JPH07107941B2 - 放射線検出装置 - Google Patents
放射線検出装置Info
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- JPH07107941B2 JPH07107941B2 JP61045958A JP4595886A JPH07107941B2 JP H07107941 B2 JPH07107941 B2 JP H07107941B2 JP 61045958 A JP61045958 A JP 61045958A JP 4595886 A JP4595886 A JP 4595886A JP H07107941 B2 JPH07107941 B2 JP H07107941B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、光電吸収効果を利用した放射線検出装置に関
する。
する。
（従来の技術） 従来より、放射線検出装置として種々の構成のものが知
られている。
られている。
第９図はその一例である。図において、31はＷコリメー
タであり、32は半導体放射線検出素子であり、33はNaI
（Tl）シンチレータである。放射線検出素子32はｎ型シ
リコン基板321の一方にショットキー障壁をなすAu電極3
22、他方にオーミック接触するAl電極323が形成された
ものである。図の装置をＸ線入射方向に直角に複数段構
成したものが多チャネル放射線検出装置であり、Ｘ線CT
などに利用される。この装置は、半導体放射線検出素子
32により直接Ｘ線を検出すると同時に、この検出素子32
を透過したＸ線によりシンチレータ33を発光させ、その
光を破線で示したように半導体検出素子32により検出し
て、感度の増加を図っている。
タであり、32は半導体放射線検出素子であり、33はNaI
（Tl）シンチレータである。放射線検出素子32はｎ型シ
リコン基板321の一方にショットキー障壁をなすAu電極3
22、他方にオーミック接触するAl電極323が形成された
ものである。図の装置をＸ線入射方向に直角に複数段構
成したものが多チャネル放射線検出装置であり、Ｘ線CT
などに利用される。この装置は、半導体放射線検出素子
32により直接Ｘ線を検出すると同時に、この検出素子32
を透過したＸ線によりシンチレータ33を発光させ、その
光を破線で示したように半導体検出素子32により検出し
て、感度の増加を図っている。
第10図は他の従来例である。この装置は、基板41上に蛍
光体層42、Al電極43、アモルファスSi（ａ−Si）膜44、
透明電極45が順次積層形成されている。この装置では、
入射Ｘ線は蛍光体層42で光に変換され、この光がａ−Si
膜44を励起して電気信号が得られる。この構成法は、ａ
−Si膜はＸ線検出能力は小さいが光に対する感度が大き
いことを利用したもので、蛍光増感法として知られてい
る。
光体層42、Al電極43、アモルファスSi（ａ−Si）膜44、
透明電極45が順次積層形成されている。この装置では、
入射Ｘ線は蛍光体層42で光に変換され、この光がａ−Si
膜44を励起して電気信号が得られる。この構成法は、ａ
−Si膜はＸ線検出能力は小さいが光に対する感度が大き
いことを利用したもので、蛍光増感法として知られてい
る。
第11図は更に他の従来例である。これはａ−Siのみによ
りＸ線を検出しようとするもので、太陽電池として知ら
れているものと同じである。即ち基板51上にｎ型ａ−Si
膜511,i型ａ−Si膜522,p型ａ−Si膜523を順次積層形成
し、その表面に透明電極53を形成したものである。
りＸ線を検出しようとするもので、太陽電池として知ら
れているものと同じである。即ち基板51上にｎ型ａ−Si
膜511,i型ａ−Si膜522,p型ａ−Si膜523を順次積層形成
し、その表面に透明電極53を形成したものである。
（発明が解決しようとする問題点） 第９図〜第11図に示した従来の放射線検出装置は、それ
ぞれ次のような問題がある。第９図の装置では、半導体
放射線検出素子32の有感部分である空乏層がAu電極322
側にのみ形成されており、放射線および光の利用効率が
低い。従ってＸ線検出感度を充分に大きくするために
は、検出素子32のＸ線入射方向の大きさを例えば数cm程
度以上にしなければならない。
ぞれ次のような問題がある。第９図の装置では、半導体
放射線検出素子32の有感部分である空乏層がAu電極322
側にのみ形成されており、放射線および光の利用効率が
低い。従ってＸ線検出感度を充分に大きくするために
は、検出素子32のＸ線入射方向の大きさを例えば数cm程
度以上にしなければならない。
第10図の装置は、ａ−Si膜を用いるために大面積に且つ
安価に作ることができるが、蛍光体層42の発光強度は小
さく、Ｘ線検出感度に限界がある。また蛍光体層42の発
光スペクトルとａ−Si膜44の吸収スペクトルを適合させ
なければならない。
安価に作ることができるが、蛍光体層42の発光強度は小
さく、Ｘ線検出感度に限界がある。また蛍光体層42の発
光スペクトルとａ−Si膜44の吸収スペクトルを適合させ
なければならない。
第11図の装置は、ａ−SiのみでＸ線吸収を行うものであ
るが、ａ−Si膜が１μｍ程度ではＸ線は殆ど透過するた
め、検出感度は非常に小さい。ある程度の感度を実現す
るためにはｉ型ａ−Si膜522の厚みを数cm程度必要とす
るが、これだけの厚みを形成することは困難である。ま
た仮に数cmの厚みのａ−Si膜が形成できたとしても、内
部で発生したキャリアを外部に電気信号として取出すた
めには、キャリア寿命や移動度が十分に大きいことが必
要であり、ａ−Si膜ではそれ程大きいキャリア寿命や移
動度は得られない。
るが、ａ−Si膜が１μｍ程度ではＸ線は殆ど透過するた
め、検出感度は非常に小さい。ある程度の感度を実現す
るためにはｉ型ａ−Si膜522の厚みを数cm程度必要とす
るが、これだけの厚みを形成することは困難である。ま
た仮に数cmの厚みのａ−Si膜が形成できたとしても、内
部で発生したキャリアを外部に電気信号として取出すた
めには、キャリア寿命や移動度が十分に大きいことが必
要であり、ａ−Si膜ではそれ程大きいキャリア寿命や移
動度は得られない。
本発明は上記の如き問題を解決し、簡単な構造で且つ安
価に製造することができ、しかも非常に大きい検出感度
が得られる放射線検出装置を提供することを目的とす
る。
価に製造することができ、しかも非常に大きい検出感度
が得られる放射線検出装置を提供することを目的とす
る。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明にかかる放射線検出装置は、金属膜と半導体膜と
が交互に複数層積層形成された構造を有する。金属膜と
しては光電吸収効果の大きい金属、好ましくは原子番号
30以上の金属を用い、その膜厚は、放射線入射により光
電効果で生成される光電子の電子飛程より薄く設定され
る。
が交互に複数層積層形成された構造を有する。金属膜と
しては光電吸収効果の大きい金属、好ましくは原子番号
30以上の金属を用い、その膜厚は、放射線入射により光
電効果で生成される光電子の電子飛程より薄く設定され
る。
（作用） 本発明による放射線検出装置では、放射線入射により金
属膜で光電吸収により生成された高エネルギの光電子が
半導体膜に入射して、半導体膜で電子正孔対を生成す
る。この光電吸収で一部入射放射線のエネルギは消滅す
るが、この金属膜を透過した放射線は半導体膜内でも、
金属膜に比べると効率がはるかに小さいが、光電吸収に
より光電子を生成する。そしてこの半導体膜を殆ど減衰
することなく透過した放射線は次の金属膜に入射して再
び光電吸収により光電子を生成し、これが次の半導体膜
に入射して電子正孔対を生成する。以下同様にして、複
数の金属膜と半導体膜で光電吸収による光電子の生成
と、この金属膜からの光電子による半導体膜でのキャリ
ア生成を繰返すことにより、入射放射線を極めて効率よ
く吸収し、且つ電気信号として検出することができる。
属膜で光電吸収により生成された高エネルギの光電子が
半導体膜に入射して、半導体膜で電子正孔対を生成す
る。この光電吸収で一部入射放射線のエネルギは消滅す
るが、この金属膜を透過した放射線は半導体膜内でも、
金属膜に比べると効率がはるかに小さいが、光電吸収に
より光電子を生成する。そしてこの半導体膜を殆ど減衰
することなく透過した放射線は次の金属膜に入射して再
び光電吸収により光電子を生成し、これが次の半導体膜
に入射して電子正孔対を生成する。以下同様にして、複
数の金属膜と半導体膜で光電吸収による光電子の生成
と、この金属膜からの光電子による半導体膜でのキャリ
ア生成を繰返すことにより、入射放射線を極めて効率よ
く吸収し、且つ電気信号として検出することができる。
本発明では金属の光電吸収を主として利用するので、こ
の意味で原子番号の大きいもの、特に30以上の金属を用
いることが好ましい。またこの場合、光電吸収により生
成された光電子が十分なエネルギをもったまま半導体膜
に入射されることが必要であり、この点で金属膜の膜厚
は光電子の電子飛程より薄いことが必須要件となる。そ
して金属膜と半導体膜を交互に多数積層することによ
り、金属膜が順次放射線吸収−電子放出部として作用
し、入射放射線を光電子に変換することができる。そし
て金属膜間に挟まれる一層の半導体層は例えば数μｍ程
度の厚みとし、全体で数mm程度の厚みになるように設定
すれば、半導体膜がフモルファス質であっても各半導体
膜で生成された電子正孔対を効率よく収集することがで
きる。
の意味で原子番号の大きいもの、特に30以上の金属を用
いることが好ましい。またこの場合、光電吸収により生
成された光電子が十分なエネルギをもったまま半導体膜
に入射されることが必要であり、この点で金属膜の膜厚
は光電子の電子飛程より薄いことが必須要件となる。そ
して金属膜と半導体膜を交互に多数積層することによ
り、金属膜が順次放射線吸収−電子放出部として作用
し、入射放射線を光電子に変換することができる。そし
て金属膜間に挟まれる一層の半導体層は例えば数μｍ程
度の厚みとし、全体で数mm程度の厚みになるように設定
すれば、半導体膜がフモルファス質であっても各半導体
膜で生成された電子正孔対を効率よく収集することがで
きる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を説明する。
第１図（ａ）（ｂ）は一実施例のＸ線検出装置を示す平
面図とその断面図である。11は絶縁性基板であり、この
上に第１の金属膜13（131,132）、ノンドープのａ−Si
膜12（121,122,123）、第２の金属膜14（141,141,142）
が交互に積層形成されている。具体的には、絶縁性基板
11として石英ガラス基板を用い、第１の金属膜13として
ａ−Si膜12との間でオーミック接触するMo膜を用い、第
２の金属膜14としてａ−Si膜12との間でショットキー障
壁を形成するAu膜を用いる。Mo膜およびAu膜はスパッタ
法又は真空蒸着法により形成される。ａ−Si膜はSiH4,S
i2H6等のグロー放電分解を利用したプラズマCVD法又は
光励起分解を利用した光CVD法により形成される。各部
の膜厚は例えば、第１の金属膜13が２μｍ、ａ−Si膜12
が５μｍ、第２の金属膜14が１μｍに設定される。
面図とその断面図である。11は絶縁性基板であり、この
上に第１の金属膜13（131,132）、ノンドープのａ−Si
膜12（121,122,123）、第２の金属膜14（141,141,142）
が交互に積層形成されている。具体的には、絶縁性基板
11として石英ガラス基板を用い、第１の金属膜13として
ａ−Si膜12との間でオーミック接触するMo膜を用い、第
２の金属膜14としてａ−Si膜12との間でショットキー障
壁を形成するAu膜を用いる。Mo膜およびAu膜はスパッタ
法又は真空蒸着法により形成される。ａ−Si膜はSiH4,S
i2H6等のグロー放電分解を利用したプラズマCVD法又は
光励起分解を利用した光CVD法により形成される。各部
の膜厚は例えば、第１の金属膜13が２μｍ、ａ−Si膜12
が５μｍ、第２の金属膜14が１μｍに設定される。
この検出装置は、ａ−Si膜とこれを挟む第1,第２の金属
膜により単位セルが構成され、これが複数個積層され
て、これら複数の単位セルが電気的には並列接続された
構成となっている。
膜により単位セルが構成され、これが複数個積層され
て、これら複数の単位セルが電気的には並列接続された
構成となっている。
このように構成されたＸ線検出装置の動作を次に説明す
る。このＸ線検出装置は面に垂直にＸ線を入射させる。
Ｘ線フォトン束が最上面の第２の金属膜142に入射する
と、ここで金属と相互作用する。即ち、光電吸収，コン
プトン散乱，レイリー散乱等がこの第２の金属膜142内
で起り、この結果光電子が生成される。コンプトン散乱
およびレイリー散乱の効果は光電効果に比べて無視でき
る程度に小さく、主として光電吸収により生成される、
Ｘ線フォトンエネルギとほぼ同等のエネルギをもつ光電
子が主役である。この光電子は第２の金属膜142から放
出されてａ−Si膜123に入射し、ａ−Si膜123を励起して
電子正孔対を生成する。第２の金属膜142内で生成され
た光電子がａ−Si膜123に入射されるためには、後に詳
述するように第２の金属膜142の膜厚が光電子の電子飛
程より薄いことが条件である。第２の金属膜142で相互
作用して一部エネルギを失ったＸ線フォトンは、ａ−Si
膜123をそのエネルギを殆ど失うことなく透過して、次
の第１の金属膜132に入射する。そしてこの第１の金属
膜132内で先の第２の金属膜142内におけると同様に主と
して光電吸収により光電子を生成し、これが次のａ−Si
膜122に入射して電子正孔対を生成する。以下同様の振
舞いを繰返す。ａ−Si膜をＸ線フォトンが殆ど相互作用
せずに透過する理由は、Siの原子番号および密度が金属
に比べてかなり小さいためである。しかもＸ線フォトン
エネルギは数10KeVであり、通常の光のフォトンエネル
ギ数eVに比べて４桁程度以上大きいため、ａ−Siの禁制
帯による共鳴吸収も生じない。
る。このＸ線検出装置は面に垂直にＸ線を入射させる。
Ｘ線フォトン束が最上面の第２の金属膜142に入射する
と、ここで金属と相互作用する。即ち、光電吸収，コン
プトン散乱，レイリー散乱等がこの第２の金属膜142内
で起り、この結果光電子が生成される。コンプトン散乱
およびレイリー散乱の効果は光電効果に比べて無視でき
る程度に小さく、主として光電吸収により生成される、
Ｘ線フォトンエネルギとほぼ同等のエネルギをもつ光電
子が主役である。この光電子は第２の金属膜142から放
出されてａ−Si膜123に入射し、ａ−Si膜123を励起して
電子正孔対を生成する。第２の金属膜142内で生成され
た光電子がａ−Si膜123に入射されるためには、後に詳
述するように第２の金属膜142の膜厚が光電子の電子飛
程より薄いことが条件である。第２の金属膜142で相互
作用して一部エネルギを失ったＸ線フォトンは、ａ−Si
膜123をそのエネルギを殆ど失うことなく透過して、次
の第１の金属膜132に入射する。そしてこの第１の金属
膜132内で先の第２の金属膜142内におけると同様に主と
して光電吸収により光電子を生成し、これが次のａ−Si
膜122に入射して電子正孔対を生成する。以下同様の振
舞いを繰返す。ａ−Si膜をＸ線フォトンが殆ど相互作用
せずに透過する理由は、Siの原子番号および密度が金属
に比べてかなり小さいためである。しかもＸ線フォトン
エネルギは数10KeVであり、通常の光のフォトンエネル
ギ数eVに比べて４桁程度以上大きいため、ａ−Siの禁制
帯による共鳴吸収も生じない。
第１図では単位セルが３個積層された構造を示している
が、これを更に多く積層することによって、入射Ｘ線を
殆ど吸収することができる。そして各ａ−Si膜12内で生
成されたキャリアを、第１図の場合並列に電流として取
出すことにより、入射Ｘ線に対応した電気信号を得るこ
とができる。
が、これを更に多く積層することによって、入射Ｘ線を
殆ど吸収することができる。そして各ａ−Si膜12内で生
成されたキャリアを、第１図の場合並列に電流として取
出すことにより、入射Ｘ線に対応した電気信号を得るこ
とができる。
この実施例のＸ線検出装置による検出感度についての理
論解析結果を次に詳細に説明する。
論解析結果を次に詳細に説明する。
第２図はこの理論解析のために用いたモデル図である。
金属膜14の膜厚をWa、ａ−Si膜12の膜厚をWs、金属膜13
の膜厚をWbとし、同様の膜厚の繰返しで単位セルがＮ層
積層されている。各層におけるＸ線フォトンの減弱係
数，エネルギ吸収係数，電子エネルギ50KeVでの電子飛
程をそれぞれ下表の通りとする。
金属膜14の膜厚をWa、ａ−Si膜12の膜厚をWs、金属膜13
の膜厚をWbとし、同様の膜厚の繰返しで単位セルがＮ層
積層されている。各層におけるＸ線フォトンの減弱係
数，エネルギ吸収係数，電子エネルギ50KeVでの電子飛
程をそれぞれ下表の通りとする。
先ず、第２の金属膜14中でＸ線フォトンが相互作用する
確率をPa、第１の金属膜13中でＸ線フォトンが相互作用
する確率をPb、ａ−Si膜12中でＸ線フォトンが相互作用
する確率をPsとすると、 Pa＝（P0−P1）＋（P4−P5）＋…… ＋（P2N-2−P2N-1） Ps＝（P1−P2）＋（P3−P4）＋…… ＋（P2N-1−P2N） Pb＝（P2−P3）＋（P6−P7）＋…… ＋（P2N−P2N+1） となる。ここで、P0＝１とすると、 P1＝exp｛−μｔ（ａ）Wa｝ P2＝P1exp｛−μｔ（ｓ）Ws｝ P3＝P2exp｛−μｔ（ｂ）Wb｝ であり、P4以下についても同様に表わすことができる。
なお上述の相互作用は既に述べたように主要には光電吸
収であり、ここでも光電吸収のみによる効果を考える。
以上の各層での相互作用、即ち光電吸収により生成され
る光電子がａ−Si膜内で電子正孔対の生成に利用される
有効エネルギEfは、光電子エネルギをEeとして次のよう
に表わされる。
確率をPa、第１の金属膜13中でＸ線フォトンが相互作用
する確率をPb、ａ−Si膜12中でＸ線フォトンが相互作用
する確率をPsとすると、 Pa＝（P0−P1）＋（P4−P5）＋…… ＋（P2N-2−P2N-1） Ps＝（P1−P2）＋（P3−P4）＋…… ＋（P2N-1−P2N） Pb＝（P2−P3）＋（P6−P7）＋…… ＋（P2N−P2N+1） となる。ここで、P0＝１とすると、 P1＝exp｛−μｔ（ａ）Wa｝ P2＝P1exp｛−μｔ（ｓ）Ws｝ P3＝P2exp｛−μｔ（ｂ）Wb｝ であり、P4以下についても同様に表わすことができる。
なお上述の相互作用は既に述べたように主要には光電吸
収であり、ここでも光電吸収のみによる効果を考える。
以上の各層での相互作用、即ち光電吸収により生成され
る光電子がａ−Si膜内で電子正孔対の生成に利用される
有効エネルギEfは、光電子エネルギをEeとして次のよう
に表わされる。
上記式の右辺第１項および第２項はそれぞれ、第２の金
属14および第１の金属13で光電子が発生しこれが次のａ
−Si膜12において電子正孔対生成に有効に利用されるエ
ネルギであり、第３項はａ−Si膜12内で光電子が発生し
これが電子正孔対に消費されるエネルギである。これは
次のようにして求められる。先ず第２の金属14でＸ線フ
ォトンが相互作用してそれが光電吸収である確率は、 Pa・μｅ（ａ）／μｔ（ａ） である。次にこの金属14中で発生した光電子はａ−Si膜
12に達するまでにエネルギを失い、平均として、 （１−Wa/Ra）Ee のエネルギに減少している。その理由を第３図を参照し
て説明すると、Ｘ線フォトン入射により金属14の中央で
発生した光電子は、Ee≒50KeVのとき、約60゜の角度で
検出され、金属膜14中を約Waの距離走行することによ
り、約（Wa/Ra）Eeのエネルギを失う。Raは電子飛程で
あり、この距離走行すると光電子のエネルギは零にな
る。金属膜14とａ−Si膜12の境界に達した光電子はａ−
Si膜12中で Rs｛Ee（１−Wa/Ra）｝ の飛程を有する。これはエネルギに依存する飛程函数で
ある。従って光電子が約60゜の角度で直進して次の金属
膜13に衝突するまでに走行する距離Wsの間に電子正孔対
生成に利用されるエネルギは、 （１−Wa/Ra）Eeの 2Ws/Rs｛Ｅ（１−Wa/Ra）｝倍 となる。ここで、 2Ws/Rs｛Ｅ（１−Wa/Ra）｝》１ のときはａ−Si中で光電子が停止する場合で、この値は
１に固定する。こうして第２の金属14で発生した光電子
がａ−Si膜内で電子正孔対生成に利用される有効エネル
ギは、第１項のように表わされることになる。
属14および第１の金属13で光電子が発生しこれが次のａ
−Si膜12において電子正孔対生成に有効に利用されるエ
ネルギであり、第３項はａ−Si膜12内で光電子が発生し
これが電子正孔対に消費されるエネルギである。これは
次のようにして求められる。先ず第２の金属14でＸ線フ
ォトンが相互作用してそれが光電吸収である確率は、 Pa・μｅ（ａ）／μｔ（ａ） である。次にこの金属14中で発生した光電子はａ−Si膜
12に達するまでにエネルギを失い、平均として、 （１−Wa/Ra）Ee のエネルギに減少している。その理由を第３図を参照し
て説明すると、Ｘ線フォトン入射により金属14の中央で
発生した光電子は、Ee≒50KeVのとき、約60゜の角度で
検出され、金属膜14中を約Waの距離走行することによ
り、約（Wa/Ra）Eeのエネルギを失う。Raは電子飛程で
あり、この距離走行すると光電子のエネルギは零にな
る。金属膜14とａ−Si膜12の境界に達した光電子はａ−
Si膜12中で Rs｛Ee（１−Wa/Ra）｝ の飛程を有する。これはエネルギに依存する飛程函数で
ある。従って光電子が約60゜の角度で直進して次の金属
膜13に衝突するまでに走行する距離Wsの間に電子正孔対
生成に利用されるエネルギは、 （１−Wa/Ra）Eeの 2Ws/Rs｛Ｅ（１−Wa/Ra）｝倍 となる。ここで、 2Ws/Rs｛Ｅ（１−Wa/Ra）｝》１ のときはａ−Si中で光電子が停止する場合で、この値は
１に固定する。こうして第２の金属14で発生した光電子
がａ−Si膜内で電子正孔対生成に利用される有効エネル
ギは、第１項のように表わされることになる。
同様に第１の金属膜13中で発生した光電子によりａ−Si
膜12内で電子正孔対生成に費やされる有効エネルギは、
第２項のようになる。
膜12内で電子正孔対生成に費やされる有効エネルギは、
第２項のようになる。
またａ−Si膜12内で相互作用するＸ線フォトンは、平均
として（Ws/Ra）Eeのエネルギを電子正孔対生成に消費
する。ａ−Si膜での光電吸収の確率は、 Rs・μｅ（ｓ）／μｔ（ｓ） であるから、結局、このａ−Si膜で光電子が発生してこ
れが電子正孔対の生成に消費されるエネルギは第３項の
ようになる。
として（Ws/Ra）Eeのエネルギを電子正孔対生成に消費
する。ａ−Si膜での光電吸収の確率は、 Rs・μｅ（ｓ）／μｔ（ｓ） であるから、結局、このａ−Si膜で光電子が発生してこ
れが電子正孔対の生成に消費されるエネルギは第３項の
ようになる。
第４図は、上記有効エネルギの式を用いて、具体的な実
施例１での有効エネルギEfを単位セルの積層数Ｎについ
て求めた結果である。この実施例１では、第２の金属膜
14はAu膜であって、膜厚がWa＝１μｍ、全減弱係数がμ
ｔ（ａ）＝96.5/cm、光電吸収係数μｅ（ａ）と全減弱
係数μｔ（ａ）の比が14.4/16.5、電子飛程がRa＝5.11
μｍである。第１の金属膜13はMo膜であって、膜厚がWb
＝２μｍ、全減弱係数がμｔ（ｂ）＝69.7/cm、光電吸
収係数μｅ（ｂ）と全減弱係数μｔ（ｂ）の比が10.3/1
0.9、電子飛程がRb＝7.35μｍである。ａ−Si膜は、膜
厚がWs＝５μｍ、全減弱係数がμｔ（ｓ）＝0.985/cm、
光電吸収係数μｅ（ｓ）と全減弱係数μｔ（ｓ）の比が
9.9/19.6、電子飛程がRs＝23.85μｍである。第４図の
比較例１は、ａ−Si膜のみで実施例１と同じ厚みをもた
せた場合を示している。また入射Ｘ線フォトンエネルギ
は50KeVを仮定している。
施例１での有効エネルギEfを単位セルの積層数Ｎについ
て求めた結果である。この実施例１では、第２の金属膜
14はAu膜であって、膜厚がWa＝１μｍ、全減弱係数がμ
ｔ（ａ）＝96.5/cm、光電吸収係数μｅ（ａ）と全減弱
係数μｔ（ａ）の比が14.4/16.5、電子飛程がRa＝5.11
μｍである。第１の金属膜13はMo膜であって、膜厚がWb
＝２μｍ、全減弱係数がμｔ（ｂ）＝69.7/cm、光電吸
収係数μｅ（ｂ）と全減弱係数μｔ（ｂ）の比が10.3/1
0.9、電子飛程がRb＝7.35μｍである。ａ−Si膜は、膜
厚がWs＝５μｍ、全減弱係数がμｔ（ｓ）＝0.985/cm、
光電吸収係数μｅ（ｓ）と全減弱係数μｔ（ｓ）の比が
9.9/19.6、電子飛程がRs＝23.85μｍである。第４図の
比較例１は、ａ−Si膜のみで実施例１と同じ厚みをもた
せた場合を示している。また入射Ｘ線フォトンエネルギ
は50KeVを仮定している。
第４図から明らかなようにこの実施例によれば、光電吸
収により発生される光電子がａ−Si膜での電子正孔対生
成に有効に利用され、単位セルの積層数を選ぶことによ
り高いＸ線検出感度が得られる。比較例１において有効
エネルギが小さい主たる理由は、ａ−Si膜での全減弱係
数、光電吸収係数共に小さく、Ｘ線フォトンがａ−Si膜
中で相互作用する確率Psが、金属膜中での確率Pa,Pbに
比べてはるかに小さいことによる。
収により発生される光電子がａ−Si膜での電子正孔対生
成に有効に利用され、単位セルの積層数を選ぶことによ
り高いＸ線検出感度が得られる。比較例１において有効
エネルギが小さい主たる理由は、ａ−Si膜での全減弱係
数、光電吸収係数共に小さく、Ｘ線フォトンがａ−Si膜
中で相互作用する確率Psが、金属膜中での確率Pa,Pbに
比べてはるかに小さいことによる。
第５図は、実施例１と同じ材料を用いた場合の構成で、
膜厚を変え、且つ積層数を大きい範囲まで変化させた実
施例での有効エネルギEfを求めた結果である。即ち実施
例２は、第２の金属膜14としてのAu膜の膜厚をWa＝１μ
ｍ、第１の金属膜13としてのMo膜の膜厚をWb＝２μｍ、
ａ−Si膜12の膜厚をWs＝25μｍとした場合である。実施
例３は同じく、Wa＝0.5μｍ、Wb＝1.0μｍ、Ws＝25μｍ
とした場合である。比較例２および３はそれぞれ、実施
例２および３に対応してその積層膜厚に相当するａ−Si
膜のみで検出装置を構成した場合のデータである。
膜厚を変え、且つ積層数を大きい範囲まで変化させた実
施例での有効エネルギEfを求めた結果である。即ち実施
例２は、第２の金属膜14としてのAu膜の膜厚をWa＝１μ
ｍ、第１の金属膜13としてのMo膜の膜厚をWb＝２μｍ、
ａ−Si膜12の膜厚をWs＝25μｍとした場合である。実施
例３は同じく、Wa＝0.5μｍ、Wb＝1.0μｍ、Ws＝25μｍ
とした場合である。比較例２および３はそれぞれ、実施
例２および３に対応してその積層膜厚に相当するａ−Si
膜のみで検出装置を構成した場合のデータである。
第５図から明らかなように実施例2,3では、積層数Ｎ＝1
00のとき、Ｘ線フォトンエネルギ5KeVの半分以上の29〜
30KeVという大きいエネルギがａ−Si膜内での電子正孔
対生成のために有効に利用されている。この様な積層数
100の時の有効エネルギは、現在医療用として用いられ
ていて最も有効エネルギが高いとされるイメージ・イン
テンシファイアに匹敵するか、それ以上の値である。し
かも、単位セルのａ−Si膜の膜厚は25μｍであるから、
各ａ−Si膜で生成された電子正孔対は高い収集効率で外
部に電気信号として取出すことができる。また積層数10
0のときａ−Si膜の全膜厚は実施例2,3共に2.5mmとな
る。これは例えば、単結晶Siを用いたＸ線検出器である
程度の検出感度を得るためには入射Ｘ線方向の厚みとし
て数cmを必要とすることを考えると、大きい利点であ
る。
00のとき、Ｘ線フォトンエネルギ5KeVの半分以上の29〜
30KeVという大きいエネルギがａ−Si膜内での電子正孔
対生成のために有効に利用されている。この様な積層数
100の時の有効エネルギは、現在医療用として用いられ
ていて最も有効エネルギが高いとされるイメージ・イン
テンシファイアに匹敵するか、それ以上の値である。し
かも、単位セルのａ−Si膜の膜厚は25μｍであるから、
各ａ−Si膜で生成された電子正孔対は高い収集効率で外
部に電気信号として取出すことができる。また積層数10
0のときａ−Si膜の全膜厚は実施例2,3共に2.5mmとな
る。これは例えば、単結晶Siを用いたＸ線検出器である
程度の検出感度を得るためには入射Ｘ線方向の厚みとし
て数cmを必要とすることを考えると、大きい利点であ
る。
第６図は、第１図の構成で第２の金属膜14としてAu膜に
代わりTa膜を用いた場合について、第５図と同様に有効
エネルギEfを求めた結果である。実施例４は、第２の金
属膜14としてのTa膜の膜厚をWa＝１μｍ、第１の金属膜
13であるMo膜の膜厚をWb＝２μｍ、ａ−Si膜12の膜厚を
Ws＝25μｍとした場合である。実施例５は同様に、Wa＝
0.5μｍ、Wb＝1.0μｍ、Ws＝25μｍとした場合である。
また比較例４および５はそれぞれ、実施例４および５の
積層数に対応する膜厚のａ−Si膜のみで検出器を構成し
た場合である。なお、Taの全減弱係数は、μｔ（ａ）＝
83.8/cm、光電吸収係数μｅ（ａ）と全減弱係数μｔ
（ａ）の比は11.6/13.4、電子飛程はRa＝5.06μｍとし
た。
代わりTa膜を用いた場合について、第５図と同様に有効
エネルギEfを求めた結果である。実施例４は、第２の金
属膜14としてのTa膜の膜厚をWa＝１μｍ、第１の金属膜
13であるMo膜の膜厚をWb＝２μｍ、ａ−Si膜12の膜厚を
Ws＝25μｍとした場合である。実施例５は同様に、Wa＝
0.5μｍ、Wb＝1.0μｍ、Ws＝25μｍとした場合である。
また比較例４および５はそれぞれ、実施例４および５の
積層数に対応する膜厚のａ−Si膜のみで検出器を構成し
た場合である。なお、Taの全減弱係数は、μｔ（ａ）＝
83.8/cm、光電吸収係数μｅ（ａ）と全減弱係数μｔ
（ａ）の比は11.6/13.4、電子飛程はRa＝5.06μｍとし
た。
Taは原子番号がAuに比べて小さいので、その分だけ先の
実施例に比べて有効エネルギEfが小さくなっているが、
この場合にも本発明の有効性は明らかである。
実施例に比べて有効エネルギEfが小さくなっているが、
この場合にも本発明の有効性は明らかである。
ここで、本発明における金属膜の膜厚の最適値に関して
検討してみる。金属膜の膜厚を、ここで発生する光電子
の電子飛程以上にすると発生した光電子は大部分この金
属膜中で失われ、当然有効エネルギEfに寄与しない。一
方で、積層数Ｎが決まっている場合、金属膜の膜厚が薄
すぎると、全体としてのＸ線フォトンとの相互作用確率
が減少して、やはり有効エネルギEfへの寄与が減る。従
って積層数との関係で金属膜の適当な膜厚が存在する筈
である。
検討してみる。金属膜の膜厚を、ここで発生する光電子
の電子飛程以上にすると発生した光電子は大部分この金
属膜中で失われ、当然有効エネルギEfに寄与しない。一
方で、積層数Ｎが決まっている場合、金属膜の膜厚が薄
すぎると、全体としてのＸ線フォトンとの相互作用確率
が減少して、やはり有効エネルギEfへの寄与が減る。従
って積層数との関係で金属膜の適当な膜厚が存在する筈
である。
第７図は、第１図の構成において第１の金属膜13として
Mo膜、第２の金属膜14としてTa膜を用い、ａ−Si膜12の
膜厚を25μｍとし、Mo膜とTa膜の膜厚を等しくｘとして
これを横軸にとり、積層数Ｎをパラメータとして有効エ
ネルギEfを求めた結果である。図に示すように金属膜の
膜厚に対して有効エネルギEfはピーク値を有し、この計
算例では、Ｎ＝200、100および50に対してそれぞれ最適
金属膜厚は0.9μｍ、1.2μｍおよび1.8μｍとなってい
る。
Mo膜、第２の金属膜14としてTa膜を用い、ａ−Si膜12の
膜厚を25μｍとし、Mo膜とTa膜の膜厚を等しくｘとして
これを横軸にとり、積層数Ｎをパラメータとして有効エ
ネルギEfを求めた結果である。図に示すように金属膜の
膜厚に対して有効エネルギEfはピーク値を有し、この計
算例では、Ｎ＝200、100および50に対してそれぞれ最適
金属膜厚は0.9μｍ、1.2μｍおよび1.8μｍとなってい
る。
第８図は本発明の他の実施例のＸ線検出装置構成を示
す。この実施例では、絶縁性基板21上に第１の金属膜22
（221〜223）、ａ−Si膜23（231〜235）および第２の金
属膜24（241〜243）を交互に順次積層形成している。第
１の金属膜22は例えばMo膜であり、第２の金属膜24は例
えばAu膜である。この基本的な構成は先の第１図と同じ
であるが、第１図と異なる点は、単位セルの積層構造を
電気的に直列接続していることである。即ち先の第１図
では、各単位セルに得られる電流を並列に取出すのに対
して、この実施例では単位セルに発生する起電力を直列
に加えて取出すものである。
す。この実施例では、絶縁性基板21上に第１の金属膜22
（221〜223）、ａ−Si膜23（231〜235）および第２の金
属膜24（241〜243）を交互に順次積層形成している。第
１の金属膜22は例えばMo膜であり、第２の金属膜24は例
えばAu膜である。この基本的な構成は先の第１図と同じ
であるが、第１図と異なる点は、単位セルの積層構造を
電気的に直列接続していることである。即ち先の第１図
では、各単位セルに得られる電流を並列に取出すのに対
して、この実施例では単位セルに発生する起電力を直列
に加えて取出すものである。
この実施例によっても先の実施例と同様の効果が得られ
ることが明らかである。
ることが明らかである。
本発明は上記した各実施例に限られるものではなく、以
下に列記するように種々変形して実施することができ
る。
下に列記するように種々変形して実施することができ
る。
（ａ）基板は石英ガラス基板の他、他の各種ガラス基板
やアルミナ基板、サファイア基板等の絶縁性基板を用い
得る。また金属基板を用いることも可能である。
やアルミナ基板、サファイア基板等の絶縁性基板を用い
得る。また金属基板を用いることも可能である。
（ｂ）半導体膜はａ−Si膜の他、Ge,Se,Gaなど他のアモ
ルファス半導体を用いることができる。またアモルファ
ス半導体の他、微結晶半導体や多結晶半導体或いはこれ
らの組合わせを用いることができる。
ルファス半導体を用いることができる。またアモルファ
ス半導体の他、微結晶半導体や多結晶半導体或いはこれ
らの組合わせを用いることができる。
また半導体膜は必ずしもノンドープである必要はなく、
不純物がドープされてもよい。更に、pn構造やpin,pi,n
i構造を採用することもでき、これらを多段に積層して
タンデム構造とすることもできる。
不純物がドープされてもよい。更に、pn構造やpin,pi,n
i構造を採用することもでき、これらを多段に積層して
タンデム構造とすることもできる。
（ｃ）金属膜も、好ましくは原子番号30以上のものを適
当に選択して用いることができる。各実施例では、ａ−
Si膜を挟む一方の金属膜がａ−Si膜とショットキー障壁
を構成し、他方の金属膜がａ−Si膜とオーミック接触す
るように選択したが、これは零バイアス又はこれに近い
バイアスで信号を読み出すためである。これに対してい
ずれの金属膜もオーミック接触する材料として、電圧を
印加して電流を読み出すようにすることもできる。また
隣接するａ−Si膜間の金属膜が単層でなく、ａ−Si膜と
オーミック接触する金属膜とショットキー障壁を形成す
る金属膜との積層膜とすることもできる。更にまた金属
膜として、単にオーミック電極として用いるだけの原子
番号の小さい金属膜が含まれていてもよい。
当に選択して用いることができる。各実施例では、ａ−
Si膜を挟む一方の金属膜がａ−Si膜とショットキー障壁
を構成し、他方の金属膜がａ−Si膜とオーミック接触す
るように選択したが、これは零バイアス又はこれに近い
バイアスで信号を読み出すためである。これに対してい
ずれの金属膜もオーミック接触する材料として、電圧を
印加して電流を読み出すようにすることもできる。また
隣接するａ−Si膜間の金属膜が単層でなく、ａ−Si膜と
オーミック接触する金属膜とショットキー障壁を形成す
る金属膜との積層膜とすることもできる。更にまた金属
膜として、単にオーミック電極として用いるだけの原子
番号の小さい金属膜が含まれていてもよい。
更に、金属膜中に例えば、Ｂなどをドープすることによ
り、中性子の検出器としても有効に利用することができ
る。
り、中性子の検出器としても有効に利用することができ
る。
［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、金属膜と半導体膜を
交互に複数層積層した簡単な構造で、高感度の放射線検
出器が実現する。例えば数値例を挙げて説明したよう
に、積層数を100層程度にすることにより、イメージン
グ・インテンシファイアに匹敵するかそれ以上に感度が
得られる。しかも、構造が単純であること、金属膜はス
パッタ法や真空蒸着法により、半導体膜はプラズマ分解
法によりそれぞれ大面積に容易に形成できること、等か
ら放射線検出装置の大幅なコストダウンが図られる。
交互に複数層積層した簡単な構造で、高感度の放射線検
出器が実現する。例えば数値例を挙げて説明したよう
に、積層数を100層程度にすることにより、イメージン
グ・インテンシファイアに匹敵するかそれ以上に感度が
得られる。しかも、構造が単純であること、金属膜はス
パッタ法や真空蒸着法により、半導体膜はプラズマ分解
法によりそれぞれ大面積に容易に形成できること、等か
ら放射線検出装置の大幅なコストダウンが図られる。
第１図（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例のＸ線検出装置
を示す平面図とその断面図、第２図はその装置の動作を
理論解析するために用いたモデル図、第３図は同じくＸ
線フォトンによる光電吸収の効果を説明するための図、
第４図は具体的な実施例の有効エネルギを求めた数値計
算結果を示す図、第５図および第６図は他の実施例での
有効エネルギを求めた数値計算結果を示す図、第７図は
金属膜厚と有効エネルギの関係を求めた数値計算結果を
示す図、第８図は他の実施例の放射線検出装置を示す断
面図、第９図〜第11図は従来の放射線検出装置の構成例
を示す図である。 11……絶縁性基板、12……ａ−Si膜、13……第１の金属
膜、14……第２の金属膜、21……絶縁性基板、22……第
１の金属膜、23……ａ−Si膜、24……第２の金属膜。
を示す平面図とその断面図、第２図はその装置の動作を
理論解析するために用いたモデル図、第３図は同じくＸ
線フォトンによる光電吸収の効果を説明するための図、
第４図は具体的な実施例の有効エネルギを求めた数値計
算結果を示す図、第５図および第６図は他の実施例での
有効エネルギを求めた数値計算結果を示す図、第７図は
金属膜厚と有効エネルギの関係を求めた数値計算結果を
示す図、第８図は他の実施例の放射線検出装置を示す断
面図、第９図〜第11図は従来の放射線検出装置の構成例
を示す図である。 11……絶縁性基板、12……ａ−Si膜、13……第１の金属
膜、14……第２の金属膜、21……絶縁性基板、22……第
１の金属膜、23……ａ−Si膜、24……第２の金属膜。
Claims (10)
- 【請求項１】光電吸収効果により生成される光電子の電
子飛程距離より薄い金属膜と半導体膜とを交互に複数層
積層形成してなることを特徴とする放射線検出装置。 - 【請求項２】前記金属膜は、原子番号30以上の金属から
なる特許請求の範囲第１項記載の放射線検出装置。 - 【請求項３】前記半導体膜はアモルファス半導体からな
る特許請求の範囲第１項記載の放射線検出装置。 - 【請求項４】前記半導体膜と金属膜はショットキー障壁
もしくはオーミック接触をなすものである特許請求の範
囲第１項記載の放射線検出装置。 - 【請求項５】半導体膜とこれを挟む金属膜により単位セ
ルが構成され、複数の単位セルが積層形成されて電気的
に並列接続されている特許請求の範囲第１項記載の放射
線検出装置。 - 【請求項６】半導体膜とこれを挟む金属膜により単位セ
ルが構成され、複数の単位セルが積層形成されて電気的
に直列接続されている特許請求の範囲第１項記載の放射
線検出装置。 - 【請求項７】前記アモルファス半導体は真性半導体,p型
半導体,n型半導体のいずれか又はこれらの組合わせから
なる特許請求の範囲第３項記載の放射線検出装置。 - 【請求項８】前記アモルファス半導体はアモルファス相
と微結晶相の組合わせからなる特許請求の範囲第３項記
載の放射線検出装置。 - 【請求項９】前記アモルファス半導体はpin構造,pn構
造,ni構造,pi構造のいずれか又はこれらの組合わせから
なる構造が多段に積層されたものである特許請求の範囲
第３項記載の放射線検出装置。 - 【請求項１０】前記金属膜は異なる金属層を積層した構
造からなる特許請求の範囲第１項記載の放射線検出装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61045958A JPH07107941B2 (ja) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | 放射線検出装置 |
| DE8787102962T DE3768112D1 (de) | 1986-03-03 | 1987-03-03 | Strahlungsdetektor. |
| US07/021,349 US4926052A (en) | 1986-03-03 | 1987-03-03 | Radiation detecting device |
| EP87102962A EP0239808B1 (en) | 1986-03-03 | 1987-03-03 | Radiation detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61045958A JPH07107941B2 (ja) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | 放射線検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62203080A JPS62203080A (ja) | 1987-09-07 |
| JPH07107941B2 true JPH07107941B2 (ja) | 1995-11-15 |
Family
ID=12733772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61045958A Expired - Fee Related JPH07107941B2 (ja) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | 放射線検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07107941B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7368739B2 (en) * | 2005-10-26 | 2008-05-06 | Tetra Laval Holdings & Finance S.A. | Multilayer detector and method for sensing an electron beam |
| EP2147334B1 (en) * | 2007-05-15 | 2019-07-03 | Cobham Colorado Springs Inc. | Energy sensitive direct conversion radiation detector |
| WO2012011448A1 (ja) * | 2010-07-21 | 2012-01-26 | シャープ株式会社 | 光センサ及び該光センサを備えた半導体装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57172272A (en) * | 1981-04-17 | 1982-10-23 | Toshiba Corp | Multichannel type radiation detector |
-
1986
- 1986-03-03 JP JP61045958A patent/JPH07107941B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62203080A (ja) | 1987-09-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |