the scintillator layer ( 14 ) and in the cavity ( 18a -C) is solidified. Röntgengerät, welches zur Konversion von Röntgenstrahlung in elektrische Ladung einen Strahlungsdetektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder einen mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 17 erhältlichen Strahlungsdetektor (10) umfasst.X-ray apparatus which converts X-radiation into electrical charge into a radiation detector ( 10 ) according to one of claims 1 to 11 and / or a radiation detector obtainable by means of a method according to one of claims 12 to 17 ( 10 ).
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