CN105051829A - 闪烁体板及其制造方法以及辐射检测器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供具有能透过可见光的基板1和荧光层2的闪烁体板50，荧光层2设置在基板1的表面上，并且是由能把入射辐射转换成可见光的铊激活的碘化铯制成的。用防潮膜3覆盖荧光层2。荧光层2是由高铊浓度层和浓度比高铊浓度层低的低铊浓度层组成的一个交替的叠层，其中在叠层方向上的一个铊浓度循环的厚度是40纳米或更少。

Description

闪烁体板及其制造方法以及辐射检测器及其制造方法

技术领域

这里描述的实施例一般涉及闪烁体板及其制造方法以及辐射检测器及其制造方法。

背景技术

作为医疗用的、牙科用的、无损检测用的等等的数字辐射检测器，其主流是一种使用通过闪烁体层把入射X-射线转换成可见光的系统的检测器。在闪烁体层中，使用数种类型的材料，然而，在医疗用的平板检测器(此后简称为“FPD”)中，在许多情况中使用一种设备，该设备使用牙科CMOS传感器、或医疗用/动物诊断用的CCD-DR设备、铊激活的碘化铯(此后简称为“CsI/Tl”)。

通过真空气相沉积法可以容易地形成平面形状的CsI/Tl荧光层。此外，通过适当地调节沉积条件，可以形成具有约5μm直径的纤维晶体(柱状晶体)结构的薄膜。通过形成如此的纤维结构，由于CsI晶体(折射率＝1.8)和晶体间空隙(折射率＝1)之间的折射率的差异，从一个确定光纤中的辐射转换成的荧光到达传感器表面上与光发光点的表面方向偏离不大的位置处。结果，作为辐射图像捕获装置，得到不很模糊的捕获图像。即，通过在适当条件下形成CsI/Tl荧光层，铊CsI/Tl荧光层可同时具有把辐射转换成可见光的闪烁功能以及把图像保持至下一个传感器部的光纤板功能。

在许多情况中，用于辐射图像的数字图像捕获装置一般具有17英寸(430毫米)的方形大小。即使装置的大小小于上述尺寸，根据装置数量的增加以及最近流行的数字装置，其趋势是在真空气相沉积设备中安排许多小尺寸的传感器板，并且一次形成荧光层。由于这样，增加了真空气相沉积设备和坩埚(crucible)的大小。

现有技术文件

专利文件

专利引文1：JP-A2012-98110

专利引文2：JP-A2005-527826

发明内容

技术问题

作为CsI/Tl荧光层的气相沉积工艺的一个特征，当混合气相的CsI和TlI的同时形成层。除非TlI按要求的浓度均匀地混合在CsI中，否则不能得到正确的灵敏度特征。TlI蒸汽压力比CsI蒸汽压力大很多，因此，即使仅通过在一个坩埚中混合并放置两种材料来执行气相沉积，也不能够得到正确的浓度分布。

例如，当将基板和CsI坩埚设置成彼此在真空气相沉积机器中面对时，通过加热CsI坩埚来执行气相沉积，所述坩埚中，具有得到要求的薄膜厚度所需量的CsI和少量TlI被置于700℃的温度同时旋转基板，在气相沉积的起始阶段，很快，TlI集中在基板附近，因此，在气相沉积的结束阶段，TlI处于几乎用尽的状态。在该情况下，即使照射X-射线，远离基板的一部分，即位于气相沉积表面侧的一部分，几乎不发光，因此，使闪烁体板的灵敏度特征变差。因此，重要的是要使荧光层中的TlI的浓度均匀。

此外，作为给予CsI/Tl荧光层正确闪烁体功能的一个重要要求，还存在灵敏度重影特征。灵敏度重影是一种现象，即，当一旦用X-射线辐射闪烁体时，仅在辐射部分中保持较长时间的余辉。使已经通过物体一次的X-射线辐射到闪烁体上，进而在相当短的时间间隔(例如，5分钟)中再次捕获X-射线图像，则先前辐射时的余辉图像与这次捕获的图像重叠，结果阻碍诊断。

因此，实施例的一个目的是减少把辐射转换成可见光的闪烁体板上的灵敏度重影。

问题解决方案

为了达到上述目的，根据一个实施例，一种闪烁体板包括：透过可见光的基板；以及设置在基板表面上的、把入射辐射转换成可见光的、并且是从铊激活的碘化铯形成的荧光层，其中通过轮流层叠高铊浓度层和浓度比高铊浓度层低的低铊浓度层来得到荧光层，并且该荧光层在层叠方向上具有40纳米或更少的铊浓度段。

根据另一个实施例，一种用于制造闪烁体板的方法包括：设置透过可见光的基板，在真空腔中设置放置碘化铯的第一坩埚以及放置碘化铊的第二坩埚，使得基板面对第一坩埚和第二坩埚，并且通过在旋转基板的同时对第一坩埚和第二坩埚加热而在基板的表面上形成CsI/Tl的荧光层，其中当由R(rpm(每分钟转数))来表示基板旋转速度，由T(nm/min(纳米/分))来表示基板上闪烁体的沉积率时，T/R<40纳米。

根据另一个实施例，一种辐射检测器包括：光电转换板，在光电转换板上设有把可见光转换成电信号的传感器；设置在光电转换板表面上的、把入射辐射转换成可见光的、并且是由铊激活的碘化铯形成的闪烁体层，其中通过轮流层叠高铊浓度层和浓度比高铊浓度层低的低铊浓度层来得到闪烁体层，并且在层叠方向上具有40纳米或更少的铊浓度段。

根据另一个实施例，一种用于制造辐射检测器的方法包括：设置透过可见光的光电转换板，在光电转换板上设有把可见光转换成电信号的传感器；在真空腔中设置放置碘化铯的第一坩埚以及放置碘化铊的第二坩埚，使得光电转换板面对第一坩埚和第二坩埚，并且通过在旋转光电转换板的同时对第一坩埚和第二坩埚加热而在光电转换板的表面上形成铊激活的碘化铯的闪烁体层，其中当由R(rpm(每分钟转数))来表示基板旋转速度，由T(nm/min(纳米/分))来表示光电转换板上闪烁体的沉积率时，T/R<40纳米。

根据另一个实施例，一种闪烁体板包括：透过可见光的基板；以及设置在基板表面上的、把入射辐射转换成可见光的、并且是由铊激活的碘化铯形成的闪烁体层，其中通过轮流层叠高铊浓度层和浓度比高铊浓度层低的低铊浓度层来得到闪烁体层。

附图说明

图1是根据一个实施例的闪烁体板的横截面图。

图2是根据一个实施例的荧光层的部分放大的横截面图。

图3是根据一个实施例的荧光层中的铊浓度的曲线图。

图4是根据一个实施例的辐射检测器的横截面图。

图5是根据一个实施例的辐射检测装置的示意性透视图。

图6是根据所述实施例的荧光层形成装置的示意性侧视图。

图7是根据所述实施例的、在荧光层形成中期时的CsI晶体的一个纤维结构的示意性的放大横截面图。

图8是根据所述实施例的辐射检测器中的灵敏度重影的测试结果。

具体实施方式

此后，将参考附图描述根据一个实施例的闪烁体板以及辐射检测器。顺便，通过相同的标号来表示相同或相似的配置，并且将省略其重复的描述。

图1是根据一个实施例的闪烁体板的横截面图。

闪烁体板50包括基板1、荧光层2以及防潮膜3。基板1是主要由例如碳纤维组成的平板。荧光层2是形成在基板1的一个表面上的铊激活的碘化铯(Tl-activatedCsI)层。例如，防潮膜3是形成在荧光层2表面上的聚对二甲苯的气相沉积聚合膜。

图2是根据一个实施例的荧光层的部分放大的横截面图。图3是根据一个实施例的荧光层中的铊浓度的图。在该图中，横座标表示高铊浓度层61和低铊浓度层62的位置的层叠方向，即，离开基板1的距离。

在荧光层2中，铊浓度随离开基板1的距离重复地进行周期性地和连续地增加和减少。结果，当Tl浓度的预定值被定义为阀值时，Tl浓度比阀值高的区域被定义为高铊浓度层61，并且Tl浓度比阀值低的区域被定义为低铊浓度层62，在荧光层2中，在基板1的法线方向上，相互重复层叠高铊浓度层61和低铊浓度层62。

顺便，如图1所示，根据荧光层2的平面方向上的一个区域(例如，在图1的水平方向上的一个区域)，在层叠方向上的高铊浓度层61的位置或在层叠方向上的低铊浓度层62的位置是不同的。

如在以后描述的图6中所示，产生CsI蒸汽的第一坩埚12以及产生TlI蒸汽的第二坩埚13被设置为分别面对基板11。

由于这样，当形成荧光层2时，在更接近第二坩埚13的区域中形成高铊浓度层61，在与其相邻的更接近第一坩埚12的区域中形成低铊浓度层62。

然后，当基板11旋转时。其中形成高铊浓度层61的区域以及其中形成低铊浓度层62的区域移动。

由于这样，在更接近第二坩埚13的区域中，在低铊浓度层62上形成高铊浓度层61，并且在与其相邻的更接近第一坩埚12的区域中，在高铊浓度层61上形成低铊浓度层62。

结果，根据荧光层2的平面方向上的区域，在层叠方向上的高铊浓度层61的位置或在层叠方向上的低铊浓度层62的位置是不同的。

图4是根据一个实施例的辐射检测器的横截面图。图5是根据一个实施例的辐射检测装置的示意性透视图。

辐射检测器51是X-射线平面传感器，该传感器检测作为辐射图像的X-射线图像，并且，例如，用于一般的医疗用途。辐射检测装置52包括该辐射检测器51、支撑板31、电路板30以及柔性板32。辐射检测器51包括光电转换板21、荧光层2、反射膜8以及防潮帽4。顺便，在图5中省略了反射膜8和防潮帽4的图示。

辐射检测器51检测入射X-射线并且把X-射线转换成荧光，然后把荧光转换成电信号。辐射检测装置52驱动辐射检测器51并且输出从辐射检测器51输出的电信号作为图像信息。在外部显示器或类似装置上显示辐射检测装置52输出的图像信息。

光电转换板21包括玻璃基板22。在玻璃基板22的表面上，在方形栅格中安排多个精细像素20。像素20的每一个包括薄膜晶体管72和光电转换元件23。例如，光电转换元件23是光电二极管，并且把可见光转换成电荷。为每个光电转换元件23配备存储所产生的电荷的电容器。

此外，在玻璃基板22的表面上，与安排了像素20的方形栅格中的行的数量相同数量的行选择线78延伸在各个像素20之间。此外，在玻璃基板22的表面上，与安排了像素20的方形栅格中的列的数量相同数量的信号线79延伸在各个像素20之间。在安排了光电转换板21的像素20的有效像素区域的表面上形成荧光层2。在光电转换板21的表面上，形成绝缘保护膜80。顺便，在图4中省略了薄膜晶体管72、行选择线78、信号线79等的图示。

薄膜晶体管72用作开关元件，它允许根据从行选择线给出的行选择信号使所存储的电荷作为电信号流到信号线上。在实施例中，当传感器包括光电转换元件时，采用在玻璃基板上形成TFT和光电二极管的传感器，然而，可以采用CMOS或CCD。

在光电转换板21的表面上提供荧光层2，当X-射线入射时，产生可见光区域的荧光。所产生的荧光到达光电转换板21的表面。

光电转换板21接收荧光层2产生的荧光，并且产生电信号。结果，把入射X-射线在荧光层2中产生的可见光图像转换成电信号表示的图像信息。

支撑板31支撑辐射检测器51以致在与形成荧光层2的表面相对侧上的表面与支撑板31接触。把电路板30设置在辐射检测器51的支撑板31的相对侧上。辐射检测器51和电路板30通过柔性基板32相互电连接。

荧光层2是按与图1和2所示相同方式形成在光电转换板21的一个表面上的铊激活的碘化铯(Tl-activatedCsI)层。有氧化钛(TiO2)粒子分散在其中的树脂膏组成反射膜8，并且将其设置在荧光层2的与光电转换板21的相对侧上。反射膜8把荧光层2产生的荧光反射到光电转换板21侧。由铝(Al)薄板形成防潮帽4使之具有带边沿的帽子的形状。防潮帽4覆盖荧光层2和反射膜8，并且使边沿部分与光电转换板21粘合。

图6是根据实施例的荧光层形成装置的示意性侧视图。

该荧光层形成机器包括真空腔14、第一坩埚12、第二坩埚13、快门15以及旋转机构91。在真空腔14的内部设置第一坩埚12、第二坩埚13、和旋转机构91。

基板11固定到旋转机构91上。这里，基板11是闪烁体板50的基板1(见图1)或辐射检测器51的光电转换板21(见图2)。旋转机构91使基板11旋转，且基板11中心附近的表面的法线是轴92。

在第一坩埚12中，例如，放置量为11000克的CsI。在第二坩埚13中，例如，放置量为50克的TlI。第一坩埚12和第二坩埚13被设置为面对基板11。在基板11和第一坩埚12和第二坩埚13的每一个之间设置快门15。

首先，用泵(未示出)排放真空腔14内部的气体，使压力下降到5x10^-4Pa。在这个状态下，用加热单元(未示出)使第一坩埚12、第二坩埚13和基板11预热，并且使其相应部件的温度分别到达700℃、400℃和150℃。

接着，在旋转基板11的同时，当相应部件的温度分别达到要求温度时，并且在第一坩埚12中的CsI和第二坩埚13中的TlI进入稳定气化状态时，除去快门15。通过如此进行，CsI蒸汽和TlI蒸汽在处于CsI蒸汽和TlI蒸汽在气相中混合的状态下到达基板11。在基板11的表面上，CsI蒸汽的量大，因此，形成CsI晶体，并且在设置一些Cs离子的位置设置Tl，结果，Tl以不破坏碘化铯母晶体的形式加入到CsI母晶体中。此后，执行涂覆反射膜、防潮膜等的工艺，并且装配必要的电路和外壳，从而完成了闪烁体板或辐射检测器。

如此，分别准备独立的CsI和TlI的坩埚，分别加热到不同的温度，例如，碘化铯加热到700℃，碘化铊加热到400℃，得到要求的混合比，并且同时沉积CsI和TlI，从而CsI和TlI两者的沉积率变得在宏观上是恒定的。结果，在荧光层中层叠方向上的宏观TlI浓度变成恒定的，因此，得到良好的灵敏度特征。

然而，根据基板11的旋转，加到基板11上的Tl的浓度在微观上周期性地增加和减少。根据基板11的旋转，加到基板11上的Tl的浓度为何周期性地增加和减少是因为下列两个原因。

第一个原因在于这是由于基板11和放置CsI的第一坩埚12和放置TlI的第二坩埚13中的每一个之间的距离引起的。在图6中，基板11上旋转轴92左侧上第一坩埚12的上侧上的区域A与放置CsI的第一坩埚12是相对更接近的，且相对更远离放置TlI的第二坩埚13。结果，TlI浓度变低。另一方面，在图6中，在旋转轴92右侧上的第二坩埚13的上侧的区域B中，相反地，TlI浓度变高。当旋转基板11时，基板11上某个部分轮流通过区域A和区域B，换言之，轮流通过更接近第一坩埚12的区域和更接近第二坩埚13的区域。因此，根据基板11的旋转周期形成TlI浓度对比。

第二个原因在于这是由于CsI晶体的尖端形状以及CsI晶体的表面和CsI坩埚和TlI坩埚中的每一个之间的角度差引起的。CsI晶体形成气相中的纤维结构的组合。

图7是根据所述实施例的、在荧光层形成中期时的CsI晶体的一个纤维结构的示意性的放大横截面图。

当在气相中形成纤维结构的组合时，CsI晶体95具有尖锐形状的尖端部分。存在面向放置CsI的第一坩埚12的部分96以及面向放置TlI的第二坩埚13的部分97，并且这些部分分别变成低Tl浓度部分以及高Tl浓度部分。结果，根据基板11的旋转周期形成TlI浓度对比。

在上述两个原因的每个情况中，当由T(纳米/分)表示CsI荧光层的沉积率，并且由R(每分钟转数)表示旋转速度时，由T/R(纳米)表示对比周期。即，在荧光层2中的层叠方向上的Tl浓度的变化周期与基板11的旋转速度成反比。

图8是根据所述实施例的辐射检测器中的灵敏度重影的测试结果。这个测试是通过改变CsI荧光层的沉积率对旋转速度的比值(即，T/R的值)而得的辐射检测器中灵敏度重影的测量结果，。

评估灵敏度重影如下。在辐射检测器和X-射线发生器之间设置屏蔽X-射线的物体的状态中辐射高剂量(2,400mA)的X-射线，并且在5分钟之后，在移除该物体的状态下，在普通图像捕获条件(16mA)下捕获白图像。然后，灵敏度重影评估为具有高剂量辐射历史部分中的信号量相对于捕获图像之前无辐射历史部分中的信号量的增量。即，当通过GS(％)表示灵敏度重影时，通过S0表示在捕获图像之前无辐射历史部分中的信号量，即无辐射部分中的灵敏度，并且通过S1来表示高剂量辐射历史部分中的信号量，即高剂量辐射部分中的灵敏度，建立下述公式。

GS(％)＝(S1-S0)/S0x100

发生了CsI/Tl的荧光现象以致把CsI晶体吸收的X-射线转换成高速电子，当高速电子自己减速时，高速电子接着激励晶体中价带(valenceband)中的电子，受激励的电子通过分散在晶体中的Tl离子组成的发光中心，从而立即发出光。在附近不存在Tl离子的情况下，激励能量保留在荧光层中，不容易使能量释放为光发射。然后，通过接收吸收了下一个帧中的X-射线而新产生的高速电子的激励，发射作为重影的光。

如图8所示，当设置基板的旋转速度为6rpm、沉积率为1微米/分、T/R为约170微米、设置层叠方向上的平均TlI度为0.5％时，得到足够的灵敏度，然而，灵敏度重影(GS)从2.3到2.8％。当发生如此程度的灵敏度重影时，以前辐射图像重影复盖了高剂量辐射之后的正常剂量图像，因此，可能会阻碍图像诊断。

另一方面，当设置旋转速度为30rpm(此时，T/R约为35微米)，灵敏度重影从0.9到2.2％，以致观察到有改善。此外，当设置沉积率为0.14微米/分，设置基板旋转速度为12rpm(此时，T/R约为12微米)，灵敏度重影为0％

发现通过降低荧光层2的沉积率对旋转速度的比值，即，通过如此地降低T/R值，可以降低灵敏度重影。在使用CsI和TlI两个坩埚执行气相沉积的系统的情况下，荧光层中Tl浓度的减少是不可避免的，即，形成了缺少Tl的区域。然而，使荧光层中缺少Tl的区域变窄，就增加了受激电子进入Tl发光中心的概率，因此，可以降低灵敏度重影。

因此，在所述实施例中，根据图8所示的实验结果，设置荧光层2的沉积率对旋转速度的比值(T/R)为40纳米或更少，使灵敏度重影降低。即，通过轮流层叠高铊浓度层61和低铊浓度层62，并且在层叠方向上的铊浓度段设置为40纳米或更少，以致得到荧光层2的配置。

此外，将荧光层2的沉积率对旋转速度的比值(T/R)优选地设置为15纳米或更少。在这情况下，荧光层2中层叠方向上铊浓度段变成40纳米或更少。

如此，根据实施例，可以降低把辐射转换成可见光的闪烁体板中的灵敏度重影。

在已经描述某个实施例的同时，仅示出该实施例作为例子，并不旨在限制本发明的范围。当然，可以以多种其它形式来实现这里描述的新型的实施例；此外，可以进行这里描述的实施例的形式中的各种省略、替代和改变而不偏离本发明的精神。旨在使所附的权利要求书和其等效物覆盖如此的形式或修改而落在本发明的范围和精神内。

标号表

1：基板

2：荧光层

3：防潮膜

4：防潮帽

8：反射膜

11：基板

12：第一坩埚

13：第二坩埚

14：真空腔

15：快门

20：像素

21：光电转换板

22：玻璃基板

23：光电转换元件

30：电路板

31：支撑板

32：柔性基板

50：闪烁体板

51：辐射检测器

52：辐射检测装置

61：高铊浓度层

62：低铊浓度层

72：薄膜晶体管

78：行选择线

79：信号线

80：保护膜

91：旋转机构

92：轴

95：CsI晶体

Claims (7)

1.一种闪烁体板包括：

透过可见光的基板；以及

设置在基板表面上的、把入射辐射转换成可见光的、并且是从铊激活的碘化铯形成的荧光层，其中

通过轮流层叠高铊浓度层和浓度比高铊浓度层低的低铊浓度层来得到荧光层，并且所述荧光层在层叠方向上具有40纳米或更少的铊浓度段。

2.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述段为15纳米或更少。

3.一种用于制造闪烁体板的方法，所述方法包括：

设置透过可见光的基板，在真空腔中设置放置碘化铯的第一坩埚以及放置碘化铊的第二坩埚，使得基板面对第一坩埚和第二坩埚，以及

通过在旋转基板的同时对第一坩埚和第二坩埚加热而在基板的表面上形成铊激活的碘化铯的荧光层，以及其中

当由R(rpm)来表示基板旋转速度，由T(nm/min)来表示基板上闪烁体的沉积率时，T/R<40纳米。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一坩埚和第二坩埚被设置为使基板的旋转轴夹在中间。

5.一种辐射检测器包括：

光电转换板，在光电转换板上设有把可见光转换成电信号的传感器；

设置在光电转换板表面上的、把入射辐射转换成可见光的、并且是由铊激活的碘化铯形成的闪烁体层，以及其中

通过轮流层叠高铊浓度层和浓度比高铊浓度层低的低铊浓度层来得到闪烁体层，并且所述闪烁体层在层叠方向上具有40纳米或更少的铊浓度段。

6.一种用于制造辐射检测器的方法，包括：

设置透过可见光的光电转换板，在光电转换板上设有把可见光转换成电信号的传感器；在真空腔中设置放置碘化铯的第一坩埚以及放置碘化铊的第二坩埚，使得光电转换板面对第一坩埚和第二坩埚，以及

通过在旋转光电转换板的同时对第一坩埚和第二坩埚加热而在光电转换板的表面上形成铊激活的碘化铯的闪烁体层，以及其中

当由R(rpm)来表示基板旋转速度，由T(nm/min)来表示光电转换板上闪烁体层的沉积率时，T/R<40纳米。

7.一种闪烁体板包括：

透过可见光的基板；以及

设置在基板表面上的、把入射辐射转换成可见光的、并且是由铊激活的碘化铯形成的闪烁体层，以及其中

通过轮流层叠高铊浓度层和浓度比高铊浓度层低的低铊浓度层来得到闪烁体层。