用于轉(zhuǎn)換電離輻射的轉(zhuǎn)換膜、輻射探測(cè)器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于將電離輻射轉(zhuǎn)換為光并且通過產(chǎn)生的光生成載流子的轉(zhuǎn)換膜。該轉(zhuǎn)換膜包括具有多個(gè)嵌入粘合劑中的閃爍體顆粒的轉(zhuǎn)換層，其中粘合劑包含至少一種第一有機(jī)半導(dǎo)體材料。本發(fā)明還涉及用于探測(cè)電離輻射的具有這樣的轉(zhuǎn)換膜的輻射探測(cè)器以及用于制備這樣的轉(zhuǎn)換膜的方法。用于制備根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換膜的方法包括以下步驟：?由多個(gè)閃爍體顆粒和包含有機(jī)半導(dǎo)體材料的粘合劑制備混合物，?由所述混合物制備層狀結(jié)構(gòu)，和?通過固結(jié)所述層狀結(jié)構(gòu)形成轉(zhuǎn)換層。
【專利說明】用于轉(zhuǎn)換電離福射的轉(zhuǎn)換膜、福射探測(cè)器及其制備方法
[0001] 本發(fā)明設(shè)及具有用于將電離福射轉(zhuǎn)換為光的轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換膜 化onversionsfolie)。本發(fā)明還設(shè)及用于探測(cè)電離福射的具有運(yùn)樣的轉(zhuǎn)換膜的福射探測(cè)器 W及用于制備運(yùn)樣的轉(zhuǎn)換膜的方法。
[0002] 包含大量閃爍體顆粒W將射入的電磁福射轉(zhuǎn)換為可見光的轉(zhuǎn)換膜是已知的。運(yùn)樣 的轉(zhuǎn)換膜在醫(yī)學(xué)影像診斷中被用來探測(cè)X射線。與對(duì)未被轉(zhuǎn)換的X射線的反應(yīng)相比，轉(zhuǎn)換膜 被用來提高感光膜的密度或光傳感器的信號(hào)，因?yàn)檫\(yùn)些膜或光傳感器對(duì)閃爍體發(fā)出的可見 光比對(duì)原始的X射線顯著更加敏感。另外，閃爍體中X射線的各個(gè)量子均通過閃爍體材料的 巧光被轉(zhuǎn)換成多個(gè)可見光的量子。出于該原因，運(yùn)樣的轉(zhuǎn)換膜也被稱作增感膜。
[0003] 已知的轉(zhuǎn)換膜或增感膜通常由轉(zhuǎn)換層構(gòu)成，該轉(zhuǎn)換層具有嵌入粘合劑材料中的閃 爍體顆粒，其中轉(zhuǎn)換層被涂覆到承載片上。運(yùn)種承載襯底例如可由聚醋或Ξ乙酸纖維素構(gòu) 成，確切地說由類似于傳統(tǒng)X光片的材料構(gòu)成。在轉(zhuǎn)換層與承載片之間通常還設(shè)有例如由二 氧化鐵構(gòu)成的反射層或者反向散射層，W在該側(cè)上將光線導(dǎo)回至轉(zhuǎn)換層中。由閃爍體產(chǎn)生 的巧光的去禪發(fā)生在遠(yuǎn)離襯底的那側(cè)上。在該側(cè)上，光線被禪合到盡可能靠近地布置的膜 或光傳感器中。為此可W在轉(zhuǎn)換層與所述膜或光傳感器之間布置折射率相匹配的禪合乳 液。
[0004] 閃爍體通常W發(fā)光物質(zhì)粉末的形式嵌入到盡可能透明的粘合劑材料中。典型的粘 合劑材料是樹脂、熱塑性彈性體或其它透明有機(jī)化合物。在光去禪側(cè)上，轉(zhuǎn)換層可W設(shè)有再 次盡可能透明的保護(hù)層。
[0005] 運(yùn)樣的轉(zhuǎn)換膜例如在DE 41 42 150 C2和EP 0 126 564 A2中得W描述。為了進(jìn)行 制備，由粉末狀發(fā)光物質(zhì)、粘合劑和通常額外的分散劑制備分散體，隨后將該分散體涂覆到 承載襯底上。所述分散體在此可W填充到預(yù)先結(jié)構(gòu)化的單元中。此后使該分散體硬化。作為 適合的粘合劑材料可W描述一系列的誘鑄樹脂和透明的可聚合的有機(jī)化合物，尤其是聚甲 基丙締酸甲醋。
[0006] 所述已知的轉(zhuǎn)換膜的缺點(diǎn)在于光學(xué)失真的問題。為了盡可能完全地吸收X射線并 將其轉(zhuǎn)換為可見光，轉(zhuǎn)換層的層厚必須在約100μπι至800μπι的范圍內(nèi)。特別是在該厚度范圍 的上限處由于轉(zhuǎn)換層厚度而初出現(xiàn)所發(fā)射的巧光的光學(xué)擴(kuò)張。其原因在于從閃爍體材料中 的相互作用點(diǎn)出發(fā)的所發(fā)射的光的各向同性的傳播。該傳播確切地說無方向地進(jìn)行并且不 朝著膜或光傳感器的方向被引導(dǎo)。轉(zhuǎn)換層的層厚度越高，相互作用的位置與巧光產(chǎn)生的位 置之間的平均距離也越大，W使光線更多地在所述層內(nèi)擴(kuò)展。因而導(dǎo)致在轉(zhuǎn)換層的厚度較 高的情況下圖像不清晰。
[0007] 所述光學(xué)失真的問題代表著一個(gè)迄今尚未解決的難題。在實(shí)踐中，該難題通過如 下得W緩解，即，根據(jù)診斷應(yīng)用的要求，要么使用具有較低轉(zhuǎn)換效率但較高圖像清晰度的薄 的膜，要么使用具有較高轉(zhuǎn)換效率但較低圖像清晰度的厚的膜。確切地說，總是必須在效率 (W及由此患者的福射載荷)和圖像質(zhì)量之間達(dá)到折中。
[000引用來解決該問題的第二種方法是，將閃爍體材料W針狀或柱狀的形式結(jié)構(gòu)化地涂 覆，W使所發(fā)射的光沿光傳感器方向被導(dǎo)引。運(yùn)在基于Csl的閃爍體的情況中是可能的，其 中經(jīng)滲雜的Csl可W通過氣相沉積W柱狀結(jié)構(gòu)生長。然而該制備方式是非常耗費(fèi)的，并且相 應(yīng)的轉(zhuǎn)換層相比于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換膜而言是非常昂貴的。
[0009] 用于探測(cè)X射線的另一已知方法是，使用帶有嵌入的閃爍體顆粒的、雜化的有機(jī)光 電二極管。在此情況下，在電極與襯底之間布置雜化的光活性層。雜化的光活性層包括多個(gè) 閃爍體和本體異質(zhì)結(jié)的形式的光活性材料。所述本體異質(zhì)結(jié)吸收閃爍福射從而形成電子- 空穴對(duì)，隨后對(duì)其進(jìn)行電探測(cè)。
[0010] 在該技術(shù)領(lǐng)域中，電子供體材料和電子受體材料的相分離的混合物被稱為本體異 質(zhì)結(jié)，其中，所述混合物的運(yùn)兩種組分各自形成互穿網(wǎng)絡(luò)。特別地，該網(wǎng)絡(luò)可W是雙連續(xù)的 網(wǎng)絡(luò)，從而在供體和受體材料之間的界面上傳輸?shù)妮d流子對(duì)可W從該界面出發(fā)穿過供體材 料中的盡可能連貫的傳輸路徑被傳輸?shù)皆搶拥囊粋?cè)，W及穿過受體材料中的盡可能連貫的 傳輸路徑被傳輸?shù)皆搶拥牧硪粋?cè)。通常地，電子被送到雜化光活性層的兩個(gè)對(duì)置側(cè)上，通過 運(yùn)些電子可W電探測(cè)到分離的載流子，即電子和空穴。
[0011] 在運(yùn)種已知的光電二極管中的雜化光活性層的制備可通過同時(shí)沉積閃爍體和本 體異質(zhì)結(jié)材料來實(shí)現(xiàn)，其中，閃爍體處于懸浮液中，W及本體異質(zhì)結(jié)的材料處于溶液中。特 別地，可同時(shí)將運(yùn)兩種材料噴涂到襯底上。然而運(yùn)種使用液態(tài)原料的制備方法是非常昂貴 且材料密集型的，因?yàn)樵趹?yīng)用時(shí)通常產(chǎn)生高的材料損失并且在待涂覆的襯底的尺寸上進(jìn)行 材料的輸入。
[0012] 另外，已知的有機(jī)光電二極管通常使用玻璃襯底制備，所述玻璃襯底設(shè)有用于控 制各個(gè)像素的晶體管的規(guī)則陣列。運(yùn)些晶體管襯底通常設(shè)有分電極的規(guī)則結(jié)構(gòu)化陣列，該 分電極被用來提取光活性層的各個(gè)分區(qū)的載流子。當(dāng)直接在晶體管襯底上常規(guī)沉積光活性 層時(shí)，可能導(dǎo)致不希望的昂貴的晶體管襯底的高的廢品率。通過在運(yùn)樣的復(fù)雜且一體化的 探測(cè)器制備中的各個(gè)其它工藝步驟，使得基于所用材料的總收率得W下降。
[0013] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題因此在于，提供用于轉(zhuǎn)換電離福射的轉(zhuǎn)換膜，該轉(zhuǎn)換 膜避免了上述缺點(diǎn)。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還在于，提供具有運(yùn)樣的轉(zhuǎn)換膜的福射探 測(cè)器和用于制備運(yùn)樣的轉(zhuǎn)換膜的方法。
[0014] 運(yùn)些技術(shù)問題通過在權(quán)利要求1中所述的轉(zhuǎn)換膜、權(quán)利要求14中所述的福射探測(cè) 器和權(quán)利要求15中所述的方法得W解決。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換膜被設(shè)計(jì)用于將電離福射轉(zhuǎn)換為光并且通過產(chǎn)生的光生成載 流子。該轉(zhuǎn)換膜包括具有多個(gè)嵌入粘合劑中的閃爍體顆粒的轉(zhuǎn)換層，其中該粘合劑包含至 少一種第一有機(jī)半導(dǎo)體材料。
[0016] 嵌入粘合劑中的閃爍體顆粒通過在吸收電離福射之后激發(fā)巧光而導(dǎo)致電離福射 向光的轉(zhuǎn)換。所述光尤其可W位于波譜的可見光區(qū)域，但是其供選擇地或額外地還可W包 括鄰近的紅外光區(qū)和/或紫外光區(qū)。該轉(zhuǎn)換層被設(shè)計(jì)成，在閃爍體顆粒的周圍通過發(fā)出的光 可導(dǎo)致游離載流子的生成。特別地，所述游離載流子的生成可在粘合劑和/或在閃爍體顆粒 的額外的包覆殼中實(shí)現(xiàn)。所發(fā)出的光可導(dǎo)致在包圍閃爍體顆粒的材料中形成激發(fā)狀態(tài)，運(yùn) 繼而導(dǎo)致形成分離的正電荷和負(fù)電荷。確切地說，運(yùn)形成了所謂的載流子對(duì)。轉(zhuǎn)換層被運(yùn)樣 設(shè)計(jì)，使得該載流子對(duì)可被分離。為此，轉(zhuǎn)換層可包括至少一種第一有機(jī)半導(dǎo)體材料。適宜 地，該有機(jī)半導(dǎo)體材料要么可W是作為電子供體起作用的、用于傳輸正載流子(空穴）的材 料，要么可W是作為電子受體起作用的、用于傳輸負(fù)載流子（電子)的材料。確切地說，運(yùn)兩 種載流子類型（電子或空穴）中的至少一種可w在所述第一有機(jī)半導(dǎo)體材料中傳輸。適宜 地，帶相反電荷的另一載流子類型可W在存在于轉(zhuǎn)換層中的另外的材料中傳輸。所述另外 的材料可W供選擇地設(shè)計(jì)為其它有機(jī)半導(dǎo)體亦或甚至一般地設(shè)計(jì)為導(dǎo)電材料，例如無機(jī)半 導(dǎo)體或具有無機(jī)和有機(jī)組分的混合材料。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換膜相比于常規(guī)的轉(zhuǎn)換膜或增感膜的顯著優(yōu)勢(shì)在于，閃爍體材料 和用于通過從閃爍體發(fā)射的光來生成分離的載流子的另一種材料被整合到一層中。從該層 中，所分離的載流子可W借助另外的電極被提取出。在應(yīng)用于福射探測(cè)器中的情況下，可將 運(yùn)些電極集成到被設(shè)計(jì)用來產(chǎn)生電信號(hào)的電氣回路中，該電信號(hào)取決于所提取的載流子的 數(shù)量。
[0018] 將光的產(chǎn)生和電荷分離整合在一個(gè)轉(zhuǎn)換層內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)在于，避免了前述在較高的層 厚度的情況下的光學(xué)失真的問題。轉(zhuǎn)換層可設(shè)有對(duì)于良好的X射線的吸收來說足夠高的層 厚度，而在此不會(huì)由于光學(xué)失真而造成圖像清晰度的損失。通過所發(fā)射的光生成經(jīng)分離的 載流子對(duì)，是通過于非?？拷猱a(chǎn)生的位置處將閃爍體顆粒嵌入半導(dǎo)體材料中來進(jìn)行的。 隨后將載流子傳輸至轉(zhuǎn)換層的對(duì)置表面可W非常有針對(duì)性地通過在被施加在此的電極上 施加電壓來進(jìn)行。由此有利地避免了載流子的空間擴(kuò)張和進(jìn)而圖像清晰度的損失。
[0019] 相比于已知的雜化有機(jī)光電二極管，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換膜的優(yōu)點(diǎn)在于，該轉(zhuǎn)換膜 被設(shè)計(jì)為獨(dú)立的柔性部件。該轉(zhuǎn)換膜適宜地可W不含開關(guān)元件，尤其是不含讀取晶體管。為 此，它們可被設(shè)計(jì)成模塊化部件，隨后與讀取晶體管的陣列連接。特別地，該轉(zhuǎn)換膜可W作 為自支撐片在其制備之后與晶體管襯底連接。
[0020] 通過在沒有底層晶體管襯底的情況下制備轉(zhuǎn)換膜，可W選擇與晶體管襯底不兼容 的工藝參數(shù)。尤其是可W選擇運(yùn)樣的溫度和壓力范圍，其在晶體管襯底上加工時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶 體管襯底的損壞或者至少導(dǎo)致產(chǎn)率損失。
[0021] 轉(zhuǎn)換膜的模塊化使得能夠簡化具有雜化轉(zhuǎn)換層的有機(jī)光電二極管的制備。例如， 轉(zhuǎn)換層可W完全在不使用承載襯底的情況下制備，由此使全新的制備方法成為可能。與其 中用液態(tài)的溶液和/或用固體在液體中的懸浮液涂覆襯底的常規(guī)涂覆方法不同的是，內(nèi)在 穩(wěn)定的（eigenstabil)膜也可無襯底地由高粘性的原料社制或擠出。運(yùn)些原料例如可W是 固態(tài)閃爍體顆粒在聚合物中或在用于聚合物的一種或多種原料中的分散體。
[0022] 供選擇地，用于轉(zhuǎn)換層的原料還可W固體混合物或者潤濕的粉末混合物的形式存 在。在制備轉(zhuǎn)換膜時(shí)，轉(zhuǎn)換層可W置于臨時(shí)襯底上，在該轉(zhuǎn)換層固結(jié)(Verfestigung)后其例 如可再次從臨時(shí)襯底脫離。
[0023] 對(duì)于由高粘性原料和/或固態(tài)原料制備的轉(zhuǎn)換層，相比于由低粘性液相的制備而 言可顯著明顯改善材料利用率。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的用于探測(cè)電離福射的福射探測(cè)器包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換 膜。福射探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)類似于根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換膜的上述優(yōu)點(diǎn)。
[0025] 用于制備根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換膜的方法包括W下步驟：
[0026] -由多個(gè)閃爍體顆粒和包含有機(jī)半導(dǎo)體材料的粘合劑制備混合物，
[0027] -由該混合物制備層狀結(jié)構(gòu)，和
[0028] -通過固結(jié)該層狀結(jié)構(gòu)形成轉(zhuǎn)換層。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，由此可W簡單且節(jié)省材料的方式制備根據(jù)本發(fā)明 的轉(zhuǎn)換膜。其它優(yōu)點(diǎn)類似于轉(zhuǎn)換膜的前述優(yōu)點(diǎn)。因此特別地可簡化用于制備根據(jù)本發(fā)明的 福射探測(cè)器的方法，因?yàn)檎麄€(gè)制備過程可W被分成多個(gè)彼此獨(dú)立的模塊化分過程。將自支 承的轉(zhuǎn)換層制備成用于福射探測(cè)器的供應(yīng)部件(Zuliefedeil)是可能的。
[0030]本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案和擴(kuò)展方案從獨(dú)立權(quán)利要求1的從屬權(quán)利要求中得出。 運(yùn)些設(shè)計(jì)方案和擴(kuò)展方案的特征可W有利地與根據(jù)本發(fā)明的福射探測(cè)器和根據(jù)本發(fā)明的 制備方法的特征相結(jié)合，并且反之亦然。據(jù)此，該轉(zhuǎn)換膜可額外地具有W下特征：
[0031 ]轉(zhuǎn)換層可被設(shè)計(jì)成內(nèi)在穩(wěn)定的（獨(dú)立的）。確切地說，該轉(zhuǎn)換層可在甚至沒有襯底 的情況下也能被穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)。該轉(zhuǎn)換層可W被加工和/或處理為獨(dú)立的、無襯底的層。運(yùn)并 不排除，可例如在制備過程中將該轉(zhuǎn)換層施加至臨時(shí)襯底上，但是其隨后無論如何都是內(nèi) 在穩(wěn)定的，即，該轉(zhuǎn)換層能夠從運(yùn)樣的襯底上無損地再次脫離。在制備過程中作為運(yùn)種襯底 的替代或補(bǔ)充，該轉(zhuǎn)換層可W在其應(yīng)用于福射探測(cè)之前再次與其他支撐片或另外的襯底連 接。運(yùn)僅取決于，轉(zhuǎn)換層是如此內(nèi)在穩(wěn)定的，使得其在沒有附加的支撐式承載襯底的情況下 也允許處理、傳輸和/或加工。
[0032] 該轉(zhuǎn)換層包括多個(gè)嵌入粘合劑中的閃爍體顆粒。在此，粘合劑尤其選成運(yùn)樣的穩(wěn) 定，使得該轉(zhuǎn)換層獲得所需要的內(nèi)在穩(wěn)定性。粘合劑確切地說可W造成閃爍體顆粒的充分 穩(wěn)定的內(nèi)聚。供選擇地或額外地，也可使相鄰布置的閃爍體顆粒之間的內(nèi)聚已如此之強(qiáng)，使 得該轉(zhuǎn)換層在沒有粘合劑的增強(qiáng)作用的情況下就已獲得其內(nèi)在穩(wěn)定性。
[0033] 通過轉(zhuǎn)換層的內(nèi)在穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，該轉(zhuǎn)換層例如可僅作為獨(dú)立的中間產(chǎn)品被制造、 儲(chǔ)存和在需要制備根據(jù)本發(fā)明的福射探測(cè)器時(shí)被進(jìn)一步使用。有利地，該轉(zhuǎn)換層是足夠機(jī) 械穩(wěn)定和化學(xué)穩(wěn)定的，W在成月或成年的時(shí)間段內(nèi)儲(chǔ)存并且作為獨(dú)立的產(chǎn)品投入市場(chǎng)。由 此，福射探測(cè)器的制備過程可被分成不同的獨(dú)立的子過程，運(yùn)些子過程例如可時(shí)間間 隔實(shí)施和/或在不同地點(diǎn)實(shí)施。
[0034] 轉(zhuǎn)換層可布置在承載片上。該承載片尤其也可W是轉(zhuǎn)換膜的一部分并且賦予實(shí)際 的轉(zhuǎn)換層額外的機(jī)械穩(wěn)定性。對(duì)于轉(zhuǎn)換膜在福射探測(cè)器中的應(yīng)用，運(yùn)樣的承載片可W要么 保持與轉(zhuǎn)換層連接，要么其可W作為臨時(shí)襯底再次從轉(zhuǎn)換層脫離。無論如何，對(duì)于運(yùn)些實(shí)施 方式而言適宜的情形是，在轉(zhuǎn)換層與承載片之間設(shè)置平板電極，該電極能夠?qū)崿F(xiàn)將載流子 提取到轉(zhuǎn)換層的鄰接表面。優(yōu)選地，承載片可W例如包括聚合物材料和/或金屬錐。在此，平 板電極的作用也可被承載片承擔(dān)，例如在金屬錐的情況下。
[0035] 轉(zhuǎn)換層可W呈面狀可接觸式的。換言之，可W至少在其兩個(gè)主表面之一上提供與 所含的有機(jī)半導(dǎo)體材料的面狀電接觸。為此，轉(zhuǎn)換層例如可W在其兩個(gè)主要表面中的至少 一個(gè)上是能夠自由達(dá)到的（自由接近的）。隨后在能夠自由達(dá)到的那側(cè)上可W提供與另一部 件的接觸面的面狀接觸。例如，能夠自由達(dá)到的那側(cè)可W與結(jié)構(gòu)化的晶體管襯底的接觸面 電連接。作為替代方案，該轉(zhuǎn)換層可W在其兩個(gè)主表面中的至少一個(gè)上已設(shè)有平板電極。特 別地，該平板電極可W被分成子電極，該子電極例如可與結(jié)構(gòu)化的晶體管襯底的接觸面連 接。對(duì)于其中轉(zhuǎn)換層被布置在承載片上的那些實(shí)施方式，轉(zhuǎn)換膜的呈面狀可接觸的那側(cè)適 宜為遠(yuǎn)離承載片的側(cè)。
[0036] 粘合劑可W包括至少兩種不同的有機(jī)半導(dǎo)體材料，其中第一半導(dǎo)體材料為電子供 體W及第二半導(dǎo)體材料為電子受體。因此，第一半導(dǎo)體材料尤其適合傳輸正載流子W及第 二半導(dǎo)體材料特別適合傳輸負(fù)載流子。在該實(shí)施方式中，在轉(zhuǎn)換膜中分離的載流子的兩種 載流子類型經(jīng)由有機(jī)半導(dǎo)體材料被傳輸。閃爍體產(chǎn)生的光的吸收在此可在電子供體材料 和/或在電子受體材料和/或在該轉(zhuǎn)換層的處于閃爍體顆粒周圍的其它材料中進(jìn)行。運(yùn)里在 吸收材料中形成了所謂的激子，相關(guān)聯(lián)的載流子對(duì)呈現(xiàn)激發(fā)態(tài)。運(yùn)些激子可W在供體材料 和受體材料之間的界面處擴(kuò)散并有利地在運(yùn)些界面處分離成兩種不同的載流子，運(yùn)兩種不 同的載流子隨后能夠彼此遠(yuǎn)離地被傳輸?shù)剿鰞煞N不同的材料中。
[0037] 轉(zhuǎn)換層的粘合劑可W至少在部分區(qū)域中形成電子供體域和電子受體域的互穿網(wǎng) 絡(luò)。換言之，粘合劑可W包括所謂的本體異質(zhì)結(jié)。尤其有利地，運(yùn)兩種材料的互穿網(wǎng)絡(luò)形成 共同的雙連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，也就是說在所述兩個(gè)域的每一個(gè)中均存在從運(yùn)兩個(gè)域之間的界面出 發(fā)、沿轉(zhuǎn)換層的相應(yīng)至少一個(gè)表面的方向的連貫路徑。在此不應(yīng)當(dāng)排除，額外地還可W存在 運(yùn)兩個(gè)域之一或二者的島狀物。然而有利的是對(duì)于大部分的在運(yùn)兩種材料的域之間形成的 界面而言，在所述兩種材料的每一個(gè)中都如此形成連貫的路徑。運(yùn)種本體異質(zhì)結(jié)可W通過 所設(shè)及材料的混合物的相分離而形成。
[0038] 該粘合劑對(duì)于由閃爍體顆粒產(chǎn)生的光可W具有至少103cnfi的平均吸收系數(shù)。平均 吸收系數(shù)是關(guān)于粘合劑的不同組分和關(guān)于所發(fā)射的光的不同波長進(jìn)行平均得到的值。尤其 有利地，該平均吸收系數(shù)可為至少l〇4cnfi。
[0039] 運(yùn)種高吸收系數(shù)代表著與已知自支撐式轉(zhuǎn)換膜或增感膜中的粘合劑材料的性能 的較大區(qū)別。對(duì)于常規(guī)增感膜，粘合劑材料必須盡可能地透明，由此使得含量盡可能高的所 發(fā)射的光可W到達(dá)位于該膜之外的光傳感器。然而在本發(fā)明的情況中有利的情形是，粘合 劑盡可能強(qiáng)烈地吸收，由此可W盡可能靠近地在光線產(chǎn)生的位置處形成激子并且因此也盡 可能靠近地實(shí)現(xiàn)載流子的分開。通過使分開的電荷產(chǎn)生的位置在空間上靠近于光產(chǎn)生的位 置，有利地避免了不必要的光學(xué)擴(kuò)張和由此的所產(chǎn)生的圖像的不清晰性。
[0040] 閃爍體顆粒的平均粒度有利地在0.1 wii和500WI1之間，特別有利地可在Iwii和50μπι 之間。在下文中閃爍體顆粒尺寸的優(yōu)選值受限于由X射線引發(fā)的高能電子的相互作用長度。 另外已示出了較小的閃爍體顆粒由于不利的體積與表面積的比例通常具有較高的缺陷密 度并且因此觀察到激發(fā)態(tài)的非福射式復(fù)合。因此，在粒度過小的情況下，光發(fā)射的強(qiáng)度過 低。在上文中，閃爍體顆粒的尺寸一方面受限于轉(zhuǎn)換層的厚度，W及另一方面還受限于所希 望的高的載流子傳輸效率。
[0041] 閃爍體顆粒的粒度受制于頻率分布。例如，運(yùn)種分布的半值寬度(半峰全寬）可W 有利地為平均粒度的至少30%。有利地，尺寸分布可基本上遵循所謂的富勒曲線(Fuller- Kurve):
[0042] D_i = (d_i/d_max)'η
[0043] 在此，d_i表示給定的粒度，D_i表示直到該尺寸d_i的顆粒累積比例，d_max表示最 大粒度，W及η表示分布模量。在此，該分布模量表示幾何因子，球的幾何因子采用0.5的值， 而長形或壓成片狀的顆粒的幾何因子減小。因此，對(duì)于分布模量0.35和最大粒度ΙΟμπι，混合 物的顆粒的約一半應(yīng)當(dāng)具有小于的尺寸。
[0044] W運(yùn)樣的分布可W達(dá)到特別高的閃爍體顆粒的堆積密度，因?yàn)檩^小的顆粒可填充 較大顆粒之間的不可避免而產(chǎn)生的空隙。閃爍體顆粒的高堆積密度有利地導(dǎo)致了在盡可能 低的轉(zhuǎn)換層總厚度的情況下W及由此在較少消耗粘合劑材料和昂貴的有機(jī)半導(dǎo)體材料的 情況下的電離福射的特別高的吸收和轉(zhuǎn)化。
[0045] 然而，供選擇地也可使用尺寸相對(duì)一致的閃爍體顆粒，例如至多為10%的所述分 布的半峰全寬，W達(dá)到盡可能一致且限定的堆積，例如因此可用球形閃爍體顆粒形成規(guī)則 的球形堆積。
[0046] 供選擇地，也可W使用運(yùn)樣的閃爍體顆粒的混合物，該閃爍體顆粒具有兩種占多 數(shù)的、相對(duì)一致的尺寸，其中尺寸較小的顆粒適合于填充較大顆粒的盡可能密實(shí)的堆積中 的間隙。
[0047] 轉(zhuǎn)換層可W是由粉末燒結(jié)的層。運(yùn)樣的燒結(jié)工藝特別好地適合于制備具有高密度 的閃爍體顆粒的穩(wěn)定層，因?yàn)橥ㄟ^該燒結(jié)工藝使所用的起始材料固結(jié)和壓實(shí)。為此應(yīng)用的 粉末尤其可W是干燥粉末，該干燥粉末包含由閃爍體顆粒和一種或多種有機(jī)半導(dǎo)體材料構(gòu) 成的混合物。供選擇地，該粉末也可W是具有運(yùn)樣的混合物和潤濕該混合物的液體的略潤 濕的粉末。燒結(jié)工藝是在壓力和任選地溫度的影響下將所用粉末壓實(shí)的過程。燒結(jié)壓力在 此有利地可在0.5和200M化之間，特別優(yōu)選地在1和50M化之間。所述壓力可W例如借助沖 模、漉子或滾筒系統(tǒng)施加至粉末層。在此，沖模、漉子和/或滾筒可W涂覆W防粘層如特氣 龍，從而經(jīng)燒結(jié)的層在該工藝之后可良好地從工具上脫離。另外，使用運(yùn)種經(jīng)涂覆的工具能 夠?qū)崿F(xiàn)非常均勻和平滑的表面。該層的燒結(jié)要么可在從一開始就是自支撐的層上，例如在 滾筒系統(tǒng)中進(jìn)行，要么通過壓制在臨時(shí)襯底上進(jìn)行，接下來則可使制成的燒結(jié)層再次從該 臨時(shí)襯底脫離。
[004引該燒結(jié)工藝的溫度可W有利地在30°C和300°C之間，特別有利地在50°C和200°C之 間。根據(jù)溫度的選擇，不僅可設(shè)想固相燒結(jié)，即不烙化有機(jī)材料的情況的材料的壓實(shí)，還可 設(shè)想液相燒結(jié)，即通過至少成比例地烙化有機(jī)材料將材料壓實(shí)。通過用壓力和任選地溫度 將材料壓實(shí)，W運(yùn)樣的方式使間隙最小化和緊實(shí)，W便于在施加電壓時(shí)例如通過在單個(gè)有 機(jī)分子和/或聚合物鏈之間的跳躍或氧化還原過程能夠?qū)崿F(xiàn)電荷傳輸。W此方式，無需在高 產(chǎn)率的情況中耗費(fèi)的真空工藝技術(shù)并且在沒有因可能的溶劑造成的健康風(fēng)險(xiǎn)的情況下就 能夠?qū)崿F(xiàn)給定的層厚度的、均勻的有機(jī)材料層。
[0049] 由于在燒結(jié)時(shí)可能出現(xiàn)的高壓和高溫，直接將轉(zhuǎn)換層施加在襯底上通常是困難 的。例如，具有由在玻璃襯底上的無定形娃構(gòu)成的薄膜晶體管的片可能由于壓力和/或溫度 的作用而受損。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換膜的單獨(dú)制備和隨后與讀取襯底的接觸。
[0050] 通過燒結(jié)制備的轉(zhuǎn)換層能夠借助經(jīng)燒結(jié)的層的形貌W及表面特征得來檢測(cè)和表 征，例如通過壓縮的源粉末的個(gè)別或整面烙化的區(qū)域的檢測(cè)。也許還可W例如通過缺少痕 量溶劑和/或缺少添加劑而得出關(guān)于燒結(jié)工藝的間接結(jié)論。作為研究方法例如可考慮:光學(xué) 顯微鏡、掃描電子顯微鏡(Raster elektronenndkroskopie)、原子力顯微鏡、次級(jí)離子質(zhì)譜 輝'ekimd.姐虹η処《ms泌ns.p:ektf〇skop化).、氣相色譜、循環(huán)伏安法。
[0051] 多個(gè)閃爍體顆?？蒞具有包含至少一種光活性材料的外殼。所述光活性材料尤其 可W是有機(jī)半導(dǎo)體材料化a化material)。運(yùn)樣的外殼或包殼可W有利地通過在制備轉(zhuǎn)換層 之前涂覆所用的閃爍體顆粒來實(shí)現(xiàn)。運(yùn)樣的包殼的主要優(yōu)點(diǎn)在于，能夠制備具有高體積含 量的閃爍體顆粒的轉(zhuǎn)換層，其中在直接相鄰的閃爍體顆粒之間的間隙仍然至少部分地被有 機(jī)半導(dǎo)體材料填充。因此可W在運(yùn)些間隙中對(duì)所發(fā)射的光進(jìn)行吸收并且在運(yùn)些間隙中對(duì)電 荷進(jìn)行分離。通過遵守基于所述涂覆的在閃爍體顆粒之間的給定的距離，能夠在所述至少 一種有機(jī)半導(dǎo)體材料中形成導(dǎo)電通道，分離的載流子通過運(yùn)些導(dǎo)電通道能夠被傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換 層的各個(gè)表面。
[0052] 特別有利地，多個(gè)閃爍體顆粒被涂覆W由有機(jī)供體材料和有機(jī)受體材料組成的混 合物，該混合物形成了按照本體異質(zhì)結(jié)類型的結(jié)構(gòu)。隨后在本體異質(zhì)結(jié)中能夠吸收閃爍體 顆粒的光，由此能夠產(chǎn)生分開的載流子，并且所述分開的載流子可W被傳輸經(jīng)過各供體或 受體組分的域、到達(dá)轉(zhuǎn)換膜表面上的不同表面或不同區(qū)域。有利地，經(jīng)涂覆的閃爍體顆粒之 間的間隙也可W至少部分地用另一材料填充。尤其可將經(jīng)涂覆的閃爍體顆粒嵌入到粘合劑 中，該粘合劑包含至少一種第一有機(jī)半導(dǎo)體材料。在此，該粘合劑還可W優(yōu)選地具有按照本 體異質(zhì)結(jié)類型的電子供體和電子受體的混合物。
[0053] 然而供選擇地，根據(jù)本發(fā)明的粘合劑已經(jīng)可W由閃爍體顆粒的涂層或包殼的材料 構(gòu)成。例如，經(jīng)涂覆的閃爍體顆粒可W通過燒結(jié)工藝運(yùn)樣被壓實(shí)，使得能夠通過壓制和/或 烙化單個(gè)閃爍體顆粒的涂層得到穩(wěn)定、連貫的結(jié)構(gòu)。有利地，對(duì)于運(yùn)樣燒結(jié)的層還可W使位 置直接相鄰的閃爍體顆粒的至少一部分通過布置在其間的包殼材料的層被隔開。對(duì)于運(yùn)些 變型方案，在經(jīng)涂覆的閃爍體顆粒之間的空隙可選地能夠W其它材料填充，所述其它材料 可有助于轉(zhuǎn)換膜的機(jī)械強(qiáng)度，但是本身不必包含其它的有機(jī)半導(dǎo)體材料。例如，運(yùn)樣的附加 的填充材料可W是非導(dǎo)電性聚合物材料。在該實(shí)施方式中，對(duì)于分開的載流子的傳輸所需 的導(dǎo)電性可W單獨(dú)地通過在涂層材料中形成的通道來確保。
[0054] 由光活性材料制成的包殼可W覆蓋閃爍體顆粒的整個(gè)外表面的平均至少80%，特 別優(yōu)選地至少95 %。
[0化日]閃爍體顆粒的包殼可W有利地具有15nm至1500nm、特別優(yōu)選地在150nm至600nm之 間的平均厚度。外殼的平均厚度可W進(jìn)一步優(yōu)選地最大相當(dāng)于閃爍體顆粒所發(fā)射的福射的 穿透深度的2.5倍，從而未經(jīng)包覆的閃爍體顆粒的平均直接距離有利地最大相當(dāng)于所述福 射的穿透深度的五倍。
[0056] 閃爍體顆粒占轉(zhuǎn)換層的重量含量可W在80 %和98 %之間。運(yùn)樣高的重量含量有利 于在轉(zhuǎn)換膜中實(shí)現(xiàn)電離福射的高吸收。同時(shí)，轉(zhuǎn)換膜的其它組分的含量，即尤其是粘合劑和 任選地額外的包殼材料的含量不宜過高，W盡可能地保持較低的制備成本。運(yùn)些其它組分 的總的重量含量有利地為至少2%，W實(shí)現(xiàn)用于將分開的載流子傳輸至轉(zhuǎn)換膜的表面上的、 盡可能貫穿的導(dǎo)電材料的網(wǎng)絡(luò)。
[0057] 優(yōu)選地，粘合劑可W包括至少一種聚合物材料，尤其是有機(jī)聚合物材料。聚合物材 料的使用可W有利地導(dǎo)致特別高的轉(zhuǎn)換膜的強(qiáng)度和機(jī)械承載能力?？赡艿氖牵诟吆康?閃爍體顆粒的情況下該膜的穩(wěn)定內(nèi)聚總的來說是通過使用聚合物材料作為粘合劑的成分 才得W實(shí)現(xiàn)的。運(yùn)樣的聚合物材料可例如是聚合物有機(jī)半導(dǎo)體，該有機(jī)半導(dǎo)體則優(yōu)選地同 時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械內(nèi)聚的功能和針對(duì)至少一種載流子類型的導(dǎo)電性功能。然而，在供選擇的實(shí)施 方式中，該聚合物材料也可W是非導(dǎo)電性的并且僅用作用于一種或多種存在于粘合劑中的 導(dǎo)電組分的支撐材料。運(yùn)樣的非導(dǎo)電性聚合物材料的實(shí)例是聚甲基丙締酸甲醋、聚醋或Ξ 乙酸纖維素。
[005引轉(zhuǎn)換層的層厚度可優(yōu)選地在lOwn和1mm之間，特別優(yōu)選地在50WI1和500WI1之間。如 此構(gòu)造的轉(zhuǎn)換層是足夠厚的，W產(chǎn)生對(duì)電離福射的足夠高的吸收和轉(zhuǎn)換。另一方面，該轉(zhuǎn)換 層是足夠薄的，W通過施加在該膜的外側(cè)上的電場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)分開的載流子的有效提取。 [0059]轉(zhuǎn)換膜對(duì)具有60keV能量的X射線的吸收可有利地為至少50%，特別有利地至少 70%。運(yùn)尤其適用于射線垂直穿過該膜的情況。
[0060] 閃爍體顆粒的至少一個(gè)發(fā)射峰值的波長可W處于粘合劑的吸收峰值的帶寬內(nèi)。換 言之，粘合劑的吸收光譜可W有利地至少與閃爍體顆粒的發(fā)射光譜的部分區(qū)域相適配。閃 爍體顆粒的發(fā)射譜帶則應(yīng)當(dāng)與粘合劑的至少一個(gè)組分的至少一個(gè)吸收譜帶重疊。由此可導(dǎo) 致通過閃爍體發(fā)射的光來高效地產(chǎn)生分開的載流子。
[0061] 特別適合于運(yùn)些組分、尤其是粘合劑的光吸收組分的材料的選擇則取決于閃爍體 顆粒的材料的選擇。用于閃爍體顆粒與針對(duì)不同波長的光活性有機(jī)材料的組合的示例性材 料組合如下：
[0062] 適合的綠色閃爍體例如是Gcb〇2S : Pr，Ce (硫氧化禮，滲錯(cuò)和姉，發(fā)射峰值在約 515nm)、Gd2〇2S: Tb(硫氧化禮，滲鋪，發(fā)射峰值在約545nm)、Gd2〇2S: Pr，Ce，F(xiàn)(硫氧化禮，滲錯(cuò) 或姉或氣，發(fā)射峰值在約510皿)、YAG: Ce(滲姉的錠侶石惱石，發(fā)射峰值在約550皿)、CsI: T1 (艦化飽，滲巧，發(fā)射峰值在約525nm)、Cdl2:Eu(滲館的艦化儒，發(fā)射峰值在約580nm)或 Lu2化:Tb(滲鋪的氧化錯(cuò)，發(fā)射峰值在約545nm)。運(yùn)些綠色閃爍體的特征在于發(fā)射峰值的范 圍為515-58化m并因此良好地覆蓋了作為示例性的有機(jī)基體的光活性材料的聚（3-己基嚷 吩-2,5-二基KP3HT)的吸收峰值550nm。閃爍體Bi4Ge3化2和/或BG0(錯(cuò)酸祕(mì)，發(fā)射峰值在約 480nm)可W良好地與在460-520nm的范圍具有良好吸收的聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧 基)-1,4-亞苯基亞乙締 KMEH-PPV)或聚[2-甲氧基-5-(3'，7'-二甲基辛氧基)-1,4-亞苯基 亞乙締](MDM0-PPV)組合。
[0063] 同樣要提及適合的藍(lán)色閃爍體。發(fā)射藍(lán)光的有吸引力的材料組合的代表為 Lu2Si〇5: Ce或LS0(滲飽的娃酸錯(cuò)，發(fā)射峰值在約420nm)、L山.8Y. 2Si〇5: Ce(滲姉的娃酸錯(cuò)，發(fā) 射峰值在約420nm)、CdW〇4(鶴酸儒，發(fā)射峰值在約475nm)、CsI :Na(滲鋼的艦化飽，發(fā)射峰值 在約42化m)、或化I: T1 (滲巧的艦化鋼，發(fā)射峰值在約415nm)、Bi4Ge3化2或BG0(錯(cuò)酸祕(mì)，發(fā)射 峰值在約480nm)、Gd2Si〇5或GS0(滲姉的娃酸禮，發(fā)射峰值在約440nm)、或Cs化:Eu(滲館的漠 化飽，發(fā)射峰值在約445nm)，它們能夠良好地與典型的寬帶隙半導(dǎo)體(具有較大帶隙的半導(dǎo) 體)組合，所述寬帶隙半導(dǎo)體例如吸收峰值在460皿的聚[(9,9-二-正辛基巧基-2,7-二基)- 交替-(苯并[2，1，3]嚷二挫-4,8-二基）](F8BT)或者吸收在380-460nm的其它聚巧(PF0)聚 合物和共聚物。
[0064] 紅色閃爍體如Lu2化:Eu(滲館的氧化錯(cuò)，發(fā)射峰值在約610-625皿）、Lu2化:Tb(滲鋪 的氧化錯(cuò)，發(fā)射峰值在約610-625nm)或Gd2〇3:Eu(滲館的硫氧化禮，發(fā)射峰值在約610- 625nm)、YGdO:巧U，Pr)(滲館和/或錯(cuò)的錠禮氧化物，發(fā)射峰值在約610nm)、GdGaO: Cr，Ce(滲 銘和/或飽的禮嫁氧化物）、或化I(艦化銅，發(fā)射峰值在約720皿)可W良好地與正如針對(duì)有 機(jī)光伏技術(shù)研制的吸收劑結(jié)合，所述吸收劑例如為聚[2,1,3-苯并嚷二挫-4,7-二基[4,4- 雙（2-乙基己基）-4H-環(huán)戊二締[2，1 -b: 3，4-b ' ]二嚷吩-2，6-二基]](PCPDTBT)、方酸（例如 阱封端的具有乙二醇官能的對(duì)稱性方酸或二奧方酸(Diazulensquaraine))、聚嚷吩并[3， 4-b ]嚷吩（PTT)或聚（5，7-雙（4-癸基-2-嚷吩基）-嚷吩并（3，4-b)二嚷挫-嚷吩-2，5) (rooTT)。
[0065] 根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式的特別突出的是W下組合:Gcb化S: Tb或YAG: Ce與P3HT組合、 Lu2Si〇5: Ce與F8BT組合或YGdO: Eu與PCPDTBT組合。在運(yùn)些實(shí)例中有機(jī)半導(dǎo)體P3HT、F8BT和 PCPDTBT分別同時(shí)實(shí)現(xiàn)了吸收性組分的功能和粘合劑的傳導(dǎo)空穴的電子供體組分的功能。
[0066] 特別適合于粘合劑的傳導(dǎo)電子的受體組分的材料是富勒締及其衍生物如[6,6]- 苯基-C6廣下酸甲醋(PCBM)。
[0067] 轉(zhuǎn)換膜可包括至少一個(gè)第一電極，其優(yōu)選布置在轉(zhuǎn)換層的至少一個(gè)第一表面上。 特別優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換膜可包括至少兩個(gè)電極，它們可W適宜地布置在轉(zhuǎn)換層的對(duì)置表面上。優(yōu) 選地，運(yùn)兩個(gè)電極被設(shè)計(jì)成用于提取兩種不同的載流子類型，換言之，可W是陽極和陰極。
[0068] 運(yùn)兩個(gè)電極中的至少一個(gè)可W設(shè)計(jì)成大面積的，換言之，其可W遮蓋該轉(zhuǎn)換膜的 表面之一的大部分。也可W將兩個(gè)電極均設(shè)計(jì)成大面積的。
[0069] 還可將至少一個(gè)電極設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)化的，特別地，其可W包括規(guī)則排列的分電極。例 如，至少一個(gè)電極可W分成多個(gè)相同的分電極，W實(shí)現(xiàn)在多個(gè)圖像元素(像素）中的電離福 射的空間圖像的讀取。為此特別有利的情況是一個(gè)電極設(shè)計(jì)成大面積的，而在轉(zhuǎn)換膜的另 一側(cè)上的對(duì)置電極結(jié)構(gòu)化地設(shè)計(jì)成單個(gè)像素。所述結(jié)構(gòu)化的電極可W要么是陽極要么是陰 極。但是也可W將兩個(gè)電極都劃分為單個(gè)像素。
[0070] 有利地，至少一個(gè)結(jié)構(gòu)化的電極可在一個(gè)或兩個(gè)空間方向上具有0.3皿-100μηι，特 別有利地0.3μπι-30皿的結(jié)構(gòu)尺寸。
[0071] 適合于所述電極的材料是金屬如侶、銀和金或?qū)щ娧趸锶缪趸~錫。
[0072] 作為運(yùn)樣的電極層的替代方案或補(bǔ)充方案，轉(zhuǎn)換膜可在至少一個(gè)表面上設(shè)有接觸 材料，該接觸材料被設(shè)計(jì)為具有各向異性的導(dǎo)電性能的大面積的膜。
[0073] 在供選擇的實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)換膜可W不含電極。適合于從轉(zhuǎn)換層提取載流子的電 極則可W例如在隨后的步驟中作為福射探測(cè)器的其它部件、與轉(zhuǎn)換膜連接。
[0074] 任選地，轉(zhuǎn)換膜可W額外地在轉(zhuǎn)換層與一個(gè)所述電極之間包括至少一個(gè)中間層。 運(yùn)樣的中間層可W例如設(shè)計(jì)為空穴阻擋層或電子阻擋層。
[0075] 任選地，轉(zhuǎn)換膜可W具有一個(gè)或多個(gè)額外的保護(hù)層，所述保護(hù)層防止了灰塵、水 和/或氧侵入所述膜并且由此防止了相關(guān)聯(lián)的老化?？蛇\(yùn)樣實(shí)施所述保護(hù)層，使得該保護(hù)層 在探測(cè)器中的處理期間在與襯底連接之前被掲去或者其被保留在完成的部件中。例如，第 一保護(hù)膜可留在頂側(cè)上作為防水和防氧屏障存在，而第二保護(hù)膜可在底側(cè)被掲去，然后將 該底側(cè)與襯底如晶體管矩陣連接。
[0076] 可選地，轉(zhuǎn)換膜可W提供粘附層，該粘附層促進(jìn)了與襯底的連接。粘附層例如可作 為各向異性的導(dǎo)電膠實(shí)施并且可W直到安裝之前用保護(hù)膜覆蓋。
[0077] 用于探測(cè)電離福射的具有轉(zhuǎn)換膜的福射探測(cè)器可W額外地具有W下進(jìn)一步的特 征：
[0078] 有利地，該福射探測(cè)器可包括至少一個(gè)電極，該電極被布置成與轉(zhuǎn)換層的第一表 面鄰接。另外，其可包括第二電極，該第二電極被布置成與轉(zhuǎn)換層的第二表面鄰接。有利地， 運(yùn)兩個(gè)電極可被布置在轉(zhuǎn)換層的對(duì)置的表面上，尤其是轉(zhuǎn)換層的的兩個(gè)主表面上。運(yùn)兩個(gè) 電極之一亦或兩個(gè)電極都可W要么已然是轉(zhuǎn)換膜的組件，要么它們可W作為額外的隨后與 轉(zhuǎn)換膜連接的元件存在于福射探測(cè)器中。
[0079] 所述電極在此有利地用于電傳輸來自轉(zhuǎn)換膜的兩種分開的載流子類型。在此有利 地可將一個(gè)電極設(shè)計(jì)為陰極W及將第二電極設(shè)計(jì)為陽極。
[0080] 在轉(zhuǎn)換層和兩個(gè)電極中的至少一個(gè)之間可W任選地另外布置中間層。該中間層可 W是空穴阻擋層，其被設(shè)計(jì)用于傳輸電子和/或用于阻擋空穴(正載流子）。作為替代或補(bǔ)充 方案，其可w是電子阻擋層，其被設(shè)計(jì)用于傳輸空穴和/或用于阻擋電子。
[0081] 另外，福射探測(cè)器可W被分成單獨(dú)的像素，例如通過使至少一個(gè)所述電極結(jié)構(gòu)化 分成多個(gè)分電極。在該實(shí)施方式中，福射探測(cè)器可W另外包括多個(gè)開關(guān)元件用W控制和/或 讀取運(yùn)些單獨(dú)的像素。特別地，在此每個(gè)像素可配備一個(gè)或多個(gè)開關(guān)元件。所述開關(guān)元件可 例如是晶體管、尤其是由無定形娃制成的薄膜晶體管。
[0082] 運(yùn)樣的福射探測(cè)器的特別有利之處在于，由于使用了根據(jù)本發(fā)明的自支撐式轉(zhuǎn)換 膜，因此不必在敏感的開關(guān)元件上實(shí)施復(fù)雜的工藝步驟。尤其是轉(zhuǎn)換層的制備不必在敏感 的開關(guān)元件上進(jìn)行，而是可W后期將制成的轉(zhuǎn)換膜與運(yùn)些開關(guān)元件連接。例如，可W后期將 具有多個(gè)薄膜晶體管的玻璃板與已制成的轉(zhuǎn)換膜連接。在此，所述薄膜晶體管可早已配備 有電極并且與轉(zhuǎn)換膜連接，該轉(zhuǎn)換膜僅在對(duì)置的那側(cè)上配備有大面積的觸頭。供選擇地，轉(zhuǎn) 換膜可在其制備期間就已設(shè)有電極，或者其可在后期，例如甚至在與晶體管襯底連接時(shí)才 設(shè)有電極。在此，運(yùn)些晶體管有利地可W是由無定形娃或金屬氧化物制成的薄膜晶體管。
[0083] 開關(guān)元件的陣列與制成的轉(zhuǎn)換膜的后期連接在任何情況下都具有W下優(yōu)點(diǎn)，即， 能夠顯著地改善材料利用率。尤其是在沉積由閃爍體顆粒和有機(jī)半導(dǎo)體材料制成的復(fù)雜的 層體系時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生不必要的晶體管片的廢品。
[0084] 除了上文已描述的變型方案之外，用于制備轉(zhuǎn)換膜的方法可W額外地具有W下特 征：
[0085] 在制備轉(zhuǎn)換層之前，閃爍體顆?？稍O(shè)有包殼，其具有至少一種光活性材料，尤其是 光活性有機(jī)半導(dǎo)體。
[0086] 該轉(zhuǎn)換層可W通過燒結(jié)粉末狀的原料來制備。特別地，由此可產(chǎn)生內(nèi)在穩(wěn)定的轉(zhuǎn) 換層。
[0087] 該轉(zhuǎn)換層可通過使粘合劑的至少一個(gè)組分聚合來制備和/或固結(jié)。
[0088] 轉(zhuǎn)換膜可W通過擠出工藝來制備。特別有利地，在運(yùn)些變型方案中還可W通過將 轉(zhuǎn)換層和導(dǎo)電材料的共擠出（混合擠出）來施加一個(gè)或多個(gè)電極。例如可W將導(dǎo)電的呈面狀 的銀顆粒與轉(zhuǎn)換層一起共擠出。作為替代或補(bǔ)充方案，轉(zhuǎn)換層還可W與承載片共擠出。
[0089] 接下來參照附圖借助多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例來闡述本發(fā)明，其中：
[0090] 圖1示出了根據(jù)第一實(shí)施例的轉(zhuǎn)換膜的示意性橫截面，
[0091] 圖2示出了根據(jù)第二實(shí)施例的轉(zhuǎn)換層的示意性細(xì)節(jié)圖，
[0092] 圖3示出了根據(jù)第Ξ實(shí)施例的轉(zhuǎn)換膜的示意性橫截面，
[0093] 圖4示出了根據(jù)第四實(shí)施例的轉(zhuǎn)換膜的示意性橫截面，
[0094] 圖5示出了將轉(zhuǎn)換膜施加至晶體管襯底上的過程，
[00M]圖6示出了根據(jù)第五實(shí)施例的轉(zhuǎn)換膜的示意性橫截面，
[0096] 圖7示出了將根據(jù)第六實(shí)施例的轉(zhuǎn)換膜施加至晶體管襯底上的過程。
[0097] 圖1中示出了剖切穿過根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的轉(zhuǎn)換膜1得到的示意性側(cè)部橫 截面。所示的是自支撐式的轉(zhuǎn)換層3,其在該實(shí)施例中設(shè)計(jì)成不含襯底且沒有另外的與其連 接的電極或另外的面狀的層。在該實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換膜確切地說單獨(dú)由轉(zhuǎn)換層3構(gòu)成。轉(zhuǎn)換層3 具有多個(gè)閃爍體顆粒5，它們嵌入粘合劑3中。閃爍體顆粒5在此基本上由Gcb〇2S: Tb，即由滲 鋪的硫氧化禮構(gòu)成。該閃爍體是對(duì)X射線吸收良好的材料，其在用電離福射激發(fā)后發(fā)射綠 光。
[0098] 閃爍體顆粒5被嵌入到在光譜的綠光區(qū)吸收的粘合劑7中，該粘合劑賦予轉(zhuǎn)換膜1 的轉(zhuǎn)換層3W自支撐性能。閃爍體顆粒5的尺寸分布具有兩個(gè)明顯峰值，確切地說，存在較大 的顆粒5a與較小的顆粒化的混合物。由此可通過閃爍體顆粒5實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)換層3的體積的特別 高的空間填充率。因?yàn)殚W爍體顆粒5的密度顯著高于粘合劑7的密度，所W閃爍體顆粒5的重 量含量在此遠(yuǎn)大于體積含量，因此電離福射基本上被吸收到閃爍體顆粒5中。
[0099] 在所示的實(shí)施例中，粘合劑7是由在綠光區(qū)吸收光和傳輸空穴的聚合物P3HT(聚 (3-己基嚷吩-2,5-二基））和傳輸電子的富勒締衍生物PCBM([6,6]-苯基-C6廣下酸甲醋)組 成的混合物。運(yùn)兩種材料在粘合劑7中形成了相分離的本體異質(zhì)結(jié)，在該本體異質(zhì)結(jié)中可在 通過P3HT吸收光之后進(jìn)行分離和隨后將兩種載流子類型分開地傳輸?shù)綀D1中轉(zhuǎn)換層3的上 或下表面。聚合物材料P3HT在此賦予轉(zhuǎn)換層3足夠的強(qiáng)度，從而不用承載襯底就能夠進(jìn)行處 理。在該實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換層3是通過燒結(jié)由閃爍體顆粒、P3HT和PCBM組成的粉末狀混合物來 制備的。
[0100] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的轉(zhuǎn)換層3的細(xì)節(jié)。在該實(shí)施例中，多個(gè)尺寸 相似的閃爍體顆粒5分別設(shè)有包殼9。運(yùn)里，該包殼9繼而是由P3HT和PCBM組成的混合物，該 混合物形成所述本體異質(zhì)結(jié)。根據(jù)該第二實(shí)施例的轉(zhuǎn)換膜3也是通過燒結(jié)運(yùn)樣涂覆的顆粒5 的混合物而獲得的，其中在燒結(jié)過程中，單個(gè)顆粒的包殼9烙化成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。在該情 況中，烙化在一起的包殼9同樣用作粘合劑7。然而，額外地，在被包覆的顆粒5之間的其它間 隙10還可用另外的粘合劑7填充，例如再次用P3HT/PCBM混合物或用其他的、有助于機(jī)械強(qiáng) 度的材料。
[0101] 圖1中示出的轉(zhuǎn)換層3還未設(shè)有電極并且可W作為自支撐式膜1作為獨(dú)立的構(gòu)件儲(chǔ) 存或者被投入市場(chǎng)。在進(jìn)一步的過程中，轉(zhuǎn)換層3還可設(shè)有電極。因此圖3示出了剖切穿過根 據(jù)第Ξ實(shí)施例的轉(zhuǎn)換膜1得到的示意性橫截面，其中通過薄膜的層壓為轉(zhuǎn)換層3設(shè)置兩個(gè)金 屬電極11和13。所述電極用作陽極和陰極并且用于在轉(zhuǎn)換層3的對(duì)置面上提取兩種載流子 類型。轉(zhuǎn)換膜可W帶有或不帶電極11和13地被儲(chǔ)存和/或作為獨(dú)立的產(chǎn)品被投入市場(chǎng)。
[0102] 圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的另一轉(zhuǎn)換膜1，其中同樣將上電極11和下 電極13施加至轉(zhuǎn)換層3的相反兩側(cè)上。在該實(shí)施例中，下電極13被結(jié)構(gòu)化成多個(gè)分電極13a， 在該圖中示例性地示出了其中的五個(gè)分電極。在此，膜的下表面在其兩個(gè)空間方向上W規(guī) 則排列的方式被結(jié)構(gòu)化成運(yùn)樣的分電極13a。下電極的結(jié)構(gòu)例如可W通過層壓膜的激光結(jié) 構(gòu)化、亦或通過光刻結(jié)構(gòu)化來獲得。將運(yùn)兩個(gè)電極之一分成多個(gè)分電極13a實(shí)現(xiàn)了對(duì)電離福 射的空間分布的像素化讀取，即例如實(shí)現(xiàn)了 X光圖像的產(chǎn)生。在此，像素寬度由分電極的寬 度15確定并且像素間距由分電極的間距17確定。所謂的像素級(jí)別(Pixelpitch)，即空間重 復(fù)長度，是寬度15和間距17之和。為了讀取像素化的圖像，不必使兩個(gè)電極都呈結(jié)構(gòu)化地存 在。僅需在轉(zhuǎn)換層3的一側(cè)上將電信號(hào)分離成像素?？蓪㈥枠O結(jié)構(gòu)化而將陰極設(shè)計(jì)成整面 的，或者反之亦然。在任何情況下，轉(zhuǎn)換層3均可W作為未結(jié)構(gòu)化的呈面狀的層存在，并且仍 然獲得局部高分辨的圖像，該圖像比在禪聯(lián)具有光傳感器的常規(guī)增感膜的情況下的圖像更 為清晰。運(yùn)是在將電壓施加至對(duì)置的電極11和13時(shí)通過空間定向地提取載流子來實(shí)現(xiàn)的。
[0103] 最后圖5示出了將第四實(shí)施例的轉(zhuǎn)換膜1施加至晶體管襯底19上的可能的工藝步 驟。晶體管襯底19包括多個(gè)薄膜晶體管21在玻璃襯底23上的陣列。運(yùn)里例如可W使用由無 定形娃制成的晶體管，正如其用于控制平板顯示器的情況那樣。具有其結(jié)構(gòu)化的下電極13 的內(nèi)在穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換膜1運(yùn)時(shí)可W借助滾筒25施加至晶體管襯底19上并且例如通過壓力和/ 或升高的溫度的作用而被層壓在晶體管襯底19上。為此，薄膜晶體管的柵格應(yīng)當(dāng)在所述膜 的兩個(gè)空間方向上均適配于結(jié)構(gòu)化的電極13的柵格。然而，運(yùn)不一定導(dǎo)致轉(zhuǎn)換膜1相對(duì)于晶 體管襯底19的準(zhǔn)確的空間定向，因?yàn)閮H需分別使晶體管19的空間上相對(duì)較小的觸點(diǎn)26與相 應(yīng)的分電極13a形成電接觸。在不損害功能的情況下，相對(duì)于中間觸點(diǎn)或另一理想位置的一 定的空間偏置在此也能夠易于被接收。
[0104] 轉(zhuǎn)換膜1上的分電極13a也可被實(shí)施成明顯小于晶體管矩陣的像素級(jí)別。相應(yīng)的第 五實(shí)施例在圖6中示出。在此，晶體管21分別設(shè)有大面積的接觸面26。分電極13a的尺寸在表 面的兩個(gè)空間方向上均小于接觸面26之間的間隙28。因此運(yùn)兩個(gè)元件的定向完全不重要。 用于電離福射的探測(cè)器的典型的像素級(jí)別29在30和300WI1之間。兩個(gè)相鄰像素之間的間隙 28通常為像素尺寸的2至20%，即，通常地在0.6和60WI1之間。在分電極13a的尺寸相應(yīng)地選 成較小、例如間隙28的一半（即，在0.3和30μπι之間）的情況下，能夠容易地實(shí)現(xiàn)的觸點(diǎn)接通， 而不會(huì)產(chǎn)生相鄰接觸面27之間的短路。
[0105] 另外還可W制備僅在轉(zhuǎn)換層3的一側(cè)上具有大面積的電極11的轉(zhuǎn)換膜1。在對(duì)置的 那側(cè)上，轉(zhuǎn)換層3是可自由達(dá)到的并且是呈面狀可接觸的。特別地，轉(zhuǎn)換層3隨后能在可接觸 的那側(cè)上與晶體管矩陣接合在一起，其中已將結(jié)構(gòu)化的觸頭13a施加在晶體管21上并且與 運(yùn)些接觸點(diǎn)26導(dǎo)電地連接。所述接合工藝在圖7中示例性地針對(duì)本發(fā)明的第六實(shí)施例示出。 該第六實(shí)施例的轉(zhuǎn)換膜1包括布置在承載片32上的轉(zhuǎn)換層3。該承載片賦予轉(zhuǎn)換膜1另外的 機(jī)械穩(wěn)定性。在承載片1與轉(zhuǎn)換層之間布置大面積的、未結(jié)構(gòu)化的第一電極11。在對(duì)置的那 側(cè)上，轉(zhuǎn)換層3是裸露的。在所示出的工藝步驟中轉(zhuǎn)換層3在所述裸露側(cè)上與結(jié)構(gòu)化的分電 極13a連接，運(yùn)些分電極13a已在晶體管襯底19上按規(guī)則陣列被施加在單個(gè)的晶體管21上。 在該實(shí)施例中是通過借助滾筒25的施加來實(shí)現(xiàn)連接，例如運(yùn)里還再次在壓力和/或升高的 溫度下實(shí)現(xiàn)。
[0106] 最后也可將轉(zhuǎn)換層3與晶體管21的接觸點(diǎn)26之間的觸頭實(shí)施為大面積的具有各向 異性的導(dǎo)電性能的觸頭。該觸頭可W實(shí)施為各向異性的導(dǎo)電膜或?qū)щ娔z。為了加工具有各 向異性的觸頭的轉(zhuǎn)換膜，使該膜與晶體管矩陣形成接觸并且通過施加壓力和/或溫度產(chǎn)生 各向異性的觸點(diǎn)接通。由此使得兩個(gè)相鄰觸頭之間的電串?dāng)_最小化。
[0107] 通過轉(zhuǎn)換膜1和晶體管襯底19的呈面狀的連接形成的福射探測(cè)器30最后實(shí)現(xiàn)了對(duì) 撞在轉(zhuǎn)換膜1上的電離福射進(jìn)行局部高分辨率的圖像的探測(cè)。各個(gè)分電極13a在此分別通過 薄膜晶體管21來控制和讀取。置于上方的、運(yùn)里未示出的控制和讀取電子器件在此可用于： 為每個(gè)像素施加確定的在兩個(gè)電極之間的偏壓;相繼地控制所述像素或像素組(例如行或 列）；和針對(duì)單個(gè)像素分別讀取電信號(hào)，該電信號(hào)取決于在相應(yīng)的分電極13a上提取的載流 子數(shù)量。
[0108] 本發(fā)明由此實(shí)現(xiàn)了簡化且模塊化的福射探測(cè)器30的制備，同時(shí)工藝良率高。福射 探測(cè)器30適合于在達(dá)到電離福射的高轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)局部高分辨率的圖像。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于將電離輻射轉(zhuǎn)換為光并且用于通過所述光生成載流子的轉(zhuǎn)換膜（1)，所述 轉(zhuǎn)換膜（1)包括具有多個(gè)嵌入粘合劑(7)中的閃爍體顆粒(5)的轉(zhuǎn)換層(3 )，其中粘合劑(7) 包含至少一種第一有機(jī)半導(dǎo)體材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換膜(1)，其特征在于，轉(zhuǎn)換層(3)被設(shè)計(jì)為內(nèi)在穩(wěn)定的。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)換膜(1)，其特征在于，轉(zhuǎn)換層(3)布置在承載片(32)上。4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)換膜（1)，其特征在于，轉(zhuǎn)換層(3)至少在一個(gè)表面 上呈面狀可接觸的。5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)換膜（1)，其特征在于，粘合劑(7)包含至少兩種不 同的有機(jī)半導(dǎo)體材料，其中第一半導(dǎo)體材料為電子供體以及第二半導(dǎo)體材料為電子受體。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)換膜（1)，其特征在于，粘合劑(7)至少在部分區(qū)域中形成電 子供體域和電子受體域的互穿網(wǎng)絡(luò)。7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)換膜（1)，其特征在于，粘合劑(7)對(duì)于通過閃爍體 顆粒(5)產(chǎn)生的光具有至少lOYnf 1的平均吸收系數(shù)。8. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)換膜（1)，其特征在于，閃爍體顆粒(5)的平均粒度 在 Ο.ΙμL? 和 500μπ?之間。9. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)換膜（1)，其特征在于，轉(zhuǎn)換層(3)是由粉末燒結(jié)的 層。10. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)換膜（1)，其特征在于，閃爍體顆粒（5)占轉(zhuǎn)換層 (3)的重量含量在80 %和98 %之間。11. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)換膜（1)，其特征在于，粘合劑(7)包括至少一種聚 合物材料。12. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)換膜（1)，其特征在于，轉(zhuǎn)換層(3)的層厚度(4)在 ΙΟμπι和1mm之間。13. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)換膜（1 )，其特征在于，在轉(zhuǎn)換層的至少一個(gè)第一 表面上布置至少一個(gè)電極（11、13)。14. 用于探測(cè)電離輻射的輻射探測(cè)器(30)，其具有根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的轉(zhuǎn)換 膜⑴。15. 用于制備根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的轉(zhuǎn)換膜的方法，其至少包括以下步驟： -由多個(gè)閃爍體顆粒(5)和包含有機(jī)半導(dǎo)體材料的粘合劑(7)制備混合物， -由所述混合物制備層狀結(jié)構(gòu)，和 -通過固結(jié)所述層狀結(jié)構(gòu)形成轉(zhuǎn)換層(3)。
【文檔編號(hào)】G01T1/16GK105829914SQ201480069114
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2014年12月10日
【發(fā)明人】P.比切勒, D.哈特曼, O.施密特, S.F.特德, J.韋克
【申請(qǐng)人】西門子保健有限責(zé)任公司