本发明专利技术涉及一种用于一检测器的检测器材料，所述检测器应用于ＣＴ系统，特别是双能ＣＴ系统，所述检测器材料包括一掺杂半导体。本发明专利技术的特征在于，所述半导体中掺杂有一具有一定浓度的施主，其中，所述施主的浓度至少为该施主在所述半导体材料中最大溶解度的５０％，且所述施主在所述半导体中形成具有激励能ＥＤ的浅杂质。所述浅杂质可电离且可产生附加的自由迁移载流子。这些自由迁移载流子可被空间分离的深杂质捕获，从而减少带有电荷的深杂质的数量。这样就能防止出现纯粹与时间及辐射相关的效应，例如极化。本发明专利技术此外还涉及所述检测器材料在用于对一待检对象进行断层摄影的ＣＴ系统或双能ＣＴ系统中的应用。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于CT系统(特别是双能CT系统)所用检测器的检测器材料， 所述检测器材料由一掺有一施主(Donator)的半导体构成。本专利技术此外还涉及一种具有复数个检测器元件的检测器，所述检测器使用的是上述检测器材料。
技术介绍
为了检测伽马辐射和X射线辐射，特别是在CT系统和双能CT系统中检测上述辐射，传统方法主要采用基于如CdTe、CdZnTe, CdTeSe和CdSiTek等半导体材料的直接转换型检测器。为了产生检测器工作所需的电特性，需要对这些材料进行掺杂处理。通常使用 Cl、h和Al中的一种元素或由元素周期表第三主族中的至少一种元素与元素周期表第八副族中的至少一种元素所构成的组合进行掺杂。半导体材料的生长过程各不相同，本征杂质及其对电荷迁移的影响也各不相同， 因此，传统方法无法将例如计算机断层摄影领域所用的较高辐射密度直接且无损耗地转换成电脉冲。造成这种情况的原因是极化现象。“极化”指的是电场因通常结合在深杂质上固定位置的电荷而减弱，这些电荷会捕获辐射所产生的载流子并与之重组。在此情况下，这些载流子将无法再用于在位于检测器底面的电极上被感应的电脉冲，从而大幅减小辐射强度。载流子受到捕获会大幅降低载流子的有效迁移率。但辐射检测器只有在载流子迁移率很高的情况下才能将辐射过程中所产生的电子与空穴分开，从而避免检测器中产生空间电荷及其所引发的极化效应。因此，极化限制的是直接转换型检测器的最大可检测通量。目前，现有技术中的任何已知方案都不能防止直接转换型检测器出现极化效应。 即，目前尚无法通过直接转换型检测器测量例如CT系统中所出现的较高辐射通量。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种用于CT系统所用直接转换型检测器的检测器材料，这种检测器不会出现掺杂杂质的极化效应，因而适用于高通量测量。本专利技术用以达成上述目的的解决方案为本案独立权利要求所述的特征。本专利技术的有利改进方案是从属权利要求的标的。专利技术人发现，在检测器中防止出现与辐射强度相关的极化效应是可以实现的。通过掺杂过量的掺杂材料可在半导体中产生附加杂质。即，对半导体进行掺杂至其溶度极限。 一般而言，一种材料的溶解度定义为这种材料可溶于某一溶剂的浓度。这同样适用于处于固态聚集态的两种材料。掺杂材料的溶度极限指的则是该材料可溶于待掺杂半导体的最大浓度。关于材料的溶解度可参阅I. Ruge和H. Mader所著的“Halbleiter-Technologie”(《半导体技术》)一书(施普林格(Springer)出版社第三版)。初看起来，掺杂至溶度极限会降低检测器性能，因为附加杂质会捕获更多载流子， 从而应该增强极化现象。但本专利技术所采用的掺杂材料的浓度接近其在半导体中的溶度极限，这类掺杂材料产生的是浅(flache)施主杂质。这些浅施主杂质的激励能为IOmeV至 200meV，因而位于导带下方且邻近导带，S卩，该激励能处于环境温度下的热能范围内，也就是约为25meV。因此，这些杂质实际并不影响载流子迁移，而载流子迁移对完全捕获X射线辐射所产生的载流子具有重要意义。由于涉及的是施主杂质，这些施主杂质因在热能作用下在半导体中释放至少一个电子而被自动电离。在此情况下，这些杂质用来捕获载流子的捕获截面变大。然而，由于这些杂质都是浅杂质，因此对载流子迁移的影响可以忽略不计， 其原因在于，这些杂质的结合能处于载流子的热激励能的数量级上，因而总是可以将载流子从杂质激励到导带中。掺杂至溶度极限的最大优点在于，浅施主杂质所释放的过量电子会占据本征深杂质。由于深杂质能级已被占据，高能电磁辐射(例如伽马辐射或X射线辐射)所产生的载流子就不会再被捕获。即，检测器中不会出现与时间及辐射强度相关的极化效应，而这种极化效应曾使得传统的直接转换型检测器无法应用于高通量领域(例如计算机断层摄影)。也就是说，本专利技术是将基于浅杂质的附加缺陷送入直接转换型辐射检测器的材料。由此所利用的理想掺杂材料范围的特征是，可抑制深杂质的极化效应所带来的影响并使直接转换型检测器也能应用于高通量领域，如计算机断层摄影，特别是双能计算机断层摄影。本专利技术根据上述基本理念提出，对由掺有施主的半导体构成的用于CT系统(特别是双能CT系统)所用检测器的检测器材料进行改进，使得所述施主的浓度接近其在半导体材料中的最大溶解度，且所述施主在半导体材料中形成浅杂质。所谓“接近”指的是相应浓度至少为最大溶解度的33%。浓度达到至少75%更为有利，更佳90 %，尤佳95 %。原则上说，浓度越高，填满深杂质的效果越好，也更有助于防止出现极化效应。根据本专利技术检测器材料的一种有利实施方案，可在所述半导体材料(例如CdTe、 CdZnTe、CdZnSe、CdTeSE 或 CdZniTek)中掺杂 -元素F、Cl、Br、I或者这些元素中至少两种元素的组合；或者 -元素B、Al、Ga、In或者这些元素中至少两种元素的组合；或者 -由元素周期表第三主族中的至少一种元素与元素周期表第八副族中的至少一种元素所构成的组合。上述掺杂材料或掺杂材料组合的特征在于，它们均可形成浅杂质且均可以接近其溶度极限的浓度被送入所述半导体。本专利技术还涉及一种可对待检对象进行断层摄影的CT系统，特别是双能CT系统，所述CT系统或双能CT系统可以采用由至少一个检测器元件构成的检测器，所述检测器有利地由本专利技术的检测器材料构成。采用本专利技术实施方案的检测器材料在应用于直接转换型检测器时具有以下优占. ^ \\\ · -能够对极高的辐射通量和较低的辐射通量进行无伪影精确测量； -通过减小局部电场的波动增强了信号稳定性和测量的可重复性，因为相关深杂质带来的影响较小； -直接转换型检测器能够以几乎与通量无关的方式对X射线辐射作出响应。特别是在检测器应用为计数检测器的情况下，这就提高了检测器将通量波动准确转换成计数率变化的能力； -提高了信噪比，因为载流子很难被深杂质捕获因而载流子的迁移时间很少变化； -涂层较薄因而使用的材料较少。目前市场上有售的直接转换型检测器的厚度至少为3mm ； -可用各种晶体培育方法制造所述检测器，包括掺杂步骤在内，例如物理气相传输法(PVT)、移动加热器法(THM)、垂直布里奇曼法(VBM)、金属有机气相外延/沉积法 (MOVPE)、各种气相外延/沉积法(VPE)、分子束外延法(MBE)、原子层外延法(ALE)；以及 -通过对掺杂材料进行浓度测量能够方便地检验材料成分，浓度测量可以采用二次离子质谱法(SIMQ、光致发光法(PL)及化学分析。附图说明 下面借助附图所示的优选实施例对本专利技术进行详细说明，需要指出的是，附图仅对直接有助于了解本专利技术的主要元件予以显示。下文所使用的参考符号如下&,fla。h: 浅施主杂质的激励能；ED,fla。h:浅施主杂质的能级；Ed,tirf:深施主杂质的激励能；ED,tirf: 深施主杂质的能级导带下带边的能级；EthCTm = kB*T 环境温度下的热能；EV 价带 (Valenzbandes)上带边的能级；Kb 玻尔兹曼常数8. 617343*10_5eV/K ；X 半导体材料；Y 施主材料。图1为一带有一施主原子的半导体的示意图； 图2为一 η型掺杂半导体的能带模型本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于一检测器的检测器材料，所述检测器应用于ＣＴ系统，特别是双能ＣＴ系统，所述检测器材料由一掺杂有一施主的半导体构成，其特征在于，所述施主的浓度达到所述施主在所述半导体材料中的最大溶解度，以及所述施主在所述半导体材料中形成浅杂质。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·哈肯施米德，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE
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