JP2003232860A

JP2003232860A - 放射線検出器

Info

Publication number: JP2003232860A
Application number: JP2002034290A
Authority: JP
Inventors: Tatsumi Yamanaka; 辰己山中; Yoshimarou Fujii; 義磨郎藤井
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2003-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】２次元的に配列されたシンチレータとフォト
ダイオードとを正確に対応させて配置することを容易に
行うことができるようにする。【解決手段】フォトダイオードアレイ２における表面
側には、ｐ型半導体層２２が設けられている。フォトダ
イオードアレイ２の表面側のうち、ｐ型半導体層２２を
避けた位置には光反射膜３１が形成されている。フォト
ダイードアレイ２における表面側には、シンチレータパ
ネル１が配設されている。シンチレータパネル１におけ
るｐ型半導体層２２に対応する位置には、シンチレータ
１１が配設されており、シンチレータ１１の光出射面１
１Ｂは、ｐ型半導体層２２の露出部の面積よりも広くさ
れている。また、シンチレータ１１の放射線入射面１１
Ａの面積は、光出射面１１Ｂの面積よりも広くされてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シンチレータとフ
ォトダイオードとを組み合わせた放射線検出器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、医療機関で使用されるＸ線断層撮
像装置（Ｘ線ＣＴ装置）では、スライス方向に複数列の
Ｘ線検出器を２次元配列し、１回のＸ線照射によって複
数のＣＴ画像を得る、いわゆるマルチスライス化が検討
されている。また、この種のＸ線照射装置では、Ｘ線検
出器としての放射線検出器が用いられているが、この放
射線検出器においても、マルチスライス化に対応するこ
とが要請される。

【０００３】かかる要請に対応すべく、たとえば特開平
７−３３３３４８号公報に開示された放射線検出器があ
る。この放射線検出器は、複数のシンチレータを２次元
的に配置してなるシンチレータパネルと、これらの複数
のシンチレータに対応して設けられた複数のフォトダイ
オードを有する配線基板を備えるものである。このよう
に、複数のシンチレータを２次元的に配置することによ
り、複数のＣＴ画像を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の放
射線検出器では、複数のシンチレータとフォトダイオー
ドとを対応させて配置する必要がある。ここで、シンチ
レータが１次元的に配設されているものであれば比較的
その配置を容易に行うことができるが、２次元的にシン
チレータが配置された放射線検出器では、このような対
応関係を正確に行いながらシンチレータとフォトダイオ
ードを配置するのは容易ではない。しかし、上記従来の
公報に開示された放射線検出器では、それらを正確に対
応する手段についてはなんら言及していないものであ
る。特に近年においては、フォトダイオードの微細化、
高集積化が進んでいるため、複数のシンチレータとフォ
トダイオードとを対応させて配置するのはさらに困難と
なっている。

【０００５】そこで、本発明の課題は、２次元的に配列
された複数のシンチレータと、これらのシンチレータに
対応して設けられた複数のフォトダイオードを有する放
射線検出器において、シンチレータとフォトダイオード
とを正確に対応させて配置することを容易に行うことが
できるようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明は、第１導電型の半導体基板の表面側に、２次元状に
配列された複数の第２導電型半導体層が形成され、第１
導電型の半導体基板と各第２導電型半導体層との間に形
成されるｐｎ接合によりそれぞれがフォトダイオードと
して機能し、半導体基板の表面が光入射面となっている
表面入射型のフォトダイオードアレイを備え、フォトダ
イオードアレイの表面側における複数の第２導電型半導
体層に対応する位置に、放射線入射面と光出射面を有す
るシンチレータがそれぞれ配設されており、フォトダイ
オードアレイの表面における第２導電型半導体層を避け
た位置に光反射膜が形成され、第２導電型半導体層が光
反射膜から露出する露出部の面積が、シンチレータにお
ける光出射面の面積よりも小さくされていることを特徴
とする。

【０００７】本発明においては、フォトダイオードアレ
イの表面における第２導電型半導体層が光反射膜から露
出する露出部の面積が、シンチレータにおける光出射面
の面積よりも小さくされている。このため、第２導電型
半導体層に対するシンチレータの相対的な位置がわずか
にずれていても、シンチレータから出射される光は第２
導電型半導体層に入射するか、もとのシンチレータに戻
ることになる。したがって、シンチレータを第２導電型
半導体層に対して精度良く位置決めしなくとも、シンチ
レータから出射される光を第２導電型半導体層に対して
確実に導入することができる。よって、シンチレータと
第２導電型半導体層を正確対応させて配置することを容
易に行うことができる

【０００８】また、シンチレータにおける放射線入射面
は、光出射面より大きな面積を有しているのが好適であ
る。

【０００９】このように、シンチレータにおける放射線
入射面が、光出射面よりも大きな面積を有していること
により、シンチレータ間のギャップが小さくなる。した
がって、シンチレータによって放射線が入射しない部分
の面積を小さくすることができ、もってフォトダイオー
ドアレイの高密度化および高出力化を図ることができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面とともに本発明による
放射線検出器の好適な実施形態について詳細に説明す
る。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号
を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比
率は、説明のものと必ずしも一致していない。

【００１１】図１は本発明による放射線検出器の第１実
施形態の構成を示す側面断面図、図２はその平面図であ
る。

【００１２】本放射線検出器は、放射線を入射して、そ
の放射線によって生じた光を光出射面から出射するシン
チレータパネル１と、シンチレータパネル１から出射さ
れた光を光入射面から入射し、電気信号に変換するフォ
トダイオードアレイ２とを備えている。なお、図１にお
いては、シンチレータパネル１の下面が光出射面、フォ
トダイオードアレイ２の上面が光入射面となっている。

【００１３】図２は、図１に示した放射線検出器をシン
チレータパネル１側から見た上面図である。シンチレー
タパネル１は、複数のシンチレータ１１とシンチレータ
固定用部材１２とを備えている。シンチレータ１１の間
にシンチレータ固定用部材１２を設けることによって、
シンチレータ１１において発生したシンチレーション光
が、他のシンチレータ１１に対応するフォトダイオード
に入射する、いわゆる光クロストークの発生を抑制する
ことができる。また、シンチレータ１１とシンチレータ
固定用部材１２とが一体に固定されていることによっ
て、シンチレータパネル１の機械的強度を向上させるこ
とができる。複数のシンチレータ１１は、それぞれ検出
対象の放射線の入射に対してシンチレーション光を発生
する物質からなり、図２に示すように２次元アレイ状に
配列されている。

【００１４】これらのシンチレータ１１に対し、シンチ
レータ固定用部材１２は複数のシンチレータ１１の間に
設けられている。また、シンチレータ１１は、図１に示
すように、シンチレータ固定用部材１２よりも下方に突
出しており、この突出した部位には、所定の角度のテー
パが付与されている。このテーパは、フォトダイオード
アレイ２に近づくにしたがって、狭まるようにして形成
されている。このため、シンチレータ１１の放射線入射
面１１Ａは、光出射面１１Ｂよりも大きい面積を有して
いる。さらに、シンチレータ１１の側面には、シンチレ
ータ１１内で発生したシンチレーション光を反射する酸
化チタンなどからなる光反射膜１３が形成されている。
そして、シンチレータ１１の放射線入射面には、光反射
シート１４が貼着されている。光反射シート１４は、た
とえば反射材を含む高分子材料からなる反射シートであ
る。この光反射シート１４は、隣接するシンチレータ１
１，１１にまたがって貼着されている。

【００１５】フォトダイオードアレイ２は、ｐｎ接合が
形成される表面側を光入射面とする表面入射型の構成を
有している。フォトダイオードアレイ２は、導電型がｎ
型（第１導電型）であり、フォトダイオードアレイ２の
基体となるｎ型半導体基板２１と、シンチレータ１１と
一対一で対応するようにｎ型半導体基板２１内部の表面
側に形成されたｐ⁺型（第２導電型）拡散層である複数
のｐ型半導体層（第２導電型半導体層）２２と、複数の
ｐ型半導体層２２の間にそれぞれ形成されたｎ型半導体
基板２１より高濃度のｎ⁺型拡散層であるｎ型半導体層
（第１導電型半導体層）２３とを備える。

【００１６】本構成では、ｐ型半導体層２２と、ｐ型半
導体層２２の裏面側に位置するｎ型半導体基板２１のｎ
型半導体層部分とがｐｎ接合を形成することによって、
フォトダイオード２４が構成されている。ここで、検出
対象である放射線がシンチレータパネル１のシンチレー
タ１１に入射すると、シンチレータ１１内においてシン
チレーション光が発生する。発生したシンチレーション
光は直接に、または光出射面以外の面上に形成された光
反射膜１３と光反射シート１４によって反射されて、光
出射面からフォトダイオードアレイ２へと出射される。
そして、シンチレータ１１の光出射面から出射された光
は対応するフォトダイオード２４へ入射する。

【００１７】また、ｎ型半導体基板２１の裏面側には、
ｎ型半導体基板２１より高濃度のｎ型半導体層であるｎ
型高濃度不純物層２５が、全体に略一定の厚さで設けら
れ、図示しない金属電極（カソード電極）とオーミック
接続される。ここで、フォトダイオード２４へ入射した
シンチレーション光によって、ｎ型半導体基板２１内部
にキャリアが発生する。発生したキャリアは、ｐ型半導
体層２２へ移動する。そして、光検出信号がアノード電
極およびカソード電極から取り出される。

【００１８】さらに、フォトダイオードアレイ２は、図
示しないがｎ型半導体基板の表面上にアノード電極を、
裏面にカソード電極をそれぞれ備えている。アノード電
極はｐ型半導体層２２に、カソード電極はｎ高濃度不純
物層２５にそれぞれ電気的に接続されている。フォトダ
イオードアレイ２の動作時には、アノード電極とカソー
ド電極との間には、フォトダイオード２４への印加電圧
が逆バイアスとなるような電圧が与えられる。また、フ
ォトダイオード２４への印加電圧は、零バイアスであっ
ても良い。

【００１９】フォトダイオードアレイ２の表面には、フ
ォトダイオードアレイ２からの光検出信号の検出器外部
への出力などに用いられる図示しない配線が設けられて
いる。

【００２０】さらに、フォトダイオードアレイ２の表面
側におけるｐ型半導体層２２を避けた位置には、光反射
膜３１が形成されている。光反射膜３１は、フォトダイ
オードアレイ２の表面におけるｐ型半導体層２２を除く
すべての位置を覆っている。また、ｐ型半導体層２２に
おける光反射面３１から露出する露出部の面積は、シン
チレータ１１における光出射面１１Ｂの面積よりも小さ
くされている。さらに、シンチレータ１１における光出
射面１１Ｂは、平面視したときに、言い換えれば、シン
チレータ１１からフォトダイオードアレイ２を望む方向
に見たときに、シンチレータ１１の光出射面１１Ｂの範
囲内に収まるようにして配置されている。このため、シ
ンチレータ１１における光出射面１１Ｂから出射した光
はｐ型半導体層２２に入射するほか、他の一部は光反射
膜３１に反射して、シンチレータ１１内に戻ってくる。

【００２１】以上の構成を有する本実施形態に係る放射
線検出器においては、シンチレータ１１の光出射面１１
Ｂの面積は、ｐ型半導体層２２における光反射膜３１か
ら露出する露出部の面積よりも大きくされている。ま
た、フォトダイオードアレイ２の表面におけるｐ型半導
体層２２が形成されている露出部以外の位置には、光反
射膜３１が形成されている。このため、ｐ型半導体層２
２に対するシンチレータ１１の相対的な位置がわずかに
ずれていても、シンチレータ１１から出射される光はｐ
型半導体層２２に入射するか、もとのシンチレータ１１
に戻ることになる。したがって、シンチレータ１１をｐ
型半導体層２２に対して精度良く位置決めしなくとも、
シンチレータ１１から出射される光をｐ型半導体層２２
に対して確実に導入することができる。よって、シンチ
レータ１１とｐ型半導体層２２を正確に対応させて配置
することを容易に行うことができる。

【００２２】また、本実施形態におけるシンチレータ１
１は、放射線入射面１１Ａの面積が、光出射面１１Ｂの
面積よりも大きくされている。このため、シンチレータ
パネルにおける隣接するシンチレータ１１のシンチレー
タ間のギャップが小さくなるので、シンチレータパネル
１における放射線が入射しない部分の面積を小さくする
ことができ、もってフォトダイオードアレイの高密度化
および高出力化を図ることができる。

【００２３】さらに、本実施形態におけるｐ型半導体層
２２としては、その表面の面積が小さなものを用いるこ
とができる。このため、ｐ型半導体層２２（フォトダイ
オード２４）同士の間の幅を大きくすることができるの
で、その分配線を行う領域を広く確保することができ
る。したがって、配線を容易に形成することができると
ともに、多チャンネル化を容易に図ることができる。

【００２４】なお、シンチレータ１１の間にシンチレー
タ固定用部材を設けると、シンチレータ１１同士は直接
に隣接しないように配置される。これによって、あるシ
ンチレータにおいて発生したシンチレーション光が、他
のシンチレータに対応するフォトダイオード２４に入射
する、いわゆる光クロストークの発生を抑制することが
できる。

【００２５】以上に詳説した図１に示す放射線検出器の
具体的な構成の一例としては、以下に示すような構成の
Ｘ線検出器が挙げられる。すなわち、シンチレータパネ
ル１の上面側から見た形状を一辺１２ｍｍの正方形と
し、その中に８個×８個の配列（ピッチ１．５ｍｍ）で
一辺１ｍｍ、厚さ２ｍｍのシンチレータ１１を配置す
る。シンチレータ１１面上には、適宜の膜厚の光反射シ
ート１４を貼着する。

【００２６】一方、フォトダイオードアレイ２について
は、基板厚板部の厚さが２７０μｍでキャリア濃度１．
０×１０¹²ｃｍ^-3のｎ型半導体基板２１を用いる。ま
た、ｎ型半導体基板２１の表面側に、キャリア濃度１．
０×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型半導体層２２を厚さ０．５μｍ
で形成する。また、ｐ型半導体層２２の間にはキャリア
濃度１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型半導体層２３を厚さ
１．５μｍで形成し、ｎ型半導体基板２１の裏面側には
キャリア濃度５．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型高濃度不純物
層２５を厚さ０．２μｍで形成する。

【００２７】まず、図３（ａ）に示すように、Ｘ線など
の放射線が照射されるとシンチレーション光を発生する
ＣＷＯもしくはＣｓＩなどからなるシンチレータ１１を
用意する。次に、図３（ｂ）に示すように、その一方の
面（図３（ｂ）中の下面）にシンチレータ固定用部材１
２を埋め込むための凹部を格子状に形成する。続いて、
図３（ｃ）に示すように、続いて、格子状に形成された
シンチレータ１１の下端部をそれぞれ加工し、面取りし
て、所定角度のテーパを付与する。その後、図３（ｄ）
に示すように、光反射膜１３を他方の面（図３中の上
面）を除く全面に酸化チタン等を蒸着することにより形
成する。

【００２８】シンチレータ１１に光反射膜１３を蒸着し
た後、図３（ｅ）に示すように、シンチレータ１１に形
成された格子状の凹部に、Ｘ線を遮蔽する性質を有する
銅もしくは鉛を埋め込むことにより、シンチレータ固定
用部材１２を形成する。それから、図３（ｆ）に示すよ
うに、上下の面を研削することにより、シンチレータ１
１を複数に分割する。これら分割されたシンチレータ１
１の上面が放射線入射面１１Ａとなる。続いて、光反射
膜１３のうち下面に形成されていた部分のみを取り除い
て光出射面１１Ｂを形成する。ここで、シンチレータ１
１に製造過程において、シンチレータ１１の下端部には
テーパが形成されている。このテーパが形成されている
ことにより、シンチレータ１１における放射線入射面１
１Ａの面積は、光出射面１１Ｂの面積よりも大きくされ
る。そして、光反射シート１４をシンチレータ１１の上
面に貼着してシンチレータパネルを形成する。その後、
図１に示すように、別途製造されたフォトダイオードア
レイ２の表面にシンチレータパネル１を配置することに
より、放射線検出器を製造することができる。

【００２９】上記の製造方法によって、第１実施形態の
放射線検出器を製造することができる。

【００３０】なお、上記実施形態では、シンチレータ間
に固定部材を設けて、複数のシンチレータを有するシン
チレータパネルが形成される例について説明したが、こ
の固定部材を設けない態様とすることができる。シンチ
レータ間に固定部材を設けない場合には、シンチレータ
の放射線入射面に形成した光反射膜に代えて、光反射シ
ートを利用し、隣接するシンチレータ間にまたがるよう
に、光反射シートを貼着することができる。この光反射
シートを用いると、シンチレータを固定する固定用部材
を必要とすることがない。しかも、固定部材を設ける必
要がないので、シンチレータの放射線入射面のさらなる
高密度化および高出力化を図ることができる。

【００３１】他方、ｐ型半導体層２２の表面の面積は、
シンチレータ１１の光出射面１１Ｂよりも小さいことか
らｐ型半導体層２２としても小型のものを利用すること
ができる。このため、フォトダイオード２４としての接
合容量を低減するため、暗電流を発生させることが少な
くなる。したがって、フォトダイオード２４の低ノイズ
化を図ることができる。

【００３２】続いて、本発明の第２実施形態について図
４を参照して説明する。

【００３３】図４に示すように、本実施形態では、シン
チレータパネル４０が上記第１実施形態と異なり、フォ
トダイオードアレイ２は同一の構成を有している。本実
施形態に係るシンチレータパネル４０は、複数のシンチ
レータ４１，４１…を有している。シンチレータ４１
は、第１実施形態と同様にＣＷＯもしくはＣｓＩによっ
て形成されており、下方が突出する凸型をなしており、
その高さ方向中央部にテーパが付与されている。シンチ
レータ４１における上面は、放射線入射面４１Ａであ
り、下面は光出射面４１Ｂとなっている。この放射線入
射面４１Ａは、光出射面４１Ｂよりも面積が広くなって
いる。

【００３４】隣接するシンチレータ４１，４１間には、
シンチレータ固定用部材４２が設けられている。シンチ
レータ固定用部材４２は、第１実施形態と同様に、Ｘ線
を遮蔽する性質を有する銅もしくは鉛によって構成され
ている。さらに、シンチレータ４１の側面には、光反射
膜４３が酸化チタンを蒸着することによって形成されて
いる。また、シンチレータパネル４０におけるシンチレ
ータ４１の放射線入射面４１Ａ側には、たとえば反射材
を含む高分子材料からなり、隣接するシンチレータ４
１，４１にまたがって配設された光反射シート４４が貼
着されている。

【００３５】以上の構成を有する本実施形態に係る放射
線検出器では、シンチレータ４１における放射線入射面
４１Ａ側は広い面積を有し、光出射面４１Ｂ側は狭い面
積を有するようにすることができる。こうして、放射線
を広い範囲で入射して、隣接するシンチレータ４１，４
１間のギャップを小さくするとともに、ｐ型半導体層２
２に対して、光を確実に出射する態様とすることもでき
る。

【００３６】なお、本実施形態においては、シンチレー
タの中央部にテーパを付与する態様としているが、この
ようなテーパを付与することなく、水平な段部を形成し
て下方に突出する凸型として形成することもできる。

【００３７】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は他の実施形態とすることができる。
たとえば、上記各実施形態では、シンチレータにおける
放射線入射面に光反射シートを貼着しているが、たとえ
ば酸化チタン等を蒸着して、光反射膜を形成することも
できる。また、上記各実施形態では、好ましい態様とし
て、シンチレータを平面視したときの形状を正方形とし
ているが、これを他の形状、たとえばハニカム形状や長
円形状とすることなども考えられる。

【００３８】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、２次元
的に配列された複数のシンチレータと、これらのシンチ
レータに対応して設けられた複数のフォトダイオードを
有する放射線検出器において、シンチレータとフォトダ
イオードとを正確に対応させて配置することを容易に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による放射線検出器の第１実施形態の構
成を示す側面断面図である。

【図２】本発明による放射線検出器の第１実施形態の構
成を示す平面図である。

【図３】第１の実施形態に係る放射線検出器の製造方法
の一例を示す工程図である。

【図４】本発明による放射線検出器の第２実施形態の構
成を示す側面断面図である。

【符号の説明】

１…シンチレータパネル、２…フォトダイオードアレ
イ、１１…シンチレータ、１１Ａ…放射線入射面、１１
Ｂ…光出射面、１２…シンチレータ固定用部材、１３…
光反射膜、１４…光反射シート、２１…ｎ型半導体基
板、２２…ｐ型半導体層、２３…ｎ型半導体層、２４…
フォトダイオード、２５…ｎ型高濃度不純物層、３１…
光反射膜、４０…シンチレータパネル、４１…シンチレ
ータ、４１Ａ…放射線入射面、４１Ｂ…光出射面、４２
…シンチレータ固定用部材、４３…光反射膜、４４…光
反射シート。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型の半導体基板の表面側に、２
次元状に配列された複数の第２導電型半導体層が形成さ
れ、前記第１導電型の半導体基板と各第２導電型半導体
層との間に形成されるｐｎ接合によりそれぞれがフォト
ダイオードとして機能し、前記半導体基板の表面が光入
射面となっている表面入射型のフォトダイオードアレイ
を備え、前記フォトダイオードアレイの表面側における前記複数
の第２導電型半導体層に対応する位置に、放射線入射面
と光出射面を有するシンチレータがそれぞれ配設されて
おり、前記フォトダイオードアレイの表面における前記第２導
電型半導体層を避けた位置に光反射膜が形成され、前記第２導電型半導体層が前記光反射膜から露出する露
出部の面積が、前記シンチレータにおける光出射面の面
積よりも小さくされていることを特徴とする放射線検出
器。
【請求項２】前記シンチレータにおける前記放射線入
射面は、前記光出射面より大きな面積を有している請求
項１に記載の放射線検出器。