JP3340793B2 - 放射線検出器 - Google Patents

放射線検出器

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、放射線検出器に係り、
たとえば医療用Ｘ線ＣＴ装置に使用される放射線検出器
に関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえば医療用Ｘ線ＣＴ装置に使用され
る放射線検出器は、従来のＸｅ電離箱型検出器に替わ
り、放射線の入力によってその放射線を光に変換するシ
ンチレータと、このシンチレータからの光の入力によっ
てその光を電気信号に変換する光電変換素子とを備え、
これらは透光性接着剤によって互いに固定されているも
のが知られている。
【０００３】いわゆる固体放射線検出器と称されるもの
であり、Ｓ／Ｎが高いものとして知られている。
【０００４】そして、具体的には、アレイ状にフォトダ
イオード（光電変換素子）が形成された半導体基板の主
表面に、対応するフォトダイオード毎に隔離板で隔離さ
れたシンチレータが接着剤を介して配置されたものとな
っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成された放射線検出器は、シンチレータと半導体
基板との配置姿勢の不揃いや、シンチレータと半導体基
板とのと間に介在される透光性接着剤が原因で、各フォ
トダイオードからの出力が均一性を有していないという
ことが指摘された。
【０００６】すなわち、前記シンチレータは入射する放
射ビームの入射角度により線質特性（入射放射線のエネ
ルギースペクトル変化に対する直線応答特性）が異な
り、この特性は単結晶シンチレータに比較して多結晶焼
結体シンチレータ（以下セラミックシンチレータと称す
る）は強い。
【０００７】また、前記接着剤は、半導体基体に対する
シンチレータの固着という機能の他に、シンチレータで
生じた光を対応するフォトダイオード側に導き易くする
という光学的機能をも有している。
【０００８】このため、各フォトダイオードに対応する
シンチレータの配置姿勢、および接着剤の光学特性とも
にそれぞれ均一でなければならないという要請がある。
【０００９】しかし、該接着剤の流動的性質のために、
半導体基板に対するシンチレータの該接着剤を介した固
着の際に、その接着剤層の層厚が全域にわたって均一と
することを困難とさせ、これが各フォトダイオードの対
応する接着剤の光学的特性にバラツキを生じさせてしま
うことになる。
【００１０】それ故、本発明はこのような事情に基づい
てなされたものであり、その目的とするところのもの
は、光学変換素子に対するシンチレータの配置姿勢、お
よびシンチレータの固着に要する透光性接着剤の光学特
性ともにそれぞれ均一である放射線検出器を提供するこ
とにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、入射する放射線を光に変換するシ
ンチレータと、変換された光を電気信号に変換する光電
変換素子と、前記光電変換素子の受光領域を含む入射面
側領域に前記シンチレータを接着する接着剤層と、前記
接着剤層の屈折率にほぼ一致し前記光電変換素子の入射
面側領域に形成される反射防止層とを有し、前記シンチ
レータで変換された光を前記接着剤層と前記反射防止層
とを介して前記光電変換素子に入射させて電気信号に変
換する放射線検出器において、前記接着剤層の厚さにほ
ぼ一致すると共に、透明度が高くその屈折率が前記接着
剤層及び前記反射防止層とほぼ同じとなる複数の真球状
のスペーサを備え、前記スペーサが前記光電変換素子の
受光領域を含む入射面側領域に散在されて前記接着剤層
が形成され、前記シンチレータで変換された光が前記真
球状のスペーサを透過すると共に前記接着剤層を透過し
前記反射防止層を介して前記光電変換素子に入射する。
【００１２】
【作用】このように構成された放射線検出器は、その光
電変換素子に対するシンチレーションの固着に要する透
光接着剤に同径の透明度が高くその屈折率が透光接着剤
にほぼ同じである真球状のスペーサが複数混在されてい
るものとなっている。
【００１３】このため、流動的性質を有する接着剤を介
して光電変換素子に対するシンチレータを軽く押圧する
ことによって、該接着剤層の層厚はスペーサの径によっ
て特定されることになる。
【００１４】したがって、接着剤層はその全域にわたっ
て層厚が均一になり、接着されたシンチレータの姿勢は
一定に保たれ、さらに接着剤層の光学特性を均一にする
ことができるようになる。
【００１５】
【実施例】図４は、本発明による放射線検出器の一実施
例を示す斜視図である。
【００１６】同図において、回路基板４があり、この回
路基板４には半導体基板３が搭載されている。この半導
体基板３の主表面には、後に詳述するように、アレイ状
に複数のフォトダイオードが形成されている。
【００１７】そして、この半導体基板３の主表面にはシ
ンチレータ１が配置されている。このシンチレータ１
は、ＮａＩ、ＣｓＩ、ＣｄＷＯ4、ＺｎＷＯ4、ＢＧＯ等
の単結晶、あるいはＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｐｒ、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅ
ｕ、Ｇｄ2Ｏ3：Ｅｕ等のセラミックシンチレータからな
り、その厚みは１ｍｍないし５ｍｍとなっている。
【００１８】また、このシンチレータ１は、図中ｘ方向
に延在して形成される溝、およびこの溝内に配置される
隔壁板２によって各シンチレータ１ａ、１ｂ、…、１ｎ
に分割されている。これにより、各シンチレータ１ａ、
１ｂ、…、１ｎは図中ｙ方向に並設されたアレイ状をな
している。
【００１９】図５は、図４のV−V線における断面を示す
図である。たとえばＳｉからなるｎ型の半導体基板３の
表面にはｐ型の不純物拡散層５が形成されていることに
よってフォトダイオード１０が形成されている。このフ
ォトダイオード１０はその上方に配置されている分割さ
れた各シンチレータ１毎にその長手方向に延在して形成
されている。
【００２０】なお、このようにフォトダイオード１０が
形成された半導体基板３において、その表面において、
不純物拡散層５に接続された電極６、およびＳｉ酸化膜
７が形成されて構成されている。
【００２１】そして、このように構成された半導体基板
３に対するシンチレータ１の固着は接着剤層９を介在さ
せることによってなされている。この接着剤としては透
明度の高い透光性を有し、たとえばアクリル系、エポキ
シ系、ロジン系樹脂からなり、その屈折率ｎは１．５な
いし２．０程度となっている。
【００２２】この場合において、接着剤層９を薄くして
形成する場合には、反応性希釈剤を用いて粘度を低くす
るのが好適となる。
【００２３】ここで、半導体基板３に対するシンチレー
タ１の固着は、図６に示すように、該シンチレータ１が
いまだ分割されていない状態でなされ、その後の工程に
よって、たとえばスライサによる半導体基板３にまで到
る溝形成、およびこの溝に隔壁板２を挿入させるように
して図５に示す構成としている。
【００２４】いまだ分割されていないシンチレータ１を
半導体基板３に固着する場合、半導体基板３の表面に接
着剤を滴下し、この接着剤の上にシンチレータ１を重
ね、該接着剤が均一に広がるように圧接する。
【００２５】図４のように構成された放射線検出器は、
図中矢印方向からＸ線が照射された場合、各壁板２に画
された各シンチレータ１ａ、１ｂ、…、１ｎに入力され
るようになる。各シンチレータ１ａ、１ｂ、…、１ｎに
は入力されたＸ線量に応じた光量で発光し、その光は前
記接着剤層９を介して、それぞれ対応するフォトダイオ
ード１０に入力される。このフォトダイオード１０で
は、入力された光量に応じて電荷を発生し、半導体基板
３の底面に設けた電極と不純物拡散層５に接続された電
極６間に電流が生じるようになる。この電流は前記Ｘ線
量に対応する値となるものとなっている。
【００２６】図１は、半導体基板３とシンチレータ１と
の間に介在される接着剤層９の断面を示す図である。こ
の接着剤層９には真球状のスペーサ１２が混入されてお
り、これにより、半導体基板３とシンチレータ１は該ス
ペーサ１２の径に相当する間隙で接着剤層９を介して配
置されることになる。すなわち、接着剤を介在させた半
導体基板３に対するシンチレータ１の圧接において、該
接着剤は徐々に接着面の周辺に押し出され、該圧接は、
半導体基板３とシンチレータ１との間隙が該スペーサ１
２の直径になるまで持続されるからである。スペーサ１
２としては、たとえばアクリル系、エポキシ系、ジビニ
ルベンゼン系等の透明度の高い高分子樹脂の架橋重合体
が用いられている。これにより、接着剤層９と屈折率が
ほぼ等しくなり、また比較的高度が低いことから半導体
基板３の表面への破損を惹起せしめるようなことがなく
なる。
【００２７】このようなスペーサが混入された接着剤と
しては、たとえば具体的には、ビスフェノールＡ型エポ
キシ樹脂（商品名：エピコート８１９）、変性アミン系
エポキシ樹脂硬化剤（商品名：エポメートＢ００２）、
反応性希釈溶剤（商品名：ＳＨＥＬＬＢＲＯＣ）、ジビ
ニルベンゼン系架橋重合体樹脂のスペーサ（商品名：ミ
クロパール）をそれぞれ１．０：０．７５：０．２５：
０．０１５の重量比で混合されているものが好適であ
る。
【００２８】一般に、接着剤の最適条件としては、シン
チレータ１の発光波長域（４００ｍｍ〜９００ｍｍ）で
波長選択性が少なく透明で光透過率が高く、屈折率がス
ペーサ１２と同じ値で、その値がシンチレータ１および
半導体基板表面の反射防止膜の屈折率の値に近いことで
ある。
【００２９】図２は、図１とほぼ同様の構成となってい
るが、スペーサ１２が予めシンチレータ１側に接着剤１
３によって固着されていることが異なっている。このよ
うにした場合、スペーサ１２は移動することなく均等な
割合で分散させた状態にすることができるようになる。
【００３０】なお、接着剤１３としては、ビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂（商品名：エピコート８１９）、変
性アミン系エポキシ樹脂硬化剤（商品名：エポメートＢ
００２）、反応性希釈剤（商品名：ＳＨＥＬＬＢＲＯ
Ｃ）をそれぞれ１．０：０．７５：０．２５の重量比で
混合されたものが好適である。
【００３１】シンチレータ１にスペーサ１２を塗布する
方法としては、たとえばアクリル系、エポキシ系、ロジ
ン系樹脂等の接着材で屈折率が高い（ｎ＝１．５〜２．
０）のものを用い、接着剤を希釈剤（アセトン、トルエ
ン、キシレン等の有機溶剤）を用いて希釈し、この希釈
された接着剤の中に上記のスペーサ１２を混入し、シン
チレータ１の接着面側表面にスプレー塗布、あるいは印
刷塗布、あるいはロールコート塗布、あるいはスピンコ
ート塗布、あるいはマイクロディスペンサを用いること
により極めて薄く塗布することができる。
【００３２】なお、上記の方法でスペーサ１２を塗布さ
れたシンチレータ１は、接着剤１３に混入された希釈剤
（アセトン、トルエン、キシレン等の有機溶剤）を蒸発
させ、かつ硬化させるため電気炉内で加熱する。この場
合の硬化条件は、仮硬化となる条件が望ましい。すなわ
ち、完全に硬化させるのではなく、再加熱により接着剤
が硬化するような条件に止める。たとえば、エポキシ系
の接着剤を用いる場合、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂（商品名：エピコート８１９）、変性アミン系エポキ
シ樹脂硬化剤（商品名：エポメートＢ００２）、希釈溶
剤（トルエン）、ビニルベンゼン系架橋重合体樹脂の真
球スペーサ（商品名：ビクロパール）をそれぞれ１：
０．５：０．４：０．０１５（重量比）で混合し、スプ
レー塗布した後、電気炉内で加熱する。この場合の硬化
条件は、仮硬化となる条件で、６０〜８０℃／１０〜５
分間程度である。また、接着材１３の塗布量は図２に示
すように、用いるスペーサ１２の直径を上回ることのな
い厚さとすることはいうまでもない。
【００３３】また、図３は、スペーサ１２が予め半導体
基板３側に接着剤１４によって固着されたものを示して
いる。このようにした場合にも、図２に示したと同様の
効果を奏する。
【００３４】以上説明したことから明らかなように、本
実施例のように構成した場合、その半導体基板３に対す
るシンチレータ１の固着のために介在させる接着剤層９
に同径のスペーサ１２が複数混在されているものとなっ
ている。
【００３５】このため、流動的性質を有する接着剤を介
して半導体基板３に対するシンチレータ１を軽く押圧す
ることによって、該接着剤層９の層厚はスペーサ１２の
径によって特定されることになる。
【００３６】したがって、接着剤層９はその全域にわた
って層厚が均一になり、接着されたシンチレータの姿勢
は一定に保たれ、さらに接着剤層９の光学特性を均一に
することができるようになる。
【００３７】また、接着の際における半導体基板３に対
するシンチレータ１の押圧において、その力は特定個所
に集中することなくスペーサ１２の数に応じて分散され
ることから、半導体基板３の主表面の破損を防止するこ
とができるようになる。
【００３８】上述した実施例では、スペーサ１２として
真球状のものを使用したものであるが、これに限定され
ることはなく、たとえば棒状、あるいはパイプ状のもの
であっても同様の目的が達成できる。
【００３９】上述した実施例では、アレイ状にフォトダ
イオードが形成された半導体基板３の主表面に、対応す
るフォトダイオード毎に隔離板２で隔離されたシンチレ
ータ１が接着剤層９を介して配置されたものについて説
明したものである。
【００４０】しかし、これに限定されることはなく、単
素子からなるフォトダイオード主表面にシンチレータを
固着させる場合のものについても適用できることはいう
までもない。
【００４１】この場合において、それらを並設して用い
る際に、それぞれの特性（特にシンチレータの配置姿
勢、および接着剤の光学特性）を均一化できる効果を奏
するからである。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明による放射線検出器によれば、光電変換素子に対
するシンチレータの配置姿勢、およびシンチレータの固
着に要する透光性接着剤の光学特性ともにそれぞれ均一
にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による放射線検出器の一実施例を示す要
部断面図である。
【図２】本発明による放射線検出器の他の実施例を示す
要部断面図である。
【図３】本発明による放射線検出器の他の実施例を示す
要部断面図である。
【図４】本発明による放射線検出器の一実施例を示す斜
視構成図である。
【図５】図４のV−V線における断面図である。
【図６】本発明による放射線検出器の製造過程を示す説
明図である。
【符号の説明】
１ シンチレータ ２ 隔壁板 ３ 半導体基板 ９ 接着剤層 １０ フォトダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−94188（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−318986（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−150049（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開523783（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01T 1/20

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入射する放射線を光に変換するシンチレ
    ータと、変換された光を電気信号に変換する光電変換素
    子と、前記光電変換素子の受光領域を含む入射面側領域
    に前記シンチレータを接着する接着剤層と、前記接着剤
    層の屈折率にほぼ一致し前記光電変換素子の入射面側領
    域に形成される反射防止層とを有し、前記シンチレータ
    で変換された光を前記接着剤層と前記反射防止層とを介
    して前記光電変換素子に入射させて電気信号に変換する
    放射線検出器において、 前記接着剤層の厚さにほぼ一致すると共に、透明度が高
    くその屈折率が前記接着剤層及び前記反射防止層とほぼ
    同じとなる複数の真球状のスペーサを備え、前記スペー
    サが前記光電変換素子の受光領域を含む入射面側領域に
    散在されて前記接着剤層が形成され、前記シンチレータ
    で変換された光が前記真球状のスペーサを透過すると共
    に前記接着剤層を透過し前記反射防止層を介して前記光
    電変換素子に入射することを特徴とする 放射線検出器。
  2. 【請求項２】 前記スペーサは、前記接着剤層の屈折率
    に一致する高分子樹脂の架橋重合体で構成して成る請求
    項１に記載の放射線検出器。
  3. 【請求項３】 前記スペーサは、アクリル系、エポキシ
    系又はジビニルベンゼン系から構成して成る請求項２に
    記載の放射線検出器。
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