JPH01126583A - 放射線検出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ｌ！ＸＣ　Ｔ装置に使用される放射線検出素
子に関し、特に、放射線入射位置による検出感度のバラ
ツキが少く、高Ｓ／Ｎ比で検出感度が高く、実装が容易
な放射線検出素子に関する。

〔従来技術〕

従来、代表的なＸ１ＣＴ装置用固体検出素子としては、
シンチレータとフォトダイオードとを組み合わせたもの
がある。

また、フォトダイオードについては近年、非晶質材料の
応用研究の進歩により、例えば、″集積化アモルファス
Ｘ線センサー、醜　光晋、岡本博明、浜用圭弘、谷口正
克、前畑英彦、大工博之共著、応用物理学会誌、第５５
巻、１９８６年、第８２４頁〜８２９頁″に記載されて
いるように、フォトダイオードとして非晶質シリコンフ
ォトダイオードを用いることが可能になりつつある。

なお、この種の方法として関連するものには、例えば、
特開昭６２−７１８８１号、および特開昭６２−４３５
８５号が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、非晶質シリコン（以下ａ　−８ｉと
略す）フォトダイオードに関し、非晶質太陽電池の開発
や、ファクシミリ用−次元ラインセンサに用いる非晶質
フォトダイオードの開発で培われた技術を応用すること
ができる。

しかし、ｘＩＩＡＣＴ装置に使用される放射線検出素子
と、これらの技術分野で開発されたフォトダイオードと
は応用目的が異なるため、必ずしも最適ではない。

例えば、フォトダイオードの空乏層厚さについては、フ
ォトダイオードの構造がｐｉｎ構造の場合、空乏層厚さ
は１層膜厚により決まる。

さらに、この膜厚は光検出感度、つまり、検出信号電流
が最大となるように設定される。

一般に、短波長の光に対しては膜厚を薄くするに従って
光感度は高くなる。例えば、ＺｎＳ：ＮｉやＫｎＳ等、
発光波長が５００層ｍ〜６００ｎｍの範囲のシンチレー
タに対しては、ｐｉｎ構造フォトダイオードの１層膜厚
は０．５μｍ程度に設定さる。

一方、Ｘ１ＣＴ装置用検出素子として最も重要な性能は
、検出素子に起因するノイズがＸ、Ｗｔ量子ノイズに比
べて十分、小さいことである。

しかし、従来のａ−８ｉフオトダイオードの性能は、こ
の点に関して満足で□きるものではなかった。

本発明の目的は、このような問題点を改善し、Ｘ線ＣＴ
装置用検出素子として十分なノイズ特性を有する放射線
検出素子を提供することにある。

〔問題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の放射線検出素子は、
放射線を光に変換するシンチレータと、該シンチレータ
からの発光を電気信号に変換する非晶質シリコンフォト
ダイオード、および非晶質シリコンフォトダイオードが
発生する電気信号を検出する電子回路を備えた放射線検
出素子において、　ｐｉｎ構造の非晶質シリコンフォト
ダイオードでは、光感度とｉ層膜厚ｄの関係、および検
出素子ノイズとｉ層膜厚ｄの関係を測定し、それらの関
係から、最終的に得られる検出電気信号のＳ／Ｎ比が主
に入射放射線の量子ノイズに起因するように、従来より
もｉ層膜厚ｄを厚＜、２．６ｘｌ□”εＳ＜ｄ＜８．７
Ｘ１０−’εＳ（６εＳ（ε：ｉ層の誘電率。

Ｓ：非晶質シリコンフォトダイオードの面積）の範囲に
設定したことに特徴がある。

〔作用〕

本発明においては、ａ−８ｉ　　ｐｉｎフォトダイオー
ドのｉＷＪ膜厚ｄを設定する場合、光検知感度のｉ届膜
厚依存性と、検出素子ノイズの１層膜厚依存性とから、
検出系のＳ／Ｎ比を求め、その値に基づいてｉ層膜厚ｄ
を最適化する。

つまり、フォトダイオードの空乏層を厚くすることによ
り、検出信号ノイズは大幅に減少するため、空乏層を厚
くしたことにより、光検出電流が減少するにも拘らず、
検出信号のＳ／Ｎ比は大幅に向上する。

なお、従来は光検知感度の１層膜厚依存性のみを考慮し
て空乏層厚さを設定していた。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

第３図は、本発明の一実施例における放射腺検出回路の
構成図である。

本実施例の放射線検出回路は、放射線検出素子３１、お
よびオペアンプ３２を備え、放射線をシンチレータによ
り光に変換し、さらにａ−８ｉｐｉｎフオトダイオード
により電気信号に変換して、オペアンプ３２を介し、そ
の電圧信号を検出する。

また、ａ　−Ｓ　ｉ　　ｐｉｎフォトダイオードのｉ層
膜厚ｄについては、従来方法と異なり、光検知感度との
関係の他に、検出素子ノイズとの関係を考慮して設定し
ている。

まず、本実施例におけるこのａ　−Ｓ　ｉ　　ｐｉｎフ
ォトダイオードのｉ層膜厚ｄの設定方法について述べる
。

第１図は、本発明の一実施例における放射線検出素子の
ｉ層膜厚ｄと検出信号のＳ／Ｎ比との関係を示す説明図
、第４図はａ　−Ｓ　ｉ　　ｐｉｎフォトダイオードを
用いた場合の出力ノイズと入力容量との関係を示す説明
図、第５図はａ　−Ｓ　ｉ　　ｐｉｎフォトダイオード
を用いた場合の出力ノイズ電圧とｉ層膜厚ｄとの関係を
示す説明図、第６図はａ−５ｉ　　ｐｉｎフォトダイオ
ードを用いた場合の出力電圧とｉ層膜厚ｄとの関係を示
す説明図である。

一般に、検出信号のノイズ電圧ＶＮは、次の式％式％ 但し、ｖｘはＸ線量子ノイズ電圧、ｖｏは検出素子ノイ
ズ電圧である。

従って、検出信号電圧をｖ８とすると、次の式％式％ また、本実施例における放射線検出回路と同様に、オペ
アンプを含む検出回路により、放射線検出を行う場合、
検出信号電圧ＶＳは次の式で示される。

（３）ＶＢ＝ｉＢＲｇ＝ｅＸｐ　ｑ（ｄ）Ｒｚ但し、ｉ
Ｂは信号電流、Ｒ，はフィードバック抵抗、ｅは電気素
量、又は検出素子シンチレータのＸ線吸収量（Ｘ　−ｐ
ｈｏｔｏｎ数／素子・秒）、ｐは蛍光体のＸ線光子から
可視光子への変換量子効率、ｑ（ｄ）はａ−３ｉフオト
ダイオードの空乏層厚さｄに依存する光電変換量子効率
である。

すなわち、７日は空乏層厚さｄの関数であり、通常はＶ
８が最大となるようにｉ層膜厚ｄを設定している。なお
、ｐｉｎ構造フォトダイオードでは空乏層厚さｄは１層
膜厚にほぼ等しい。

また、シンチレータ発光波長の典型例として緑色光を選
び、緑色光に対するｖ６の測定を行った場合、第６図の
ような測定結果が得られる。

なお、この測定では、Ｇｄ２Ｏ，Ｓ　：　Ｐ　ｒ、Ｃｅ
。

Ｆシンチレータに１層膜厚０．３５μｍのａ−Ｓｉｐｉ
ｎフォトダイオードを密着した放射線検出部に、管電圧
１２０ｋＶのＸ線を１μＲ／１ｍｓで照射したときの出
力電流を、ナショナルセミコンダクタ社製オペアンプＬ
Ｆ３５６Ｈにフィードバック抵抗５ＭΩを接続した電流
・電圧変換回路の出力電圧として測定し、８ｍＶの出力
を得た。

また、ｉ！１１１厚０．６８ｐｍ、１．０μｍ、２．２
μｍ、および２．６μｍのＰＩＮフォトダイオードにつ
いても同様に出力電圧を測定し、第４図（０印、■印、
Δ印、Δ印、印）、および第６図（Ｏ印）に測定値を示
した。

従って、第６図より、ｄ〜０．５μｍで検出信号電圧ｖ
８が最大となることが示される。これはｉ５膜厚ｄが０
．５μｍ以上、厚くなると短波長光感度が低下するとい
う従来の知見と一致する。また。

現実に太陽電池用ａ　−Ｓ　ｉ　　ｐｉｎフォトダイオ
ードで用いられる１層膜厚（〜０．５μｍ）とも一致し
ている。

さらに、ノイズについて述べる。

まず、Ｘ線量子ノイズ電圧ｖＸについては、次の式で示
される。

（４）Ｖｘ＝Ｖ９ｖ’？τＴ 但し、ｔはＸ線照射時間である。

また、診断用ＸｍＣＴ装置では、例えば１プロファイル
データ当り、１ｍｓ間にＸ線管電圧１２０ｋＶのＸ線を
１ｍＲ照射する。このＸ線は人体腹部を透過すると、約
１／１０００に減衰する。

このため、検出素子に吸収されるＸ線数ｘｔは。

シンチレータのＸ線吸収率を０．９、シンチレータのＸ
線入射面積を２０ｍｍ”とすると。

（５）　１（ｍＲ）Ｘ２０（ｍｍ”）Ｘ６．６７Ｘ１０
”（Ｘ−ｐｈｏｔｏｎ／ｍＲ−ｍｍ”）×１０−３Ｘ　
０．９　＝　１．２　Ｘ　１０’（Ｘ　−ｐｈｏｔｏｎ
／素子）となる。

従って、（３）〜（５）式により、Ｘ線量子ノイズに起
因する（Ｓ／Ｎ）ｘは次の式で示す程度となる。

（６）（Ｓ／Ｎｈ＝Ｖ’Ｙτｔ＝１１０また、検出系の
ノイズについては、本実施例番こおける放射線検出回路
と同様に、Ｂ−８ｉフオトダイオードとオペアンプとか
ら構成された検出系では通常、電流性ノイズと電圧性ノ
イズとである。

しかし、ａ　−Ｓ　ｉフォトダイオードでは、材料自身
の抵抗が高く、リーク電流が例えば１０〜２０ｐＡと極
めて小さいため、電流性ノイズ番よ無視することができ
る。

一方、電圧性ノイズは主に抵抗性熱雑音、およびオペア
ンプのノイズである。

このオペアンプのノイズは、ａ−８ｉフオトダイオード
に付随する入力容量Ｃ１の増加とともしこ増える。なお
、第３図では入力容量Ｃｉは点線で示される。

また、ａ−５ｉフオトダイオードでは結晶Ｓｉフォトダ
イオードに比べて空乏層厚さｄが通常、０．３μｍ〜０
．７μｍと薄いため、一般に容量が大きくなる。

本実施例におけるＸ線ＣＴ装置用の放射線検出素子では
、システムの要求によりａ−Ｓｉフォトダイオード面積
は通常、２０〜３０ｆｆｆｉ２と大きいため、特に容量
が大きくなり、アンプノイズは著しく増倍される。

そこで、入力容量Ｃ，が大きい場合の容量とノイズの関
係を調べる。

まず、帰還抵抗Ｒ，から生じる抵抗性熱雑音ｅｉＲは次
の式で示される。

（７）６．Ｒ：　　　　　　・　。

但し、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、Ｂは帯域幅
である。

また、この出力換算ノイズｅａ。は、次の式で示される
。

（８）　　ｅ　ＯＲ＝　ｅ　ｌＲ／　（１＋　Ｓ　Ｃｚ
Ｒｒ）゛但し、Ｃ１は帰還容量、Ｓは周波数である。ま
た、このｅ。Ｒは入力容量Ｃｉに依存しない。

さらに、アンプノイズｅＱ□の出力換算ノイズをｅｏｎ
とすると、アンプノイズａｎ□の伝送特性ｅ。１／ｅ６
□は、次の式で示される。なお、市販の低雑音アンプで
はオペアンプのｅｎｉの値は５〜２０ｎＶ／（暇程度で
ある。

（９）　ｅｏｎ／　ｅｎ、＝　−（Ｋ＋１）Ｇ　（Ｓ）
／　（Ｋ＋１　＋Ｇ（Ｓ　））（１０）　Ｋ　＝　Ｓ　
Ｃ１Ｒｚ／　（１＋　Ｓ　Ｃ１Ｒｉ）／　（１＋　Ｓ　
ＣｆＲｒ）但し、ａ（Ｓ）はアンプの電圧利得、Ｒ１は
入力抵抗である。

また、検出素子ノイズ電圧Ｖ。は、（８）、（９）式で
与えられるｅ。ＴＩ、およびｅｏＲを用いて、次の式で
示すことができる。

（１１）Ｖａ＝　、ｅｏＲｓ＋　＊＋”””　　ｓ但し
、Ｓ工、およびＳ２は検出回路の周波数帯域の下限、お
よび上限である。

さらに、（９）、（１０）および（１１）式により、Ｖ
ＤはＣ□の関数であることがわかる。

また、本実施例と同様の検出回路において、例えばＲ，
＝５ＭΩ、Ｃ，＝４０ｐＦである場合、入力容量Ｃ□と
検出素子ノイズ電圧Ｖ、どの関係は測定値から第４図の
ように示される。

なお、この測定では、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ　：　Ｐｒ、Ｃｅ。

Ｆシンチレータに１層膜厚０．３５　μｍのａ−８ｉｐ
ｉｎフオトダイオードを密着した放射線検出部の出力信
号を、ナショナルセミコンダクタ社製オペアンプＬＥ３
５６Ｈにフィードバック抵抗５ＭΩを接続した電流・電
圧変換回路の出力電圧として検出した。

この結果、放射線を入射しないときの出力ノイズ電圧を
測定すると、３８０μＶｒｍｓであった。

また、１層膜厚１．０μｍのフォトダイオードを同様の
検出回路に接続した場合のノイズ電圧は。

３０　ｕ　Ｖｒｍｓであった。同様に、１層膜厚０．６
８ｐｍ、２．２μｍ、および２．６　μｍのＰＩＮフォ
トダイオードについても検出素子ノイズ電圧（出力ノイ
ズ）を測定して、０印、■印、Δ印、ム印、およびｖ印
で示した。

なお、この測定ではフォトダイオードへの印加電圧をＯ
ｖとしているが、逆バイアス電圧を１ｖまで印加しても
ノイズ電圧は増加しなかった。

この第４図より、ｖｏのＣＬ依存性については、Ｃｔ＝
　１５００　ｐ　Ｆ以上では、ｖｏｃ５ｃ、であること
がわかる。

一方、ＣＬについては、主にａ　−Ｓ　ｉ　　ｐｉｎフ
ォトダイオードの容量Ｃで決まり、それらの関係は次の
式で示される。

（１２）　ｃ、〜Ｃ＝εε。Ｓ／ｄ 但し、εはａ−Ｓｉの誘電率、ε。は真空誘電定数、Ｓ
はａ−８ｉフオトダイオードの面積、ｄは空乏層（ｉ層
）膜厚である。

なお、εは材料固有の値であり、ａ−８ｉ：Ｈでは１４
程度である。また、面積ＳはＣＴ両画像画素サイズやス
ライス厚さで決まる。

例えば、幅が約ＩＨｍ、スライス方向長さが２５ｍであ
れば、Ｓは２５圃２であり、この値は容易に変更できな
い。

この条件下で、ａ−８ｉｐｉｎフオトダイオードとして
従来、用いられている１層膜厚を適用すると、例えば０
．５μｍの厚さでは、容量Ｃは（］２）式より６２００
ｐＦと非常に大きくなり、検出素子ノイズ電圧ＶＤが極
めて大きくなる。

このため、従来は光検知感度が最高となるように設定し
ていたｉ層膜厚ｄを、検出素子ノイズを考慮して再設定
することが必要である。

先に述べたように、（１１）式より、ｖｆ）はＣ，の関
数であり、また、（１２）式より、Ｃｉは空乏層膜厚ｄ
の関数であるため、ＶＤはｄの関数であると言える。

従って、検出信号ノイズ電圧ｖＮが検出素子ノイズ電圧
Ｖ。のみに起因するならば、■８は次の式％式％ また、この場合の検出素子ノイズ電圧Ｖ　Ｏ（出力ノイ
ズ電圧）とｉ層膜厚ｄの関係は第５図に示される。

この第５図より、ｉ層膜厚ｄを大きくすると、検出素子
ノイズ電圧ＶＯが急激に減少することがわかる。特に、
Ｏ＜ｄ＜１μｍの範囲では、ｄが増加するとＶ。が急激
に減少する。

これらの測定結果から、本実施例では検出素子ノイズの
１層膜厚依存性が極めて大きいことを考慮し、従来、光
検知感度を最大とするように設定していたｉ層膜厚ｄに
ついて、検出系のＳ／Ｎを測定し、その値に基づいてｉ
層膜厚ｄを最適化する。

例えば、第４図に示された検出素子ノイズの１層膜厚依
存性、および第６図に示された光検知感度の１層膜厚依
存性から、放射線検出素子のＳ／Ｎ（（Ｓ／Ｎ）ｏ）を
算出し、第１図に０印で示す。

この第１図より、（Ｓ／Ｎ）。は１層膜厚ｄ〜１．７μ
ｍで最大となる。

すなわち、ｄ　＜１．７μｍではｄが大きくなるに従い
、ノイズが減少するため、（Ｓ／Ｎ）。は向上するが、
ｄ　＞１．７μｍではｄの増大に伴うノイズの減少効果
より、信号量の減少が著しく、（Ｓ／Ｎ）。は低下する
。

また、ｄ＜０．９μｍでは（Ｓ／Ｎ）Ｄは２２０以下に
低下し、０．９　ｕｎ＜ｄ＜３．０　μｍでは（Ｓ／Ｎ
）。は２２０以上の良好な値を示す。

特に、この範囲（０，９，ｕｎ＜ｄ＜３．０μｍ）では
Ｘ線量子ノイズの（Ｓ／Ｎ）Ｘに対して、検出系の（Ｓ
／Ｎ）ｏは約２倍以上大きいため、ＣＴ画像情報を殆ど
劣化することなく、電気信号に変換することができる。

また、１．２５　ｕｎ＜ｄ＜２．４５　ｔｔｍでは、Ｓ
／Ｎ比〜３００以上と極めて質の高い信号検出を行うこ
とができる。

これにより、従来の方法、つまり、光検知感度を最大に
するようにｉ層膜厚ｄを設定する方法では得られなかっ
た高いＳ／Ｎの信号を検出することができる。

さらに、検出系ノイズとＸ線量子ノイズとの関係につい
て述べる。

（１）式より、ｖＮ”＝Ｖ、”＋ｖ、”である。

ＸＩＣＴシステムとして検出信号ノイズ電圧Ｖ９がｘ１
１Ａ量子ノイズ電圧ＶＸの何倍まで許容されるかについ
ては、撮影部位や診断対象によって異なるが、通常ＶＮ
がＶ、の１．１倍程度までは許容できると考えられる。

例えば、ＶＮ≦１．ＩＶＸをシステムの要求仕様とする
と、ＶＤの要求仕様は、（１）式より、■。

≦ｏ、４ｅｖ、となる。

これにより１次の式が得られる。

（１４）　（Ｓ　／　Ｎ）ｏ≧（Ｓ／Ｎ）ｘ／　０．４
６　＝２．２（Ｓ／Ｎ）ｘ例えば、第１図の結果では、
（１４）式を満たす１層膜厚は、（Ｓ　／Ｎ）Ｘ＝　ｌ
’ｌ　Ｏのとき、（Ｓ／Ｎ）。

＝２２０であるため、０．９μｍ以上となる。

このように、本実施例におけるｉ層膜厚ｄの設定方法で
は、ＣＴ用放射線検出器において、最終的に得られる信
号のＳ／Ｎを、主に入射Ｘ線の量子ノイズに起因させる
ため、非晶質Ｓｉフォトダイオードの空乏層厚さを通常
の設定値に比べて厚い０．９μｍ〜３．０μｍに設定し
、検出器ノイズを小さくする。

さらに、本実施例では実際のＣＴ用検出器の使用条件に
より評価した結果を用いているが、利用状況の変更等に
おいては、本実施例に含まれる各パラメータを変更する
ことにより、最適な１層膜厚が得られる。

例えば、面積５ｍｍ２やεが異なる場合には、（１２）
式を考慮して要求仕様を求める。

この場合、　２．６　Ｘ　１０−３εＳ＜ｄ＜８．７Ｘ
１０−３εＳという要求仕様になる。

特に、３．６Ｘ１０−３ｔ　Ｓ＜ｄ＜７．ｌＸ１０−’
ｇＳでは、（Ｓ／Ｎ）。は極めて高くなり、ＣＴ面画像
画質はほぼ入射Ｘ線の量子ノイズのみ、つまり（Ｓ／Ｎ
ＩＸで決まるため、高画質のＣＴ面画像提供が可能であ
る。

第２図は、本発明の一実施例における放射線検出素子の
構成図である。

本実施例の放射線検出素子は、透明電極５４、ｐ型水素
化シリコン５５、ｉ型水素化シリコン５６、ｎ型水素化
シリコン５７．および電極５８をから構成されたａ　−
Ｓ　ｉ　　ｐｉｎフォトダイオード５９、透明膜５３、
シンチレータ５１、および光反射膜５２を備える。

このシンチレータ５１は、例えば熱間静水圧加厚法によ
り作成したＧｄ２Ｏ２Ｓ　：　Ｐｒ、Ｃｅ、Ｆであり、
厚さは１．５ｍｍ、　　Ｘ線受光面の大きさは１　、２
　ｒｍ　Ｘ　３０　ｒｒｍである。また、上面、および
下面は鏡面研磨を施されている。

下面には、蛍光を反射するための光反射膜５２として、
例えばＡｌ蒸着膜を形成する。なお、必要に応じてシン
チレータとＡ１蒸着膜の間に透明膜を配置することもで
きる。

また、上面には透明膜５３を配置する。この透明膜５３
には、例えばＳ　ｉｏ２、ＳｉＮ４．Ｔａ２０５等を用
い、厚さは１μｍとする。

さらに、この透明膜５３上にａ−８ｉフオトダイオード
５９を形成する。

すなわち、まず、工Ｔ○、ＳｎＯ，、ＳｎＯ，／ＩＴ０
２層膜等の透明電極５４を形成する。

次に、ｐ型、ｉ型、ｎ型の順に水素化非晶質シリコン５
５〜５７を形成する。なお、膜厚は２層０．０１ｐｍ、
ｉ層１．２μｍ、ｎＭｏ、０３ｐｍである。

さらに、ｎ層の上に電極５８としてＡｌ蒸着膜を形成す
る。なお、Ａ１蒸着膜の大きさは１　ｍｍ　Ｘ２５ｎｎ
＋とする。

また、電極５８の取り出しは透明電極とＡ１電極から行
い、出力信号は低雑音オペアンプを用いて電流・電圧変
換する。

なお、本実施例ではシンチレータの上にａ−５ｉフオト
ダイオード１素子を形成したが、必要に応じて、１シン
チレータ上に多素子のフォトダイオードを形成すること
もできる。

例えば、３０ｍｍＸ２０．８ｍｎ＋のシンチレータ上に
３０ｍｍ＋　１　、２ｍｍのフォトダイオードを１００
μｍの間隔で並列に１６チヤンネル形成することもでき
る。この場合、多素子がブロック化され、ＣＴ表装置の
実装が容易になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、シンチレータと非晶質シリコンフォト
ダイオード、および検出回路から構成されたＸ線ＣＴ装
置用の放射線検出素子において。

検出器のＳ／Ｎ比を高くすることができるにの結果、検
出信号のＳ−／Ｎ比がほぼ入射Ｘ線の量子ノイズによっ
てのみ決まるため、その検出素子を用いたＸ線ＣＴ装置
においては、入射Ｘ線の量子ノイズのみのＳ／Ｎ比をも
つ理想的なＣＴ両画像得ることができる。

さらに、ＸＩＣＴ装置に限らず、他の放射線検出装置に
も固体検出素子のＳ／Ｎ比向上向上方法て利用すること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における放射線検出素子のｉ
層膜厚ｄと検出信号のＳ／Ｎ比との関係を示す説明図、
第２図は本発明の一実施例における放射線検出素子の構
成図、第３図は本発明の一実施例における放射線検出回
路の構成図、第４図はａ　−Ｓ　ｉ　　ｐｉｎフォトダ
イオードを用いた場合の出力ノイズと入力容量との関係
を示す説明図、第５図はａ　−Ｓ　ｉ　　ｐｉｎフォト
ダイオードを用いた場合の出力ノイズ電圧とｉ層膜厚ｄ
との関係を示す説明図、第６図はａ　−Ｓ　ｉ　　ｐｉ
ｎフォトダイオードを用いた場合の出力電圧とｉ層膜厚
ｄとの関係を示す説明図である。 ３１：放射線検出素子、３２：オペアンプ（○Ｐ）。 ５１：シンチレータ、５２：光反射膜、５３：透明１１
ｉ、５４：透明電極、５５：ｐ型水素化シリコン、５６
：ｉ量水素化シリコン、５７：ｎ型水素化シリコン、５
８：電極、５９：ａ−８ｉ　　ｐｉｎフォトダイオード
＋　Ｃｒ　Ｃｉｔ　ｃ、　：容量＋ＲｉｙＲ１：抵抗、
Ｖｇ：検出信号電圧。 特許出願人　株式会社　日立製作所 筒　　　１　　　図 １層膜厚ｄ（μｍ） 第　　３　　図 ｆ 第　　　２　　　図 第　　　４　　　図 入力容量（ｐＦ） 第５図 第　　　６　　　図 １層膜厚ｄ（μｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、放射線を光に変換するシンチレータと、該シンチレ
   ータからの発光を電気信号に変換する非晶質シリコンフ
   ォトダイオード、および該非晶質シリコンフォトダイオ
   ードが発生する電気信号を検出する電子回路を備えた放
   射線検出素子において、上記非晶質シリコンフォトダイ
   オードには、光検知感度との関係、および検出素子ノイ
   ズとの関係により、上記検出電気信号のＳ／Ｎ比が主に
   入射放射線の量子ノイズに起因するように設定した空乏
   層厚さを備えたことを特徴とする放射線検出素子。 ２、上記非晶質シリコンフォトダイオードは、ｐｉｎ構
   造を有することを特徴とする上記特許請求範囲第１項記
   載の放射線検出素子。 ３、上記非晶質シリコンフォトダイオードのｉ層膜厚ｄ
   は、２．６×１０＾−＾３εＳ≦ｄ≦８．７×１０＾−
   ＾３εＳ（ε：ｉ層の誘電率、Ｓ：非晶質シリコンフォ
   トダイオードの面積）であることを特徴とする上記特許
   請求範囲第２項記載の放射線検出素子。 ４、上記非晶質シリコンフォトダイオードのｉ層膜厚ｄ
   は、３．６×１０＾−＾３εＳ≦ｄ≦７．１×１０＾−
   ＾３εＳ（ε：ｉ層の誘電率、Ｓ：非晶質シリコンフォ
   トダイオードの面積）であることを特徴とする上記特許
   請求範囲第２項記載の放射線検出素子。 ５、上記非晶質シリコンフォトダイオードは、シンチレ
   ータ基板上に直接形成されたことを特徴とする上記特許
   請求範囲第１項記載の放射線検出素子。 ６、上記シンチレータは、熱間静水圧加圧法により形成
   されたＧｄ＿２Ｏ＿２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ、Ｆシンチレータ
   であることを特徴とする上記特許請求範囲第５項記載の
   放射線検出素子。