JP4269859B2 - 放射線検出器 - Google Patents

Description

この発明は、放射線の入射により電荷を生成する放射線感応型の半導体を備えていて、医療分野，工業分野，さらには、原子力分野などに用いられる直接変換タイプの放射線検出器に係り、特に放射線感応型の半導体へバイアス電圧を印加するための共通電極にバイアス電圧給電用のリード線を接続することに起因する性能低下を防止するための技術に関する。

直接変換タイプの放射線（例えばＸ線）検出器は、放射線（例えばＸ線）がまず光に変換された後で変換光がさらに光電変換で電気信号に変換される間接タイプの検出器と違って、入射した放射線（例えばＸ線）が放射線感応型の半導体により直に電気信号に変換される。

この直接変換タイプの放射線検出器は、図１１に示すように、多数の収集電極（図示省略）が放射線検出有効エリアＳＡ内に設定された２次元状マトリックス配列で表面に形成され、放射線の入射に伴って各収集電極で収集される電荷の蓄積・読み出し用電気回路（図示省略）が配設されているアクティブマトリックス基板５１と、アクティブマトリックス基板５１の収集電極形成面側に積層され、放射線の入射により電荷を生成する放射線感応型の半導体５２と、放射線感応型の半導体５２の表側へ面状に積層形成されているバイアス電圧印加用の共通電極５３とを備え、共通電極５３の表面にバイアス電圧給電用のリード線５４が接続されている。

直接変換タイプの放射線検出器による放射線検出の際は、バイアス供給電源から供給されるバイアス電圧がバイアス電圧給電用のリード線５４を経由してバイアス電圧印加用の共通電極５３に印加される。バイアス電圧を印加した状態で、放射線の入射に伴って放射線感応型の半導体５２で生成されて各収集電極で収集される電荷が、コンデンサやスイッチング素子および電気配線等からなる蓄積・読み出し用電気回路によって、各収集電極毎の放射線検出信号として取り出される。

つまり、直接変換タイプの放射線検出器の場合、２次元状マトリックス配列の各収集電極がそれぞれ放射線画像の各画素に対応する電極（画素電極）となっていて、放射線検出有効エリアＳＡに投影される放射線の２次元強度分布に応じた放射線画像を作成できる放射線検出信号が取り出せる。

しかしながら、従来の放射線検出器は、バイアス電圧印加用の共通電極５３にバイアス電圧給電用のリード線５４を接続することに起因して性能低下が生じるという問題がある。

バイアス電圧給電用のリード線５４には銅線等の硬い金属線が用いられるので、リード線５４を共通電極５３に接続する際に、耐圧不良等の性能低下の原因となる放射線感応型の半導体５２の損傷が起こるのである。特に半導体５２がアモルファスセレンやＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＰｂＩ₂ 、ＨｇＩ₂ ，ＴｌＢｒ等の非セレン系多結晶半導体である場合には、真空蒸着により大面積で厚膜の放射線感応型の半導体５２を容易に形成できる反面、これらのアモルファスセレンや非セレン系多結晶半導体は比較的柔らかくて傷がつき易いのである。放射線感応型の半導体５２と共通電極５３の間に暗電流低減作用を発揮するキャリア選択性の中間層を設ける場合でも、キャリア選択性の中間層は半導体５２に比べて厚みが遥かに薄いので、共通電極５３にリード線５４を接続する際に、キャリア選択性の中間層や放射線感応型の半導体５２に耐圧不良等の性能低下が生じる。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、放射線感応型の半導体へバイアス電圧を印加するための共通電極にバイアス電圧給電用のリード線を接続することに起因する性能低下を回避することができる放射線検出器を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明に係る放射線検出器は、放射線の入射により電荷を生成する放射線感応型の半導体と、前記放射線感応型の半導体の表側へ面状に形成され、一部を外側に張り出させたリード線接続領域を有するバイアス電圧印加用の共通電極を備え、放射線感応型の半導体の表側には放射線検出有効エリアから外れた位置に電気絶縁性の緩衝用台座が設けられており、前記リード線接続領域が緩衝用台座の上の少なくとも一部を覆うかたちで形成されていて、バイアス電圧給電用のリード線が前記リード線接続領域に接続されていることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１の発明の放射線検出器によって放射線を検出する場合、バイアス電圧給電用のリード線を経由して一部を外側に張り出させたリード線接続領域を有する共通電極にバイアス電圧が印加される。バイアス電圧を印加した状態で、検出対象の放射線の入射に伴って放射線感応型の半導体で放射線検出信号源としての電荷が生成される。

一方、請求項１の発明の放射線検出器では、放射線感応型の半導体の表側では放射線検出有効エリアから外れた位置に電気絶縁性の緩衝用台座が設けられており、緩衝用台座の上の少なくとも一部を覆うかたちで形成されているリード線接続領域にバイアス電圧給電用のリード線が接続されているので、バイアス電圧給電用のリード線が共通電極に接続される際に加わる衝撃が緩衝用台座によって和らげられる結果、耐圧不良の原因となる放射線感応型の半導体の損傷を防止することができる。

他方、放射線感応型の半導体の損傷を防止する緩衝用台座は、放射線検出有効エリアから外れた位置に設けられているので、緩衝用台座を設けることによって放射線検出機能が損なわれることを防止することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放射線検出器において、放射線検出有効エリア内に設定された１次元状ないし２次元状マトリックス配列で複数の収集電極が表面に形成されているとともに各収集電極で収集される電荷の蓄積・読み出し用電気回路が配設されているアクティブマトリックス基板を備えていて、アクティブマトリックス基板の収集電極の形成面側に放射線感応型の半導体が積層されているものである。

［作用・効果］請求項２の発明の放射線検出器で放射線を検出する場合、放射線の入射に伴って放射線感応型の半導体で生成された電荷は、放射線検出有効エリア内に設定された１次元状ないし２次元状マトリックス配列でアクティブマトリックス基板の表面に形成されている各収集電極でそれぞれ収集され、アクティブマトリックス基板の蓄積・読み出し用電気回路によって各収集電極毎の放射線検出信号として送り出される。つまり、請求項２の発明の放射線検出器の場合、放射線検出有効エリアに投影される放射線の１次元強度分布ないし２次元強度分布を検出することができる１次元アレイタイプないし２次元アレイタイプの放射線検出器である。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の放射線検出器において、バイアス電圧給電用のリード線と共通電極の接続が導電ペーストによってなされているものである。

［作用・効果］請求項３の発明の場合、バイアス電圧給電用のリード線と共通電極を電気的・機械的に接続している導電ペースト中の導電物質が放射線感応型の半導体の側へ移動（マイグレーション）するのを緩衝用台座が阻止するので、導電ペースト中の導電物質のマイグレーションによって電気的特性が劣化することを回避できる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出器において、放射線感応型の半導体と共通電極の間にキャリア選択性の中間層が形成されていて、キャリア選択性の中間層の上に緩衝用台座が設けられているものである。

［作用・効果］請求項４の発明の場合、放射線感応型の半導体と共通電極の間に形成されているキャリア選択性の中間層により暗電流となる方のキャリアの注入が阻止されるので、暗電流を低減することができる。また、キャリア選択性の中間層の上に緩衝用台座が設けられていて、バイアス電圧給電用のリード線が共通電極に接続される際にキャリア選択性の中間層以下の膜部分に加わる衝撃が緩衝用台座によって和らげられるので、キャリア選択性の中間層以下の膜部分に損傷が生じるのを防止することができる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の放射線検出器において、放射線感応型の半導体が、高純度アモルファスセレン（ａ−Ｓｅ），Ｎａのアルカリ金属やＣｌのハロゲンもしくはＡｓやＴｅをドープしたセレンおよびセレン化合物のアモルファス半導体，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＰｂＩ₂ ，ＨｇＩ₂ ，ＴｌＢｒの非セレン系多結晶半導体のうちのいずれかであるものである。

［作用・効果］請求項５の発明の場合、放射線感応型の半導体である高純度アモルファスセレン（ａ−Ｓｅ），Ｎａのアルカリ金属やＣｌのハロゲンもしくはＡｓやＴｅをドープしたセレンおよびセレン化合物のアモルファス半導体，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＰｂＩ₂ 、ＨｇＩ₂ ，ＴｌＢｒの非セレン系多結晶半導体は、大面積化適性および厚膜化適性に優れる反面、モース硬度が４以下と柔らかくて傷が付き易いが、バイアス電圧給電用のリード線が共通電極に接続される際に加わる衝撃が緩衝用台座によって和らげられて傷が付くのを防止できるので、放射線感応型の半導体の大面積化および厚膜化が容易に図れる。

また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の放射線検出器において、キャリア選択性の中間層は、厚さが０．１μｍ〜１０μｍの範囲であり、Ｓｂ₂ Ｓ₃ ，ＺｎＴｅ，ＣｅＯ₂ ，ＣｄＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＳの多結晶半導体，Ｎａのアルカリ金属やＣｌのハロゲンもしくはＡｓやＴｅをドープしたセレンおよびセレン化合物のアモルファス半導体のうちのいずれかであるものである。

［作用・効果］請求項６の発明の場合、キャリア選択性の中間層は厚さが０．１μｍ〜１０μｍであるので、放射線検出を妨げずに暗電流を十分に抑制できる。中間層の厚さが０．１μｍ未満では暗電流を十分に抑制できない傾向が現れ、逆に厚さが１０μｍを越えると放射線検出の妨げになる傾向が現れる。

また、キャリア選択性の中間層であるＳｂ₂ Ｓ₃ ，ＺｎＴｅ，ＣｅＯ₂ ，ＣｄＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＳの多結晶半導体，Ｎａのアルカリ金属やＣｌのハロゲンもしくはＡｓやＴｅをドープしたセレンおよびセレン化合物のアモルファス半導体は大面積化適性に優れる反面、厚みが薄くて傷の心配があるが、バイアス電圧給電用のリード線が共通電極に接続される際に加わる衝撃を緩衝用台座が和らげるので、キャリア選択性の中間層以下の膜部分に損傷が生じるのを防止できるので、キャリア選択性の中間層の大面積化が容易に図れる。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の放射線検出器において、緩衝用台座がエポキシ樹脂，ポリウレタン樹脂，アクリル樹脂の硬質樹脂材料を用いて形成されているものである。

［作用・効果］請求項７の発明の場合、エポキシ樹脂，ポリウレタン樹脂，アクリル樹脂の（硬化後の硬度が高い）硬質樹脂材料を用いて形成されている緩衝用台座は、シリコン樹脂や合成ゴム系のような軟質材料に比べ伸縮し難くて緩衝機能に優れるので、バイアス電圧給電用のリード線が共通電極に接続される際に加わる衝撃を十分に和らげることができる。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の放射線検出器において、緩衝用台座の高さが０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲であり、緩衝用台座の側壁に台座外側に向かって厚みが次第に減るように構成された下り傾斜の台座用傾斜部が設けられていて、共通電極が放射線検出有効エリアから台座用傾斜部の表面を伝って緩衝用台座の上へ延びているものである。

［作用・効果］請求項８の発明の場合、緩衝用台座の高さが０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲であるので、バイアス電圧給電用のリード線が共通電極に接続される際に加わる衝撃が十分に和らげられると同時に、緩衝用台座の処で共通電極の導通信頼性が高い。緩衝用台座の高さが０．２ｍｍ未満では厚み不足で歪み易くて十分な緩衝機能を確保できない傾向が現れ、逆に２ｍｍを越えると共通電極の段切れによる導通不良が起こり易くて導通信頼性が低下する傾向が現れる。また、共通電極は緩衝用台座の側壁の下り傾斜の台座用傾斜部の表面を伝って延びることによって、緩衝用台座上へ徐々に登ってゆくかたちとなるので、緩衝用台座の処で共通電極の段切れが起こることを確実に回避することができる。

また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の放射線検出器において、前記緩衝用台座と台座用傾斜部とを少なくとも覆うように硬質樹脂材料を用いてオーバーコートするものである。

［作用・効果］請求項９の発明の場合、バイアス電圧給電用のリード線の接続部分がオーバーコートによって固定されて保護されるので、リード線の取り出し等の外的力が加わっても、緩衝用台座および台座用傾斜部上の共通電極に亀裂を引き起こすような力は加わらず、安定したバイアス電圧を供給することができる。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の放射線検出器において、放射線が放射線検出有効エリアに入射する際に共通電極の端縁部および緩衝用台座に当たるのを避けるコリメータを備えているものである。

［作用・効果］請求項１０の発明の場合、コリメータによって放射線が電界が集中する共通電極の端縁部および緩衝用台座に放射線が当たらずに放射線検出有効エリアに入射するので、電界が集中する共通電極の端縁部および緩衝用台座に放射線が当たって検出器の故障を引き起こすような不測の大電流が流れることを防止できる。

また、請求項１１に記載の発明は、放射線の入射により電荷を生成する放射線感応型の半導体と、前記放射線感応型の半導体の表側へ面状に形成されているバイアス電圧印加用の共通電極を備え、放射線感応型の半導体の表側には放射線検出有効エリアから外れた位置に電気絶縁性の緩衝用台座が設けられており、バイアス電圧印加用の共通電極が緩衝用台座の上の少なくとも一部を覆うかたちで形成されていて、バイアス電圧給電用のリード線が共通電極の表面のうちの緩衝用台座の上に位置する部分に接続されており、前記緩衝用台座は、放射線検出エリアから外れておりかつ前記共通電極が形成される領域の一部に形成されており、当該緩衝用台座のあるところでは共通電極の端縁部が緩衝用台座に乗り上げており、緩衝用台座以外のところでは、電極外側に向かって厚みが次第に増えるように構成された上り傾斜の電極用傾斜部が電気絶縁性の高分子材料で共通電極の周縁に沿って形成されているとともに共通電極の端縁部が電極用傾斜部に乗り上げているものである。

［作用・効果］請求項１１の発明の場合、放射線の入射に伴って電荷が生成される放射線感応型の半導体の表側では放射線検出有効エリアから外れた位置に電気絶縁性の緩衝用台座が設けられていて、緩衝用台座の上の少なくとも一部を覆うかたちで形成されているバイアス電圧印加用の共通電極の表面のうちの緩衝用台座の上に位置する部分にバイアス電圧給電用のリード線が接続されているので、バイアス電圧給電用のリード線が共通電極に接続される際に加わる衝撃が緩衝用台座によって和らげられる結果、性能低下の原因になる放射線感応型の半導体の損傷を防止できる。また、放射線感応型の半導体の損傷を防止する緩衝用台座は、放射線検出有効エリア外にあるので、緩衝用台座を設けることで放射線検出機能が損なわれることが防止できる。
また、緩衝用台座は、放射線検出エリアから外れておりかつ共通電極が形成される領域の一部に形成されており、共通電極の端縁部は電気絶縁性の緩衝用台座や電気絶縁性の高分子材料の電極用傾斜部に乗り上げていて、共通電極の端縁部での電界の集中が緩和されるので、共通電極の端縁部や緩衝用台座に放射線が入射した時に検出器の故障を引き起こすような不測の大電流が流れるのを防止することができる。

この発明に係る請求項１の発明の放射線検出器の場合、放射線の入射に伴って電荷が生成される放射線感応型の半導体の表側では放射線検出有効エリアから外れた位置に電気絶縁性の緩衝用台座が設けられていて、緩衝用台座の上の少なくとも一部を覆うかたちで形成されているリード線接続領域にバイアス電圧給電用のリード線が接続されているので、バイアス電圧給電用のリード線が共通電極に接続される際に加わる衝撃が緩衝用台座によって和らげられる結果、性能低下の原因になる放射線感応型の半導体の損傷を防止できる。また、放射線感応型の半導体の損傷を防止する緩衝用台座は、放射線検出有効エリア外にあるので、緩衝用台座を設けることで放射線検出機能が損なわれることが防止できる。
また、この発明に係る請求項１１の発明の放射線検出器の場合、放射線の入射に伴って電荷が生成される放射線感応型の半導体の表側では放射線検出有効エリアから外れた位置に電気絶縁性の緩衝用台座が設けられていて、緩衝用台座の上の少なくとも一部を覆うかたちで形成されているバイアス電圧印加用の共通電極の表面のうちの緩衝用台座の上に位置する部分にバイアス電圧給電用のリード線が接続されているので、バイアス電圧給電用のリード線が共通電極に接続される際に加わる衝撃が緩衝用台座によって和らげられる結果、性能低下の原因になる放射線感応型の半導体の損傷を防止できる。また、放射線感応型の半導体の損傷を防止する緩衝用台座は、放射線検出有効エリア外にあるので、緩衝用台座を設けることで放射線検出機能が損なわれることが防止できる。さらに、共通電極の端縁部は電気絶縁性の緩衝用台座や電気絶縁性の高分子材料の電極用傾斜部に乗り上げていて、共通電極の端縁部での電界の集中が緩和されるので、共通電極の端縁部や緩衝用台座に放射線が入射した時に検出器の故障を引き起こすような不測の大電流が流れるのを防止することができる。

よって、請求項１の発明の放射線検出器によれば、放射線感応型の半導体の表面側のバイアス電圧印加用の共通電極にバイアス電圧給電用のリード線を接続することに起因して生じる性能低下を回避することができる。
また、請求項１１の発明の放射線検出器によれば、放射線感応型の半導体の表面側のバイアス電圧印加用の共通電極にバイアス電圧給電用のリード線を接続することに起因して生じる性能低下を回避することができるのに加えて、共通電極の端縁部や緩衝用台座に放射線が入射した時に検出器の故障を引き起こすような不測の大電流が流れるのを防止することができる。

この発明の放射線検出器の実施例を図面を参照して説明する。図１は実施例１に係る直接変換タイプの放射線検出器（以下、適宜「検出器」と略記）の要部構成を示す平面図、図２は実施例１の検出器の要部構成を示す断面図、図３は実施例１の検出器のアクティブマトリックス基板まわりの電気回路を示すブロック図、図４は実施例１の検出器のアクティブマトリックス基板の構成を示す模式的断面図、図５は実施例１の検出器における１個の放射線検出ユニットの電気的等価回路図である。

実施例１の放射線検出器は、図１および図２に示すように、放射線の入射により電荷を生成する放射線感応型の半導体１と、放射線感応型の半導体１の表側へ面状に形成されているバイアス電圧印加用の共通電極２を備え、共通電極２の表面にバイアス電圧給電用のリード線３が接続されている。また、実施例１の検出器の場合、図３に示すように、多数の収集電極５が放射線検出有効エリアＳＡ内に設定された２次元状マトリックス配列でもって、図４に示すように表面に形成されているとともに各収集電極５で収集される電荷の蓄積・読み出し用電気回路６が配設されているアクティブマトリックス基板４を備えていて、放射線感応型の半導体１がアクティブマトリックス基板４の収集電極５の形成面側に積層されているのに加えて、放射線感応型の半導体１と共通電極２の間にはキャリア選択性の中間層７が形成され、放射線感応型の半導体１と収集電極５の間にはキャリア選択性の中間層８が形成されている。

アクティブマトリックス基板４に配設されている蓄積・読み出し用電気回路６はコンデンサ６Ａやスイッチング素子としてのＴＦＴ（薄膜電界効果トランジスタ）６Ｂおよびゲート線６ａ，データ線６ｂなどからなり、各収集電極５ごとに１個のコンデンサ６Ａと１個のＴＦＴ６Ｂが配備されている。また、アクティブマトリックス基板４の蓄積・読み出し用電気回路６の周りにはゲートドライバ９と電荷電圧変換型増幅器１０およびマルチプレクサ１１に加えてＡ／Ｄ変換器１２が別デバイスとして外付けのかたちで配備接続されている。なお、ゲートドライバ９や電荷電圧変換型増幅器１０、マルチプレクサ１１、Ａ／Ｄ変換器１２の一部または全部が外付けではなくて、アクティブマトリックス基板４に内蔵のかたちで搭載されていてもよい。

実施例１の検出器による放射線検出の際は、バイアス供給電源によって出力される数キロボルト〜数十キロボルト程度のバイアス電圧がバイアス電圧給電用のリード線３を経由して共通電極２に印加される。バイアス電圧が印加された状態で、検出対象の放射線の入射に伴って放射線感応型の半導体１で電荷が生成されるとともに半導体１で生じた電荷が（詳しくは各収集電極５へ移動することで収集電極５に電荷が誘起するかたちで）各収集電極５ごとに収集される一方、各収集電極５で収集される電荷は、アクティブマトリックス基板４の蓄積・読み出し用電気回路６等により収集電極５毎の放射線検出信号として取り出される。

具体的には、ゲートドライバ９からゲート線６ａ経由で読み出し信号が各ＴＦＴ６Ｂのゲートに順番に与えられると同時に、読み出し信号が与えられている各ＴＦＴ６Ｂのソースに繋がっているデータ線６ｂがマルチプレクサ１１に順に切り換え接続されるのにしたがって、コンデンサ６Ａに蓄積された電荷が、ＴＦＴ６Ｂからデータ線６ｂを経て電荷電圧変換型増幅器１０で増幅された上でマルチプレクサ１１により各収集電極５毎の放射線検出信号としてＡ／Ｄ変換器１２に送り出されてディジタル化される。

実施例１の検出器から送り出された放射線検出信号は、例えば、実施例１の検出器がＸ線透視撮影装置に装備されている場合であれば、さらに後段の画像処理回路へ送られて２次元Ｘ線透視画像等に仕上げられる。

つまり、実施例１の検出器は、２次元状マトリックス配列の各収集電極５がそれぞれ放射線画像の各画素に対応する電極（画素電極）となっていて、放射線検出有効エリアＳＡに投影される放射線の２次元強度分布に応じた放射線画像を作成できる放射線検出信号が取り出せる２次元アレイタイプの検出器である。

さらに付言すれば、実施例１の検出器は、図５に示す等価回路の放射線検出ユニット（放射線検出素子）が放射線検出有効エリアＳＡに縦横の格子状ラインに沿って２次元状マトリックス状に展開配置されている検出器とみることができる。

以下、実施例１の検出器の各部構成をより具体的に説明する。
実施例１の検出器は、放射線感応型の半導体１の表側には放射線検出有効エリアＳＡから外れた位置に電気絶縁性の緩衝用台座１３が設けられており、バイアス電圧印加用の共通電極２が緩衝用台座１３の上の大部分を覆うかたちで形成されていて、バイアス電圧給電用のリード線３が共通電極２の表面のうちの緩衝用台座１３の上に位置する部分に接続されていることを構成上の顕著な特徴としている。すなわち、実施例１の場合には、キャリア選択性の中間層７が設けられているので、緩衝用台座１３は中間層７の上に平面形状が略楕円状に形成されている一方、共通電極２の一部が放射線検出有効エリアＳＡから連続的に緩衝用台座１３の上に張り出して長方形のリード線接続領域２Ａを一体的に有するように電極用金属薄膜（例えば金薄膜）が形成されているのである。銅線等のリード線３は導電ペースト（例えば銀ペースト）１４によってリード線接続領域２Ａの表面に接続されている。なお、キャリア選択性の中間層７が設けられていない時は、共通電極２や緩衝用台座１３は放射線感応型の半導体１の表面上に直に形成されることになる。

したがって、実施例１の検出器の場合、バイアス電圧給電用のリード線３が共通電極２の表面に接続される際に直下のキャリア選択性の中間層７やその下の放射線感応型の半導体１に加わる衝撃が緩衝用台座１３によって和らげられるので、キャリア選択性の中間層７や放射線感応型の半導体１の損傷を防止できる。また、放射線感応型の半導体１やキャリア選択性の中間層７の損傷を防ぐ緩衝用台座１３は、放射線検出有効エリアＳＡ外にあるので、緩衝用台座１３を設けることで放射線検出機能が損なわれることはない。

よって、実施例１の検出器によれば、放射線感応型の半導体１へバイアス電圧を印加するための共通電極２にバイアス電圧給電用のリード線３を接続することに起因する性能低下を回避することができる。

加えて、実施例１の検出器の場合、バイアス電圧給電用のリード線３と共通電極２を電気的・機械的に接続している導電ペースト１４中の導電物質が放射線感応型の半導体１の側へ移動（マイグレーション）するのを緩衝用台座１３が阻止するので、導電ペースト１４中の導電物質のマイグレーションによって電気的特性が劣化することを回避することもできる。

緩衝用台座１３の高さは０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲が適当である。この範囲であれば、バイアス電圧給電用のリード線が共通電極に接続される際に加わる衝撃が十分に和らげられ、同時に緩衝用台座の処で共通電極の導通信頼性が十分となる。緩衝用台座１３の高さが０．２ｍｍ未満では厚み不足で歪み易くて十分な緩衝機能を確保できない傾向が現れ、逆に２ｍｍを越えると共通電極２の段切れによる導通不良が起こり易くて導通信頼性が低下する傾向が現れる。

また、実施例１の検出器では、図２に示すように、緩衝用台座１３の側壁に台座外側に向かって厚みが次第に減るように構成された下り傾斜の台座用傾斜部１３Ａが緩衝用台座１３の周囲を一巡するかたちで設けられていて、共通電極２が放射線検出有効エリアＳＡから台座用傾斜部１３Ａの表面を伝って緩衝用台座１３の上へ延びている。したがって、共通電極２は緩衝用台座１３の側壁に設けられている下り傾斜の台座用傾斜部１３Ａの表面を伝って延びることによって緩衝用台座１３の上へ徐々に登ってゆくかたちとなる結果、緩衝用台座１３の処で共通電極２の段切れが起こることを確実に回避することができる。

もし共通電極２に段切れがあると、導通不良によるバイアス電圧の降下が生じるので、共通電極２における放射線検出有効エリアＳＡの部分にはリード線接続領域２Ａに印加されるのと同じ電圧が印加されず、バイアス電圧が不足する事態を招くことになるので、共通電極２の段切れは阻止しなければならない。

また、緩衝用台座１３はエポキシ樹脂，ポリウレタン樹脂，アクリル樹脂等の硬化後の硬度が高い硬質樹脂材料を用いて形成されていることが好ましい。硬質樹脂材料製の緩衝用台座１３は伸縮し難くて緩衝機能に優れているので、バイアス電圧給電用のリード線３が共通電極２に接続される際に加わる衝撃を十分に和らげることができる。

台座用傾斜部１３Ａの方は緩衝用台座１３と同じ硬質樹脂材料で形成されていてもよいし、シリコン樹脂や合成ゴム系の軟質高分子材料で形成されていてもよい。

放射線感応型の半導体１は、高純度アモルファスセレン（ａ−Ｓｅ），Ｎａ等のアルカリ金属やＣｌ等のハロゲンもしくはＡｓやＴｅをドープしたセレンおよびセレン化合物のアモルファス半導体、ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＰｂＩ₂ ，ＨｇＩ₂ ，ＴｌＢｒ等の非セレン系多結晶半導体などが、大面積化適性および厚膜化適性に優れるので好ましい。これらの半導体は、普通モース硬度が４以下と柔らかくて傷が付き易いのであるが、バイアス電圧給電用のリード線３が共通電極２に接続される際に加わる衝撃が緩衝用台座１３によって和らげられて傷が付くのを回避できるので、放射線感応型の半導体１の大面積化および厚膜化が容易に図れる。中でも１０⁹ Ω以上、好ましくは１０¹¹Ω以上の比抵抗を有するａ−Ｓｅが大面積化適性および厚膜化適性が顕著である。放射線感応型の半導体１は、厚みが、通常、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ前後の厚膜であり、面積が例えば縦２０ｃｍ〜５０ｃｍ×横２０ｃｍ〜５０ｃｍ程度のものである。

アクティブマトリックス基板４では、図４に示すように、ガラス基板等の絶縁基板の上に、蓄積・読み出し用電気回路６用のコンデンサ６ＡやＴＦＴ６Ｂが形成されているとともにゲート線６ａ，データ線６ｂが格子状に形成され、さらに表面に収集電極５が２次元状マトリックス配列で形成されている。そして、アクティブマトリックス基板４の収集電極形成面に順にキャリア選択性の中間層８，放射線感応型の半導体１、キャリア選択性の中間層７、共通電極２が積層形成されている。

実施例１の検出器の場合、キャリア選択性の中間層７，８を設けることにより暗電流を低減することができる。ここで言うキャリア選択性とは半導体中の電荷移動媒体（キャリア）である電子と正孔とで、電荷移動作用への寄与率が著しく異なる性質を指す。

半導体１とキャリア選択性の中間層７，８の組み合わせ方としては、次のような態様が挙げられる。共通電極２に正のバイアス電圧を印加する場合には、キャリア選択性の中間層７に電子の寄与率が大きい材料を使用する。これにより共通電極２からの正孔の注入が阻止され、暗電流を低減することができる。キャリア選択性の中間層８には正孔の寄与率が大きい材料を使用する。これにより収集電極５からの電子の注入が阻止され、暗電流を低減することができる。

逆に、共通電極２に負のバイアス電圧を印加する場合には、キャリア選択性の中間層７に正孔の寄与率が大きい材料を使用する。これにより共通電極２からの電子の注入が阻止され、暗電流を低減することができる。キャリア選択性の中間層８には電子の寄与率が大きい材料を使用する。これにより収集電極５からの正孔の注入が阻止され、暗電流を低減することができる。

なお、この発明の検出器では、キャリア選択性の中間層を必ず設ける必要はなく、中間層７，８の一方または両方が省かれていてもよい。

キャリア選択性の中間層７，８は、厚さが０．１μｍ〜１０μｍの範囲が適当である。中間層７，８の厚さが０．１μｍ未満では暗電流を十分に抑制できない傾向が現れ、逆に厚さが１０μｍを越えると放射線検出の妨げとなる傾向、例えば感度が低下する傾向が現れる。

また、キャリア選択性の中間層７，８に用いられる半導体としては、Ｓｂ₂ Ｓ₃ ，ＺｎＴｅ，ＣｅＯ₂ ，ＣｄＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＳ等の多結晶半導体、Ｎａ等のアルカリ金属やＣｌ等のハロゲンもしくはＡｓやＴｅをドープしたセレンおよびセレン化合物のアモルファス半導体が大面積化適性に優れるものとして挙げられる。これらの半導体は厚みが薄くて傷が付き易いのであるが、バイアス電圧給電用のリード線３が共通電極２に接続される際に加わる衝撃を緩衝用台座１３によって和らげて傷が付くのを回避できるので、キャリア選択性の中間層７，８の大面積化が容易に図れる。

中間層７，８に用いられる半導体のうち、電子の寄与が大きいものとして、ｎ型半導体であるＣｅＯ₂ ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳｅ，ＺｎＳのような多結晶半導体や、アルカリ金属やＡｓやＴｅをドープして正孔の寄与率を低下させたアモルファスＳｅ等のアモルファス体が挙げられる。

また、正孔の寄与が大きいものとして、ｐ型半導体であるＺｎＴｅのような多結晶半導体や、ハロゲンをドープして電子の寄与率を低下させたアモルファスＳｅ等のアモルファス体が挙げられる。

さらに、Ｓｂ₂ Ｓ₃ ，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＰｂＩ₂ ，ＨｇＩ₂ ，ＴｌＢｒや、ノンドープのアモルファスＳｅまたはＳｅ化合物の場合、電子の寄与が大きいものと正孔の寄与が大きいもとの両方がある。これらの場合、製膜条件の調節で電子の寄与が大きいものでも、正孔の寄与が大きいものでも、選択形成できる。

なお、実施例１の変形例を図６および図７に示す。図６は検出器の要部構成を示す平面図、図７は検出器の要部構成を示す断面図である。図１，図２と相違する点は、緩衝用台座１３と台座用傾斜部１３Ａとを覆うように硬質樹脂材料を用いてオーバーコート部１７を設けたことである。それ以外の構成については実施例１と同じである。

オーバーコート部１７は、図６および図７では、放射線検出有効エリアＳＡ付近まで覆っているが、緩衝用台座１３と台座用傾斜部１３Ａとを少なくとも覆えばよい。オーバーコート部１７を形成する硬質樹脂材料としては、台座用傾斜部１３Ａでも述べたようにエポキシ樹脂，ポリウレタン樹脂，アクリル樹脂等が挙げられる。つまり、台座用傾斜部１３Ａを硬質樹脂材料で形成する場合には、同じ材料を用いてオーバーコート部１７を形成すればよい。

変形例の場合、バイアス電圧給電用のリード線３の接続部分がオーバーコート部１７によって固定されて保護されるので、バイアス電圧給電用のリード線３の取り出し等の外的力が加わっても、緩衝用台座１３および台座用傾斜部１３Ａ上の共通電極２に亀裂を引き起こすような力は加わらず、安定したバイアス電圧を供給することができる。

実施例２に係る放射線検出器を図面を参照して説明する。図８は実施例２の放射線検出器の要部構成を示す断面図である。

実施例２の検出器は、図８に示すように、放射線が放射線検出有効エリアＳＡに入射する際に共通電極２の端縁部および緩衝用台座１３に当たるのを避けるコリメータ１５が放射線の入射側に配備されている他は、実施例１の検出器と同一のものであるので、相違する点だけを説明し、共通する点の説明は省略する。

実施例２の検出器では、共通電極２の端縁部や緩衝用台座１３の側壁部のところでバイアス電圧の印加に伴って生じる電界が集中しており、共通電極２の端縁部や緩衝用台座１３の側壁部のところに放射線が当たると検出器の故障（特に蓄積・読み出し用電気回路６用のＴＦＴ６Ｂの破壊）を引き起こすような不測の大電流が流れることがある。

そこで、実施例２の場合、コリメータ１５の開口部１５Ａを放射線が共通電極２の端縁部および緩衝用台座１３に当たらず、ちょうど放射線検出有効エリアＳＡに入射するように開設している。その結果、実施例２の検出器の場合、放射線が共通電極２の端縁部および緩衝用台座１３に当たらないので、電界が集中する共通電極２の端縁部および緩衝用台座１３に放射線が当たって検出器の故障を引き起こすような不測の大電流が流れることを防止できる。

実施例３に係る放射線検出器を図面を参照して説明する。図９は実施例３の検出器の要部構成を示す平面図、図１０は実施例３の検出器の共通電極の端縁部まわりを示す部分断面図である。

実施例３の検出器は、図９に示すように、緩衝用台座１３のあるところでは共通電極２の端縁部が台座用傾斜部１３Ａの表面を伝って緩衝用台座１３に乗り上げており、緩衝用台座１３以外のところでは、電極外側に向かって徐々に厚みが次第に増えるように構成された上り傾斜の電極用傾斜部１６が電気絶縁性の高分子材料で共通電極２の周縁に沿って形成されているとともに共通電極２の端縁部が電極用傾斜部１６に乗り上げている他は、実施例１の検出器と同一のものであるので、相違する点だけを説明し、共通する点の説明は省略する。

電極用傾斜部１６は、台座用傾斜部１３Ａと同様のエポキシ樹脂，ポリウレタン樹脂，アクリル樹脂等の硬質樹脂材料や、或いはシリコン樹脂や合成ゴム系のような軟質高分子材料によって形成されている。

このように、実施例３の検出器の場合、共通電極２の端縁部は電気絶縁性の緩衝用台座１３や電気絶縁性の高分子材料の電極用傾斜部１６に乗り上げていて、共通電極の端縁部での電界集中が緩和されるので、共通電極２の端縁部や緩衝用台座１３に放射線が入射した時に検出器の故障（特に蓄積・読み出し用電気回路６用のＴＦＴ６Ｂの破壊）を引き起こすような不測の大電流が流れるのを確実に防止することができる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）実施例１〜３の検出器は、２次元アレイタイプであったが、この発明の放射線検出器は、収集電極が１次元状マトリックス配列で形成されている１次元アレイタイプでもよいし、放射線検出信号取り出し用の電極が１個だけの非アレイタイプでもよい。

（２）実施例１〜３の検出器の場合、ゲートドライバ９と電荷電圧変換型増幅器１０およびマルチプレクサ１１に加えてＡ／Ｄ変換器１２が配備されていたが、ゲートドライバ９、電荷電圧変換型増幅器１０、マルチプレクサ１１およびＡ／Ｄ変換器１２の一部または全部が配備されていない他は、各実施例１〜３と同様の構成の検出器が、変形例として挙げられる。

（３）実施例１〜３の検出器の場合、共通電極２は緩衝用台座１３のところに部分的に張り出しているだけであったが、共通電極２は緩衝用台座１３の在るところだけでなく、緩衝用台座１３のないところにも張り出していて、例えば共通電極２が全周にわたって放射線検出有効エリアからリード線接続領域２Ａと並ぶ位置まで張り出している構成であってもよい。

（４）実施例２，３も、実施例１の変形例と同じように緩衝用台座１３と台座用傾斜部１３Ａとを少なくとも覆うように硬質樹脂材料を用いてオーバーコートすればよい。

実施例１の検出器の要部構成を示す平面図である。 実施例１の検出器の要部構成を示す断面図である。 実施例１の検出器のアクティブマトリックス基板まわりの電気回路を示すブロック図である。 実施例１の検出器のアクティブマトリックス基板の構成を示す模式的断面図である。 実施例１の検出器における１個の放射線検出ユニットの電気的等価回路図である。 実施例１に係る変形例の検出器の要部構成を示す平面図である。 実施例１に係る変形例の検出器の要部構成を示す断面図である。 実施例２の検出器の要部構成を示す断面図である。 実施例３の検出器の要部構成を示す平面図である。 実施例３の検出器の共通電極の端縁部まわりを示す部分断面図である。 従来の放射線検出器の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１ … 放射線感応型の半導体
２ … （バイアス電圧印加用の）共通電極
２Ａ … （共通電極における）リード線接続領域
３ … （バイアス電圧給電用の）リード線
４ … アクティブマトリックス基板
５ … 収集電極
６ … 蓄積・読み出し用電気回路
７ … キャリア選択性の中間層
１３ … 緩衝用台座
１３Ａ … 台座用傾斜部
１４ … 導電ペースト
１５ … コリメータ
１６ … 電極用傾斜部
ＳＡ … 放射線検出有効エリア

Claims (10)

1. 放射線の入射により電荷を生成する放射線感応型の半導体と、前記放射線感応型の半導体の表側へ面状に形成され、一部を外側に張り出させたリード線接続領域を有するバイアス電圧印加用の共通電極を備え、放射線感応型の半導体の表側には放射線検出有効エリアから外れた位置に電気絶縁性の緩衝用台座が設けられており、前記リード線接続領域が緩衝用台座の上の少なくとも一部を覆うかたちで形成されていて、バイアス電圧給電用のリード線が前記リード線接続領域に接続されていることを特徴とする放射線検出器。
2. 請求項１に記載の放射線検出器において、放射線検出有効エリア内に設定された１次元状ないし２次元状マトリックス配列で複数の収集電極が表面に形成されているとともに各収集電極で収集される電荷の蓄積・読み出し用電気回路が配設されているアクティブマトリックス基板を備えていて、アクティブマトリックス基板の収集電極の形成面側に放射線感応型の半導体が積層されている放射線検出器。
3. 請求項１または２に記載の放射線検出器において、バイアス電圧給電用のリード線と共通電極の接続が導電ペーストによってなされている放射線検出器。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出器において、放射線感応型の半導体と共通電極の間にキャリア選択性の中間層が形成されていて、キャリア選択性の中間層の上に緩衝用台座が設けられている放射線検出器。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の放射線検出器において、放射線感応型の半導体が、高純度アモルファスセレン（ａ−Ｓｅ），Ｎａのアルカリ金属やＣｌのハロゲンもしくはＡｓやＴｅをドープしたセレンおよびセレン化合物のアモルファス半導体，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＰｂＩ₂
   ，ＨｇＩ₂ ，ＴｌＢｒの非セレン系多結晶半導体のうちのいずれかである放射線検出器。
6. 請求項４に記載の放射線検出器において、キャリア選択性の中間層は、厚さが０．１μｍ〜１０μｍの範囲であり、Ｓｂ₂
   Ｓ₃ ，ＺｎＴｅ，ＣｅＯ₂ ，ＣｄＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＳの多結晶半導体，Ｎａのアルカリ金属やＣｌのハロゲンもしくはＡｓやＴｅをドープしたセレンおよびセレン化合物のアモルファス半導体のうちのいずれかである放射線検出器。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の放射線検出器において、緩衝用台座がエポキシ樹脂，ポリウレタン樹脂，アクリル樹脂の硬質樹脂材料を用いて形成されている放射線検出器。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の放射線検出器において、緩衝用台座の高さが０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲であり、緩衝用台座の側壁に台座外側に向かって厚みが次第に減るように構成された下り傾斜の台座用傾斜部が設けられていて、共通電極が放射線検出有効エリアから台座用傾斜部の表面を伝って緩衝用台座の上へ延びている放射線検出器。
9. 請求項８に記載の放射線検出器において、前記緩衝用台座と台座用傾斜部とを少なくとも覆うように硬質樹脂材料を用いてオーバーコートする放射線検出器。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の放射線検出器において、放射線が放射線検出有効エリアに入射する際に共通電極の端縁部および緩衝用台座に当たるのを避けるコリメータを備えている放射線検出器。
    

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