專利名稱：固態(tài)x光探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)X光探測器，它包括一個帶有輻射轉(zhuǎn)換器的光敏傳感器。此類探測器特別適用的一些領(lǐng)域是輻射學(xué)(輻射照相術(shù)，放射透視檢查以及乳腺造影術(shù))，但同樣適用于無損檢測。
背景技術(shù)：
這種輻射探測器已經(jīng)公知，例如在法國專利FR 2605166中，由非晶硅光電二極管形成的傳感器就帶有一個輻射轉(zhuǎn)換器。
下面將簡要回顧此種輻射探測器的結(jié)構(gòu)及工作原理。
光敏傳感器通常是由一些排列成矩陣的固態(tài)光敏元件制成。光敏元件由半導(dǎo)體材料制成，CCD類型的傳感器通常由單晶硅制成，而CMOS類型的傳感器由多晶或非晶硅制成。一個光敏元件至少包含一個光電二極管，一個光電晶體管或一個光敏電阻器。這些元件沉積在基片上，該基片通常為玻璃片。
這些元件通常對諸如X射線或伽瑪射線等極短波長的輻射并不直接敏感。這就是為什么光敏傳感器要與一個輻射轉(zhuǎn)換器相結(jié)合的道理，此輻射轉(zhuǎn)換器包含一層閃爍物質(zhì)。當(dāng)此種閃爍物質(zhì)受到此類輻射激發(fā)時，該物質(zhì)具有發(fā)射較長波長輻射的性質(zhì)，例如發(fā)射傳感器敏感的可見光或近可見光。由輻射轉(zhuǎn)換器發(fā)出的光照亮傳感器的光敏元件，該光敏傳感器用于執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，并通過適當(dāng)?shù)碾娐穼⒖刹杉碾娦盘柊l(fā)送出去。在以下的說明中，輻射轉(zhuǎn)換器將稱為閃爍器。
某些鹵化堿或稀土硫氧化物族的閃爍物質(zhì)，因其優(yōu)良的性能而被經(jīng)常采用。
在這些鹵化堿中，摻雜有鈉或鉈的碘化銫，以具有很強的X光吸收特性和極佳的熒光效率而知名，其中可以分別根據(jù)所需發(fā)射的光是在400納米左右還是在550納米左右，向碘化銫中摻雜鈉或鉈。在支座上生長的碘化銫呈細針狀。這些細針或多或少會垂直于支座，并部分地限制光射向傳感器。針狀碘化銫的精細度決定了探測器的分辨率。硫酸氧化鑭和硫酸氧化釓也因同樣的理由而被廣泛采用。
然而，這些閃爍物質(zhì)中的某些物質(zhì)卻存在穩(wěn)定性差的缺點，當(dāng)這些物質(zhì)曝露在水蒸汽中時，易發(fā)生部分分解，而其分解釋放出的化學(xué)產(chǎn)物趨向傳感器移動，或以背離傳感器的方向移動。這些產(chǎn)物極具腐蝕性。碘化銫和硫酸氧化鑭尤其受此缺點的損害。
對于碘化銫而言，其分解產(chǎn)生銫的氫氧化物CS+OH-和游離碘I2，而游離碘與碘離子結(jié)合產(chǎn)生復(fù)合原子團I3-對于硫酸氧化鑭而言，其將分解產(chǎn)生化學(xué)腐蝕性很強的硫化氫H2S。
水蒸汽是極難去除的。水蒸汽經(jīng)常存在于周圍的空氣中，以及用于組裝探測器的粘接化合物中。在粘接化合物中存在水蒸汽是由于周圍空氣中存在水蒸汽，或者是聚合反應(yīng)的副產(chǎn)品，如果后者起因于兩種化學(xué)物質(zhì)的凝聚，那么這種情況經(jīng)常發(fā)生。
在生產(chǎn)這些探測器時，重要方面之一是，要使探測器內(nèi)部原有的水蒸汽存量和與閃爍器接觸時原有的水蒸汽存量最小化，并在傳感器運行時避免水蒸汽擴散進入傳感器。
輻射探測器包括一個輸入窗，X光穿過該輸入窗在閃爍器上游通過。此外，閃爍物質(zhì)通常沉積在金屬支座上，從而支座和閃爍物質(zhì)形成了閃爍器。另外，還有一種熟知的方案是將支座用作輸入窗。
當(dāng)閃爍物質(zhì)沉積在輸入窗上以形成隨后將放置在傳感器上的閃爍器時，輸入窗必須能承受沉積和閃爍器加工時產(chǎn)生的熱應(yīng)力而不會破裂，并且還必須優(yōu)選地具有與閃爍器和傳感器，或尤其是與傳感器基片相近的熱脹系數(shù)。也可選擇具有低彈性模量的輸入窗，其將有助于消除，以輸入窗和閃爍器為一方，及以輸入窗和傳感器、尤其是輸入窗和傳感器基片為另一方，這兩方之間的不均勻應(yīng)力。這樣可以避免閃爍器爆裂或傳感器破裂的危險。
輸入窗表面條件還必須能允許針狀晶體在盡可能均勻的情況下生長得盡可能的精細，對碘化銫而言這一點尤為重要。針狀的精細度是探測器分辨率品質(zhì)的一個因素。
當(dāng)前支座是由鋁制成的，鋁對被探測的輻射有極好的透明度和良好的光學(xué)性質(zhì)。在對鋁進行預(yù)備熱處理(conditioning processing)后，能獲得滿意的用于閃爍器沉積的表面條件。遺憾的是，鋁的熱脹系數(shù)與傳感器的熱脹系數(shù)頗為不同。在熱循環(huán)過程中，為了避免在兩元件交界面處存在顯著的應(yīng)力，需要使用一種柔軟的防漏密封劑，使其有能力緩沖由熱力循環(huán)導(dǎo)致的形變而不會破裂。為了在熱循環(huán)過程中，緩沖閃爍器支座和傳感器之間的熱膨脹差距，此密封劑必須是柔軟的，從而可以使應(yīng)力和破裂的風(fēng)險最小化。然而，柔軟的材料通?？蓾B透水蒸汽，導(dǎo)致閃爍器對水蒸汽的防護不充分，因而縮短了探測器的壽命。對此類探測器而言，理想的是它們的壽命可與安裝有該探測器的輻射設(shè)備或其他設(shè)備的成本回收時間相比擬，即10年左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種長壽命的輻射探測器，其中與現(xiàn)有技術(shù)中的情況不同，輸入窗和防漏密封劑的作用并非都由閃爍器支座獨自承擔(dān)。
為此目的，本發(fā)明的主題是一種固態(tài)X光探測器，包括一個光敏傳感器，一個將X光轉(zhuǎn)換為傳感器敏感的輻射的閃爍器，以及一個X光從中穿越而在閃爍器上游通過的輸入窗，該探測器的特征在于輸入窗放置在閃爍器上而不與閃爍器固定在一起，而輸入窗和傳感器用防水蒸汽的密封劑固定。
按照此發(fā)明，對閃爍器支座的約束，由支座和新的輸入窗適當(dāng)分擔(dān)。和現(xiàn)有技術(shù)一樣，閃爍器支座仍受用于閃爍器沉積的反射性和表面條件等因素的約束。相比之下，該支座不再需要防漏和支持密封劑，這些約束如今轉(zhuǎn)加到新附加的輸入窗上。
這種結(jié)構(gòu)允許輸入窗的材料被限定為與構(gòu)成傳感器的材料相兼容，特別是它們各自的熱脹系數(shù)彼此兼容，這樣，就允許所用的密封劑更硬一些，從而水蒸汽難以滲透。
將輸入窗和閃爍器支座的作用分離開來，就可更廣泛地選擇適用于輸入窗的材料。
本發(fā)明能實現(xiàn)閃爍器和傳感器的兩種不同組裝結(jié)構(gòu)。
在第一種所謂分離的閃爍器結(jié)構(gòu)中，閃爍物質(zhì)沉積在支座上，被探測的輻射在到達傳感器之前必須先通過該閃爍物質(zhì)。然后把整個裝置與傳感器粘接在一起。在此結(jié)構(gòu)中，輸入窗放置在支座上，但并不固定。這樣，就允許輸入窗相對支座保持一個自由度。例如，為了緩沖在探測器溫度變化時任何不均勻的熱膨脹，輸入窗可相對支座滑動。
在第二種所謂直接沉積結(jié)構(gòu)中，傳感器充當(dāng)閃爍物質(zhì)的支座，這樣就可以直接并緊密地與傳感器接觸。然后再在閃爍物質(zhì)上覆蓋保護膜。兩種結(jié)構(gòu)各自都有優(yōu)、缺點。
第一種結(jié)構(gòu)允許分別優(yōu)化閃爍器和傳感器。即使閃爍器與傳感器不兼容，閃爍器仍能進行熱加工。碘化銫是通過熱蒸發(fā)沉積的，即通過凝聚而沉積在支座上。然后，為了得到最佳的熒光效率，還要把碘化銫在300℃左右的溫度下進行退火處理。在第二種所謂直接沉積結(jié)構(gòu)中，當(dāng)閃爍物質(zhì)直接沉積在傳感器上時，需要這種選擇退火溫度以免損害傳感器。
第一種所謂分散閃爍器結(jié)構(gòu)的另一優(yōu)點是，只有當(dāng)傳感器和閃爍器測試成功后才把它們組裝起來，這將提高總體生產(chǎn)效率。在第二種所謂直接沉積結(jié)構(gòu)中，每次閃爍器出現(xiàn)故障，傳感器就報廢，因為不值得冒險回收。
在第一種所謂分離閃爍器結(jié)構(gòu)中，用于組裝的粘接化合物的厚度，導(dǎo)致X光探測器在空間分辨率和聚光方面有所損失。而另一方面，閃爍器直接沉積在傳感器上，為光學(xué)耦合提供了最好的條件。
由支座承載閃爍器的結(jié)構(gòu)，由于需要生產(chǎn)兩個元件，因而能使得生產(chǎn)流程安排得更為有效，即一方面生產(chǎn)閃爍器連同它的支座，另一方面生產(chǎn)傳感器，二者可分開進行。
再者，在所述第一種結(jié)構(gòu)中的支座成本要低于在第二種結(jié)構(gòu)中用傳感器充當(dāng)閃爍物質(zhì)支座的成本。這樣，在沉積了有缺陷的閃爍物質(zhì)的情形下，即意味著閃爍器和它的支座將報廢時，所面臨的損失將會減少。
最后，第一種結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)用于由若干連接元件的組件組成的光敏組件中，例如，在公開的FR 2758654和FR 2758656的法國專利中所描述的那樣。第二種結(jié)構(gòu)不能應(yīng)用到這種由若干個連接元件的組件組成的光敏組件中去，這是由于在閃爍物質(zhì)沉積在它的支座上以后，閃爍物質(zhì)的運行(implementation)需要300℃的溫度，在此溫度下這些組件的尺寸穩(wěn)定性差。
在這兩種結(jié)構(gòu)中，輸入窗必須滿足下列要求必須對被測輻射盡可能的透明，必須防水蒸汽，以及必須具有與探測器可能經(jīng)受的操作相適配的機械性能。
如果希望探測器具有很好的分辨率，提供一個輸入窗來吸收從閃爍器向后發(fā)射的光是有益的，換句話說，向后就是指從閃爍器到傳感器的相反方向。然而，靈敏度將會有所損失。
另一方面，如果需要探測器有良好的靈敏度，則提供一個輸入窗，把閃爍器向后發(fā)射的光向傳感器反射是有益的。在此方法中，對相同的輻射量，傳感器接收到的光強度增加了。靈敏度的增益導(dǎo)致分辨率損失。因為從一個X光光子產(chǎn)生的直接發(fā)射的光和反射的光可能落在傳感器的不同地點，使所獲得的圖像不如前面的情況那么清晰。
采用本輻射探測器，在一般輻射照相術(shù)的信噪比條件下，減小輸入窗的反射率從總體上講更為有益。事實上，通過每一個被吸收的X光光子可產(chǎn)生數(shù)百個電子，因此閃爍器把一個X光光子轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)目巨大的光線光子。重要的是，每個X光光子是在轉(zhuǎn)換成電子后被傳感器探測到的。如果在傳感器中獲得噪音可與由吸收一個X光光子產(chǎn)生的信號相比擬，那么減小反射率可使分辨率改善而不會降低信噪比及靈敏度。
附圖簡述閱讀以下參照附圖的說明，將會易理解本發(fā)明，并且本發(fā)明的某些性質(zhì)和優(yōu)點將會更為明晰

圖1示出根據(jù)第一種結(jié)構(gòu)的輻射探測器；圖2示出根據(jù)第二種結(jié)構(gòu)的輻射探測器。
為清楚起見，這些圖中未標尺寸。
發(fā)明詳述稱為分離閃爍器結(jié)構(gòu)的第一種結(jié)構(gòu)如圖1所示。輻射傳感器標記為1。該輻射傳感器包括基片2，該基片基本上是玻璃片，用于支持若干光敏元件3。每個光敏元件3安裝在橫排導(dǎo)體和縱排導(dǎo)體之間，以便于編址。簡單起見，這些導(dǎo)體未在圖中示出。光敏元件3和導(dǎo)體通常涂敷一鈍化層4，來隔離水蒸汽。
在此結(jié)構(gòu)中，傳感器1和閃爍器5一起工作，在示例中，傳感器5通過光學(xué)粘接化合物6與傳感器1光學(xué)地耦合。閃爍器5包括一層閃爍物質(zhì)7，該閃爍物質(zhì)7呈針狀結(jié)構(gòu)沉積在支座8上。這樣，支座8承載閃爍物質(zhì)7。閃爍物質(zhì)7，例如，可屬于鹵化堿族，如磺化銫，在存在水蒸汽時，其特別容易氧化；但它也可屬于稀土硫氧化物族，其中某些成員如硫酸氧化鑭顯示出同樣較差的穩(wěn)定性。
在如圖2所示的稱為直接沉積結(jié)構(gòu)的第二種結(jié)構(gòu)中，把閃爍物質(zhì)7直接沉積在傳感器1上，并把閃爍物質(zhì)7用膜9覆蓋，而不是如圖1中示出的那樣，把閃爍物質(zhì)7沉積在支座8上，并把形成閃爍器5的分離組件安裝在傳感器1上。膜9充當(dāng)閃爍物質(zhì)7的保護。簡單起見，在第二種結(jié)構(gòu)中，由閃爍物質(zhì)7和膜9形成的組件用標號5標明，并和在第一種結(jié)構(gòu)中一樣，命名為閃爍器。
在圖1和圖2中示出的X光探測器，輸入窗10是放在閃爍器5上，但并不固定。用防漏密封劑11把輸入窗10與傳感器1固定，或更確切地說，與傳感器的基片2固定。
根據(jù)輸入窗及傳感器的材料來選擇用作防漏密封劑的材料。密封劑可由礦物材料制成。此類密封劑顯示出很好的防水性，而它的實施過程需要400℃左右的高溫。
作為替代品，防漏密封劑可由有機材料制成。這些材料的防漏性能不如礦物材料，但另一方面，它需要的實施溫度較低，200℃左右。在有機材料中，最好的防漏材料是環(huán)氧粘合劑。
至于輸入窗10，它可用任何材料構(gòu)成，但該材料的熱脹系數(shù)需要與形成傳感器1的材料的熱脹系數(shù)相近。更為有利的是輸入窗的熱脹系數(shù)比鋁低。兩種將要組裝在一起的材料的熱脹系數(shù)的相似性，即輸入窗和傳感器的熱脹系數(shù)的相似性，使得有可能使用硬的防漏密封劑。
輸入窗10可用任何沉積物覆蓋起來，從而提高其反射性或化學(xué)抗腐蝕性，例如，其中該腐蝕性來源于在有水蒸汽的情況下閃爍器沉積的副產(chǎn)品。
若干材料能適用于制作輸入窗。通常，一些包含極少量重元素的材料最為合適，因為其具有良好的X光透明度。
輸入窗可用玻璃制成。玻璃是單組分(single component)的，因此容易加工。再者，如果傳感器1的基片2由玻璃構(gòu)成，選擇防漏密封劑是直截了當(dāng)?shù)?，因為，就玻璃而言，僅需證實防漏密封劑與一種材料的兼容性。
碳纖維也可用來制作輸入窗。碳纖維與玻璃相比，對X光有較高的透明度并且也不易破碎。另一方面，一些碳纖維常用環(huán)氧樹脂粘合在一起并由于它們的表面粗糙而更難密封。
作為另一個替代品，輸入窗可用陶瓷材料制成，其X光透明度與玻璃相近。
輸入窗也可由有機材料組成，如聚脂。此材料顯示出比玻璃更高的X光的透明度，且與玻璃相比，不易破碎。當(dāng)其用輾壓方式生產(chǎn)時，其為一表面光滑的均勻材料。不過，實現(xiàn)對樹脂的防漏密封比玻璃更難。
由所用結(jié)構(gòu)決定的閃爍器8或膜9，可由任何金屬材料，諸如鋁，鈦或其他金屬材料組成。其也可由陶瓷材料或有機材料，例如聚酰亞胺，或含碳纖維的其他合成材料組成。所選材料必須對X光透明，與閃爍物質(zhì)化學(xué)相容，以及與發(fā)光的閃爍器的制作加工過程相容，此加工過程包含如真空沉積及退火。更為有益的是，所選材料可吸收或反射由閃爍器5產(chǎn)生的光而不會透過它。事實上，通常由閃爍器5產(chǎn)生的光是可見光或近可見光。如果所選材料透過由閃爍器5產(chǎn)生的光，探測器對外界光就不再是光學(xué)屏蔽的，并且傳感器1可接收外界光，將對其運行造成干擾。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)X光探測器，包括一個光敏傳感器；一個閃爍器，用于將X光轉(zhuǎn)換成傳感器敏感的輻射；以及一個輸入窗，通過該輸入窗X光經(jīng)過閃爍器的上游，其特征在于輸入窗放置在該閃爍器上，但不與閃爍器固定在一起，輸入窗和閃爍器用防水蒸汽的密封劑來固定，閃爍器由支座和閃爍物質(zhì)組成，并且支座與傳感器是截然不同的。
2.如權(quán)利要求1中所述的X光探測器，其特征在于輸入窗的熱脹系數(shù)比鋁低。
3.如權(quán)利要求2中所述的X光探測器，其特征在于輸入窗用玻璃制成。
4.如權(quán)利要求2中所述的X光探測器，其特征在于輸入窗用碳纖維制成。
5.如權(quán)利要求2中所述的X光探測器，其特征在于輸入窗用陶瓷材料制成。
6.如權(quán)利要求2中所述的X光探測器，其特征在于輸入窗用有機材料制成。
7.如前述權(quán)利要求中的一個權(quán)利要求所述的X光探測器，其特征在于防漏密封劑用礦物材料制成。
8.如權(quán)利要求1到6中的一個權(quán)利要求所述的X光探測器，其特征在于防漏密封劑用有機材料制成。
9.如權(quán)利要求1到6中的一個權(quán)利要求所述的X光探測器，其特征在于防漏密封劑用環(huán)氧粘合劑制成。
10.如前述權(quán)利要求中的一個權(quán)利要求所述的X光探測器，其特征在于閃爍器包括一種屬于鹵化堿族的物質(zhì)，如磺化銫，或?qū)儆谙⊥亮蜓趸镒宓奈镔|(zhì)，如硫酸氧化鑭。
11.如前述權(quán)利要求中的一個權(quán)利要求所述的X光探測器，其特征在于支座是金屬的。
12.如權(quán)利要求11中所述的X光探測器，其特征在于支座用鋁制成。
13.如權(quán)利要求11中所述的X光探測器，其特征在于支座用鈦制成。
14.如前述權(quán)利要求中的一個權(quán)利要求所述的X光探測器，其特征在于支座是有機的或陶瓷的。
15.如權(quán)利要求14中所述的X光探測器，其特征在于支座是聚酰亞胺支座。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固態(tài)X光探測器，它包括一個帶有輻射轉(zhuǎn)換器的光敏傳感器，稱為閃爍器，用于將X光轉(zhuǎn)換成傳感器敏感的輻射；以及一個輸入窗，X光穿越它而通過閃爍器的上游。輸入窗安裝在閃爍器上，但不與閃爍器固定在一起；以及輸入窗和傳感器用防水蒸氣的密封劑固定。閃爍器包括一有別于傳感器的支座，以及閃爍物質(zhì)。此類探測器的應(yīng)用領(lǐng)域尤其是在輻射學(xué)領(lǐng)域(輻射照相術(shù)，放射透視檢查和乳腺造影術(shù))，但同樣能用于無損檢測。
文檔編號H01L27/146GK1575423SQ02821286
公開日2005年2月2日 申請日期2002年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月26日
發(fā)明者杰拉爾德·維厄, 迪迪?！つ?申請人:特里賽爾公司