JPS6049281A - 放射線計測素子 - Google Patents

放射線計測素子

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JPS6049281A
JPS6049281A JP58158743A JP15874383A JPS6049281A JP S6049281 A JPS6049281 A JP S6049281A JP 58158743 A JP58158743 A JP 58158743A JP 15874383 A JP15874383 A JP 15874383A JP S6049281 A JPS6049281 A JP S6049281A
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radiation
semiconductor
scintillator
photodiode
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JP58158743A
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Shotaro Oka
正太郎 岡
Toshiyuki Matsunaka
敏行 松中
Ryoichi Sawada
澤田 良一
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Shimadzu Corp
Shimazu Seisakusho KK
Original Assignee
Shimadzu Corp
Shimazu Seisakusho KK
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/20Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2018Scintillation-photodiode combinations

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Nuclear Medicine (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 仁の発IJJは、放射線計測素子に間する。さらに詳し
くVよ、入11放射#It−効率良く電気信号に入換で
きる放射線計測素子に関する。
(ロ)ぜ1℃米tノ(術 近年、CT等の放射線を用いた医療機器や各種1反Q=
j I! 3111定(t′2器の技術の進歩に伴ない
、放射線の強度分布のjli1尾が重要なWiI:!l
Tlとなつ℃いる。かような放qJ線ξとにX線の回度
分布の測定器としては多数の区画t/4成された電離箱
を組み合せて各区画ごとの放射線強電を/1m定するも
のが知ら〕しているが、これらt」、振動に弱くさらに
その溝造が複雑でかつ重く、JI’V、 Rい」二や興
造上不利でちった。
vI−って、よシ小洪化、移M化された分布測定しうる
/i’J、射線d1・ρす素子が望まれでいた。
この点に関し、j!E年C(IW04%のシンチレータ
と半導体光検出素子(いわゆるフォトダイメート)を組
み合せたh(射線計測素子が種々提案されている。この
Fi1’7111素子のダ(M的な構/i−1’、)よ
、第1図に示すごとく入射面e(ff成するシンチレー
タ層(2)と該シンチレータ層による可視光域のシンチ
レーション光tl−受光検知するフォトダイオード層(
1)とからなる。図中、(3))i誤差となる外部から
の可視光線を反引又はlj+閘するアlレミニウム等か
らなる保護膜、(11)はp型(又tよn型)半導体領
域、(12)はJ1況(又はp型)半導体領域、(4)
は測定表示部をそれぞれ示す。かような放射線計測素子
tよ小型化、軽爪化の条件光だもたすもので必るが、シ
ンチレータ層のシンチレーション効率、スなわらX線等
の被ff1l+定放射線を可視光に変換する効率が不充
分で^す、放射線の検出出力が低いという問題点があっ
た。
()つ発IJJの目的 この発15J#よ、前記従来の問題点に嶋みなされたも
のであシ、放射線検出出力が増大されたシンチレーショ
ン型の放射線計測素子を提供することを目的とするもの
である。
(ニ) 発リドjの47g成 かくしてこの発明によれば、放射線入射ili′rを(
7へ成する半導体光検出素子層とこれに対向配置する半
導体光検出素子層を備え、これら二つの半導体光検出素
子層間に、シンチレータ層、又IJ、半導体光検出素子
層をさらに内層するシンチレータ層を挾持しでなる放射
線計711す素子が提供される。
この発りFJにおりる一つの最も特徴とする点は、従来
のシンチレータに組合わされ°Cいるフォトダイオード
すなわち半導体光検出素子自体で放射線の入射面を構成
した点である。他の最も特徴とする点は、シンチレータ
層を上記半導体光検出素子とこれにヌj向する他の半導
体光検出素子で挾むように抗層溝ハスした点である。
この発明における半導体光検出素子としてはp型?1′
導体基体の表面にnm半導体領域を形成したpn li
合型のフォトダイオードやその逆のnp接合型のものが
挙けられ、これ以外にも金属−半導体接触を利用した表
面Flと壁型のものを用いてもよい。
また、半導体の材質社シリコンが適しているが、これ以
外にゲルマニウム、各種化合物半導体等も適用できる。
これらのうち、基係の不純物濃度をできるだけ少なくシ
(篩純度)、pn接合付31Lに生じる空乏層をできる
たり厚くするものが好ましい。もちろん、p型(又はn
型)半導体基体の表面に形成させるn型(又は9厘)半
導体領域を分F111形成したアレー形の半導体光検出
素子を用いてもよく、放射線分布を商い空間分解Fit
8で計測するlこめには適9J ’?1’ある。この際
クロストークを防止する点で後述する梠造を適用するの
がtlfましい。
放射線入射面t?溝成する半導体光検出素子の有F&領
域の厚みはt%純度の素子としくoh〜1pta程度で
あり、これに対向配置される他の半導体光検出素子の有
感領域厚みは低純度の素子であっても比較的薄いもので
よく0.1門以下で充分である。
なお、これらはそれぞれ当p分野で公知の方法により板
状の形態で作製できる。
上記二つの半導体光検出素子層の間に、シンチレータ層
を介在させることによ)この発明の放射線計測素子が得
られる。シンチレータ層の材質として1よ、 DI 1
1.王(llj’ )、 Ca1(工6す、 C5I(
Na) 、Kl(T#)、ZuS(Cu)、C6,WO
2等が挙り゛られ、局舎によっては有機シンチレータを
用いてもよい。
か\るシンチレータ層の〃みtjコ通當1?〜3門で充
分である。ただし、A在させるシンチレータ層として、
その中に更に半導体光検出素子層を内層した複合シンチ
レータ層を用いてもよくこの場合、検出出力をよりJ〜
加(−うる点から好ましい。なお、露出するシンチレー
タrの周辺部分には、外部からの可視光線を反射又は遮
断する保護膜(例えば、アノI/ミニクムAζ着膜、酸
化アだオニウムCVD膜等)を被覆形成しておくことが
好ましく、散乱放射線の人IHを防止jムための保護膜
(例えば、Pb。
W% Au等の重金F6m)を被覆形成しておくのがよ
り好ましい。
なお、か\るシン1″レーク層を二つの半導体光検出素
子間にエボギシ糸光学接着剤で接着するのが適9Jであ
る。
このようにして得られた放射線計測素子は入射放射線を
効率良く電気信号に変換でき、低エネルギー(数Kev
)/))ら中エネルギー(数百KeV )のX線やγ線
の?r6い検出出力が得られるものである。
すなわち、被jjill屋b(射線はまず、入射面を構
成する半導体光検出素子中に入射するが、ここで半導体
光検出素子自体も゛放射線に直接感応するため検出が行
なわれる。次いで半導体光検出素子で検出されない放射
線すなわち透過した放射線はシンチレータ層に入るが、
ここでシンチレーションによってその殆んどが可視光に
変換され、上面の半導体光検出素子又tiF面の半導体
光検出素子素子層に人光し゛C効率良く検出される。す
なわち、■入射面をtA成する半導体光検出素子の直接
的な放射線検出作用ど轡対向する半導体光検出素子溝A
1によるシンチレーション光の集光効率の良い検出作用
とが相俟って昌い検出効率が得られる本のと考えられる
(ホ)実施例 第2図tよ、この発1夕]の放射線計測素子の具体例を
示すX線計測素子の模式的断面図である。図においてX
線計測素子をよ、X線人躬面(約1.(1(td )を
構成する厚、さ約(L5ttrrqのシリコンフォトダ
イメートN4(IA ;至乏層厚0.01 pm )と
これに対向すルル、さ約0.3 vnのシリコンフォト
ダイオード層(1B:空乏層厚(、lJ絹)との間に、
CdWOiの厚さ約1廟のシンチレータ層(2)を密着
挟持しでなる。
各フォトダイオード層tJ: p !51半導体層(I
IA)、(IIB)にIl型半導体VI域(、L2A)
、(12B)をそれぞれ拡散形成【2てなり、これらの
11型半導体領域面が対向するように氏置4M成されて
いる。なお、(3)は目出するシンチレータ(2)の側
腕に被覆形成さiした反射膜であり、(4つは各半導体
光検出素子からの出力を)r3′?、L*換して表示す
るnlす定表示部にポす。
上記構成のX線計測素子について、120 KV。
管電圧を持つX線管から放射されたX線が、lrmのア
μ/ミニウム板製フイIVター及びO〜30σの水層(
CTにおける人体と仮定)を通過して検出されるシミュ
レーションモデルを設定し、検出出力を算出した。その
結果を11〕軟例と共に第6図及び表1に示した。なお
、比較例1は、第1図に示すごとき構成からなる従来の
構成を採用しfc際に得られる検出出力を、比較例2V
よ対向するフォトダイオード層(」1υを除いた以外、
第2図と同様のX線n1測累子で得られる検出出力をそ
れぞg示すものである3、 表 1 このように、この発りrjのX線MI+!’!11素子
り、畠い検出出力を発揮することが判る。
なお、シンチレータR(2)にさらにフォトダイオード
層を内層させた具体例ir、”153図に示した。
図においで、シンチレータ層(2つは三層からなるシン
チレータR(21)とそれぞれの間に内層された二層の
7:Aトダイオード層(22)からなり、他は第2図と
同様の構成からなる。かような多層放I(線計測素子t
よとくに透過性の大きい放射線の計it!II用として
有用である。
また、フォトダイオード層としてアレー形のフォトダイ
オード層を用いた具体例をt4’54図及び第51図に
示した。図において、(12Aつ、(12Bつはp型半
導体基体(」IAつ、(11B′)の表面に多数分画拡
散形成されtなるn展半導体領域であり、各フォトダイ
オード層(IAつ(113りのn凰牛導体領域(12八
〇と(128りもそれぞれ対向するよう構成されている
そしてシンチレータ層(2′りには入射方向に平行に1
)J欠714(りが対応して多数設けられておシ、その
117J欠溝の内面はアルミニウム(例えば、蒸着やス
パッタリング膜; 51 )で被覆さ7tでいる。この
切欠溝は第5図に示すようにシンチレータ層(2′つに
入った放rj′jMによるシンチレーション光を反射し
て(12AりにZjL+”、する下方のn型半導体領域
(12y)咬たはぞの同辺に形成さiLる空乏層に効率
良く導くよう作用する。従っていわゆるり日ストーク現
象がp和されアレー形のフォトダイオードとの組合せに
より凸い空間分解前で放射線分布をn1測できるもので
ある。もちろんこの際にもやはり従来に比してtカい4
食出出力が発揮されることとなる。
なお、切欠Mを有するシンチレータ層の代わシにP11
垂直状に伸びる多数の11181状区画構造を有するシ
ンチレータ層を用いることによシ同様な効果を得ること
ができる。
(へ)発すjの効果 以上述べたように、この発IJJの放射線計IT!11
素子Vよ、入射放射線を無駄なく電気信号に変換でき、
従来に比して検出効率の優iしたものである。そして従
来の電離箱を用いたものに比して小屋化、軽量化された
ものであり、Kl扱いや設置」二有利である。従って種
々の放射線計測用とし゛C有用でちシ、ことにCT 両
像用のアレーセンザーに用いた際に超、像の鮮IJI化
が可能となり有用である。
また、11(側線の入射面に保護膜を形成する必要か1
、ないという利点も備えたものでらる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の放射線計測素子を例示する模式的断面
図、第2図は、この発’;It−]の放射線計測素子を
例示する模式的断面図、第3図及び第4図はそれぞれこ
の発IJ11の放射線計測素子の他の一例を示ず模式的
R1i而図面第5図は第4図の要部拡大図、第6図はこ
の発IJJの放射線計測素子の検出出力を比較例と共に
例示するグラフである。 (1) 、(LA、) 、(IB) 、(、LAリ 、
(IB’J 、(22)・・・フォトダイオード層、 (2)、(2す、(2//)・・・シンチレータ層(3
)・・・保護膜、 (す、(4つ・・・測定表示部。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (υ放射線入射面を構成する半導体光検出素子層とこれ
    に7を内配置する半導体光検出素子層を&え、これら二
    つの半導体光検出水子膚間に、シンチレータ層、叉νよ
    半導体光検出水子Rをさらに内層するシンチレータat
    −挟持し′Cなる放射線計測素子。
JP58158743A 1983-08-29 1983-08-29 放射線計測素子 Granted JPS6049281A (ja)

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JP58158743A JPS6049281A (ja) 1983-08-29 1983-08-29 放射線計測素子

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JPH0456272B2 JPH0456272B2 (ja) 1992-09-07

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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