JPH0738132A - 放射線検出素子とその製造方法、及び放射線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はＣｄＴｅ結晶を用いた新規な放
射線検出素子とその製造方法、およびこれを用いた高感
度の放射線検出器の提供を目的とする。 【構成】 比抵抗が10⁷〜５×10⁹オーム／cmの放射線
検出素子用ＣｄＴｅ結晶の表面と裏面とに金属層を設
け、これを機械的手段により切断して全側面を比抵抗10
¹⁰オーム／cm以上の超高抵抗層で覆った放射線検出素子を
得、これを相互に接するように１次元あるいは２次元に
配置する。 【効果】 従来より高性能の２次元集積型放射線検
出器を低コストで製造可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＸ線やγ線などの放射線
を利用した非破壊画像検査装置のためめの集積型放射線
検出器とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】放射線画像検査等の非破壊画像検査法は
例えば、溶接部の欠陥検査、コンピュータ断層撮影、手
荷物検査等に利用され、特に近年の医療分野での利用範
囲の拡大には見るべきものがある。この方法は、Ｘ線や
γ線などの放射線が被検査物体を透過する際に、放射線
の吸収能力が物体の構造材料により異なることを利用し
たものである。

【０００３】従来よりこの放射線の検出には種々の検出
器があり、目的や装置の用途に応じ最適な物が選定さ
れ、採用されている。画像検査装置に用いる検出器とし
ては集積化が望まれることから半導体検出器が最適とさ
れ、ＣｄＴｅ結晶が半導体として用いられている。この
半導体検出器は高抵抗な微小ＣｄＴｅ結晶の相対抗する
２面に電極を設けた単位素子を単独、あるいは集積して
用いる物であり、使用に際しては該電極間にバイアス電
圧をかける。この状態で放射線がＣｄＴｅ結晶中に入射
すると、放射線と結晶中の原子との相互作用によりその
一部が吸収され結晶内部に電子と正孔とが生じ、この電
子と正孔とがドリフトし、電流パルスが発生する。この
電流パルスの高さと単位時間当たりの数とを計測して結
晶内に入射した放射線のエネルギーと強度とを知る。

【０００４】前記単位素子を用いて物体を透過してきた
放射線を測定し、画像化する方法としては３種の方法が
あり、１つは単位素子自体をＸ−Ｙ方向に２次元走査す
る方法であり、測定に要する時間は最も長いものとな
る。２つめの方法は前記単位素子を例えばＸ軸方向に積
層し、得た積層体をＹ軸方向に１次元走査する方法であ
る。この方法は前記第１の方法より測定に要する時間は
短くなる。３つめの方法は、前記単位素子を２次元に積
層したものであり、必要とされる単位素子の数は多量と
なるものの測定に要する時間は極めて短くなる。測定時
間を短縮することは放射線の照射量が少ないことを意味
し、安全上最も好ましい。このことから前記単位素子を
２次元に積層した検出器の使用が最も推奨されるところ
である。

【０００５】半導体結晶板を用いて単位素子を２次元に
積層した検出器の１例として大きな半導体結晶板の片面
前面に金属層を形成し、これを共通電極とし、反対面に
各画素に対応する大きさの分離された電極を２次元に配
列し、配列した電極の個々に独立した増幅装置を設けた
ものがある。この検出器の場合、放射線が入射した直近
の電極に電流が流れることになり、この電流を測定する
ことにより放射線の入射位置と放射線の強さを検出する
ことができる。

【０００６】この方法では該検出器は一体成形されるた
め簡単に製造できるものの、各素子は分離されていない
ため各素子間の信号漏れが生じる。この信号漏れは電極
間の間隔と半導体結晶板の厚さに依存し、電極間隔が狭
くなるほど、また半導体結晶板が厚くなるほど顕著にな
る。従って、分解能を上げたい場合や高エネルギーの放
射線を利用する場合にはこの方法で作成された検出器は
必ずしも適したものとはならなくなる。加えて複数の画
素のうちの１つでも放射線検出特性に不良が生じた場
合、検出器全体が使用不能となってしまう。

【０００７】なお、前記したように半導体結晶として一
般的に使用されるＣｄＴｅ結晶板を用いて前記２次元に
積層した検出器を作成しようとすると、ＣｄＴｅ結晶板
は結晶製造上の制約より最大１〜２cm角の物しか得られ
ず、かつ極めて脆い材質であるため大面積の検出器は得
られない。

【０００８】単位素子を２次元に積層する別の方法は、
独立した微小の単位素子を作成し、各素子を一定の間隔
を設けて配置する方法である。この方法では、各素子間
には空間が存在するため、電気的には完全に分離されて
おり、厚い半導体結晶板を用いた場合でも前記信号漏れ
は生じない。しかし、組立が煩雑になることは避けられ
ない。加えて、分解能を上げるために素子を小さくし、
素子間の間隔を狭くすると感度が低下するという欠点が
ある。すなわち、２次元に集積して得た検出器全体の感
度は素子の大きさをＬとし、素子間の間隔をＤとし、比
例係数をＡとしたとき、感度＝Ａ・Ｌ／（Ｌ＋Ｄ）²で
示されるが、この式より明らかなように、ＬがＤに近づ
くに従い急速に感度は低下する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明はＣｄＴｅ結晶
を用いた新規な放射線検出素子とその製造方法、および
該放射線検出素子を１次元、あるいは２次元に積層して
得た高感度の放射線検出器用の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の放射線検出素子は、比抵抗が10⁷〜５×10⁹オーム／cm
の放射線検出素子用ＣｄＴｅ結晶において、その表面と
裏面とに金属層が設けられ、その全側面に比抵抗10¹⁰オー
ム／cm以上の超高抵抗層が設けられたものであり、該結
晶の製造方法は前記ＣｄＴｅ結晶板の表面と裏面とを研
磨し、表面と裏面の加工歪み層を除去した後、表面と裏
面とに金属層を設け、その後ワイヤーソーイングやダイ
シング等の機械的手段により所望の大きさに切断するも
のである。そして、本発明の放射線検出器は、単位素子
を１次元、あるいは２次元に積層した放射線検出器用素
子を用いた放射線検出器において、放射線検出器用検出
素子として単位素子として前記本発明の放射線検出素子
を相互に接するように１次元あるいは２次元に積層した
ものであり、あるいは表面の電極と裏面の電極との何れ
か一方を共通電極として１次元あるいは２次元に配置し
たものである。

【００１１】

【作用】通常放射線検出素子として用いられるＣｄＴｅ
結晶はブリッジマン法やＴＨＭ法などで育成された比抵
抗が10⁷〜５×10⁹オーム／cmの物が用いられる。この点に
おいて本発明は新規な何物も開示するものではない。本
発明を発明とし得るところのものは、放射線検出素子と
して表面と裏面とを除く側面全面が比抵抗10¹⁰オーム／cm
以上の超高抵抗層で覆われたＣｄＴｅ結晶の表面と裏面
とに金属層を設けたものを用いること、そしてその素子
の製造方法、そしてその素子を用いた放射線検出器にあ
る。

【００１２】ちなみに、比抵抗が10⁷〜５×10⁹オーム／cm
の物を用いる理由を説明すると、比抵抗がこれより低い
とバイアス電圧を素子の電極に印可したときに電流が流
れてしまい雑音が発生するからである。また、これより
比抵抗が高いと結晶中のキャリアの移動度と寿命とが小
さくなりすぎ放射線入射による電流が検知できなくなる
からである。このような比抵抗の放射線検出用ＣｄＴｅ
結晶は塩素やインジウムやガリウムといった不純物を微
量添加することにより、あるいは高純度化することによ
り得られる。

【００１３】本発明の素子に用いる結晶の表面と裏面と
に比抵抗10¹⁰オーム／cm以上の超高抵抗層を設けないのは
表面と裏面とに電極を設け、放射線が結晶内を通過する
に際して発生する電流を効率よく検出するためであり、
表面と裏面を除く全側面に比抵抗10¹⁰オーム／cm以上の超
高抵抗層を設けるのは、該結晶を用いて作成した単位素
子を相互に接して１次元、あるいは２次元に配置したと
き、前記超高抵抗層が絶縁層として働き、信号漏れを防
止するためである。なお、表面と裏面との電極の少なく
とも一方は相互に分離され、電気的に隔絶されているこ
とが必要であるが、他方は共通電極として一体化しても
支障はない。

【００１４】本発明の放射線検出素子に用いる結晶を得
るに際してはＣｄＴｅ結晶より所望の厚さの結晶板を切
り出し、得た結晶板の表面と裏面とを研磨し、加工歪み
を除去した後機械的切断方法により所望の大きさ、形状
に切断する。ＣｄＴｅ結晶板の表面と裏面とを研磨し、
加工歪みを除去するのは両面に電極を設けるためであ
る。そして切断面を研磨せず粗面のままとするのは、加
工歪みを有する層が極めて高い抵抗値を持つからであ
る。この抵抗値の大きさと、加工歪みの大きさとは無関
係ではなく、定量的関係は明かではないものの加工歪み
が大きいほど抵抗値は高くなる。比抵抗が10⁷〜５×10⁹
オーム／cmのＣｄＴｅ結晶を用いた場合、側面の加工歪み
層が10¹⁰オーム／cm以上の比抵抗を有すれば、該加工歪み
層が実質的に絶縁層として機能する。よって、機械的切
断方法として採用し得る方法は10¹⁰オーム／cm以上の比抵
抗を生ずる加工歪みを発生させる方法でなければならな
い。この程度の加工歪みはワイヤーソーイングやダイシ
ングなどの通常の機械的切断方法で十分得られる。

【００１５】本発明の放射線検出素子は前記方法で得た
該素子用結晶の表面と裏面とにバイアスを加えるための
電極を設けたものである。本発明の放射線検出素子を作
成するためには前記放射線検出素子用結晶の研磨面に金
属層を設けても良く、ＣｄＴｅ結晶板の表面と裏面とを
研磨し、表面の加工歪み層を除去した後表面と裏面とに
金属層を設け、その後ワイヤーソーイングやダイシング
などの通常の機械的手段で切断しても良く、この方法で
も結果的に同じものを得ることができる。後者の方法の
場合、切断後に各放射線検出素子の電極となる金属部の
周囲が切断時にわずかに面取りされるため、得られた放
射線検出素子同士を接して配置しても電極間には概ね50
μｍの隙間が確保され、該素子を用いて放射線検出器用
の放射線検出器用検出素子を作成するに支障はない。

【００１６】電極とする金属は結晶との密着性が良く、
結晶内に電場を誘導できるものであれば良く、特にこだ
わらないが、通常金や白金が最も良く用いられている。
また電極の作成方法も無電解めっき、真空蒸着、スパッ
タリングなどの種々の一般的な製膜方法を用いることが
可能である。

【００１７】本発明の放射線検出器は前記方法で得られ
た本発明の放射線検出素子を相互に接するように１次元
あるいは２次元に積層した放射線検出器用素子を用いた
り、あるいは表面の電極と裏面の電極との何れか一方を
共通電極として１次元あるいは２次元に配置した放射線
検出器用検出素子を用いるものである。放射線検出器用
検出素子を作成するに際し本発明の放射線検出素子を相
互に接するように積層するのは、素子間の間隔をなく
し、放射線検出における不感帯域を可能な限り狭くし、
放射線検出素子を小さくした場合の感度の低下を極力抑
えようとするものである。ちなみに、本発明の放射線検
出器用検出素子の不感帯域は切断により生じた加工歪み
層の幅のみとなり、例えばワイヤーソーイングにより切
断した場合には、高々50μｍであり、素子を小さくした
としても感度の低下を大幅に抑えることが可能となる。

【００１８】また、本発明の方法により得た放射線検出
素子を積層するに際し、特性不良の素子を事前に除去し
つつ積層することが可能となり、良好な高品質の放射線
検出器用検出素子の製造が可能となるばかりか、組立作
業が極めて簡単となり製造コストを大幅に削減できる。

【００１９】

【実施例】次に本発明の実施例について述べる。 （実施例１）塩素添加により比抵抗が10⁹オーム／cmとなっ
た直径４インチのＣｄＴｅ結晶を切断し、厚さ２mmの単
結晶板を得た。この単結晶板の両面を＃1000の研磨材を
用いてラッピング研磨し、両面の加工歪み層を除去し
た。次いで、臭素を約１％含むメタノール溶液を研磨液
とし、両面をメカノケミカル研磨によりラッピングによ
り生じた表面加工歪み層を完全に除去した。得られた結
晶板の厚さは約1.2mmとなっていた。

【００２０】次に塩化金１ｇを水0.1リッターに溶解して得
た金めっき液に前記得られた結晶板を数秒間浸漬し、次
いで水洗し、乾燥し、結晶表面全体に厚さ約１μｍの金
めっきを施した。次いでこの金めっきを施した結晶板を
マルチワイヤーソーを用いて縦横２方向に切断し、１辺
の長さが２mmの正方形の放射線検出素子を作成した。

【００２１】このようにして作成した100個の素子の放
射線検出特性をＡｍ−241から放射される60Kevの放射線
を用いて測定したところ、感度のばらつきは（最大値−
最小値）／平均値＝0.08となっていた。この100個の検
出素子の一方の電極面を導電性接着剤を用いてプリント
配線板に直列に配置し、表面に現れた検出素子の電極面
全面に導電性塗料を薄く塗布して共通電極を構成し、こ
の電極をアース端子と結合し、幅２mm、長さ200mmの１
次元アレイ検出端子を作成した。この検出端子の共通電
極側が放射線の入射面となる。

【００２２】プリント配線板の裏面には各素子と対応す
る位置にリード線が設けられており、該リード線は前記
導電性接着剤を介して電極と結合している。各素子毎に
増幅器と結線し放射線検出器を構成した。

【００２３】裏面側に100Mオームの抵抗を介して＋50Ｖの
バイアス電圧を印可し、1.8mm□にコリメートした放射
線をアレイ内の任意の１個の素子に照射し、隣接する２
個の素子で検出される信号を観察し、素子間の信号漏れ
を調べた。その結果、信号漏れは全くなく、各素子は電
気的に完全に分離されていることが確認できた。

【００２４】（実施例２）実施例１で用いた９個の放射
線検出素子を用いて６mm角の２次元アレイ検出器用検出
素子を作成し、これを用いて放射線検出器を作成し、中
央の素子に放射線を照射した以外は実施例１と同様にし
て各放射線検出素子間の信号漏れを調べた。その結果、
信号漏れは全くなく、各素子は電気的に完全に分離され
ていることが確認できた。

【００２５】

【発明の効果】本発明の放射線検出素子の側面に設けら
れた超高抵抗層は各素子間の電気的絶縁を完全ならしめ
るため、該素子を用いて放射線検出器用検出素子を作成
し、これを用いて放射線検出器を作成すれば、従来より
高性能の２次元集積型放射線検出器を低コストで製造可
能となる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 比抵抗が10⁷〜５×10⁹オーム／cmの放射
   線検出素子用ＣｄＴｅ結晶において、その表面と裏面と
   に金属層が設けられ、その全側面に比抵抗10¹⁰オーム／cm
   以上の超高抵抗層が設けられたことを特徴とする放射線
   検出素子。
2. 【請求項２】 比抵抗が10⁷〜５×10⁹オーム／cmのＣｄ
   Ｔｅ結晶板の表面と裏面とを研磨し、表面と裏面の加工
   歪み層を除去した後、表面と裏面とに金属層を設け、次
   いでワイヤーソーイング、ダイシング等の機械的手段に
   より所望の大きさに切断することを特徴とする請求項１
   記載の放射線検出素子の製造方法。
3. 【請求項３】 単位素子を１次元、あるいは２次元に
   積層した放射線検出器用検出素子を用いる放射線検出器
   において、単位素子として請求項１記載の放射線検出素
   子を用い、該素子を相互に接するように１次元あるいは
   ２次元に積層したことを特徴とする放射線検出器。
4. 【請求項４】 表面の電極と裏面の電極との何れか一
   方が共通電極であることを特徴とする請求項３記載の放
   射線検出器。