专利名称：固态x辐射检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固态X辐射检测器，其包括与辐射转换器相关的光敏传感器。该类型检测器的应用领域尤其涉及放射学射线照相术、荧光学、乳房造影术，还涉及无损检验。
背景技术：
例如，在法国专利FR 2 803 081中描述了这种辐射检测器，其中由非晶硅光敏二极管形成的传感器与辐射转换器相关。下面将简单介绍这种辐射检测器的操作与结构。光敏传感器通常由排列为矩阵的固态光敏元件制成。光敏元件由半导体材料、单晶硅、多晶硅或非晶硅制成，其中在CXD或CMOS传感器的情况下则通常由单晶硅制成。光敏元件包括至少一个光敏二极管、至少一个光敏晶体管或至少一个光敏电阻。这些元件沉积在基底上，基底通常为玻璃板。通常，这些元件对诸如X射线或伽马射线的甚短波长辐射不敏感。这就是为何光敏传感器与包括闪烁体物质层的辐射转换器相关的原因。这种物质具有以下特性，当其被传感器所敏感的射线激发时，会发出较长波长的发射射线，例如可见光或近可见光。辐射转换器所发出的光照射传感器的光敏元件，传感器执行光敏转换并传送能被适合电路利用的电信号。在下文的描述中辐射转换器将被称为闪烁器。由于具有优异的性能，因此碱金属卤化物族或稀土金属硫氧化物族的某些闪烁体物质通常被使用。分别基于是期望发射在400纳米左右还是在550纳米左右，碱金属卤化物、掺杂纳或铊的碘化铯以具有强的X射线吸收以及具有优异的荧光效应而著称。其采取在支撑体上生长的细针形式。这些细针近似垂直于该支撑体且部分地限制发向传感器的光。这些细针的细度确定检测器的分辨率。由于相同的原因，还广泛使用镧硫氧化物和钆硫氧化物。然而，这些闪烁体物质中的一些具有缺陷，S卩，不是十分稳定——当其暴露于水分中时会分解，且其分解释放了转移至传感器或者从传感器转移出的化学物质，这些物质具有高腐蚀性。显然，碘化铯和镧硫氧化物具有上述缺陷。至于碘化铯，其分解出氢氧化铯Cs+OH—以及游离的碘I2，游离的碘I2可与碘离子结合以生成络合物13_。至于镧硫氧化物，其分解出硫化氢&S，硫化氢具有很强的化学腐蚀性。水分很难被消除。环境空气以及用于装配检测器的粘结剂通常都包含水分。粘结剂中存在的水分通常是由于环境空气产生的，或者如果交联作用源自于两种化学物质的凝聚(这会经常出现)则粘结剂中存在的水分为该交联作用的副产品。当生产检测器时，一种重要的方案是使最初存在于检测器中并与闪烁器接触的水分的量最小化，以及防止所述水分在传感器的操作期间扩散至传感器中。辐射检测器包括由闪烁体上游的X射线通过的入射窗口。而且，闪烁体物质通常沉积在金属支持器上。然后支持器与闪烁体物质形成闪烁器。支持器可以(但不是必须地)用作入射窗口。当闪烁体物质因此沉积在入射窗口上以形成闪烁器时，闪烁器然后通过粘结在传感器上而被固定，入射窗口必须经受沉积的热应力和对闪烁器的处理而没有损坏，并且优选地具有与闪烁器和传感器幅度相同的热膨胀系数，特别优选地，具有与传感器基质幅度相同的热膨胀系数。因此可为入射窗口提供低的杨氏模数(Young’ s modulus)，从而防止入射窗口与闪烁器之间的不同应力，一方面，可防止入射窗口与传感器之间的不同应力，另一方面或更优选地可防止入射窗口与传感器的基底之间的不同应力。因此，降低了闪烁器碎裂和传感器的基底破碎的风险。入射窗口的表面光洁度还必须允许(特别是对于碘化铯)最精细可能针的生长尽可能均勻。针的细度是检测器分辨率的品质因数。现有的支持器是由铝制成的。铝具有对于被检测射线优异的透射度，其光学性质很好。铝在处理之后可以获得足以使闪烁器沉积在其上的表面光洁度。然而，铝的膨胀系数与传感器的膨胀系数相差很大。为了防止在热循环期间两个元件之间的接口处的显著的机械应力，需要使用能够承受与热循环相关的变形而没有损坏的柔性密封。密封需为柔性的以承受热循环期间闪烁器的支持器与传感器之间的膨胀差别，并减小压力和破损的风险。然而，柔性材料通常是可渗透水分的。闪烁器防水保护不足源自于此且因此会减少检测器的寿命。这种辐射检测器期望具有与放射器件或其他器件(在其上安装闪烁器)折旧时间范围相当的寿命，该时间范围约10年。因此开发出检测器的另一个实施方式，在该实施方式中如上述描述的现有技术中，不仅仅由闪烁器的支持器执行入射窗口和密封功能。在该实施方式中，入射窗口为设置在闪烁器上的附加元件，而不是固定在闪烁器上，并且由防潮密封件完成入射窗口和传感器的装配。也就是说，入射窗口被紧固在由传感器和闪烁器形成的组件上。在入射窗口和传感器之间产生密封。在该实施方式中，闪烁器的支持器承受的压力被分散在支持器和实际新颖的入射窗口之间。闪烁器的支持器还承受与上述结构中相同的用于闪烁体物质的沉积的反射和表面光洁度的限制。相反地，其不再承受防潮和保持密封的限制。这些限制传递至新颖的附加入射窗口。该实施方式使得使用的入射窗口材料可与制作传感器的材料一致(特别是各自膨胀系数的兼容性)，这必须允许使用更坚硬的从而更防水渗透的密封件。通过将入射窗口与闪烁器的支撑功能分离，生产入射窗口的材料具有更宽泛的选择。该实施方式可以用于闪烁器和传感器的组件的两种构造。在称为固定闪烁器构造的第一构造中，闪烁体物质沉积在支持器上，被检测的射线在到达传感器之前必须通过支持器。然后由闪烁体物质形成的组件和其支持器粘结在传感器上。为此而使用了光学粘结剂以不仅确保闪烁器和传感器之间良好的机械接触，而且还确保闪烁器发射的光可良好地传送至光敏传感器。在称为直接沉积构造的第二种构造中，传感器用作闪烁体物质的支持器，闪烁体物质于是与传感器直接且紧密地接触。两种构造都具有例如法国专利FR 2 831 671中所描述的优点和缺点。在闪烁器上设置独立于闪烁器的入射窗口会产生一些问题，例如将入射窗口固定至传感器的密封件的厚度必须至少等于闪烁器的厚度。这样厚度的密封件很难生产，尤其是其防潮的可再生产性方面。其可例如不是同质的且可包含导致密封件透气的气泡。密封件的体积需要放置密封件的模具。由于物变的原因，厚密封件还可流动至并污染检测器不期望被污染的区域。

发明内容
本发明旨在通过提供不需要厚密封件的紧固入射窗口的设置从而排除上述部分或全部问题。为此，本发明的一个主题是一种检测第一辐射的固态检测器，包括光敏传感器、闪烁器以及刚性入射窗口，所述闪烁器将所述第一辐射转化为所述传感器敏感的第二辐射， 所述闪烁器上游的第一辐射穿过所述刚性入射窗口，所述闪烁器设置在所述传感器与所述入射窗口之间，所述传感器包括基底以及设置在所述基底上的光敏元件，其特征在于，所述入射窗口成形以紧密配合所述闪烁体的形状，并且所述入射窗口以防水方式固定在所述传感器的所述基底上。本发明的另一主题是生产根据本发明的辐射检测器的方法，其特征在于包括实施以下操作将闪烁体粘结在传感器上；将入射窗口置于所述传感器和所述闪烁体所形成的组件上；以及将所述入射窗口粘结在所述传感器上。


通过阅读示例方式的具体实施方式
，本发明将更易于理解且其他优点将变得清晰，具体实施方式
由附示出，其中图1示出根据本发明的辐射检测器的示例性的实施方式。为简明起见，附图未按比例绘出。
具体实施例方式图1中所示的辐射检测器10允许检测X射线，箭头11示出X射线的方向。检测器10包括传感器12、闪烁器13、和刚性入射窗口 14，其中闪烁器13将X射线转换为传感器 12敏感的射线，闪烁器13上游的X射线穿过刚性入射窗口 14。本发明被描述为参考X辐射检测器。当然本发明还可应用于需要闪烁器的其他波长。闪烁器13设置在传感器12和入射窗口 14之间。传感器12包括基底15和设置在基底15上的光敏元件16。每个光敏元件16都安装在成行的导体与成列的导体之间以便可寻址。为使附图不过于拥挤，因此在图中未示出成行和成列的导体。光敏元件16和导体通常由钝化层覆盖以保护光敏元件16和导体不受水分的侵害。闪烁器13包括支持器17和沉积在支持器17上的闪烁体物质18。闪烁体物质18属于例如碱金属卤化物族，例如特别对湿式氧化敏感的碘化铯，但是闪烁体物质18还可以属于稀土金属硫氧化物族，稀土金属硫氧化物族中的一些成员不是很稳定，例如镧硫氧化物。有利地，闪烁体物质18上游的X射线穿过支持器17，且闪烁器13固定至位于闪烁体物质18的侧面上的传感器12。入射窗口 14设置在闪烁器13上，而不是固定在闪烁器13上。入射窗口 14为刚性的且以防潮方式固定在传感器13的基底15上。密闭的密封件19将入射窗口 14固定至基底15。密封件19的材料的选择取决于入射窗口 14以及基底15的材料。密封件19可基于无机材料。该类型的密封件具有良好的防水性但是需要高温，约400°C。可选地，密封件19可基于有机材料。这些材料的防水性不如无机材料。但是，相反地，这些材料需要较低的温度，低于200°C。在有机材料中，环氧树脂粘合剂能确保最好的防水性。与形成基底15的材料的热膨胀系数相似的任何材料都可制成入射窗口 14。有利地，入射窗口的膨胀系数低于铝的膨胀系数。被装配的两种材料的膨胀系数相近，即，入射窗口 14的膨胀系数和基底15的膨胀系数都可利用硬密封件19。一些材料适合制成入射窗口 14。因为具有对X射线良好地穿透性，因此几乎不包括重元素的材料通常比较适合。入射窗口 14可包含玻璃。玻璃是一种单组份材料，因此容易使用。另外，基底15 也可包含玻璃。更一般地，入射窗口 14和基底15可由相同材料或至少主要由相同材料制成，从而限制入射窗口 14与基底15的热膨胀系数之间的差别。还可以使用碳纤维来制作入射窗口 14。与玻璃相比，碳纤维具有更好的X射线透射性并且还不易碎。然而，由于碳纤维粗糙的表面光洁度，通常利用环氧树脂固定到位的碳纤维更加难以密封。可选地，入射窗口 14可包括对X射线的透射性与玻璃相近的陶瓷材料。入射窗口 14还可包括有机材料，例如聚酯。该材料具有比玻璃更好的对X射线的透射性。而且该材料与玻璃相比还不易碎。层压或模制得到的陶瓷材料是具有平滑表面光洁度的均质材料。然而，密封聚酯的操作比密封玻璃的操作更加精细。为了降低用于将入射窗口 14固定在基底15上的器件的厚度，入射窗口 14成形以覆盖闪烁器13并尽可能紧密地置于基底15上。也就是说，入射窗口 14成形以紧密地配合闪烁器13的形状，并因此减小密封件19的厚度从而使密封件19的水分通道最小化。更精确的，闪烁器13可如图示为平行六面体，其第一前表面20与光敏元件16相对设置。X射线穿过与表面20相对的第二前表面21。闪烁器13还包括基本垂直于两个前表面20和21 的侧表面。在图1中示出两个侧表面22和23。入射窗口 14成形以覆盖前表面21和两个侧表面。入射窗口 14可包括玻璃片，玻璃片容易变形以紧密地配合闪烁体的形状。玻璃片可为热形成的。热形成包括在高温软化玻璃并使其在模具中成形。玻璃片可通过喷砂工艺形成镂空的。喷砂工艺包括将硬材料(通常为铝土或其他材料)粒子喷射在玻璃板上，同时使用遮罩保护特定的区域，尤其是固定在基底15上的区域。
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还可使用通过模制形成的碳纤维制成的顶盖。有利地，通过粘结剂25将闪烁器13固定在传感器12上，粘结剂可透过传感器12 敏感的射线。通过粘结剂25还可将入射窗口 14固定在传感器12的基底15上。粘结剂25 延伸覆盖闪烁器13面对传感器12的整个表面。也就是说，相同的粘结剂用作了闪烁器13 和传感器12之间的光粘结剂，并且还用作了入射窗口 14和基底15之间的密封件。密封件 19和粘结剂25仅由单一元件形成。同一元件用作密封件19和粘结剂25还具有以下优点简化检测器10的装配，减少生产检测器10所需的原料的量，并且进而减小操作时间和生产成本。由于具有透射性以及不具有缺陷因而选择粘结剂25，从而直接有利于由检测器 10传送的最终图像质量。粘结剂25还必须确保光敏元件16和闪烁体物质18之间光接口的机械整体性。粘结剂25必须确保基底15和入射窗口 14之间良好的机械连接。因为粘结剂25 固有特性，或者因为成形以紧密配合闪烁器13的入射窗14所提供的水分通道密封的牢固程度而导致粘结剂25的厚度很薄，因此该连接还必须为防水的。粘结剂25还可为例如通过丝网印刷、浸涂、平版印刷、弯月沉积(meniscus deposition)或其他分配方式沉积在基底15上的液体粘结剂。在与闪烁体物质18光耦合以及沉积入射窗口 14之前，粘结剂25还可需要退火或其他处理。在与闪烁体物质18光耦合以及沉积入射窗口 14之前，粘结剂25还可沉积在基底 15上，并以从辊得到的膜的形式施用。粘结剂25可包括属于硅、亚克力纤维或环氧粘结剂族中的一种的元素。根据本发明生产辐射检测器的方法包括执行以下操作将闪烁器13粘结在传感器12上；将入射窗口 14设置在由传感器12和闪烁器13所形成的组件上；以及将入射窗口 14粘结在传感器12上。当相同的粘结剂25用于在基底15上装配闪烁器13和入射窗口 14时，方法包括通过粘结剂膜25将闪烁器13粘结在传感器12上；以及通过粘结剂膜25将入射窗口 14粘结在传感器12上。
权利要求
1.一种检测第一辐射的固态检测器，包括光敏传感器(12)、闪烁器(1 以及刚性入射窗口(14)，所述闪烁器将所述第一辐射转化为所述传感器(1 敏感的第二辐射，所述闪烁器(1 上游的第一辐射穿过所述刚性入射窗口，所述闪烁器(1 设置在所述传感器(12) 与所述入射窗口(14)之间，所述传感器(1 包括基底(1 以及设置在所述基底(15)上的光敏元件(16)，其特征在于，所述入射窗口(14)成形以紧密配合所述闪烁器(1 的形状；并且所述入射窗口(14)以防水方式固定在所述传感器(1 的所述基底(1 上；并且所述闪烁器(1 包括支持器(17)以及沉积在所述支持器(17)上的闪烁体物质(18)；并且所述闪烁体物质(18)上游的第一辐射穿过所述支持器(17)，所述闪烁器(1 固定至在所述闪烁体物质(18)侧面上的传感器(1 ；并且所述入射窗口(14)放置在所述闪烁器(13) 上而不是固定在所述闪烁器(1 上。
2.如权利要求1所述的辐射检测器，其特征在于，所述闪烁器(13)包括前表面和侧表面02、23)，所述第一辐射穿过所述前表面；并且所述入射窗口(14)遮盖所述闪烁器 (13)的所述前表面(21)和侧表面(22,23).
3.如前述权利要求中任一项所述的辐射检测器，其特征在于，所述闪烁器(1 通过粘结剂0 固定在所述传感器(1 上，且所述入射窗口(14)通过所述粘结剂0 固定在所述传感器(1 的所述基底(1 上，其中所述粘结剂能够透射所述传感器(1 对其敏感的所述第二辐射。
4.如权利要求3所述的辐射检测器，其特征在于，所述粘结剂05)延伸覆盖所述闪烁器(1 面向所述传感器(1 的整个表面。
5.如权利要求3或4所述的辐射检测器，其特征在于，所述粘结剂05)包括属于硅、亚克力纤维或环氧粘结剂族中的一种的元素。
6.如上述任一权利要求所述的辐射检测器，其特征在于，所述传感器(1 的所述入射窗口(14)和所述基底(15)主要包括相同的材料。
7.如上述任一权利要求所述的辐射检测器，其特征在于，所述入射窗口(14)包括属于玻璃、碳纤维、陶瓷材料和有机材料的组件中的元素。
8.—种如上述任一权利要求所述的X辐射检测器，其特征在于，所述闪烁器(1 包括支持器(17)和沉积在所述支持器(17)上的闪烁体物质(18)；并且所述闪烁体物质(18)包括属于例如碘化铯的碱金属商化物或例如镧硫氧化物的稀土金属硫氧化物。
9.一种生产上述任一权利要求所述的辐射检测器的方法，其特征在于，所述方法包括实施以下操作将闪烁器(1 粘结在传感器(1 上；将入射窗口(14)置于所述传感器(1 和所述闪烁器(1 所形成的组件上；以及将所述入射窗口(14)粘结在所述传感器(1 上。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，包括以下步骤通过粘结剂膜0 将所述闪烁体粘结在所述传感器上；以及通过所述粘结剂膜0 将所述入射窗口(14)粘结在所述传感器(1 上。
全文摘要
本发明公开一种包括与辐射转换器或闪烁器相关的光敏传感器的固态辐射检测器。这类检测器的应用领域尤其涉及放射学射线照相术、荧光学、乳房造影术，还涉及无损检验。该检测器包括闪烁器(13)上游的第一辐射穿过的刚性入射窗口(14)，闪烁器(13)设置在传感器(12)和入射窗口(14)之间，传感器(12)包括基底(15)和设置在基底(15)上的光敏元件(16)。根据本发明，入射窗口(14)成形以紧密配合闪烁器(13)的形状，并以防水的方式固定在传感器(12)的基底(15)上。
文档编号G01T1/20GK102246059SQ200980150390
公开日2011年11月16日 申请日期2009年11月12日 优先权日2008年11月14日
发明者G·维厄 申请人:特里赛尔公司