JP2008311651A - 半導体光電子増倍器の構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】クロストーク及び暗計数率特性を改良した半導体光電子増倍器（ＳＳＰＭ）構造を提供する。
【解決手段】半導体光電子増倍器（ＳＳＰＭ）（５３）はその内部に光学的分離構造（８６）を含む。ＳＳＰＭ（５３）は、サブストレート（８２）と、該サブストレート（８２）上に位置決めされたエピタキシャルダイオード層（８４）と、を含む。複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）（６２）がエピタキシャルダイオード層（８４）上に製作されており、かつ光学的分離構造（８６）は複数のＡＰＤの各々を隣接するＡＰＤから分離するように該複数のＡＰＤ（６２）の周りに位置決めされている。光学的分離構造（８６）は、ＳＳＰＭ（５３）内で光学的クロストーク及び暗計数率を低減するように、光吸収材料（８８）と光反射材料（８８）の少なくとも一方をその内部に被着させて包含する。
【選択図】図７
【解決手段】半導体光電子増倍器（ＳＳＰＭ）（５３）はその内部に光学的分離構造（８６）を含む。ＳＳＰＭ（５３）は、サブストレート（８２）と、該サブストレート（８２）上に位置決めされたエピタキシャルダイオード層（８４）と、を含む。複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）（６２）がエピタキシャルダイオード層（８４）上に製作されており、かつ光学的分離構造（８６）は複数のＡＰＤの各々を隣接するＡＰＤから分離するように該複数のＡＰＤ（６２）の周りに位置決めされている。光学的分離構造（８６）は、ＳＳＰＭ（５３）内で光学的クロストーク及び暗計数率を低減するように、光吸収材料（８８）と光反射材料（８８）の少なくとも一方をその内部に被着させて包含する。
【選択図】図７
Description
本発明は、全般的には撮像向けの放射線像検出器に関し、さらに詳細には、クロストーク及び暗計数率特性を改良した半導体光電子増倍器（ＳＳＰＭ）構造に関する。
Ｘ線やコンピュータ断層（ＣＴ）撮像システムなどの放射線撮像システムでは、Ｘ線源が患者や荷物などの検査対象や被検物に向けてＸ線を放出するのが一般的である。以下において、「検査対象（ｓｕｂｊｅｃｔ）」及び「被検物（ｏｂｊｅｃｔ）」という語は何らかの撮像を受け得るものを示すために区別なく使用することがある。Ｘ線ビームは検査対象によって減衰を受けた後、放射線検出器のアレイ上に入射する。検出器アレイの位置で受け取った減衰した放射線強度は、典型的にはＸ線の減衰に依存する。検出器アレイの各検出器素子は、各検出器素子で受け取った減衰ビームを表す電気信号を別々に発生させる。これらの電気信号は、解析のためにデータ処理システムに伝送され、このデータ処理システムにより最終的に画像が作成される。
一例として、従来のＣＴ撮像システムは、放射線エネルギーを電流信号に変換し、この電流信号がある期間にわたって積算され次いで計測及び最終的なディジタル化を受けるような検出器を利用する。しかしこうした検出器の欠点は、検出したフォトンの数及び／またはエネルギーに関するデータまたはフィードバックをこれが提供できないことにある。画像再構成の間に、検出したフォトンの数及び／またはエネルギーに関するデータを用いれば、こうした追加情報を提供しない従来システムから再構成された画像内で同じ表出となるような材料も識別することが可能となる。すなわち従来のＣＴ検出器はシンチレータ構成要素及びフォトダイオード構成要素を有しており、そのシンチレータ構成要素は放射線エネルギーを受け取ると発光し、またフォトダイオードはシンチレータ構成要素の発光を検出し発光の強さの関数とした電気信号を提供する。しかしこうした検出器は、エネルギー弁別データを提供できなかったり、あるいは所与の検出器素子またはピクセルが実際に受け取ったフォトンの数の計数及び／またはエネルギーの計測を提供することができない。すなわちシンチレータの光出力は、シンチレータ内のエネルギー預託に比例しており、入射したＸ線の数並びにＸ線の各々のエネルギーレベルの関数となる。チャージ積算動作モードでは、フォトダイオードはシンチレーションが受け取ったＸ線に関するエネルギーレベルや計数間の弁別が不可能である。例えば２つのシンチレータが同等の光強度で発光し、このため同等の出力がこれらに対応するフォトダイオードに提供されることがある。しかしながら、各シンチレータが受け取ったＸ線の数やＸ線のエネルギーは異なっていても全体として生じる光の出力は同等であることがある。
Ｘ線フォトン計数及びエネルギー弁別が可能なシンチレータベースの検出器を設計しようとする試みにおいて、シンチレータを半導体光電子増倍器（ＳＳＰＭ）と結合させて製作した検出器も用いられてきた。ＳＳＰＭは、シンチレータからの単一の各光学フォトンを大きくかつ高速の信号電流パルスになるように増幅する複数のＧｅｉｇｅｒモード・アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）または「マイクロセル」からなる。迅速なフォトン減衰時間を有する高速のシンチレータ材料と結合させると、ＳＳＰＭベースの検出器は、従来のＣＴシステムに典型的に見られるようなＸ線フラックスレート領域で飽和を起こすことがないフォトン計数エネルギー弁別式ＣＴ検出器を提供することができる。ＳＳＰＭはさらに、フォトン計数及びエネルギー弁別を実行する際に極めて望ましい高い利得を対応した低ノイズで提供している。
上に挙げた利点のために、検出器においてＳＳＰＭを利用することが多くの理由から好ましいが、目下のＳＳＰＭ設計に影響を及ぼすような様々な問題点が存在する。典型的にはＳＳＰＭは、その間に分離構造を配置していない単一層シリコンウェハ上に構築した複数のＧｅｉｇｅｒモードＡＰＤで製作されている。こうした製作によると、ＡＰＤの間に光学的なクロストークが生じかねない。すなわち、入射フォトンの吸収によってＡＰＤ内でアバランシェが始まる場合のように逆バイアスされたダイオードに電流が通ると、わずかな量の光が放出される。放出された光は概ね６５０ｎｍの放出ピークを有するため、吸収される前にシリコン内をかなり長い距離伝播する可能性がある。放出された光が吸収されると、追加的なアバランシェ事象がトリガされ、これがさらに光放出を生じさせる可能性がある。最終的に、デバイス上への単一フォトンの入射に対して多数のＡＰＤアバランシェが生じる結果となり、これによって光学的クロストークを生じる可能性がある。
従来では、ＡＰＤ間の光学的クロストークは隣接するＡＰＤセル同士の距離を最小に維持することによって制御されている。光学的クロストークを制御するためのこうした機構は、若干効果をもつに過ぎず、またさらには、ＳＳＰＭ内の有効エリアの喪失につながる。すなわち、隣接するＡＰＤ同士の間隔は、ＳＳＰＭの有効エリアに関するフィルファクタを制限すると共に、概ね３０マイクロメートル未満のＡＰＤセルサイズを大きな有効エリア喪失を伴わずに設計することを困難にしている。
目下のＳＳＰＭ設計に関する別の問題は、シリコンウェハ・サブストレートの全体塊に由来して暗計数率が高くなる可能性があることである。すなわちＳＳＰＭにおける単一層シリコンウェハ・サブストレート設計は、拡散暗リークを大きくし、これにより全体の暗計数率を増加させる可能性がある。
したがって、隣接するＡＰＤ間の光学的クロストークの問題に有効に対処している半導体光電子増倍器を設計することが望ましい。さらに、暗計数率を低下させるようにＳＳＰＭを設計することが望ましい。
本発明は、光学的クロストーク及び暗計数率特性を向上させた半導体光電子増倍器を提供することによって上述の欠点を克服している。ＳＳＰＭは、複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）セルの各々を隣接するＡＰＤセルから隔絶させるようにその内部に光学的分離構造を含む。この光学的分離構造はその内部に被着させた光吸収材料を包含する。
本発明の一態様では、半導体光電子増倍器は、サブストレートと、該サブストレート上に位置決めされたエピタキシャルダイオード層と、該エピタキシャルダイオード層上に製作された複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）と、を含む。半導体光電子増倍器はさらに、複数のＡＰＤの各々を隣接するＡＰＤから分離するように複数のＡＰＤの周りに位置決めされた光学的分離構造を含んでおり、この光学的分離構造はその内部に被着させた光吸収材料と光反射材料のうちの少なくとも一方を包含する。
本発明の別の態様では、半導体光電子増倍器を製造する方法は、半導体サブストレートを形成する工程と、該半導体サブストレート上にエピタキシャル層を配置する工程と、該エピタキシャル層上に複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を位置決めする工程と、を含む。本方法はさらに、複数のＡＰＤ内で各ＡＰＤを隔絶させるようにエピタキシャル層内に複数の分離トレンチをエッチングする工程と、該複数の分離トレンチを光吸収材料と光反射材料の少なくとも一方で満たす工程と、を含む。
本発明のさらに別の態様では、検出器モジュールは、電離放射線を吸収し該電離放射線を光学フォトンに変換するように構成されたシンチレータと、該シンチレータと結合させた、光学フォトンを受け取り該光学フォトンを対応する電気信号に変換するように構成された半導体光電子増倍器（ＳＳＰＭ）と、を含む。ＳＳＰＭはさらに、基本サブストレート及びエピタキシャルサブストレートを有するヘテロ構造サブストレートと、該エピタキシャルサブストレート上に位置決めされたマイクロセルアレイと、エピタキシャルサブストレート内に形成させた、該マイクロセルアレイ内で隣接するマイクロセルを分離するための分離トレンチ格子と、を備えており、該分離トレンチ格子は光吸収材料と光反射材料の少なくとも一方を含む。
本発明に関する様々な別の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。
添付の図面は、本発明を実施するために目下のところ企図される好ましい一実施形態を図示したものである。
本発明は撮像向けの放射線像検出器を目的としており、さらに詳細にはクロストーク及び暗計数率特性を改良した半導体光電子増倍器（ＳＳＰＭ）構造を目的としている。ＳＳＰＭは、ガンマスペクトルメータ／同位体識別器、中性子検出器、コンピュータ断層システム、及び陽電子放出断層（ＰＥＴ）システムを含め任意の多くの放射線像検出デバイス内に組み込むことが可能である。
本発明の一態様では、ＣＴ撮像システムを提供する。本ＣＴ撮像システムは、Ｘ線のフォトン計数及びエネルギー弁別をＣＴ撮像に概して対応する高線束率で実施するように製作された検出器を含む。図１及び図２を参照すると、「第３世代」のＣＴスキャナに典型的なガントリ１２を含むものとして、コンピュータ断層（ＣＴ）撮像システム１０を表している。ガントリ１２は、このガントリ１２の対向面上に位置する検出器アセンブリ１５に向けてＸ線ビーム１６を投射するＸ線源１４を有する。検出器アセンブリ１５はその内部に、コリメータアセンブリ１８と、複数の検出器モジュール２０と、データ収集システム（ＤＡＳ）３２と、を含む。一実施形態では検出器アセンブリ１５は、その各々が６４×１６のピクセルアレイサイズを有する５７個の検出器モジュール２０を含む。このため検出器アセンブリ１５は６４の横列と９１２の縦列（１６×５７個の検出器）を有しており、これによりガントリ１２が１回転するごとに同時に６４スライスのデータを収集することが可能である。複数の検出器モジュール２０は患者２２を通過した投射Ｘ線を検知しており、またＤＡＳ３２は後続の処理のためにこのデータをディジタル信号に変換している。従来のシステムの各検出器モジュール２０は、入射したＸ線ビームの強度、すなわちＸ線ビームが患者２２を透過することによる減衰ビームを表すアナログ電気信号を発生させる。Ｘ線投射データを収集するためのスキャンの間に、ガントリ１２及びガントリ上に装着された構成要素は回転中心２４の周りを回転する。
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６により制御される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリモータ制御装置３０と、を含む。画像再構成装置３４は、サンプリングしディジタル化したＸ線データをＤＡＳ３２から受け取り、高速で再構成を行う。再構成した画像はコンピュータ３６に入力として与えられ、この画像はコンピュータにより大容量記憶デバイス３８内に格納される。
コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介してオペレータからのコマンド及びスキャンパラメータを受け取る。付属の陰極線管ディスプレイ４２により、オペレータはコンピュータ３６からの再構成画像やその他のデータを観察することができる。コンピュータ３６は、オペレータより得たコマンド及びパラメータを用いて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８及びガントリモータ制御装置３０に対して制御信号や制御情報を提供する。さらにコンピュータ３６は、モータ式テーブル４６を制御して患者２２及びガントリ１２を位置決めするためのテーブルモータ制御装置４４を操作している。詳細には、テーブル４６により患者２２の各部分をガントリ開口４８（すなわち、ボア）に通過させている。
図３に示すように、コリメータアセンブリ１８は、その間にコリメーション用ブレードまたはプレート１９を配置させて有するレール１７を含む。コリメータアセンブリ１８は、Ｘ線１６がそのビームの検出器モジュール２０（図２参照）上への入射前にコリメーション用ブレード１９によるコリメーションを受けるように位置決めされている。
ここで図４を参照すると、検出器モジュール２０はＤＡＳ３２を含むと共に、さらにパック５１の形に配列させた多くのシンチレータ素子５０からなる。検出器モジュール２０はパック５１の内部でシンチレータ素子５０を基準として位置決めされたピン５２を含む。パック５１はフォトセンサ５３上に位置決めされており、一方フォトセンサ５３は多層式サブストレート５４上に位置決めされている。多層式サブストレート５４上にはスペーサ５５が位置決めされている。シンチレータ素子５０はフォトセンサ５３と光学的に結合されており、一方このフォトセンサ５３は多層式サブストレート５４と電気的に結合させている。多層式サブストレート５４の表面５７とＤＡＳ３２とに対してフレックス回路５６が取り付けられている。検出器モジュール２０はピン５２を用いることによってコリメータアセンブリ１８の内部に位置決めされている。
図４に示した検出器モジュール２０の実施形態では、パック５１は、ピン５２と、シンチレータ５８と、シンチレータ５８を形成する個々のシンチレータ素子５０（すなわち、ピクセル）同士の間に位置決めされた反射材料（図示せず）と、を含む。シンチレータ５８は、入射するＸ線１６を受け取りこれに応答して光学フォトンを発生させるように位置決めされている。光学フォトンはシンチレータ５８を横切り、半導体式フォトセンサ５３（すなわち、半導体式光電子増倍器（ＳＳＰＭ））によって受け取られ、これによって光学フォトンがアナログ電気信号に変換される。発生したアナログ信号は、多層式サブストレート５４を介してＤＡＳ３２に伝達され、ここでアナログ信号はディジタル信号に変換される。
ＳＳＰＭ５３はピクセル５９と呼ばれる複数の巨視的な単位からなる。ＳＳＰＭ５３上のピクセル５９の数は検出器モジュール２０の面積をカバーできるだけの十分な数とすると共に、ピクセル分解式シンチレータ５８及びその上のピクセル５０に対応した数とさせるべきであるが、ピクセル５９の正確な数及び密度はオペレータが希望する画像分解能や別の周知の要因によって決定されることになろう。図５にピクセル５９の一部を、シンチレータ５８から到来した単一光学フォトンを１つの大きな信号に増幅させる複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）あるいは「マイクロセル」６２から構成されるように表している。典型的には各ピクセル５９は、マイクロセル６２のぞれぞれが２０〜１００マイクロメートルの長さを有する１ｍｍ２あたり１００〜２５００個のＡＰＤを包含することになろう。マイクロセル６２のそれぞれは個別のＧｅｉｇｅｒモードＡＰＤとしてブレークダウン電圧より数ボルト上で動作しており、その各マイクロセル６２はそれ以外のマイクロセルのすべてと実質的に同一である。この動作モードでは、個別のマイクロセル６２が１つまたは複数のフォトンを吸収すると、光学フォトンの吸収によって発生した電子によって、個別のマイクロセル６２に限局されるアバランシェブレークダウンが誘導される。マイクロセル６２からはその内部で吸収されたフォトン数と無関係に単一の離散単位の電気的チャージが放出される。すなわち各Ｇｅｉｇｅｒブレークダウンごとに、マイクロセル６２の出力信号は同じ形状及びチャージを有することになる（ただし、製造過程で導入されるセル間での差異に由来するわずかなバラツキを除く）。
各マイクロセル６２はピクセル５９の前面上で導電性グリッド６４に接続されている。一実施形態では導電性グリッド６４はアルミニウムからなるが、導電性であると共に好ましくは非磁性であるような同様の別の材料も想定される。図６及び７に示すように、各マイクロセル６２はその上に陰極接点６９を含んだ金属光遮蔽／陰極６７により囲繞された有効エリアシリコン層６６を含む。図６及び７には前側接点を示しているが、陰極接点６９をウェハの背側上に製作することも可能であり、あるいは陽極と陰極の両接点によって背側接続を提供するように貫通ビアを利用することも可能である。有効エリア６６は、光学フォトンを対応する電気信号に変換するためにＰ＋陽極７１とＮインプラント７３とからなる。有効エリア６６はその一部が、Ｎ＋ガード７５によってマイクロセル６２の残りの部分から分離されている。
各マイクロセル６２の有効エリア６６と導電性グリッド６４の間の接続は一実施形態ではポリシリコンからなる抵抗器６８によって形成される。抵抗器６８はビア７０によってマイクロセル６２の有効エリア６６と接続されると共に、マイクロセル６２から導電性グリッド６４に伝達される電流を制限する役割を果たす。抵抗器６８はさらにセル容量がディスチャージされた後でマイクロセル６２内のアバランシェをクエンチさせる役割も果たす。抵抗器６８及び導電性グリッド６４によって、独立に動作するＡＰＤセル６２が電気的に接続されると共に、すべてのマイクロセル６２からの個別の出力が加算されて１つの共通読み出し信号が形成される。図５に示したピクセル５９から出力される共通読み出し信号はしたがって、付勢されたすべてのマイクロセル６２の標準化信号を重ね合わせたものとなる。すなわち図５の各ピクセル５９の出力は、付勢したマイクロセル６２からの離散的電気チャージ単位の総和によって決定される。このため図５のピクセル５９の出力は、各マイクロセル６２が吸収したフォトン数ではなくフォトンを吸収するマイクロセル６２の数に依存する。吸収したフォトンの数がマイクロセルの数未満であるような動作条件下では、各ピクセル５９から得られる出力は、そのチャージが吸収したフォトンの数に比例するアナログパルスの形態をしている。
図７に示すように、ＳＳＰＭの各マイクロセル６２はその一部が、基本サブストレート８２及びエピタキシャルダイオード層８４（すなわち、エピタキシャルサブストレート）を含むヘテロ構造サブストレート８０によって形成されている。さらに、ヘテロ構造サブストレート８０上に二酸化ケイ素薄膜８５を被着させ、複数のマイクロセル６２を電気絶縁するようにエピタキシャルダイオード層８４上に位置決めされた電気絶縁体の役割をさせている。基本サブストレート８２は、図７でＰ＋＋の記号で表したようなシリコンなどのヘビードープの低抵抗率半導体材料から形成される。エピタキシャルダイオード層８４は基本サブストレート８２上で成長させ、基本サブストレート８２と同一の格子構造及び配向を有するよりライトドープの高抵抗率半導体材料（すなわち、Ｐ−）から形成させることができる。別の実施形態では、シリコン対シリコンの結合過程を用いてエピタキシャルダイオード層８４に適用しヘテロ構造サブストレート８０を実現することが可能である。エピタキシャルダイオード層８４は約１０〜２０マイクロメートルの厚さを有することが好ましいが、別の厚さも可能であることが想起されよう。エピタキシャルダイオード層８４は、微小欠陥を排除しかつ塊状のヘテロ構造サブストレート８０から拡散暗リークを減少させることによってマイクロセル６２内における暗計数率（すなわち、１秒あたりの暗電流誘導事象数）の低減を支援する。
光学的クロストークを低減するために、マイクロセル６２内の有効エリア６６を光学的分離構造８６によって隣接するマイクロセル内の有効エリアから隔絶させている。さらにこの光学的分離構造８６はさらに、隣接するマイクロセルからの拡散電流を低減させることになる。光学的クロストーク及び拡散電流の低減によって、望ましくないマイクロセル６２の放電が制限され、これにより暗計数率及び／またはアフターパルスが低下することになる。すなわち光学的分離構造８６は、隣接するマイクロセル６２内の有効エリア６６間の光学的クロストーク及び暗拡散リーク電流を最小化する役割をする。エピタキシャルダイオード層８４と光学的分離構造の組み合わせによって、マイクロセル６２内の暗計数率に対する１０分の１以上の抑制が可能である。
図７に示すような一実施形態では、光学的分離構造は２Ｄ分離トレンチ８６の形態をとる。ピクセル５９からなるマイクロセルアレイ（図５参照）内で個々の各ＡＰＤセル６２を隣接するＡＰＤセルから隔絶させた分離トレンチ格子が形成されるように、分離トレンチ８６がエピタキシャルダイオード層８４内にエッチングまたは切断されている。より具体的には、各マイクロセル６２の有効エリア６６の周りに分離トレンチ８６が位置決めされている。図のように分離トレンチ８６は、下方向にエピタキシャルダイオード層８４を貫通してかつ下方向に基本サブストレート８２内に延びると共に、約１０〜２５マイクロメートルの深さを有する（ただし、この深さはエピタキシャルダイオード層８４の厚さに応じて様々とすることが可能である）。
図７にはさらに、光吸収材料と光反射材料のいずれかよりなる分離トレンチ格子８６内に被着させた材料８８を表している。材料８８は、隣接するマイクロセル６２内の有効エリア６６の間のフォトンクロストークを阻止するように分離トレンチ８６を満たしている。材料８８は、ヘビードープのポリシリコン、黒色染色の有機材料、または金属から構成されることが好ましいが、適当な別の材料の使用も想定される。分離トレンチ格子８６により提供される光学的クロストークの低減によってマイクロセル６２内で有効エリア６６のサイズを増大させることができる。すなわち隣接するマイクロセル６２内における有効エリア６６同士の距離は、分離トレンチ格子８６により提供されるクロストーク防止のために短縮させることが可能である。一方これによって、有効エリア対デッドエリアの比を大きくしたままで、マイクロセル６２のサイズを約３０マイクロメートル（すなわち、３０μｍ）以下の領域まで最小化することが可能となる。したがって、マイクロセル６２のうちのより大きなフィルファクタを有するようにピクセル５９（図５参照）を設計することができる。
上に挙げたＳＳＰＭ構造は、図１に示したＣＴ医用撮像システム１０以外の別の放射線像検出デバイスにも組み込むことができる。ここで図８を参照すると、記載したＳＳＰＭを組み込んでいる小包／手荷物検査システム１００を表している。小包／手荷物検査システム１００は、小包や手荷物がその内部を通過できるようにその内部に開口１０４を有する回転可能ガントリ１０２を含む。回転可能ガントリ１０２は、高周波電磁エネルギー源１０６、並びに図４〜７に示すようなシンチレータ及びＳＳＰＭを有する検出器アセンブリ１０８を収容している。さらにコンベアシステム１１０が設けられており、スキャンのために小包や手荷物１１６を開口１０４内を自動的かつ連続的に通過させるように構造１１４により支持されたコンベアベルト１１２を含む。被検物１１６はコンベアベルト１１２によって開口１０４内に供給されており、次いで撮像データが収集され、さらにコンベアベルト１１２は制御式かつ連続式で開口１０４から小包１１６を除去している。このため、郵便検査官、手荷物取扱い者及びその他のセキュリティ担当者は、爆発物、ナイフ、拳銃、禁制品、その他の有無について小包１１６の内容物を非侵襲的に検査することができる。
図４〜７について上で挙げた構造を有するＳＳＰＭはさらに、ガンマスペクトルメータ／放射性同位体識別器、中性子検出器、及びその他のハンドヘルドデバイス、またさらには陽電子放出断層（ＰＥＴ）システムを含め別の放射線像検出デバイス内に組み込むことも可能である。
したがって本発明の一実施形態では、半導体光電子増倍器は、サブストレートと、該サブストレート上に位置決めされたエピタキシャルダイオード層と、該エピタキシャルダイオード層上に製作された複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）と、を含む。半導体光電子増倍器はさらに、複数のＡＰＤの各々を隣接するＡＰＤから分離するように複数のＡＰＤの周りに位置決めされた光学的分離構造を含んでおり、この光学的分離構造はその内部に被着させた光吸収材料と光反射材料のうちの少なくとも一方を包含する。
本発明の別の実施形態では、半導体光電子増倍器を製造する方法は、半導体サブストレートを形成する工程と、該半導体サブストレート上にエピタキシャル層を配置する工程と、該エピタキシャル層上に複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を位置決めする工程と、を含む。本方法はさらに、複数のＡＰＤ内で各ＡＰＤを隔絶させるようにエピタキシャル層内に複数の分離トレンチをエッチングする工程と、該複数の分離トレンチを光吸収材料と光反射材料の少なくとも一方で満たす工程と、を含む。
本発明のさらに別の実施形態では、検出器モジュールは、電離放射線を吸収し該電離放射線を光学フォトンに変換するように構成されたシンチレータと、該シンチレータと結合させた、光学フォトンを受け取り該光学フォトンを対応する電気信号に変換するように構成された半導体光電子増倍器（ＳＳＰＭ）と、を含む。ＳＳＰＭはさらに、基本サブストレート及びエピタキシャルサブストレートを有するヘテロ構造サブストレートと、該エピタキシャルサブストレート上に位置決めされたマイクロセルアレイと、エピタキシャルサブストレート内に形成させた、該マイクロセルアレイ内で隣接するマイクロセルを分離するための分離トレンチ格子と、を備えており、該分離トレンチ格子は光吸収材料と光反射材料の少なくとも一方を含む。
本発明を好ましい実施形態について記載しているが、明示的に記述した以外の等価、代替及び修正も可能であり、かつこれらも添付の特許請求の範囲の域内にあることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
１０ コンピュータ断層撮像システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１５ 検出器アセンブリ
１６ Ｘ線ビーム
１７ レール
１８ コリメータアセンブリ
１９ コリメーション用ブレード
２０ 検出器モジュール
２２ 患者
２６ 制御機構
２８ Ｘ線制御装置
３０ ガントリモータ制御装置
３２ データ収集システム（ＤＡＳ）
３４ 画像再構成装置
３６ コンピュータ
３８ 大容量記憶デバイス
４０ コンソール
４２ 陰極線管ディスプレイ
４４ テーブルモータ制御装置
４６ テーブル
４８ ガントリ開口
５０ シンチレータ素子
５１ パック
５２ ピン
５３ フォトセンサ
５４ 多層式サブストレート
５５ スペーサ
５６ フレックス回路
５７ サブストレート表面
５８ シンチレータ
５９ ピクセル
６２ アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、マイクロセル
６４ 導電性グリッド
６６ 有効エリア
６７ 金属光遮蔽／陰極
６８ 抵抗器
６９ 陰極接点
７０ ビア
７１ Ｐ＋陽極
７３ Ｎインプラント
７５ Ｎ＋ガード
８０ ヘテロ構造サブストレート
８２ 基本サブストレート
８４ エピタキシャルダイオード層
８５ 二酸化ケイ素薄膜
８６ 光学的分離構造
８８ 被着させた材料
１００ 小包／手荷物検査システム
１０２ 回転可能ガントリ
１０４ 開口
１０６ 高周波電磁エネルギー源
１０８ 検出器アセンブリ
１１０ コンベアシステム
１１２ コンベアベルト
１１４ 構造
１１６ 被検物
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１５ 検出器アセンブリ
１６ Ｘ線ビーム
１７ レール
１８ コリメータアセンブリ
１９ コリメーション用ブレード
２０ 検出器モジュール
２２ 患者
２６ 制御機構
２８ Ｘ線制御装置
３０ ガントリモータ制御装置
３２ データ収集システム（ＤＡＳ）
３４ 画像再構成装置
３６ コンピュータ
３８ 大容量記憶デバイス
４０ コンソール
４２ 陰極線管ディスプレイ
４４ テーブルモータ制御装置
４６ テーブル
４８ ガントリ開口
５０ シンチレータ素子
５１ パック
５２ ピン
５３ フォトセンサ
５４ 多層式サブストレート
５５ スペーサ
５６ フレックス回路
５７ サブストレート表面
５８ シンチレータ
５９ ピクセル
６２ アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、マイクロセル
６４ 導電性グリッド
６６ 有効エリア
６７ 金属光遮蔽／陰極
６８ 抵抗器
６９ 陰極接点
７０ ビア
７１ Ｐ＋陽極
７３ Ｎインプラント
７５ Ｎ＋ガード
８０ ヘテロ構造サブストレート
８２ 基本サブストレート
８４ エピタキシャルダイオード層
８５ 二酸化ケイ素薄膜
８６ 光学的分離構造
８８ 被着させた材料
１００ 小包／手荷物検査システム
１０２ 回転可能ガントリ
１０４ 開口
１０６ 高周波電磁エネルギー源
１０８ 検出器アセンブリ
１１０ コンベアシステム
１１２ コンベアベルト
１１４ 構造
１１６ 被検物
Claims (10)
- サブストレート（８２）と、
前記サブストレート（８２）上に位置決めされたエピタキシャルダイオード層（８４）と、
前記エピタキシャルダイオード層（８４）上に製作された複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）（６２）と、
前記複数のＡＰＤの各々を隣接するＡＰＤから分離するために該複数のＡＰＤ（６２）の周りに位置決めされた、光吸収材料（８８）と光反射材料（８８）の少なくとも一方をその内部に被着して包含する光学的分離構造（８６）と、
を備える半導体光電子増倍器（５３）。 - 前記複数のＡＰＤ（６２）の各々はさらに有効エリアシリコン層（６６）を含む、請求項１に記載の半導体光電子増倍器（５３）。
- 前記光学的分離構造（８６）は前記有効エリアシリコン層（６６）を隣接する有効エリアシリコン層（６６）から隔絶させるように構成された分離トレンチ格子（８６）を備える、請求項２に記載の半導体光電子増倍器（５３）。
- 前記分離トレンチ格子（８６）はエピタキシャルダイオード層（８４）内に形成されている、請求項３に記載の半導体光電子増倍器（５３）。
- 前記分離トレンチ格子（８６）は１０〜２５マイクロメートルの間の深さを有するように構成されている、請求項３に記載の半導体光電子増倍器（５３）。
- 前記光吸収材料（８８）と光反射材料（８８）の少なくとも一方はさらに、ドープしたポリシリコン、金属及び有機材料のうちの１つを含む、請求項１に記載の半導体光電子増倍器（５３）。
- 前記エピタキシャルダイオード層（８４）は１０〜２０マイクロメートルの間の厚さを有するように構成されている、請求項１に記載の半導体光電子増倍器（５３）。
- 前記複数のＡＰＤ（６２）は少なくとも１つのピクセル（５９）を形成している、請求項１に記載の半導体光電子増倍器（５３）。
- さらに、前記複数のＡＰＤ（６２）が発生させた電荷を合成し、前記少なくとも１つのピクセル（５９）の各々から単一の電気信号を出力するように構成された導電性格子（６４）を備える請求項８に記載の半導体光電子増倍器（５３）。
- 前記複数のＡＰＤ（６２）はＧｅｉｇｅｒモードで動作するように構成されている、請求項１に記載の半導体光電子増倍器（５３）。
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