DE102011108876B4 - Direktwandelnder Röntgendetektor mit Strahlenschutz für die Elektronik - Google Patents

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Abstract

Röntgendetektor mit
einem Röntgenstrahlung (R) direkt in elektrische Ladungsträger wandelnden ersten Röntgensensor (1),
einer elektrisch mit dem ersten Röntgensensor (1) verbundenen (17) Signalauswerteelektronik (2),
einem zum Schutz der Signalauswerteelektronik (2) ausgebildeten Röntgenabsorber (3) und
einem zum Positionieren des ersten Röntgensensors (1) relativ zum Röntgenabsorber (3) ausgebildeten und angeordneten ersten Sensorträger (4),
wobei der erste Röntgensensor (1) auf dem ersten Sensorträger (4) und beide gemeinsam sowie die Signalauswerteelektronik (2) und der Röntgenabsorber (3) auf einem Substrat (5) angeordnet und alle diese Elemente (1, 2, 3, 4, 5) hinter einer Wandung (15) angeordnet sind, in der eine Blende (13), durch die Röntgenstrahlung (R) einfällt, ausgebildet ist;
wobei in Einfallsrichtung (E) der Röntgenstrahlung (R) gesehen sowohl die Signalauswerteelektronik (2) hinter dem Röntgenabsorber (3) und im Röntgenstrahlenschatten (S) desselben angeordnet ist, als auch der erste Röntgensensor (1) mittels des zwischen dem Röntgenabsorber (3) und der Signalauswerteelektronik (2) angeordneten ersten Sensorträgers (4) zwar ebenfalls zumindest abschnittsweise hinter dem Röntgenabsorber (3), jedoch außerhalb des Röntgenstrahlenschattens (S) desselben positioniert ist und
in einem kartesischen Koordinatensystem die y-Richtung die Einfallsrichtung (E) der Röntgenstrahlung (R) ist und die Ebene des Substrats (5) der y-z-Ebene entspricht und
als Material für den Röntgenabsorber (3) Zirkoniumoxid, Wolfram oder Blei verwendet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Röntgendetektor mit mindestens einem Röntgenstrahlung direkt in elektrische Ladungsträger wandelnden Röntgensensor und auf eine Anordnung aus mehreren solchen Röntgendetektoren.
  • Aus dem Stand der Technik sind bildgebende Detektoren für Röntgenstrahlung bekannt, die üblicherweise einen Szintillator umfassen, welcher die einfallende Röntgenstrahlung in sichtbares und/oder ultraviolettes Licht umwandelt. Dieses Licht wird dann mit einer Fotoelektronenvervielfachungsröhre oder einem Halbleiterdetektor (beispielsweise CCD-Fotodetektor) aufgefangen und steht damit zur Weiterverarbeitung beispielsweise in einem angeschlossenen Rechnersystem zur Verfügung. Diese Lösung hat sich einerseits technisch bewährt und ist somit auch in unterschiedlichen Varianten auf dem Markt. Siehe hierzu beispielsweise die DE 197 11 927 A1 .
  • Nachteile des Szintillatorprinzips sind zum einen die begrenzte Ortsauflösung, da anorganische Szintillatoren (z.B. auf Zinksulfid- oder Natriumiodid-Basis) nur an sogenannten Aktivatorzentren sichtbares oder UV-Licht emittieren und dieses Licht anschließend im Szintillator gestreut wird, was ein hohes Übersprechen von beispielsweise einem Pixel eines CCD-Sensors zu danebenliegenden Pixeln zur Folge hat. Außerdem besitzen Szintillatoren die Eigenschaft nachzuleuchten, so dass die Dynamik und damit die Bildfolgegeschwindigkeit eines solchen Sensors negativ beeinflusst wird. Weitere Nachteile ergeben sich aus den besonderen Eigenschaften der Szintillatoren und/oder ihrer chemischen Zusammensetzung: So ist beispielsweise eine aufwendige Herstellung als Einkristall notwendig, um eine ausreichende Lichtdurchlässigkeit zu garantieren, in der Regel besteht eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen (wie beispielsweise Feuchtigkeit) und die Lebensdauer ist begrenzt. Diese Besonderheiten spiegeln sich auch in einem sehr hohen Preis von szintillatorbasierten Röntgendetektoren wider.
  • Aus dem Stand der Technik sind desweiteren direktwandelnde Röntgendetektoren bekannt (siehe beispielsweise DE 10 2009 008 702 A1 ). Bei diesen werden im Halbleitermaterial des Röntgensensors des Röntgendetektors durch die Röntgenphotonen unmittelbar Elektron-Loch-Paare erzeugt, welche dann durch ein angelegtes elektrisches Feld (entsprechend z.B. einer angelegten Spannung von z.B. 50 bis 400 Volt) getrennt und abtransportiert werden können. Dadurch wird ein kleiner elektrischer Strom hervorgerufen, dessen Stärke proportional zur Energie und zur Intensität zur einfallenden Röntgenstrahlung ist.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf solche direktwandelnde Röntgendetektoren.
  • Da bei solchen direktwandelnden Röntgendetektoren naturgemäß nur sehr kleine Signalspannungen bzw. Signalströme auftreten, muss die dem Röntgensensor (also demjenigen Bauteil des Röntgendetektors, das das die Direktwandlung vornehmende Halbleitermaterial umfasst) nachgeschaltete Signalverarbeitungselektronik (nachfolgend im Rahmen der Erfindung auch als Signalauswerteelektronik bezeichnet) möglichst nahe am Röntgensensor (bzw. am wandelnden Material) angeordnet werden, um eine Einkopplung von Störungen und/oder Rauschspannungen zu minimieren. Eine solche Elektronik ist häufig, z.B. gegebenenfalls auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, als kundenspezifische(r) integrierte(r) Schaltkreis(e) (nachfolgend kurz auch als ASIC bezeichnet, von englisch: application specific integrated circuit) auf Siliziumbasis realisiert. Solche Elektroniken sind jedoch in der Regel sehr strahlenempfindlich gegen direkte Bestrahlung durch energiereiche Strahlung wie Röntgen- oder Gammastrahlung, was nach kurzer Bestrahlzeit zu irreversiblen Parameteränderungen oder gar zur Zerstörung der aktiven Strukturen auf dem integrierten Schaltkreis führen kann.
  • Um solche Probleme bis hin zu Zerstörungen der Signalauswerteelektronik zu vermeiden, ist es nun bekannt ( DE 10 2007 010 639 A1 ), die strahlungsempfindliche Elektronik außerhalb der Gehäusegeometrie von Bildgebungskomponenten von Röntgendetektoren zu platzieren. Diese Lösung ist jedoch - da bei direktwandelnden Detektoren wie vorbeschrieben die Elektronik nahe am Röntgensensor angeordnet werden soll - bei direktwandelnden Röntgensensoren in der Praxis nur sehr schwierig oder gar nicht einsetzbar.
  • Die DE 697 14 105 T2 bezieht sich auf eine Multischnitt-Bildherstellungs-Vorrichtung für Röntgenstrahlen-, Gammastrahlentransmission oder mit Gammastrahlenemission arbeitenden Bildherstellungsvorrichtungen.
  • In DE 10 2008 061 486 A1 ist ein Detektormodul für Röntgen- oder Gammastrahlung mit speziell ausgebildetem Streustrahlenraster beschrieben.
  • US 7,217,931 B1 betrifft eine radiologische bildgebende Vorrichtung und eine Detektoreinheit dafür.
  • Ein Detektormodul für einen Detektor zur Detektion ionisierender Strahlung sowie ein Detektor sind aus DE 103 35 662 A1 bekannt.
  • Eine Detektoranordnung für multimodale Scanner ist in US 6,6448,559 B1 beschrieben.
  • Die EP 0 448 818 A2 betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung von Werkstücken mittels Röntgenstrahlung, wobei die Werkstücke bevorzugt Kraftfahrzeugreifen sind.
  • Ein Röntgenstrahlungsdetektor mit hoher Auflösung ist aus US 4,870,279 B bekannt.
  • Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Röntgendetektor mit mindestens einem Röntgenstrahlung direkt in elektrische Ladungsträger wandelnden Röntgensensor zur Verfügung zu stellen, bei dem die mit dem/den Röntgensensor(en) verbundene Signalauswerteelektronik möglichst nahe an dem/den Röntgensensor(en) angeordnet und dennoch ausreichend gegen die energiereiche Röntgenstrahlung geschützt ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus, insbesondere auch in Kombination mit der vorbeschriebenen Aufgabe, energieselektive, direktwandelnde Röntgendetektoren zur Verfügung zu stellen. In Verbindung damit (oder auch in Alleinstellung) ist es darüber hinaus auch die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen direktwandelnden Röntgendetektor zur Verfügung zu stellen, mit dem eine verbesserte thermische Anpassung der unterschiedlichen zum Aufbau des Detektors verwendeten Materialien realisiert ist.
  • Diese Aufgabe wird durch Röntgendetektoren gemäß der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Röntgendetektoren bzw. Anordnungen ergeben sich dabei jeweils aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung zunächst allgemein, dann anhand mehrerer Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben. Die bei den einzelnen Ausführungsbeispielen in Kombination miteinander gezeigten Einzelmerkmale und/oder einzelnen Baugruppen müssen im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei nicht in der konkret in den Ausführungsbeispielen gezeigten Konfiguration verwirklicht sein, sondern können auch in anderen Konfigurationen verwirklicht werden. Insbesondere können einzelne der gezeigten Bauteile und/oder Merkmale auch auf andere Art und Weise mit anderen Bauteilen bzw. Merkmalen kombiniert werden, oder auch weggelassen werden. Insbesondere kann jedes Einzelmerkmal, das in einem Ausführungsbeispiel gezeigt ist, auch als alleinstehendes Merkmal, also ohne die anderen gezeigten Einzelmerkmale des entsprechenden Ausführungsbeispiels, realisiert werden und bereits für sich zu einem Vorteil gegenüber dem bereits bekannten Stand der Technik führen.
  • Wird nachfolgend im Rahmen der Erfindung davon gesprochen, dass ein Bauelement (beispielsweise ein Röntgensensor) auf einem anderen Bauelement (beispielsweise einem Sensorträger) angeordnet ist oder zwischen zwei anderen Bauelementen angeordnet ist, so bedeutet dies, sofern nichts anderes gesagt ist, dass die mehreren Bauelemente fest miteinander verbunden sind. So kann beispielsweise ein Sensorträger zwischen einem Röntgensensor und einem Substrat angeordnet sein. Dies schließt allerdings nicht aus, dass diese Verbindung, z.B. mittels einer dünnen, leitfähigen Klebeschicht, nicht unmittelbar zwischen zwei Bauelementen realisiert ist, so dass z.B. zwei aufeinander angeordnete Bauelemente nicht unmittelbar aneinander angrenzen müssen.
  • Ein erster erfindungsgemäßer Röntgendetektor umfasst einen Röntgenstrahlung direkt in elektrische Ladungsträger wandelnden Röntgensensor (sofern mehrere Röntgensensoren vorhanden sind, ist dieser Röntgensensor nachfolgend auch als erster Röntgensensor bezeichnet). Mit dem ersten Röntgensensor ist, zur Signalableitung aus dem Röntgensensor und zum Verarbeiten der abgeleiteten Signale, eine Signalauswerteelektronik elektrisch verbunden. Die Signalauswerteelektronik kann insbesondere einen oder mehrere integrierte(n) Schaltkreis(e) umfassen (wobei der/die Schaltkreis(e) z.B. als ASIC bzw. ASICs ausgebildet sein kann/können). Zum Schutz der Signalauswerteelektronik ist zudem ein Röntgenspektrums aus einem Röntgenphotonen des verwendeten Röntgenspektrums (Maximalenergie z.B. zwischen 40 und 300 keV) möglichst gut absorbierenden Material vorgesehen. Der Röntgenabsorber ist aus ZrO2-Keramik, (ggf. auch aus Blei oder Wolfram ausgebildet. Schließlich ist (mindestens) ein Sensorträger vorgesehen, der so ausgeformt und/oder positioniert ist, dass mit ihm der Röntgensensor relativ zum Röntgenabsorber positioniert werden kann.
  • Erfindungsgemäß ist, in Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung gesehen, zum einen die Signalauswerteelektronik hinter dem Röntgenabsorber und im Röntgenstrahlenschatten dieses Röntgenabsorbers angeordnet (der Röntgenstrahlenschatten ist dabei derjenige Raumbereich, der durch Parallelprojektion der maximalen Querschnittsfläche des Röntgenabsorbers in der Ebene senkrecht zur Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung in Richtung der Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung entsteht). Andererseits ist der Röntgensensor mittels des Sensorträgers (z.B. durch Anordnung auf letzterem) so positioniert, dass der Röntgensensor zwar ebenfalls (in Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung gesehen) zumindest abschnittsweise hinter dem Röntgenabsorber liegt. Im Gegensatz zur Signalauswerteelektronik ist der Röntgensensor jedoch, durch geeignete Positionierung mithilfe des Sensorträgers, außerhalb des Röntgenstrahlenschattens des Röntgenabsorbers positioniert.
  • In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform dieses Röntgendetektors (dies gilt ebenso für die nachfolgend noch vorgestellten Varianten der erfindungsgemäßen Röntgendetektoren) kann der (erste) Sensorträger, in Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung gesehen, zwischen dem Röntgenabsorber und der Signalauswerteelektronik angeordnet werden. Grundsätzlich ist es jedoch ebenso denkbar (in diese Einfallsrichtung gesehen) zuerst den Röntgenabsorber, dann die Auswerteelektronik und schließlich den Sensorträger (mit dem von ihm unterstützten Röntgensensor anzuordnen), da auch diese Konfiguration, ebenso wie die vorbeschriebene, eine Positionierung des Röntgensensors sehr nahe an der Signalauswerteelektronik erlaubt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante weist der erste erfindungsgemäße Röntgendetektor ein Substrat auf, das insbesondere als Leiterplatte ausgebildet sein kann. Der Röntgenabsorber, der mindestens eine Sensorträger und die Signalauswerteelektronik sind dann gemeinsam auf diesem Substrat angeordnet. In Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung gesehen geschieht dies bevorzugt in der Reihenfolge Röntgenabsorber, Sensorträger (ein oder mehrere) und Signalauswerteelektronik. Wie vorbeschrieben ist es jedoch ebenso möglich, dem Röntgenabsorber unmittelbar die Signalauswerteelektronik folgen zu lassen, bevor dann der mindestens eine Sensorträger folgt.
  • Vorzugsweise weist darüber hinaus das Material des in Richtung senkrecht zur Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung und senkrecht zur Ebene des Substrats gesehen zwischen dem Substrat und dem Röntgensensor angeordneten Sensorträgers einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Substrats einerseits und demjenigen des Materials des Röntgensensors andererseits liegt (bevorzugt liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient des Sensorträgers genau zwischen demjenigen des Substrats und demjenigen des Röntgensensors). Somit kann die thermische Ausdehnung des Röntgensensors an diejenige des Substrats angepasst werden, was insbesondere bei spröden Materialien wie GaAs als Röntgensensor, die auf einem Keramikträger als Substrat angeordnet sind (wobei beide Materialien dann unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen) von Vorteil ist, da GaAs ein sprödes Material ist, bei dem in der beschriebenen Konfiguration ohne die vorbeschriebene thermische Anpassung über die beim Betrieb des Röntgendetektors auftretenden Temperaturveränderungen Spannungsrisse auftreten könnten.
  • Vorteilhafterweise weist, senkrecht zur Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung und senkrecht zur Ebene des Substrats gesehen der erste Sensorträger dieselbe Ausdehnung auf, wie der Röntgenabsorber, so dass der Sensorträger genau in den Röntgenstrahlenschatten des Röntgenabsorbers passt, also gerade vollständig in diesem Schatten positioniert ist.
  • In einer weiteren, besonders bevorzugten Variante ist der erste erfindungsgemäße Röntgendetektor als energieselektiver direktwandelnder Röntgendetektor (nachfolgend alternativ auch als Röntgen-Tandemsensor bezeichnet) ausgebildet. Hierzu umfasst der Detektor einen weiteren, zweiten, die Röntgenstrahlung direkt in elektrische Ladungsträger wandelnden Röntgensensor, der ebenfalls elektrisch zur Signalableitung und -auswertung mit der Signalauswerteelektronik verbunden ist. Zudem ist ein weiterer, zur Positionierung dieses zweiten Röntgensensors relativ zum vorbeschriebenen Röntgenabsorber ausgebildeter und angeordneter zweiter Sensorträger vorgesehen. Bevorzugt ist dieser zweite Sensorträger, wie vorstehend für den ersten Sensorträger beschrieben, hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten seines Materials so ausgestaltet, dass die thermische Ausdehnung des zweiten Röntgensensors an diejenige des Substrats angepasst ist.
  • In Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung gesehen ist der zweite Röntgensensor hinter dem ersten Röntgensensor angeordnet und mittels des zweiten Sensorträgers (z.B. indem letzterer unterhalb des zweiten Röntgensensors positioniert ist) hinter dem Röntgenabsorber, jedoch außerhalb des Röntgenstrahlenschattens desselben positioniert. Ganz analog zum ersten Röntgensensor und dessen erstem Sensorträger kann, senkrecht zur Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung und senkrecht zur Ebene des Substrats gesehen, der zweite Sensorträger dieselbe Ausdehnung aufweisen, wie der Röntgenabsorber (und ggf. auch der erste Sensorträger), so dass der zweite Sensorträger vollständig im Röntgenstrahlenschatten des Röntgenabsorbers positioniert ist und den von ihm unterstützten zweiten Röntgensensor gerade vollständig aus dem Röntgenstrahlenschatten des Röntgenabsorbers heraushebt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Variante ist/sind der erste und/oder der zweite (bevorzugt: beide) Sensorträger elektrisch leitend und zur elektrischen Spannungsversorgung des ersten und/oder des zweiten Röntgensensors ausgebildet. Beispielsweise kann ein solcher, zwischen einem Keramiksubstrat und einem GaAs-Röntgensensor angeordneter Sensorträger aus eine leitfähige Komponente enthaltendem Al2O3 bestehen. (Die Spannungsversorgung kann jedoch alternativ dazu oder in Kombination damit auch mithilfe einer dünnen, leitfähigen, zwischen Sensorträger und Röntgensensor eingebrachten Kleberschicht realisiert werden.)
  • Ein zweiter erfindungsgemäßer Röntgendetektor ist wie folgt aufgebaut: Der Röntgendetektor umfasst ein Substrat, insbesondere eine Leiterplatte, einen ersten und einen zweiten Röntgensensor (die beide jeweils Röntgenstrahlung direkt in elektrische Ladungsträger wandeln), die beide auf einer ersten Seite des Substrats angeordnet sind, eine elektrisch (zur Signalableitung und -auswertung) mit den beiden Röntgensensoren verbundene, bevorzugt als integrierte Schaltung(en) ausgebildete Signalauswerteelektronik (die auf der der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite des Substrats und dort bevorzugt in dem den beiden Röntgensensoren gegenüberliegenden Abschnitt angeordnet ist) und einen zum Schutz der Signalauswerteelektronik ausgebildeten, auf der zweiten Seite des Substrats in Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung gesehen vor der Signalauswerteelektronik positionierten Röntgenabsorber. Der Röntgenabsorber ist so positioniert, dass die Signalauswerteelektronik im Röntgenstrahlenschatten des Röntgenabsorbers angeordnet ist.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsvariante dieses zweiten Röntgendetektors hat eine elektrische Verbindung (zum Übermitteln der Sensorsignale an die Signalauswerteelektronik) zwischen mindestens einem der Röntgensensoren und der Signalauswerteelektronik, die auf elektrisch leitfähigen, durch das Substrat hindurchführenden Durchkontaktierungen basiert.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten des ersten oder des zweiten erfindungsgemäßen Röntgendetektors sind wie folgt realisiert:
  • Die beiden Röntgensensoren des Detektors können zur Absorption unterschiedlicher spektraler Anteile der einfallenden Röntgenstrahlung ausgebildet sein. Dabei ist bevorzugt der erste (der einfallenden Strahlung zugewandte) Röntgensensor zur Absorption eines niederenergetischen Strahlenanteils ausgebildet. Hierzu kann dieser Röntgensensor aus Silizium ausgebildet werden bzw. Silizium enthalten. Bevorzugt ist dann der zweite Röntgensensor (also der der einfallenden Röntgenstrahlung abgewandte, also ggf. im Röntgenstrahlenschatten des ersten Röntgensensors liegende Röntgensensor) zur Absorption eines im Vergleich zum ersten Röntgensensor höherenergetischen Anteils der einfallenden Röntgenstrahlung ausgebildet. Hierzu kann der zweite Röntgensensor GaAs enthalten oder daraus bestehen. Vorteilhafterweise sind somit die Kernladungszahlen bzw. die mittleren Kernladungszahlen der beiden Halbleitermaterialien der beiden Röntgensensoren unterschiedlich.
  • In einer weiteren vorteilhaften Variante des ersten oder des zweiten erfindungsgemäßen Röntgendetektors ist eine vorzugsweise mit einer schlitzförmigen Öffnung ausgestattete zusätzliche Strahlblende vorgesehen. Bei dieser Strahlblende kann es sich um einen Gehäuseabschnitt eines Gehäuses handeln, das zur Aufnahme der Bauelemente des erfindungsgemäßen Röntgendetektors ausgebildet ist. Die Strahlblende (bzw. der entsprechende Gehäuseabschnitt) ist dabei in Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung vor dem ersten (oder vor beiden) Röntgensensor(en) und bevorzugt auch vor dem Röntgenabsorber angeordnet und so ausgerichtet, dass der/die Röntgensensor(en) gerade nicht im Röntgenstrahlenschatten der (Strahlen absorbierenden) Wandung der Strahlenblende bzw. des Gehäuses, sondern gerade hinter der Öffnung angeordnet ist/sind.
  • In einer weiteren vorteilhaften Variante sind die vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Röntgendetektoren als eindimensionale Zeilendetektoren ausgebildet: Hierzu weist/weisen der/die Röntgensensor(en) senkrecht zur Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung und in der Substratebene gesehen eine Vielzahl einzelner Pixel auf, die zum ortsaufgelösten Erfassen der Röntgenstrahlung ausgebildet sind. Die einzelnen Pixel sind dann zum Übermitteln und Auswerten der von Ihnen erzeugten Sensorsignale jeweils mit der Signalauswerteelektronik verbunden, beispielsweise über Bonddrähte und/oder Flip-Chip-Kontakte.
  • Vorteilhafterweise sind im (energieselektiven) Fall des Vorsehens zweier Röntgensensoren in einer solchen Zeilensensorstruktur in Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung gesehen die Pixel des ersten Röntgensensors einerseits und des zweiten Röntgensensors andererseits wie folgt positioniert: Die in diese Einfallsrichtung parallel projizierten Pixelquerschnittsflächen des ersten Röntgensensors fallen genau auf die Querschnittsflächen der Pixel des zweiten Röntgensensors. In diesem Falle lassen sich somit mit den beiden Zeilensensoren identische Ortsinformationen gewinnen.
  • Diese vorbeschriebenen Zeilensensorstrukturen können dann zur Ausbildung einer in zwei Dimensionen ortsauflösenden Anordnung aus Röntgendetektoren verbunden werden: Die einzelnen Zeilensensoren können mit ihren Substratebenen parallel liegend übereinander gestapelt werden, so dass die einzelnen Zeilensensorstrukturen der ersten oder der ersten und der zweiten Röntgensensoren in der Ebene senkrecht zur Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung gesehen eine oder zwei zweidimensionale Flächensensorstruktur(en) ausbilden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform, in der (energieselektiv) zwei unterschiedliche Röntgensensoren realisiert sind, sind die beiden Röntgensensoren vollständig unabhängig voneinander mit der jeweils notwendigen elektrischen Spannung versorgbar. Es ist insbesondere dann vorteilhaft, die Hochspannungsversorgung zur Ladungstrennung für jeden Röntgensensor getrennt auszuführen, wenn für beide Sensoren unterschiedliche Hochspannungen benötigt werden. Weiterhin kann/können die eine oder die beiden Hochspannungsversorgung(en) mit einer sensitiven Stromüberwachung ausgestattet sein, um eventuelle Hochspannungsdurchbrüche der Halbleiter schnell zu erkennen und in diesem Fall die Hochspannung schnell abzuschalten.
  • Erfindungsgemäß kann somit insbesondere bei zeilenförmigen Röntgendetektoren der Strahlenschutz für die Röntgenstrahlen empfindliche, dem/den Röntgensensor(en) nachgelagerte Elektronik gewährleistet werden. Dies betrifft insbesondere die Signalauswerteelektronik, kann jedoch auch noch eine Reihe anderer, passiver (strahlungsempfindlicher) Bauelemente betreffen, indem auch diese im Strahlungsschatten des Röntgenabsorbers angeordnet werden. (Die vorbeschriebene Blende mit schlitzförmiger Öffnung, die im Regelfall einen Teil des Gehäuses ausbildet, reicht hierzu nicht aus: Aufgrund konstruktiver Gegebenheiten, wie beispielsweise einem maximalen Gehäusegewicht, kann die Blende nicht so dick ausgeführt werden, dass sie alleine den Strahlenschutz der empfindlichen Elektronik gewährleisten kann.)
  • Insbesondere durch die vorteilhafte Realisierung des zusätzlichen Röntgenabsorbers in Verbindung mit dem/den Sensorträger(n) in bezüglich des Wärmeausdehnungskoeffizienten angepasster Form lässt sich nicht nur die Röntgenstrahlung hinter dem/den Röntgensensor(en) auf ein Minimum reduzieren (und somit ein ausreichender Schutz der empfindlichen Komponenten vor Röntgenstrahlung sicherstellen), sondern auch eine optimale thermische Anpassung der einzelnen Komponenten des Röntgendetektors, insbesondere des/der Röntgensensor(en) an das tragende Substrat, realisieren.
  • Erfindungsgemäß können ein niedrig absorbierender Halbleiter-Röntgensensor (z.B. aus Si) und ein hochabsorbierender Halbleiter-Röntgensensor (z.B. aus GaAs) gleicher Dicke auf einem Substrat bzw. Schaltungsträger so zueinander ausgerichtet werden, dass Röntgenphotonen zuerst den niedrigabsorbierenden und danach den hochabsorbierenden Halbleiter passieren.
  • Dabei können die beiden Röntgensensoren mit geometrisch gleichen Elektrodenstrukturen, welche als Pixelelektroden dienen, versehen sein, so dass entweder Zeilen- oder auch Flächendetektoren herstellbar sind. Die Pixelstrukturen der beiden energieselektiven, hintereinander angeordneten Röntgensensoren können dabei parallel zueinander angeordnet sein, um ein und dieselbe Ortsinformation (z.B. zur Bildverarbeitung in einem der Signalauswerteelektronik nachgeschalteten Rechnersystem) zu liefern.
  • Die beiden energieselektiven Röntgensensoren können als separate Bauelemente realisiert oder auch in ein und demselben Bauelement integriert sein (beispielsweise auch durch Eingießen in eine entsprechende Vergussmasse). Sie können jeweils mit eigener Hochspannungsversorgung zum Erreichen einer für den jeweiligen Halbleitertyp optimalen Ladungstrennung versehen sein. Beide Röntgensensoren können (als separate Bauelemente oder auch in einem Bauelement integriert) mit gängigen Verfahren der Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik, wie beispielsweise Drahtbonden oder Flip-Chip-Bonden aufgebaut werden, beispielsweise auf dem Schaltungsträger montiert werden.
  • Wenn der Röntgensensor (oder die beiden energieselektiven Röntgensensoren jeweils) als Zeilensensor oder auch als Flächensensor aufgebaut sind, so kann die geometrische Anordnung so erfolgen, dass eine Vielzahl einzelner Pixel mit minimalem Lagefehler nebeneinander angeordnet sind. So sind Zeilen- oder Flächensensoren mit hoher Pixelanzahl, z.B. mit 1024 Pixeln je Zeile oder mit 1024 x 1024 Pixeln in der Fläche möglich.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben.
  • Dabei zeigen:
    • 1: Das Grundprinzip der Direktwandlung, wie es in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
    • 2: Das Grundprinzip eines energieselektiven Röntgendetektors mit zwei unterschiedlichen Röntgensensoren gemäß der Erfindung.
    • 3: Einen ersten erfindungsgemäßen Röntgendetektor mit einem Röntgensensor.
    • 4a bis 4c: Einen zweiten erfindungsgemäßen Röntgendetektor mit zwei unterschiedlichen Röntgensensoren.
    • 5a bis 5c: Einen weiteren erfindungsgemäßen Röntgendetektor mit zwei unterschiedlichen Röntgensensoren.
    • 6: Ein Bild der Zeilenstruktur eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors.
    • 7: Ein Bild des Aufbaus eines Prototypen eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors.
  • 1 zeigt das Grundprinzip der Direktwandlung, wie es bei den erfindungsgemäßen Röntgendetektoren bzw. deren Röntgensensoren zum Einsatz kommt. Die Röntgenphotonen erzeugen im Röntgensensormaterial Elektron-Loch-Paare, welche durch das angelegte elektrische Feld der Gleichspannung Vbias getrennt und zu den Elektroden abtransportiert werden können.
  • Rechts im Bild ist dabei die Strukturierung der einen Elektrode in Form einer Vielzahl einzelner Pixelelektroden zu sehen, die eine ortsauflösende Detektion der Röntgenphotonen ermöglicht. Durch den Ladungsabtransport wird ein (kleiner) elektrischer Strom (so erzeugt z.B. ein Röntgen-Photon von 60 keV im Mittel ca. 105 Elektron-Loch-Paare in GaAs) hervorgerufen, dessen Stärke proportional zur Energie und zur Intensität der einfallenden Röntgenstrahlung ist. Um störende elektrische Effekte (wie beispielsweise eine kapazitive Kopplung zwischen einzelnen Bonddrähten einzelner Pixel) zu vermeiden, ist es wie vorbeschrieben notwendig, dass zwischen dem Röntgensensor und der nachgeschalteten, verstärkenden und auswertenden Signalauswerteelektronik möglichst kurze Leitungswege gegeben sind.
  • Bei der Absorption der Röntgenphotonen treten in Abhängigkeit von der Kernladungszahl der Halbleiter des Röntgensensors unterschiedliche Effekte als Haupteffekte auf: So überwiegt bei Halbleitern mit niedriger Kernladungszahl (zum Beispiel Silizium) der Comptoneffekt, bei dem ein Teil der Röntgenphotonenenergie an ein Hüllenelektron des Halbleiters abgegeben wird mit der Folge der Streuung des Röntgenphotons und der Erzeugung eines Comptonelektrons. Bei Halbleitern mit höherer Kernladungszahl (z.B. GaAs) überwiegt dagegen der Photoeffekt; es kommt zur Emission eines Elektrons aus einer Schale der Elektronenhülle des Halbleiters infolge der Absorption des Röntgenphotons.
  • 2 zeigt das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Röntgendetektoren mit zwei unterschiedlichen (energieselektiven) Röntgensensoren: Wenn ein niedrigabsorbierender Halbleiterdetektor (z.B. Silizium) mit einem hochabsorbierenden Halbleiterdetektor (z.B. Galliumarsenid) kombiniert wird, so nutzt dieser Tandemdetektor bzw. -sensor sowohl den Compton- als auch den Photoeffekt für den Nachweis der Röntgenstrahlung und erreicht damit eine wesentlich höhere Gesamtsensitivität.
  • Werden die beiden Teile des Röntgendetektors (also die beiden Röntgensensoren) so aufgebaut, dass ihnen jeweils eine eigene Hochspannungsquelle zur Ausräumung der Ladungsträger zugeordnet werden kann, so lässt sich ein optimaler Arbeitspunkt für jeden der beiden Röntgensensoren einstellen.
  • (Zur Bedeutung der Bezugszeichen in 2 siehe die nachfolgenden Ausführungsbeispiele.)
  • 3 zeigt einen ersten erfindungsgemäßen Röntgendetektor mit lediglich einem Röntgensensor im Querschnitt in einer Ebene in Einfallsrichtung E der Röntgenstrahlung R und senkrecht zur Substratebene. Hier (wie auch in den nachfolgenden Figuren bzw. Ausführungsbeispielen) definiert in einem kartesischen Koordinatensystem x, y, z die y-Richtung die Einfallsrichtung E der Röntgenstrahlung R. Die Substratebene entspricht der y-z-Ebene. Die einzelnen Pixel der Röntgensensoren 1, 6 (siehe nachfolgend), die hier (sowie auch in den 4a bis 4c und 5a bis 5c) nicht gezeigt sind, vergleiche jedoch 6, erstrecken sich in z-Richtung. 3 (wie auch die Ausführungsbeispiele aus 4 und 5 sowie der Prototyp aus den 6 und 7) zeigt somit eine Ausbildung des erfindungsgemäßen Röntgendetektors bzw. dessen Röntgensensoren als eindimensional ortsauflösende Zeilenstruktur. Durch Übereinanderstapeln mehrerer solcher in 3 (oder auch den weiteren Figuren) gezeigter Zeilenstrukturen in Richtung senkrecht zur Substratebene (x-Richtung) so, dass die einzelnen Substratebenen parallel zueinander liegen, lassen sich dann entsprechende zweidimensional ortsauflösende Flächensensoren herstellen.
  • Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel und bei den in den 4 und 5 gezeigten weiteren Ausführungsbeispielen bezeichnen, sofern nichts anderes gesagt ist, identische Bezugszeichen identische Bauteile bzw. Merkmale der Erfindung.
  • Der in 3 gezeigte eindimensionale Zeilendetektor weist einen Keramikträger 5 als Leiterplattensubstrat auf. Auf der hier oben liegenden Substratoberfläche sind mehrere einzelne ASICs, die hier die Signalauswerteelektronik 2 bilden, aufgeklebt. Ebenfalls auf der Oberseite des Substrats 5 aufgeklebt ist ein quaderförmiger, mit seiner Längsachse in z-Richtung ausgerichteter Röntgenabsorber 3 aus nichtleitender ZrO2-Keramik. Schließlich ist auf die Oberseite des Substrats 5 ein ebenfalls quaderförmiger, mit seiner Längsachse ebenfalls in z-Richtung ausgerichteter Sensorträger 4 aus Al2O3 aufgeklebt.
  • In Strahleneinfallrichtung E der Röntgenstrahlung R, also in y-Richtung, sind der Röntgenabsorber 3, der Sensorträger 4 und die Signalauswerteelektronik 2 hintereinander angeordnet. In Richtung senkrecht zur Substratebene (also in x-Richtung) gesehen, sind die Ausdehnungen bzw. Höhen des Röntgenabsorbers 3 einerseits und des Sensorträgers 4 andererseits identisch und hier beispielsweise doppelt so groß wie die entsprechenden Ausdehnung bzw. Höhe der Signalauswerteelektronik 2. Die Signalauswerteelektronik 2 ist somit vollständig bzw. über ihre gesamte Länge in z-Richtung hinter dem Röntgenabsorber 3 (und auch dem Sensorträger 4) im Röntgenstrahlenschatten S des Röntgenabsorbers 3 angeordnet und somit vollständig vor der Röntgenstrahlung geschützt. Der Röntgenabsorber 3 weist hier eine Ausdehnung in y-Richtung auf, die mindestens 70 % der auf den Röntgenabsorber (hinter der Blende 13, siehe nachfolgend) noch auftreffenden Röntgenstrahlenenergie absorbiert, um die Auswerteelektronik 2 vor der energiereichen Röntgenstrahlung R zu schützen. In Einstrahlungsrichtung E gesehen hinter der Auswerteelektronik 2 sind weitere Elektronikkomponenten 20 angeordnet, die ebenfalls im Strahlenschatten S des Absorbers 3 liegen (und somit ebenfalls vor der Röntgenstrahlung R geschützt sind). Die Abmessungen des ZrO2-Absorberstreifens 3 betragen hier beispielsweise (in x-, y- und z-Richtung) 1.4 mm × 2.0 mm × 102,8 mm.
  • Der in Einstrahlungsrichtung E hier unmittelbar, das heißt ohne Zwischenraum hinter dem Absorber 3 ausgebildete Sensorträger 4 ist auf seiner Oberseite mit einem aufgeklebten Röntgensensor 1 aus GaAs versehen. Die Ausdehnung des Röntgensensors 1 in y-Richtung und in z-Richtung entspricht hier jeweils der entsprechenden Ausdehnung des Sensorträgers 4. Da die x-Ausdehnung der Elemente 3 und 4 dieselbe ist, liegt der Röntgensensor 1 somit unmittelbar oberhalb des Strahlenschattens S des Röntgenabsorbers 3, wird also von letzterem bezüglich der auftreffenden Röntgenstrahlung R gesehen gerade nicht abgeschattet.
  • In Einstrahlungsrichtung E vorgesehen vor dem Röntgenabsorber 3 (und somit auch vor den weiteren Elementen 1, 4, 2, 5 und 20) ist ein senkrecht zur Substratebene und zur Einfallsrichtung E liegender Gehäuseabschnitt als Blende 13 eines die Bauteile des Röntgendetektors umschließenden Gehäuses (hier nicht vollständig gezeigt) angeordnet. Der Gehäuseabschnitt als Blende 13 ist hier aus dünnen Wänden 15 eines ebenfalls strahlenabsorbierenden Materials (z.B. Edelstahl mit dünner Bleibeschichtung) ausgebildet. In x-Richtung gesehen auf Höhe des Röntgensensors 1 (und mit identischer Ausdehnung bzw. Schlitzbreite wie letzterer in dieser Richtung) weist der Gehäuseabschnitt als Blende 13 eine längs der z-Richtung verlaufende, schlitzförmige Unterbrechung als Öffnung 14 seiner Wandung 15 auf. Die Röntgenstrahlung R kann somit in y-Richtung über die gesamte Querschnittsfläche des Röntgensensors 1 in der x-z-Ebene ungehindert auf den Röntgensensor einfallen. Alle auf einer x-Höhe außerhalb des Röntgensensors 1 liegenden Bauelemente des gezeigten Röntgendetektors liegen demgegenüber im Röntgenstrahlenschatten SB der Wandung 15 der Blende 13, so dass z.B. die Elemente 2 und 20 auch durch diese Wandung 15 bereits einen gewissen (wenn auch nicht ausreichenden) Strahlenschutz erfahren.
  • Wie in der 3 angedeutet, besteht zwischen dem Röntgensensor 1 und dessen Signalauswerteelektronik 2 eine zur Signalableitung mit Bonddrähten 17 ausgebildete elektrische Verbindung. Da, in Einfallsrichtung E gesehen, die Signalauswerteelektronik 2 aufgrund der vorbeschriebenen Konstruktionsweise unmittelbar hinter dem Röntgensensor 1 bzw. dem Sensorträger 4, praktisch an letzteren anstoßend (hier nicht gezeigt) angeordnet werden kann, ergibt sich erfindungsgemäß ein vorteilhafter, sehr kurzer Leitungsweg für die elektrische Verbindung 17. Die einfallende Röntgenstrahlung R wird mittels der Blende 13 räumlich begrenzt. Um den Auswerteschaltkreis 2 sowie die nachgelagerten elektronischen Bauelemente 20 vor dem Einfall von Röntgenphotonen zu schützen, wird der Röntgensensor 1, der mittels Bonddrähten 17 mit dem Auswerteschaltkreis 2 verbunden ist, auf den Sensorträger 4 gesetzt.
  • Das Material (hier Al2O3) des Sensorträgers 4 weist hierbei einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Röntgensensors 1 (hier GaAs) und des Materials der Leiterplatte 5 (hier Leiterplattenkeramik) liegt. Hierdurch werden Verspannungen und Verbiegungen durch variierende Temperaturen (zwischen den Elementen 1 und 5) minimiert. Da der Keramikträger 4 im Vergleich zum Röntgenabsorber 3 eine identische Höhe aufweist, kann erreicht werden, dass zum einen Röntgenphotonen uneingeschränkt den Sensor 1 erreichen und dass zum anderen die Anzahl der Röntgenphotonen, die hinter den Sensor gelangen, auf ein Minimum reduziert sind.
  • 4 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors mit zwei unterschiedlichen Röntgensensoren 1, 6 (also eines Tandem-Zeilensensors) in einem der 3 entsprechenden Querschnitt (4a), in Sicht von unten auf das Substrat 5 (4b) und in Aufsicht von oben auf das Substrat, also auf die Röntgensensoren 1, 6 sowie die Signalauswerteelektronik 2 ( 4c). Der Aufbau folgt dabei grundsätzlich dem in 3 gezeigten erfindungsgemäßen Röntgendetektor, so dass nachfolgend nur die Unterschiede beschrieben werden (identische Bezugszeichen in der Figur 4a und in der 3 bezeichnen daher identische Bauteile).
  • Auf der Substratoberseite weist der Röntgendetektor aus 4 zwischen dem vorbeschriebenen (ersten) Sensorträger 4 und der Signalauswerteelektronik 2 einen weiteren, zweiten Sensorträger 7 auf. Dieser ist parallel zu den Elementen 3, 4 ausgerichtet und in seiner Größe identisch mit dem ersten Sensorträger 4 ausgebildet. Die Elemente 3, 4 und 7 weisen somit in x-Richtung dieselbe Höhe auf, wobei in Einstrahlungsrichtung E gesehen der erste und der zweite Sensorträger 4, 7 und die Signalauswerteelektronik 2 jeweils unmittelbar hintereinander und jeweils lediglich durch schmale Luftspalte getrennt im Röntgenstrahlenschatten S des Röntgenabsorbers 3 angeordnet sind. (Auch die weiteren elektronischen Komponenten in Einstrahlungsrichtung E gesehen hinter der Auswerteelektronik 2, die hier das Bezugszeichen 20a tragen, sind im Strahlenschatten S angeordnet.)
  • Zur Hochspannungstrennung (damit die beiden Sensoren 1 und 6 mit unterschiedlicher Hochspannung zum Erreichen einer für den jeweiligen Halbleitertyp Si oder GaAs, siehe nachfolgend, optimalen Ladungstrennung betrieben werden können) ist zwischen den Elementen 1 und 6 einerseits und den Elementen 4 und 7 andererseits ein Luftspalt 25 mit einer Ausdehnung von mindestens 1 mm vorgesehen.
  • Auf der Oberseite des zweiten Sensorträgers 7 ist (auf derselben Höhe in x-Richtung gesehen und in identischer geometrischer Konfiguration und Ausrichtung wie der erste Röntgensensor 1) der zweite Röntgensensor 6 ausgebildet. Die nicht im ersten Röntgensensor 1 absorbierten, durch den Schlitz als Öffnung 14 einfallenden Röntgenphotonen können somit im zweiten Röntgensensor 6 absorbiert werden. Im vorliegenden Fall ist nun der erste Röntgensensor 1 aus Silizium und der zweite Röntgensensor 6 aus GaAs.
  • Der erste Sensorträger 4 ist hier z.B. aus leitfähig strukturiertem Glas, der zwischen diesem ersten Sensorträger 4 und der Signalauswerteelektronik 2 angeordnete zweite Sensorträger 7 aus leitfähig strukturiertem Al2O3.
  • Beide Sensorträger 4 ,7 passen somit die Wärmeausdehnungskoeffizienten ihres jeweiligen Sensors 1, 6 optimal an denjenigen des Substrats 5 an.
  • Die beiden Röntgensensoren 1 und 6 sind jeweils mit leitfähigem Kleber auf der Oberseite ihres jeweiligen Sensorträgers 4 ,7 befestigt. Die Hochspannungszufuhr zu den beiden Röntgensensoren 1, 6 geschieht somit hier (wie auch in 3) mithilfe einer auf der Oberseite des Substrats 5 geführten Hochspannungselektrode (nicht gezeigt), die über die beiden Sensorträger 4, 7 und die entsprechenden Kleberschichten mit den Sensoren 1, 6 verbunden ist.
  • Wie 4a und 4c zeigen, sind die einzelnen Pixel (vergleiche 1, 2 und 6) 16a und 16b der Sensoren 1 und 6 mittels Bonddrähten 17 leitfähig mit der Signalauswerteelektronik 2 (bzw. deren einzelnen ASICs 2a, 2b, ...) verbunden. Die Bonddrähte 23 verbinden die ASICs 2a, 2b, ... mit weiteren Elektronikbausteinen des Detektors. Auf der Unterseite des Substrats 5 sind hier hinter einem weiteren, ebenfalls auf dieser Unterseite und in Einfallsrichtung E gesehen auf Höhe des Absorbers 3 angeordneten weiteren Röntgenabsorber 22 weitere elektronische Komponenten 20b im Röntgenstrahlenschatten des (hier wie der Absorber 3 ebenfalls aus ZrO2 ausgebildeten) weiteren Röntgenabsorbers 22 angeordnet. Die weiteren Komponenten 20b, die Komponenten 20a und die Auswerteelektronik 2 sind über leitfähige Durchführungen (hier nicht gezeigt), die von der Oberseite durch das Substrat 5 hindurch auf dessen Unterseite führen, miteinander verschaltet.
  • Das Bezugszeichen 21 bezeichnet hier die Einfallsebene der Röntgenstrahlung R durch den Schlitz als Öffnung 14 (die somit parallel zur Substratebene liegt). Die in 4 gezeigten Röntgensensoren 1, 6 sind somit bezüglich der elektrischen Verbindungstechnik rein mit Bonddrähten 17 ausgeführt.
  • Der in 4 gezeigte Röntgendetektor hat insbesondere aufgrund des geringen Abstandes zwischen den beiden Röntgensensoren 1 und 6 (bzw. deren Einzelpixel 16a und 16b) den Vorteil, dass die beiden Röntgensensoren 1 und 6 praktisch dieselben Ortsinformationen erfassen.
  • Die zur Passivierung der Halbleiter Si bzw. GaAs notwendigen Passivierungsschichten (z.B. aus SiN) sind in den 3 und 4 (sowie auch nachfolgend in 5) nicht gezeigt.
  • 4 zeigt somit eine erste Realisierungsvariante eines erfindungsgemäßen Tandem-Zeilensensors. Die Röntgenstrahlung R passiert eine Schlitzblende als Öffnung 14 im Sensorkopf-Gehäuse (Wandung 15), welche damit die Strahlungsebene 21 definiert. Das Sensorkopf-Gehäuse bietet der eingeschlossenen Elektronik 2, 20a und 20b bereits einen gewissen Strahlenschutz, der aber aus konstruktiven Gründen (Größe, Dicke und Gewicht des Gehäuses) nicht ausreichend ist, um eine längere Lebensdauer insbesondere der Signalauswerteelektronik 2 zu gewährleisten. Deshalb sind zum Schutz der Elektronikelemente 2, 20a, 20b zwei Absorber 3, 22 aus hochabsorbierendem Material (hier Zirkoniumoxid als Nichtleiter; wenn die Konstruktion leitende Materialien zulässt, so können auch Wolfram oder Blei verwendet werden) so auf dem Schaltungsträger 5 positioniert, dass sie im Strahlengang zwischen Röntgenquelle und Elektronik liegen.
  • Um aber den Zugang der Röntgenstrahlung zu den eigentlichen Sensorelementen 1 und 6 zu ermöglichen, werden diese Elemente 1, 6 auf die speziellen Sensorträger 4, 7 montiert, welche dafür sorgen, dass die Sensoren 1 und 6 nicht im Strahlenschatten S des Absorbers 3 liegen. Die Sensorträger 4 und 7 haben somit im vorgestellten Detektor eine Dreifachfunktion: Sie dienen einerseits der Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Sensormaterials an den Ausdehnungskoeffizienten des Substrates (z.B. organisches Leiterplattenmaterial oder auch anorganisches Aluminiumoxid). Zum anderen dienen sie der leitfähigen Kontaktierung zwischen Substrat und Sensor zur Hochspannungszufuhr. Schließlich dienen sie der genauen Positionierung der Sensoren 1, 6 relativ zum Absorber 3 sowie zum Schlitz als Öffnung 14.
  • Die Kontaktierung der einzelnen Pixelelektroden 16a, 16b der Röntgensensoren 1, 6 zur Verstärkerelektronik 2 erfolgt durch Drahtbonden 17.
  • 5a bis 5c zeigen schließlich einen weiteren erfindungsgemäßen Tandem-Röntgendetektor mit zwei unterschiedlich energieselektiven Röntgensensoren 1 und 6. Erneut bezeichnen identische Bezugszeichen (verglichen mit den 3 und 4) identische Bauteile, auch wenn diese ggf. anders positioniert sind.
  • Auch beim in 5 gezeigten Röntgendetektor sind die beiden (bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede identisch zum in 4 gezeigten Fall ausgebildeten und angeordneten) Röntgensensoren 1 und 6 in der Röntgenstrahlungsebene 21 auf Höhe (in x-Richtung gesehen) des Spaltes als Öffnung 14 in der Gehäusewandung 15 angeordnet. Sämtliche anderen Bauelemente des Röntgendetektors liegen zumindest abschnittsweise im Röntgenstrahlenschatten SB der Wandung 15, die Elektronikbauteile 8, 20b sogar im Röntgenstrahlenschatten S des hier auf der Unterseite 10 des Substrats 5 angeordneten Röntgenabsorbers 3 bzw. die Elektronikbauteile 20a im Strahlenschatten des auf der Oberseite 9 des Substrats 5 in Einstrahlungsrichtung E gesehen hinter den beiden Röntgensensoren 1 und 6 angeordneten, ansonsten ebenso wie der Röntgenabsorber 3 ausgebildeten weiteren Röntgenabsorbers 24.
  • In Einstrahlungsrichtung E gesehen sind somit auf der Oberseite 9 des Substrats 5 hintereinander der erste Röntgensensor 1, der zweite Röntgensensor 6, der die elektronischen Bauteile 20a schützende Röntgenabsorber 24 und diese Bauteile 20a fixiert. Auf der Unterseite 10 des Substrats 5 sind in Einstrahlungsrichtung E gesehen zunächst auf der der Blende 13 zugewandten Seite der Röntgenabsorber 3 und, in dessen Röntgenstrahlenschatten S gesehen dahinter, in dieser Reihenfolge die Signalauswerteelektronik 8 und die weiteren elektronischen Bauteile 20b angeordnet. Die Signalauswerteelektronik 8 ist dabei auf der Unterseite 10 in y- bzw. E-Richtung gesehen auf der Höhe der beiden Röntgensensoren 1 und 6 angeordnet, also in einem diesen beiden Sensoren gesehen gegenüberliegenden Bereich 11 der Unterseite 10.
  • Im Gegensatz zu den in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die elektrische Kontaktierung im vorliegenden Fall wie folgt ausgebildet: Die beiden Sensoren 1 und 6 sind unmittelbar mittels Flip-Chip-Kontakten 18 mit entsprechenden auf der Oberseite 9 des Substrats 5 ausgebildeten Leiterbahnen versehen (letztere nicht gezeigt). Diese Leiterbahnen sind über geeignet das Substrat 5 durchbrechende, also zwischen der Oberseite 9 und der Unterseite 10 des Substrats 5 ausgebildete, elektrisch leitend vergossene Durchführungen (Vias 12) mit der Unterseite 10 des Substrats 5 verbunden. Die aus der Unterseite 10 austretenden Vias 12 führen dann über Bonddrähte 17 zur Signalauswerteelektronik 8 im Röntgenstrahlenschatten S.
  • Wie 5b zeigt, besteht die Auswerteelektronik 8 hier aus mehreren einzelnen ASICs 8a bis 8h, wobei jeweils ein ASIC mit 32 Pixeln 16a, 16b des entsprechenden Sensors 1, 6 verbunden ist (5a).
  • Die in 5 gezeigte Variante zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Tandem-Röntgendetektors mit Energieselektivität und integriertem Strahlenschutz zeigt somit zwei Sensoren 1 und 6, die auf der den ASICs 8a, 8b, ... gegenüberliegenden Substratseite montiert sind. Somit sind diese integrierten Schaltkreise 8a, ... bereits aus dem direkten Strahlengang durch den Schlitz als Öffnung 14 hindurch entfernt. Zusätzlich ist der Strahlenabsorber 3 vor der Verstärkerelektronik 8 angeordnet. Auf der Oberseite schützt der in Einstrahlungsrichtung E gesehen zwischen den hinteren Sensor 6 und dem weiteren Bauteilen 20a angeordneten Röntgenabsorber 24 letztere.
  • Die Verbindung der Pixelelektroden 16a, 16b der Sensoren 1, 6 mit den entsprechenden Eingängen der Schaltkreise 8a, 8b, ... erfolgt durch Flip-Chip-Kontaktierung 18 auf der Sensorseite und (mittels Verbindung über die Vias 12) durch entsprechende Drahtbondkontaktierungen 17 auf der Unterseite bzw. Schaltkreisseite. Die Durchführung der Sensorsignale durch das Substrat 5 hin zu den Verstärkerschaltkreisen 8 erfolgt somit durch leitfähige Durchkontaktierungen bzw. Vias 12 mittels entsprechender Bohrungen durch das Substrat hindurch. Die Zuführung der Hochspannung erfolgt in diesem Fall durch Drahtbondverbindungen 25 zwischen den Sensoren 1, 6 und entsprechenden auf der Oberseite 9 des Substrats 5 aufgedruckten Zuleitungen (nicht gezeigt).
  • 6 zeigt schließlich eine Fotografie (Ausschnitt) der Pixelstrukturen 16a eines ersten Röntgensensors 1 eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors. Jeweils 32 Pixel 16a sind einem ASIC einer Signalauswerteelektronik 2 (oder auch 8) zugeordnet.
  • 7 zeigt eine Aufsicht auf einen entsprechenden Röntgendetektor, bei der die einzelnen jeweils 32 Kanäle aufweisenden ASICs 2, der (erste) Röntgensensor 1 und der Röntgenabsorber 3 zu sehen sind.

Claims (12)

  1. Röntgendetektor mit einem Röntgenstrahlung (R) direkt in elektrische Ladungsträger wandelnden ersten Röntgensensor (1), einer elektrisch mit dem ersten Röntgensensor (1) verbundenen (17) Signalauswerteelektronik (2), einem zum Schutz der Signalauswerteelektronik (2) ausgebildeten Röntgenabsorber (3) und einem zum Positionieren des ersten Röntgensensors (1) relativ zum Röntgenabsorber (3) ausgebildeten und angeordneten ersten Sensorträger (4), wobei der erste Röntgensensor (1) auf dem ersten Sensorträger (4) und beide gemeinsam sowie die Signalauswerteelektronik (2) und der Röntgenabsorber (3) auf einem Substrat (5) angeordnet und alle diese Elemente (1, 2, 3, 4, 5) hinter einer Wandung (15) angeordnet sind, in der eine Blende (13), durch die Röntgenstrahlung (R) einfällt, ausgebildet ist; wobei in Einfallsrichtung (E) der Röntgenstrahlung (R) gesehen sowohl die Signalauswerteelektronik (2) hinter dem Röntgenabsorber (3) und im Röntgenstrahlenschatten (S) desselben angeordnet ist, als auch der erste Röntgensensor (1) mittels des zwischen dem Röntgenabsorber (3) und der Signalauswerteelektronik (2) angeordneten ersten Sensorträgers (4) zwar ebenfalls zumindest abschnittsweise hinter dem Röntgenabsorber (3), jedoch außerhalb des Röntgenstrahlenschattens (S) desselben positioniert ist und in einem kartesischen Koordinatensystem die y-Richtung die Einfallsrichtung (E) der Röntgenstrahlung (R) ist und die Ebene des Substrats (5) der y-z-Ebene entspricht und als Material für den Röntgenabsorber (3) Zirkoniumoxid, Wolfram oder Blei verwendet ist.
  2. Röntgendetektor nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenabsorber (3), der erste Sensorträger (4) und die Signalauswerteelektronik (2) gemeinsam auf einem Substrat (5) in Einfallsrichtung (E) der Röntgenstrahlung (R) gesehen in der vorgenannten Reihenfolge angeordnet sind und dass das Material des in x-Richtung senkrecht zu dieser Einfallsrichtung (E) und senkrecht zur y-z-Ebene des Substrats (5) gesehen zwischen dem Substrat (5) und dem ersten Röntgensensor (1) angeordneten ersten Sensorträgers (4) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Substrats (5) und demjenigen des Materials des ersten Röntgensensors (1) liegt und die thermische Ausdehnung des ersten Röntgensensors (1) an diejenige des Substrats (5) anpasst und/oder dass senkrecht zur Einfallsrichtung (E) der Röntgenstrahlung (R) und senkrecht zur y-z-Ebene des Substrats (5) gesehen der erste Sensorträger (4) dieselbe Ausdehnung aufweist wie der Röntgenabsorber (3) und/oder vollständig im Röntgenstrahlenschatten (S) des Röntgenabsorbers (3) positioniert ist.
  3. Röntgendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch einen weiteren die Röntgenstrahlung (R) direkt in elektrische Ladungsträger wandelnden zweiten Röntgensensor (6), der ebenfalls elektrisch mit der Signalauswerteelektronik (2) verbunden (17) ist, und einen weiteren zum Positionieren des zweiten Röntgensensors (6) relativ zum Röntgenabsorber (3) ausgebildeten und angeordneten zweiten Sensorträger (7), wobei in Einfallsrichtung (E) der Röntgenstrahlung (R) gesehen der zweite Röntgensensor (6) hinter dem ersten Röntgensensor (1) angeordnet ist und mittels des zwischen dem ersten Sensorträger (4) und der Signalauswerteelektronik (2) angeordneten zweiten Sensorträgers (7) zwar ebenfalls hinter dem Röntgenabsorber (3), jedoch außerhalb des Röntgenstrahlenschattens (S) desselben positioniert ist.
  4. Röntgendetektor nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht zur Einfallsrichtung (E) der Röntgenstrahlung (R) und senkrecht zur y-z-Ebene des Substrats (5) gesehen der zweite Sensorträger (7) dieselbe Ausdehnung aufweist wie der Röntgenabsorber (3) und/oder der erste Sensorträger (4) und/oder dass der zweite Sensorträger (7) vollständig im Röntgenstrahlenschatten (S) des Röntgenabsorbers (3) positioniert ist und/oder dass das Material des in x-Richtung senkrecht zu dieser Einfallsrichtung (E) und senkrecht zur y-z-Ebene des Substrats (5) gesehen zwischen dem Substrat (5) und dem zweiten Röntgensensor (6) angeordneten zweiten Sensorträgers (7) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Substrats (5) und demjenigen des Materials des zweiten Röntgensensors (6) liegt und die thermische Ausdehnung des zweiten Röntgensensors (6) an diejenige des Substrats (5) anpasst.
  5. Röntgendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste (4) und/oder der zweite (7) Sensorträger elektrisch leitend und zur elektrischen Spannungsversorgung des ersten (1) und/oder des zweiten (6) Röntgensensors ausgebildet ist/sind.
  6. Röntgendetektor mit einem Substrat (5), einem ersten (1) und einem zweiten (6) Röntgensensor, die beide jeweils Röntgenstrahlung (R) direkt in elektrische Ladungsträger wandeln, jeweils auf einem Substratträger (4, 7) und beide gemeinsam mit dem jeweiligen Substratträger (4, 7) auf einer ersten Seite (9) des Substrats (5) so angeordnet sind, dass Röntgenstrahlung (R) durch eine Blende (13), die in einer Wandung (15) ausgebildet ist, einfällt und auf den ersten (1) und den zweiten Röntgensensor (6) auftrifft; einer elektrisch mit beiden Röntgensensoren (1, 6) verbundenen (17, 18) Signalauswerteelektronik (8), die auf der der ersten Seite (9) gegenüberliegenden zweiten Seite (10) des Substrats (5) und dort in dem ersten (1) und dem zweiten (6) Röntgensensor gegenüberliegenden Bereich (11) angeordnet ist, und einem zum Schutz der Signalauswerteelektronik (8) ausgebildeten, auf der zweiten Seite (10) des Substrats (5) in Einfallsrichtung (E) der Röntgenstrahlung (R) gesehen vor der Signalauswerteelektronik (8) angeordneten Röntgenabsorber (3), der so positioniert ist, dass die Signalauswerteelektronik (8) im Röntgenstrahlenschatten (S) des Röntgenabsorbers (3) angeordnet ist und in einem kartesischen Koordinatensystem die y-Richtung die Einfallsrichtung (E) der Röntgenstrahlung (R) ist und die Ebene des Substrats (5) der y-z-Ebene des kartesischen Koordinatensystems entspricht.
  7. Röntgendetektor nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die dem Übermitteln der Sensorsignale an die Signalauswerteelektronik (8) dienende elektrische Verbindung (17,18) der Signalauswerteelektronik (8) mit dem ersten (1) und/oder dem zweiten (6) Röntgensensor durch (eine) elektrisch leitfähige, durch das Substrat (5) hindurchführende Durchkontaktierung(en) (12) realisiert ist.
  8. Röntgendetektor nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste (1) und der zweite (6) Röntgensensor zur Absorption unterschiedlicher spektraler Anteile der Röntgenstrahlung (R) ausgebildet sind, wobei der erste Röntgensensor (1) zur Absorption eines niederenergetischen und der zweite Röntgensensor (6) zur Absorption eines höherenergetischen Anteils der Röntgenstrahlung (R) ausgebildet ist, und/oder Halbleitermaterialien unterschiedlicher Kernladungszahl enthalten und/oder dass der erste Röntgensensor (1) Si und der zweite Röntgensensor (6) GaAs enthält.
  9. Röntgendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine mit einer Öffnung (14) versehene Blende (13), die in Einfallsrichtung (E) der Röntgenstrahlung (R) gesehen vor dem ersten (1) oder vor dem ersten (1) und dem zweiten (6) Röntgensensor angeordnet und so ausgerichtet ist, dass der erste (1) oder der erste (1) und der zweite (6) Röntgensensor nicht im Röntgenstrahlenschatten (SB) der Wandung (15) der Blende (13), sondern hinter der Öffnung (14) angeordnet ist/sind.
  10. Röntgendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei Rückbezug auf den Anspruch 2 oder den Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der erste (1) und/oder der zweite (6) Röntgensensor in Richtung (z) senkrecht zur Einfallsrichtung (E) der Röntgenstrahlung (R) und in der y-z-Ebene des Substrats (5) gesehen zum ortsaufgelösten Erfassen der Röntgenstrahlung (R) eine Vielzahl einzelner Zeilensensorstruktur(en) (16a, 16b) aufweist/aufweisen, die jeweils zum Übermitteln von Sensorsignalen an die Signalauswerteelektronik (2,8) über Bonddrähte (17) und/oder über Flip-Chip-Kontakte (18) elektrisch mit der Signalauswerteelektronik (2,8) verbunden sind.
  11. Röntgendetektor nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass der erste (1) und der zweite (6) Röntgensensor eine solche Zeilensensorstruktur (16a, 16b) aufweisen und in Einfallsrichtung (E) der Röntgenstrahlung (R) gesehen so hintereinander positioniert sind, dass in diese Einfallsrichtung (E) parallelprojizierte Zeilensensorstruktur (16a) des ersten Röntgensensors (1) genau auf der Zeilensensorstruktur (16b) des zweiten Röntgensensors (6) zum Liegen kommen, so dass mit den beiden Röntgensensoren (1, 6) identische Ortsinformationen gewinnbar sind.
  12. Röntgendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei Rückbezug auf den Anspruch 3 oder den Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der erste (1) und der zweite (6) Röntgensensor getrennt und unabhängig voneinander mit elektrischer Spannung versorgbar sind.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013202630B4 (de) * 2013-02-19 2017-07-06 Siemens Healthcare Gmbh Strahlungsdetektor und medizinisches Diagnosesystem
DE102014208853A1 (de) 2014-05-12 2015-11-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts
CN108780158A (zh) * 2015-09-24 2018-11-09 棱镜传感器公司 模块化的x射线检测器
US10641912B1 (en) * 2016-06-15 2020-05-05 Triad National Security, Llc “4H” X-ray camera
CN109416406B (zh) 2016-07-05 2023-06-20 深圳帧观德芯科技有限公司 具有不同热膨胀系数的接合材料
US11636278B2 (en) * 2017-08-04 2023-04-25 Hewlett-Packard Development Company, L.P. X-ray powered data transmissions
DE102018200845B4 (de) * 2018-01-19 2021-05-06 Siemens Healthcare Gmbh Montageverfahren für die Herstellung eines Röntgendetektors, Röntgendetektor und Röntgengerät
DE102020117386B3 (de) 2020-07-01 2021-04-15 Christian-Albrechts-Universität zu Kiel - Körperschaft des öffentlichen Rechts Detektor-schutzverfahren zum schutz von flächendetektoren für elektromagnetische strahlung und/oder teilchenstrahlung sowie detektor-schutzanordnung
JP2022143666A (ja) * 2021-03-18 2022-10-03 コニカミノルタ株式会社 放射線撮影装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4870279A (en) 1988-06-20 1989-09-26 General Electric Company High resolution X-ray detector
EP0448818A2 (de) 1990-02-06 1991-10-02 Spezialmaschinenbau Steffel GmbH & Co. KG Vorrichtung für die Prüfung von Werkstücken mittels Röntgenstrahlen, insbesondere von Kraftfahrzeugreifen
US6448559B1 (en) 1998-11-06 2002-09-10 UNIVERSITé DE SHERBROOKE Detector assembly for multi-modality scanners
DE69714105T2 (de) 1996-02-29 2003-02-27 Commissariat Energie Atomique Vorrichtung zur Transversabschichtbildern
DE10335662A1 (de) 2003-08-04 2005-03-10 Siemens Ag Detektormodul für einen Detektor zur Detektion ionisierender Strahlung sowie Detektor
US7217931B2 (en) 2004-01-13 2007-05-15 Hitachi, Ltd. Radiological imaging apparatus and its detector unit
DE102008061486A1 (de) 2008-12-10 2010-02-18 Siemens Aktiengesellschaft Detektormodul für Röntgen- oder Gammastrahlung mit speziell ausgebildeten Streustrahlenraster

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4034602A1 (de) * 1990-06-20 1992-05-07 Philips Patentverwaltung Anordnung zur messung des impulsuebertragsspektrums von roentgenquanten
DE4019613A1 (de) * 1990-06-20 1992-01-02 Philips Patentverwaltung Anordnung zum messen des impulsuebertragsspektrums von roentgenquanten
DE19711927A1 (de) 1997-03-21 1998-09-24 Siemens Ag Energieselektive Detektoranordnung
DE20007053U1 (de) * 2000-04-17 2000-07-27 Wika Alexander Wiegand Gmbh Druckmessgerät
JP3657178B2 (ja) * 2000-07-10 2005-06-08 沖電気工業株式会社 Ｉｃカード
US7442920B2 (en) * 2004-08-16 2008-10-28 O. I. Corporation Optical bench for a mass spectrometer system
CN101010806A (zh) * 2004-08-20 2007-08-01 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有钝化层的微电子***
JP4631534B2 (ja) * 2005-05-17 2011-02-16 株式会社島津製作所 フラットパネル型の放射線検出器
US7451651B2 (en) * 2006-12-11 2008-11-18 General Electric Company Modular sensor assembly and methods of fabricating the same
DE102007010639A1 (de) 2007-03-02 2008-09-04 General Electric Co. Leichter und robuster digitaler Röntgen-Detektor
DE102007028827A1 (de) * 2007-06-20 2009-02-19 Stabilus Gmbh Kolben-Zylinderaggregat
JP5697982B2 (ja) * 2007-09-07 2015-04-08 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 複数の変換層を持つ放射線検出器、ｘ線検出器および画像形成システム
JP5355940B2 (ja) * 2008-06-10 2013-11-27 株式会社東芝 放射線検出装置
DE102009008702A1 (de) 2009-02-12 2010-08-26 Siemens Aktiengesellschaft Direktumwandelndes Detektorelement für Röntgenstrahlung
JP5512228B2 (ja) * 2009-10-30 2014-06-04 株式会社東芝 放射線検出装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4870279A (en) 1988-06-20 1989-09-26 General Electric Company High resolution X-ray detector
EP0448818A2 (de) 1990-02-06 1991-10-02 Spezialmaschinenbau Steffel GmbH & Co. KG Vorrichtung für die Prüfung von Werkstücken mittels Röntgenstrahlen, insbesondere von Kraftfahrzeugreifen
DE69714105T2 (de) 1996-02-29 2003-02-27 Commissariat Energie Atomique Vorrichtung zur Transversabschichtbildern
US6448559B1 (en) 1998-11-06 2002-09-10 UNIVERSITé DE SHERBROOKE Detector assembly for multi-modality scanners
DE10335662A1 (de) 2003-08-04 2005-03-10 Siemens Ag Detektormodul für einen Detektor zur Detektion ionisierender Strahlung sowie Detektor
US7217931B2 (en) 2004-01-13 2007-05-15 Hitachi, Ltd. Radiological imaging apparatus and its detector unit
DE102008061486A1 (de) 2008-12-10 2010-02-18 Siemens Aktiengesellschaft Detektormodul für Röntgen- oder Gammastrahlung mit speziell ausgebildeten Streustrahlenraster

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US8963098B2 (en) 2015-02-24
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DE102011108876A1 (de) 2013-01-31

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