DE102014203685A1

DE102014203685A1 - Konversionsfolie zur Konversion von ionisierender Strahlung, Strahlungsdetektor und Verfahren zu Herstellung

Info

Publication number: DE102014203685A1
Application number: DE102014203685.2A
Authority: DE
Inventors: Patric Büchele; David Hartmann; Oliver Schmidt; Sandro Francesco Tedde; Joachim Wecker
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-09-03

Abstract

Es wird eine Konversionsfolie zur Konversion von ionisierender Strahlung in Licht und zur Erzeugung von Ladungsträgern durch das entstehende Licht angegeben. Die Konversionsfolie umfasst eine Konversionsschicht mit einer Vielzahl von in ein Bindemittel eingebetteten Szintillatorpartikeln, wobei das Bindemittel wenigstens ein erstes organisches Halbleitermaterial enthält. Weiterhin wird ein Strahlungsdetektor zur Detektion von ionisierender Strahlung mit einer solchen Konversionsfolie und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Konversionsfolie angegeben. Das Verfahren zu Herstellung der erfindungsgemäßen Konversionsfolie umfasst die folgenden Schritte: – Herstellung einer Mischung aus einer Vielzahl von Szintillatorpartikeln und einem ein organisches halbleitendes Material enthaltenden Bindemittel, – Herstellung einer schichtförmigen Struktur aus der Mischung und – Bildung einer Konversionsschicht durch Verfestigung der schichtförmigen Struktur.

Description

Die Erfindung betrifft eine Konversionsfolie mit einer Konversionsschicht zur Konversion von ionisierender Strahlung in Licht. Weiterhin betrifft sie einen Strahlungsdetektor zur Detektion von ionisierender Strahlung mit einer solchen Konversionsfolie sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Konversionsfolie.
Bekannt sind Konversionsfolien, die eine Vielzahl von Szintillatorpartikeln enthalten, um einfallende ionisierende Strahlung in sichtbares Licht zu konvertieren. Solche Konversionsfolien werden in der bildgebenden medizinischen Diagnostik für die Detektion von Röntgenstrahlung eingesetzt. Die Konversionsfolien werden verwendet, um die Schwärzung eines lichtempfindlichen Films oder das Signal eines Photosensors im Vergleich zu einer Reaktion auf die unkonvertierte Röntgenstrahlung zu erhöhen, denn die Filme oder Photosensoren reagieren wesentlich empfindlicher auf das vom Szintillator ausgesendete sichtbare Licht als auf die ursprüngliche Röntgenstrahlung. Außerdem wird im Szintillator jedes Quant der Röntgenstrahlung durch eine Fluoreszenz des Szintillatormaterials zu einer Vielzahl von Quanten sichtbaren Lichts umgewandelt. Aus diesem Grund werden solche Konversionsfolien auch als Verstärkerfolien bezeichnet.
Bekannte Konversions- oder Verstärkerfolien bestehen typischerweise aus einer Konversionsschicht mit in ein Bindermaterial eingebetteten Szintillatorpartikeln, wobei die Konversionsschicht auf eine Trägerfolie aufgebracht ist. Dieses Trägersubstrat kann beispielsweise aus Polyester oder Cellulosetriacetat bestehen, also aus ähnlichen Materialien wie die klassischen Röntgenfilme. Zwischen der Konversionsschicht und der Trägerfolie ist oft noch eine reflektierende oder rückstreuende Schicht, beispielsweise aus Titandioxid angeordnet, um das Licht auf dieser Seite zurück in die Konversionsschicht zu lenken. Die Auskopplung des vom Szintillator erzeugten Fluoreszenzlichts findet auf der dem Substrat abgewandten Seite statt. Auf dieser Seite wird das Licht in einen möglichst nah angeordneten Film oder einen Photosensor eingekoppelt. Dazu kann eine im Brechungsindex angepasste Kopplungsemulsion zwischen Konversionsschicht und Film oder Photosensor angeordnet sein.
Der Szintillator ist typischerweise in Form eines Leuchtstoff-Pulvers in ein möglichst transparentes Bindermaterial eingebettet. Typische Bindermaterialien sind Harze, thermoplastische Elastomere oder andere transparente organische Verbindungen. Auf der Lichtauskopplungsseite kann die Konversionsschicht mit einer wiederum möglichst transparenten Schutzschicht versehen sein.
Solche Konversionsfolien sind beispielsweise in der DE 41 42 150 C2 und der EP 0 126 564 A2 beschrieben. Zur Herstellung wird aus dem pulverförmigen Leuchtstoff, einem Binder und häufig einem zusätzlichen Dispersionsmittel eine Dispersion hergestellt, die dann auf das Trägersubstrat aufgetragen wird. Die Dispersion kann dabei in vorstrukturierte Zellen gefüllt werden. Danach wird die Dispersion ausgehärtet. Als geeignete Bindermaterialien werden eine Reihe von Gießharzen und transparenten polymerisierbaren organischen Verbindungen, unter anderem Polymethylmethacrylat beschrieben.
Ein Nachteil der bekannten Konversionsfolien ist das Problem der optischen Verzeichnung. Für eine möglichst vollständige Absorption und Umwandlung der Röntgenstrahlung in sichtbares Licht wird eine Schichtdicke der Konversionsschicht im Bereich von etwa 100 µm bis 800 µm benötigt. Vor allem am oberen Ende dieses Dickenbereichs entsteht durch die Dicke der Konversionsschicht eine optische Aufweitung des emittierten Fluoreszenzlichtes. Der Grund dafür ist die isotrope Ausbreitung des emittierten Lichts vom Punkt der Wechselwirkung im Szintillatormaterial. Die Ausbreitung folgt also ungerichtet und ist nicht in die Richtung zum Film oder zum Photosensor hin kanalisiert. Je höher die Schichtdicke der Konversionsschicht und je größer somit der mittlere Abstand zwischen dem Ort der Wechselwirkung und der Entstehung des Fluoreszenzlichts, umso mehr wird das Licht innerhalb der Schicht aufgeweitet. Es resultiert also bei höheren Dicken der Konversionsschicht ein unschärferes Bild.
Das Problem der optischen Verzeichnung stellt ein bisher ungelöstes Problem dar. In der Praxis wird das Problem dadurch abgemildert, dass je nach den Anforderungen der diagnostischen Anwendung entweder eine dünnere Folie mit geringerer Umwandlungseffizienz, aber höherer Bildschärfe verwendet wird, oder aber eine dickere Folie mit höherer Umwandlungseffizienz, aber geringerer Bildschärfe. Es muss also immer ein Kompromiss zwischen der Effizienz – und somit der Strahlungsbelastung des Patienten – und der Qualität der Abbildung eingegangen werden.
Ein zweiter Ansatz zur Lösung des Problems besteht darin, das Szintillatormaterial in einer Art Nadel- oder Säulenform strukturiert aufzubringen, um eine Kanalisation des emittierten Lichts in Richtung des Photosensors zu bewirken. Dies ist bei CsI-basierten Szintillatoren möglich, bei denen dotiertes CsI durch Gasphasenabscheidung in säulenartigen Strukturen gewachsen werden kann. Diese Art der Herstellung ist jedoch sehr aufwendig, und entsprechende Konversionsschichten sind sehr teuer im Vergleich zu den klassischen Konversionsfolien.
Ein weiterer bekannter Ansatz zur Detektion von Röntgenstrahlung ist die Verwendung von hybriden organischen Photodioden mit eingebetteten Szintillatorpartikeln. Hierbei ist eine hybride photoaktive Schicht zwischen einer Elektrode und einem Substrat angeordnet. Die hybride photoaktive Schicht umfasst eine Mehrzahl an Szintillatoren und ein photoaktives Material in Form einer Bulk Heterojunction. Die Bulk Heterojunction absorbiert die Szintillationsstrahlung unter Bildung von Elektronen-Loch-Paaren, die dann elektrisch detektiert werden.
Als Bulk Heterojunction wird dabei in der Fachwelt ein phasensepariertes Gemisch eines Elektronen-Donor-Materials und eines Elektronen-Akzeptor-Materials bezeichnet, wobei diese beiden Komponenten des Gemischs jeweils ein sich gegenseitig durchdringendes Netzwerk bilden. Insbesondere kann dieses Netzwerk ein bikontinuierliches Netzwerk sein, so dass ein Ladungsträger-Paar, das an eine Grenzfläche zwischen Donor- und Akzeptormaterial transportiert wird, von dieser Grenzfläche aus durch einen möglichst zusammenhängenden Transportpfad im Donormaterial zu einer Seite der Schicht und durch einen möglichst zusammenhängenden Transportpfad im Akzeptormaterial zu einer anderen Seite der Schicht transportiert werden kann. Typischerweise sind an zwei gegenüberliegenden Seiten der hybriden photoaktiven Schicht Elektronen angebracht, über die die getrennten Ladungsträger, also die Elektronen und die Löcher, elektrisch detektiert werden können.
Die Herstellung der hybriden photoaktiven Schichten in solchen bekannten Photodioden kann durch eine gemeinsame Abscheidung des Szintillators und der Materialien der Bulk Heterojunction erfolgen, wobei der Szintillator in einer Suspension und die Materialien der Bulk Heterojunction in einer Lösung vorliegen. Insbesondere können diese beiden Materialien gleichzeitig auf das Substrat aufgesprüht werden. Diese Art der Herstellung mit flüssigen Ausgangsstoffen ist jedoch relativ teuer und materialintensiv, da beim Auftragen meist ein hoher Materialverlust entsteht, und ein Eintrag von Material über die Abmessungen des zu beschichtenden Substrats hinaus erfolgt.
Weiterhin werden für die Herstellung bekannter organischer Photodioden oft Glassubstrate verwendet, die mit regelmäßigen Anordnungen von Transistoren zur Ansteuerung der einzelnen Bildelemente versehen sind. Diese Transistorsubstrate sind typischerweise mit regelmäßig strukturierten Anordnungen von Teilelektroden versehen, die zur Extraktion von Ladungsträgern für einzelne Teilbereiche der photoaktiven Schichten dienen. Bei der herkömmlichen Abscheidung der photoaktiven Schichten direkt auf den Transistorsubstraten kann es zu einem unerwünscht hohen Ausschuss an teuren Transistorsubstraten kommen. Durch jeden weiteren Prozessschritt in einer solchen komplexen und integrierten Detektorherstellung sinkt die Gesamtausbeute bezogen auf das eingesetzte Material.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Konversionsfolie zur Konversion von ionisierender Strahlung anzugeben, welche die genannten Nachteile vermeidet. Eine weitere Aufgabe ist es, einen Strahlungsdetektor mit einer solchen Konversionsfolie und ein Herstellungsverfahren für eine solche Konversionsfolie anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beschriebene Konversionsfolie, den in Anspruch 14 beschriebenen Strahlungsdetektor und das in Anspruch 15 beschriebene Verfahren gelöst.
Die erfindungsgemäße Konversionsfolie ist zur Konversion von ionisierender Strahlung in Licht und zur Erzeugung von Ladungsträgern durch das entstehende Licht ausgebildet. Sie umfasst eine Konversionsschicht mit einer Vielzahl von in ein Bindemittel eingebetteten Szintillatorpartikeln, wobei das Bindemittel wenigstens ein erstes organisches Halbleitermaterial enthält.
Die in das Bindemittel eingebetteten Szintillatorpartikel bewirken die Konversion von ionisierender Strahlung in Licht durch eine Anregung von Fluoreszenz nach Absorption der ionisierenden Strahlung. Dieses Licht kann insbesondere im sichtbaren Bereich des Wellenlängenspektrums liegen, es kann aber alternativ oder zusätzlich auch die angrenzenden Bereiche des infraroten und/oder ultravioletten Lichts umfassen. Die Konversionsschicht ist so ausgebildet, dass in der Umgebung der Szintillatorpartikel durch das ausgesendete Licht eine Erzeugung von freien Ladungsträgern bewirkt werden kann. Insbesondere kann im Bindemittel und/oder in einer zusätzlichen Umhüllung der Szintillatorpartikel diese Erzeugung erfolgen. Das ausgesendete Licht kann die Bildung eines angeregten Zustandes in einem die Szintillatorpartikel umgebenden Material bewirken, was wiederum die Ausbildung von getrennten positiven und negativen Ladungen zur Folge hat. Es wird also ein sogenanntes Ladungsträgerpaar gebildet. Die Konversionsschicht ist so ausgebildet, dass dieses Ladungsträgerpaar getrennt werden kann. Hierzu umfasst die Konversionsschicht wenigstens ein erstes organisches Halbleitermaterial. Dieses organische Halbleitermaterial kann zweckmäßig entweder ein als Elektronen-Donator wirkendes Material zum Transport von positiven Ladungsträgern (Löchern) sein oder es kann ein als Elektronen-Akzeptor wirkendes Material zum Transport von negativen Ladungsträgern (Elektronen) sein. Es kann also zumindest eine der beiden Arten von Ladungsträgern (Elektronen oder Löcher) in dem ersten organischen Halbleitermaterial transportiert werden. Die entgegengesetzt geladene andere Ladungsträgerart kann zweckmäßig in einem weiteren in der Konversionsschicht vorliegenden Material transportiert werden. Dieses weitere Material kann alternativ als weiterer organischer Halbleiter oder auch ganz allgemein als leitfähiges Material, beispielsweise als anorganischer Halbleiter oder als Hybridmaterial mit anorganischen und organischen Komponenten ausgebildet sein.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Konversionsfolie im Vergleich zu herkömmlichen Konversionsfolien oder Verstärkerfolien ist, dass Szintillatormaterial und ein weiteres Material zur Erzeugung von getrennten Ladungsträgern durch das vom Szintillator emittierte Licht in einer Schicht integriert sind. Aus dieser Schicht können die aufgetrennten Ladungsträger mittels weiterer Elektroden extrahiert werden. Diese Elektroden können bei der Verwendung in einem Strahlungsdetektor in einen elektrischen Schaltkreis integriert sein, der dazu ausgebildet ist, ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches von der Menge der extrahierten Ladungsträger abhängt.
Der Vorteil der Integration von Lichterzeugung und Ladungstrennung innerhalb einer Konversionsschicht liegt darin, dass die eingangs beschriebenen Probleme der optischen Verzeichnung bei höheren Schichtdicken vermieden werden. Die Konversionsschicht kann mit für eine gute Absorption der Röntgenstrahlung ausreichend hohen Schichtdicke ausgebildet werden, ohne dass es dabei zu einem Verlust an Bildschärfe durch eine optische Verzeichnung kommt. Die Erzeugung von aufgetrennten Ladungsträgerpaaren durch das emittierte Licht findet durch die Einbettung der Szintillatorpartikel in das Halbleitermaterial sehr nah am Ort der Entstehung des Lichts statt. Der anschließende Transport der Ladungsträger zu gegenüberliegenden Oberflächen der Konversionsschicht kann durch das Anlegen einer Spannung an dort aufgebrachten Elektroden sehr gerichtet erfolgen. Hierdurch wird eine räumliche Aufweitung der Ladungsträger und somit ein Verlust an Bildschärfe vorteilhaft vermieden.
Im Vergleich zu bekannten hybriden organischen Photodioden liegt der Vorteil der erfindungsgemäßen Konversionsfolie darin, dass die Folie als eigenständiges flexibles Bauteil ausgebildet ist. Die Konversionsfolie kann zweckmäßig frei von Schaltelementen, insbesondere frei von Auslesetransistoren sein. Sie kann als modulares Bauteil dazu vorgesehen sein, nachträglich mit einer Anordnung von Auslesetransistoren verbunden zu werden. Insbesondere kann die Konversionsfolie als freitragende Folie nach ihrer Herstellung mit einem Transistorsubstrat verbunden werden.
Durch die Herstellung der Konversionsfolie ohne ein zugrundeliegendes Transistorsubstrat können Prozessparameter gewählt werden, die mit einem Transistorsubstrat nicht kompatibel sind. Insbesondere können Temperatur- und Druckbereiche gewählt werden, die zu einer Schädigung der Transistorsubstrate oder zumindest zu einem Ausbeuteverlust bei einer Prozessierung auf Transistorsubstraten führen würden.
Die Modularität der Konversionsfolie ermöglicht es, die Herstellung einer organischen Photodiode mit einer hybriden Konversionsschicht zu vereinfachen. Beispielsweise kann die Konversionsschicht gänzlich ohne Verwendung eines Trägersubstrats hergestellt werden, wodurch vollkommen neue Herstellungsmethoden möglich werden. Im Unterschied zu den herkömmlichen Beschichtungsverfahren, bei dem ein Substrat mit einer flüssigen Lösung und/oder einer Suspension eines Feststoffs in einer Flüssigkeit beschichtet wird, kann eine eigenstabile Folie auch substratlos aus hochviskosen Ausgangsstoffen gewalzt oder extrudiert werden. Diese Ausgangsstoffe können beispielsweise Dispersionen von festen Szintillatorpartikeln in einem Polymer oder in einem oder mehreren Ausgangsstoffen für ein Polymer sein.
Alternativ können die Ausgangsstoffe für die Konversionsschicht auch in Form eines Gemischs von Feststoffen oder einer angefeuchteten Pulvermischung vorliegen. Bei der Herstellung der Konversionsfolie kann diese Konversionsschicht auf einem temporären Substrat aufliegen, von dem sie nach Verfestigung der Konversionsschicht beispielsweise wieder gelöst werden kann.
Bei der Herstellung der Konversionsschicht aus hochviskosen und/oder festen Ausgangsstoffen kann die Materialausnutzung im Vergleich zur Herstellung aus niederviskoser Flüssigphase deutlich verbessert werden.
Der erfindungsgemäße Strahlungsdetektor zur Detektion von ionisierender Strahlung umfasst wenigstens eine erfindungsgemäße Konversionsfolie. Die Vorteile Strahlungsdetektors sind analog zu den oben beschriebene Vorteilen der erfindungsgemäßen Konversionsfolie.
Das Verfahren zu Herstellung der erfindungsgemäßen Konversionsfolie umfasst die folgenden Schritte:

– Herstellung einer Mischung aus einer Vielzahl von Szintillatorpartikeln und einem ein organisches halbleitendes Material enthaltenden Bindemittel,
– Herstellung einer schichtförmigen Struktur aus der Mischung und
– Bildung einer Konversionsschicht durch Verfestigung der schichtförmigen Struktur.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass hiermit die erfindungsgemäße Konversionsfolie auf einfache und materialsparende Weise hergestellt werden kann. Weitere Vorteile ergeben sich analog zu den vorab beschriebenen Vorteilen der Konversionsfolie. So kann insbesondere das Verfahren zu Herstellung eines erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors vereinfacht werden, da der gesamte Herstellungsprozess in mehrere voneinander unabhängige modulare Teilprozesse aufgetrennt werden kann. Die Herstellung einer frei tragenden Konversionsschicht als Zulieferteil für den Strahlungsdetektor wird möglich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Die Merkmale dieser Ausgestaltungen und Weiterbildungen können vorteilhaft mit den Merkmalen des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors und des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens kombiniert werden und umgekehrt. Demgemäß kann die Konversionsfolie zusätzlich folgende Merkmale aufweisen:
Die Konversionsschicht kann eigenstabil ausgebildet sein. Sie kann also so stabil ausgeführt sein, dass die auch ohne ein Substrat frei tragend ist. Sie kann als eigenständige, substratfreie Schicht gehandhabt und/oder weiterverarbeitet werden. Dem steht nicht entgegen, dass sie beispielsweise während des Herstellungsprozesses auf einem temporären Substrat aufgebracht sein kann, aber sie ist dann auf jeden Fall so eigenstabil, dass sie von solch einem Substrat zerstörungsfrei wieder lösbar ist. Alternativ oder zusätzlich zu einem solchen Substrat bei der Herstellung kann die Konversionsschicht vor ihrer Verwendung zur Strahlungsdetektion wiederum mit weiteren tragenden Folien oder anderweitigen Substraten verbunden werden. Es kommt nur darauf an, dass die Konversionsschicht so eigenstabil ist, dass sie eine Handhabung, einen Transport und/oder eine Weiterverarbeitung ohne ein zusätzliches unterstützendes Trägersubstrat erlaubt.
Die Konversionsschicht umfasst eine Vielzahl von in ein Bindemittel eingebetteten Szintillatorpartikeln. Dabei ist insbesondere das Bindemittel so stabil gewählt, dass die Konversionsschicht die geforderte Eigenstabilität erhält. Das Bindemittel kann also einen ausreichend stabilen Zusammenhalt der Szintillatorpartikel bewirken. Alternativ oder zusätzlich kann auch schon ein Zusammenhalt zwischen den benachbart angeordneten Szintillatorpartikeln so stark ausgeprägt sein, dass die Konversionsschicht schon ohne einen verstärkenden Einfluss des Bindemittels ihre Eigenstabilität erhält.
Durch die eigenstabile Ausgestaltung der Konversionsschicht kann beispielsweise nur diese Schicht als eigenständiges Zwischenprodukt angefertigt, gelagert und bei Bedarf zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors weiterverwendet werden. Die Konversionsschicht ist vorteilhaft mechanisch und chemisch stabil genug, um über Zeiträume von Monaten oder Jahren gelagert zu werden und als eigenes Produkt in den Handel gebracht zu werden. Hierdurch kann der Herstellungsprozess des Strahlungsdetektors in verschiedene unabhängige Teilprozesse entkoppelt werden, die beispielsweise mit zeitlichem Abstand und/oder an verschiedenen Standorten durchgeführt werden können.
Die Konversionsschicht kann auf einer Trägerfolie angeordnet sein. Insbesondere kann diese Trägerfolie auch Teil der Konversionsfolie sein und der eigentlichen Konversionsschicht zusätzliche mechanische Stabilität verleihen. Bei einer Verwendung der Konversionsfolie in einem Strahlungsdetektor kann eine solche Trägerfolie entweder mit der Konversionsschicht verbunden bleiben, oder sie kann als temporäres Substrat wieder von der Konversionsschicht gelöst werden. In jedem Fall ist es bei diesen Ausführungsformen zweckmäßig, wenn zwischen der Konversionsschicht und der Trägerfolie eine flächige Elektrode angeordnet ist, die die Extraktion von Ladungsträgern zu der benachbarten Oberfläche der Konversionsschicht ermöglicht. Die Trägerfolie kann bevorzugt beispielsweise ein polymeres Material und/oder eine metallische Folie umfassen. Dabei kann die Funktion der flächigen Elektrode auch durch die Trägerfolie übernommen werden, beispielsweise im Falle einer metallischen Folie.
Die Konversionsschicht kann flächig kontaktierbar sein. Mit anderen Worten kann wenigstens auf einer ihrer beiden Hauptflächen ein flächiger elektrischer Kontakt zu dem enthaltenden organischen Halbleitermaterial geschaffen werden. Hierzu kann beispielsweise die Konversionsschicht auf wenigstens einer ihrer beiden Hauptflächen frei zugänglich sein. Dann kann auf dieser frei zugänglichen Seite ein flächiger Kontakt mit einer Kontaktfläche eines weiteren Bauteils geschaffen werden. Beispielsweise kann die frei zugängliche Seite mit Kontaktflächen eines strukturierten Transistorsubstrats elektrisch verbunden werden. Alternativ hierzu kann die Konversionsschicht auf wenigstens einer ihrer beiden Hauptflächen bereits mit einer flächigen Elektrode versehen sein. Insbesondere kann diese flächige Elektrode in Teilelektroden unterteilt sein, die beispielsweise mit den Kontaktflächen eines strukturierten Transistorsubstrats verbunden werden können. Bei Ausführungsformen, bei denen die Konversionsschicht auf einer Trägerfolie angeordnet ist, ist die flächig kontaktierbare Seite der Konversionsfolie zweckmäßig die von der Trägerfolie abgewandte Seite.
Das Bindemittel kann wenigstens zwei verschiedene organische Halbleitermaterialien umfassen, von denen das erste Halbleitermaterial ein Elektronendonator und das zweite Halbleitermaterial ein Elektronenakzeptor ist. Somit ist das erste Halbleitermaterial besonders zum Transport von positiven Ladungsträgern und das zweite Halbleitermaterial ist besonders zum Transport von negativen Ladungsträgern geeignet. In dieser Ausführungsform werden also beide Ladungsträgerarten der in der Konversionsfolie aufgetrennten Ladungsträger durch organische Halbleitermaterialien transportiert. Die Absorption des vom Szintillator erzeugten Lichts kann dabei entweder im Material des Elektronendonators und/oder im Material des Elektronenakzeptors und/oder in einem weiteren in der Umgebung der Szintillatorpartikel vorliegenden Material der Konversionsschicht erfolgen. Hierbei werden im Absorptionsmaterial sogenannte Exzitonen gebildet, die zusammenhängende Ladungsträgerpaare in einem angeregten Zustand darstellen. Diese Exzitonen können an die Grenzfläche zwischen Donatormaterial und Akzeptormaterial diffundieren und werden vorteilhaft an dieser Grenzfläche in die beiden verschiedenen Ladungsträger separiert, die dann in den beiden verschiedenen Materialien voneinander weg transportiert werden können.
Das Bindemittel der Konversionsschicht kann wenigstens in einem Teilbereich als einander durchdringendes Netzwerk von Domänen des Elektronendonators und Domänen des Elektronenakzeptors ausgebildet sein. Mit anderen Worten, das Bindemittel kann eine sogenannte Bulk Heterojunction umfassen. Besonders vorteilhaft bilden die einander durchdringenden Netzwerke der beiden Materialien ein gemeinsames bikontinuierliches Netzwerk, das heißt in jeder der beiden Domänen liegen von den Grenzflächen zwischen den Domänen zusammenhängende Pfade in Richtung jeweils mindestens einer Oberfläche der Konversionsschicht vor. Hierbei soll nicht ausgeschlossen sein, dass zusätzlich auch Inseln einer der Domänen oder beider Domänen vorliegen können. Vorteilhaft ist jedoch für einen Großteil der zwischen den Domänen der beiden Materialien ausgebildeten Grenzfläche in jedem der beiden Materialien solch ein zusammenhängender Pfad ausgebildet. Eine derartige Bulk Heterojunction kann sich durch Phasenseparation eines Gemisches der beteiligten Materialien ausbilden.
Das Bindemittel kann einen mittleren Absorptionskoeffizienten von wenigstens 10³ cm^–1 für das durch die Szintillatorpartikel erzeugte Licht aufweisen. Bei dem mittleren Absorptionskoeffizienten handelt es sich um einen über die verschiedenen Komponenten des Bindemittels und über die unterschiedlichen Wellenlängen des emittierten Lichtes gemittelten Wert. Besonders vorteilhaft kann der mittlere Absorptionskoeffizient bei wenigstens 10⁴ cm^–1 liegen.
Ein derart hoher Absorptionskoeffizient stellt einen großen Unterschied zu den Eigenschaften des Bindermaterials in bekannten freitragenden Konversions- oder Verstärkerfolien dar. Bei herkömmlichen Verstärkerfolien muss das Bindematerial möglichst transparent sein, damit ein möglichst hoher Anteil des emittierten Lichts an außerhalb der Folie gelegene Lichtsensoren gelangen kann. Im Fall der vorliegenden Erfindung ist es allerdings vorteilhaft, wenn das Bindemittel möglichst stark absorbiert, damit möglichst nahe am Ort der Lichtentstehung ein Exziton gebildet werden kann und somit auch möglichst nah eine Separation der Ladungsträger erfolgen kann. Durch diese räumliche Nähe des Entstehungsortes der getrennten Ladungen zum Entstehungsort des Lichts wird eine unnötige optische Aufweitung und somit eine Unschärfe des entstehenden Bildes vorteilhaft vermieden.
Die mittlere Partikelgröße der Szintillatorpartikel kann vorteilhaft zwischen 0,1 µm und 500 µm liegen, besonders vorteilhaft kann sie zwischen 1 µm und 50 µm liegen. Nach unten hin werden die vorteilhaften Werte für die Größe der Szintillatorpartikel durch die Interaktionslänge der durch die Röntgenstrahlung ausgelösten hochenergetischen Elektronen begrenzt. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass kleine Szintillatorpartikel aufgrund des ungünstigeren Volumen-zu-Oberfläche-Verhältnisses typischerweise höhere Defektdichten aufweisen und dadurch nicht-strahlende Rekombination von angeregten Zuständen beobachtet wird. Bei zu niedrigen Partikelgrößen ist die Stärke der Lichtemission daher zu niedrig. Nach oben hin ist die Größe der Szintillatorpartikel einerseits durch die Dicke der Konversionsschicht und andererseits auch durch eine gewünschte hohe Effizienz des Ladungsträgertransports begrenzt.
Die Partikelgrößen der Szintillatorpartikel können einer Häufigkeitsverteilung unterliegen. Beispielsweise kann die Halbwertsbreite einer solchen Verteilung vorteilhaft wenigstens 30% der mittleren Partikelgröße betragen.
Vorteilhaft kann die Größenverteilung im Wesentlichen der sogenannten Fuller-Kurve folgen: D_i = (d_i/d_max)^n
Hierbei beschreibt d_i eine vorgegebene Partikelgröße, D_i den kumulativen Anteil der Partikel bis zu dieser Größe d_i, d_max die maximale Partikelgröße und n das Verteilungsmodul. Dabei stellt das Verteilungsmodul einen Geometriefaktor dar, der für Kugeln einen Wert von 0,5 annimmt und für längliche oder plattgedrückte Partikel abnimmt. Für ein Verteilungsmodul von 0,35 und einer maximalen Partikelgröße von 10 µm sollte demnach etwa die Hälfte der Partikel der Mischung eine Größe von kleiner 1,4 µm aufweisen.
Mit einer solchen Verteilung kann eine besonders hohe Packungsdichte der Szintillatorpartikel erzielt werden, da die kleineren Partikel die zwischen größeren Partikeln zwangsläufig entstehenden Lücken auffüllen können. Eine hohe Packungsdichte der Szintillatorpartikel führt vorteilhaft zu einer besonders hohen Absorption und Umwandlung der ionisierenden Strahlung bei möglichst geringer Gesamtdicke der Konversionsschicht und somit bei geringerem Verbrauch des Bindermaterials und der teuren organischen Halbleitermaterialien.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, eine Szintillatorpartikel mit einer relativ einheitlichen Größe zu verwenden, beispielsweise mit eine Halbwertsbreite der Verteilung von höchsten 10%, um eine möglichst einheitliche und definierte Packung zu erzielen, beispielsweise kann so mit kugelförmigen Szintillatorpartikeln eine Art von regelmäßiger Kugelpackung ausgebildet werden.
Alternativ kann auch eine Mischung von Szintillatorpartikeln mit zwei vorherrschenden, relativ einheitlichen Größen verwendet werden, wobei die Partikel kleinerer Größe dazu geeignet sind, um die Zwischenräume in einer möglichst dichten Packung der größeren Partikel aufzufüllen.
Die Konversionsschicht kann eine aus einem Pulver gesinterte Schicht sein. Ein solcher Sinterprozess eignet sich besonders gut zur Herstellung einer stabilen Schicht mit einer hohen Dichte an Szintillatorpartikeln, da durch den Sinterprozess das verwendete Ausgangsmaterial verfestigt und verdichtet wird. Das hierfür verwendete Pulver kann insbesondere ein trockenes Pulver sein, das eine Mischung aus den Szintillatorpartikeln und einem oder mehreren organischen Halbleitermaterialien enthält. Alternativ kann das Pulver auch ein leicht angefeuchtetes Pulver mit einer solchen Mischung und einer diese Mischung benetzenden Flüssigkeit sein. Der Prozess des Sinterns ist eine Verdichtung des eingesetzten Pulvers unter dem Einfluss von Druck und gegebenenfalls Temperatur. Der Sinterdruck kann dabei vorteilhaft zwischen 0,5 und 200 MPa, besonders bevorzugt zwischen 1 und 50 MPa liegen. Der Druck kann beispielsweise mittels eines Stempels, einer Rolle oder eines Walzsystems auf die Pulverschicht ausgeübt werden. Dabei können Stempel, Rolle und/oder Walzen mit einer Antihaftbeschichtung, beispielsweise mit Teflon, beschichtet sein, damit die gesinterte Schicht nach dem Prozess von dem Werkzeug gut gelöst werden kann. Außerdem sind mit derartig beschichteten Werkzeugen sehr homogene und glatte Oberflächen zu erzielen. Das Sintern der Schicht kann entweder an einer von vorneherein frei tragenden Schicht, beispielsweise in einem Walzsystem erfolgen oder aber durch Andrücken auf ein temporäres Substrat erfolgen, von dem die fertig gesinterte Schicht dann anschließend wieder gelöst werden kann.
Eine Temperatur des Sinterprozesses kann vorteilhaft zwischen 30°C und 300°C, besonders vorteilhaft zwischen 50°C und 200°C liegen. Je nach Wahl der Temperatur ist sowohl Festphasensintern, also eine Materialverdichtung ohne Aufschmelzen des organischen Materials, oder auch Flüssigphasensintern, also Materialverdichtung über wenigstens anteiliges Aufschmelzen des organischen Materials denkbar. Durch die Verdichtung der Materialien über Druck und gegebenenfalls Temperatur werden die Zwischenräume derart minimiert und verdichtet, so dass beim Anlegen einer elektrischen Spannung elektrischer Ladungstransport beispielsweise über Hopping- bzw. Redox-Prozesse zwischen den einzelnen organischen Molekülen und/oder Polymersträngen möglich wird. Auf diese Weise sind homogene organische Materialschichten vorgegebener Schichtdicke ohne aufwändige Vakuumprozesstechnik bei hohem Durchsatz und ohne gesundheitliche Risiken durch eventuelle Lösemittel realisierbar.
Aufgrund der hohen Drücke und Temperaturen, welche beim Sintern auftreten können ist die direkte Applizierung der Konversionsschicht auf einem Substrat häufig schwierig. Beispielsweise können Platten mit Dünnfilmtransistoren aus amorphem Silizium auf Glassubstraten durch die Einwirkung von Druck und/oder Temperatur geschädigt werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die separate Herstellung der Konversionsfolie und eine nachfolgende Kontaktierung mit dem Auslesesubstrat.
Durch Sintern hergestellte Konversionsschichten lassen sich anhand der Morphologie sowie der Oberflächenbeschaffenheit der gesinterten Schicht nachweisen und charakterisieren, beispielsweise durch den Nachweis vereinzelt oder ganzflächig aufgeschmolzener Bereiche des komprimierten Ausgangspulvers. Eventuell können auch indirekt Rückschlüsse auf einen Sinterprozess, beispielsweise durch das Fehlen von Lösemittelspuren und/oder Additiven gezogen werden. Als Untersuchungsmethoden kommen beispielsweise in Frage: Optische Mikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, atomare Kraftmikroskopie, Sekundärionenmassenspektroskopie, Gaschromatographie, Cyclovoltammetrie.
Eine Mehrzahl der Szintillatorpartikel kann eine Ummantelung mit wenigstens einem photoaktiven Material aufweisen. Insbesondere kann das photoaktive Material ein organisches Halbmaterial sein. Eine solche Ummantelung oder Umhüllung kann zweckmäßig durch Beschichtung der verwendeten Szintillatorpartikel vor Herstellung der Konversionsschicht erreicht werden. Ein wesentlicher Vorteil einer solchen Umhüllung ist, dass eine Konversionsschicht mit hohem Volumenanteil an Szintillatorpartikeln hergestellt werden kann, wobei trotzdem die Zwischenräume zwischen direkt benachbarten Szintillatorpartikeln wenigstens teilweise mit organischem Halbleitermaterial gefüllt sind. So kann in diesen Zwischenräumen eine Absorption des emittierten Lichts und eine Auftrennung von Ladungen in diesen Zwischenräumen erfolgen. Durch die Einhaltung eines vorgegebenen Abstands zwischen den Szintillatorpartikeln aufgrund der Beschichtung können sich leitfähige Kanäle in dem wenigstens einen organischen Halbleitermaterial ausbilden, durch die separierte Ladungsträger zu den jeweiligen Oberflächen der Konversionsschicht transportiert werden können.
Besonders vorteilhaft ist eine Mehrzahl der Szintillatorpartikel mit einer Mischung aus einem organischen Donatormaterial und einem organischen Akzeptormaterial beschichtet, die eine Struktur nach Art einer Bulk Heterojunction ausbildet. Dann kann in dieser Bulk Heterojunction das Licht der Szintillatorpartikel absorbiert werden, es können dadurch getrennte Ladungsträger erzeugt werden, und die separierten Ladungsträger können durch die Domänen der jeweiligen Donor- oder Akzeptorkomponenten zu verschiedenen Oberflächen oder verschiedenen Bereichen an einer Oberfläche der Konversionsfolie transportiert werden.
Vorteilhaft können auch die Zwischenräume zwischen den beschichteten Szintillatorpartikeln wenigstens teilweise mit einem weiteren Material aufgefüllt sein. Insbesondere können die beschichteten Szintillatorpartikel in ein Bindemittel eingebettet sein, welches wenigstens ein erstes organisches Halbleitermaterial enthält. Auch das Bindemittel kann dabei bevorzugt eine Mischung eines Elektronendonators und eines Elektronenakzeptors nach Art einer Bulk Heterojunction aufweisen.
Alternativ kann jedoch das erfindungsgemäße Bindemittel bereits aus dem Material der Beschichtung oder Umhüllung der Szintillatorpartikel gebildet werden. Beispielsweise können beschichtete Szintillatorpartikel durch einen Sinterprozess so verdichtet werden, dass sich durch ein Verpressen und/oder Verschmelzen der Beschichtung der einzelnen Szintillatorpartikel ein stabiles zusammenhängendes Gefüge ergibt. Vorteilhaft kann auch bei einer derart gesinterten Schicht wenigstens ein Teil der direkt benachbart gelegenen Szintillatorpartikel durch eine dazwischen angeordnete Schicht des Materials der Umhüllung beabstandet sein. Bei dieser Ausführungsvariante können Lücken zwischen den beschichteten Szintillatorpartikeln optional mit einem weiteren Material aufgefüllt sein, das zur mechanischen Festigkeit der Konversionsfolie beitragen kann, aber selbst kein weiteres organisches Halbleitermaterial enthalten muss. Beispielsweise kann solch ein zusätzliches Füllmaterial ein nichtleitendes Polymermaterial sein. Die benötigte Leitfähigkeit für den Transport der separierten Ladungsträger kann in dieser Ausführungsform allein durch die im Beschichtungsmaterial ausgebildeten Kanäle gewährleistet werden.
Die Umhüllung aus photoaktivem Material kann die Szintillatorpartikel im Mittel zu wenigstens 80%, besonders bevorzugt zu wenigstens 95% seiner gesamten Außenfläche bedecken.
Die Umhüllung der Szintillatorpartikel kann vorteilhaft eine mittlere Dicke von 15 nm bis 1500 nm, besonders bevorzugt zwischen 150 nm und 600 nm aufweisen. Die mittlere Dicke der Ummantelung kann ferner bevorzugt maximal der 2,5fachen Eindringtiefe der emittierten Strahlung der Szintillatorpartikel entsprechen, so dass der mittlere direkte Abstand von ummantelten Szintillatorpartikeln vorteilhaft maximal der fünffachen Eindringtiefe der Strahlung entspricht.
Die Szintillatorpartikel können einen Gewichtsanteil an der Konversionsschicht zwischen 80% und 98% aufweisen. Ein derart hoher Gewichtanteil ist vorteilhaft, um eine hohe Absorption der ionisierenden Strahlung in der Konversionsfolie zu erreichen. Gleichzeitig soll der Anteil der übrigen Komponenten der Konversionsfolie, also insbesondere der Anteil des Binders und gegebenenfalls eines zusätzlichen Umhüllungsmaterials nicht unnötig hoch sein, um die Herstellungskosten möglichst niedrig zu halten. Ein gemeinsamer Gewichtsanteil dieser übrigen Komponenten von wenigstens 2% ist vorteilhaft, um ein möglichst durchgehendes Netzwerk an leitfähigem Material zum Transport der separierten Ladungsträger an die Oberfläche der Konversionsfolie zu ermöglichen.
Das Bindemittel kann vorteilhaft wenigstens ein Polymermaterial, insbesondere ein organisches Polymermaterial umfassen. Die Verwendung eines Polymermaterials kann vorteilhaft eine besonders hohe Festigkeit und mechanische Belastbarkeit der Konversionsfolie bewirken. Es ist möglich, dass ein stabiler Zusammenhalt der Folie bei einem hohen Anteil an Szintillatorpartikeln überhaupt erst durch die Verwendung eines polymeren Materials als Bestandteil des Binders erreicht wird. Ein solches Polymermaterial kann beispielsweise ein polymerer organischer Halbleiter sein, der dann bevorzugt gleichzeitig die Funktionalität der Leitfähigkeit für wenigstens eine Ladungsträgersorte und die Funktionalität des mechanischen Zusammenhalts erfüllt. In einer alternativen Ausführungsform kann das Polymermaterial jedoch auch nichtleitend sein und lediglich als Stützmaterial für ein oder mehrere im Bindemittel vorliegende leitfähige Komponenten dienen.
Beispiele für solche nichtleitende Polymermaterialien sind Polymethylmethacrylat, Polyester oder Cellulosetriacetat.
Die Schichtdicke der Konversionsschicht kann vorteilhaft zwischen 10 µm und 1 mm, besonders vorteilhaft zwischen 50 µm und 500 µm liegen. Eine derartig ausgestaltete Konversionsschicht ist dick genug, um eine ausreichend hohe Absorption und Umwandlung der ionisierenden Strahlung zu bewirken. Andererseits ist sie ausreichend dünn, um eine effiziente Extraktion der getrennten Ladungsträger durch ein an den Außenseiten der Folie angelegtes elektrisches Feld zu ermöglichen.
Die Absorption der Konversionsfolie für Röntgenstrahlung mit einer Energie von 60 keV kann vorteilhaft wenigstens 50%, besonders vorteilhaft wenigstens 70% betragen. Dies soll insbesondere für einen senkrechten Durchtritt der Strahlung durch die Folie gelten.
Die Lichtwellenlänge wenigstens eines Emissionsmaximums der Szintillatorpartikel kann innerhalb der Bandbreite eines Absorptionsmaximums des Bindemittels liegen. Mit anderen Worten, das Absorptionsspektrum des Bindemittels kann vorteilhaft wenigstens auf einen Teilbereich des Emissionsspektrums der Szintillatorpartikel angepasst sein. Die Emissionsbanden der Szintillatorpartikel sollen also mit wenigstens einer Absorptionsbande wenigstens einer Komponente des Bindemittels einen Überlapp aufweisen. Hierdurch kann eine hohe Effizienz für die Erzeugung von getrennten Ladungsträgern durch das vom Szintillator emittierte Licht bewirkt werden.
Die Wahl besonders geeigneter Materialien für die Komponenten, insbesondere die lichtabsorbierenden Komponenten des Bindemittels hängt also von der Wahl des Materials für die Szintillatorpartikel ab. Beispielhafte Materialkombinationen für eine Kombination von Szintillatorpartikeln mit photoaktiven organischen Materialien für verschiedene Wellenlängen sind wie folgt:
Geeignete grüne Szintillatoren sind beispielsweise Gd₂O₂S:Pr,Ce (Gadoliniumoxysulfid, dotiert mit Praseodym und Cer mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 515 nm), Gd₂O₂S:Tb (Gadoliniumoxysulfid, dotiert mit Terbium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 545 nm), Gd₂O₂S:Pr,Ce,F (Gadoliniumoxysulfid, dotiert mit Praseodym oder Cer oder Fluor mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 510 nm), YAG:Ce (Yttrium-Aluminium-Granat dotiert mit Cer mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 550 nm), CsI:Tl (Caesiumiodid, dotiert mit Thallium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 525 nm), CdI₂:Eu (Europium-dotiertes Cadmiumiodid mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 580 nm) oder Lu₂O₃:Tb (Lutetiumoxid dotiert mit Terbium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 545 nm). Diese grünen Szintillatoren zeichnen sich durch ein Emissionsmaximum im Bereich von 515–580 nm aus und sind damit gut auf das Absorptionsmaximum von Poly(3-hexylthiophen-2,5-diyl) (P3HT) als beispielhaftes photoaktives Material der organischen Matrix bei 550 nm ausgelegt. Der Szintillator Bi₄Ge₃O₁₂ bzw. BGO (Wismutgermanat mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 480 nm) kann gut mit Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenvinylen] (MEH-PPV) oder Poly[2-methoxy-5-(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenvinylen] (MDMO-PPV) kombiniert werden, die eine gute Absorption im Bereich 460–520 nm aufweisen.
Geeignete blaue Szintillatoren sind ebenfalls zu nennen. Eine attraktive Materialkombination mit Emission im Blauen stellen Lu₂SiO₅:Ce bzw. LSO (Caesium dotiertes Lutetiumoxyorthosilicat mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 420 nm), Lu_1.8Y_.2SiO₅:Ce (mit Cer dotiertes Lutetiumoxyorthosilicat mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 420 nm), CdWO₄ (Cadmiumwolframat mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 475 nm), CsI:Na (Caesiumiodid dotiert mit Natrium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 420 nm), oder NaI:Tl (Thallium dotiertes Natriumiodid mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 415 nm), Bi₄Ge₃O₁₂ bzw. BGO (Wismutgermanat mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 480 nm), Gd₂SiO₅bzw. GSO (Gadoliniumoxyorthsilicat dotiert mit Cer mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 440 nm), oder CsBr:Eu (Caesiumbromid dotiert mit Europium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 445nm) dar, welche gut mit typischen Wide-Band-Gap Halbleitern (Halbleitern mit großer Bandlücke) wie Poly[(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-(benzo[2,1,3]thiadiazol-4,8-diyl)] (F8BT) mit einem Absorptionsmaximum bei 460 nm oder anderen Polyfluoren-(PFO)Polymeren und Co-Polymeren mit einer Absorption bei 380–460 nm kombiniert werden können.
Rote Szintillatoren wie Lu₂O₃:Eu (Lutetiumoxid dotiert mit Europium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 610–625 nm), Lu₂O₃:Tb (Lutetiumoxid dotiert mit Terbium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 610–625 nm) oder Gd₂O₃:Eu (Gadoliniumoxysulfid dotiert mit Europium mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 610–625 nm), YGdO:(Eu,Pr) (Europium und/oder Praseodym dotiertes Yttrium gadoliniumoxid mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 610 nm), GdGaO:Cr,Ce (Chrom und(oder Caesium dotiertes Gadoliniumgalliumoxid), oder CuI (Kupferiodid mit einem Emissionsmaximum bei ungefähr 720 nm) können gut mit Absorbern, wie sie für die organische Photovoltaik entwickelt wurden, kombiniert werden, beispielsweise Poly[2,1,3-benzothiadiazol-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b:3, 4-b']dithiophen-2,6-diyl]] (PCPDTBT), Squaraine (z.B. Hydrazon End-verkappte symmetrische Squaraine mit glykolischer Funktionalisierung oder Diazulensquaraine), Polythieno[3,4-b]thiophen (PTT) oder Poly(5,7-bis(4-decanyl-2-thienyl)-thieno(3,4-b)diathiazol-thiophen-2,5) (PDDTT).
Besonders hervorzuheben gemäß bevorzugten Ausführungsformen sind unter diesen Paaren: Gd₂O₂S:Tb oder YAG:Ce in Kombination mit P3HT, Lu₂SiO₅:Ce in Kombination mit F8BT oder YGdO:Eu mit PCPDTBT. In diesen Beispielen erfüllen die organischen Halbleiter P3HT, F8BT und PCPDTBT jeweils gleichzeitig die Funktion der absorbierenden Komponente und der lochleitenden Elektronendonator-Komponente des Bindemittels.
Besonders geeignete Materialien für eine elektronenleitende Akzeptor-Komponente des Bindemittels sind Fullerene und ihre Derivate wie beispielsweise [6,6]-Phenyl-C₆₁-Butansäuremethylester (PCBM).
Die Konversionsfolie kann wenigstens eine erste Elektrode umfassen, die bevorzugt auf wenigstens einer ersten Oberfläche der Konversionsschicht angeordnet ist. Besonders bevorzugt kann die Konversionsfolie wenigstens zwei Elektroden umfassen, die zweckmäßig auf gegenüberliegenden Oberflächen der Konversionsschicht angeordnet sein können. Bevorzugt sind diese beiden Elektroden zur Extraktion der beiden verschiedenen Ladungsträgerarten ausgebildet, mit anderen Worten, es kann sich um eine Anode und eine Kathode handeln.
Wenigstens eine der beiden Elektroden kann großflächig ausgebildet sein, mit anderen Worten, sie kann einen Großteil einer der Oberflächen der Konversionsfolie bedecken. Es können auch beide Elektroden großflächig ausgebildet sein.
Es kann auch wenigstens eine der Elektroden strukturiert ausgebildet sein, insbesondere kann sie eine regelmäßige Anordnung von Teilelektroden umfassen. Beispielsweise kann wenigstens eine Elektrode in eine Vielzahl gleichartiger Teilelektroden unterteilt sein, um das Auslesen eines räumlichen Abbildes der ionisierenden Strahlung in einer Vielzahl von Bildelementen (Pixeln) zu ermöglichen. Dazu ist es insbesondere vorteilhaft, wenn eine Elektrode großflächig ausgebildet ist und eine gegenüberliegende Elektrode auf der anderen Seite der Konversionsfolie in einzelne Pixel strukturiert ausgebildet ist. Bei der strukturierten Elektrode kann es sich entweder um die Anode oder auch um die Kathode handeln. Es ist aber auch möglich, dass beide Elektroden in einzelne Pixel unterteilt sind.
Vorteilhaft kann die wenigstens eine strukturierte Elektrode in einer oder in beiden Raumrichtungen eine Strukturgröße aufweisen, die zwischen 0,3 µm und 100 µm, besonders vorteilhaft zwischen 0,3 µm und 30 µm liegt.
Geeignete Materialien für die Elektroden sind Metalle wie Aluminium, Silber und Gold oder leitfähige Oxide wie beispielsweise Indiumzinnoxid.
Alternativ oder zusätzlich zu solchen Elektrodenschichten kann die Konversionsfolie auf wenigstens einer Oberfläche mit einem Kontaktmaterial versehen sein, das als großflächiger Film mit anisotropisch leitenden Eigenschaften ausgebildet ist.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Konversionsfolie frei von Elektroden sein. Geeignete Elektroden zur Extraktion der Ladungsträger aus der Konversionsschicht können dann beispielsweise in einem späteren Schritt als weiterer Bestandteil eines Strahlungsdetektors mit der Konversionsfolie verbunden werden.
Die Konversionsfolie kann optional zusätzlich zwischen der Konversionsschicht und einer der Elektroden wenigstens eine Zwischenschicht umfassen. Eine solche Zwischenschicht kann beispielsweise entweder als Lochblockerschicht oder als Elektronenblockerschicht ausgebildet sein.
Die Konversionsfolie kann optional eine oder mehrere zusätzliche Schutzschicht aufweisen, welche das Eindringen von Staub, Wasser und/oder Sauerstoff in die Folie und eine damit verbundene Alterung verhindert. Diese Schutzschicht kann so ausgeführt sein, dass sie während der Verarbeitung in einem Detektor vor der Verbindung mit einem Substrat abgezogen wird oder im fertigen Bauteil verbleibt. Beispielsweise kann eine erste Schutzfolie an der oberen Seite als Wasser- und Sauerstoff-Barriere bestehen bleiben, während eine zweite Schutzfolie auf der Unterseite abgezogen wird bevor die Unterseite mit einem Substrat, beispielsweise einer Transistor-Matrix, verbunden wird.
Die Konversionsfolie kann optional über eine Adhesionsschicht verfügen, welche die Verbindung mit einem Substrat erleichtert. Die Adhesionsschicht kann beispielweise als anisotropisch leitender Kleber ausgeführt sein und kann bis zur Montage mit einer Schutzfolie überzogen sein.
Der Strahlungsdetektor zur Detektion von ionisierender Strahlung mit der Konversionsfolie kann zusätzlich folgende weitere Merkmale aufweisen:
Zweckmäßig kann er wenigstens eine Elektrode umfassen, die benachbart zu einer ersten Oberfläche der Konversionsschicht angeordnet ist. Zusätzlich kann er eine zweite Elektrode umfassen, die benachbart zu einer zweiten Oberfläche der Konversionsschicht angeordnet ist. Vorteilhaft können diese beiden Elektronen an gegenüberliegenden Oberflächen, insbesondere den beiden Hauptflächen der Konversionsschicht angeordnet sein. Eine dieser beiden Elektroden oder auch beide Elektronen können entweder schon Bestandteil der Konversionsfolie sein, oder sie können im Strahlungsdetektor als zusätzliche mit der Konversionsfolie nachträglich verbundene Elemente vorliegen.
Die Elektroden dienen dabei zweckmäßig zum elektrischen Transport der beiden getrennten Ladungsträgerarten aus der Konversionsfolie. Dabei kann zweckmäßig eine Elektrode als Kathode und die zweite Elektrode als Anode ausgebildet sein.
Zwischen der Konversionsschicht und wenigstens einer der beiden Elektroden kann optional zusätzlich eine Zwischenschicht angeordnet sein. Diese Zwischenschicht kann eine Lochblockerschicht sein, die zum Transport von Elektronen und/oder zum Abblocken von Löchern (positiven Ladungsträgern) ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann es eine Elektronenblockerschicht sein, die zum Transport von Löchern und/oder zum Abblocken von Elektronen ausgebildet ist.
Der Strahlungsdetektor kann weiterhin in einzelne Bildelemente unterteilt sein, beispielsweise durch Strukturierung wenigstens einer der Elektroden in eine Vielzahl von Teilelektroden. Bei dieser Ausführungsform kann der Strahlungsdetektor weiterhin eine Vielzahl von Schaltelementen umfassen zur Ansteuerung und/oder zur Auslesung der einzelnen Bildelemente. Insbesondere können dabei jedem Bildelement ein oder mehrere Schaltelemente zugeordnet sein. Die Schaltelemente können beispielsweise Transistoren, insbesondere Dünnfilmtransistoren aus amorphem Silizium sein.
Ein besonderer Vorteil eines solchen Strahlungsdetektors ist, dass durch die Verwendung der erfindungsgemäßen freitragenden Konversionsfolie keine komplexen Prozessschritte auf den empfindlichen Schaltelementen durchgeführt werden müssen. Insbesondere muss die Herstellung der Konversionsschicht nicht auf den empfindlichen Schaltelementen erfolgen, sondern die fertige Konversionsfolie kann nachträglich mit diesen Schaltelementen verbunden werden. Beispielsweise kann eine Glasplatte, die eine Vielzahl von Dünnfilmtransistoren aufweist nachträglich mit der schon fertig hergestellten Konversionsfolie verbunden werden. Dabei können die Dünnfilmtransistoren bereits mit einer Elektrode ausgestattet sein und mit einer Konversionsfolie verbunden werden welche nur auf der gegenüberliegenden Seite mit einem großflächigen Kontakt ausgestattet ist. Alternativ kann die Konversionsfolie schon während ihrer Herstellung mit Elektroden versehen werden, oder sie kann nachträglich, beispielsweise auch erst bei der Verbindung mit dem Transistorsubstrat mit Elektroden versehen werden. Die Transistoren können dabei vorteilhaft Dünnfilmtransistoren aus amorphem Silizium oder einem Metalloxid sein.
Die nachträgliche Verbindung einer Anordnung von Schaltelementen mit der fertigen Konversionsfolie hat in jedem Fall den Vorteil, dass die Materialausbeute erheblich verbessert werden kann. Insbesondere entsteht kein unnötiger Ausschuss an Transistorplatten bei der Abscheidung eines komplizierten Schichtsystems aus Szintillatorpartikeln und organischen Halbleitermaterialien.
Das Verfahren zur Herstellung der Konversionsfolie kann neben den vorab schon beschriebenen Varianten zusätzlich folgende Merkmale aufweisen:
Die Szintillatorpartikel können vor der Herstellung der Konversionsschicht mit einer Ummantelung versehen werden, die wenigstens ein photoaktives Material, insbesondere einen photoaktiven organischen Halbleiter aufweist.
Die Konversionsschicht kann durch Sinterung eines pulverförmigen Ausgangsmaterials hergestellt werden. Insbesondere kann hierdurch eine eigenstabile Konversionsschicht erzeugt werden.
Die Konversionsschicht kann durch Polymerisation wenigstens eines Bestandteils des Bindemittels hergestellt und/oder verfestigt werden.
Die Konversionsfolie kann durch ein Extrusionsverfahren hergestellt werden. Besonders vorteilhaft können bei dieser Ausführungsvariante auch eine oder mehrere Elektroden durch Ko-Extrusion einer Konversionsschicht und eines elektrisch leitfähigen Materials aufgebracht werden. Beispielsweise können leitfähige flächige Silberpartikel zusammen mit der Konversionsschicht ko-extrudiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Konversionsschicht auch mit einer Trägerfolie koextrudiert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, von denen:
1 einen schematischen Querschnitt einer Konversionsfolie nach einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
2 eine schematische Detailansicht einer Konversionsschicht nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,
3 einen schematischen Querschnitt einer Konversionsfolie nach einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt,
4 einen schematischen Querschnitt einer Konversionsfolie nach einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt,
5 den Prozess der Aufbringung einer Konversionsfolie auf ein Transistorsubstrat veranschaulicht,
6 einen schematischen Querschnitt einer Konversionsfolie nach einem fünften Ausführungsbeispiel zeigt und
7 den Prozess der Aufbringung einer Konversionsfolie nach einem sechsten Ausführungsbeispiel auf ein Transistorsubstrat zeigt.
In 1 ist ein schematischer seitlicher Querschnitt durch eine Konversionsfolie 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Gezeigt ist eine frei tragende Konversionsschicht 3, die in diesem Beispiel substratfrei und ohne weitere damit verbundene Elektroden oder weitere flächige Schichten ausgebildet ist. In diesem Beispiel besteht also die Konversionsfolie allein aus der Konversionsschicht 3. Die Konversionsschicht 3 weist eine Vielzahl von Szintillatorpartikeln 5 auf, die in ein Bindemittel 3 eingebettet sind. Die Szintillatorpartikel 5 bestehen hierbei im Wesentlichen aus Gd₂O₂S:Tb, also aus Terbium-dotiertem Gadoliniumoxisulfid. Dieser Szintillator ist ein gut röntgenabsorbierendes Material, das nach Anregung mit ionisierender Strahlung grünes Licht emittiert.
Die Szintillatorpartikel 5 sind in ein im grünen Bereich des Spektrums absorbierendes Bindemittel 7 eingebettet, das der Konversionsschicht 3 der Folie 1 die selbsttragenden Eigenschaften verleiht. Die Szintillatorpartikel 5 weisen eine Größenverteilung mit zwei ausgeprägten Maxima auf, es liegt also eine Mischung von größeren Partikeln 5a mit kleineren Partikeln 5b vor. Hierdurch kann eine besonders hohe Raumausfüllung des Volumens der Konversionsschicht 3 durch die Szintillatorpartikel 5 erreicht werden. Der Gewichtsanteil der Szintillatorpartikel 5 liegt dabei noch viel höher als der Volumenanteil, da die Szintillatorpartikel 5 eine wesentlich höhere Dichte aufweisen als das Bindemittel 7, damit die ionisierende Strahlung im Wesentlichen in den Szintillatorpartikeln 5 absorbiert wird.
Im gezeigten Beispiel ist das Bindemittel 7 eine Mischung aus dem im Grünen lichtabsorbierenden und lochtransportierenden Polymer P3HT (Poly(3-hexylthiophen-2,5-diyl)) und dem elektronentransportierenden Fulleren-Derivat PCBM ([6,6]-Phenyl-C₆₁-Butansäuremethylester). Diese beiden Materialien bilden im Bindemittel 7 eine phasenseparierte Bulk Heterojunction aus, in der nach der Lichtabsorption durch das P3HT ein Separation und anschließend ein getrennter Transport der beiden Ladungsträgerarten zu den in 1 oben bzw. unten liegenden Oberflächen der Konversionsschicht 3 erfolgen kann. Das polymere Material P3HT verleiht der Konversionsschicht 3 dabei eine ausreichende Festigkeit, um ohne ein Trägersubstrat gehandhabt werden zu können. Die Konversionsschicht 3 ist in diesem Beispiel durch Sinterung eines pulverförmigen Gemisches aus den Szintillatorpartikeln, P3HT und PCBM hergestellt.
2 zeigt eine Detailansicht einer Konversionsschicht 3 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Bespiel ist eine Vielzahl ähnlich großer Szintillatorpartikel 5 jeweils mit einer Umhüllung 9 versehen. Die Umhüllung 9 ist hier wiederum ein Gemisch aus P3HT und PCBM, das eine Bulk Heterojunction ausbildet. Auch die Konversionsfolie 3 nach diesem zweiten Ausführungsbeispiel wurde durch Sintern einer Mischung der derart beschichteten Partikel 5 erhalten, wobei während des Sinterprozesses die Umhüllungen 9 der einzelnen Partikel zu einem durchgängig leitenden Netzwerk verschmelzen. In diesem Fall wirken also die zusammengeschmolzenen Umhüllungen 9 ebenfalls als Bindemittel 7. Zusätzlich können jedoch auch die weiteren Zwischenräume 10 zwischen den ummantelten Partikeln 5 mit weiterem Bindemittel 7 aufgefüllt sein, beispielsweise wiederum mit einem P3HT/PCBM-Gemisch oder mit einem anderen, die mechanische Festigkeit unterstützenden Material.
Die in 1 gezeigte Konversionsschicht 3 ist noch nicht mit Elektroden versehen und kann als freitragende Folie 1 als eigenständiges Bauteil gelagert oder in den Verkehr gebracht werden. Im weiteren Verlauf kann die Konversionsschicht 3 auch mit Elektroden versehen werden. So zeigt 3 einen schematischen Querschnitt durch eine Konversionsfolie 1 nach einem dritten Ausführungsbeispiel, bei der die Konversionsschicht 3 durch Auflaminieren dünner Folien mit zwei metallischen Elektroden 11 und 13 versehen wurde. Diese Elektroden wirken als Anode und als Kathode und dienen zur Extraktion der beiden Ladungsträgerarten auf gegenüberliegenden Flächen der Konversionsschicht 3. Die Konversionsfolie kann entweder mit oder ohne solche Elektroden 11 und 13 gelagert werden und/oder als eigenständiges Produkt in den Verkehr gebracht werden.
In 4 ist eine weitere Konversionsfolie 1 nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei der ebenfalls eine obere Elektrode 11 und eine untere Elektrode 13 an gegenüberliegenden Seiten der Konversionsschicht 3 aufgebracht sind. In diesem Beispiel ist die untere Elektrode 13 in eine Vielzahl von Teilelektroden 13a strukturiert, von denen in der Abbildung beispielhaft fünf gezeigt sind. Die untere Oberfläche der Folie ist dabei in ihren beiden Raumrichtungen in regelmäßiger Anordnung in solche Teilelektroden 13a strukturiert. Die Struktur der unteren Elektrode kann beispielsweise durch Laserstrukturierung einer auflaminierten Folie oder aber auch durch lithographische Strukturierung erhalten werden. Die Aufteilung einer der beiden Elektroden in eine Vielzahl von Teilelektroden 13a ermöglicht eine pixelierte Auslesung der räumlichen Verteilung der ionisierenden Strahlung, also beispielsweise die Erzeugung eines Röntgenbildes. Dabei ist die Pixelbreite durch die Breite 15 der Teilelektroden gegeben und der Pixelabstand ist durch den Abstand 17 der Teilelektroden gegeben. Der sogenannte Pixelpitch, also die räumliche Wiederholungslänge, ergibt sich als Summe von Breite 15 und Abstand 17. Zur Auslesung eines pixelierten Bildes ist es nicht nötig, dass beide Elektroden strukturiert vorliegen. Es muss lediglich auf einer Seite der Konversionsschicht 3 eine Auftrennung des elektrischen Signals nach Bildpunkten erfolgen. Es kann entweder die Anode strukturiert vorliegen und die Kathode vollflächig ausgebildet sein oder umgekehrt. In jedem Fall kann die Konversionsschicht 3 als unstrukturierte flächige Schicht vorliegen, und es wird trotzdem ein örtlich aufgelöstes Bild erhalten, das schärfer ist als bei Kopplung einer herkömmlichen Bildverstärkerfolie mit einem Photosensor. Dies wird durch eine räumlich gerichtete Extraktion der Ladungsträger bei Anlegen einer Vorspannung an den gegenüberliegenden Elektroden 11 und 13 ermöglicht.
5 zeigt schließlich einen möglichen Prozessschritt für ein Aufbringen der Konversionsfolie 1 des vierten Ausführungsbeispiels auf ein Transistorsubstrat 19. Das Transistorsubstrat 19 umfasst eine Anordnung einer Vielzahl von Dünnfilmtransistoren 21 auf einem Glassubstrat 23. Hier können beispielsweise Transistoren aus amorphem Silizium verwendet werden, wie sie bei der Ansteuerung von Flachbildschirmen zum Einsatz kommen. Die eigenstabile Konversionsfolie 1 mit ihrer strukturierten unteren Elektrode 13 kann nun mittels einer Walze 25 auf das Transistorsubstrat 19 aufgebracht werden und beispielsweise durch Einwirkung von Druck und/oder erhöhter Temperatur auf dieses auflaminiert werden. Hierzu sollte das Raster der Dünnfilmtransistoren in beiden Raumrichtungen der Folie auf das Raster der strukturierten Elektrode 13 angepasst sein. Es muss jedoch keine exakte räumliche Ausrichtung der Konversionsfolie 1 zu dem Transistorsubstrat 19 erfolgen, da nur jeweils ein räumlich relativ kleiner Kontaktierungspunkt 26 der Transistoren 19 mit der jeweiligen Teilelektrode 13a in elektrischen Kontakt gebracht werden muss. Ein gewisser räumlicher Versatz gegenüber einer mittigen Kontaktierung oder einer anderen Idealposition kann dabei leicht in Kauf genommen werden, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen.
Die Teilelektroden 13a auf der Konversionsfolie 1 können auch noch deutlich kleiner als der Pixelpitch der Transistor-Matrix ausgeführt werden. Ein entsprechendes fünftes Ausführungsbeispiel ist in 6 gezeigt. Hierbei sind die Transistoren 21 jeweils mit großflächigen Kontaktflächen 26 versehen. Die Größe der Teilelektroden 13a ist in beiden Raumrichtungen der Oberfläche kleiner als der Zwischenraum 28 zwischen den Kontaktflächen 26. Dadurch wird die Ausrichtung der beiden Elemente vollkommen unkritisch. Der typische Pixelpitch 29 eines Detektors für ionisierende Strahlung liegt zwischen 30 und 300 µm. Der Zwischenraum 28 zwischen zwei benachbarten Pixeln beträgt typisch zwischen 2 und 20% der Pixelgröße, typisch also zwischen 0,6 und 60 µm. Mit einer entsprechend klein gewählten Größe der Teilelektroden 13a, beispielsweise der Hälfte des Zwischenraums 28 (also zwischen 0,3 und 30 µm) ist eine problemlose Kontaktierung möglich, ohne einen Kurzschluss zwischen benachbarten Kontaktflächen 27 zu generieren.
Weiterhin ist es möglich, eine Konversionsfolie 1 mit nur einer großflächigen Elektrode 11 auf einer Seite der Konversionsschicht 3 herzustellen. Auf der gegenüberliegenden Seite kann die Konversionsschicht 3 dann frei zugänglich und flächig kontaktierbar sein. Insbesondere kann die Konversionsschicht 3 dann auf dieser kontaktierbaren Seite mit einer Transistor-Matrix zusammengefügt werden, bei der die strukturierten Kontakte 13a bereits auf den Transistoren 21 aufgebracht sind und mit deren Kontaktierungspunkten 26 leitfähig verbunden sind. Dieser Prozess des Zusammenfügens ist in 7 beispielhaft für ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Konversionsfolie 1 dieses sechsten Ausführungsbeispiels umfasst eine Konversionsschicht 3, die auf einer Trägerfolie 32 angeordnet ist. Diese Trägerfolie verleiht der Konversionsfolie 1 zusätzliche mechanische Stabilität. Zwischen der Trägerfolie 1 und der Konversionsschicht ist eine großflächige, unstrukturierte erste Elektrode 11 angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Konversionsschicht 3 freiliegend. Im dargestellten Prozessschritt wird sie auf dieser freiliegenden Seite mit den strukturierten Teilelektroden 13a verbunden, die bereits auf einem Transistorsubstrat 19 in regelmäßiger Anordnung auf den einzelnen Transistoren 21 aufgebracht sind. Die Verbindung wird auch in diesem Beispiel durch ein Aufbringen mittels einer Walze 25 geschaffen, beispielsweise auch hier wieder unter Einwirkung von Druck und/oder erhöhter Temperatur.
Schließlich ist es auch möglich den Kontakt zwischen Konversionsschicht 3 und den Kontaktpunkten 26 der Transistoren 21 als großflächigen Kontakt mit anisotropische leitenden Eigenschaften auszuführen. Der Kontakt kann als anisotropisch leitender Film oder Kleber ausgeführt sein. Zur Verarbeitung einer Konversionsfolie mit anisotropischem Kontakt wird die Folie mit der Transistormatrix in Kontakt gebracht und durch Ausübung von Druck und/oder Temperatur wird die anisotropische Kontaktierung erzeugt. Dadurch wird das elektrische Übersprechen zwischen zwei benachbarten Kontakten minimiert.
Der durch die flächige Verbindung von Konversionsfolie 1 und Transistorsubstrat 19 entstehende Strahlungsdetektor 30 ermöglicht schließlich die Detektion eines örtlich aufgelösten Abbildes der auf die Konversionsfolie 1 auftreffenden ionisierenden Strahlung. Die jeweiligen Teilelektroden 13a werden dabei jeweils durch eine Dünnfilmtransistor 21 angesteuert und ausgelesen. Eine übergeordnete, hier nicht gezeigte Ansteuerungs- und Ausleseelektronik kann dabei dazu verwendet werden, für jedes Pixel eine definierte Vorspannung zwischen den beiden Elektroden anzulegen, die Pixel oder Gruppen von Pixeln (beispielsweise Zeilen oder Spalten) nacheinander anzusteuern und für die einzelnen Pixel jeweils ein elektrisches Signal auszulesen, das von der an den jeweiligen Teilelektroden 13a extrahierten Zahl an Ladungsträgern abhängt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit eine vereinfachte und modulare Herstellung eines Strahlungsdetektors 30 mit einer hohen Prozessausbeute. Der Strahlungsdetektor 30 ist geeignet, um örtlich hochaufgelöste Bilder bei gleichzeitig hoher Konversionseffizienz für die ionisierende Strahlung zu erzielen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4142150 C2 [0005]
EP 0126564 A2 [0005]

Claims

Konversionsfolie (1) zur Konversion von ionisierender Strahlung in Licht und zur Erzeugung von Ladungsträgern durch das Licht, umfassend eine Konversionsschicht (3) mit einer Vielzahl von in ein Bindemittel (7) eingebetteten Szintillatorpartikeln (5), wobei das Bindemittel (7) wenigstens ein erstes organisches Halbleitermaterial enthält.
Konversionsfolie (1) nach Anspruch 1, wobei die Konversionsschicht (3) eigenstabil ausgebildet ist.
Konversionsfolie (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Konversionsschicht (3) auf einer Trägerfolie (32) angeordnet ist.
Konversionsfolie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Konversionsschicht (3) wenigstens auf einer Oberfläche flächig kontaktierbar ist.
Konversionsfolie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (7) wenigstens zwei verschiedene organische Halbleitermaterialien enthält, von denen das erste Halbleitermaterial ein Elektronendonator und das zweite Halbleitermaterial ein Elektronenakzeptor ist.
Konversionsfolie (1) nach Anspruch 5, bei der das Bindemittel (7) wenigstens in einem Teilbereich als einander durchdringendes Netzwerk von Domänen des Elektronendonators und Domänen des Elektronenakzeptors ausgebildet ist.
Konversionsfolie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (7) einen mittleren Absorptionskoeffizienten von wenigstens 10³ cm^–1 für durch die Szintillatorpartikel (5) erzeugtes Licht aufweist.
Konversionsfolie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die mittlere Partikelgröße der Szintillatorpartikel (5) zwischen 0,1 µm und 500 µm liegt.
Konversionsfolie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsschicht (3) eine aus einem Pulver gesinterte Schicht ist.
Konversionsfolie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Szintillatorpartikel (5) einen Gewichtsanteil an der Konversionsschicht (3) zwischen 80% und 98% aufweisen.
Konversionsfolie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (7) wenigstens ein Polymermaterial umfasst.
Konversionsfolie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke (4) der Konversionsschicht (3) zwischen 10 µm und 1 mm liegt.
Konversionsfolie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der auf wenigstens einer ersten Oberfläche der Konversionsschicht wenigstens eine Elektrode (11, 13) angeordnet ist.
Strahlungsdetektor (30) zur Detektion von ionisierender Strahlung mit einer Konversionsfolie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Verfahren zur Herstellung einer Konversionsfolie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend wenigstens die folgenden Schritte: – Herstellung einer Mischung aus einer Vielzahl von Szintillatorpartikeln (5) und einem ein organisches halbleitendes Material enthaltenden Bindemittel (7), – Herstellung einer schichtförmigen Struktur aus der Mischung und – Bildung einer Konversionsschicht (3) durch Verfestigung der schichtförmigen Struktur.