JPH0372289A - Radiation detector - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、放射線検出器を用いた医療機器、及び材料、
装置の非破壊検査装置等の一次元もしくは二次元の放射
線画像を得るための放射線検出装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a medical device using a radiation detector, a material,
The present invention relates to a radiation detection device for obtaining one-dimensional or two-dimensional radiation images, such as a non-destructive inspection device for equipment.
［従来技術］
従来の放射線フォトン計数方式による放射線検出装置を
図面により説明する。第６図において、放射線フォトン
がＣｄＴｅ等の半導体放射線検出器１に入射すると、検
出器ｌ内の放射線フォトンが吸収された位置において電
子−ホール対が生戊される。この電子−ホール対が検出
器ｌの画電極に向かって移動することにより電極に電荷
が誘起され、検出器１は電流パルスを発生する。この電
流パルスは電荷増幅器２の帰還容量Ｃｆ ３に充電され
、吸収された放射フォトンのエネルギーに比例した電圧
のパルスに変換される。この電圧パルスを波形整形回路
５を経て比較回路６に入力して所望のエネルギー以下の
電圧パルス及び雑音成分を除去した後、計数回路７によ
って計数することにより放射線の強さを測定することが
できると同時に、入射した放射線のエネルギーの分布を
測定することができる。このとき、電荷増幅器２の帰還
抵抗Ｒｆ ４は帰還容量Ｃｆ ３に充電された電荷を放
電させる役割をもち、これらの積Ｒｆ Ｃｆを適当な値
に設定することにより、放射線フォトンの入射に起因す
る放射線検出鉛工からの電荷パルスを、パルスのパイル
アップなしで、エネルギー分解能を損なうことなく計数
することができる。[Prior Art] A radiation detection device using a conventional radiation photon counting method will be explained with reference to the drawings. In FIG. 6, when a radiation photon is incident on a semiconductor radiation detector 1 made of CdTe or the like, an electron-hole pair is generated at a position in the detector 1 where the radiation photon is absorbed. As this electron-hole pair moves toward the picture electrode of the detector 1, a charge is induced in the electrode, and the detector 1 generates a current pulse. This current pulse charges the feedback capacitor Cf 3 of the charge amplifier 2 and is converted into a voltage pulse proportional to the energy of the absorbed radiation photon. This voltage pulse is inputted to a comparator circuit 6 via a waveform shaping circuit 5 to remove voltage pulses with less than a desired energy and noise components, and then counted by a counting circuit 7 to measure the intensity of radiation. At the same time, the energy distribution of the incident radiation can be measured. At this time, the feedback resistor Rf 4 of the charge amplifier 2 has the role of discharging the charge stored in the feedback capacitor Cf 3, and by setting the product Rf Cf to an appropriate value, it is possible to eliminate the charge caused by the incidence of radiation photons. Charge pulses from a radiation detection plumber can be counted without pulse pile-up and without compromising energy resolution.
この方式は放射線フォトン計数方式と呼ばれ、積分方式
に比較して特に放射線強度の低い領域で高感度の測定が
可能であるという特徴がある。This method is called a radiation photon counting method, and compared to the integral method, it is characterized in that highly sensitive measurements are possible, especially in areas with low radiation intensity.
［発明が解決しようとする課題］
高抵抗ＣｄＴｅ（比抵抗１０８Ω（１）程度）を検出器
材料として用いた全空乏型半導体放射線検出器は、原理
的にはＣｄ Ｔ ｅ表面にＡｕ等の金属を蒸着すること
によりショットキー接合を形成させて作製することがで
きる。このショットキー接合に逆バイアス電圧を印加し
、ＣｄＴｅバルク内を空乏化することにより、この領域
を放射線に対する有感層として用いている。第７図はＣ
ｄＴｅ放射線検出器の直流等価回路であり、ショットキ
ー接合には逆バイアスリーク電流Ｉ １ｅａｋが存在し
、この逆バイアスリーク電流■、。、はバイアス電圧を
大きくすればするほど急激に増加する傾向がある。ショ
ットキー接合の逆バイアスリーク電流はＣｄＴｅ結晶の
結晶性、作製工程等に依存する。[Problem to be solved by the invention] In principle, a fully depleted semiconductor radiation detector using high-resistance CdTe (specific resistance of about 108 Ω(1)) as a detector material has a metal such as Au on the CdTe surface. A Schottky junction can be formed and manufactured by vapor-depositing. By applying a reverse bias voltage to this Schottky junction and depleting the CdTe bulk, this region is used as a radiation sensitive layer. Figure 7 is C
This is a DC equivalent circuit of a dTe radiation detector, and there is a reverse bias leak current I 1 eak in the Schottky junction, and this reverse bias leak current I 1 eak exists in the Schottky junction. , tends to increase more rapidly as the bias voltage increases. The reverse bias leakage current of the Schottky junction depends on the crystallinity of the CdTe crystal, the manufacturing process, etc.
しかし一般的にはＣｄＴｅ結晶は作製が困難（ｃｄとＴ
ｅで蒸気圧が大きく異なる）であり、逆バイアスリーク
電流は現状では不可避の現象であるといえる。−例とし
て、厚さ１ｍｍのＣｄＴｅ結晶（比抵抗１０８Ω（１）
前後）にＡｕを蒸着してショットキー接合を形成し、２
００Ｖのバイアス電圧を印加した場合のリーク電流はお
よそｌ〜１００ｎＡ程度である。この様子を第６図にお
いて説明すると、電荷増幅器２の電流入力端子に接続さ
れたＣ ｄ Ｔ ｅ放射線検出器１にバイアス電圧−Ｖ
ｓａを印加することにより、逆バイアスリーク電流工、
８８ｋが流れるが、この電流は電荷増幅器２の出力端子
から帰還回路を通って供給される。このとき電荷増幅器
２の電流入力端子は一定電位に固定されているので、電
荷増幅器２の出力端子電圧は帰還抵抗Ｒｆ ４とリーク
電流Ｉ １ｅａｋの積で決まる電圧だけ上昇する。例え
ば、帰還抵抗の値が１００ＭΩであり、逆バイアスリー
ク電流が１００ｎＡであるとすると、電圧降下はＩＯＶ
となり、この値以上の電源電圧でないとこの電荷増幅器
は正常に動作せず、電源電圧を下げることができなかっ
た。However, CdTe crystals are generally difficult to produce (cd and T
(e), and the reverse bias leak current can be said to be an unavoidable phenomenon under the present circumstances. - As an example, a CdTe crystal with a thickness of 1 mm (specific resistance 108 Ω (1)
Au is evaporated on the front and back) to form a Schottky junction, and 2
When a bias voltage of 00V is applied, the leakage current is approximately 1 to 100 nA. To explain this situation with reference to FIG. 6, a bias voltage -V
By applying sa, the reverse bias leakage current is
88k flows, and this current is supplied from the output terminal of the charge amplifier 2 through the feedback circuit. At this time, since the current input terminal of the charge amplifier 2 is fixed at a constant potential, the output terminal voltage of the charge amplifier 2 increases by a voltage determined by the product of the feedback resistance Rf 4 and the leakage current I 1 eak. For example, if the value of the feedback resistor is 100MΩ and the reverse bias leakage current is 100nA, the voltage drop will be IOV
Therefore, unless the power supply voltage exceeds this value, this charge amplifier will not operate normally, and the power supply voltage cannot be lowered.
また、放射線検出器の逆バイアスリーク電流が大きい場
合には、帰還抵抗Ｒｆの値は帰還抵抗での電圧降下と電
源電圧とで制限されてしまう。この帰還抵抗値が必要以
上に小さい場合には、電荷パルスが帰還容量に充電され
てしまう前に放電する電荷の割合が大きくなってしまう
ことになり、結果的にはエネルギー分解能の低下という
ことになる。極端な場合には、電荷増幅器からの電圧パ
ルスがノイズに埋もれてしまうこともあり得る。Further, when the reverse bias leak current of the radiation detector is large, the value of the feedback resistor Rf is limited by the voltage drop across the feedback resistor and the power supply voltage. If this feedback resistance value is smaller than necessary, the proportion of charge that is discharged before the charge pulse is charged into the feedback capacitor will increase, resulting in a decrease in energy resolution. Become. In extreme cases, the voltage pulse from the charge amplifier may be buried in noise.
一方、放射線検出器には通常数百Ｖの電圧が印加される
が、瞬時にそのような電圧を印加した場合には、回路全
体の過渡的な不安定さ等さまざまなトラブルが発生して
いた。On the other hand, voltages of several hundred volts are normally applied to radiation detectors, but if such voltages were applied instantaneously, various problems such as transient instability of the entire circuit would occur. .
本発明は、上記のような従来技術の欠点を解消するため
に創案されたものであり、放射線検出器の逆バイアスリ
ーク電流が大きい場合にも、電源電圧を必要最小限まで
下げることができ、また、帰還抵抗の値を必要な大きさ
にすることができるとともに、回路全体の発振に伴う不
安定性のない放射線検出装置を提供することを目的とす
る。The present invention was devised to eliminate the drawbacks of the prior art as described above, and even when the reverse bias leakage current of the radiation detector is large, the power supply voltage can be lowered to the necessary minimum. Another object of the present invention is to provide a radiation detection device in which the value of the feedback resistor can be set to a required value and which is free from instability caused by oscillation of the entire circuit.
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するために、本発明における放射線検出
装置は、電荷増幅器の電流入力端子に逆バイアスリーク
電流を補償するための電流を供給する電流供給回路と電
荷増幅器の出力電圧が入力されるコントロール回路を有
する。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, a radiation detection device according to the present invention includes a current supply circuit that supplies a current for compensating for reverse bias leakage current to a current input terminal of a charge amplifier, and a charge amplifier. It has a control circuit into which the output voltage of the amplifier is input.
［作用］
上記のように構成された放射線検出装置は、電荷増幅器
の電流入力端子に逆方向リーク電流を補償するための電
流を電流供給回路から供給し、電荷増幅器の帰還抵抗に
流れる電流がなるべく小さくなるようにする。また、半
導体放射線検出器にバイアス電圧を印加するとき、コン
トロール回路によってバイアス電圧を微小量ずつ増加さ
せ、増加させる毎に電荷増幅器の出力電圧が所定範囲内
に納まるように、コントロール回路によって電流供給回
路を調整することにより、半導体放射線検出器のバイア
ス電圧を最終値まで昇圧させる。[Function] The radiation detection device configured as described above supplies a current for compensating for reverse leakage current to the current input terminal of the charge amplifier from the current supply circuit, so that the current flowing through the feedback resistor of the charge amplifier is as small as possible. Make it smaller. In addition, when applying a bias voltage to the semiconductor radiation detector, the control circuit increases the bias voltage by a minute amount, and the control circuit controls the current supply circuit so that the output voltage of the charge amplifier falls within a predetermined range each time the bias voltage is increased. By adjusting , the bias voltage of the semiconductor radiation detector is boosted to the final value.
［実施例］
実施例について図面を参照して説明すると、第工図にお
いて、コントロール回路８により制御されるメモリ９の
出力がＤ−Ａ変換器１０を介して電圧制御定電流回路上
↓に入力され、この電圧制御定電流回路上↓から電荷増
幅器２の電流入力端子に定電流■が入力される。したが
って、放射線検出農工に逆バイアスを印加したときに検
出器１に流れこむ逆バイアスリーク電流Ｉ １ｅａｋは
、電荷増幅器２の出力端から帰還抵抗Ｒｆ４を通って検
出器１に流れこむ電流工、と電圧制御定電流回路１１か
ら流れこむ電流■との和になっている。電荷増幅器２の
電流入力端子は増幅器の帰還効果のために一定電位に固
定されており、直流電流を他の回路を付加することによ
り流し込んでも、回路全体の交流特性には影響を与えな
い。ここで、検出器ｌのバルク抵抗Ｒｂｕ１には太きい
ものと仮定しこの効果は無視している。[Example] An example will be described with reference to the drawings. In the first drawing, the output of the memory 9 controlled by the control circuit 8 is input to the voltage controlled constant current circuit ↓ via the DA converter 10. A constant current ■ is input from the voltage controlled constant current circuit ↓ to the current input terminal of the charge amplifier 2. Therefore, the reverse bias leak current I1eak that flows into the detector 1 when a reverse bias is applied to the radiation detection device is the current that flows into the detector 1 from the output terminal of the charge amplifier 2 through the feedback resistor Rf4. This is the sum of the current (2) flowing from the voltage controlled constant current circuit 11. The current input terminal of the charge amplifier 2 is fixed at a constant potential due to the feedback effect of the amplifier, and even if a DC current is added by adding another circuit, the AC characteristics of the entire circuit will not be affected. Here, it is assumed that the bulk resistance Rbu1 of the detector l is large, and this effect is ignored.
また、電荷増幅器２の出力端にはスイッチ１２を介して
バッファ１４が接続され、バッファ１４の出力がコント
ロール回路８に入力されている。Further, a buffer 14 is connected to the output terminal of the charge amplifier 2 via a switch 12, and the output of the buffer 14 is input to the control circuit 8.
スイッチ１２はバイアスを設定するときのみオンとし、
放射線測定中はスイッチ１２オフ、スイッチ１３オンと
する。Switch 12 is turned on only when setting the bias.
During radiation measurement, the switch 12 is turned off and the switch 13 is turned on.
第１図の回路の動作を第２図のフローチャートを用いて
説明する。電源をオンにすると、バイアス電源工５の出
力ＶＳＢが零にされるとともに、メモリ９がクリアされ
、メモリ９の内容Ｍが零にされる。次に、スイッチ１２
オン、スインチエ３がオフとされた後、バイアス電圧Ｖ
Ｓａが所定値ΔＶだけ増加される。このとき、電荷増幅
器２の出力電圧Ｖ。Ｕア、がスインチエ２、バッファ１
４を介してコントロール回路８に入力され、Ａ−Ｄ変換
された後、ディジタルデータとして取り込まれる。The operation of the circuit shown in FIG. 1 will be explained using the flowchart shown in FIG. When the power is turned on, the output VSB of the bias power supply 5 is made zero, the memory 9 is cleared, and the contents M of the memory 9 are made zero. Next, switch 12
On, after the switch 3 is turned off, the bias voltage V
Sa is increased by a predetermined value ΔV. At this time, the output voltage V of the charge amplifier 2. Ua, ga switch 2, buffer 1
The signal is inputted to the control circuit 8 via A/D converter 4, and after being A/D converted, is taken in as digital data.
コンｌへロール回路８はこの値を設定値ＶＲＥＦと比較
し、設定値Ｖ ＲＥ Ｆを越えている場合には、メモリ
９にそれ以前の内容に工だけ加算して書き込む。このメ
モリ９の内容はＤ−Ａ変換器１０によりアナログ電圧に
変換され、電圧制御定電流回路１１からＤ−Ａ変換器１
０からの電圧に比例した直流電流が電荷増幅器２の電流
入力端子に供給される。コントロール回路８はこの動作
を繰り返し、電荷増幅器２の出力電圧Ｖ。ＵＴが設定値
ＶＲＥＦより小さくなると、バイアス電圧Ｖ３Ｂが目的
の値か否か判別し、目的の値以下の場合にはバイアス電
圧ＶｓｎをΔ■だけ増加して上記の動作を繰り返す。そ
して、バイアス電圧ＶｓＢが目的の値以上になると、コ
ントロール回路８はスインチエ２をオフ、スイッチ１３
をオンにしてバイアス設定動作を終了する。なお、バイ
アス電圧は負の極性として放射線検出器１に入力されて
いる。The control circuit 8 compares this value with the set value VREF, and if it exceeds the set value V REF, writes it into the memory 9 by adding the value to the previous content. The contents of this memory 9 are converted into an analog voltage by a D-A converter 10, and then sent from a voltage control constant current circuit 11 to a D-A converter 1.
A direct current proportional to the voltage from 0 is supplied to the current input terminal of the charge amplifier 2. The control circuit 8 repeats this operation to increase the output voltage V of the charge amplifier 2. When UT becomes smaller than the set value VREF, it is determined whether the bias voltage V3B is the target value or not, and if it is less than the target value, the bias voltage Vsn is increased by Δ■ and the above operation is repeated. Then, when the bias voltage VsB exceeds the target value, the control circuit 8 turns off the switch 2 and switches 13
Turn on to end the bias setting operation. Note that the bias voltage is input to the radiation detector 1 with negative polarity.
第３図はＤ−Ａ変換器１０の一例であり、Ｒ１２Ｒ１・
・・、２Ｎ−ＩＲの抵抗はポリシリコンを用いて作製さ
れる。このシステムにおいては精度はあまり問題となら
ず、拡散抵抗を用いても可能であり、ビット数は５ビツ
トもあれば十分である。このときＤ−Ａ変換器出力の最
大値が１００ｎＡの電流に対応するように設定値Ｖ Ｄ
ＲＥ Ｆを設定したとすると電流値の最小幅は１００
／２Ｎ＝３゜１３ｎＡとなる。この電流値の幅は、電荷
増幅器の出力電圧の幅に換算すると３１３ｍＶとなり（
帰還抵抗ＲＦ＝１００ＭΩ）、バイアス電圧設定のため
に十分な値である。FIG. 3 is an example of the D-A converter 10, and R12R1.
..., 2N-IR resistors are manufactured using polysilicon. In this system, accuracy is not so much of an issue; diffused resistors can be used, and 5 bits is sufficient. At this time, the set value V D is set so that the maximum value of the D-A converter output corresponds to a current of 100 nA.
If RE F is set, the minimum width of the current value is 100
/2N=3°13nA. The width of this current value is 313 mV when converted to the width of the output voltage of the charge amplifier (
The feedback resistance RF=100MΩ) is a sufficient value for setting the bias voltage.
第４図はメモリ回路９の一例を示し、ポリシリコン抵抗
を負荷とする双安定回路をＮＸＩで構成しており、また
、第５図は電圧制御定電流回路の一例を示し、カレント
ミラー回路を用いて構成しているが、定電流回路の出力
抵抗を大きくするために２段構成としている。Figure 4 shows an example of the memory circuit 9, which is composed of a bistable circuit with a polysilicon resistor as a load, made of NXI, and Figure 5 shows an example of a voltage-controlled constant current circuit, which includes a current mirror circuit. However, in order to increase the output resistance of the constant current circuit, a two-stage configuration is used.
［発明の効果］
本発明は以上のように構成されるので、放射線検出器の
逆方向リーク電流が電荷増幅器の帰還抵抗を流れなくな
ることにより、放射線フォトンの入射がない状態で電荷
増幅器の出力端子電圧が飽和することがなくなる。した
がって、電源電圧を必要最小限まで下げることが可能と
なり、また、帰還抵抗の値の変動マージンが大きくなる
ことになり、作製時のバラツキの大きいポリシリコン抵
抗を用いた場合の歩留まりが向上する。さらに、バイア
ス電圧の印加時に、電荷増幅器の出力電圧をモニタしな
がらバイアス電圧を微小量づつ増加させているので、回
路全体の過渡的な不安定性をなくすことができ、放射線
検出装置を複数個並列に配置して構成される一次元アレ
ーを実現する場合にも有効である。[Effects of the Invention] Since the present invention is configured as described above, the reverse leakage current of the radiation detector no longer flows through the feedback resistor of the charge amplifier, so that the output terminal of the charge amplifier is The voltage will no longer become saturated. Therefore, it becomes possible to lower the power supply voltage to the minimum necessary level, and the margin for variation in the value of the feedback resistor increases, which improves the yield when polysilicon resistors, which have large variations in manufacturing, are used. Furthermore, when applying the bias voltage, the output voltage of the charge amplifier is monitored and the bias voltage is increased minutely at a time, which eliminates transient instability of the entire circuit and allows multiple radiation detection devices to be connected in parallel. It is also effective when realizing a one-dimensional array configured by arranging
第工図は本発明にかかる放射線検出回路を示すブロック
図、第２図は第１図の回路の動作を示すフローチャート
、第３図はＤ−Ａ変換回路の一例を示す回路図、第４図
はメモリの一例を示す回路図、第５図は電圧制御定電流
回路の一例を示す回路図、第６図は従来の放射線検出回
路を示すブロック図、第７図は放射線検出器の直流等価
回路な示す回路図である。
１・・放射線検出器、２・・電荷増幅器、３・・帰還容
量Ｃｆ、４・・帰還抵抗Ｒｆ、５・・波形整形回路、６
・・比較回路、７・計数回路、８・・コントロール回路
、９・メモリ、１０・・Ｄ−Ａ変換器、１１・・電圧制
御定電流回路、１２．１３・・スインチエ４・・バッフ
ァ、１５・・バイアス電源第 １ 圀
十ｖ。Ｄ
第
図
第
図
第
乙
図
亮
圀Fig. 2 is a block diagram showing the radiation detection circuit according to the present invention, Fig. 2 is a flowchart showing the operation of the circuit shown in Fig. 1, Fig. 3 is a circuit diagram showing an example of the D-A conversion circuit, and Fig. 4 is a circuit diagram showing an example of a memory, Fig. 5 is a circuit diagram showing an example of a voltage controlled constant current circuit, Fig. 6 is a block diagram showing a conventional radiation detection circuit, and Fig. 7 is a DC equivalent circuit of a radiation detector. FIG. 1... Radiation detector, 2... Charge amplifier, 3... Feedback capacitor Cf, 4... Feedback resistor Rf, 5... Waveform shaping circuit, 6
...Comparison circuit, 7.Counting circuit, 8.Control circuit, 9.Memory, 10.D-A converter, 11.Voltage control constant current circuit, 12.13.Sincher 4.Buffer, 15 ...Bias power supply No. 1 10V. D Diagram Diagram Diagram Otsu Diagram
Claims (2)
する放射線検出装置において、電荷増幅器の電流入力端
子に電流を供給する電流供給回路を有し、放射線検出器
に流れこむ逆バイアスリーク電流が電荷増幅器の帰還抵
抗を所定値以上流れないようにしたことを特徴とする放
射線検出装置。(1) A radiation detection device having a charge amplifier connected to a semiconductor radiation detector has a current supply circuit that supplies current to the current input terminal of the charge amplifier, and the reverse bias leak current flowing into the radiation detector is charged. A radiation detection device characterized in that the flow through a feedback resistor of an amplifier is prevented from exceeding a predetermined value.
上記電荷増幅器の電流入力端子に電流を供給する電流供
給回路を有する放射線検出装置において、上記電荷増幅
器の出力電圧が入力されるコントロール回路と、上記半
導体放射線検出器にバイアス電圧を印加するバイアス電
源とを有し、上記コントロール回路によってバイアス電
圧を微小量ずつ増加させ、増加させるごとに上記電荷増
幅器の出力電圧が所定範囲内に納まるように上記電流供
給回路を上記コントロール回路によって調整することに
より、上記半導体放射線検出器のバイアス電圧を最終値
まで昇圧させることを特徴とする放射線検出装置。(2) a charge amplifier connected to the semiconductor radiation detector;
A radiation detection device including a current supply circuit that supplies current to a current input terminal of the charge amplifier, comprising: a control circuit into which the output voltage of the charge amplifier is input; and a bias power supply that applies a bias voltage to the semiconductor radiation detector. The control circuit increases the bias voltage by a minute amount, and adjusts the current supply circuit using the control circuit so that the output voltage of the charge amplifier falls within a predetermined range each time the bias voltage increases. A radiation detection device characterized by boosting the bias voltage of a semiconductor radiation detector to a final value.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20935689A JPH0372289A (en) | 1989-08-11 | 1989-08-11 | Radiation detector |
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| JP20935689A JPH0372289A (en) | 1989-08-11 | 1989-08-11 | Radiation detector |
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| US9229119B1 (en) | 2014-12-15 | 2016-01-05 | Mitsubishi Electric Corporation | Radiation measurement apparatus |
-
1989
- 1989-08-11 JP JP20935689A patent/JPH0372289A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4340788A1 (en) * | 1992-11-24 | 1994-05-26 | Mitsubishi Electric Corp | Device and method for preventing the spread of microbes |
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