[发明专利]用于探测X射线辐射的方法、X射线辐射探测器和CT系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于借助直接转换的X射线辐射探测器探测入射的X射线辐射的方法。本发明还涉及一种用于探测X射线辐射的直接转换的X射线辐射探测器，至少具有为探测X射线辐射而使用的半导体材料和至少一个辐射源，该辐射源以附加的辐射照射半导体材料，以及涉及一种具有X射线辐射探测器的CT系统。

背景技术

为了探测特别是在CT、SPECT和PET系统中的伽玛辐射和X射线辐射，尤其使用或者力求使用基于半导体材料如CdTe、CdZnTe、CdZnTeSe、CdTeSe、CdMnTe、InP、TIBr₂、HgI₂的直接转换的探测器。然而在这些材料中，特别是在对于CT设备所需的高辐射通量密度下出现极化效应。

极化表示在高的光子通量或辐射通量下探测的计数率的下降。该极化的原因是由于电荷载体尤其是空穴的非常细微的移动和由于半导体中固有晶体缺陷的聚集。也就是由于电场因为与晶体缺陷相关的位置固定的电荷而降低导致形成极化，这些电荷对于由辐射产生的电荷载体起捕获中心和复合中心的作用。由此导致电荷载体寿命和运动性的下降，这又导致在高的光子通量下探测的计数率的下降。

然而，辐射探测器必须具有高的电荷载体寿命和运动性，以便能够分离在照射期间产生的电子和空穴。通过极化限制了直接转换器的最大可探测的辐射通量。由于该原因，至今仍不能将尤其应用在计算机断层造影中的高的辐射密度完全且直接转换成电脉冲。

出版物US 20080164418A1描述了一种降低在半导体探测器中的极化的方法，在该方法中作为对电离辐射在半导体中的吸收的响应而产生电脉冲，其中，在半导体中形成空间电荷，并且根据产生的空间电荷以具有一个或多个波长的IR辐射照射半导体，从而至少部分地降低在半导体中的极化，并且由此降低其对于电脉冲的影响。所使用的IR辐射具有最大能量为1.57eV以及最小为790nm的波长。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，实现一种改良方法来探测在直接转换的X射线辐射探测器中的X射线辐射，其中几乎完全避免在用于探测的半导体材料中的极化。

该技术问题通过独立权利要求的特征解决。从属权利要求的内容是本发明的优选扩展。

发明人认识到，通过在半导体材料中产生附加的空间电荷或者附加的电荷载体，能够防止在用于探测的半导体材料中的极化。附加产生的电荷载体能够填充并由此弱化(passivieren)半导体晶体的固有晶体缺陷，特别是深层的晶体缺陷。因此形成位置固定的电荷，其阻止形成空间电荷并由此阻止半导体的极化。

电荷载体可以通过能量充足的辐射被外加到半导体材料中。使用的辐射具有至少1.6eV的能量。为此例如可以使用电磁辐射，如可见光或者紫外线辐射或者电子辐射。相比之下，先前引用的出版物US 20080164418A1中使用的IR辐射在波长至少790nm的情况下仅具有最高1.57eV的能量。于是，在X射线辐射期间和/或在X射线辐射之前的定义的时间间隔中和/或以不同的或相同的能量照射半导体材料。

通过照射在半导体材料表面附近产生电荷载体，并且从那里扩散或漂移到半导体材料的内部。对于辐射方向具有不同的可能性，例如阴极侧和/或阳极侧或者通过在半导体表面上的半透明的触点或者通过在探测器的电极罩的缝隙或者从侧面。在CT系统中应用的情况下，可以将辐射源安装在半导体的z侧，从而从z方向照射半导体。

根据各自使用的半导体材料的带隙进行在可见光范围内的辐射的能量或波长的选择。如果光辐射的能量大于带隙的能量差，则在能带间激励电荷载体。因此，可以实现电荷载体的带间跃迁。例如CdTe在室温下具有带隙为1.4eV。这相当于大约850nm的波长，也就是接近IR辐射。为了实现在CdTe中的带间跃迁，使用相应的具有更短波长并由此具有更高能量的辐射，即能量大于1.6eV。然而，随着光辐射的能量增长或者说波长减小，光辐射到半导体材料中的渗透深度降低，从而光辐射的吸收更多地发生在半导体的可能受扰乱的表面层。在此，电荷载体生成会变得低效。因此，在使用可见光辐射下有意义的是，将辐射能量匹配到带隙的能量，并且例如与带隙能量偏差不多于25％。