JP2003232860A - 放射線検出器 - Google Patents
放射線検出器Info
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
放射線検出器を製造することができる。
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。
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。
4を参照して説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
成を示す側面断面図である。
成を示す平面図である。
の一例を示す工程図である。
成を示す側面断面図である。
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 (2)
- 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002034290A JP2003232860A (ja) | 2002-02-12 | 2002-02-12 | 放射線検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002034290A JP2003232860A (ja) | 2002-02-12 | 2002-02-12 | 放射線検出器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=27776841
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---|---|---|---|
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- 2002-02-12 JP JP2002034290A patent/JP2003232860A/ja active Pending
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