JPH02129583A - 放射線検出器 - Google Patents
放射線検出器Info
- Publication number
- JPH02129583A JPH02129583A JP63284514A JP28451488A JPH02129583A JP H02129583 A JPH02129583 A JP H02129583A JP 63284514 A JP63284514 A JP 63284514A JP 28451488 A JP28451488 A JP 28451488A JP H02129583 A JPH02129583 A JP H02129583A
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- JP
- Japan
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- radiation
- semiconductor
- common electrode
- radiation detector
- electrodes
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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。
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、放射線エネルギースペクトル分析をするため
の微小放射線検出器及び診断用X線撮影装置、非破壊検
査装置に用いられる放射線検出器に関するものである。
の微小放射線検出器及び診断用X線撮影装置、非破壊検
査装置に用いられる放射線検出器に関するものである。
従来の技術
第13図に従来の全空乏層型半導体放射線検出器の構造
を示す。すなわち、従来の放射線検出器は、半導体1の
平行する2平面上に分割電極2及び共通電極3を設け、
放射線4により半導体1中で生じた電荷を電極2.3間
に電圧を印加して取り出す。電荷の移動により生じる電
流は、Ramoの定理として知られるように、第1式の
ようになる。
を示す。すなわち、従来の放射線検出器は、半導体1の
平行する2平面上に分割電極2及び共通電極3を設け、
放射線4により半導体1中で生じた電荷を電極2.3間
に電圧を印加して取り出す。電荷の移動により生じる電
流は、Ramoの定理として知られるように、第1式の
ようになる。
i=q*dx/dt
(1) q:発生した電荷量
dx/dt:電荷の移動速度
放射線のエネルギー分析を行うためには、従来は(1)
式の電流iを積分し、発生した電荷量を測定する。この
関係を(2)に示す。
式の電流iを積分し、発生した電荷量を測定する。この
関係を(2)に示す。
Q= 1dt
(2) 即ち、検出器が出力する電子及び正孔による電
流を、外部測定器の積分回路を用いて電荷量に変換して
測定する。
流を、外部測定器の積分回路を用いて電荷量に変換して
測定する。
発明が解決しようとする課題
積分回路を用いた外部測定器を使用した場合、検出器に
入射する放射線光子数が少ないときは、出力パルス波高
は入射放射線光子のエネルギーに比例するが、入射放射
線光子の数が増加し、積分回路の時定数より短い入射レ
ートでは数え落しを生じる。
入射する放射線光子数が少ないときは、出力パルス波高
は入射放射線光子のエネルギーに比例するが、入射放射
線光子の数が増加し、積分回路の時定数より短い入射レ
ートでは数え落しを生じる。
この問題を除くために、積分回路を使用せず、高速電流
増幅器を使用した場合には、次のような問題を生じる。
増幅器を使用した場合には、次のような問題を生じる。
Si、Geのように移動度即ち一定電界中での電荷の移
動速度が同程度の場合はよいが、GaAs、 CdTe
、 Hg12のように化合物半導体材料で、電子とホー
ルの移動度が異なるような場合、いずれかの電荷による
電流を測定しようとすると、電荷の収集電極近傍で発生
した電荷は、電荷の移動時間が非常に短くなり、電流パ
ルスとして増幅器を通過すると、ゲインが非常に小さく
なってしまう。すなわち、増幅器を通過した電流パルス
のパルス波高値は電荷の発生位置に依存する。
動速度が同程度の場合はよいが、GaAs、 CdTe
、 Hg12のように化合物半導体材料で、電子とホー
ルの移動度が異なるような場合、いずれかの電荷による
電流を測定しようとすると、電荷の収集電極近傍で発生
した電荷は、電荷の移動時間が非常に短くなり、電流パ
ルスとして増幅器を通過すると、ゲインが非常に小さく
なってしまう。すなわち、増幅器を通過した電流パルス
のパルス波高値は電荷の発生位置に依存する。
さらに、画電極を放射線の入射方向に対して平行に配置
した場合は、センサの実装が容易でなくなる。
した場合は、センサの実装が容易でなくなる。
課題を解決するための手段
上記問題を解決するためには、検出器に入射する放射線
により発生する電荷の発生位置にかかわらず、電極に到
達するまでに適当な時間走行するように電極を配置すれ
ばよい。そこで本発明の放射線検出器は、半導体の一つ
の平面上に共通電極と平行にかつ適当な距離はなして分
割電極を配置し、共通電極と分割電極間を放射線に有感
な領域として使用する。
により発生する電荷の発生位置にかかわらず、電極に到
達するまでに適当な時間走行するように電極を配置すれ
ばよい。そこで本発明の放射線検出器は、半導体の一つ
の平面上に共通電極と平行にかつ適当な距離はなして分
割電極を配置し、共通電極と分割電極間を放射線に有感
な領域として使用する。
作用
上記構成により、半導体の同一平面内に画電極を配置し
、電極間を有感部分として使用することにより、高計数
レートの入射放射線に対しても、放射線のエネルギー情
報を損なうことなく測定が可能となる。また、同一平面
内に画電極を有することから、多チャンネル検出器とし
て、実装上非常に容易となる。
、電極間を有感部分として使用することにより、高計数
レートの入射放射線に対しても、放射線のエネルギー情
報を損なうことなく測定が可能となる。また、同一平面
内に画電極を有することから、多チャンネル検出器とし
て、実装上非常に容易となる。
さらには、半導体の平行するもう一方の平面上に対称に
画電極を配置することにより入射放射線の入射深さ方向
の情報を得ることが可能となる。
画電極を配置することにより入射放射線の入射深さ方向
の情報を得ることが可能となる。
以下、本発明の放射線検出器の実施例について図面を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
実施例
(実施例1)
第1図は本発明の一実施例の放射線検出器の基本構成を
示す図である。半導体結晶1の1つの平面上に共通電極
2と分割電極3をつける。半導体1を全空乏層として使
用するために、画電極2.3としてオーミック性電極を
形成する。例えば半導体1としてCdTeを使用する場
合は、PtまたはAu電極を形成すればよい。この電極
を形成した平面に垂直方向から放射線4を入射する。
示す図である。半導体結晶1の1つの平面上に共通電極
2と分割電極3をつける。半導体1を全空乏層として使
用するために、画電極2.3としてオーミック性電極を
形成する。例えば半導体1としてCdTeを使用する場
合は、PtまたはAu電極を形成すればよい。この電極
を形成した平面に垂直方向から放射線4を入射する。
第1図に示した放射線検出器の断面図を第2図に示す。
第2図中破線は画電極2.3間に電圧を印加したときの
電気力線を示す。図に示すように、電気力線は放射線入
射面に平行に走る。画電極2.3間に入射した放射線4
により発生した電荷は、電気力線にしたがって画電極に
走行する。このような構造であれば、放射線の入射深さ
に依存しない信号を得ることができる。
電気力線を示す。図に示すように、電気力線は放射線入
射面に平行に走る。画電極2.3間に入射した放射線4
により発生した電荷は、電気力線にしたがって画電極に
走行する。このような構造であれば、放射線の入射深さ
に依存しない信号を得ることができる。
第3図に本実施例の放射線検出器を電極側からみた平面
図を示す。電気力線は共通電極に直角方向に走るので、
チャンネル間の分離は図中破線で示すようになる。
図を示す。電気力線は共通電極に直角方向に走るので、
チャンネル間の分離は図中破線で示すようになる。
さらに、電極2.3間の電界の分布を対称にするには、
第4図に示すように共通電極に切れ込みを入れることに
より解消できる。
第4図に示すように共通電極に切れ込みを入れることに
より解消できる。
また、本発明の構造は、特に半導体を全空乏層として使
用する場合は、電極間の表面状態が重要となる。水分、
コンタミネーシ日ソから半導体表面を保護するために、
第5図に示すように、例えば5102等の感応素子の表
面に形成された電極間にパッジベージロンM5を形成す
る。ここで重要なことは、電極に形成されていない平面
上にも電界がかかるため、電極側と対称なバッジベージ
ロン膜の形成が重要である。
用する場合は、電極間の表面状態が重要となる。水分、
コンタミネーシ日ソから半導体表面を保護するために、
第5図に示すように、例えば5102等の感応素子の表
面に形成された電極間にパッジベージロンM5を形成す
る。ここで重要なことは、電極に形成されていない平面
上にも電界がかかるため、電極側と対称なバッジベージ
ロン膜の形成が重要である。
(実施例2)
第8図に本発明の他の実施例を示す。半導体の同一平面
に共通電極2を中心に、両側に分割電極を形成したもの
である。さらに、第7図に示すように、両側に形成する
分割電極を互いに2分の1ピッチずらして形成するこ七
により検出器の性能である感度を下げることなく空間分
解能を上げることができる。
に共通電極2を中心に、両側に分割電極を形成したもの
である。さらに、第7図に示すように、両側に形成する
分割電極を互いに2分の1ピッチずらして形成するこ七
により検出器の性能である感度を下げることなく空間分
解能を上げることができる。
また半導体材料のτ(電荷の平均寿命)が小さい材料を
使用する場合、電荷の走行中に電荷の消滅が生じるため
、電荷の走行距離すなわち電極間距離を多く取ることが
できない。そこで第8図に示すように、半導体1の同一
平面上に分割電極2を形成し、両側に共通電極を形成す
る。この構成により、各チャンネルの検出感度を落とす
ことなく電極間距離を小さくすることができる。
使用する場合、電荷の走行中に電荷の消滅が生じるため
、電荷の走行距離すなわち電極間距離を多く取ることが
できない。そこで第8図に示すように、半導体1の同一
平面上に分割電極2を形成し、両側に共通電極を形成す
る。この構成により、各チャンネルの検出感度を落とす
ことなく電極間距離を小さくすることができる。
(実施例3)
第9図に本発明の他の実施例を示す。半導体1−の平行
する2平面の1方の平面に、共通電極21と分割電極
31を形成し、もう1方の平面上に対称に同じ形状の共
通電極22と分割電極32を形成する。共通電極と分割
電極に図に示すようにそれぞれ電圧を印加すると、図に
破線で示すように電気力線が走り、図中半導体1の中心
線(−点鎖線)を境にして上下対称な電界の分布となる
。
する2平面の1方の平面に、共通電極21と分割電極
31を形成し、もう1方の平面上に対称に同じ形状の共
通電極22と分割電極32を形成する。共通電極と分割
電極に図に示すようにそれぞれ電圧を印加すると、図に
破線で示すように電気力線が走り、図中半導体1の中心
線(−点鎖線)を境にして上下対称な電界の分布となる
。
一方の面から放射線が入射すると、低いエネルギーの放
射線41は入射面の近傍で多く吸収される。すると発生
した電荷は電気力線に沿って移動する。従って低いエネ
ルギーの多くは分割電極31から電流パルスとして検出
される。また高いエネルギーの放射線42は半導体1に
全体にわったって吸収されるため、分割電極31、分割
電極32の両方から電流パルスとして検出される。
射線41は入射面の近傍で多く吸収される。すると発生
した電荷は電気力線に沿って移動する。従って低いエネ
ルギーの多くは分割電極31から電流パルスとして検出
される。また高いエネルギーの放射線42は半導体1に
全体にわったって吸収されるため、分割電極31、分割
電極32の両方から電流パルスとして検出される。
このようにして、半導体材料の吸収係数と厚さを考慮す
ることにより、特定のエネルギーで分割した、エネルギ
ー弁別機能を有する検出器を得ることが可能となる。
(実施例4) 次に、よりエネルギー分解能を向上する方法についての
べる。放射線の入射位置と発生した電荷の走行の模式図
を第10図に示す。電極間隔をW。
ることにより、特定のエネルギーで分割した、エネルギ
ー弁別機能を有する検出器を得ることが可能となる。
(実施例4) 次に、よりエネルギー分解能を向上する方法についての
べる。放射線の入射位置と発生した電荷の走行の模式図
を第10図に示す。電極間隔をW。
共通電極に負電圧を、分割電極に正電圧を印加し、電極
間隔をW、共通電極から放射線の入射位置をXとすると
、発生した電子とホールは図のように走行する。半導体
材料が化合物半導体の場合は、電子とホールの移動度が
異なる。その電流波形は(1)式を変形すると次のよう
になる。
間隔をW、共通電極から放射線の入射位置をXとすると
、発生した電子とホールは図のように走行する。半導体
材料が化合物半導体の場合は、電子とホールの移動度が
異なる。その電流波形は(1)式を変形すると次のよう
になる。
i=Q*dx/dt
=q*μ*E (3)
μ:移動度
E=電界強度
この電流波形を電荷の発生位置との関係で示した図が第
11図である。一般的に電子の移動度はホールに対して
大きいので、電子による電流値がホールによる電流値よ
り大きい。X−Wの時の波形を同図(a)、X = 1
/2Wの波形を同図(b)、 X〜0の時の波形を同
図(C)に示す。第11図から分かるように、電流波形
は電子による波形が支配的である。電子の走行時間Te
は(4)式のようになる。
11図である。一般的に電子の移動度はホールに対して
大きいので、電子による電流値がホールによる電流値よ
り大きい。X−Wの時の波形を同図(a)、X = 1
/2Wの波形を同図(b)、 X〜0の時の波形を同
図(C)に示す。第11図から分かるように、電流波形
は電子による波形が支配的である。電子の走行時間Te
は(4)式のようになる。
Te= (W−X)/Il*E (4)Teが
小さい場合、電流パルス観測は、検出器の外部に接続す
る電流増幅器の周波数特性により制限される。 第1
2図に電流増幅器の周波数特性と出力電流波形を示す。
小さい場合、電流パルス観測は、検出器の外部に接続す
る電流増幅器の周波数特性により制限される。 第1
2図に電流増幅器の周波数特性と出力電流波形を示す。
第12図において(a)は電流増幅器の周波数特性を示
し、fcは電流増幅器のカットオフ周波数である。Te
が非常に小さく、T e < 1 / f cの場合は
第12図中(b)に示すように、増幅器からの出力パル
ス波形は増幅器のゲインよりは小さくなる。しかし、T
eがより大きく、Te≧1/fcの場合は、増幅器から
の出力波形は(c)、 (d)に示すように、パルス
波高値が一定となる。この条件を(4)式を使用して書
き直すと、 (5)式のようになる。
し、fcは電流増幅器のカットオフ周波数である。Te
が非常に小さく、T e < 1 / f cの場合は
第12図中(b)に示すように、増幅器からの出力パル
ス波形は増幅器のゲインよりは小さくなる。しかし、T
eがより大きく、Te≧1/fcの場合は、増幅器から
の出力波形は(c)、 (d)に示すように、パルス
波高値が一定となる。この条件を(4)式を使用して書
き直すと、 (5)式のようになる。
W−X≧μ*E/re (5)具体的な数値
を代入して計算すると、半導体材料としてCdTeを使
用し、電子の移動度をμ: 1100G(C” /VS
ec ) 、電界強度をE = 1000 (V/Cm
)、1 / fc = 10−”Secを(5)式に代
入すると、W−X=O、I Cmとなる。すなはち、放
射線により発生した電子が少なくともW−X:0.IC
m以上走行するように放射線の入射を制限すればよい。
を代入して計算すると、半導体材料としてCdTeを使
用し、電子の移動度をμ: 1100G(C” /VS
ec ) 、電界強度をE = 1000 (V/Cm
)、1 / fc = 10−”Secを(5)式に代
入すると、W−X=O、I Cmとなる。すなはち、放
射線により発生した電子が少なくともW−X:0.IC
m以上走行するように放射線の入射を制限すればよい。
放射線の入射制限方法を第13図に示す。分割電極側に
分割電極からW−Xの距離に放射線遮蔽物6を設ければ
よい。さらに効果を高めるには、共通電極側にも電気力
線の歪みのある部分上にも放射線遮蔽物を設けることに
より、より効果を大きくできる。
分割電極からW−Xの距離に放射線遮蔽物6を設ければ
よい。さらに効果を高めるには、共通電極側にも電気力
線の歪みのある部分上にも放射線遮蔽物を設けることに
より、より効果を大きくできる。
発明の効果
本発明によれば、化合物半導体のように電荷の移動度が
異なる材料を用いた放射線センサを使用して、電流増幅
器をもちいて高パルスレートの放射線光子の高速測定を
行う際に、電荷の移動距離を長くすることにより電荷の
発生位置に依存しない電流パルス波高を得ることができ
る。即ち、入射放射線のエネルギー情報を失うことなく
、高速パルス計測を行うことができる。さらに、電流増
幅器の周波数帯域を考慮して検出器上に放射線窓を配置
することによりより効果を高めることができる。
異なる材料を用いた放射線センサを使用して、電流増幅
器をもちいて高パルスレートの放射線光子の高速測定を
行う際に、電荷の移動距離を長くすることにより電荷の
発生位置に依存しない電流パルス波高を得ることができ
る。即ち、入射放射線のエネルギー情報を失うことなく
、高速パルス計測を行うことができる。さらに、電流増
幅器の周波数帯域を考慮して検出器上に放射線窓を配置
することによりより効果を高めることができる。
第1図は本発明の第1の実施例の放射線検出器の斜視図
、第2図は同放射線検出器の断面図、第3図は同放射線
検出器の平面図、第4図は同放射線検出器の共通電極の
形状の一例を示す平面図、第5図は電極間に設ける保護
膜を示す放射線検出器の断面図、第6図、第7図及び第
8図は第2の実施例の放射線検出器の構成を示す図、第
9図は半導体の両面に対称に電極を設けた第3の実施例
の放射線検出器の断面図、第10図及び第11図は放射
線の入射位置と出力電流の関係を説明するための断面図
及び波形図、第12図は電流増幅器の周波数特性と電流
パルス波形を示す波形図、第13図は検出器に放射線入
射窓を設けた第4の実施例の放射線検出器の断面図、第
14図は従来の放射線検出器の断面図である。 1・・・半導体、2・・・共通電極、3・・・分割電極
、4・・・放射線。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ばか1名112図 !−・−手4体 高 区 ? 臨 図 第 図 ! 第 図 乙 2・−4遣を極 3・−分割を楓 臨 図 ! 第 図 第 図 5°°−ノマッシベーシ1ン侠 第11図 吟 間 第12図 マ 玖数 時 間
、第2図は同放射線検出器の断面図、第3図は同放射線
検出器の平面図、第4図は同放射線検出器の共通電極の
形状の一例を示す平面図、第5図は電極間に設ける保護
膜を示す放射線検出器の断面図、第6図、第7図及び第
8図は第2の実施例の放射線検出器の構成を示す図、第
9図は半導体の両面に対称に電極を設けた第3の実施例
の放射線検出器の断面図、第10図及び第11図は放射
線の入射位置と出力電流の関係を説明するための断面図
及び波形図、第12図は電流増幅器の周波数特性と電流
パルス波形を示す波形図、第13図は検出器に放射線入
射窓を設けた第4の実施例の放射線検出器の断面図、第
14図は従来の放射線検出器の断面図である。 1・・・半導体、2・・・共通電極、3・・・分割電極
、4・・・放射線。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ばか1名112図 !−・−手4体 高 区 ? 臨 図 第 図 ! 第 図 乙 2・−4遣を極 3・−分割を楓 臨 図 ! 第 図 第 図 5°°−ノマッシベーシ1ン侠 第11図 吟 間 第12図 マ 玖数 時 間
Claims (8)
- (1)放射線光子のエネルギーに対応した電気パルス信
号を出力する半導体放射線検出器であって、入射放射線
光子に感応する半導体の同一平面内に共通電極と分割電
極を設けたことを特徴とする放射線検出器。 - (2)半導体放射線検出器が全空乏層型であって、共通
電極に電圧を印加し、分割電極から電気信号を取り出す
ことを特徴とした請求項(1)に記載の放射線検出器。 - (3)共通電極と分割電極とを、電極間距離を一定に保
ち、且つ直線的に配置したことを特徴とする請求項(1
)に記載の放射線検出器。 - (4)半導体の一平面のほぼ中央に配設した共通電極の
両側に分割電極を配置し、両側に配置した分割電極を平
行または2分の1ピッチずらして配置したことを特徴と
する請求項(1)、(2)、もしくは(3)に記載の放
射線検出器。 - (5)共通電極の両側に分割電極を配置し、共通電極と
一方の分割電極間の放射線有感部分に入射する放射線の
一部を制限するために、放射線入射側を原子番号の高い
材料で覆ったことを特徴とする請求項(4)に記載の放
射線検出器。 - (6)半導体の平行する2つの平面に、対称に共通電極
と分割電極を設けたことを特徴とする請求項(1)記載
の放射線検出器。 - (7)放射線に感応する半導体の一平面に形成した共通
電極と分割電極間の半導体表面及びもう一方の面の半導
体表面をパッシベーション膜で覆ったことを特徴とする
放射線検出器。 - (8)放射線に感応する半導体の一平面に共通電極と分
割電極を有する放射線検出素子と、高速電流増幅器から
なり、放射線により発生した電荷の内電子またはホール
の走行時間が高速電流増幅器のカットオフ周波数の逆数
時間以上長くなるように、放射線入射側に窓を設けて放
射線有感部分に制限を設けたことを特徴とする放射線検
出器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63284514A JPH06105302B2 (ja) | 1988-11-10 | 1988-11-10 | 放射線検出器 |
| US07/435,219 US5111052A (en) | 1988-11-10 | 1989-11-09 | Radiation sensor and a radiation detecting apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63284514A JPH06105302B2 (ja) | 1988-11-10 | 1988-11-10 | 放射線検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02129583A true JPH02129583A (ja) | 1990-05-17 |
| JPH06105302B2 JPH06105302B2 (ja) | 1994-12-21 |
Family
ID=17679484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63284514A Expired - Fee Related JPH06105302B2 (ja) | 1988-11-10 | 1988-11-10 | 放射線検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06105302B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005049144A (ja) * | 2003-07-30 | 2005-02-24 | Toshiba Corp | 放射線計測方法 |
| JP2014235167A (ja) * | 2013-05-31 | 2014-12-15 | オックスフォード インストゥルメンツ アナリティカル オーワイOxford Instruments Analytical Oy | 放射線シールドを有する半導体検出器 |
-
1988
- 1988-11-10 JP JP63284514A patent/JPH06105302B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005049144A (ja) * | 2003-07-30 | 2005-02-24 | Toshiba Corp | 放射線計測方法 |
| JP2014235167A (ja) * | 2013-05-31 | 2014-12-15 | オックスフォード インストゥルメンツ アナリティカル オーワイOxford Instruments Analytical Oy | 放射線シールドを有する半導体検出器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06105302B2 (ja) | 1994-12-21 |
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