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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Röntgendetektors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der
JP 63215987 bekannt.
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Die
US 2001/0030291 A1 sowie die
US 2002/0192372 A1 beschreiben Verfahren, bei denen ein Substrat mit einem darauf abgeschiedenen Szintillatormaterial mittels Chemcial Vapor Deposition (CVD) mit einer feuchtigkeitsdichten Kunststoffschicht umhüllt wird. Es wird damit ein relativ guter Schutz des hygroskopischen Szintillatormaterials gegen ein Eindringen von Feuchtigkeit erreicht. Nachteilig dabei ist jedoch, dass die Kunststoffschicht an der der Szintillatorschicht abgewandten Rückseite des Substrats einer effizienten Lichtauskopplung entgegenwirkt.
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Um diesem Nachteil entgegenzuwirken, wird in der
EP 0 932 053 B1 vorgeschlagen, die an der Rückseite des Substrats abgeschiedene Kunststoffschicht zu entfernen und anschließend im umlaufenden Randbereich der Kunststoffschicht an der Oberseite des Substrats eine Randabdichtung vorzusehen. In der Praxis hat es sich allerdings gezeigt, dass die Randabdichtung häufig nicht ausreichend dicht ist. Es kommt unerwünschterweise zu einem Eindringen von Feuchtigkeit.
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Zur Behebung dieses Nachteils wird in der
US 6,262,422 B1 eine weiterentwickelte Randabdichtung vorgeschlagen, mit der ein verbesserter Schutz gegen ein Eindringen von Feuchtigkeit erreicht wird. Gleichwohl kommt es auch hier mitunter zu einem Ablösen der Kunststoffschicht und/oder der Randabdichtung vom Substrat und zu einem unerwünschten Eindringen von Feuchtigkeit.
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Um ein solches Ablösen der Kunststoffschicht und/oder der Randabdichtung vom Substrat zu unterbinden, ist in der
US 2002/0027200 A1 vorgeschlagen worden, die Oberfläche des Substrats mittels ”Sandstrahlen” aufzurauen. Ähnliche Verfahren sind aus der
US 6,531,225 B1 , der
US 6,573,506 B2 und der
US 2002/0158205 A1 bekannt. Infolge des Aufrauens der Oberfläche des Substrats kommt es beim Abscheiden der Szintillatorschicht mitunter zu einem unerwünschten Riesenkornwachstum. Abgesehen davon, ist nach den Sandstrahlen eine aufwändige Reinigung der Substratoberfläche erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren angegeben werden, mit dem auf einfache und kostengünstige Weise eine auf einem Substrat aufgenommene Szintillatorschicht gegen das Eindringen von Feuchtigkeit geschützt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 15.
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Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberseite des Substrats nach dem Abscheiden der Szintillatorschicht und vor dem Aufbringen der Kunststoffschicht mittels Plasmaätzen zumindest abschnittsweise gereinigt wird. – Es wird damit überraschenderweise eine erheblich verbesserte Haftung der Kunststoffschicht an der Oberseite des Substrats erreicht. Die damit erzielte Dichtwirkung ist so gut, dass die Kunststoffschicht lediglich auf die Oberseite des Substrats aufgebracht werden muss. Es ist nicht erforderlich, das Substrat insgesamt mit der Kunststoffschicht zu umgeben. Abgesehen davon ist es auch nicht erforderlich, an der Oberseite eine den Randbereich der Kunststoffsicht umgebende Randabdichtung vorzusehen. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann auf einfache und kostengünstige Weise eine dauerhafte Abdichtung einer auf einem Substrat aufgenommenen Szintillatorschicht erreicht werden.
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Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens wird zumindest die Oberseite des Substrats vor dem Abscheiden der Szintillatorschicht mit einem alkalischen Reiniger gereinigt. Damit kann die Haftung der auf dem Substrat abgeschiedenen Szintillator- und/oder Kunststoffschicht weiter verbessert werden.
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Zweckmäßigerweise wird die Szintillatorschicht im Vakuum auf die Oberfläche aufgedampft. Das kann beispielsweise mittels PVD-Verfahren erfolgen.
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Nach einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird die Szintillatorschicht während des Plasmaätzens gegen die Einwirkung des Plasmas geschützt. Dazu kann beispielsweise eine Strahleneintrittsseite der Szintillatorschicht über- oder abgedeckt werden. Damit wird eine unerwünschte Aktivierung der Oberfläche der Szintillatorschicht im Hinblick auf das nachfolgende Aufbringen der Kunststoffschicht vermieden. Beim Aufbringen der Kunststoffschicht ist es unerwünscht, dass diese in Zwischenräume eindringt, welche zwischen beispielsweise aus senkrecht zur Substratoberfläche stehenden Nadeln der Szintillatorschicht gebildet sind. Die Kunststoffschicht weist häufig einen ähnlichen Brechungsindex wie das Szintillatormaterial auf. Bei einem Eindringen der Kunststoffschicht in die Zwischenräume kann es zu einem unerwünschten lateralen Übersprechen des im Szintillatormaterial gebildeten Lichts kommen.
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Nach einer weiteren Verfahrensvariante ist es auch möglich, eine dem Substrat abgewandte Strahleneintrittsseite der Szintillatorschicht vor dem Plasmaätzen zu glätten. Ein solches Glätten der Strahleneintrittsseite kann durch eine mechanische Bearbeitung oder Aufschmelzen mittels Elektronen- oder Laserstrahls erfolgen. Dabei werden Unebenheiten an der Strahleneintrittsseite abgetragen. Das abgetragene Material verfüllt und/oder verschmilzt die zwischen den Nadeln befindlichen Zwischenräume. Bei einem nachfolgenden Aufbringen der Kunststoffschicht wird ein Eindringen derselben in die Zwischenräume vermieden.
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Nach einer weiteren Verfahrensvariante wird vor dem Aufbringen der Kunststoffschicht eine oberflächliche Unebenheiten zumindest teilweise ausfüllende Füllschicht auf die Strahleneintrittsseite der Szintillatorschicht aufgebracht. Eine solche Füllschicht kann beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Aluminium gebildet sein. Auch damit können Zwischenräume an der Strahleneintrittsseite der Szintillatorschicht verschlossen werden. Es kann nicht zu einem Eindringen einer nachfolgend aufgebrachten Kunststoffschicht in die Zwischenräume kommen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird nach dem Aufbringen der Kunststoffschicht eine die Kunststoffschicht überlagernde anorganische Schicht aufgebracht. Bei einer solchen anorganischen Schicht kann es sich beispielsweise um eine aus Aluminium hergestellte Schicht handeln, welche zur Reflexion von aus der Strahleneintrittsseite ausgekoppeltem Licht dient. Die anorganische Schicht kann selbstverständlich auch aus anderen geeigneten Materialien hergestellt sein, die insbesondere eine Lichtreflexion bewirken.
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Die anorganische Schicht kann sich vorteilhafterweise über den Rand der Kunststoffschicht hinaus erstrecken. Damit wird eine weiter verbesserte Dichtwirkung im Randbereich der Kunststoffschicht erreicht.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird nach dem Aufbringen der Kunststoffschicht eine die Kunststoffschicht und ggf. die anorganische Schicht überlagernde weitere Kunststoffschicht aufgebracht. Auch die weitere Kunststoffschicht erstreckt sich zweckmäßigerweise über den Rand der Kunststoffschicht und ggf. der anorganischen Schicht hinaus. Das Aufbringen einer Mehrzahl von Schichten, die sich jeweils über den Randbereich der zuvor aufgebrachten Schicht hinaus erstrecken, trägt zu einer weiter verbesserten Dichtwirkung bei.
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Zweckmäßigerweise werden vor dem Abscheiden der Szintillatorschicht oder dem Aufbringen der Kunststoffschicht Mittel zur Begrenzung der jeweiligen Flächen über dem Substrat angeordnet. Die Mittel sind so ausgeführt, dass eine überlagernde Schicht sich jeweils über den Randbereich einer darunter befindlichen Schicht erstreckt. Es können in Abhängigkeit der aufzubringenden Schichten mehrere geeignete Mittel vorgehalten werden. Bei den Mittel kann es sich um Blenden oder Masken handeln, welche auf die Oberseite des Substrats aufgelegt oder mit einem geringen Abstand oberhalb der Oberfläche des Substrats angeordnet werden.
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Des Weiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass das Substrat beim Abscheiden der Szintillatorschicht und beim Aufbringen der Kunststoffschicht mit seiner der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite, zweckmäßigerweise vollflächig, auf einer Unterlage aufliegt. Damit wird in einfacher Weise vermieden, dass die Unterseite des Substrats beschichtet wird.
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Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn zur Herstellung der Kunststoffschicht Polyparaxylylen verwendet wird.
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Auf der Unterseite des Substrats kann, vorzugsweise nach der Beschichtung der Oberseite, ein CCD-Chip angebracht werden. Damit kann auf einfache Weise das ausgekoppelte Licht erfasst werden.
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Als Substrat kann ein herkömmliches Substrat verwendet werden, das beispielsweise aus Glas, einer Faseroptik, Aluminium, Edelstahl, Glaskohlenstoff, Silizium oder dgl. hergestellt ist. Aus Glas oder einer Faseroptik hergestellte Substrate eignen sich besonders gut für eine Kontaktierung mit einem CCD-Chip. Optisch nicht transparente Substrate eignen sich für Röntgendetektoren, bei denen die auf der Kunststoffschicht aufgebrachte anorganische Schicht optisch transparent ausgebildet ist. Sie kann beispielsweise aus Al2O3, SiO2, TiO2 hergestellt sein. In diesem Fall koppelt also das im Szintillatormaterial gebildete Licht nicht durch das Substrat, sondern durch die Kunststoffschicht aus. Das Szintillatormaterial kann aus einem Alkalihalogenid, beispielsweise CsI, CsBr, NaI, RbBr oder dgl., hergestellt sein.
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Nachfolgend wird das Verfahren anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens,
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2 eine schematische Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A' in 1,
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3 die Schnittansicht gemäß 2 vor der Durchführung eines ersten Beschichtungsschritts,
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4 die Schnittansicht gemäß 2 vor der Durchführung eines zweiten Beschichtungsschritts,
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5 die Schnittansicht gemäß 4 nach der Durchführung des zweiten Beschichtungsschritts und
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6 eine schematische Schnittansicht eines Röntgendetektors.
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In den 1 bis 6 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Unterlage bezeichnet, die in einer herkömmlichen (hier nicht gezeigten) Vakuumbeschichtungsanlage aufgenommen ist. Die Unterlage 1 ist zweckmäßigerweise aus einem Material hergestellt, welches eine niedrige Plasmaätzrate aufweist, z. B. Kohlenstoff oder Titan.
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Auf der Unterlage 1 liegt vollflächig ein Substrat 2 auf. Das Substrat 2 kann aus Glas, einer Faseroptik oder anderen geeigneten, vorzugsweise durchsichtigen, Materialien bestehen. Auf einer Oberseite O des Substrats 2 befindet sich eine Szintillatorschicht 3. Die Szintillatorschicht 3 ist mittels eines herkömmlichen, beispielsweise eines PVD-Verfahrens, auf der Oberseite O des Substrats 2 abgeschieden worden. Mit dem Bezugszeichen 4 ist eine, beispielsweise aus Kohlenstoff oder Titan hergestellte, Maske bezeichnet, mit der die Szintillatorschicht 3 im Wesentlichem, d. h. mit Ausnahme eines umlaufenden Randbereichs, gegen die Einwirkung von Plasma geschützt abgedeckt ist. Die Maske 4 kann mit einem sich davon erstreckenden Gestell 5 auf der Unterlage 1 abgestützt und mit einem geringen Abstand oberhalb einer Strahleneintrittsseite S der Szintillatorschicht 3 angeordnet sein.
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In dieser Anordnung wird ein von der Maske 4 nicht abgedeckter Randbereich 6 auf der Oberseite O des Substrats 2 mittels Plasmaätzen gereinigt. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das Plasmaätzen in einer Argon-Atmosphäre durchzuführen, die 10 bis 80% Sauerstoff enthält. Der Druck kann 10 bis 100 mbar betragen. Als zweckmäßig hat sich eine Gasflussrate im Bereich von 20 bis 200 m/l pro Minute erwiesen. Besonders gute Reinigungsergebnisse werden erzielt, wenn das Plasmaätzen für eine Zeitdauer von 10 bis 60 s mit einer Leistung im Bereich von 50 bis 500 W durchgeführt wird.
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Nach dem Reinigen des Randbereichs
6 wird die Maske
4 entfernt. Das Vakuum wird dabei aufrechterhalten. Es ist selbstverständlich auch möglich, zum Entfernen oder Wechseln der Maske
4 die Vorrichtung zum Plasmaätzen zwischenzeitlich zu belüften. Es wird anschließend die in
3 gezeigte erste Blende
7 angebracht, so dass sie den Randbereich
6 der Oberseite O des Substrats
2 abschnittsweise abdeckt. Die erste Blende
7 deckt auch die Seitenflächen des Substrats
2 ab. Anschließend wird bei einer Temperatur von höchstens 40°C, vorzugsweise höchstens 35°C, eine aus Polyparaxylylen gebildete erste Kunststoffschicht
8 auf der Szintillatorschicht
3 und dem durch die erste Blende
7 freigelassenen umlaufenden Randbereich
6 der Szintillatorschicht
3 abgeschieden. Das Abscheiden der aus Polyparaxylylen hergestellten Kunststoffschicht
8 erfolgt in herkömmlicher Weise. Es wird dazu beispielsweise auf die
US 2001/0030291 A1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit einbezogen wird.
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4 zeigt das Substrat 2 mit der darauf abgeschiedenen aus Polyparaxylylen hergestellten ersten Kunststoffschicht 8. Ferner ist in 4 eine zweite Blende 9 erkennbar, mit der wiederum ein sich vom Umfangsrand der ersten Kunststoffschicht 8 erstreckender weiterer Randbereich auf der Oberseite O des Substrats 2 begrenzt wird. Das Entfernen der ersten 7 und das Anbringen der zweiten Blende 9 kann weiterhin im selben Vakuum erfolgen. Nach dem Anbringen der zweiten Blende 9 kann eine, beispielsweise aus Aluminium hergestellte, anorganische Schicht 10 z. B. mittels Physical Vapor Deposition (PVD) auf der ersten Kunststoffschicht 8 aufgebracht werden. Die anorganische Schicht 10 überdeckt die erste Kunststoffschicht 8 vollständig und reicht bis zur Oberseite O des Substrats 2. 5 zeigt das Substrat 2 nach dem Auftragen der anorganischen Schicht 10.
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Anschließend ist es möglich, mittels weiterer Blenden weitere Schichten aufzubringen, welche sich jeweils über den Umfangsrand der zuvor aufgebrachten Schicht unmittelbar auf die Oberseite O des Substrats 2 erstrecken. Es können sukzessive weitere Schichten, insbesondere Kunststoffschichten (hier nicht gezeigt), aufgetragen werden.
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6 zeigt einen Röntgendetektor, bei dem an einer Unterseite U des Substrats 2 ein CCD-Chip 11, beispielsweise mittels eines transparenten Klebers, angebracht ist. Die Szintillatorschicht 3 wird hier durch die erste Kunststoffschicht 8 und die anorganische Schicht 10 vor dem Eintritt von Feuchtigkeit geschützt.
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Infolge des Reinigungsschritts mittels Plasmaätzen wird eine besonders feste Verbindung zwischen der ersten Kunststoffschicht 8 und der Oberseite O des Substrats 2 erreicht. Es wird angenommen, dass durch die Wirkung des Plasmas an der Oberseite O des Substrats 2 adsorbierter Kohlenstoff entfernt wird. Die Anbindung der ersten Kunststoffschicht 8 an die Oberseite O kann weiter verbessert werden, indem zumindest die Oberseite O des Substrats 2 vor dem Reinigen mittels Plasmaätzen mit einem alkalischen Reiniger gereinigt wird. Bei dem alkalischen Reiniger kann es sich um eine Sodalösung, eine KOH-Lauge oder eine RBS50-Lösung der Firma Karl Roth, Karlsruhe handeln.
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Die Verwendung der in den 1 und 2 gezeigten Maske 4 verhindert ein Einwirken des Plasmas auf die Strahleneintrittsseite S der Szintillatorschicht 3. Damit wird ein unerwünschtes Eindringen von Kunststoff in vorwiegend vertikal verlaufende Spalten (hier nicht gezeigt) an der Strahleneintrittsseite S der Szintillatorschicht 3 vermieden.
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Anstelle der Verwendung der Maske 4 ist es auch möglich, die Strahleneintrittsseite S der Szintillatorschicht 3 vor dem Aufbringen der ersten Kunststoffschicht 8 mechanisch zu glätten oder oberflächlich, z. B. mittels eines Elektronen- oder Laserstahls, aufzuschmelzen. Damit werden die vorerwähnten Spalten an der Strahleneintrittsseite S der Szintillatorschicht 3 im Wesentlichen geschlossen.
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Zum Schließen der vorerwähnten Spalten an der Strahleneintrittsseite S der Szintillatorschicht 3 ist es auch möglich, unmittelbar nach dem Aufdampfen der Szintillatorschicht 3 eine, beispielsweise aus Aluminiumoxid gebildete, Füllschicht aufzutragen, mit der die vorerwähnten Spalten im Wesentlichen verschlossen werden. Die Füllschicht erstreckt sich in diesem Fall lediglich auf die Strahleneintrittsseite S der Szintillatorschicht 3.
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Zur Vermeidung der Verwendung von Masken oder Blenden ist es selbstverständlich auch möglich, die Szintillatorschicht 3 an ihrer Strahleneingangsseite S zunächst zu glätten und anschließend darauf die Füllschicht aufzubringen.
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In jedem Fall hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zumindest den Schritt des Plasmaätzens im selben Vakuum durchzuführen, wie den Schritt des nachfolgenden Auftragens der ersten Kunststoffschicht 8. Es wird damit eine Kontamination des mittels des Plasmaätzens gereinigten Randbereichs 6 an der Oberseite O des Substrats 2 vermieden. Es kann damit eine besonders feste Verbindung zwischen der ersten Kunststoffschicht 8 und der Oberseite O erreicht werden.
