JPH06105302B2 - 放射線検出器 - Google Patents
放射線検出器Info
- Publication number
- JPH06105302B2 JPH06105302B2 JP63284514A JP28451488A JPH06105302B2 JP H06105302 B2 JPH06105302 B2 JP H06105302B2 JP 63284514 A JP63284514 A JP 63284514A JP 28451488 A JP28451488 A JP 28451488A JP H06105302 B2 JPH06105302 B2 JP H06105302B2
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- radiation detector
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- electrode
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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。
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＝idt （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。
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。
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。
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。
さらに、両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両電極を配置
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
面内に両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。
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
面内に両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
両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。
両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、両電極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、両電極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図中破線は両電極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。両電極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両電極に
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２図中破線は両電極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。両電極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両電極に
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、
コンタミネーション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SiO2等の感応素子の表面に
形成された電極間にパッシベーション膜５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、電極側と対称なパッシベーション
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、
コンタミネーション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SiO2等の感応素子の表面に
形成された電極間にパッシベーション膜５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、電極側と対称なパッシベーション
膜の形成が重要である。
（実施例２） 第６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と
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
離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と
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
離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（一点鎖
線）を境にして上下対称な電界の分布となる。
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（一点鎖
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
ー弁別機構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とすうと、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。
ることにより、特定のエネルギーで分割した、エネルギ
ー弁別機構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とすうと、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）／μ＊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12
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、Te＜１＜fc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、Te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。
続する電流増幅器の周波数特性により制限される。第12
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、Te＜１＜fc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、Te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/fc （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＝1000（Cm2/VSec），
電界強度をＥ＝1000（V/cm）、1/fc＝10-7Secを（５）
式に代入すると、Ｗ−Ｘ＝0.1cm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＝0.1cm以
上走行するように放射線の入射を制限すればよい。
CdTeを使用し、電子の移動度をμ＝1000（Cm2/VSec），
電界強度をＥ＝1000（V/cm）、1/fc＝10-7Secを（５）
式に代入すると、Ｗ−Ｘ＝0.1cm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＝0.1cm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。
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。
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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場 末喜 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 船越 裕正 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 河原 俊之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼住 嘉之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (8)
- 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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 JPH02129583A (ja) | 1990-05-17 |
| JPH06105302B2 true 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) |
Families Citing this family (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 |
| US9123837B2 (en) * | 2013-05-31 | 2015-09-01 | Oxford Instruments Analytical Oy | Semiconductor detector with radiation shield |
-
1988
- 1988-11-10 JP JP63284514A patent/JPH06105302B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02129583A (ja) | 1990-05-17 |
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