JPH0252995B2

JPH0252995B2 -

Info

Publication number: JPH0252995B2
Application number: JP57230153A
Authority: JP
Inventors: Shotaro Oka; Ryoichi Sawada
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1982-12-29
Filing date: 1982-12-29
Publication date: 1990-11-15
Also published as: JPS59122988A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、放射線計測素子に関する。さらに
詳しくは、放射線エネルギーを効率良くかつ高空
間分解能で検知でき、さらに集積化、小形化、軽
量化及びハイブリツド化された放射線計測素子に
関する。

近年、CT等の放射線を用いた医療機器や各種
放射線測定機器の技術の進歩に伴ない、放射線の
強度分布の測定が重要な課題となつている。かよ
うな放射線の強度分布の測定器としては多数の区
画構成された電離箱を組み合せて各区画ごとの放
射線強度を測定するものが知られているが、これ
らは振動に弱くさらにその構造が複雑でかつ重
く、取扱い上や製造上不利であつた。

従つて、より小型化、軽量化された分布測定し
うる放射線計測素子が望まれていた。

この点に関し、この発明の発明者らは半導体光
検出素子に注目した。半導体光検出素子は従来可
視光の検出素子として知られているが、放射線に
対しても若干の感度を有する。そしてその感応部
分は、半導体光検出素子作製の際に容易にアレー
状に分画形成できるため、強度分布の測定器とし
ては適切なものと考えられる。しかしながら、か
ようなアレー型の半導体光検出素子を用いた場合
に得られる放射線測定感度はやはり不充分なもの
であつた。

さらに、上記アレー型半導体光検出素子の測定
感度を向上させるために、その放射線入射面に、
通常のシンチレーシヨンカウンターで用いられる
ような螢光体（シンチレータ）層を接着剤で接合
させて放射線の一部又は大部分を半導体光検出素
子の感度良好な可視光に変換し、測定感度を上昇
させることも考えられる。しかしこのようにアレ
ー型半導体光検出素子にシンチレータを単に組合
せた場合には、シンチレータからの変換された可
視光はクロストーキング現象（入射した放射線の
入射方向から側方に変換可視光が分散される）に
よつて、入射位置に対応するフオトダイオードの
感応部分に効率良く入射せず、結局強度分布の測
定においては不鮮明となり実用に供し得ないもの
であつた。また、この点を改善するためシンチレ
ータ層に多数の区画板（例えば、重金属板等）を
入れてクロストーキング現象を防ぐことも考えら
れるが、形成する区画板自体の幅の薄さにも限度
があり、デツドスペースが多く分解能が若干上昇
しても全体としての検知効率は不充分であるし、
第一、製作上困難を極め、実用に供し得ないもの
である。

この発明はかような従来の問題点を解消すべく
なされたものである。この発明の発明者らは、ア
レー型半導体光検出素子に、微細針状区画構造を
有するシンチレータ薄層を形成できる事実を見出
し、さらにこのようなシンチレータ薄膜を用いた
ものは区画板等を用いることなく分解能が顕著に
改善され、さらに放射線計測素子の小型化、軽量
化が可能となる事実を見出しこの発明に到達し
た。

かくしてこの発明によれば、ｐ型（又はｎ型）
半導体基体の表面に複数のｎ型（又はｐ型）半導
体領域を分画形成してなるアレー型半導体光検知
素子の上に、電磁波透過性膜を介して、略垂直状
にのびる多数の微細針状区画構造を有するシンチ
レータ膜を密着形成してなることを特徴とする放
射線計測素子が提供される。

この発明の最も特徴とする点は、アレー型半導
体光検出素子と特定の構造を有するシンチレータ
膜とを組合せたことにある。上記特定の構造、す
なわち略垂直状にのびる多数の微細針状区画構造
を有するシンチレータ膜は、Ｘ線像強管等の高品
質テレビジヨン受像管における発光スクリーンと
して用いられることは知られている（特公昭55−
19029号公報参照）が、この発明のごとき半導体
素子に直接組合せたことはそれ自身新規なものと
いえる。

以下、添付図面に従いこの発明の放射線計測素
子について詳述する。

第１図は、この発明の具体例である放射線計測
素子１を示す模式的構成説明図である。図におい
て、この発明の放射線計測素子１は、ｐ型半導体
基体２の表面にリン、ヒ素等のドーピングにより
４つのｎ型半導体領域３を分画形成してなるアレ
ー型半導体光検出素子、たとえばフオトダイオー
ドの上に、放射線及び可視光を良好に透過する厚
み約0.1μmのSiO₂蒸着膜４を介して、厚み約
160μmのCsI（Tl）からなるシンチレータ膜５を
密着形成してなり、さらにシンチレータ膜５の外
面を保護すべく、かつ内部発生螢光を反射すべく
全体が、アルミニウム蒸着保護膜６によつて被覆
されてなる。そして、上記シンチレータ膜５は、
アレー型半導体光検出素子に対して略垂直状にの
びる多数の微細針状区画５１が集積されたCsI
（Tl）結晶から構成されてなる。なおアレー型半
導体光検出素子の各ｎ型半導体領域はそれぞれ放
射線計測の別チヤンネルと機能すべく構成されて
おり指示計器に接続されている。

上記構成の放射線計測素子１において、矢印の
方向に進むＸ構等の放射線は、保護膜６を透過し
て内部に入射する。この際、放射線の一部はシン
チレータ膜５を通過してアレー型フオトダイオー
ドに入射し、他の一部はシンチレータ膜５内でシ
ンチレーシヨンによつて可視光に変換されアレー
型半導体光検出素子に入射するため、アレー型半
導体光検出素子においては放射線及び変換可視光
の両方について検知することとなる。従つて、シ
ンチレータ膜を有していないものに比して検知効
率は改善されている。

さらにシンチレータ膜５は、略垂直状にのびる
多数の微細針状区画５１からなるため、シンチレ
ーシヨンによつて生ずる可視光は、第２図に示す
ごとくその区画内で反射されつつ入射方向に対応
する半導体光検出素子の感応部分（例えば、ｎ型
半導体領域）に効率良く導びかれ、クロストーキ
ング現象を生ずることもない。従つて、フオトダ
イオードの感応部分間の干渉もほとんど生じるこ
となく分解能の優れた放射線強度の分布が測定さ
れることとなる。

この発明における上記アレー型半導体光検出素
子としてはpn接合型のものを用いたがPIN接合
型でも、金属−半導体接触を利用したいわゆる表
面障壁型のものでもよい。半導体もシリコンに限
らず、ゲルマニウム、各種の化合物半導体等の他
の材料を使用してもよい。これらのうち、基盤の
不純物濃度をできるだけ少なくし、pn接合付近
に生じる空乏層をできるだけ良くするものが好ま
しい。

上記アレー型半導体光検出素子の上にシンチレ
ータ膜が密着形成される。

この発明のシンチレータ膜の材質としては、通
常のシンチレーシヨンカウンターに用いられる無
機シンチレータ、例えば、NaI（Tl）、CsI（Tl）、
KI（Tl）、ZnS（Cu）、CdWO₄等が挙げられ、場合
によつては有機シンチレータを用いてもよい。

この発明の特定構造のシンチレータ膜は、例え
ば、半導体光検出素子の表面に、放射線や可視光
を透過しうるSiO₂膜のような電磁波透過性膜を
蒸着等で形成した後、この上に所望のシンチレー
タを加熱状態で蒸着形成して造膜し、そののち自
然冷却させてSiO₂膜の熱膨張率とシンチレータ
膜のそれとの差によつて垂直方向の亀裂を生じせ
しめることにより得られる。より具体的には、例
えば0.1〜1μm程度の薄いSiO₂膜を形成させた電
磁波検知ダイオードを予め200℃に加熱しておき、
これを真空下で200℃に保持しつつ厚み20〜
500μm程度のシンチレータ膜を蒸着によつて形成
させ、その後、自然冷却することにより、幅５〜
20μm程度の多数の微細針状区画構造を亀裂によ
つて生じせしめることにより得られる。

この発明の上記シンチレータ膜の外面は通常、
湿気等の影響を防ぐための前記のような保護膜を
形成させることが好ましいが、この保護膜として
は被測定放射線を透過しうるものが必要であり、
さらに外部からの可視光を反射する膜を用いるの
が放射線の測定誤差を減少できる点より好まし
い。また、別の観点から該保護膜は、シンチレー
タ膜内でのシンチレーシヨンによる変換可視光の
外部への散乱を防止すべく可視光反射性のものを
用いるのが好ましい。

かような点から、シンチレータ膜の外面には、
前記のごときアルミニウムのような低密度金属の
蒸着薄膜を形成させるのが最も好ましい。

なお、放射線計測に当つて、放射線の照射面
は、通常第１図矢印の如くシンチレータ膜側とさ
れるが、逆に半導体光検出素子の底面側に設定し
てもよく、同様な放射線計測を行なうことができ
る。

以上述べた如く、この発明の放射線計測素子
は、アレー型半導体光検出素子と特定の構造のシ
ンチレータ膜を組合せているため、放射線検知効
率も改善され、分解能も優れたものである。さら
に従来のシンチレーシヨンカウンターのように
1.5〜３mmのシンチレータ層を必要とせずかつ半
導体素子と一体に形成されているため、小型、軽
量であり製造、取り扱い上も便利である。そして
アレー型電磁波検知ダイオードのアレーはリング
ラフイーで容易に分画形成できかつ多数形成でき
これにより分解能を適宜上昇させることができ
る。従つて高い空間分解能を必要とするCT，Ｘ
線イメージ検出器等の放射線の強度分布の測定に
おける計測素子として極めて有用なものである。

以下、この発明を実施例により説明する。

実施例１第１図に示すような微細針状区画構造のCsI
（Tl）シンチレータ膜（160μm厚）を形成したこ
の発明の放射線計測器を用いて種々のエネルギー
のＸ線の計測を行ないそのチヤンネル当りの出力
を調べた。なお、ミンチレータ膜を形成していな
い同様なフオトダイオードについても出力を調べ
比較を行なつた。

その結果を第３図に示す。図においてＡはこの
発明の放射線計測器による出力を示し、ＢはCsI
（Tl）結晶接合前の出力（比較例）を示す。また
第３図のデータを基にした出力比（Ａ／Ｂ）の変
化を第４図に示す。

これらの図に示されるように、Ｘ線管球電圧Ｖ
＝50kVでの出力はシンチレータ膜を有していな
いものに比して1.35倍、Ｖ＝100kVでは2.8倍とな
つており、放射線検知効率の向上に基づく感度の
上昇が認められ、ことに硬Ｘ線において顕著な感
度上昇が見られる。

実施例２放射線検知部間すなわちフオトダイオードのア
レーの隣接エレメント間の干渉を調べた。まず、
第５図のごとく、間隔0.3mmの２つのｎ型半導体
領域３ａ，３ｂ間の干渉を調べるべく４mm厚の鉛
板８を約１mmの間隔で放射線受光面に位置して遮
断し、その遮断位置をＣ及びＤに設定して遮断さ
れたｎ型半導体領域３ａに対する遮断効果を測定
器７で測定し、シンチレータ膜内でのクロストー
キング現象の程度を調べた。その結果、いずれの
遮断状態においてもｎ型半導体領域３ａへの影響
はほとんど見られず、シンチレータ膜内でのクロ
ストーキング現象はほとんど見られないことが判
明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の放射線計測素子の具体例
を示す模式的構成説明図、第２図は第１図の要部
拡大図、第３図及び第４図は、この発明の放射線
計測素子による放射線検知出力を比較例と共に示
すグラフ、第５図はこの発明の放射線計測素子に
おけるシンチレータ膜の効果の測定方法を例示す
る模式的構成説明図である。１……放射線計測素子、２……ｐ型半導体基
体、３，３ａ，３ｂ……ｎ型半導体領域、４……
SuO₂蒸着膜、５……シンチレータ膜、５１……
微細針状区画、６……保護膜、７……測定器、８
……鉛板。

Claims

【特許請求の範囲】１ｐ型（又はｎ型）半導体基体の表面に複数の
ｎ型（又はｐ型）半導体領域を分画形成してなる
アレー型半導体光検知素子の上に、電磁波透過性
膜を介して、略垂直状にのびる多数の微細針状区
画構造を有するシンチレータ膜を密着形成してな
ることを特徴とする放射線計測素子。２シンチレータ膜の外面に、被測定放射線を透
過しうる保護膜が被覆形成されてなる特許請求の
範囲第１項記載の計測素子。３シンチレータ膜の外面に、シンチレーシヨン
による可視光を反射しうる保護膜が被覆形成され
てなる特許請求の範囲第１項又は第２項記載の計
測素子。