JPH056155B2 - - Google Patents
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- JPH056155B2 JPH056155B2 JP57210761A JP21076182A JPH056155B2 JP H056155 B2 JPH056155 B2 JP H056155B2 JP 57210761 A JP57210761 A JP 57210761A JP 21076182 A JP21076182 A JP 21076182A JP H056155 B2 JPH056155 B2 JP H056155B2
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- JP
- Japan
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- radiation
- crystal
- thickness
- absorption
- semiconductor
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2921—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras
- G01T1/2928—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras using solid state detectors
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、Ｘ線診断装置、非破壊検査用Ｘ線検
査装置等等に用いることのできる、コントラスト
解像度が良好な放射線センサに関する。
査装置等等に用いることのできる、コントラスト
解像度が良好な放射線センサに関する。
従来例の構成とその問題点
近年のコンピユータートモグラフイー装置等に
おいては、コントラスト分解能が良好で筋肉質と
脂肪質等の放射線吸収係数のわずかに違う物質が
識別でき、癌等も大きいものであれば造影剤なし
で識別することができるようになつた。これは、
放射線センサ−のSNの向上による検出効率が向
上したことが大きな理由である。
おいては、コントラスト分解能が良好で筋肉質と
脂肪質等の放射線吸収係数のわずかに違う物質が
識別でき、癌等も大きいものであれば造影剤なし
で識別することができるようになつた。これは、
放射線センサ−のSNの向上による検出効率が向
上したことが大きな理由である。
しかし、小さな癌等の識別能力はまだ不充分で
あり、また、被ばく線量も少ないとは言えず、さ
らに低減の必要がある。
あり、また、被ばく線量も少ないとは言えず、さ
らに低減の必要がある。
この様な観点から、本願発明人は、更に優れた
検出効率と応答性を有する放射線センサを、半導
体材料を用いて実現すべく開発を行なつている。
検出効率と応答性を有する放射線センサを、半導
体材料を用いて実現すべく開発を行なつている。
そして、化合物半導体を用いた放射線センサに
あつては、動作中における検出効率と応答性変化
の問題すなわち放射線の測定中においてセンサの
検出効率と応答性が低下してゆき、正確な放射線
の検出が行えないと言う致命的な課題に直面して
いた。
あつては、動作中における検出効率と応答性変化
の問題すなわち放射線の測定中においてセンサの
検出効率と応答性が低下してゆき、正確な放射線
の検出が行えないと言う致命的な課題に直面して
いた。
また、従来の放射線計測の方法としては、パル
ス計測法は行なわれておらず、放射線検出のSN
の低い電流計測法のみであつて、これは、従来の
放射線センサでは、パルス幅の短い高速パルス応
答が得られない事に起因している。
ス計測法は行なわれておらず、放射線検出のSN
の低い電流計測法のみであつて、これは、従来の
放射線センサでは、パルス幅の短い高速パルス応
答が得られない事に起因している。
発明の目的
本発明は、上記問題に鑑み、化合物半導体材料
を用いて、動作時の安定性に優れ且つ放射線検出
効率が良好で被ばく線量が少なく、また高速パル
ス計測の可能な、新規な放射線センサを提供する
ことを目的とする。
を用いて、動作時の安定性に優れ且つ放射線検出
効率が良好で被ばく線量が少なく、また高速パル
ス計測の可能な、新規な放射線センサを提供する
ことを目的とする。
発明の構成
本発明の放射線センサは、センサの材料とし
て、光電吸収に対する実効原子番号が30以上の化
合物半導体を使用し、この前記化合物半導体の相
対向する結晶面に電極を設けて、入射吸収した放
射線フオトンを電気パルスとして計数するもので
ある。また、前記の相対向する電極間隔は0.1mm
以上かつ0.5mm以下となすものである。
て、光電吸収に対する実効原子番号が30以上の化
合物半導体を使用し、この前記化合物半導体の相
対向する結晶面に電極を設けて、入射吸収した放
射線フオトンを電気パルスとして計数するもので
ある。また、前記の相対向する電極間隔は0.1mm
以上かつ0.5mm以下となすものである。
実施例の説明
本発明の放射線センサを実施例により説明す
る。第１図ａ，ｂは本実施例の放射線センサを、
基盤上に複数個、線状に配置して構成した放射線
検出素子アレイの構成図であり、ａは平面図、ｂ
は正面図である。
る。第１図ａ，ｂは本実施例の放射線センサを、
基盤上に複数個、線状に配置して構成した放射線
検出素子アレイの構成図であり、ａは平面図、ｂ
は正面図である。
図において、１は半導体検出素子結晶、２はそ
の基板、３は素子の上部電極、４は下部の共通電
極である。この素子アレイを被写体に沿つて駆動
させながら放射線量を測定してゆくと２次元の画
像信号を読み取ることができる。
の基板、３は素子の上部電極、４は下部の共通電
極である。この素子アレイを被写体に沿つて駆動
させながら放射線量を測定してゆくと２次元の画
像信号を読み取ることができる。
図１ａ，ｂに示す構成においては、半導体検出
素子結晶には、CdTeまたはGaAsを用いた。ま
た、電極３，４間に印加した電位差は100Vであ
る。
素子結晶には、CdTeまたはGaAsを用いた。ま
た、電極３，４間に印加した電位差は100Vであ
る。
さて、上記の構成において、半導体検出素子結
晶の厚さ即ち電極３，４間の距離によつて、放射
線の検出効率と応答性の安定性が著しく影響を受
けることが判明した。
晶の厚さ即ち電極３，４間の距離によつて、放射
線の検出効率と応答性の安定性が著しく影響を受
けることが判明した。
即ち、電極間の間隔が0.5mm以上の場合には、
素子の動作時間と共に検出効率と応答性が低下し
て行き、放射線センサとしての使用が現実的に全
く不可能であるのに対して、電極間隔が0.5mm以
下の場合には、検出効率と応答性は時間的に安定
であり、常に正確に安定した放射線の検出が可能
であることが判明した。尚、この時に用いたＸ線
は60kevのＸ線である。
素子の動作時間と共に検出効率と応答性が低下し
て行き、放射線センサとしての使用が現実的に全
く不可能であるのに対して、電極間隔が0.5mm以
下の場合には、検出効率と応答性は時間的に安定
であり、常に正確に安定した放射線の検出が可能
であることが判明した。尚、この時に用いたＸ線
は60kevのＸ線である。
この理由は、次の様に考えられる。
即ち、第２図に示す様に、放射線が半導体結晶
内に入射すると、半導体結晶内には電子と正孔の
対が形成される。
内に入射すると、半導体結晶内には電子と正孔の
対が形成される。
こうして発生した電子と正孔のうち、電子につ
いては平均自由行程が長いので、厚さが前記の様
に0.5mmと薄い結晶内でトラツプされる確率は極
めて低い。
いては平均自由行程が長いので、厚さが前記の様
に0.5mmと薄い結晶内でトラツプされる確率は極
めて低い。
しかし、正孔の平均自由行程は電子のそれに比
べると極めて短いために、結晶の厚さがある一定
値以上になれば、具体的には正孔の平均自由行程
よりも厚くなれば結晶内でトラツプされる確率は
高くなる。
べると極めて短いために、結晶の厚さがある一定
値以上になれば、具体的には正孔の平均自由行程
よりも厚くなれば結晶内でトラツプされる確率は
高くなる。
こうしてトラツプされた正孔は、結晶内に空間
電荷領域を形成するが、トラツプされる正孔の数
は、素子の動作時間と共に増加するために、この
空間電荷領域も素子の動作時間と共に拡大して行
く。
電荷領域を形成するが、トラツプされる正孔の数
は、素子の動作時間と共に増加するために、この
空間電荷領域も素子の動作時間と共に拡大して行
く。
結晶５内におけるＸ線の検出が可能な領域は、
上記空間電荷領域を除く領域であるから、換言す
れば、上記空間電荷領域の時間的拡大は、Ｘ線検
出可能領域の時間的減少すなわち検出効率の時間
的低下を意味する。
上記空間電荷領域を除く領域であるから、換言す
れば、上記空間電荷領域の時間的拡大は、Ｘ線検
出可能領域の時間的減少すなわち検出効率の時間
的低下を意味する。
逆に、結晶５の厚さが、正孔の平均自由行程以
下であれば、上記空間電荷領域が発生する確率は
十分に低くなり、検出効率は、時間と共に低下す
ることがなく安定になると考えられる。
下であれば、上記空間電荷領域が発生する確率は
十分に低くなり、検出効率は、時間と共に低下す
ることがなく安定になると考えられる。
以上が、本実施例において、結晶の厚さが0.5
mmを境にして、検出効率と応答性の安定性が全く
異なる理由であると推測される。
mmを境にして、検出効率と応答性の安定性が全く
異なる理由であると推測される。
次に、本実施例においては、結晶の厚みを0.5
mm以下とした場合にも十分な検出効率と応答性を
確保することができた。
mm以下とした場合にも十分な検出効率と応答性を
確保することができた。
その理由は、次の通りである。
結晶内における放射線フオトンの吸収には、光
電効果とコンプトン散乱が関与する。
電効果とコンプトン散乱が関与する。
コンプトン散乱では、放射線フオトンのエネル
ギーの一部しか結晶内には吸収されない。
ギーの一部しか結晶内には吸収されない。
一方、光電効果におけるフオトンの吸収過程
は、発生した二次電子の吸収と特性Ｘ線の吸収と
に区別される。このうち二次電子については、結
晶が二次電子の飛程に対して十分な厚みを有して
いれば完全に吸収することが可能である。そし
て、例えば200eKV以下のＸ線では、二次電子の
飛程は、GaAsでは約0.1mm、CdTeでは約0.08mm
であるので、これらの結晶の厚さを0.1mm以上と
すれば、二次電子は完全に吸収することができ
る。
は、発生した二次電子の吸収と特性Ｘ線の吸収と
に区別される。このうち二次電子については、結
晶が二次電子の飛程に対して十分な厚みを有して
いれば完全に吸収することが可能である。そし
て、例えば200eKV以下のＸ線では、二次電子の
飛程は、GaAsでは約0.1mm、CdTeでは約0.08mm
であるので、これらの結晶の厚さを0.1mm以上と
すれば、二次電子は完全に吸収することができ
る。
実用的なＸ線画像の作成に用いるＸ線のエネル
ギー範囲においては、センサとして用いる結晶の
実効原子番号が30以上であれば、光電効果による
吸収がコンプトン吸収よりも十分に優勢であるた
め、0.1mm程度の厚さの結晶でも十分な検出効率
を確保できるのである。なお、GaAs，CdTeの
実効原子番号は、それぞれ32と49である。
ギー範囲においては、センサとして用いる結晶の
実効原子番号が30以上であれば、光電効果による
吸収がコンプトン吸収よりも十分に優勢であるた
め、0.1mm程度の厚さの結晶でも十分な検出効率
を確保できるのである。なお、GaAs，CdTeの
実効原子番号は、それぞれ32と49である。
また、光電効果における特性Ｘ線についても、
二次電子の吸収ほどの重要性はないが、計測精度
上からは、なるべくセンサに吸収させることが好
ましい。光電効果による特性Ｘ線の吸収係数は、
センサとして用いる結晶材の原子番号に依存し、
原子番号の増大と共に増加する。例えば、現時番
号30以上のGaAsでは、12eKVで半価層は0.01mm
である。また、CdTeでは、27eKVで半価層は0.1
mmであり、結晶の厚さが0.1mm以上であれば実用
的な測定が可能である。
二次電子の吸収ほどの重要性はないが、計測精度
上からは、なるべくセンサに吸収させることが好
ましい。光電効果による特性Ｘ線の吸収係数は、
センサとして用いる結晶材の原子番号に依存し、
原子番号の増大と共に増加する。例えば、現時番
号30以上のGaAsでは、12eKVで半価層は0.01mm
である。また、CdTeでは、27eKVで半価層は0.1
mmであり、結晶の厚さが0.1mm以上であれば実用
的な測定が可能である。
しかも、光電効果が優勢な領域で放射線の計測
を行なうことで、センサからは高い尖頭値のパル
ス出力波形を得ることができ、測定回路のノイズ
との区別が容易で、Ｓ／Ｎ比の高い測定が行え
る。
を行なうことで、センサからは高い尖頭値のパル
ス出力波形を得ることができ、測定回路のノイズ
との区別が容易で、Ｓ／Ｎ比の高い測定が行え
る。
第４図は、CdTeとGaAsの結晶厚さと60keVX
線の吸収率（％）の関係を示す図である。診断に
用いられるＸ線は60keV内外である。0.5mm厚の
場合、CdTeは光電吸収に関する実効原子番号が
49で約80％の吸収効率を有し充分に大きい。0.1
mm厚でも約30％でぼほ実用的に用い得る。GaAs
は実効原子番号が31で、0.5mm厚さの場合吸収効
率約30％でCdTeより小さいが、ほぼ実用的に用
い得る。
線の吸収率（％）の関係を示す図である。診断に
用いられるＸ線は60keV内外である。0.5mm厚の
場合、CdTeは光電吸収に関する実効原子番号が
49で約80％の吸収効率を有し充分に大きい。0.1
mm厚でも約30％でぼほ実用的に用い得る。GaAs
は実効原子番号が31で、0.5mm厚さの場合吸収効
率約30％でCdTeより小さいが、ほぼ実用的に用
い得る。
実効原子番号が30より小さい結晶ではＸ線の吸
収効率が小さく、換言すれば、Ｘ線に対する検出
効率が低く実用になし得ない。
収効率が小さく、換言すれば、Ｘ線に対する検出
効率が低く実用になし得ない。
また、結晶の厚さを0.5mmとした本実施例では、
高速なパルス測定が可能である。
高速なパルス測定が可能である。
この点について、第２図を用いて詳しく説明す
る。放射線量子により、半導体内に発生した電
子・正孔対は、半導体に印加された電界に従つ
て、電子は陽極へ、正孔は陰極へ移動する。これ
により、外部にパルス状の電流が流れる。そし
て、このパルス信号の時間幅ｔは第１式で表わさ
れることがわかつている。
る。放射線量子により、半導体内に発生した電
子・正孔対は、半導体に印加された電界に従つ
て、電子は陽極へ、正孔は陰極へ移動する。これ
により、外部にパルス状の電流が流れる。そし
て、このパルス信号の時間幅ｔは第１式で表わさ
れることがわかつている。
ｔ＝d2／μ・Va ……(イ)
ここで
ｔ：パルスの時間幅
ｄ：半導体検知層の厚さ
μ：電子又は正孔の易動度
Va：半導体検知層への印加電圧
上式によれば、パルス時間巾は、半導体層の厚
さの２乗に比例するので、例えば、厚さを1/10に
すれば1/100のパルス巾になるわけである。
さの２乗に比例するので、例えば、厚さを1/10に
すれば1/100のパルス巾になるわけである。
本実施例では、具体的には以下の様になる。
CdTeおよびGaAsの実効原子番号は、それぞ
れ49と32である。CdTeのホール易動度は、μh＝
80cm2／Ｖ・sec、またはGaAsは、μh＝400cm2／
Ｖ・secである。印加電圧100Vにおいて、結晶厚
さとパルス巾との関係をプロツトすると第３図の
ようになる。CdTeは１mm厚で約1μsec、GaAsは
0.25μsec、0.5mm厚になるとCdTeは0.3μsec、
GaAsは0.06μsecになる。この様に、１mm厚と0.5
mm厚ではパルス巾に数倍の差を生じる。
れ49と32である。CdTeのホール易動度は、μh＝
80cm2／Ｖ・sec、またはGaAsは、μh＝400cm2／
Ｖ・secである。印加電圧100Vにおいて、結晶厚
さとパルス巾との関係をプロツトすると第３図の
ようになる。CdTeは１mm厚で約1μsec、GaAsは
0.25μsec、0.5mm厚になるとCdTeは0.3μsec、
GaAsは0.06μsecになる。この様に、１mm厚と0.5
mm厚ではパルス巾に数倍の差を生じる。
特に結晶の厚さが0.5mm厚以下では、パルス巾
は0.2μsec以下となり、パルスの時間分解能を現
代の実用的回路技術で処理し得る限度近くまで向
上できるのである。
は0.2μsec以下となり、パルスの時間分解能を現
代の実用的回路技術で処理し得る限度近くまで向
上できるのである。
いま、１画素についてのパルス積分時間を
100msecとするとパルス巾0.1μsecのパルス数は
100msec÷0.1μsec＝106個近くとれることになる。
放射パルスの場合、統計的ゆらぎによる誤差は、
√106＝103個であり、その画素での測定誤差は
0.1％となる。筋肉質、脂肪、水等の生体軟組織
構成物質のＸ線吸収係数の差は数％以下と言わ
れ、この差異を検出するためには画素での測定精
度として0.1％が必要と言われる。従つて、前述
した入射Ｘ線の統計的ゆらぎによる誤差要因はこ
の精度を保つレベルと言える。
100msecとするとパルス巾0.1μsecのパルス数は
100msec÷0.1μsec＝106個近くとれることになる。
放射パルスの場合、統計的ゆらぎによる誤差は、
√106＝103個であり、その画素での測定誤差は
0.1％となる。筋肉質、脂肪、水等の生体軟組織
構成物質のＸ線吸収係数の差は数％以下と言わ
れ、この差異を検出するためには画素での測定精
度として0.1％が必要と言われる。従つて、前述
した入射Ｘ線の統計的ゆらぎによる誤差要因はこ
の精度を保つレベルと言える。
第５図ａ，ｂは本発明の放射線センサを用いて
放射線検出素子アレイを構成する場合の他の具体
例を示しており、細長い結晶の１面に共通電極を
つけ、これを基板に貼りつけ、さらに、上部に複
数個の電極を取りつけた例である。第１図に示す
実施例に比べて製造が簡単に行える特徴を有す
る。
放射線検出素子アレイを構成する場合の他の具体
例を示しており、細長い結晶の１面に共通電極を
つけ、これを基板に貼りつけ、さらに、上部に複
数個の電極を取りつけた例である。第１図に示す
実施例に比べて製造が簡単に行える特徴を有す
る。
本発明の放射線センサを用いて構成される放射
線検出素子アレイは、その他種々の構成をとりう
る。
線検出素子アレイは、その他種々の構成をとりう
る。
発明の効果
以上をまとめると、実効原子番号が30以上の半
導体結晶を放射線センサとして用い、更に結晶の
厚さを0.5mm以下とすることで、応答性が時間的
に安定し、かつ検出効率の高い放射線センサが得
られる。
導体結晶を放射線センサとして用い、更に結晶の
厚さを0.5mm以下とすることで、応答性が時間的
に安定し、かつ検出効率の高い放射線センサが得
られる。
例えば、厚さ0.5mmのCdTeによる放射線検出素
子アレイを用いると、これは60keVX線の吸収効
率が80％に達するので、理論的限界に近い検出効
率と応答性を持つことになり、0.1〜1mRでコン
トラストの良好なＸ線画像を得ることができる。
これは、銀塩Ｘ線写真の100倍の感度に相当する。
子アレイを用いると、これは60keVX線の吸収効
率が80％に達するので、理論的限界に近い検出効
率と応答性を持つことになり、0.1〜1mRでコン
トラストの良好なＸ線画像を得ることができる。
これは、銀塩Ｘ線写真の100倍の感度に相当する。
また、高速パルス測定が可能であるので、本発
明のセンサによればコントラスト解像度は非常に
良好であり、生体組織の微細な違いを見分けるこ
とができる。
明のセンサによればコントラスト解像度は非常に
良好であり、生体組織の微細な違いを見分けるこ
とができる。
第１図ａ，ｂは、それぞれ本発明の放射線セン
サを用いて構成した放射線検出素子アレイの平面
図および正面図、第２図は、放射線検出の原理の
説明図、第３図は、素子厚さと出力パルス巾との
関係を示す図、第４図は、素子厚さと60keVX線
の吸収率との関係を示す図、第５図ａ，ｂは、本
発明の放射線センサを用いて構成した、他の放射
線検出素子アレイ平面図および正面図、である。 １……半導体素子結晶、３……電極、４……他
の電極。
サを用いて構成した放射線検出素子アレイの平面
図および正面図、第２図は、放射線検出の原理の
説明図、第３図は、素子厚さと出力パルス巾との
関係を示す図、第４図は、素子厚さと60keVX線
の吸収率との関係を示す図、第５図ａ，ｂは、本
発明の放射線センサを用いて構成した、他の放射
線検出素子アレイ平面図および正面図、である。 １……半導体素子結晶、３……電極、４……他
の電極。
Claims (1)
- １ 個々の放射線フオトンを電気パルスとして計
数する、化合物半導体と前記化合物半導体の相対
向する面に形成された電極を具備した放射線セン
サであつて、前記化合物半導体の、光電吸収に対
する実効原子番号は30以上であり、かつ前記相対
向する電極の間隔が0.1mm以上かつ0.5mm以下であ
ることを特徴とする放射線センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57210761A JPS59100885A (ja) | 1982-12-01 | 1982-12-01 | 放射線検出素子アレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57210761A JPS59100885A (ja) | 1982-12-01 | 1982-12-01 | 放射線検出素子アレイ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59100885A JPS59100885A (ja) | 1984-06-11 |
| JPH056155B2 true JPH056155B2 (ja) | 1993-01-25 |
Family
ID=16594687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57210761A Granted JPS59100885A (ja) | 1982-12-01 | 1982-12-01 | 放射線検出素子アレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59100885A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0640077B2 (ja) * | 1983-10-12 | 1994-05-25 | 松下電器産業株式会社 | 放射線受像方法 |
| JPH01138485A (ja) * | 1987-11-25 | 1989-05-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 放射線画像装置 |
| FR2739455A1 (fr) * | 1995-09-28 | 1997-04-04 | Fessler Pierre | Dispositif de mesure de l'intensite de rayons x |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57104876A (en) * | 1980-12-22 | 1982-06-30 | Toshiba Corp | Semiconductor radiation detecting device |
| JPS57149981A (en) * | 1981-03-12 | 1982-09-16 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Multichannel type radiation detector |
-
1982
- 1982-12-01 JP JP57210761A patent/JPS59100885A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59100885A (ja) | 1984-06-11 |
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