CN108475549A - 闪烁器以及电子检测器 - Google Patents

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Abstract

本发明所涉及的闪烁器(1A)的特征为具备：支撑基板(10)；发光层(14)，被形成于基板(10)上并以电子浓度成为2×1019cm‑3以上2×1020cm‑3以下的形式由被添加了杂质的ZnO构成并且对应于放射线的入射而生成闪烁光；保护层(16)，被形成于发光层(14)上并由具有大于ZnO的带隙的材料构成；金属层(18)，被形成于保护层(16)上。支撑基板(10)由透过在发光层(14)上被生成的闪烁光的材料构成。另外，金属层(18)以作为反射来自发光层(14)的闪烁光的反射层而起作用。由此，就能够实现适宜用于电子等的放射线的检测为可能的闪烁器、以及使用了该闪烁器的电子检测器。

Description

闪烁器以及电子检测器
技术领域
本发明涉及被用于电子等的放射线检测的闪烁器、以及使用了闪烁器的电子检测器。
背景技术
就在扫描电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscope)或者飞行时间质谱仪(TOF-MS：Time of Flight Mass Spectrometer)等中被使用的光电倍增管等的光检测器而言所使用的结构是一种在光检测器的前级设置将被加速的电子转换成光的闪烁器的结构。
例如，就扫描电子显微镜而言是通过以12kV程度的加速电压来加速来自观察对象物的二次电子并使之入射到闪烁器并且用光检测器来将在闪烁器上被生成的闪烁光转换成电信号，从而取得图像。对于如此装置来说有必要为了提高吞吐量(throughput)而提高电子扫描速度，但是与此同时也需要缩短在闪烁器上被生成的闪烁光的荧光寿命(余辉特性)。
另外，就飞行时间质谱仪而言是用微通路板(MCP：Micro Channel Plate)来将质谱分析对象的离子转换成电子，并进一步用闪烁器来将电子转换成光，用光检测器来将被生成的闪烁光转换成电信号，从而由时间差测量来进行离子的质谱分析。对于如此装置来说也是同样，被要求闪烁器上的闪烁光的荧光寿命要短。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2013-212969号公报
专利文献2：日本专利申请公开2014-144992号公报
专利文献3：日本专利申请公开2012-1662号公报
专利文献4：日本专利申请公开2011-141134号公报
专利文献5：日本专利申请公开2010-280826号公报
专利文献6：日本专利申请公开2010-280533号公报
专利文献7：日本专利申请公开2009-286856号公报
专利文献8：日本国际公开W02005/114256号
非专利文献
非专利文献1：T.Shimizu et al.,“Response Time-Shortened Zinc OxideScintillator for Accurate Single-Shot Synchronization of Extreme UltravioletFree-Electron Laser and Short-Pulse Laser”,Applied Physics Express Vol.4(2011)pp.062701-1-062701-3
非专利文献2：Y.Hiragino et al.,“Improved transport properties for ZnOfilms on Al203(1120)by MOCVD”,Physica Status Solidi C Vol.ll No.7-8(2014)pp.1369-1372
发明内容
发明所要解决的技术问题
就被用于扫描电子显微镜以及飞行时间质谱仪等的闪烁器而言如以上所述要求由短的荧光寿命导致的高速响应性。然而，就被实用化了的一般闪烁器而言其闪烁光的荧光寿命为20nsec的程度，其高速性并不充分。另外，例如就塑料闪烁器(体)而言其荧光寿命为2.4nsec的程度，但是会有闪烁器的劣化快等问题。
另外，众所周知ZnO(氧化锌)通过添加杂质从而作为具有1nsec以下的荧光寿命的高速响应闪烁器来进行利用是可能的(例如参照专利文献1～8、非专利文献1)。然而，就现有的ZnO闪烁器而言主要是用于体单晶(bulk single crystal)、以及以液相外延(liquidphase epitaxy)被制作的结晶等，在杂质控制、加工性、厚度控制、成本、生产性等方面会有问题。
另外，就现有的ZnO闪烁器而言是将α粒子的测量等作为目的来使用层厚大的结晶。就如此闪烁器而言例如在用于侵入深度小的低能量电子射线的测量的情况下，由于自吸而不能够获得强荧光。另外，虽然有方案提出使用纳米粒子的ZnO闪烁器，但是就如此闪烁器而言缺陷较多，并且不能够获得充分的荧光量。
本发明就是为了解决以上所述的技术问题而做出的不懈努力之结果，其目的在于提供一种适宜用于电子等的放射线的检测为可能的闪烁器、以及使用了闪烁器的电子检测器。
解决技术问题的手段
为了达到如以上所述目的，本发明所涉及的闪烁器的特征为具备：(1)支撑基板；(2)发光层，被形成于支撑基板上并以电子浓度成为2×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的形式由被添加了杂质的ZnO构成并且对应于电子等的放射线的入射而生成闪烁光；(3)保护层，被形成于发光层上并由具有大于ZnO的带隙(band gap)的材料构成；(4)金属层，被形成于保护层上；支撑基板由透过在发光层生成的闪烁光的材料构成，并且金属层以作为反射来自发光层的闪烁光的反射层而起作用的形式被构成。
以上所述的闪烁器中，在支撑基板上形成由被添加了杂质的ZnO构成的发光层并将在发光层上的电子浓度设定在2×1019cm-3以上2×1020cm-3以下。就这样通过设定在发光层上的电子浓度，因为成为载流子再结合的对象，所以荧光寿命变短，另外，发光效率变高。另外，通过结晶中的缺陷被补偿从而电子充满于导带的下部并且实效性的带隙(band gap)变大，由此就能够抑制自吸的发生。
另外，上述结构中，将保护具有吸湿性的ZnO的保护层形成于ZnO发光层上并将保护层的材料作为具有大于ZnO的带隙(band gap)的材料。通过设置如此保护层，从而就能够防止在发光层上产生的电子或空穴向外部流出，并且由此就能够提高发光效率。另外，进一步将金属层形成于保护层上。该金属层是作为反射来自发光层的闪烁光的反射层而起作用，由此，放射线的检测中的闪烁光的利用效率被提高。根据以上所述，能够适宜用于电子等的放射线的检测，并且能够实现具有高速响应性的闪烁器。
还有，成为以上所述闪烁器的检测对象的放射线包含电子、质子、中子、α粒子以及离子等粒子、以及γ射线、X射线以及光等的电磁波等。
本发明所涉及的电子检测器是通过具备输出对应于电子的入射在发光层上被生成的闪烁光的上述结构的闪烁器、检测从闪烁器被输出的闪烁光的光检测器来构成的。根据如此电子检测器，使用具有高速响应性的闪烁器就能够适宜检测出电子。
发明效果
根据本发明的闪烁器以及电子检测器，通过在由透过闪烁光的材料构成的支撑基板上形成以电子浓度成为2×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的形式由被添加了杂质的ZnO构成的发光层、由具有大于ZnO的带隙(band gap)的材料构成的保护层、以及作为来自发光层的闪烁光的反射层而起作用的金属层，从而适宜用于电子等的放射线的检测是可能的，并且能够实现具有高速响应性的闪烁器。
附图说明
图1是概略地表示一个实施方式所涉的闪烁器结构的侧面截面图。
图2是表示(a)ZnO闪烁器以及(b)塑料闪烁器的荧光寿命的图表。
图3是表示闪烁器中的层结构的能带图。
图4是表示构成保护层的材料的带隙(band gap)的图表。
图5是表示一个实施方式所涉及的电子检测器的结构的侧面图。
图6是表示扫描电子显微镜结构的概略图。
图7是表示飞行时间质谱仪结构的概略图。
图8是表示闪烁器所涉及的发光强度的波长依存性的图表。
图9是表示发光效率的电子浓度依存性的图表。
图10是表示发光效率的电子的加速电压依存性的图表。
具体实施方式
以下是参照附图并就本发明所涉及的闪烁器以及电子检测器的实施方式进行详细说明。还有，在附图的说明过程中将相同符号标注于相同要素，并省略重复的说明。另外，附图的尺寸比例与被说明的物件并不一定相一致。
图1是概略地表示一个实施方式所涉的闪烁器结构的侧面截面图。本实施方式所涉及的闪烁器1A是一种被用于电子等的放射线的检测的闪烁器，通过具备支撑基板10、缓冲层12、发光层14、保护层16、金属层18来构成的。还有，成为本实施方式的闪烁器1A的检测对象的放射线一般包含电子、质子、中子、α粒子以及离子等粒子、以及γ射线、X射线以及光等的电磁波等，闪烁器1A如后面所述例如能够适宜用于能量-5keV～20keV的电子的检测。
支撑基板10是一种由以充分的透过率透过在发光层14上被生成的闪烁光(荧光)的材料构成的基板。作为支撑基板10例如能够适宜使用a面蓝宝石基板。发光层14被形成于支撑基板10上，对应于电子等的放射线的入射生成闪烁光。另外，本实施方式所涉及的发光层14是以电子浓度成为2×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的形式由被添加了杂质的ZnO(氧化锌)构成。被添加于发光层14的杂质例如是以浓度2×1019cm-3～4×1020cm-3被掺杂的Ga。
图1所表示的结构例中，在支撑基板10与发光层14之间进一步形成由ZnO构成的缓冲层12，发光层14被形成于该缓冲层12上。缓冲层12例如是由不添加杂质的ZnO构成。
保护具有吸湿性的发光层14中的ZnO的保护层16被形成于添加有杂质的ZnO发光层14上形成。另外，保护层16由具有大于ZnO的带隙的材料构成。通过使用如此材料，从而保护层16具有提高取决于包含ZnO发光层14的闪烁器1A的放射线的检测特性和检测效率的功能。作为构成保护层16的材料具体地来说例如能够适宜使用SiO2。
另外，在保护层16上进一步形成作为反射来自发光层14的闪烁光的反射层而起作用的金属层18。作为构成金属层18的材料例如能够适宜使用Al。
接着，就本实施方式所涉及的闪烁器1A的效果作如下说明。
图1所表示的闪烁器1A中，在支撑基板10上形成由以规定浓度被添加了杂质(例如Ga)的ZnO构成的发光层14。添加有杂质的ZnO闪烁器如以上所述是一种闪烁光的荧光寿命非常短例如1ns以下并且具有高速响应性的闪烁器。
在此，图2是表示(a)ZnO闪烁器以及(b)塑料闪烁器的荧光寿命进行表示的图表。图2(a)的曲线表示在ZnO闪烁器上被生成的闪烁光的时间波形，图2(b)的曲线表示作为比较例的在塑料闪烁器上被生成的闪烁光的时间波形。如这些曲线所示，可以理解：塑料闪烁器中对应于荧光寿命的90％-10％余辉特性为2.17ns，而相对于此，ZnO闪烁器中，其90％-10％余辉特性为0.517ns并且能够具有高速响应性。
就这样通过将在发光层14上被生成的闪烁光的荧光寿命控制在1ns以下，从而例如半导体检查用的扫描电子显微镜中，将扫描速度设定到300MHz以上成为可能。另外，就飞行时间质谱仪而言与现有的塑料闪烁器相比较，相对能够提高质谱分析的分辨率。
另外，以上所述的闪烁器1A中，关于在添加了杂质的ZnO发光层14上的电子浓度，根据杂质的添加浓度的设定等，在2×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的范围内设定。就这样通过设定在ZnO发光层14上的电子浓度并由向ZnO的杂质添加来提高电子浓度，从而因为成为激发强度弱的情况下的被激发的载流子再结合的对象，所以闪烁光的荧光寿命变短，另外，会有发光效率变高的效果。
另外，上述结构的发光层14中，通过由杂质添加来补偿ZnO结晶中的缺陷，从而荧光寿命长的缺陷发光的产生被抑制。另外，通过充分提高电子浓度，从而电子充满于导带的下部并且实效性的带隙(band gap)变大，由此就能够抑制自吸的发生。
另外，上述结构中，将保护具有吸湿性的ZnO的保护层16形成于ZnO发光层14上并将保护层16的材料作为具有大于ZnO的带隙的材料(例如SiO2)。通过相对于发光层14设置如此保护层16，从而就能够进一步提高在发光层14上的发光效率。还有，ZnO的带隙为3.4eV，作为构成保护层16的材料有必要使用具有大于3.4eV的带隙的材料。
另外，上述结构中，进一步将金属层18形成于保护层16上。该金属层18是作为反射来自ZnO发光层14的闪烁光的反射层而起作用，由此，来自成为光输出面的支撑基板10背面的闪烁光的输出效率被提高。综上所述，适宜用于电子等的放射线的检测是可能的，并且实现具有高速响应性的闪烁器1A成为可能。
图3是表示图1所表示的闪烁器1A中的层结构的能带图。还有，在图3的能带图中为了简单起见不考虑由表面能级或电荷移动引起的能带弯曲等而只表示能量的大小。另外，在该能带图中由热能引起的电子分布的扩展等也被无视。如图3所示，通过对于ZnO发光层14设置具有大于ZnO的带隙的材料的保护层16从而防止在发光层14上产生的电子或空穴向外侧的金属层18流出，由此，就能够提高相对于电子等的放射线入射的发光效率。
另外，发光层14如以上所述由于添加了杂质而被做到充分高的电子浓度，由此，由放射线的入射而被生成的空穴与电子的再结合概率变高并且发光效率被提高。另外，发光层14因为添加了n型高浓度杂质，所以如图3所示成为电子滞留于导带的状态。在此情况下，导带的下部的能级由电子而满盈，凭靠放射线入射等的吸收和激发只由比这更高的能量才会发生。另外，闪烁光的发光因为是发生在导带下部的电子与滞留于价带上部的空穴之间，所以其能量变得小于吸收的能量。因此，如以上所述根据设定了电子浓度的发光层14，能够抑制自吸的发生。
在上述结构的闪烁器1A中，发光层14优选具有0.5μm以上3.0μm以下的层厚。设置有如此层厚的添加有杂质的ZnO发光层14的闪烁器1A能够适用于例如扫描电子显微镜以及飞行时间质谱仪等中的能量-5keV～20keV程度的电子的检测。
在此，在作为检测对象的放射线而设想电子的情况下，向ZnO的电子侵入深度在加速电压10kV的条件下为1μm的程度。对于扫描电子显微镜以及飞行时间质谱仪等来说电子的加速电压例如是5kV～20kV的程度，在此情况下，发光层14的层厚在以上所述的0.5μm～3.0μm的范围内进行设定是适宜的。发光层14的层厚如果厚于这个范围的话则发光效率由于自吸而降低。
另外，在发光层14中，被添加于ZnO的杂质优选为包含选自Ga、Al以及In中至少一种的杂质，被添加于ZnO的杂质特别优选为Ga。Ga、Al以及In都是相对于ZnO提供传导电子的良好的施主杂质。
另外，上述结构的闪烁器1A中，在支撑基板10与ZnO发光层14之间形成由ZnO构成的缓冲层12。就这样通过将添加有杂质的ZnO发光层14形成于ZnO缓冲层12上，从而就能够在基板10上适宜形成发光层14。
如此支撑基板10上的缓冲层12和发光层14例如能够适宜由薄膜形成的控制性为良好的MOCVD法来进行形成。另外，就这样在将ZnO缓冲层12设置于支撑基板10与发光层14之间的情况下，缓冲层12优选具有20nm以上400nm以下的层厚。即，为了制作ZnO结晶的基底而优选缓冲层12的层厚为20nm以上。另外，因为有自吸性另外还容易发生缺陷发光，所以优选缓冲层12的层厚为400nm以下。还有，对于如此ZnO缓冲层12来说如果不要的话则作为不设置缓冲层的结构也是可以的。
对于被形成于发光层14上并且由具有大于ZnO的带隙的材料构成的保护层16来说，构成保护层16的材料优选为包含选自SiO2、Al2O3、MgO、CaF2、BeO、MgF2以及LiF中至少一种的材料，保护层16的材料特别优选为化学稳定的材料即SiO2。
图4是表示构成保护层16的材料的带隙的图表。如图4所示，关于保护层16上述的材料均被认为都具有大于ZnO的带隙。例如，相对于ZnO的带隙3.4eV来说SiO2的带隙为7.9eV。另外，保护层16优选具有10nm以上200nm以下的层厚。
关于由透过闪烁光的材料构成的支撑基板10，例如能够使用蓝宝石基板、石英基板、或者玻璃基板。作为如此支撑基板10的材料具体地来说例如有a面蓝宝石、c面蓝宝石、石英玻璃、UV透过玻璃(350nm以上)、硼硅酸玻璃等。另外，支撑基板10为了将ZnO发光层14适宜形成于支撑基板10上而优选使用a面蓝宝石基板。
关于被形成于保护层16上的金属层18，构成金属层18的材料优选为Al。另外，关于该金属层18的材料，也可以使用Al以外的金属。另外，金属层18例如在材料为Al的情况下为了确保作为反射层的功能而优选具有10nm以上50nm以下的层厚。
接着，就使用了上述结构的闪烁器1A的电子检测器、扫描电子显微镜以及飞行时间质谱分析仪的结构作如下说明。
图5是表示一个实施方式所涉及的电子检测器的结构的侧面图。本实施方式所涉及的电子检测器2A是通过具备闪烁器1A、光检测器20、光导22来构成的。闪烁器1A具备支撑基板10、缓冲层12、发光层14、保护层16、金属层18，被构成为与图1相同。还有，在图5中关于闪烁器1A图示了其截面结构。
光检测器20通过光导22被光学性地连接于成为光输出面的闪烁器1A的支撑基板10的背面侧。由此，对应于电子的入射而在闪烁器1A的发光层14上被生成并被输出到的缓冲层12侧的闪烁光，透过支撑基板10以及光导22，到达光检测器20并被检测。另外，在发光层14上被生成并被输出到保护层16侧的闪烁光在被作为反射层而起作用的金属层18反射之后，同样透过支撑基板10以及光导22，到达光检测器20并被检测。
根据如此结构的电子检测器2A，能够使用具有高速响应性的闪烁器1A来适宜地检测电子。作为检测从闪烁器1A被输出的闪烁光的光检测器20例如能够使用光电倍增管。另外，作为光检测20也可以使用光电倍增管以外的光检测元件。另外，关于在闪烁器1A与光检测器20之间被用于闪烁光导光的光导22，如果不要的话则也可以做成不设置光导的结构。
另外，在将闪烁器1A使用于如此电子检测器2A的情况下，闪烁器1A中的金属层18除了具有作为反射闪烁光的反射层的功能之外，还可以做成作为用于加速从外部向闪烁器1A入射的检测对象的电子的加速电极而起作用的结构。
图6是关于扫描电子显微镜结构进行表示的概略图。在图6所表示的结构例子中，相对于观察对象物36设置闪烁器30、光导34、以及由光检测器32构成的电子检测器。该装置中，将电子射线照射于观察对象物36，以规定电压加速从对象物36被释放出的二次电子并使其入射到闪烁器30，通过光导34并用光检测器32来检测在闪烁器30上被生成的闪烁光从而输出电信号。在如此结构中，作为将来自对象物36的电子转换成光的闪烁器30能够使用图1所表示的闪烁器1A。另外，在如此结构中，作为用于加速从观察对象物36被释放出的电子的电极能够使用闪烁器1A的金属层18。
图7是关于飞行时间质谱仪结构进行表示的概略图。在图7所表示的结构例子中，相对于微通路板(MCP)38设置由闪烁器30、光导34、以及由光检测器32构成的电子检测器。该装置中，在MCP38上将成为质谱分析对象的离子转换成电子，使从MCP38被释放出的电子入射到闪烁器30，经由光导34并用光检测器32来检测在闪烁器30上被生成的闪烁光从而输出电信号。在如此结构中，作为将来自MCP38的电子转换成光的闪烁器30能够使用图1所表示的闪烁器1A。
关于以上所述的实施方式所涉及的闪烁器1A的结构，进一步与其具体的构成例一起进行说明。还有，关于根据MOCVD法的ZnO膜的形成，例如可以参照非专利文献2[Y.Hiragino et al.,Physica Status Solidi C Vol.ll No.7-8(2014)pp.1369-1372]。
在本构成例中，作为支撑基板10是使用厚度500μm的a面蓝宝石基板，使用MOCVD法并以膜厚250nm来将添加了杂质的ZnO薄膜的缓冲层12形成于该基板10上。在ZnO膜的形成过程中，作为锌(Zn)原料是使用二乙基锌，另外，作为氧(O)原料是使用叔丁醇。另外，生长温度为575℃，生长压力为1000hPa。
再有，在以上所述的ZnO缓冲层12上同样使用MOCD法来形成由添加了Ga的ZnO单晶薄膜构成的发光层14。在此，作为镓(Ga)原料是使用三乙基镓。另外，在添加了杂质的ZnO发光层14上用EB蒸镀法并以膜厚10nm来形成由SiO2膜构成的保护层16。另外，在SiO2保护层16上由真空蒸镀法来形成层厚50nm的Al金属层18。还有，关于闪烁器1A的面积如果是对应于闪烁器的用途等做任意设定的话即可，但在此是设定成10mm×10mm。
图8是表示以上所述的构成例的闪烁器所涉及的发光强度的波长依存性的图表。对于图8的曲线来说，横轴表示波长(nm)，纵轴表示闪烁光的发光强度(counts)。在此，表示发光层14的层厚为1.2μm且电子浓度为6.7×1019cm-3的情况下的在电子射线激发(6kV)条件下的阴极射线致发光(cathodoluminescence)的发光光谱。从该发光光谱可以了解到在ZnO发光层14上的发光只是荧光寿命短的能带端发光，没有荧光寿命长的缺陷发光，并表示了良好的特性。
图9是表示闪烁器所涉及的在电子射线激发条件下的发光效率的电子浓度依存性的图表。对于图9的曲线来说，横轴表示电子浓度(载体浓度)(cm-3)，纵轴表示发光效率(光子photon/电子)。
如该曲线所示可以了解到发光强度随着在发光层14上的电子浓度的增加而变大，但是如果电子浓度超过了1020cm-3的话则发光效率急剧降低。这是因为在发光层14内的电子浓度高因而由近旁的电子吸收载流子再结合的能量的俄歇效应(Auger effect)导致的。如果考虑了如此这方面的话则对于在发光层14上的电子浓度来说如以上所述优选在2×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的范围内进行设定。另外，关于该电子浓度进一步优选为5×1019cm-3以上2×1020cm-3以下。
还有，相关于发光强度的以上所述的现象不是被添加于ZnO的杂质的浓度的效果，而是由杂质获得的电子浓度的效果。为此，关于添加于ZnO的杂质并不限于Ga(镓)，也可以是相对于ZnO成为良好的施主杂质的第III族元素Al(铝)、In铟等。
图10是表示闪烁器所涉及的在电子射线激发条件下的发光效率的电子的加速电压依存性的图表。在图10的图表中，横轴表示电子射线的加速电压(kV)，纵轴表示发光效率(光子photon/电子)。另外，在图10中，曲线G1表示在没有ZnO缓冲层12的结构条件下的发光效率，曲线G2表示在具有ZnO缓冲层12的结构条件下的发光效率，曲线G3表示具有缓冲层12并且进一步设置层厚10nm的SiO2保护层16的结构条件下的发光效率。另外，曲线G5是作为比较例来表示在塑料闪烁器上的发光效率。
如该图表所示可以了解到上述结构的闪烁器1A中，通过经由缓冲层12将ZnO发光层14形成于支撑基板10上来提高发光效率。另外，除了缓冲层12之外，通过在相对于发光层14与支撑基板10的相反侧设置由具有大于ZnO的带隙的材料构成的保护层16，从而发光效率进一步大幅度增加。
还有，凭靠SiO2保护层16的从发光层14向外部的能量屏蔽效应是层厚越厚就变得越强，但是如果保护层变得大于一定程度的话则对于其效应来说变化会消失。如果考虑了这方面的话则对于保护层16的层厚来说，如以上所述优选在10nm以上200nm以下的范围内进行设定。另外，关于具有大于构成保护层16的ZnO的带隙的材料，如以上所述除了SiO2之外还能够使用例如Al2O3、MgO、CaF2、BeO、MgF2以及LiF等。
本发明所涉及的闪烁器以及电子检测器并不限定于以上所述的实施方式以及构成例，各种各样的变形都是可能的。例如，对于上述结构的闪烁器来说并不限定适用于以上所述的电子检测器，适用于其他放射线检测检测器也是可能的。
上述实施方式所涉及的闪烁器中，具备：(1)支撑基板；(2)发光层，被形成于支撑基板上并以电子浓度成为2×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的形式由被添加了杂质的ZnO构成并且对应于电子等的放射线的入射而生成闪烁光；(3)保护层，被形成于发光层上并由具有大于ZnO的带隙(band gap)的材料构成；(4)金属层，被形成于保护层上；支撑基板由透过在发光层上被生成的闪烁光的材料构成，并且金属层以作为反射来自发光层的闪烁光的反射层而起作用的形式被构成。
还有，成为以上所述的闪烁器的检测对象的放射线包含电子、质子、中子、α粒子以及离子等粒子、以及γ射线、X射线以及光等的电磁波等。
在上述结构的闪烁器中，发光层优选具有0.5μm以上3.0μm以下的层厚。设置有如此层厚的添加有杂质的ZnO发光层的闪烁器能够适用于例如扫描电子显微镜以及飞行时间质谱仪等的能量-5keV～20keV的电子的检测。另外，发光层中，被添加于ZnO的杂质优选为包含选自Ga、Al以及In中至少一种的杂质，被添加于ZnO的杂质特别优选为Ga。
另外，上述结构的闪烁器中，可以做成在支撑基板与发光层之间形成由ZnO构成的缓冲层的结构。这样，通过将添加有杂质的ZnO发光层形成于ZnO缓冲层上，从而就能够适宜形成发光层。
如此支撑基板上的ZnO缓冲层和发光层例如能够由MOCVD(Metal OrganicChemical Vapor Deposition)法来进行形成。另外，像这样在将ZnO缓冲层设置于支撑基板与发光层之间的情况下，缓冲层优选具有20nm以上400nm以下的层厚。
对于由具有大于ZnO的带隙的材料构成的保护层来说，构成保护层的材料优选为包含选自SiO2、Al2O3、MgO、CaF2、BeO、MgF2以及LiF中的至少一种的材料，构成保护层的材料特别优选为化学稳定的材料即SiO2。另外，保护层优选具有10nm以上200nm以下的层厚。
关于由透过闪烁光的材料构成的支撑基板，支撑基板优选为蓝宝石基板、石英基板、或者玻璃基板。另外，支撑基板特别优选为a面蓝宝石基板。
关于被形成于保护层上的金属层，构成金属层的材料优选为Al。另外，金属层在其材料为Al的情况下，优选具有10nm以上50nm以下的层厚。
上述实施方式所涉及的电子检测器是通过具备输出对应于电子的入射而在发光层生成的闪烁光的上述结构的闪烁器、检测从闪烁器被输出的闪烁光的光检测器来构成的。根据这样的电子检测器，使用具有高速响应性的闪烁器就能够适宜检测出电子。另外，在此情况下闪烁器中的金属层也可以做成作为加速向闪烁器入射的电子的加速电极而起作用的结构。
产业上的利用可能性
本发明能够作为能够适宜地用于电子等的放射线的检测的闪烁器以及使用了该闪烁器的电子检测器来进行利用。
符号说明
1A.闪烁器
2A.电子检测器
10.支撑基板
12.ZnO缓冲层
14.添加了杂质的ZnO发光层
16.保护层
18.金属层
20.光检测器
22.光导
30.闪烁器
32.光检测器
34.光导
36.观察对象物
38.微通路板

Claims (12)

1.一种闪烁器，其特征在于，
具备：
支撑基板；
发光层，形成于所述支撑基板上并以电子浓度成为2×1019cm-3以上2×1020cm-3以下的形式由被添加了杂质的ZnO构成并且对应于放射线的入射而生成闪烁光；
保护层，形成于所述发光层上并由具有大于ZnO的带隙的材料构成；以及
金属层，形成于所述保护层上，
所述支撑基板由透过在所述发光层生成的所述闪烁光的材料构成，并且所述金属层作为反射来自所述发光层的所述闪烁光的反射层而起作用。
2.如权利要求1所述的闪烁器，其特征在于，
所述发光层具有0.5μm以上3.0μm以下的层厚。
3.如权利要求1或者2所述的闪烁器，其特征在于，
所述发光层中，被添加于ZnO的杂质为包含选自Ga、Al以及In中的至少一种的杂质。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的闪烁器，其特征在于，
在所述支撑基板与所述发光层之间形成有由ZnO构成的缓冲层。
5.如权利要求4所述的闪烁器，其特征在于，
所述缓冲层具有20nm以上400nm以下的层厚。
6.如权利要求1～5中任意一项所述的闪烁器，其特征在于，
构成所述保护层的材料为包含选自SiO2、Al2O3、MgO、CaF2、BeO、MgF2以及LiF中的至少一种的材料。
7.如权利要求1～6中任意一项所述的闪烁器，其特征在于，
所述保护层具有10nm以上200nm以下的层厚。
8.如权利要求1～7中任意一项所述的闪烁器，其特征在于，
所述支撑基板是蓝宝石基板、石英基板、或者玻璃基板。
9.如权利要求1～7中任意一项所述的闪烁器，其特征在于，
所述支撑基板为a面蓝宝石基板。
10.如权利要求1～9中任意一项所述的闪烁器，其特征在于，
构成所述金属层的材料为Al。
11.一种电子检测器，其特征在于，
具备：
权利要求1～10中任意一项所述的闪烁器，对应于电子的入射而输出在所述发光层生成的所述闪烁光；以及
光检测器，检测从所述闪烁器输出的所述闪烁光。
12.如权利要求11所述的电子检测器，其特征在于，
所述闪烁器中的所述金属层作为加速向所述闪烁器入射的电子的加速电极而起作用。
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