[发明专利]直接光子转换探测器

说明书

在本发明中，一种直接X射线转换层包括具有钙钛矿晶体结构的材料。这是优选的，因为这使得能够构建具有侧向照射的探测器元件的X射线探测器。

技术领域

本发明总体上涉及X射线探测器元件、X射线探测器、X射线成像设备、核医学成像设备、生产X射线探测元件的方法和生产X射线探测器的方法。

背景技术

在谱光子计数计算机断层摄影(CT)中，专用谱探测器的小像素被用于确定所谓的直接转换层中的局部的光子到电子转换的能量。谱探测器中的现有技术直接转换层通常基于碲锌镉(CZT)或者碲化镉(CdTe)技术并且通常大于用于高光峰值吸收和系统灵敏度的1.5mm厚。直接波束区域中的辐照率具有大约每平方毫米和秒多达10^9个X射线光子。因此，像素应当远低于平方毫米大小以允许具有几十纳秒的范围内的读出时间的单光子计数。使用具有像素化的顶部或者底部接触的CZT的水平板的现有技术CZT技术允许用于2毫米探测器厚度的0.2-0.5毫米的典型的最小像素大小。这对于高辐照率是不足的，因为现有技术光子计数电子器件不能支持空中等效的速率/信道。备选方案是侧向照射CZT。然而，这要求通常低于1毫米的非常薄的CZT板，其很难以要求的同质高质量来处理和制造，从而使其是昂贵的过程。在该CZT自身之上是昂贵的材料。

发明内容

本发明解决上文提到的问题来提供使得能够利用高计数率进行单光子计数的较不昂贵的备选方案。根据本发明的实施例涉及一种包括分层结构的X射线探测器元件。所述分层结构包括直接转换X射线探测层，所述直接转换X射线探测层在第一侧上被连接到电气接触结构，并且在与所述第一侧相反的第二侧上被连接到包括导电读出结构的读出层。所述X射线探测层包括具有钙钛矿晶体结构的材料。钙钛矿直接转换层比现有技术直接转换材料更便宜并且更容易在薄层中制造。

优选地，具有钙钛矿结构的所述材料是AMX₃，其中，A是第一阳离子，优选是有机阳离子，诸如C_mH_2m+1R，其中，R可以是任何随机基团，优选是基于氮的基团；M是第二阳离子，优选是无机阳离子，诸如二价金属离子诸如Pb²⁺、Sn²⁺、Eu²⁺、Cu²⁺并且X是阴离子；并且X是阴离子，优选是卤化物，诸如Cl-、Br-或I-。这些钙钛矿能够将输入光子直接地转换为电子并且处理高辐照率。

具有钙钛矿晶体结构的材料可以额外地掺杂有金属离子，优选掺杂有诸如Sn²⁺的金属离子或者诸如Eu²⁺的稀土材料。这也给出钙钛矿闪烁特性。

所述读出层优选地包括基于硅的集成电路，其中，可以执行现场处理以及提供结构稳定性。备选地，所述读出层包括聚合物箔，优选是聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。这些是常常被用作电子器件中的衬底的相对便宜的商品材料。

优选地，所述电气接触结构具有小于5微米、优选小于1微米、更优选小于0.1微米的厚度。优选地，所述读出层具有小于100微米、更优选小于50微米并且最优选小于20微米的厚度。这些层越薄，存在于探测器上不能进行探测的“死”空间越少。

优选地，所述X射线探测层具有在0.1毫米与5毫米之间、优选在0.1毫米与0.5毫米之间的厚度。更薄的层允许探测器的更高的分辨率。这样的薄层可以通过对钙钛矿的一步低温薄膜沉积来获取，其尤其与获得薄单晶体直接转换层相比较是相对便宜的。

优选地，所述X射线探测器元件具有长度在1厘米与20厘米之间、优选在1厘米与2厘米之间、宽度在1厘米与2厘米之间的矩形形状并且厚度在2毫米与10毫米之间。因此，单个探测器元件或者从彼此延伸的若干探测器元件可以提供全探测器覆盖。