[实用新型]辐射探测器及其成像装置和电极结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及辐射探测器及其成像装置和电极结构，具体地涉及例如X射线数字影像平板探测器及成像装置。 

背景技术

在过去，人们利用对辐射敏感的闪烁层将射线转换成光信号，用电视摄像机接收光信号，并经显示屏显示出来，从而实现射线辐射透视时的实时成像。随着技术的发展，CCD的出现使得这一实时成像方式更加优化。CCD在稳定性、集成度、一致性以及高速采集上有着非常优越的性能。但是由于CCD本身的耐辐射损伤问题，这一实时成像方式有着一个不可避免的缺点，那便是需要足够厚度的辐射敏感薄膜或者传输光路的装置，常用的转换、传输装置有影像增强器、透镜、光纤等，这些转换、传输装置在工作流程中位于CCD前面，所引入的不一致、噪声等因素使得CCD的诸多优势无法充分的显现出来，同时也增加了成像系统的复杂程度，降低了系统的可靠性。 

从20世纪九十年代开始，从事辐射成像领域的技术人员开始着眼于研究如何在辐射成像探测器上将高速、高图像质量、高集成度、高可靠性、大面积以及操作的简易性等优点结合起来，由此发展出了大面积的数字影像平板探测器。 

目前数字影像平板探测器的产品可以实现上千平方厘米级的大面积，几十微米级的空间分辨以及每秒上百帧的读取速度。 

数字影像平板探测器的第一种已知技术是采用非晶硅二极管与TFT结合。非晶硅二极管吸收射线，产生电子空穴对，在电场作用下某种极性的带电粒子漂移到TFT像素阵列上，通过TFT的开关扫描依次读取各像素信号。 

非晶硅的电离能很低(约5eV)，在射线照射下能够产生大量的电子空穴对，能够在低剂量下仍然得到很好的信噪比。 

然而，硅的原子序数很小(Z＝14)，对射线的阻挡能力非常弱，需要很厚的硅层才能将射线有效阻挡，这使得该方法在工艺上不易实现，且成本很高。 

数字影像平板探测器的第二种已知技术是用非晶硒薄膜与TFT结合。非晶硒吸收射线，产生电子空穴对，在电场作用下某种极性的带电粒子漂移到TFT像素阵列上，通过TFT的开关扫描依次读取各像素信号。 

硒的原子序数为34，非晶硒对射线的阻挡能力相对非晶硅较强，但仍然只适应于探测50KeV以内的射线，这限制了非晶硒平板探测器的主要应用领域为低能量领域(如乳腺成像)。 

非晶硒的电离能随所加场强以及入射的射线能量变化而改变，在医学诊断常用的场强以及射线能量区域，其电离能约为50eV，由此限制了射线的最低剂量以及输出的信号幅度。 

另外，非晶硒温度稳定性差，易潮解和晶化，使用寿命不如其他结构的平板探测器。 

数字影像平板探测器的第三种已知技术是采用闪烁体与光电二极管以及TFT结合。闪烁体将射线转换成光信号，光电二极管接收光信号，转换为电信号，再通过TFT的开关扫描依次读取各像素信号。 

闪烁体可以吸收射线能量并发射出一定波长范围的可见光子，发射出的光子数与吸收的能量成正比。闪烁体材料的原子序数一般比较高，对射线吸收能力较强。闪烁体可以是荧光薄膜材料(比如某些稀土材料)或者是闪烁晶体(比如碘化铯、钨酸镉等)。 

碘化铯晶体的原子序数比非晶硅和非晶硒都大，对射线有很好的阻挡、吸收能力；同时掺杂铊的碘化铯晶体发射光谱峰位为565nm，与非晶硅光电二极管的吸收光谱峰位基本吻合，两者的结合在同种类型产品中具有最高的量子效率。这些优点使得目前数字影像平板探测器中最常见的都是由碘化铯晶体与硅光电二极管以及TFT结合的结构。 

当闪烁体为均匀薄膜材料时，为了增大可探测的能量范围以及探测效率，需要增加薄膜的厚度，而随着薄膜厚度的增加，可见光子的散射 对探测器空间分辨率的影响会增大。当闪烁体为碘化铯晶体时，可以通过将晶体生长为高密度针状阵列(10-20μm尺寸的针管)，以抑制光子的散射。 

然而，随着碘化铯薄膜厚度的增加，针管深宽比增大，管内光子的收集效率会大大降低，从而降低了探测器的量子效率。同时由于针管与光电二极管之间的尺寸配合问题，这种类型的探测器死区所占的比例会偏大。 

闪烁体内每产生一个可见光子需要约20-50eV的能量，再考虑光电二极管对可见光波段的量子效率，这种结构的探测器每产生一对电子空穴对需要约100eV甚至更多的能量，这个性能决定了采用闪烁体作为辐射敏感薄膜会得到较差的信噪比。 

数字影像平板探测器的第四种已知技术是采用闪烁体与CMOS结合。可以将闪烁体直接覆盖在CMOS上，也可以通过两端直径不一样的光纤将大面积的闪烁体与小面积的CMOS结合。