WO2010064693A1 - 放射線の位置を２次元で検出する半導体検出器及びそれを用いた放射線の２次元位置検出方法 - Google Patents

放射線の位置を２次元で検出する半導体検出器及びそれを用いた放射線の２次元位置検出方法 Download PDF

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radiation
stripe
semiconductor
electrode
resistor
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慶造 石井
洋平 菊池
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国立大学法人東北大学
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    • H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
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    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/108—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the Schottky type

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor two-dimensional position detector that detects a radiation position in two dimensions, which is preferably used in physical measurement, a positron emission tomography apparatus (PET), and the like, and a radiation two-dimensional position detection method using the same.
  • PET positron emission tomography apparatus
  • a positron emission tomography device uses a positron emitting nuclide to detect two gamma rays emitted at an angle of 180 ° when the emitted positron and the electron in the material meet and disappear, A distribution image is obtained (see Non-Patent Document 1).
  • scintillator detectors are used as ⁇ -ray detectors in positron tomography apparatuses.
  • the scintillator detector receives light emitted by gamma ray detection by several photomultiplier tubes, and determines which scintillator measures gamma rays from the intensity ratio of each light.
  • the spatial resolution of a positron tomography apparatus based on this principle is limited to several millimeters. Therefore, the scintillator detector cannot obtain a spatial resolution of 1 mm or less, which is the same as that of X-ray CT.
  • Known semiconductor detectors for detecting light or particle beams include semiconductor position detection elements (see Patent Document 1) and detectors using CdTe crystals that have a large absorption effect on gamma rays (see Patent Document 2). .
  • a detector using a CdTe crystal is made of a CdTe crystal semiconductor plate having an electrically conductive electrode formed on the front and back surfaces, and takes out an electric signal through an amplifier. By using this semiconductor detector, the detector can be made small, and a 1 mm size detector can be realized. Therefore, it is possible to realize a semiconductor detector having a spatial resolution of 1 mm or less by arranging a plurality of detectors.
  • Patent Document 2 uses, for example, a 20 mm square semiconductor plate in which an electrically conductive resistive electrode is formed on the front surface and an electrically conductive electrode is formed on the rear surface, and electrical signals from four corners of the electrically conductive resistive electrode are used.
  • a detector that two-dimensionally detects a detection position of a gamma ray in a semiconductor plate using the above ratio is disclosed. In this detector, it is sufficient to prepare four amplifiers.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a semiconductor two-dimensional position detector 50 disclosed in Patent Document 2.
  • the thin semiconductor crystal plate 51 is made of a CdTe crystal, one surface is an electrically conductive resistive electrode 52, and the other surface is an electrically conductive electrode 53.
  • an indium electrode 52 is formed on one surface and a platinum electrode 53 is formed on the other surface.
  • the indium electrode is made of indium thin and, for example, has an electric conduction resistance by depositing about 600 mm. Thereby, the indium vapor deposition surface of the semiconductor crystal plate 51 has electric conduction resistance, and the semiconductor crystal plate 51 operates as a Schottky type radiation detector.
  • the semiconductor two-dimensional position detector 50 is provided with terminals at the four corners A, B, C, and D of the electrically conductive resistive electrode surface, each connected to the amplifier circuit 55, and the output generated at the four terminals.
  • the calculated position coordinates (X, Y) (hereinafter referred to as temporary position coordinates) of the gamma rays on the semiconductor plate 51 are expressed as V A , V B. , V C , and V D (see Patent Document 2).
  • FIG. 13 is a diagram showing the irradiation position of the radiation 57 in the conventional semiconductor two-dimensional position detector 50.
  • FIG. 14 is a diagram showing the result of position detection by the conventional semiconductor two-dimensional position detector 50, and shows temporary position coordinates 59 calculated using output signals V 1 to V 4 generated at four terminals.
  • the detection result by the temporary position coordinate 59 is a distribution in which the position obtained by the signal and the actual radiation detection position are nonlinear, asymmetric and highly distorted. This is insufficient to identify the detection position of the radiation 57.
  • Patent Document 3 discloses a semiconductor two-dimensional position detector in which each side is not a quadrangle on a semiconductor substrate but has an arc-shaped resistance layer, and currents are output using four points as apexes of each side as output electrodes. It is described that the incident position of ⁇ rays can be detected without distortion by detection.
  • Patent Document 4 a radiation position detection device is disclosed, and two-dimensional position detection is performed by a cascade-connected resistor. Two amplifiers connected to the resistor and two amplifiers are connected to this amplifier. A complicated circuit configuration is composed of four A / D converters, two position calculators, one adder, one wave height discriminator, and one control signal generator.
  • Patent Documents 5 and 6 CdTe, CdZnTe, or BrTl is used as a semiconductor substrate used in a semiconductor two-dimensional position detector, and linear resistance lines are arranged in parallel (Patent Document 5) or a matrix. Forming a structure (Patent Documents 5 and 6) is disclosed.
  • the detection elements are arranged in a two-dimensional matrix. In this case, it is necessary to provide a switching element and an amplifier for each detection element in the image processing, and the circuit configuration becomes complicated as in Patent Document 4.
  • Patent Document 7 discloses a semiconductor two-dimensional position detector in which Si is used as a semiconductor substrate and Al electrodes are formed in a stripe shape on the surface layer.
  • the position obtained by the signal and the actual radiation detection position are non-linear, asymmetric and highly distorted, and the radiation detection position is determined. It was insufficient for identification. Further, in order to solve this problem in the past, the electrode structure on the position detection surface is not suitable for practical use because it has a complicated shape such as an arc shape (see, for example, Patent Documents 1 and 3). In addition, when a circuit directly joined with a circuit such as an amplifier is stacked on the back surface of the detector, a portion insensitive to radiation is formed, which is not suitable for PET.
  • a semiconductor position detector for two-dimensionally detecting the position of radiation includes a semiconductor substrate and a surface of the semiconductor substrate arranged in parallel at a predetermined interval in the X direction.
  • a second configuration of the semiconductor position detector for two-dimensionally detecting the position of radiation according to the present invention is a Y direction in which a semiconductor substrate and a surface of the semiconductor substrate are juxtaposed at a predetermined interval in the X direction.
  • First to nth (n is an integer greater than or equal to 2) stripe electrodes parallel to each other, a plurality of resistors connected between the upper ends of the first to nth stripe electrodes, and the first to nth stripes
  • a plurality of resistors connected between the lower end portions of the electrodes, a first signal output terminal connected to the lower end portion of the first stripe electrode via the resistor, and a resistor at the lower end portion of the nth stripe electrode
  • a second signal output terminal connected via a resistor, a fourth signal output terminal connected via a resistor to the upper end of the first stripe electrode, and a resistor connected to the upper end of the nth stripe electrode.
  • a third signal output terminal connected via the semiconductor substrate and the back of the semiconductor substrate
  • Each of the first to nth stripe electrodes is formed of m strip electrodes formed in the Y direction and separated from each other, and each strip electrode is formed along the Y direction. Adjacent strip electrodes are connected by resistors to form respective stripe electrodes, and output signals from radiation incident on an arbitrary point of the semiconductor substrate are obtained from first to fourth signal output terminals. .
  • the resistance connected between the upper end portions and the lower end portions of the stripe electrodes is preferably formed such that the resistance value thereof can be adjusted.
  • the resistance ratio between the resistance of each stripe electrode and the resistance connected between the upper end portions and / or the lower end portions of the stripe electrodes is: Preferably, it is 10: 1 to 100: 1.
  • the first to nth stripe electrodes are preferably separated from each other along the Y direction.
  • the strip electrodes forming the first to nth stripe electrodes are preferably separated from each other along the X direction.
  • the stripe electrode may be a Schottky type electrode having high electrical conductivity resistance, and the electrode disposed on the back surface of the semiconductor substrate may be an electrode having high electrical conductivity.
  • the semiconductor substrate is preferably made of any one of CdTe, CdZnTe, and BrTl, and the electrode is preferably made of indium or platinum.
  • a calculation unit that calculates the position of radiation from the output signal is provided, and the calculation unit outputs voltages output from the first to fourth signal output terminals as V 1 , V 2 , V, respectively.
  • V 4 by the following equation (1) and (2), radiation of temporary position coordinates (X i, Y j) was computed, tentative position coordinates (X i, Y j) with, Radiation detection position coordinates (X p , Y q ) are calculated by the following equations (3) and (4).
  • the functions f (X i , Y j ) and g (X i , Y j ) in the above equations (3) and (4) are used to express the radiation spot on the stripe electrode of the semiconductor two-dimensional position detector. After irradiating at intervals in the Y direction and calculating the temporary position coordinates of each irradiation point, assuming a correction function between the position coordinates of each irradiation point and the temporary position coordinates of each irradiation point, This is obtained by fitting as a function for reproducing the position coordinates of the irradiation point.
  • the X p and X i, the Y q calculated by the following equation (5) or (6), radiation corrected position coordinates (X p, Y q) may be calculated.
  • This correction position coordinate is also called a detection position coordinate.
  • the coefficients a, b and c of the quadratic function in the equation (5) are arbitrary constants, and d * is a standard constant.
  • the coefficients a ′, b ′ and c ′ of the quadratic function in the equation (6) are arbitrary constants, and d ′ is a standard constant.
  • a method for detecting a two-dimensional position of radiation includes first to nth (n Are arranged in parallel, the upper ends of the first to nth stripe electrodes are connected to each other via a resistor, and the lower ends of the first to nth stripe electrodes are connected to each other.
  • Each is connected via a resistor, one end of the resistor is connected to the lower end of the first stripe electrode, the first signal output terminal is arranged at the other end of the resistor, and the lower end of the nth stripe electrode
  • One end of the resistor is connected to the second end, the second signal output terminal is disposed on the other end of the resistor, one end of the resistor is connected to the upper end of the first stripe electrode, and the fourth end is connected to the other end of the resistor.
  • the signal output terminal is arranged, and one end of the resistor is connected to the upper end of the nth stripe electrode.
  • a third signal output terminal is disposed at the other end of the resistor, an electrode is disposed on the back surface of the semiconductor substrate, and an output signal from radiation incident on the semiconductor substrate is output from the first to fourth signal output terminals. It is characterized by obtaining.
  • each of the first to nth stripe electrodes is formed from m strip electrodes formed in the Y direction and separated from each other, and the strip electrodes adjacent to each other along the Y direction of each strip electrode are resisted.
  • Each stripe electrode may be formed by connecting via the.
  • the X p and X i, the Y q calculated by the above equation (5) or (6), the radiation detection position coordinates (X p, Y q) may be calculated.
  • the semiconductor two-dimensional position detector for detecting the position of radiation in two dimensions has only four signal output terminals, the number of signal amplifiers can be greatly reduced. Further, by configuring this semiconductor two-dimensional position detector in a multiplex manner, it is possible to specify a radiation detection position with an accuracy shorter than 1 mm in three dimensions, and to a positron emission tomography apparatus having a spatial resolution of 1 mm or less. Can be applied. Further, since the detection sensitivity portion is the entire surface of the semiconductor detector, the detector block in which the detection detector is multiplexed does not have a radiation insensitive portion, and is suitable as a PET detector block.
  • the radiation two-dimensional position detection method of the present invention when radiation is irradiated, signals from the four signal output terminals of the plurality of stripe electrodes are calculated, and further, correction calculation is performed, whereby 1 mm in the two-dimensional direction. It becomes possible to specify the radiation irradiation position with shorter accuracy.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. It is sectional drawing which shows another structure of a semiconductor two-dimensional position detector. It is a top view which shows the radiation irradiation position to a semiconductor two-dimensional position detector. It is a figure which shows the temporary position coordinate acquired with the semiconductor two-dimensional position detector with respect to the irradiation position of the radiation shown in FIG. It is a flowchart which shows the process of calculating a detection position coordinate ( Xp , Yq ).
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 9.
  • FIG. It is an equivalent circuit diagram which shows resistance arrangement
  • FIG. It is a figure which shows the irradiation position of the radiation in the conventional semiconductor two-dimensional position detector. It is a figure which shows the position detection result by the conventional semiconductor two-dimensional position detector.
  • SYMBOLS 1,30 Semiconductor two-dimensional position detector 2: Semiconductor substrate 2A: The surface 2B of a semiconductor substrate: The back surface 2C of a semiconductor substrate: The groove part of a semiconductor substrate 3: Stripe electrodes 4, 5: Resistors 6, 8, 10, 12: Output Resistor 7: first signal output terminal 9: second signal output terminal 11: fourth signal output terminal 13: third signal output terminal 15: Schottky electrode 16: radiation 17-20 : Signal detector 22: Calculation unit 25: Radiation irradiation position 26: Temporary position coordinate 33: Stripe electrode 33 ij : Strip electrode 35: Resistance for connecting strip electrode
  • FIG. 1 is a plan view showing the configuration of a semiconductor two-dimensional position detector 1 for two-dimensionally detecting the position of radiation according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. It is sectional drawing along the II line.
  • the semiconductor two-dimensional position detector 1 includes a semiconductor substrate 2 and first to nth (n is 2) parallel to the Y direction, juxtaposed on the surface 2A of the semiconductor substrate 2 with a predetermined interval in the X direction.
  • (Integer) stripe electrode 3 a plurality of resistors 4 connected between upper end portions 3A of first to nth stripe electrodes, and between lower end portions 3B of first to nth stripe electrodes 3.
  • a plurality of resistors 5 connected, a first signal output terminal 7 connected to the lower end 3B of the first stripe electrode 31 via an output resistor 6, and an nth stripe electrode 3n
  • a second signal output terminal 9 connected to the lower end 3B via the output resistor 8 and a fourth signal output connected to the upper end 3A of the first stripe electrode 31 via the output resistor 10
  • a third signal output terminal 13 connected via the resistor 12 and an electrode 15 disposed on the back surface 2B of the semiconductor substrate 2 are provided.
  • the semiconductor two-dimensional position detector 1 is a so-called Schottky diode comprising a first to nth stripe electrode 3 disposed on the front surface 2A of the semiconductor substrate 2 and an electrode 15 disposed on the back surface 2B side. It is.
  • the semiconductor two-dimensional position detector 1 of the first embodiment is biased in the reverse direction. In this state, a depletion layer is formed in the semiconductor substrate 2, and output signals from the radiation 16 incident on the semiconductor substrate 2 are output from the first to fourth signal output terminals 7, 9, 11, 13. Obtainable.
  • the output from the signal output terminals 7, 9, 11, and 13 is a voltage or a current.
  • the semiconductor two-dimensional position detector 1 has, for example, n stripe electrodes 3 made of, for example, eight indiums extending in the Y direction and having a constant width in the X direction on the surface 2A of the semiconductor substrate 2 made of, for example, CdTe crystal. They are lined up in parallel at a distance of.
  • the electrode 15 on the back surface 2B side of the semiconductor substrate 2 can be formed of, for example, an electrode made of platinum (Pt).
  • the stripe electrode has high electrical conduction resistance and a Schottky electrode can be used.
  • positioned at the back surface of a semiconductor substrate can be made into an electrode with high electrical conductivity.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing another configuration of the semiconductor two-dimensional position detector 1.
  • the semiconductor two-dimensional position detector 1A shown in FIG. 3 is different from the semiconductor two-dimensional position detector 1 shown in FIG. 2 in that each of the stripe electrodes 3 arranged on the surface 2A of the semiconductor substrate 2 is separated by an elongated groove 2C. There is in point.
  • each of the stripe electrodes 3 is electrically divided.
  • the groove 2C can be formed by forming a thin film made of a metal material to be the stripe electrode 3 on the semiconductor substrate 2 by vacuum deposition, and then cutting (cutting) using diamond or photolithography and etching.
  • the metal material used for the stripe electrode 3 is, for example, indium.
  • One stripe electrode 3 is, for example, an indium vapor deposition film having a length in the Y direction of 20 mm, a width in the X direction of 1.1 mm, and a thickness of 500 mm.
  • the resistance value between both ends of the single stripe electrode 3 is, for example, 1 M ⁇ .
  • the pitch between the adjacent stripe electrodes 3, that is, the distance between the center lines of the adjacent stripe electrodes 3 is 1.2 mm, for example. In this case, the gap between adjacent stripe electrodes 3 or the width of the groove 2C is about 0.1 mm.
  • a signal amplifier (not shown) may be provided between the signal detectors 17 to 20 connected to the first to fourth signal output terminals 7, 9, 11, and 13 to adjust the output signal. .
  • charge sensitive amplifiers can be used. In the following description, the signal detectors 17 to 20 will be described as charge sensitive amplifiers.
  • each of the adjacent stripe electrodes 3 is electrically connected via a resistor 4.
  • each of the adjacent stripe electrodes 3 is electrically connected via the resistor 5.
  • the values of the resistors 4 and 5 are, for example, 20 k ⁇ .
  • the resistors 4 and 5 are inserted in order to distinguish the output of each stripe electrode 3.
  • an external resistor connected to the stripe electrode 3 or a resistor formed on the semiconductor substrate 2 can be used.
  • the resistance values of the resistors 4 and 5 may be formed to be adjustable. When the resistors 4 and 5 are formed of a metal thin film, the resistance value can be adjusted by laser trimming or the like.
  • the first to fourth signal output terminals 7, 9, 11, and 13 are connected to the first to fourth signal detectors 17 to 20, respectively, and the first to fourth signal detectors 17 to 20 outputs an output signal of V 1 to V 4 .
  • the output signals V 1 to V 4 are input to the calculation unit 22.
  • the calculation unit 22 includes a computer such as an A / D converter, an interface circuit (I / O), and a RISC.
  • the distance from the incident position of the radiation 16 to both ends of the stripe electrode 3 is proportional to the resistance value in the Y direction, it is detected by, for example, the first and fourth signal detectors 17 and 20 on both sides in the Y direction. From the voltage ratio, the incident position of the radiation 16 in the Y direction can be calculated. In order to calculate the incident position of the radiation 16 in the Y direction, second and third signal detectors 18 and 19 may be further used.
  • the distance from the incident position of the radiation 16 to both ends of the stripe electrode 3 is proportional to the resistance value in the Y direction, but the current flowing through the resistance is inversely proportional. Since the current is proportional to the induced charge, the output of the charge-sensitive amplifier increases in proportion to the current. For this reason, the incident position of the radiation 16 in the Y direction is calculated from the signals detected by, for example, the first, second, third, and fourth charge sensitive amplifiers 17 to 20 on both sides in the Y direction. Can do.
  • the distance from the stripe electrode 3 on which the radiation 16 is incident to both ends in the X direction is proportional to the resistance value in the X direction. Since the stripe electrodes 3 are sequentially connected via the resistors 4 and 5, the number of resistors 4 and 5 between them increases and the resistance value increases as the distance in the X direction increases. Therefore, the incident position of the radiation 16 in the X direction can be calculated from the ratio of the voltages detected by, for example, the first and second signal detectors 17 and 18 on both sides in the X direction. In order to calculate the incident position of the radiation 16 in the X direction, second and third signal detectors 18 and 19 may be further used.
  • the incident position of the radiation 16 in the Y direction can be calculated from the signals detected by the first, second, third, and fourth charge sensitive amplifiers 17 to 20. Since there are resistors 4 and 5 between the adjacent stripe electrodes 3, information for identifying which stripe electrode 3 has generated current can be obtained. For convenience of calculation, it is desirable that the resistance values of the resistors 4 and 5 are equal.
  • the width of the groove 2C be as narrow as possible.
  • the position resolution in the X direction is improved as the stripe electrode 3 is narrower.
  • the narrower the width of the stripe electrode 3 the larger the ratio of the width of the groove 2C to the electrode width, the higher the ratio of the area of the groove 2C to the entire substrate, and the lower the detection accuracy.
  • the signal detector on the same side across the stripe electrode 3 becomes close to the direct connection state, and the current generated by the incidence of the radiation 16 and other noise currents are reduced. It becomes difficult to identify.
  • the signal detectors on the same side are, for example, the first signal detector 17 and the second signal detector 18 or the fourth signal detector 19 and the third signal detector 20.
  • charge-sensitive amplifiers can be used as the first to fourth signal detectors 17 to 20, charge-sensitive amplifiers can be used.
  • the stripe electrode 3 and the resistance 4 are preferably 10: 1 to 100: 1. In the measurement example described later, the resistance value of the stripe electrode 3 was 1 M ⁇ , and the preferable resistance values of the resistors 4 and 5 were 10 k ⁇ to 40 k ⁇ .
  • FIG. 4 is a plan view showing the irradiation position of the radiation 16 on the semiconductor two-dimensional position detector 1.
  • the semiconductor substrate 2 is made of CdTe and has eight rows of stripe electrodes 3.
  • One of the stripe electrodes 3 is an indium vapor deposition film having a length in the Y direction of 20 mm, a width in the X direction of 1.1 mm, and a thickness of 500 mm.
  • the resistance value between one end of the stripe electrode 3 is 1 M ⁇ .
  • the pitch between the adjacent stripe electrodes 3 (the distance between the center lines of the adjacent electrodes 3) is 1.2 mm. In this case, the width of the groove 2C between the electrodes of the adjacent stripe electrodes 3 is about 0.1 mm.
  • the electrode 15 on the back surface 2B of the semiconductor substrate 2 was made of platinum. A portion indicated by a cross in the figure indicates an irradiation position 25 of the radiation 16. As radiation 16, alpha rays from a 241 Am radiation source were used.
  • FIG. 5 is a diagram showing temporary position coordinates 26 acquired by the semiconductor two-dimensional position detector 1 with respect to the irradiation position 25 of the radiation 16 shown in FIG.
  • the horizontal axis and the vertical axis in the figure correspond to the plan view of FIG.
  • the temporary position coordinates 26 of the radiation 16 in the X and Y directions are separated to such an extent that they can be discriminated, and compared to the conventional semiconductor two-dimensional position detector 50 shown in FIG. It has been found that the resolution at is significantly improved.
  • the X direction is substantially equally spaced.
  • the Y direction is greatly distorted particularly in the central portion, and the actual irradiation position 25 of the radiation 16 is not sufficiently reproduced.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of calculating the detection position coordinates (X p , Y q ).
  • step ST1 in order to check the detection position accuracy of the semiconductor two-dimensional position detector 1, the entire surface is irradiated with gamma rays by a 22 Na ray source or the like.
  • step ST2 the calculation value distribution is measured, the discrimination performance in the X direction is confirmed, and the values of the resistors 4 and 5 are adjusted.
  • step ST3 If the position detection of the X axis and the discrimination performance in the X direction can be confirmed, the process proceeds to step ST3. On the other hand, if the position detection of the X axis and the discrimination performance in the X direction are insufficient, the process returns to step ST1.
  • step ST3 the resistance value r in the X direction is determined.
  • step ST4 irradiation with alpha rays or the like is performed by a 241 Am radiation source (collimated to 0.5 mm).
  • Alpha rays are irradiated to the irradiation position 25 indicated by the crosses in FIG. 4 at an interval of 2 mm in the Y direction in the center of each stripe electrode 3 in the X direction, and temporary position coordinates 26 are calculated. Irradiation and calculation were repeated at one irradiation point 4, and each point was measured for 10 minutes.
  • step ST5 the detection position coordinates in the Y direction are calculated in the same manner as in the X direction. If necessary, fitting to a quadratic curve described later is performed in step ST6, and the measurement ends. As a result, the temporary position coordinates 26 of the radiation 16 were obtained as shown in FIG.
  • the temporary position coordinate groups arranged in the X direction are distributed at equal intervals in the X direction.
  • the position of Y j in the temporary position coordinate (X i , Y j ) group arranged in the X direction is recessed in the Y direction.
  • the detection position coordinates (X p , Y q ) of the radiation 16 are calculated from the temporary position coordinates (X i , Y j ) using the following relational expressions (3) to (5).
  • Equation (5) the X p and X i, the Y q, can be calculated by dividing the quadratic function of the X i to Y j.
  • the following formula (6) may be used.
  • (6) is a X p and X i, the Y q, it can be calculated by multiplying the quadratic function of the X i to Y j.
  • the coefficients a ′, b ′, and c ′ of the quadratic function in the above equation (6) are arbitrary constants, and d ′ is a standard constant.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a result of deriving the detected position coordinates (X p , Y q ) from the temporary position coordinates (X i , Y j ) using the expressions (3) and (4). It can be seen that the measurement points correspond to the irradiation positions indicated by x in FIG. As apparent from FIG. 7, in the detection position coordinates (X p , Y q ), the interval in the X direction is 1.2 mm, the interval in the Y direction is 2 mm, and the position resolution in the Y direction is 1 mm. I understand that.
  • the detected position coordinates (X p , Y q ) obtained by correcting the expressions (3) and (4) and the actual radiation. It can be seen that 16 detection positions coincide with each other and a detection result with high position accuracy is obtained.
  • X p is equal to X i.
  • Y q is given by Equations (5) and (6), it is a great feature that Y j is obtained by multiplying or dividing Y j by a quadratic function of X i .
  • the temporary position coordinate group is performing fitting as being the Y j on the quadratic curve of X i, it is possible to choose the appropriate correction function.
  • FIG. 8 is a graph showing the dependency of the resistances 4 and 5 on the resolution in the X and Y directions, where (A) shows the half width (FWMH) in the X direction and (B) shows the half value in the Y direction.
  • the value range (FWMH) is shown.
  • the horizontal axis in FIG. 8 is the resistance value (k ⁇ ), and the vertical axis in FIG. 8 is the half-value width (mm).
  • the half width in the X direction is about 0.3 mm or more when the resistance values of the resistors 4 and 5 are 20 k ⁇ or less.
  • the half-value width in the X direction is about 0.3 mm to 0.25 mm when the resistance values of the resistors 4 and 5 are 20 k ⁇ or more to 100 k ⁇ , and the half-value width decreases. From this, it was found that when the resistance values of the resistors 4 and 5 are 20 k ⁇ or less, the half-value width in the X direction increases, that is, the spatial resolution of the semiconductor two-dimensional position detector 1 deteriorates.
  • the resistance value of the stripe electrode 3 is 1 M ⁇ as described above. In this case, the ratio between the resistance value of the stripe electrode (1 M ⁇ ) and the resistance (20 k ⁇ ) of the resistances 4 and 5 connected between the upper ends of the stripe electrode 3 is 50: 1, and the spatial resolution is deteriorated. do not do.
  • the half-value width in the Y direction has a minimum resolution when the resistance values of the resistors 4 and 5 are 20 k ⁇ , and the half-value width increases as the resistance values of the resistors 4 and 5 increase.
  • the ratio of the resistance value (1 M ⁇ ) of the stripe electrode to the resistance (20 k ⁇ ) of the resistances 4 and 5 connected between the upper ends of the stripe electrode 3 is 50: 1, and the spatial resolution is Does not deteriorate.
  • the thickness of indium needs to be 150 to 600 mm. There is. With an indium thickness in this range, the resistance value of the stripe electrode 3 is 1 M ⁇ to 4 M ⁇ . Therefore, in order not to deteriorate the spatial resolution of the semiconductor two-dimensional position detector 1, the resistance values of the resistors 4 and 5 may be selected to be 1/10 to 1/100 of the resistance value of the stripe electrode 3. .
  • alpha rays are exemplified as the radiation source.
  • the present invention can be similarly applied to other radiation sources such as gamma rays.
  • FIG. 9 is a plan view showing a configuration of a semiconductor two-dimensional position detector 30 according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG.
  • the semiconductor two-dimensional position detector 30 of the second embodiment differs from the semiconductor two-dimensional position detector 1A of the first embodiment shown in FIG. 3 in the structure of the stripe electrodes 33 in each column.
  • a plurality of later-described strip electrodes 33 ij separated by the Y-direction groove 2C and the X-direction groove 2D are connected via the resistor 35 only in the Y direction to form the stripe electrode 33. Since other configurations are the same as those of the semiconductor two-dimensional position detectors 1 and 1A of the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the strip electrode 33 is composed of a plurality of strip electrodes 33 ij arranged in a matrix of m rows ⁇ n columns.
  • a row consists of natural numbers up to m when i is 2 or more
  • a column consists of natural numbers up to n when j is 2 or more. Since the strip electrode connecting resistors 35 for connecting the strip electrodes 33 ij are also arranged in a matrix, each of them is denoted as 33 ij or r ij .
  • FIG. 11 is an equivalent circuit diagram showing a resistor arrangement of the semiconductor two-dimensional position detector 30 of the second embodiment.
  • the resistance of the resistor 35 ij in the first row and the first column is r 11
  • the resistance values of the resistors 4 and 5 connecting the stripe electrodes 33 j juxtaposed in the column direction are R1 and R2.
  • r ij is set to the same resistance value r
  • R1 and R2 are set to the same resistance value R.
  • the resistance value r is larger than the resistance value R. That is, r> R.
  • the electrode formed by connecting the strip electrodes 33 jk in the j-th column (k is a natural number equal to or less than m) to each other by the resistor r j in the j-th column is referred to as a stripe electrode 33 j .
  • the state where the strip electrodes 33 j in the j-th column are connected to each other by the resistor r j in the j-th column is referred to as a stripe electrode 33 j .
  • the current generated by the radiation 16 does not flow to the stripe electrode 33 j connected by the resistance r j of the other column. Therefore, the current generated by the radiation 16 is divided by the division ratio of the resistance value r in the same column where the radiation is detected.
  • the temporary position coordinates 26 and the detected position coordinates of the radiation can be calculated by the above formulas (1) to (6).
  • the strip electrodes 33 ij are arranged in a matrix and the column stripe electrodes 33 j are connected by resistors 35, so that the position resolution of radiation detection in the X direction and the Y direction can be reduced.
  • the two-dimensional position detectors 1 and 1A can be improved to the same level or higher.
  • the strip electrode 33 ij has been described as an electrode having high electrical conductivity.
  • the stripe electrode 3 and the strip electrode 33 ij are shot. It may be a key electrode.
  • the electrode 15 formed on the back surface 2B side of the semiconductor substrate 2 may be an electrode having high electrical conductivity.
  • the temporary position coordinates 26 in the Y direction of the radiation are corrected by calculation.
  • the semiconductor two-dimensional position detector 30 it is predicted at the time of design that the temporary position coordinates 26 are distorted in the Y direction, and the resistance value r is changed so as to reduce the distortion in the Y direction during the manufacturing process. May be.
  • the surfaces of the platinum electrodes 15 of the semiconductor substrate 2 made of CdTe crystal are pasted together with a paste having electrical conductivity.
  • a semiconductor detector block capable of measuring the position of gamma rays three-dimensionally is formed by alternately laminating this with a very thin insulating thin film.
  • Which semiconductor substrate 2 of the semiconductor detector block has the gamma ray measured is determined by the simultaneous counting of the platinum electrode 15 and the stripe electrode 3 made of indium.
  • the method for detecting the two-dimensional position of the radiation 16 according to the present invention can also be applied to a semiconductor detector block capable of measuring the position of gamma rays three-dimensionally.
  • the semiconductor detector blocks are arranged in several layers and arranged in a circular or opposed manner.
  • the semiconductor detector block has a structure that moves in the radial direction or the opposite direction.
  • a positron emission tomography apparatus with a packing ratio of 100% is realized by arranging the electrode surface of the semiconductor detector block perpendicularly to the gamma ray detection direction.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention.
  • the width and length of the stripe electrode 3, the resistors 4 and 5 connected to the stripe electrode 3, and the resistors 6 and 8 connected to the stripe electrode 3 and the first to fourth signal output terminals 7, 9, 11 and 13 , 10, 12 and the like can be appropriately designed according to the position detection accuracy of the target radiation 16.

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Abstract

　放射線の位置を２次元で検出するための半導体２次元位置検出器１は、半導体基板（２）と、半導体基板（２）の表面（２Ａ）にＸ方向に所定の間隔を置いて並置した、Ｙ方向と平行な第１～第ｎ（ｎは２以上の整数）のストライプ電極（３）と、半導体基板（２）の裏面（２Ｂ）に形成した電極（１５）とを有するショットキーダイオードからなり、各ストライプ電極（３）の両端部同士を抵抗（４，５）を介してそれぞれ順次接続するとともに、両端に配置した第１及び第ｎのストライプ電極（３）の各両端部より、半導体基板（２）に入射した放射線（１６）からの信号出力信号Ｖ１～Ｖ４を取り出す。

Description

放射線の位置を２次元で検出する半導体検出器及びそれを用いた放射線の２次元位置検出方法
　本発明は、物理計測や陽電子断層撮影装置（ＰＥＴ）などに好適に用いられる、放射線の位置を２次元で検出する半導体２次元位置検出器及びそれを用いた放射線の２次元位置検出方法に関する。
　陽電子断層撮影装置（ＰＥＴ）は、陽電子放出核種を用い、放出された陽電子と物質中の電子が出会い消滅するときに、１８０°の角度で放出される２本のガンマ線を検出してその核種の分布像を得るものである（非特許文献１参照）。陽電子断層撮影装置には、そのガンマ線の検出器として、従来、シンチレーター検出器が用いられている。シンチレーター検出器は、ガンマ線検出によって発光した光を数個の光電子増倍管で受けて、各々の光の強度比からどのシンチレーターでガンマ線が測定されたかを決定する。この原理に基づいた陽電子断層撮影装置の空間分解能は数ｍｍが限界である。
　したがって、シンチレーター検出器では、Ｘ線ＣＴ並みの１ｍｍ以下の空間分解能を得ることができない。
　光又は粒子線の検出を行う半導体検出器として、半導***置検出素子（特許文献１参照）やガンマ線に対して吸収効果が大きいＣｄＴｅ結晶を用いた検出器（特許文献２参照）が知られている。ＣｄＴｅ結晶を用いた検出器は、表裏面に電気伝導性電極が形成されたＣｄＴｅ結晶半導体板からなり、電気信号を増幅器を介して取り出すものである。この半導体検出器を用いることで検出器を小型にでき、１ｍｍサイズの検出器とすることも実現可能である。したがって、この検出器を複数個配列することにより１ｍｍ以下の空間分解能を有する半導体検出器を実現することは可能である。しかしながら、例えば１ｍｍ角の検出器を縦横１０個配列して、１ｍｍ以下の空間分解能を得るためには１００個もの増幅器が必要となってしまう。このように、各検出器に接続する増幅器の数が膨大となることから、上記構成の検出器は現実的ではない。
　これを改善するため、特許文献２では、表面に電気伝導抵抗性電極、裏面に電気伝導性電極が形成された例えば２０ｍｍ角の半導体板を用い、電気伝導抵抗性電極の４隅からの電気信号の比率を用いて半導体板内でのガンマ線の検出位置を２次元的に検出する検出器が開示されている。この検出器では４個の増幅器を用意すれば足りることになる。
　図１２は、特許文献２に開示された半導体２次元位置検出器５０を示す模式図である。この半導体２次元位置検出器５０において、薄い半導体結晶板５１は、材質をＣｄＴｅ結晶とし、片方の面が電気伝導抵抗性電極５２、もう片方の面を電気伝導性電極５３とするものである。
　ＣｄＴｅ結晶からなる半導体結晶板５１をショットキー型の検出器にするために、片方の面にインジウム電極５２を形成し、他方の面に白金電極５３を形成する。インジウム電極は、インジウムを薄く、例えば６００Å程度蒸着することにより電気伝導抵抗性を持たせる。これにより、半導体結晶板５１のインジウム蒸着面が電気伝導抵抗性を持ち、かつ、半導体結晶板５１がショットキー型の放射線検出器として作動する。
　半導体２次元位置検出器５０には、電気伝導抵抗性電極面の４つの隅Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにそれぞれ端子が設けられ、それぞれが増幅回路５５に接続され、４つの端子に発生した出力信号である電圧ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＤを用いて、ガンマ線の半導体板５１上での算出位置座標（Ｘ，Ｙ）（以下、仮位置座標と呼ぶ）をＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＤの関数として求めている（特許文献２参照）。
　図１３は、従来の半導体２次元位置検出器５０における放射線５７の照射位置を示す図である。この図に示すように、従来の半導体２次元位置検出器５０の検出位置精度を調べるために、この半導体２次元位置検出器５０の表面のＸ＝７、１１、１５、１９、２３とＹ＝６、１０、１４との交点１５箇所を照射点５８として、２４１Ａｍ線源によるアルファ線の照射を行った。
　図１４は、従来の半導体２次元位置検出器５０による位置検出結果を示す図であり、４つの端子に発生した出力信号Ｖ１～Ｖ４を用いて算出した仮位置座標５９を示す。半導***置検出器５０の表面に等間隔で照射したのに対してその仮位置座標５９による検出結果は、信号で求めた位置と実際の放射線の検出位置とが非線形かつ非対称で非常に歪んだ分布となっていて、放射線５７の検出位置を同定するには不十分であった。
　特許文献３には、半導体基板上に四角形ではなく、各辺を円弧状の抵抗層とした半導体２次元位置検出器が開示されており、各辺の頂点となる４点を出力電極として電流を検知することで、γ線の入射位置を歪みなく検出することが記載されている。
　特許文献４では、放射線位置検出装置が開示されており、縦続接続された抵抗器によって二次元の位置検出行っているが、抵抗器に接続される増幅器が２個と、この増幅器に接続されるＡ／Ｄ変換器４個と、位置演算器２個と、加算器１個と、波高弁別器１個と、制御信号発生器１個と、からなり複雑な回路構成になっている。
　特許文献５，６には、半導体２次元位置検出器に用いる半導体の基板として、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、又はＢｒＴｌを使用し、線状の抵抗線を並行に配設した構造（特許文献５）やマトリクス構造（特許文献５及び６）を形成することが開示されている。特許文献６では、検出素子を２次元のマトリクス状に配列している。この場合、画像処理には、検出素子毎にスイッチング素子や増幅器を設ける必要が生じ、特許文献４と同様に複雑な回路構成となる。
　特許文献７には、半導体の基板としてＳｉを用い、表面層にＡｌ電極をストライプ状に形成した半導体２次元位置検出器が開示されている。
特開２０００－１６１９１１号公報 特開２００８－１１６２６０号公報 特公昭６２－６２０７５号公報 特開平１１－２３７２１号公報 特開２００６-２３４６６１号公報 特開２００７－１０９９０５号公報 特開２０００－３４０８３５号公報
S. Rankowitz et al., "Positron scanner for locating brain tumors," IRE Int. Conv. Rec. 1962, 10 (Issue 9), pp.49-56
　従来の半導体２次元位置検出器（例えば、特許文献２）では、信号で求めた位置と実際の放射線の検出位置とが非線形かつ非対称で非常に歪んだ分布となっていて、放射線の検出位置を同定するには不十分であった。また、過去においてこの問題を解決するために、位置検出面の電極構造を例えば円弧状のような複雑な形状にしたため実用に適していなかった（例えば、特許文献１及び３参照）。また、検出器の裏面に増幅器等の回路が直接接合されたものを重ねた場合、放射線に対して不感部分ができ、ＰＥＴ用としては適していなかった。
　さらに、従来の半導体２次元位置検出器で抵抗線等をストライプ状とした場合（特許文献４、５、７参照）、γ線の入射位置を簡単な構成で歪みなく検出することができないという課題があった。
　本発明の一目的は、上記課題に鑑み、４つの信号で簡単に求めた位置と実際の放射線の検出位置とが一致する位置精度が高い、放射線の位置を２次元で検出する半導体２次元位置検出器を提供することにある。
　本発明の他の目的は、上記半導体２次元位置検出器を用いて放射線の２次元位置を検出する方法を提供することにある。
　上記第１の目的を達成するため、本発明に係る放射線の位置を２次元で検出するための半導***置検出器は、半導体基板と、半導体基板の表面にＸ方向に所定の間隔を置いて並置された、Ｙ方向と平行な第１～第ｎ（ｎは２以上の整数）のストライプ電極と、第１～第ｎのストライプ電極の上端部同士間に接続される複数の抵抗と、第１～第ｎのストライプ電極の下端部同士間に接続される複数の抵抗と、第１のストライプ電極の下端部に抵抗を介して接続される第１の信号出力用端子と、第ｎのストライプ電極の下端部に接続を介して接続される第２の信号出力用端子と、第１のストライプ電極の上端部に抵抗を介して接続される第４の信号出力用端子と、第ｎのストライプ電極の上端部に抵抗を介して接続される第３の信号出力用端子と、半導体基板の裏面に配置された電極と、を備え、半導体基板の任意の点に入射した放射線からの出力信号を第１～第４の信号出力用端子から得ることを特徴とする。
　本発明に係る放射線の位置を２次元で検出するための半導***置検出器の第２の構成は、半導体基板と、半導体基板の表面にＸ方向に所定の間隔を置いて並置された、Ｙ方向と平行な第１～第ｎ（ｎは２以上の整数）のストライプ電極と、第１～第ｎのストライプ電極の上端部同士間に接続される複数の抵抗と、第１～第ｎのストライプ電極の下端部同士間に接続される複数の抵抗と、第１のストライプ電極の下端部に抵抗を介して接続される第１の信号出力用端子と、第ｎのストライプ電極の下端部に抵抗を介して接続される第２の信号出力用端子と、第１のストライプ電極の上端部に抵抗を介して接続される第４の信号出力用端子と、第ｎのストライプ電極の上端部に抵抗を介して接続される第３の信号出力用端子と、半導体基板の裏面に配置された電極と、を備え、第１～第ｎの各ストライプ電極は、Ｙ方向に形成されかつ互いに分離されたｍ個のストリップ電極から形成され、各ストリップ電極は、Ｙ方向に沿って隣り合うストリップ電極同士が抵抗で接続されて各ストライプ電極を形成し、半導体基板の任意の点に入射した放射線からの出力信号を第１～第４の信号出力用端子から得ることを特徴とする。
　上記構成において、ストライプ電極の上端部同士間及び下端部同士間に接続される抵抗は、好ましくは、その抵抗値が調整可能に形成されている。
　後述する数式（３）及び（４）で位置弁別を行うためには、各ストライプ電極の抵抗とストライプ電極の上端部同士間及び／又は下端部同士間に接続される抵抗との抵抗比は、好ましくは、１０：１～１００：１である。
　第１～第ｎの各ストライプ電極は、好ましくは、Ｙ方向に沿って互いに溝分離されている。第１～第ｎの各ストライプ電極を形成するストリップ電極同士が、好ましくは、Ｘ方向に沿って互いに溝分離されている。
　ストライプ電極は電気伝導抵抗性が高く且つショットキー型電極であり、前記半導体基板の裏面に配置された電極は電気伝導性の高い電極としてもよい。
　前記半導体基板は、好ましくは、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ及びＢｒＴｌの何れかからなり、電極は、好ましくはインジウム又は白金からなる。
　上記構成において、好ましくは、出力信号から放射線の位置を演算する演算部を備え、演算部は、第１～第４の信号出力用端子から出力される電圧を、それぞれＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４としたとき、下記（１）式及び（２）式によって、放射線の仮位置座標（Ｘｉ、Ｙｊ）を演算し、仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）を用いて、下記（３）式及び（４）式によって放射線の検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 　ここで、上記（３）式及び（４）式の関数ｆ（Ｘｉ，Ｙｊ），ｇ（Ｘｉ，Ｙｊ）は、放射線のスポットを、半導体２次元位置検出器のストライプ電極上においてＹ方向に向かって間隔を置いて照射し、各照射点の仮位置座標を算出した後、各照射点の位置座標と各照射点の仮位置座標との補正関数を仮定して、放射線の各照射点の位置座標を再現する関数としてフィッティングにより求めたものである。
　ＸｐをＸｉとし、Ｙｑを下記（５）式又は（６）式によって算出し、放射線の補正位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を算出してもよい。この補正位置座標を、検出位置座標とも呼ぶ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
 　ここで、（５）式中の２次関数の係数ａ、ｂ、ｃは任意の定数であり、ｄ＊は規格定数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
 　ここで、（６）式中の２次関数の係数a’、b’、c’は任意の定数であり、ｄ’は規格定数である。
　上記第２の目的を達成するため、本発明に係る放射線の２次元位置検出方法は、半導体基板の表面に、Ｙ方向と平行であってＸ方向に所定の間隔で第１～第ｎ（ｎは２以上の整数）のストライプ電極を並置し、第１～第ｎのストライプ電極の上端部同士間のそれぞれを抵抗を介して接続し、第１～第ｎのストライプ電極の下端部同士間のそれぞれを抵抗を介して接続し、第１のストライプ電極の下端部に抵抗の一端を接続し、抵抗の他端部に第１の信号出力用端子を配置し、上記第ｎのストライプ電極の下端部に抵抗の一端を接続し、抵抗の他端部に第２の信号出力用端子を配置し、第１のストライプ電極の上端部に抵抗の一端を接続し、抵抗の他端部に第４の信号出力用端子を配置し、第ｎのストライプ電極の上端部に抵抗の一端を接続し、抵抗の他端部に第３の信号出力用端子を配置し、半導体基板の裏面に電極を配置し、半導体基板に入射した放射線からの出力信号を、第１～第４の信号出力用端子から得ることを特徴とする。
　上記構成において、第１～第ｎの各ストライプ電極を、Ｙ方向に形成されかつ互いに分離されたｍ個のストリップ電極から形成し、各ストリップ電極のＹ方向に沿って隣り合うストリップ電極同士を抵抗を介して接続して各ストライプ電極を形成してもよい。
　上記構成において、第１～第４の信号出力用端子から出力される電圧を、それぞれＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４としたとき、上記（１）式及び（２）式によって、放射線の仮位置座標（Ｘｉ、Ｙｊ）を演算し、仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）を用いて、上記（３）式及び（４）式によって放射線の検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を算出してもよい。
　ＸｐをＸｉとし、Ｙｑを上記（５）式又は（６）式によって算出し、放射線の検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を算出してもよい。
　上記何れかに記載の半導体２次元位置検出器を搭載することにより、高性能の陽電子断層撮影装置を作製することができる。
　本発明に係る放射線の位置を２次元で検出するための半導体２次元位置検出器は、４つの信号出力用端子しか持たないので、信号増幅器の数を大幅に減らすことができる。さらに、この半導体２次元位置検出器を多重に構成することにより、３次元で１ｍｍよりも短い精度で放射線の検出位置を特定することが可能となり、１ｍｍ以下の空間分解能を持つ陽電子断層撮影装置へ適用することができる。また、検出感度部分が半導体検出器の全面となるので、これを多重した検出器ブロックに放射線に対する不感部分が無いため、ＰＥＴ用検出器ブロックとして適している。
　本発明の放射線の２次元位置検出方法によれば、放射線が照射されたとき複数のストライプ電極の４つの信号出力端子からの信号を計算し、さらに補正計算を行うことによって、２次元方向で１ｍｍよりも短い精度で放射線の照射位置を特定することが可能となる。
本発明の第１の実施形態に係る半導体２次元位置検出器の構成を示す平面図である。 図１のII－II線に沿った断面図である。 半導体２次元位置検出器の別の構成を示す断面図である。 半導体２次元位置検出器への放射線照射位置を示す平面図である。 図４で示した放射線の照射位置に対する半導体２次元位置検出器で取得した仮位置座標を示す図である。 検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を算出する工程を示すフローチャートである。 （３）式及び（４）式を用いて仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）より、検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を導出した結果を示す図である。 Ｘ方向及びＹ方向の分解能に対する抵抗４，５の抵抗値依存性を示すグラフであり、それぞれ（Ａ）がＸ方向の半値幅（ＦＷＭＨ）を、（Ｂ）がＹ方向の半値幅（ＦＷＭＨ）を示している。 本発明の第２の実施形態に係る半導体２次元位置検出器の構成を示す平面図である。 図９のVIII－VIII線に沿った断面図である。 半導体２次元位置検出器の抵抗配置を示す等価回路図である。 特許文献２に開示された、従来の半導体２次元位置検出器を示す模式図である。 従来の半導体２次元位置検出器における放射線の照射位置を示す図である。 従来の半導体２次元位置検出器による位置検出結果を示す図である。
１，３０：半導体２次元位置検出器
　２：半導体基板
２Ａ：半導体基板の表面
２Ｂ：半導体基板の裏面
２Ｃ：半導体基板の溝部
　３：ストライプ電極
４，５：抵抗
６，８，１０，１２：出力用の抵抗
　７：第１の信号出力用端子
　９：第２の信号出力用端子
１１：第４の信号出力用端子
１３：第３の信号出力用端子
１５：ショットキー電極
１６：放射線
１７～２０：信号検出器
２２：演算部
２５：放射線の照射位置
２６：仮位置座標
３３：ストライプ電極
３３ij：ストリップ電極
３５：ストリップ電極接続用の抵抗
　以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
〔第１の実施の形態〕
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る放射線の位置を２次元で検出するための半導体２次元位置検出器１の構成を示す平面図であり、図２は、図１のII－II線に沿った断面図である。
　この半導体２次元位置検出器１は、半導体基板２と、この半導体基板２の表面２ＡにＸ方向に所定の間隔を置いて並置された、Ｙ方向と平行な第１～第ｎ（ｎは２以上の整数）のストライプ電極３と、第１～第ｎのストライプ電極の上端部３Ａ同士間に接続される複数の抵抗４と、第１～第ｎのストライプ電極３の下端部３Ｂ同士間に接続される複数の抵抗５と、第１のストライプ電極３１の下端部３Ｂに出力用の抵抗６を介して接続される第１の信号出力用端子７と、第ｎのストライプ電極３ｎの下端部３Ｂに出力用の抵抗８を介して接続される第２の信号出力用端子９と、第１のストライプ電極３１の上端部３Ａに出力用の抵抗１０を介して接続される第４の信号出力用端子１１と、第ｎのストライプ電極３ｎの上端部３Ａに出力用の抵抗１２を介して接続される第３の信号出力用端子１３と、半導体基板２の裏面２Ｂに配置された電極１５と、を備えている。第１～第ｎのストライプ電極３は、各列を示すのに、例えば１列目のストライプ電極３は、３１と表記する。
　ここで、半導体２次元位置検出器１は、半導体基板２の表面２Ａに配置される第１～第ｎのストライプ電極３と、裏面２Ｂ側に配置される電極１５と、からなる所謂ショットキーダイオードである。
　第１実施形態の半導体２次元位置検出器１は逆方向にバイアスされる。この状態で、半導体基板２内には空乏層が形成されており、半導体基板２に入射した放射線１６からの出力信号を、第１～第４の信号出力用端子７，９，１１，１３から得ることができる。信号出力用端子７，９，１１，１３からの出力は、電圧又は電流である。
　半導体２次元位置検出器１は、例えばＣｄＴｅ結晶からなる半導体基板２の表面２Ａに、Ｙ方向に伸びＸ方向に一定幅を有するｎ本、例えば８本のインジウム等からなるストライプ電極３が、一定の間隔で離れて平行に並んでいる。半導体基板２の裏面２Ｂ側の電極１５は、例えば白金（Ｐｔ）からなる電極で形成することができる。
　ここで、ストライプ電極は、電気伝導抵抗性が高く且つショットキー型電極を用いることができる。また、半導体基板の裏面に配置される電極は電気伝導性の高い電極とすることができる。
　図３は、半導体２次元位置検出器１の別の構成を示す断面図である。図３に示す半導体２次元位置検出器１Ａが、図２の半導体２次元位置検出器１と異なるのは、半導体基板２の表面２Ａに配置されるストライプ電極３のそれぞれが細長い溝２Ｃで分離されている点にある。溝２Ｃを設けることによって、ストライプ電極３のそれぞれが電気的に分割される。溝２Ｃは、ストライプ電極３となる金属材料からなる薄膜を半導体基板２に真空蒸着によって形成した後、ダイヤモンドを用いた切断（カッティング）又はフォトリソグラフィとエッチングによって形成することができる。ストライプ電極３となる金属材料は、例えばインジウムである。
　１本のストライプ電極３は、例えば、Ｙ方向の長さが２０ｍｍ、Ｘ方向の幅は１．１ｍｍ、厚さ５００Å厚のインジウム蒸着膜である。この１本のストライプ電極３の両端間の抵抗値は、例えば１ＭΩである。隣り合うストライプ電極３の間のピッチ、すなわち、隣り合うストライプ電極３の中心線と中心線の距離は、例えば１．２ｍｍである。この場合、隣り合うストライプ電極３の電極間の隙間又は上記溝２Ｃの幅は０．１ｍｍ程度となっている。
　なお、第１～４の信号出力用端子７，９，１１，１３と接続されている信号検出器１７～２０の間に信号増幅器（図示せず）を設け、出力信号を調整してもよい。信号検出器１７～２０としては、電荷有感型増幅器を用いることができる。以下の説明では、信号検出器１７～２０は電荷有感型増幅器として説明する。
　ストライプ電極３の上端部３Ａにおいて、隣り合うストライプ電極３のそれぞれが抵抗４を介して電気的に接続されている。同様に、ストライプ電極３の下端部３Ｂにおいて、隣り合うストライプ電極３のそれぞれが抵抗５を介して電気的に接続されている。抵抗４，５の値は、例えば２０ｋΩである。抵抗４，５は、各ストライプ電極３の出力を区別するために挿入される。抵抗４，５は、ストライプ電極３に接続される外部抵抗や、半導体基板２上に形成した抵抗を使用することができる。さらに、抵抗４，５の抵抗値は、調整可能に形成されていてもよい。抵抗４，５を金属薄膜で形成した場合には、抵抗値はレーザトリミング等によって調整することができる。
　第１～第４の信号出力用端子７，９，１１，１３は、それぞれ、第１～第４の信号検出器１７～２０に接続されており、第１～第４の信号検出器１７～２０からＶ１～Ｖ４の出力信号が出力される。Ｖ１～Ｖ４の出力信号は、演算部２２に入力される。演算部２２は、Ａ／Ｄコンバータ、インターフェース回路（Ｉ／Ｏ）、ＲＩＳＣ等の計算機を備えている。
〔半導体２次元位置検出器１における電流経路〕
　上記第１実施形態に係る半導体２次元位置検出器１における電流経路を説明する。
　半導体２次元位置検出器１へ放射線１６が照射され、ストライプ電極３に衝突することで生じた電流は、ストライプ電極３の両端側へ流れる。図１２のような従来の面状の電極の場合、電流は二次元的な方向へ流れるのに対し、半導体２次元位置検出器１では一次元的な方向へ流れる。つまり、面状の電極の場合、電流は放射線１６の衝突位置から多方向へ流れるのに対し、半導体２次元位置検出器１では各ストライプ電極３が分離されＸ方向への流れが制限されるため、ストライプ電極３が伸びているＹ方向へ電流が流れる。
　ストライプ電極３の両端から電流は分岐して、抵抗４，５及び出力用の抵抗６，８，１０，１２を経て第１～第４の信号検出器１７～２０へ流れる。ストライプ電極３の抵抗を１ＭΩとすれば、抵抗４，５の値である２０ｋΩに比べ十分高いため、別のストライプ電極３へ流れる電流は、第１～第４の信号検出器１７～２０へ流れる電流に比べ非常に小さい。
　放射線１６の入射位置からストライプ電極３の両端部までの距離とＹ方向の抵抗値とは比例するため、Ｙ方向の両側にある、例えば第１及び第４の信号検出器１７，２０で検出された電圧の比から、Ｙ方向における放射線１６の入射位置を算出することができる。Ｙ方向における放射線１６の入射位置を算出するために、さらに、第２及び第３の信号検出器１８，１９を用いてもよい。
　次に、信号検出器１７～２０として電荷有感型増幅器を用いた場合について説明する。
　放射線１６の入射位置からストライプ電極３の両端部までの距離とＹ方向の抵抗値とは比例するが、抵抗を流れる電流は反比例する。電流は誘起電荷に比例するので、電流に比例して電荷有感型増幅器の出力が増大する。このため、Ｙ方向の両側にある、例えば第１、第２、第３及び第４の電荷有感型増幅器１７～２０で検出された信号から、Ｙ方向における放射線１６の入射位置を算出することができる。
　放射線１６が入射したストライプ電極３からＸ方向の両端までの距離と、Ｘ方向の抵抗値は比例する。抵抗４，５を介してストライプ電極３が順次接続されているため、Ｘ方向の距離が離れるほど、間にある抵抗４，５の数が多くなり抵抗値が大きくなる。そのため、Ｘ方向の両側にある例えば第１及び第２の信号検出器１７，１８で検出された電圧の比から、Ｘ方向における放射線１６の入射位置を算出することができる。Ｘ方向における放射線１６の入射位置を算出するために、さらに、第２及び第３の信号検出器１８，１９を用いてもよい。Ｘ方向では、第１、第２、第３及び第４の電荷有感型増幅器１７～２０で検出された信号から、Ｙ方向における放射線１６の入射位置を算出することができる。隣り合うストライプ電極３の間に抵抗４，５があることで、どのストライプ電極３から電流が生じたかを識別するための情報を得ることができる。計算の便宜上、各抵抗４，５の抵抗値は等しい方が望ましい。
　放射線１６がストライプ電極３に入射した場合には電流が生じ、溝２Ｃに照射した場合には電流は両側のストライプ電極３に分割される。そのため、放射線１６を検出するためには、溝２Ｃの幅はできるだけ狭い方が望ましい。
　放射線１６がストライプ電極３に入射する場合には、ストライプ電極３が狭いほどＸ方向の位置分解能が向上する。しかし、ストライプ電極３の幅が細いほど、電極幅に対する溝２Ｃの幅の割合が大きくなり、基板全体に対する溝２Ｃの面積の割合が高くなり検出精度が下がってしまう。
　抵抗４，５の抵抗値を小さくするほど、仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）における中央部のＹ方向への歪みが小さくなる。しかし、抵抗４，５の抵抗値を小さくし過ぎると、ストライプ電極３を挟んで同じ側にある信号検出器が直結状態に近くなり、放射線１６の入射によって生じた電流とその他のノイズ電流とを識別することが困難になってしまう。同じ側にある信号検出器は、例えば第１の信号検出器１７と第２の信号検出器１８又は第４の信号検出器１９と第３の信号検出器２０である。第１～第４の信号検出器１７～２０には、電荷有感型増幅器を使用することができる。
　一方、抵抗４，５の抵抗値が大きいほど、どのストライプ電極３から電流が生じたかを識別するための識別性は向上する。しかしながら、抵抗４，５とストライプ電極３との抵抗値の差が小さくなると、他のストライプ電極３へ電流がリークしてしまい、その結果、仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）における中央部のＹ方向への歪みが大きくなってしまう。
　これらの事情に鑑み、検出すべき電流とノイズ電流との識別性を維持しつつ仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）におけるＹ方向の歪みを抑えることを考慮し、ストライプ電極３と抵抗４，５との抵抗比は１０：１～１００：１とすることが望ましい。後述する測定例において、ストライプ電極３の抵抗値は１ＭΩで、抵抗４，５の好ましい抵抗値は、１０ｋΩから４０ｋΩであった。
〔放射線１６の入射位置の算出方法１〕
　第１の実施形態に係る半導体２次元位置検出器１における放射線１６の入射位置の算出方法について説明する。
　第１～第４の信号検出器１７～２０の出力信号Ｖ１～Ｖ４が、演算部２２において、演算処理され放射線１６の入射位置が算出される。具体的には、出力信号Ｖ１～Ｖ４を基に、下記（１）式及び（２）式によって仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
〔放射線１６の入射位置の検出例１〕
　半導体２次元位置検出器１を用いた放射線１６の検出例１について説明する。
　図４は、半導体２次元位置検出器１への放射線１６の照射位置を示す平面図である。図４に示す半導体２次元位置検出器１は半導体基板２がＣｄＴｅからなり、８列のストライプ電極３を有している。ストライプ電極３の１本は、Ｙ方向の長さが２０ｍｍ、Ｘ方向の幅は１．１ｍｍ、厚さ５００Å厚のインジウム蒸着膜である。このストライプ電極３の１本の両端間の抵抗値は１ＭΩである。隣り合うストライプ電極３の間のピッチ（隣り合う電極３の中心線と中心線の距離）は、１．２ｍｍである。この場合、隣り合うストライプ電極３の電極間の溝２Ｃの幅は０．１ｍｍ程度となっている。半導体基板２の裏面２Ｂの電極１５は白金で形成した。図中の×印で示す箇所は、放射線１６の照射位置２５を示している。放射線１６として、２４１Ａｍ線源によるアルファ線を用いた。
　図５は、図４で示した放射線１６の照射位置２５に対する半導体２次元位置検出器１で取得した仮位置座標２６を示す図である。図の横軸及び縦軸は、図４の平面図に対応している。
　図５から明らかなように、放射線１６のＸＹ方向の仮位置座標２６は判別可能な程度に分離されており、図１２で示した従来の半導体２次元位置検出器５０に比較して２次元平面における分解能が著しく向上していることが分かった。特に、Ｘ方向は概ね等間隔である。しかしながら、Ｙ方向では特に中央部で大きく歪んでおり、実際の放射線１６の照射位置２５を十分再現していないことが判明した。
〔放射線１６の入射位置の算出方法２〕
　そこで、仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）を基に、更に演算処理を行い、検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を導出する。
　検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を導出する補正関数を決定する手順について説明する。
　図６は、検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を算出する工程を示すフローチャートである。図６に示すように、最初にステップＳＴ１で、半導体２次元位置検出器１の検出位置精度を調べるため、２２Ｎａ線源等によるガンマ線の全面照射を行う。
　ステップＳＴ２で、演算値分布の測定、Ｘ方向の弁別性能の確認及び上記抵抗４，５の値を調整する。Ｘ軸の位置検出とＸ方向の弁別性能の確認ができた場合には、ステップＳＴ３に進む。一方、Ｘ軸の位置検出やＸ方向の弁別性能が不十分な場合には、ステップＳＴ１に戻る。
　次に、ステップＳＴ３で、Ｘ方向の抵抗値ｒの決定をする。
　ステップＳＴ４では、２４１Ａｍ線源（０．５ｍｍにコリメート）によるアルファ線等の照射を行う。アルファ線を、各ストライプ電極３のＸ方向中央へ、Ｙ方向に２ｍｍ間隔に、図４の×印で示す照射位置２５に照射し、仮位置座標２６を算出する。一つの照射点４で照射と算出を繰り返し、１点につき１０分間ずつ測定した。
　ステップＳＴ５では、Ｘ方向と同様に、Ｙ方向の検出位置座標の算出を行い、必要に応じて、後述する２次曲線へのフィッティングをステップＳＴ６で行い、測定を終了する。その結果、上記図５に示すような、放射線１６の仮位置座標２６が得られた。
　仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）の結果から、以下のことが確認できる。
（１）Ｘ方向に並んだ仮位置座標群は、Ｘ方向には等間隔に分布している。
（２）Ｘ方向に並んだ仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）群におけるＹｊの位置は、Ｙ方向に凹んでいる。
　そこで、数式Ｙｊ＝ａＸｉ ２＋ｂＸｉ＋ｃとする２次曲線上にあるとし、上記係数ａ、ｂ、ｃは、Ｘ方向に並んだ座標（Ｘｉ，Ｙｊ）群を基にそれらが２次曲線上にあるとしてフィッティングすることにより、最適な係数ａ、ｂ、ｃが決定され、上記２次曲線が特定できる。
　上記例では、最も歪みの大きいＹ＝１における仮位置座標（Ｘ1，Ｙ1）～（Ｘ8，Ｙ1）を基にフィッティングし、ａ＝０．４６３８、ｂ＝－０．０３１２、ｃ＝０．２９８２を得た。
　次に、下記（３）式～（５）式の関係式を用いて仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）より、放射線１６の検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を算出する。
　なお、ｄは、規格定数であり、この場合ｄ＝０．３８である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
　ここで、（５）式は、ＸｐをＸｉとし、Ｙｑを、ＹｊにＸｉの2次関数で割って算出することができる。上記（５）式の替わりに、下記（６）式を用いてもよい。（６）式は、ＸｐをＸｉとし、Ｙｑを、ＹｊにＸｉの２次関数を掛けて算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
 　ここで、上記（６）式中の２次関数の係数a’、b’、c’は任意の定数であり、ｄ’は規格定数である。
　Ｘ方向に並んだ仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）群の左右の非対称性は、Ｘｉの１次の係数ｂに帰結する。したがって、Ｘ方向に並んだ仮位置座標群が左右対称であれば、ｂ＝０となりその後の処理を簡略化できる。このため、Ｘ方向に並んだ仮位置座標群が左右非対称である場合、出力信号Ｖ１～Ｖ４の値を第１～第４の信号検出器１７～２０で調整することにより、結果としてＸ方向に並んだ仮位置座標群が左右対称となるように調整することもできる。さらに、出力信号Ｖ１～Ｖ４の値を、図示しない信号増幅器の増幅率の変更により調整してもよい。
　Ｘ方向に並んだ仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）群の左右の非対称性は、Ｘｉの１次の係数ｂに帰結する。したがって、Ｘ方向に並んだ仮位置座標群が左右対称であれば、ｂ＝０となりその後の処理を簡略化できる。このため、Ｘ方向に並んだ仮位置座標群が左右非対称である場合、出力信号Ｖ１～Ｖ４の値を第１～第４の信号検出器１７～２０で調整することにより、結果としてＸ方向に並んだ仮位置座標群が左右対称となるように調整することもできる。出力信号Ｖ１～Ｖ４の値を、図示しない信号増幅器の増幅率の変更により調整してもよい。
〔放射線１６の入射位置の算出方法２で求めた検出位置座標〕
　図７は、（３）式及び（４）式を用いて仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）より、検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を導出した結果を示す図である。図４において×で示す照射位置に測定点が対応していることが分かる。
　図７から明らかなように検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）において、Ｘ方向の間隔は１．２ｍｍ、Ｙ方向の間隔は２ｍｍであり、Ｙ方向の位置分解能は、１ｍｍが得られていることが分かる。
　図５に示す放射線１６の仮位置座標２６の結果と比較して、図７では、（３）式及び（４）式の補正により求めた検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）と実際の放射線１６の検出位置とが一致し、位置精度が高い検出結果が得られていることが分かる。特に、ＸｐはＸｉに等しい。Ｙｑが（５）式及び（６）式で与えられるように、ＹｊにＸｉの２次関数を掛けるか、又は割ることによって得られることが大きな特徴となっている。
　上記補正例では、仮位置座標群がＹｊをＸｉの２次曲線上にあるものとしてフィッティングを行っているが、適宜補正関数を選択することは可能である。例えば、中央に歪んでいる関数として４次、６次の関数を用いることも可能である。
　Ｘ方向に並んだ仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）群の左右の非対称性は、Ｘｉの１次の係数ｂに帰結する。したがって、Ｘ方向に並んだ仮位置座標群が左右対称であれば、ｂ＝０となりその後の処理を簡略化できる。このためＸ方向に並んだ仮位置座標群が左右非対称である場合、出力信号Ｖ１～Ｖ４の値を第１～第４の信号検出器１７～２０により調整することにより、結果としてＸ方向に並んだ仮位置座標群が左右対称となるように調整することもできる。出力信号Ｖ１～Ｖ４の値は、図示しない信号増幅器の増幅率を変更することによって調整されてもよい。
　上記補正例では、Ｘｉの２次関数を利用して補正をしているが、この様な関数に制限されることなく、種々の補正関数を利用することが可能である。
　上記補正例ではＹ＝１における仮位置座標群を基にフィッティングして得られた補正関数をすべての仮位置座標２６に適用し、検出位置座標を算出しているが、同一のＹｊにおける仮位置座標群を基に得られた補正関数を、対応する各仮位置座標群に適用することも可能である。
　図８は、Ｘ方向及びＹ方向の分解能に対する抵抗４，５の抵抗値依存性を示すグラフであり、それぞれ（Ａ）がＸ方向の半値幅（ＦＷＭＨ）を、（Ｂ）がＹ方向の半値幅（ＦＷＭＨ）を示している。図８の横軸は、抵抗値（ｋΩ）であり、図８の縦軸は、半値幅（ｍｍ）である。
　図８（Ａ）から明らかなように、Ｘ方向の半値幅は、抵抗４，５の抵抗値が２０ｋΩ以下では、約０．３ｍｍ以上となる。一方、Ｘ方向の半値幅は、抵抗４，５の抵抗値が２０ｋΩ以上～１００ｋΩでは、約０．３ｍｍ～０．２５ｍｍとなり、半値幅が低下することが分かる。これから、抵抗４，５の抵抗値が２０ｋΩ以下では、Ｘ方向の半値幅が増大、つまり半導体２次元位置検出器１の空間分解能が劣化することが判明した。ストライプ電極３の抵抗値は上記したように１ＭΩである。この場合、ストライプ電極の抵抗値（１ＭΩ）と、ストライプ電極３の上端部同士間等に接続された抵抗４、５との抵抗（２０ｋΩ）との比は、５０：１となり、空間分解能が劣化しない。
　図８（Ｂ）から明らかなように、Ｙ方向の半値幅は、抵抗４，５の抵抗値が２０ｋΩで分解能が最小となり、抵抗４，５の抵抗値の増大と共に半値幅が増加することが分かる。この場合も、ストライプ電極の抵抗値（１ＭΩ）と、ストライプ電極３の上端部同士間等に接続された抵抗４、５との抵抗（２０ｋΩ）との比は、５０：１となり、空間分解能が劣化しない。
　ストライプ電極３をインジウム蒸着で形成して電気伝導抵抗性とし、且つ半導体２次元位置検出器１をショットキー型の放射線検出器として動作させるためには、インジウムの厚さを１５０Å～６００Åとする必要がある。この範囲のインジウムの厚さでは、ストライプ電極３の抵抗値は、１ＭΩ～４ＭΩとなる。従って、半導体２次元位置検出器１の空間分解能が劣化しないためには、抵抗４，５の抵抗値は、ストライプ電極３の抵抗値に対して、１／１０～１／１００に選定すればよい。
　なお、上記測定例や補正例では放射線源としてアルファ線を例示して説明したが、ガンマ線等の他の放射線源に対しても同様に本発明を適用できることは、言うまでもないことである。
〔第２の実施の形態〕
　本発明の第２の実施形態に係る半導体２次元位置検出器について以下説明する。
　図９は、本発明の第２の実施形態に係る半導体２次元位置検出器３０の構成を示す平面図であり、図１０は、図９のVIII－VIII線に沿った断面図である。
　第２実施形態の半導体２次元位置検出器３０が、図３に示す第１実施形態の半導体２次元位置検出器１Ａと異なるのは、各列のストライプ電極３３の構造である。つまり、Ｙ方向の溝２Ｃ及びＸ方向の溝２Ｄで分離された複数の後述するストリップ電極３３ｉｊが、Ｙ方向にのみ抵抗３５を介して接続されてストライプ電極３３が構成されている。他の構成は、第１実施形態の半導体２次元位置検出器１，１Ａと同じであるので説明は省略する。
　ストリップ電極３３は、ｍ行×ｎ列のマトリクス状に配列された複数のストリップ電極３３ｉｊから構成されている。ここで、行はｉが２以上でｍまでの自然数からなり、列はｊが２以上でｎまでの自然数からなる。ストリップ電極３３ｉｊ同士を接続するストリップ電極接続用の抵抗３５もマトリクス状に配置されているので、それぞれを３３ｉｊ又はｒｉｊと表記する。
　図１１は、第２実施形態の半導体２次元位置検出器３０の抵抗配置を示す等価回路図である。図示するように、例えば、１行１列の抵抗３５ｉｊの抵抗をｒ１１とし、列方向に並置されたストライプ電極３３ｊ同士を接続する抵抗４，５の抵抗値はＲ１，Ｒ２とする。ｒｉｊは全て同じ抵抗値ｒとし、Ｒ１，Ｒ２も同じ抵抗値Ｒとする。さらに、抵抗値ｒが抵抗値Ｒよりも大きいとする。つまり、ｒ＞Ｒである。
　ここで、ｊ列目のストリップ電極３３ｊk（ｋはｍ以下の自然数）同士がｊ列の抵抗ｒｊで接続されて形成された電極を、ストライプ電極３３ｊと呼ぶ。このｊ列目のストリップ電極３３ｊ同士がｊ列の抵抗ｒｊで接続された状態を、ストライプ電極３３ｊと呼ぶ。
　上記の場合には、Ｘ方向では、抵抗値ｒが抵抗値Ｒよりも大きいので、放射線１６によって発生した電流が、他の列の抵抗ｒｊで接続されたストライプ電極３３ｊ には流れない。したがって、Ｖ１、Ｖ２側に流れた電流と、Ｖ３、Ｖ４に流れた電流とは、同じ抵抗値Ｒで接続された抵抗値の分割比で電流が分割される。このため、Ｖ１＋Ｖ３とＶ２＋Ｖ４は、抵抗値Ｒで接続された抵抗列における電流分割近似ができる。
　Ｙ方向では、抵抗値ｒが抵抗値Ｒよりも大きいので、放射線１６によって発生した電流が、他の列の抵抗ｒｊで接続されたストライプ電極３３ｊには流れない。したがって、放射線１６によって発生した電流は、放射線を検出した同じ列の抵抗値ｒの分割比で電流が分割される。
　ここで、第２実施形態の半導体２次元位置検出器３０においても、上記（１）～（６）式によって放射線の仮位置座標２６及び検出位置座標を算出することができる。
　この半導体２次元位置検出器３０によれば、ストリップ電極３３ｉｊをマトリクス状とし、各列ストライプ電極３３ｊを抵抗３５で接続することによって、Ｘ方向及びＹ方向の放射線検出の位置分解能を、半導体２次元位置検出器１，１Ａと同等、又はそれ以上に向上させることができる。
　上記第１及び第２の実施の形態の半導体２次元位置検出器１，３０においては、ストリップ電極３３ｉｊを電気伝導性の高い電極として説明してきたが、ストライプ電極３やストリップ電極３３ｉｊをショットキー電極としてもよい。この場合、半導体基板２の裏面２Ｂ側に形成する電極１５を電気伝導性の高い電極とすればよい。
　上記説明では、放射線のＹ方向における仮位置座標２６を計算によって補正している。半導体２次元位置検出器３０の場合には、仮位置座標２６がＹ方向へ歪んでしまうことを設計時に予測し、製造過程でＹ方向の歪みを緩和させるように抵抗値ｒを変えて作成してもよい。
　次に半導体２次元位置検出器を用いた放射線１６の３次元位置検出について説明する。
　ＣｄＴｅ結晶からなる半導体基板２の白金電極１５の面同士を電気伝導性を持つペーストで相互に貼り付ける。これを、非常に薄い絶縁薄膜と交互に幾重にも張り合わせることによって、ガンマ線の位置を３次元的に測定できる半導体検出器ブロックが形成される。
　半導体検出器ブロックのどの半導体基板２でガンマ線が測定されたかは、白金電極１５とインジウムからなるストライプ電極３の同時計数より決定される。本発明による放射線１６の２次元位置検出方法は、ガンマ線の位置を３次元的に測定できる半導体検出器ブロックにも適用できる。
　半導体検出器ブロックの陽電子断層撮影装置への適用について説明する。半導体検出器ブロックを数層にして円形又は対向型に並べる。半導体検出器ブロックは、動径方向又は対向方向に動く構造とする。半導体検出器ブロックの電極面をガンマ線の検出方向に対して垂直に配置することにより、パッキング比が１００％の陽電子断層撮影装置が実現される。
　本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。ストライプ電極３の幅や長さ、ストライプ電極３に接続される抵抗４，５及びストライプ電極３と第１～第４の信号出力用端子７，９，１１，１３に接続される抵抗６，８，１０，１２等は、目的とする放射線１６の位置検出精度に応じて適宜に設計することができる。

Claims (15)

  1. 　半導体基板と、
    　上記半導体基板の表面にＸ方向に所定の間隔を置いて並置された、Ｙ方向と平行な第１～第ｎ（ｎは２以上の整数）のストライプ電極と、
    　上記第１～第ｎのストライプ電極の上端部同士間に接続される複数の抵抗と、
    　上記第１～第ｎのストライプ電極の下端部同士間に接続される複数の抵抗と、
    　上記第１のストライプ電極の下端部に抵抗を介して接続される第１の信号出力用端子と、
    　上記第ｎのストライプ電極の下端部に抵抗を介して接続される第２の信号出力用端子と、
    　上記第１のストライプ電極の上端部に抵抗を介して接続される第４の信号出力用端子と、
    　上記第ｎのストライプ電極の上端部に抵抗を介して接続される第３の信号出力用端子と、
    　上記半導体基板の裏面に配置された電極と、
    を備え、
    　上記半導体基板の任意の点に入射した放射線からの出力信号を上記第１～第４の信号出力用端子から得ることを特徴とする、放射線の位置を２次元で検出するための半導体２次元位置検出器。
  2. 　半導体基板と、
    　上記半導体基板の表面にＸ方向に所定の間隔を置いて並置された、Ｙ方向と平行な第１～第ｎ（ｎは２以上の整数）のストライプ電極と、
    　上記第１～第ｎのストライプ電極の上端部同士間に接続される複数の抵抗と、
    　上記第１～第ｎのストライプ電極の下端部同士間に接続される複数の抵抗と、
    　上記第１のストライプ電極の下端部に抵抗を介して接続される第１の信号出力用端子と、
    　上記第ｎのストライプ電極の下端部に抵抗を介して接続される第２の信号出力用端子と、
    　上記第１のストライプ電極の上端部に抵抗を介して接続される第４の信号出力用端子と、
    　上記第ｎのストライプ電極の上端部に抵抗を介して接続される第３の信号出力用端子と、
    　上記半導体基板の裏面に配置された電極と、
    を備え、
    　上記第１～第ｎの各ストライプ電極は、Ｙ方向に形成されかつ互いに分離されたｍ個のストリップ電極から形成され、
    　該各ストリップ電極は、Ｙ方向に沿って隣り合うストリップ電極同士が抵抗を介して接続されて上記各ストライプ電極を形成し、
    　上記半導体基板の任意の点に入射した放射線からの出力信号を、上記第１～第４の信号出力用端子から得ることを特徴とする、放射線の位置を２次元で検出するための半導体２次元位置検出器。
  3. 　前記ストライプ電極の上端部同士間及び下端部同士間に接続される抵抗は、その抵抗値が調整可能に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体２次元位置検出器。
  4. 　前記各ストライプ電極の抵抗と前記ストライプ電極の上端部同士間及び／又は下端部同士間に接続された抵抗との抵抗比は、１０：１～１００：１であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体２次元位置検出器。
  5. 　前記第１～第ｎの各ストライプ電極が、前記Ｙ方向に沿って互いに溝分離されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体２次元位置検出器。
  6. 　前記第１～第ｎの各ストライプ電極を形成するストリップ電極同士が、前記Ｘ方向に沿って互いに溝分離されていることを特徴とする、請求項２に記載の半導体２次元位置検出器。
  7. 　前記ストライプ電極は電気伝導抵抗性が高く且つショットキー型電極であり、前記半導体基板の裏面に配置された電極は電気伝導性の高い電極であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体２次元位置検出器。
  8. 　前記半導体基板は、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ及びＢｒＴｌの何れかからなり、前記電極は、インジウム又は白金からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体２次元位置検出器。
  9. 　前記出力信号から前記放射線の位置を演算する演算部を備え、
    　上記演算部は、第１～第４の信号出力用端子から出力される電圧を、それぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４としたとき、下記（１）式及び（２）式によって、放射線の仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）を演算し、
    　上記仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）を用いて、下記（３）式及び（４）式によって前記放射線の検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を算出することを特徴とする、請求項１～８の何れかに記載の半導体２次元位置検出器。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
     　ここで、上記（３）式及び（４）式の関数ｆ（Ｘｉ，Ｙｊ），ｇ（Ｘｉ，Ｙｊ ）は、前記放射線のスポットを、前記半導体２次元位置検出器のストライプ電極上において前記Ｙ方向に向かって間隔を置いて照射し、該各照射点の仮位置座標を算出した後、上記各照射点の位置座標と上記各照射点の仮位置座標との補正関数を仮定して、放射線の各照射点の位置座標を再現する関数としてフィッティングにより求めたものである。
  10. 　前記Ｘｐを前記Ｘｉとし、前記Ｙｑを下記（５）式又は（６）式によって算出し、前記放射線の検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を算出することを特徴とする、請求項９に記載の半導体２次元位置検出器。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
     　ここで、上記（５）式中の２次関数の係数ａ，ｂ，ｃは任意の定数であり、ｄ＊は規格定数である。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
     　ここで、上記（６）式中の２次関数の係数a’，b’，c’は任意の定数であり、ｄ’は規格定数である。
  11. 　半導体基板の表面に、Ｙ方向と平行であってＸ方向に所定の間隔で第１～第ｎ（ｎは２以上の整数）のストライプ電極を並置し、
    　上記第１～第ｎのストライプ電極の上端部同士間のそれぞれを抵抗を介して接続し、
    　上記第１～第ｎのストライプ電極の下端部同士間のそれぞれを抵抗を介して接続し、
    　上記第１のストライプ電極の下端部に抵抗の一端を接続し、該抵抗の他端部に第１の信号出力用端子を配置し、
    　上記第ｎのストライプ電極の下端部に抵抗の一端を接続し、該抵抗の他端部に第２の信号出力用端子を配置し、
    　上記第１のストライプ電極の上端部に抵抗の一端を接続し、該抵抗の他端部に第４の信号出力用端子を配置し、
    　上記第ｎのストライプ電極の上端部に抵抗の一端を接続し、該抵抗の他端部に第３の信号出力用端子を配置し、
    　上記半導体基板の裏面に電極を配置し、
    　上記半導体基板に入射した放射線からの出力信号を、上記第１～第４の信号出力用端子から得ることを特徴とする、放射線の２次元位置検出方法。
  12. 　上記第１～第ｎの各ストライプ電極を、Ｙ方向に形成されかつ互いに分離されたｍ個のストリップ電極から形成し、該各ストリップ電極のＹ方向に沿って隣り合うストリップ電極同士を抵抗を介して接続して上記各ストライプ電極を形成することを特徴とする、請求項１１に記載の放射線の２次元位置検出方法。
  13. 　第１～第４の信号出力用端子から出力される電圧を、それぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４としたとき、下記（１）式及び（２）式によって、放射線の仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）を演算し、
    　上記仮位置座標（Ｘｉ，Ｙｊ）を用いて、下記（３）式及び（４）式によって前記放射線の検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を算出することを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の放射線の２次元位置検出方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
     　ここで、上記（３）式及び（４）式の関数ｆ（Ｘｉ，Ｙｊ），ｇ（Ｘｉ，Ｙｊ）は、前記放射線のスポットを、前記ストライプ電極上において前記Ｙ方向に向かって間隔を置いて照射し、該各照射点の仮位置座標を算出した後、上記各照射点の位置座標と上記各照射点の仮位置座標との補正関数を仮定して、放射線の各照射点の位置座標を再現する関数としてフィッティングにより求めたものである。
  14. 　前記Ｘｐを前記Ｘｉとし、前記Ｙｑを下記（５）式又は（６）式によって算出し、前記放射線の検出位置座標（Ｘｐ，Ｙｑ）を算出することを特徴とする、請求項１３に記載の放射線の２次元位置検出方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
     　ここで、上記（５）式中の２次関数の係数ａ，ｂ，ｃは任意の定数であり、ｄ＊は規格定数である。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
     　ここで、上記（６）式中の２次関数の係数a’，b’，c’は任意の定数であり、ｄ’は規格定数である。
  15. 　請求項１～１０の何れかに記載の半導体２次元位置検出器を用いたことを特徴とする、陽電子断層撮影装置。
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