[发明专利]X射线辐射的检测和X射线检测器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测X射线辐射的方法、一种X射线检测器、一种X射线检测器系统和一种具有用于检测X射线辐射的直接转换的半导体检测器元件的计算机断层成像系统。

背景技术

为了检测X射线辐射，公知不同的检测器系统。例如为了能够检测在计算机断层成像领域中出现的X射线辐射的流密度，广泛应用闪烁晶体检测器。闪烁晶体检测器将X射线辐射首先光化学地转换为光子，所述光子具有合适的能量，以便例如使得能够借助半导体二极管(光电二极管)检测光子。

此外为了计算机断层成像，致力于使用所谓的直接转换的半导体检测元件，其在没有之前的能量转换的情况下在半导体材料中吸收X射线辐射。在半导体检测器元件中产生在此所谓的电子空穴对。要强调的是，“直接转换”的概念在本发明的范围中不限制半导体材料中X射线量子的吸收的方式。尽管该名称具有不同的猜测，但是“直接转换的半导体检测器元件”既可以实现X射线量子的所谓的直接的也可以实现间接的吸收(光子支持的吸收)。对于概念“直接转换的半导体材料”主要的是，X射线量子在半导体材料中被吸收，也就是与闪烁晶体检测器不同，避免了X射线辐射经过之前的光化学转换的弯路。

取决于吸收的X射线辐射的能量，在半导体检测器元件中产生一定量的自由的载流子。在此半导体的价带的通常被束缚的电子在吸收X射线辐射的情况下获得至少如下多的能量，使得其可以如提到的那样直接或间接克服使用的半导体材料的能带隙并且在半导体的导电带中几乎“自由运动地”(专业人员公知在半导体中相应的转移机制)对于电流的引导作出贡献。在价带中留下电子缺失位置，其也称为空穴，其在价带中也是“运动的”，从而产生的电子缺失位置也可以对于电流的引导作出贡献。然而，在电子和空穴之间的漂移或扩散速度可以明显不同。

如果将自由运动的载流子，例如通过与半导体检测器元件相连的场电极，带入电场的影响中，并且通过施加电压，则由于自由运动的载流子的可用性，得到光电流。通过评估载流子包的脉冲形状(特别是脉冲高度)，可以确定吸收的X射线光子或吸收的X射线辐射的数量和能量。

对于半导体中运动的载流子的电荷转移和由此对于脉冲形状是关键性的机制——漂移和扩散，通过自由的载流子的运动性(迁移率μ)来描述。特别地，漂移在此还取决于已经提到的电场。

特别地，致力于基于CdTE,CdZnTe,CDZnTeSe,CdMnTe,InP,TlBr₂,Hgl₂的直接转换的半导体检测器元件的使用。然而在这些检测器材料下不利的是，半导体材料中的电场和由此光电流的脉冲形状可以在其中不期望地改变。在对于X射线辐射的检测来说相关的时间尺度上，这些材料按照不期望的数量具有位置固定的晶格缺陷即所谓的“陷阱”。这些陷阱可以捕获导电带的自由运动的电子或价带的空穴并且将其位置固定地对于一定的时间结合到晶格缺陷。此外这些晶格缺陷在被占据或未被占据的状态中表示空间电荷。空间电荷的该形成被称为半导体检测器元件的极化效应，简称极化。

所描述的效应的缺陷是，由于阱或载流子陷入引起空间电荷带的形成在时间上取决于未被占据的或被占据的陷阱的数量改变。半导体材料中的电场和得到的光电流的脉冲形状由此可以是取决于吸收事件的时间间隔的，从而相同的吸收事件并非以可复制的方式被评估并且出现所谓的计数率漂移。即，X射线量子的计数率对于时间上恒定的辐射密度在时间上改变。由此，不可能明确地反算出能量或吸收的X射线量子的数量，从而这些检测器对于在成像应用、例如计算机断层成像中的可靠应用来说，只能以极大开销被使用。

为了缓解提到的极化效应，和衰减在X射线辐射的检测期间特别是极化取决于时间的改变，可以照射半导体检测器元件。

当晶格缺陷被对应的载流子占据时以及当产生未被占据的晶格缺陷时，则极化可以被改变。为此使用光源，其辐射产生在半导体中的载流子，所述载流子然后经过相对长的时间段可以结合到晶格缺陷。这样的晶格缺陷也称为饱和的晶格缺陷，其与离子化的晶格缺陷不同，可以看作是准电荷中性的。由此改变空间电荷带的构造，并且特别地也可以将其稳定化。可以通过如下调整(konditioniert)半导体检测器元件，即，可以明确地反算出能量或计数率。

为了特别是对于成像应用实现X射线辐射的可靠的、明确的检测，此外需要，同样明确地进行调整，即，半导体检测器元件具有定义的调整。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，可复制地或者说明确地检测X射线辐射，从而所检测的X射线辐射的评估例如满足对于X射线成像的要求或改善用于X射线成像的可能性。