JP2000241555A - Semiconductor radiation detector - Google Patents

Semiconductor radiation detector

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JP2000241555A
JP2000241555A JP3948099A JP3948099A JP2000241555A JP 2000241555 A JP2000241555 A JP 2000241555A JP 3948099 A JP3948099 A JP 3948099A JP 3948099 A JP3948099 A JP 3948099A JP 2000241555 A JP2000241555 A JP 2000241555A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor radiation detector that has high energy resolution and detection sensitivity and is suited for the energy spectrum analysis of radiation and an image detector such as a gamma camera. SOLUTION: A plurality of units 1000-1 and 1000-2 of a semiconductor radiation detector for achieving relatively high energy resolution are laminated so that cathodes 103 or electric charge collection electrodes 104 are overlapped one another, and at the same time the cathodes 103 and the electric charge collection electrodes 104 of each detector unit are electrically connected in parallel. Detection sensitivity can be increased by increasing thickness by the number of laminations, and the decrease in energy resolution due to the increase in thickness can be minimized. The semiconductor radiation detector can be applied not only to an individual detector but also to a two-dimensional detector where individual detectors are arranged two-dimensionally.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、X線やγ線等の
放射線のエネルギースペクトル或いは放射線強度の2次
元情報を得るための半導体放射線検出器に関し、特に電
荷収集能を低下させずに高い検出感度を得ることができ
る半導体放射線検出器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor radiation detector for obtaining two-dimensional information of the energy spectrum or radiation intensity of radiation such as X-rays and .gamma.-rays. The present invention relates to a semiconductor radiation detector capable of obtaining sensitivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体放射線検出器は、X線やγ線等の
放射線と半導体結晶の相互作用によりイオン化を介して
結晶内に電荷が生成することを利用したもので、このよ
うな性質を持つ半導体結晶の両面に電極を設け、これら
電極間にバイアス電圧を印加することにより、生成した
電荷を収集し、これを一方の電極(電荷収集電極)から
信号として取り出す。
2. Description of the Related Art A semiconductor radiation detector utilizes the generation of electric charges in a crystal via ionization due to the interaction between radiation such as X-rays and γ-rays and a semiconductor crystal. By providing electrodes on both surfaces of the semiconductor crystal and applying a bias voltage between these electrodes, the generated charges are collected and taken out as a signal from one of the electrodes (charge collecting electrodes).

【0003】この場合、入射する放射線のエネルギーを
結晶の体積中で吸収するに必要な厚さは、放射線のエネ
ルギーに比例して大きくなる。たとえば、CdZnTe結晶で
入射するγ線の80%を検出するに必要な厚さは、エネル
ギー80keVに対して1.0mmであるが、140keVでは6.0mmに
なる。従って比較的に高いエネルギーのγ線を検出する
ためには、厚さの厚い結晶を用いることが必要になる。
In this case, the thickness required to absorb the energy of the incident radiation in the volume of the crystal increases in proportion to the energy of the radiation. For example, the thickness required to detect 80% of incident γ-rays in a CdZnTe crystal is 1.0 mm for an energy of 80 keV, but is 6.0 mm for an energy of 140 keV. Therefore, in order to detect a gamma ray having a relatively high energy, it is necessary to use a crystal having a large thickness.

【0004】しかし、結晶の種類によっては結晶の厚さ
が増すにつれエネルギー分解能が低下する。例えば、Cd
TeやCdZnTe結晶では、電荷キャリヤーが陰極と電荷収集
電極との間の結晶体積中をドリフトする過程で、その一
部が結晶に固有の欠陥に捕獲される現象に特性を持って
いる。この電荷キャリヤー捕獲現象は、それにより電荷
の収集効率が低下させるとともに、電子よりも正孔に対
して強く現れるため、結晶内で電荷キャリヤーが生成す
る場所によって信号量の減少の度合いが異なることにな
る。
However, depending on the type of crystal, the energy resolution decreases as the crystal thickness increases. For example, Cd
Te and CdZnTe crystals are characterized in that charge carriers drift in the crystal volume between the cathode and the charge collection electrode, and some of them are trapped by defects inherent in the crystal. This charge carrier trapping phenomenon reduces the charge collection efficiency and also appears stronger for holes than for electrons, so the amount of signal reduction differs depending on where charge carriers are generated in the crystal. Become.

【0005】このような特性をもつ検出器で放射線のエ
ネルギースペクトルを測定した場合、図5(a)に示すよう
にエネルギーピークpが低エネルギー側に尾を引く現象
(以下、テイリングという)を引き起こし、これがピー
クの幅を広げてエネルギー分解能を低下させる。同図
(b)は、CdZnTeとGeの140keVのγ線に対するエネルギー
分解能と結晶厚さの関係を示したものであるが、Geにつ
いての曲線Bは、厚さの増加によってほとんどその特性
を低下させていないのに対し、CdZnTeについての曲線A
は厚さを増すにつれてエネルギー分解能を低下させてい
る。
When the energy spectrum of radiation is measured by a detector having such characteristics, a phenomenon in which the energy peak p trails toward the lower energy side (hereinafter referred to as tailing) is caused as shown in FIG. , Which increases the width of the peak and reduces energy resolution. Same figure
(b) shows the relationship between the energy resolution and crystal thickness of CdZnTe and Ge for 140 keV γ-rays, but the curve B for Ge shows almost no decrease in its properties due to the increase in thickness. Whereas the curve A for CdZnTe
Decrease the energy resolution as the thickness increases.

【0006】Ge結晶に比較して低コストのCdTe、CdZnTe
等を用いた半導体放射線検出器を放射線のエネルギース
ペクトル解析やガンマカメラなどの画像検出器に広く応
用するためには、厚い結晶すなわち大きい容積の結晶に
おけるエネルギー分解能の向上が重要な課題になる。
CdTe and CdZnTe which are lower in cost than Ge crystals
In order to widely apply a semiconductor radiation detector using the above method to an energy spectrum analysis of radiation or an image detector such as a gamma camera, it is important to improve the energy resolution of a thick crystal, that is, a crystal having a large volume.

【0007】尚、結晶内で生成する電荷の収集効率を改
善するために、電荷収集電極と同一面に、電荷収集電極
よりも電圧が低く陰極よりも電圧が高く設定された第3
の電極(参照電極)を設けた半導体検出器が提案されて
いる(米国特許5,677,539号)。この半導体検出器で
は、放射線によって結晶内に生成した電荷(電子)を電
荷収集電極の近傍に近づくまで電荷収集電極と参照電極
で引き寄せ、電荷が電荷収集電極に誘導される距離を短
くしている。これにより、捕獲による電荷収集効率の低
下の影響を改善して、スペクトルのテイリングが抑制さ
れ、エネルギー分解能を高めている。
In order to improve the collection efficiency of the charge generated in the crystal, a third voltage is set on the same surface as the charge collection electrode, the voltage being set lower than the charge collection electrode and set higher than the cathode.
A semiconductor detector provided with such an electrode (reference electrode) has been proposed (US Pat. No. 5,677,539). In this semiconductor detector, the charge (electrons) generated in the crystal by the radiation is attracted by the charge collecting electrode and the reference electrode until the charge (electron) approaches the vicinity of the charge collecting electrode, thereby shortening the distance that the charge is guided to the charge collecting electrode. . This improves the effect of the decrease in charge collection efficiency due to capture, suppresses spectrum tailing, and enhances energy resolution.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような参
照電極を設ける半導体検出器では、結晶の一つの面に電
荷収集電極と参照電極とを形成し、これら一対の電極で
面にほぼ平行な電場を形成しているため多数の検出器単
位を配列する集積化に限界があり、電荷収集電極は参照
電極に比べてかなり面積の小さい電極が要求される。こ
のため放射線の強度分布を2次元の放射線像として検出
する半導体検出器に応用する場合、十分な電荷収集効率
を上げるに至っていない。また2次元検出器の画質を決
定的にするエネルギー分解能の観点からもまだ性能向上
の課題を残している。
However, in a semiconductor detector having such a reference electrode, a charge collection electrode and a reference electrode are formed on one surface of a crystal, and the pair of electrodes is substantially parallel to the surface. Since an electric field is formed, there is a limit to integration in which a large number of detector units are arranged, and an electrode having a considerably smaller area than the reference electrode is required for the charge collection electrode. Therefore, when applied to a semiconductor detector that detects the intensity distribution of radiation as a two-dimensional radiation image, sufficient charge collection efficiency has not been improved. In addition, there is still a problem of performance improvement from the viewpoint of energy resolution that determines image quality of the two-dimensional detector.

【0009】そこで本発明は、比較的簡単な検出器の構
造で効果的なエネルギー分解能の向上を実現する半導体
検出器を提供することを目的とする。また本発明は、結
晶の厚さを増して実質的に大きい結晶容積を持たせて検
出感度とエネルギー分解能を高めた半導体放射線検出器
を提供することを目的とする。さらに本発明は、高画質
の放射線像を検出することが可能な2次元検出器を提供
することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor detector which realizes an effective improvement in energy resolution with a relatively simple detector structure. Another object of the present invention is to provide a semiconductor radiation detector in which the detection sensitivity and the energy resolution are increased by increasing the thickness of the crystal to have a substantially large crystal volume. Still another object of the present invention is to provide a two-dimensional detector capable of detecting a high-quality radiation image.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の半導体放射線検出器は、放射線の照射により電荷
を生成する半導体結晶と、結晶の第1の面に設けられた
陰極と、前記結晶の第2の面に設けられた電荷収集電極
と、これら電極間にバイアス電圧を印加する手段とを備
えた半導体放射線検出器単位(単に検出器単位という)
を複数積層し、各陰極および電荷収集電極をそれぞれ電
気的に並列接続したものである。
According to the present invention, there is provided a semiconductor radiation detector according to the present invention, comprising: a semiconductor crystal which generates electric charge by irradiation of radiation; a cathode provided on a first surface of the crystal; A semiconductor radiation detector unit (hereinafter simply referred to as a detector unit) including a charge collection electrode provided on the second surface of the crystal and a means for applying a bias voltage between the electrodes.
Are laminated, and each cathode and charge collecting electrode are electrically connected in parallel.

【0011】このような本発明の半導体放射線検出器
は、複数nの検出器単位を積層することにより実質的に
容積を積層枚数分増加させることができ、検出感度を高
めることができる。また各検出器単位が電気的に並列接
続されており、各単位毎にその結晶内で生成した電荷を
収集するので、厚さの増加に伴うエネルギー分解能の低
下を回避することができる。即ち、CdTeやCdZnTe結晶等
では、結晶の厚さが厚くなるにつれエネルギー分解能は
低下するが、本発明の半導体放射線検出器においては、
エネルギー分解能の低下は検出器単位の結晶1つ分の漏
洩電流による低下を積層数n加算したものに止まり、こ
れは積層された厚さと同じ厚さの結晶を用いた場合のエ
ネルギー分解能の低下よりも十分に小さい。これにより
検出感度およびエネルギー分解能の高い放射線検出器を
実現できる。
In such a semiconductor radiation detector of the present invention, by stacking a plurality of n detector units, the volume can be substantially increased by the number of layers, and the detection sensitivity can be increased. In addition, since each detector unit is electrically connected in parallel and collects electric charges generated in the crystal for each unit, it is possible to avoid a decrease in energy resolution due to an increase in thickness. That is, in a CdTe or CdZnTe crystal or the like, the energy resolution decreases as the crystal thickness increases, but in the semiconductor radiation detector of the present invention,
The decrease in energy resolution is limited to the decrease due to the leakage current of one crystal in the unit of detector added by the number of layers n, which is lower than the decrease in energy resolution when crystals having the same thickness as the stacked layers are used. Is also small enough. Thereby, a radiation detector having high detection sensitivity and high energy resolution can be realized.

【0012】本発明において各検出器単位の第1の面お
よび第2の面は平行であり、これらの面を重ねる方向に
積層される。これにより積層による厚さ増加の効果が得
られる。またいずれか一方の面が放射線入射面となるこ
とが好ましい。これにより2次元の放射線像検出が可能
となる。
In the present invention, the first surface and the second surface of each detector unit are parallel, and are stacked in a direction in which these surfaces are overlapped. Thereby, the effect of increasing the thickness by the lamination can be obtained. Preferably, one of the surfaces is a radiation incident surface. This enables two-dimensional radiation image detection.

【0013】また本発明の半導体放射線検出器は各検出
器単位を陰極どうし或いは電荷収集電極どうしが相対す
るように積層することが好ましい。これにより各陰極お
よび電荷収集電極の並列接続が容易になる。さらに電極
間の電気的接続を確実且つ容易にするために、電極間に
接続手段を設けることが好ましい。
Further, in the semiconductor radiation detector of the present invention, it is preferable that each detector unit is stacked so that cathodes or charge collection electrodes face each other. This facilitates parallel connection of each cathode and charge collection electrode. Further, it is preferable to provide connection means between the electrodes in order to ensure and facilitate electrical connection between the electrodes.

【0014】本発明の半導体放射線検出器は、各検出器
単位が単一の出力信号を発生する単独の検出器であって
もよく、2次元検出器であってもよい。
The semiconductor radiation detector of the present invention may be a single detector in which each detector unit generates a single output signal, or may be a two-dimensional detector.

【0015】即ち、本発明の2次元半導体放射線検出器
は、放射線の照射により電荷を生成する半導体結晶と、
結晶の第1の面に設けられた陰極と、前記結晶の第2の
面に設けられた電荷収集電極と、これら電極間にバイア
ス電圧を印加する手段とを備えた半導体放射線検出器単
位(単に検出器単位という)を複数積層し、各陰極およ
び電荷収集電極をそれぞれ電気的に並列接続したもので
あって、半導体放射線検出器単位は、前記陰極および前
記電荷収集電極の少なくとも一方が複数の電極を備え、
放射線強度の2次元情報を検出するものである。
That is, the two-dimensional semiconductor radiation detector of the present invention comprises: a semiconductor crystal which generates electric charges by irradiation with radiation;
A semiconductor radiation detector unit comprising a cathode provided on a first face of a crystal, a charge collecting electrode provided on a second face of the crystal, and means for applying a bias voltage between the electrodes (simply referred to as a semiconductor radiation detector unit); A plurality of cathodes and charge collecting electrodes are electrically connected in parallel, and at least one of the cathode and the charge collecting electrodes has a plurality of electrodes. With
It detects two-dimensional information of radiation intensity.

【0016】このような2次元半導体放射線検出器の一
つの態様として、各検出器単位において、電荷収集電極
は行列配列した複数の電荷収集電極からなる。また2次
元半導体放射線検出器の別の態様によれば、各検出器単
位において、陰極は行配列をする複数の長方形の電極か
らなり、電荷収集電極は列配列をする複数の長方形の電
極からなる。この半導体放射線検出器は、行列で決定さ
れる位置ごとに出力信号を発生する。
As one mode of such a two-dimensional semiconductor radiation detector, in each detector unit, the charge collecting electrodes are composed of a plurality of charge collecting electrodes arranged in a matrix. According to another aspect of the two-dimensional semiconductor radiation detector, in each detector unit, the cathode includes a plurality of rectangular electrodes arranged in rows, and the charge collection electrode includes a plurality of rectangular electrodes arranged in columns. . The semiconductor radiation detector generates an output signal for each position determined by the matrix.

【0017】このような2次元検出器においても、陰極
どうし或いは電荷収集電極どうしが相対するように積層
することが好ましい。またこれら電極どうしを電気的に
接続する接続手段を備えていることが好ましい。電極ど
うしを接続する手段としては、例えば結線しようとする
電極を向かい合わせて、この電極間にスペーサ電極を介
在させ、導電性と接着性を併せ持つ導電エポキシ材など
で接着する等の細密電子部品の製造分野では一般的な技
術を採用することができる。
Also in such a two-dimensional detector, it is preferable to stack the two-dimensional detectors such that the cathodes or the charge collection electrodes face each other. Further, it is preferable to provide a connection means for electrically connecting these electrodes. Means for connecting the electrodes include, for example, fine electronic components such as facing electrodes to be connected, interposing a spacer electrode between the electrodes, and bonding with a conductive epoxy material having both conductivity and adhesiveness. In the manufacturing field, general techniques can be adopted.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体放射線検出
器を図面に示す実施例を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor radiation detector according to the present invention will be described below with reference to an embodiment shown in the drawings.

【0019】図1は、本発明の半導体放射線検出器1000
の第1の実施例を示す図で、この半導体放射線検出器10
00は、2つの検出器単位1000-1と1000-2とを接続手段で
あるスペーサ電極105を介して積層した構造を有してい
る。検出器単位1000-1と1000-2は同様の構成を有し、そ
れぞれ板状の半導体結晶100の第1の面に陰極103が形成
され、この第1の面と平行な第2の面に電荷収集電極10
4が形成されており、各電荷収集電極104が向い合う(相
対する)ように積層される。尚、図中3桁或いは4桁の
符号の後に付されている「-1」、「-2」はそれぞれ同等
の要素が複数ある場合にそれらを区別するための符号で
ある(以下、同様)。
FIG. 1 shows a semiconductor radiation detector 1000 according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of the present invention,
00 has a structure in which two detector units 1000-1 and 1000-2 are stacked via a spacer electrode 105 as a connecting means. The detector units 1000-1 and 1000-2 have the same configuration, each having a cathode 103 formed on a first surface of a plate-like semiconductor crystal 100, and a cathode 103 formed on a second surface parallel to the first surface. Charge collection electrode 10
4 are formed, and the charge collecting electrodes 104 are stacked so as to face (oppose) each other. In the figure, "-1" and "-2" attached after the three- or four-digit code are codes for distinguishing a plurality of equivalent elements from each other (hereinafter the same). .

【0020】スペーサ電極105は、銅等の導電材で構成
され、出力信号を取り出すためのリード107が設けられ
ている。これら2つの検出器単位1000-1と1000-2とスペ
ーサ電極105とは、スペーサ電極105の両面或いは互いに
向い合う2つの電荷収集電極104に予め塗布された導電
エポキシ材等の導電材106によって機械的かつ電気的に
接合される。スペーサ電極105のリード107は信号線108
によって図示しない検出回路に接続されている。
The spacer electrode 105 is made of a conductive material such as copper, and is provided with a lead 107 for extracting an output signal. The two detector units 1000-1 and 1000-2 and the spacer electrode 105 are mechanically connected to each other by a conductive material 106 such as a conductive epoxy material applied in advance to both surfaces of the spacer electrode 105 or two charge collecting electrodes 104 facing each other. Electrically and electrically. The lead 107 of the spacer electrode 105 is a signal line 108
Is connected to a detection circuit (not shown).

【0021】一方、2つの検出器単位1000-1と1000-2の
陰極103は、図1(b)に示すようにリード線109によって
電気的に接続され、これにより2つの検出器単位は電気
的に並列に接続される。またこれら陰極103と電荷収集
電極104すなわちスペーサ電極105との間にはバイアス電
源110によりバイアスVgが印加されている。
On the other hand, the cathodes 103 of the two detector units 1000-1 and 1000-2 are electrically connected by a lead wire 109 as shown in FIG. 1B, whereby the two detector units are electrically connected. Are connected in parallel. A bias Vg is applied between the cathode 103 and the charge collecting electrode 104, that is, the spacer electrode 105 by a bias power supply 110.

【0022】このような構成において、放射線200によ
って2つの結晶100-1と100-2の体積内に電荷が生成され
ると、個々の検出器単位において電子と正孔はそれぞれ
電荷収集電極および陰極に移動し、両検出器単位の合計
としての信号が信号線108から放射線信号として引き出
される。
In such a configuration, when a charge is generated in the volume of the two crystals 100-1 and 100-2 by the radiation 200, electrons and holes in the individual detector units are respectively charged and collected by the charge collection electrode and the cathode. The signal as the sum of the two detector units is extracted from the signal line 108 as a radiation signal.

【0023】放射線200の入射方向は、図示するように
電極が形成された面を横断する方向である場合に限定さ
れず、電極が形成された面と平行な方向であってもよい
が、横断する方向とすることにより検出器単位を厚さ方
向に積層した効果を得ることができる。このことを図2
により説明する。
The incident direction of the radiation 200 is not limited to the direction crossing the surface on which the electrodes are formed as shown in the figure, and may be the direction parallel to the surface on which the electrodes are formed. In this case, the effect of stacking the detector units in the thickness direction can be obtained. This is shown in FIG.
This will be described below.

【0024】図2は放射線200により結晶100-1と100-2
に生成する電子e-と正孔h+から成る電荷の移動の状態を
示したものであり、放射線200-1、200-2が検出器単位10
00-1の陰極103-1から入射した場合を示している。まず
比較的エネルギーの低い放射線200-1が入射した場合に
は、放射線のエネルギーの殆どが上層の結晶100-1体積
中のイオン化により変換され、それによって結晶100-1
の体積に生成した電荷のうち正孔h+は陰極103-1に向か
って移動し、電子e-は電荷収集電極104-1に向かって移
動して最終的にそれぞれが陰極103-1と電荷収集電極104
-1に到着して、信号線108から放射線信号として引き出
される。このように比較的エネルギーの低い放射線200-
1は結晶100-1のみで検出することができる。例えば、80
keVのγ線では厚さ1mmのCdZn結晶で検出器の目的を満
たす。
FIG. 2 shows crystals 100-1 and 100-2 by radiation 200.
It shows the state of the movement of the charge composed of the electrons e- and holes h + generated in the radiation 200-1 and 200-2 in the detector unit 10
The case where the light enters from the cathode 103-1 of 00-1 is shown. First, when the relatively low-energy radiation 200-1 is incident, most of the energy of the radiation is converted by ionization in the volume of the crystal 100-1 in the upper layer, whereby the crystal 100-1 is converted.
Of the charges generated in the volume, the holes h + move toward the cathode 103-1 and the electrons e- move toward the charge collecting electrode 104-1 to finally collect each of the cathode 103-1 and the charge. Electrode 104
-1 and is extracted from the signal line 108 as a radiation signal. Radiation 200-
1 can be detected only in the crystal 100-1. For example, 80
For keV gamma rays, a 1 mm thick CdZn crystal satisfies the purpose of the detector.

【0025】一方、比較的エネルギーの高い放射線200-
2の場合には、その一部のエネルギーは結晶100-1体積内
のイオン化により変換され、結晶100-1の体積中で生成
した電子e-は電荷収集電極104-2に収集されるが、一部
のエネルギーは変換されない。即ち、比較的エネルギー
の高い放射線200-2を結晶100-1のみで検出することはで
きない。しかし変換されなかった残りの放射線エネルギ
ーは、入射方向の延長線上に設けた第2の結晶100-2の
体積中でイオン化を介して電荷に変換される。この結晶
100-2の体積中で生成した電子e-は電荷収集電極104-2に
収集され、第1の結晶100-1に設けられた電荷収集電極1
04-1に収集された電子e-と纏められ、放射線200-2の信
号として信号線108から引き出される。例えば、140keV
のγ線に対してその80%を検出するに必要な結晶厚さは
6mm程度であるので、3mmの結晶からなる検出器単位を
2枚積層することにより、140keVのγ線の検出能を80%
まで高めることができる。
On the other hand, radiation 200-
In the case of 2, part of the energy is converted by ionization within the volume of the crystal 100-1 and electrons e- generated in the volume of the crystal 100-1 are collected by the charge collection electrode 104-2, Some energy is not converted. That is, the radiation 200-2 having relatively high energy cannot be detected only by the crystal 100-1. However, the remaining radiation energy that has not been converted is converted to charge via ionization in the volume of the second crystal 100-2 provided on an extension of the incident direction. This crystal
Electrons e- generated in the volume of 100-2 are collected by the charge collection electrode 104-2, and the charge collection electrode 1 provided on the first crystal 100-1.
The electron e- collected in 04-1 is collected and extracted from the signal line 108 as a signal of the radiation 200-2. For example, 140keV
Since the crystal thickness required to detect 80% of the γ-rays is about 6 mm, the detection capability of 140 keV γ-rays can be increased by stacking two detector units consisting of 3 mm crystals. %
Can be increased.

【0026】一方、半導体放射線検出器1000のエネルギ
ー分解能についてみると、2つの検出器単位1000-1、10
00-2が並列の関係にあるので、理論的には各検出器単位
のエネルギー分解能と等しくなる。現実の検出器では、
検出器単位の結晶自体に起因する漏洩電流により、エネ
ルギー分解能が低下するので、積層した場合、この漏洩
電流によるエネルギー分解能低下が積層数加算される。
しかし一般的に漏洩電流によるエネルギー分解能低下
は、結晶の電極面に相当する断面積が10mm2程度までの
範囲では約0.5%(0.6keV)以下であり、本発明による
エネルギー分解能の改善効果に比較して十分に小さい。
On the other hand, regarding the energy resolution of the semiconductor radiation detector 1000, two detector units 1000-1 and 1000-1
Since 00-2 is in a parallel relationship, it is theoretically equal to the energy resolution of each detector unit. In a real detector,
Since the energy resolution is reduced by the leakage current caused by the crystal itself in the detector unit, when the layers are stacked, the energy resolution reduction due to the leakage current is added to the number of layers.
But energy resolution degradation due to commonly leakage currents, cross-sectional area corresponding to the electrode surface of the crystals is in the range of up to about 10 mm 2 or less to about 0.5% (0.6 keV), compared to the effect of improving the energy resolution according to the present invention And small enough.

【0027】図2(b)は、図5(b)と同じCdZnTee
の140keVのγ線に対するエネルギー分解能と結晶厚さの
関係を示したものであり、結晶単位の厚さが2mmの場
合、そのエネルギー分解能は4.7%である(220-1)。こ
の結晶の厚さが2倍(4mm)になるとエネルギー分解能
は6.4%となるが、2mmの結晶を積層した本発明の構成
では漏洩電流によるエネルギー分解能低下分を考慮して
もエネルギー分解能は5.2%であり、1.2%の改善効果が
得られたことになる。同様に結晶の厚さが5mmである検
出器を例にすると(220-2)、そのエネルギー分解能は
7.2%であり結晶の厚さを10mmにした場合には9.7%に低
下するが、検出器を2枚積層した場合には7.7%とな
り、2.0%の改善効果が得られることになる。
FIG. 2B shows the same CdZnTee as FIG. 5B.
This figure shows the relationship between the energy resolution for 140 keV gamma rays and the crystal thickness. When the thickness of a crystal unit is 2 mm, the energy resolution is 4.7% (220-1). When the thickness of this crystal is doubled (4 mm), the energy resolution becomes 6.4%. However, in the configuration of the present invention in which 2 mm crystals are stacked, the energy resolution is 5.2% even when the energy resolution decrease due to leakage current is taken into consideration. This means that an improvement effect of 1.2% was obtained. Similarly, taking a detector with a crystal thickness of 5 mm as an example (220-2), its energy resolution is
This is 7.2%, which is reduced to 9.7% when the thickness of the crystal is set to 10 mm. However, when two detectors are stacked, it becomes 7.7%, and an improvement effect of 2.0% can be obtained.

【0028】このように複数の検出器単位を並列接続と
なるように積層することにより、エネルギー分解能の低
下を最小にして、エネルギー検出効率を積層数倍向上さ
せることができる。
As described above, by stacking a plurality of detector units so as to be connected in parallel, a decrease in energy resolution can be minimized, and the energy detection efficiency can be improved by the number of layers.

【0029】尚、放射線の入射方向が積層を横断する方
向であることを前提にすると、結晶100を除く陰極103、
電荷収集電極104、導電材106およびスペーサ電極105の
各層の厚さは放射線の不要な吸収と散乱によるエネルギ
ー分解能の低下を最小限にするために各層の目的を果た
すに必要な最小値、例えば100μm程度が望ましい。
Assuming that the incident direction of the radiation is the direction traversing the stack, the cathode 103 except the crystal 100,
The thickness of each layer of the charge collecting electrode 104, the conductive material 106, and the spacer electrode 105 is the minimum value required to fulfill the purpose of each layer in order to minimize the reduction in energy resolution due to unnecessary absorption and scattering of radiation, for example, 100 μm A degree is desirable.

【0030】図示する実施例では、検出器単位を2つ積
層する場合を示したが、積層数nは2以上であっても同
様の効果を得ることができる。この場合、漏洩電流によ
るエネルギー分解能を引き下げる効果はn倍になるの
で、積層数nの値は2〜4の範囲が実用的である。
In the illustrated embodiment, the case where two detector units are stacked is shown, but the same effect can be obtained even if the number n of stacked units is two or more. In this case, the effect of lowering the energy resolution due to the leakage current becomes n times, so that the value of the number n of layers is practically in the range of 2 to 4.

【0031】この第1の実施例は放射線のエネルギース
ペクトル解析を目的にする半導体放射線検出器(単独検
出器)として好適である。またこの実施例の半導体放射
線検出器を2次元配列型検出器の1単位としてこれをマ
トリックス状に配列し2次元配列型検出器を構成するこ
とも可能である。
The first embodiment is suitable as a semiconductor radiation detector (single detector) for analyzing the energy spectrum of radiation. Further, it is also possible to configure the semiconductor radiation detector of this embodiment as one unit of a two-dimensional array type detector and arrange them in a matrix to form a two-dimensional array type detector.

【0032】図3は本発明の第2の実施例による半導体
放射線検出器を示す図である。この半導体放射線検出器
3000は、2つの検出器単位3000-1、3000-2をスペーサ電
極3003を挟んで積層した構造は図1の実施例と同様であ
るが、ここでは各検出器単位はマトリックス構造を有す
る2次元検出器であり、放射線像などの放射線強度の2
次元情報の検出に用いられる。
FIG. 3 is a view showing a semiconductor radiation detector according to a second embodiment of the present invention. This semiconductor radiation detector
The 3000 has the same structure as the embodiment of FIG. 1 in which two detector units 3000-1 and 3000-2 are laminated with a spacer electrode 3003 interposed therebetween. Here, each detector unit has a two-dimensional matrix structure. It is a detector and has a radiation intensity of 2 such as a radiation image.
Used for detecting dimensional information.

【0033】このマトリックス構造の検出器単位は、マ
トリックス全体を纏める大きさを持つ平板状の結晶100
の一面ほぼ全面に陰極303が形成され、この面の裏面に
複数の電荷収集電極304がマトリクス状に形成されてお
り、マトリックスを構成する個々の要素は図1に示す1
つの検出器単位(1000-1、1000-2)と同様の構成を有し
ている。図では省略されているが陰極と各電荷収集電極
との間には図1(b)と同様にバイアス電圧が印加され
る。この2次元検出器では、各電荷収集電極304が陰極3
03に投影した幾何学的容積がそれぞれに独立した検出領
域となり、本検出器で撮像する放射線像の1画素に相当
する。従って検出器全体3000では、これらを積層方向に
重ねた容積が検出単位となる。
The detector unit having the matrix structure is a flat crystal 100 having a size that covers the entire matrix.
A cathode 303 is formed on substantially the entire surface of the substrate, and a plurality of charge collecting electrodes 304 are formed in a matrix on the back surface of the surface. Individual elements constituting the matrix are shown in FIG.
It has the same configuration as one detector unit (1000-1, 1000-2). Although omitted in the drawing, a bias voltage is applied between the cathode and each charge collecting electrode in the same manner as in FIG. 1B. In this two-dimensional detector, each charge collecting electrode 304 has a cathode 3
The geometric volumes projected on 03 become independent detection areas, and correspond to one pixel of the radiation image picked up by the present detector. Therefore, in the entire detector 3000, the volume of these stacked in the stacking direction is the unit of detection.

【0034】各検出器単位3000-1、3000-2は、各々の電
荷収集電極304を有する面を互いに内側に向けて配置さ
れている。
The detector units 3000-1 and 3000-2 are arranged such that the surfaces having the respective charge collecting electrodes 304 face inside each other.

【0035】スペーサ電極3003は、各電荷収集電極304
に接する面(表裏面)にそれぞれマトリックス構造の電
荷収集電極304に対応した配列の電極310-1、310-2が形
成され且つ対応する配列位置にある電極どうしが電気的
に接続された構造を有する。このようなスペーサ電極30
03は、例えば内部にリードパターンを設けた薄板状或い
は薄膜状の絶縁材305の両面に電荷収集電極304と同じ電
極配列のスペーサ電極310-1と310-2を設けるとともに、
対応する位置のスペーサ電極どうしをスルーホール311
で電気的に導通することにより形成する。スペーサ電極
3003と各検出器単位3000-1、3000-2は、図1の実施例と
同様に、電荷収集電極304またはスペーサ電極310-1及び
310-2に予め塗布された導電材320を挟んで密着される。
内部のリードパターンは、個々のスペーサ電極310-1、3
10-2を対応する電極リード312に電気的に接続する。こ
れにより電荷収集電極304の各々要素からの出力信号を
各電極リード311から取り出すことができる。
The spacer electrode 3003 is connected to each charge collecting electrode 304
The electrodes 310-1 and 310-2 are arranged on the surfaces (front and back) in contact with the charge collection electrodes 304 having a matrix structure, respectively, and the electrodes at the corresponding arrangement positions are electrically connected to each other. Have. Such a spacer electrode 30
03, for example, while providing a spacer electrode 310-1 and 310-2 of the same electrode arrangement as the charge collection electrode 304 on both sides of the thin or thin insulating material 305 provided with a lead pattern inside,
Insert through holes 311 between corresponding spacer electrodes.
It is formed by electrically conducting with the above. Spacer electrode
3003 and each of the detector units 3000-1 and 3000-2 are similar to the embodiment of FIG.
The conductive material 320 pre-applied to 310-2 is sandwiched therebetween.
The internal lead pattern is made up of individual spacer electrodes 310-1, 3
10-2 is electrically connected to the corresponding electrode lead 312. Thus, an output signal from each element of the charge collecting electrode 304 can be extracted from each electrode lead 311.

【0036】このような構成の半導体放射線検出器は、
2つの検出器単位3000-1および3000-2の各電荷収集電極
304が電気的には並列結合され、且つ放射線の検出に対
してはカスケードに繋がっているので、比較的に高いエ
ネルギーのX線またはγ線に対して検出感度を高めるこ
とができ、しかも高いエネルギー分解能を有する2次元
配列検出器を得ることができる。
The semiconductor radiation detector having such a configuration is as follows.
Each charge collection electrode of two detector units 3000-1 and 3000-2
Since 304 is electrically coupled in parallel and connected in cascade for radiation detection, the detection sensitivity can be increased for relatively high energy X-rays or γ-rays, and high energy A two-dimensional array detector having a resolution can be obtained.

【0037】図4は本発明の第3の実施例による半導体
放射線検出器4000を示す図である。図4に示す実施例に
おいて、各検出器単位の構成は図3の検出器単位3000-
1、3000-2と同様の2次元配列検出器であり、半導体結
晶100の一方の面に陰極303が形成され、その反対側の面
にマトリクス状に配列した電荷収集電極304が形成され
ている。この実施例では、放射線像のきめの細かさを決
める画素数を増す目的で、結晶100-1及び100-2の単位面
積当たりの電荷収集電極304の数が図3の半導体放射線
検出器3000より増加しているが、個々の要素の基本的な
構成は図3及び図1(b)の検出器と同様であり、図3の
検出器単位と対応する要素は図3と同じ符号で示してい
る。
FIG. 4 is a diagram showing a semiconductor radiation detector 4000 according to a third embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 4, the configuration of each detector unit is the same as that of the detector unit 3000-3000 shown in FIG.
1, a two-dimensional array detector similar to 3000-2, in which a cathode 303 is formed on one surface of a semiconductor crystal 100, and charge collecting electrodes 304 arranged in a matrix are formed on the opposite surface. . In this embodiment, the number of charge collecting electrodes 304 per unit area of the crystals 100-1 and 100-2 is set to be larger than that of the semiconductor radiation detector 3000 in FIG. 3 in order to increase the number of pixels that determine the fineness of the radiation image. Although increasing, the basic configuration of each element is the same as that of the detector of FIG. 3 and FIG. 1 (b), and the elements corresponding to the detector unit of FIG. I have.

【0038】この実施例の半導体放射線検出器4000は、
これら検出器単位の陰極303どうしが向合うように積層
され、電荷収集電極304は各々外側に向けて配置されて
いる。陰極303は連続した1つの層のみからなるので、
図3の実施例で用いたようなスペーサ電極は不要であ
り、単に陰極303どうしを導電材で接着することにより
積層する。
The semiconductor radiation detector 4000 of this embodiment is
The cathodes 303 of these detector units are stacked so as to face each other, and the charge collecting electrodes 304 are arranged outward. Since the cathode 303 consists of only one continuous layer,
The spacer electrode as used in the embodiment of FIG. 3 is unnecessary, and the cathodes 303 are simply laminated by bonding with a conductive material.

【0039】一方、これら2つの検出器単位を電気的に
並列接続する接続手段として、マトリクス状の電荷収集
電極304と同じ電極配列を持つ電極シート405が用いられ
る。この電極シート405は、例えば同図(b)に示すよ
うに柔軟性をもつポリイミド樹脂シートなどの絶縁シー
ト406の一面に電荷収集電極304と同じ電極配列を持つス
ペース電極310を2組形成したもので、この電極シート4
05は、そのスペース電極310の組がそれぞれ外側に向け
て配置され電荷収集電極304に接続されるように、配置
される。このとき同じ位置関係にある表裏の電荷収集電
極304が電気的に接続されるように、各組の対応するス
ペース電極310どうしが電気的に接続されている。この
スペース電極どうしの接続は例えば銅などの導電材で構
成されるスルーホール311とストリップ312ではかること
ができる。
On the other hand, as a connecting means for electrically connecting these two detector units in parallel, an electrode sheet 405 having the same electrode arrangement as the matrix-like charge collecting electrodes 304 is used. The electrode sheet 405 is formed by forming two sets of space electrodes 310 having the same electrode arrangement as the charge collecting electrodes 304 on one surface of an insulating sheet 406 such as a flexible polyimide resin sheet as shown in FIG. And this electrode sheet 4
05 is arranged such that the sets of space electrodes 310 are respectively arranged outward and connected to the charge collecting electrodes 304. At this time, the corresponding space electrodes 310 of each set are electrically connected so that the front and back charge collection electrodes 304 having the same positional relationship are electrically connected. The connection between the space electrodes can be established by a through hole 311 and a strip 312 made of a conductive material such as copper.

【0040】この電極シート405のスペース電極310と対
応する電荷収集電極304とを接着性と導電性を併せもつ
導電材を介して電気的に接続することにより、一体構造
に接合し、半導体放射線検出器4000を形成することがで
きる。
By electrically connecting the space electrode 310 of the electrode sheet 405 and the corresponding charge collecting electrode 304 via a conductive material having both adhesiveness and conductivity, the space electrode 310 and the charge collecting electrode 304 are joined to form an integral structure, thereby enabling semiconductor radiation detection. The vessel 4000 can be formed.

【0041】この実施例の半導体放射線検出器4000も、
エネルギー検出感度及びエネルギー分解能の点で図3に
示す検出器3000と同様の効果が得られ、更にこの検出器
4000は側面に信号引き出し電極或いはリード等の飛び出
し部分を持たないために、複数を側面方向に密接して並
べることができ、これにより大面積の2次元配列検出器
を得ることができる。或いは図3に示す積層構造と図4
に積層構造を組合せて多層構造の半導体放射線検出器を
構成することも可能である。
The semiconductor radiation detector 4000 of this embodiment is also
The same effect as the detector 3000 shown in FIG. 3 can be obtained in terms of energy detection sensitivity and energy resolution.
Since the 4000 does not have a protruding portion such as a signal extraction electrode or a lead on the side surface, a plurality of the 4000s can be closely arranged in the side direction, whereby a large-area two-dimensional array detector can be obtained. Alternatively, the laminated structure shown in FIG.
It is also possible to configure a semiconductor radiation detector having a multilayer structure by combining a multilayer structure with the above.

【0042】以上、本発明の半導体検出器の基本的な単
位とマトリクス状に配列した実施例を説明したが、本発
明はこれらに限定されず種々の変更が可能である。例え
ば2次元配列における検出器回路構成を簡略化するため
に、電荷収集電極を行或いは列状に配列し、陰極をこれ
と直交する列或いは行状の配列とすることもできる。こ
のような実施例を図6に示す。
Although the embodiments in which the basic units of the semiconductor detector of the present invention and the semiconductor detector of the present invention are arranged in a matrix have been described, the present invention is not limited to these, and various modifications are possible. For example, in order to simplify the detector circuit configuration in a two-dimensional array, the charge collecting electrodes may be arranged in rows or columns, and the cathodes may be arranged in columns or rows orthogonal thereto. Such an embodiment is shown in FIG.

【0043】図6に示す半導体放射線検出器6000もまた
2つの検出器単位6000-1、6000-2を積層した構造を有し
ており、各検出器単位6000-1、6000-2はそれぞれ半導体
結晶100の両面に陰極603と電荷収集電極604を形成した
構造を有する2次元配列型の放射線検出器である。陰極
603と電荷収集電極604はともに長方形の複数の電極に区
分され、これら複数の電極は行または列に配列してい
る。陰極603と電荷収集電極604との配列方向は直交して
おり、一つの検出器単位についてみると、一つの長方形
の電荷収集電極604-1を陰極603-1に投影した幾何学的容
積と、一つの電荷収集電極604-1を陰極603-1に投影した
幾何学的容積との重なる部分の容積が検出器単位とな
り、この検出器単位で撮像する放射線像の1画素に相当
する。従って検出器全体6000では、これらを重ねた容積
が検出単位となる。
The semiconductor radiation detector 6000 shown in FIG. 6 also has a structure in which two detector units 6000-1 and 6000-2 are stacked, and each of the detector units 6000-1 and 6000-2 is a semiconductor. This is a two-dimensional array type radiation detector having a structure in which a cathode 603 and a charge collection electrode 604 are formed on both surfaces of a crystal 100. cathode
Both the 603 and the charge collecting electrode 604 are divided into a plurality of rectangular electrodes, and the plurality of electrodes are arranged in rows or columns. The arrangement direction of the cathode 603 and the charge collection electrode 604 are orthogonal, and when viewed from one detector unit, the geometric volume obtained by projecting one rectangular charge collection electrode 604-1 on the cathode 603-1, The volume of a portion that overlaps with the geometric volume of one charge collection electrode 604-1 projected on the cathode 603-1 is a detector unit, and corresponds to one pixel of a radiation image captured by the detector unit. Therefore, in the entire detector 6000, a volume in which these are overlapped is a detection unit.

【0044】この実施例では、各検出器単位6000-1、60
00-2は、陰極603-1、603-2が形成された面が向合い、且
つ同じ位置関係にある陰極どうしが重なるように積層さ
れる。各検出器単位6000-1、6000-2の電荷収集電極304
は互いに平行であって且つ各々外側に向けて配置されて
いる。各検出器単位の陰極どうしは、単に導電材で機械
的且つ電気的接続を得るようにしてもよいが、図示する
実施例では、両面にスペース電極310が形成された電極
シート6003を用いて対向する陰極603-1と603-2を電気的
に且つ機戒的に接合している。この電極シート6003は、
例えば絶縁シート606の表裏両面に陰極の行(列)配列
と同じ配列の複数のスペース電極310を形成すると共に
これら表裏の対応するスペース電極310をスペース電極
端部310-1により電気的に接続することにより構成さ
れ、図示しない接着性と導電性を合わせ持つ導電材を介
して2つの検出器単位6000-1、6000-2と一体構造に接合
される。
In this embodiment, each detector unit 6000-1, 60
00-2 is stacked so that the surfaces on which the cathodes 603-1 and 603-2 are formed face each other and the cathodes having the same positional relationship overlap each other. Charge collection electrode 304 for each detector unit 6000-1 and 6000-2
Are arranged parallel to one another and each facing outward. The cathodes of each detector unit may be simply mechanically and electrically connected by a conductive material, but in the illustrated embodiment, they are opposed to each other by using an electrode sheet 6003 having a space electrode 310 formed on both surfaces. The cathodes 603-1 and 603-2 are electrically and cautiously joined. This electrode sheet 6003
For example, a plurality of space electrodes 310 having the same arrangement as the row (column) arrangement of the cathodes are formed on both the front and back surfaces of the insulating sheet 606, and the corresponding space electrodes 310 on the front and back are electrically connected by the space electrode end portions 310-1. And is integrally joined to the two detector units 6000-1 and 6000-2 via a conductive material having both adhesiveness and conductivity (not shown).

【0045】一方、各検出器単位6000-1、6000-2の電荷
収集電極604-1、604-2は、同図(b)に示すような電極シ
ート6004によって電気的に接続される。この電極シート
6004は、図4に示した半導体放射線検出器400の電極シ
ート405と同じ機能を有し、絶縁シート406と、電荷収集
電極604と同じ配列を持つスペース電極311と、ストリッ
プ312とからなる。ストリップ312は、各スペース電極31
1と対応する配列位置にある各検出器単位の電荷収集電
極604とを繋ぐ導電性のものである。
On the other hand, the charge collecting electrodes 604-1 and 604-2 of each of the detector units 6000-1 and 6000-2 are electrically connected by an electrode sheet 6004 as shown in FIG. This electrode sheet
Reference numeral 6004 has the same function as the electrode sheet 405 of the semiconductor radiation detector 400 shown in FIG. 4, and includes an insulating sheet 406, space electrodes 311 having the same arrangement as the charge collecting electrodes 604, and strips 312. The strip 312 is connected to each space electrode 31
This is a conductive material that connects 1 to the charge collection electrode 604 of each detector unit at the corresponding array position.

【0046】この構造の半導体放射線検出器6000の等価
回路を図7に示す。図示するように2つの検出器単位の
各陰極603-1、603-2はそれぞれスペース電極310によっ
て接続されるとともに列信号702を引出す回路に接続さ
れている。一方、各電荷収集電極604-1、604-2はそれぞ
れスペース電極311及びストリップ312によって接続され
るとともに行信号701を引出す回路に接続されている。
また各電荷収集電極604-1、604-2には抵抗Ra712を介し
てバイアス電源714よりバイアス電圧+Vbが印加される。
また各陰極に対しては抵抗Rd713を介した接地によりバ
イアスが印加される。
FIG. 7 shows an equivalent circuit of the semiconductor radiation detector 6000 having this structure. As shown, the cathodes 603-1 and 603-2 of the two detector units are connected by a space electrode 310 and also connected to a circuit for extracting a column signal 702. On the other hand, the charge collecting electrodes 604-1 and 604-2 are connected by a space electrode 311 and a strip 312, respectively, and are also connected to a circuit for extracting a row signal 701.
A bias voltage + Vb is applied to each of the charge collecting electrodes 604-1 and 604-2 from a bias power supply 714 via a resistor Ra712.
A bias is applied to each cathode by grounding via a resistor Rd713.

【0047】この半導体放射線検出器7000では、放射線
の入射位置が、k行目の電荷収集電極とj番目の陰極が
交差するところであった場合に、k番目の行信号701と
j番目の列信号702の信号値が最大となることにより、
放射線の入射位置がわかる。このような行信号と列信号
との信号計算から2次元の位置情報を得ることができ
る。
In the semiconductor radiation detector 7000, when the radiation incident position is where the charge collection electrode on the k-th row intersects with the j-th cathode, the k-th row signal 701 and the j-th column signal By the signal value of 702 being maximum,
The position of incidence of radiation is known. Two-dimensional position information can be obtained from such signal calculation of the row signal and the column signal.

【0048】この実施例の半導体放射線検出器7000にお
いても、2つの検出器単位が電気的には並列結合され、
且つ放射線の検出に対してはカスケードに繋ぐことがで
きるので、図3、図4に示す検出器と同様の効果が得ら
れる。しかも検出器信号の読み出し回路数の少ない半導
体放射線検出器を実現できる。
Also in the semiconductor radiation detector 7000 of this embodiment, two detector units are electrically connected in parallel,
Further, since the detection of radiation can be connected to a cascade, the same effects as those of the detectors shown in FIGS. 3 and 4 can be obtained. Moreover, a semiconductor radiation detector having a small number of detector signal readout circuits can be realized.

【0049】尚、図6に示す実施例では陰極どうしを接
合した場合を示したが、電荷収集電極どうしを接合する
場合でも同様に構成することができ、同様の効果を得る
ことができる。また上述した全ての実施例において、積
層する検出器単位の結晶の厚さが等しい場合を示した
が、必ずしも検出器単位の厚さは等しい必要はなく、異
なる厚さの結晶を用いた検出器単位を積層してもよい。
Although the embodiment shown in FIG. 6 shows the case where the cathodes are joined together, the same configuration can be applied to the case where the charge collection electrodes are joined together, and the same effect can be obtained. Further, in all the above-described embodiments, the case where the thicknesses of the crystals of the stacked detector units are equal is shown, but the thicknesses of the detector units do not necessarily have to be equal, and the detectors using the crystals of different thicknesses are not necessarily required. Units may be stacked.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明によれば、比較的厚さの薄い結晶
を用いた半導体放射線検出器を単位として積層するとと
もに各検出器単位を電気的に並列接続することにより、
厚さの薄い結晶におけるエネルギー分解能の高さをほぼ
保持しながら、厚さ増加による効果、即ち放射線の検出
感度を高めることができる。これにより比較的高いエネ
ルギーの放射線を感度よく検出できる。また結晶厚さの
薄い範囲で優れたエネルギー分解能を発揮するCdTeやCd
ZnTe結晶等を用いて、エネルギー分解能と放射線の検出
感度を双方を改善した検出器を実現することができる。
According to the present invention, a semiconductor radiation detector using a crystal having a relatively small thickness is stacked as a unit, and each detector unit is electrically connected in parallel.
The effect of increasing the thickness, that is, the radiation detection sensitivity, can be increased while maintaining a high level of energy resolution in a thin crystal. This makes it possible to detect radiation having relatively high energy with high sensitivity. In addition, CdTe and Cd exhibit excellent energy resolution in the range where the crystal thickness is small.
Using a ZnTe crystal or the like, it is possible to realize a detector with improved energy resolution and radiation detection sensitivity.

【0051】本発明の半導体放射線検出器は、結晶の電
極どうしが向い合うように積層するとともに放射線の入
射方向が結晶の電極形成面と直交するように配置したこ
とにより、特にX線やγ線等の放射線強度分布を2次元
で検出する半導体検出器の配列において、エネルギー分
解能と放射線の検出感度を向上させ、結果として解像度
の高い良質な画像を得ることができる。
The semiconductor radiation detector of the present invention has a structure in which X-rays and γ-rays are formed by stacking the crystal electrodes so that they face each other and arranging the radiation so as to be perpendicular to the electrode forming surface of the crystal. In an arrangement of semiconductor detectors for detecting radiation intensity distribution two-dimensionally, energy resolution and radiation detection sensitivity can be improved, and as a result, a high-quality image with high resolution can be obtained.

【0052】また本発明の半導体放射線検出器は、従来
の比較的に簡単な半導体加工技術と電子回路を有する機
器製造分野で一般的な回路印刷基板の製造技術と組立技
術の範囲で優れた半導体放射線検出器を得ることができ
る。
Further, the semiconductor radiation detector of the present invention is a semiconductor radiation detector which is excellent in the range of conventional circuit printing board manufacturing technology and assembly technology generally used in the field of manufacturing equipment having relatively simple semiconductor processing technology and electronic circuits. A radiation detector can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の半導体放射線検出器の1実施例を示
す図で、(a)は斜視図、(b)は断面図である。
FIG. 1 is a view showing one embodiment of a semiconductor radiation detector according to the present invention, wherein (a) is a perspective view and (b) is a sectional view.

【図2】 本発明の半導体放射線検出器の作用を説明す
る図で、(a)は検出器の結晶体積における放射線による
イオン化とその電荷の移動を説明する図、(b)は結晶の
厚さとエネルギー分解能の関係および積層時のエネルギ
ー分解能の改善効果を説明するグラフである。
2A and 2B are diagrams illustrating the operation of the semiconductor radiation detector according to the present invention. FIG. 2A is a diagram illustrating ionization by radiation in a crystal volume of the detector and transfer of its charge, and FIG. 6 is a graph illustrating the relationship between energy resolutions and the effect of improving energy resolution during stacking.

【図3】 本発明の2次元配列型の半導体放射線検出器
の1実施例を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing one embodiment of a two-dimensional array type semiconductor radiation detector of the present invention.

【図4】 本発明の2次元配列型の半導体放射線検出器
の他の実施例を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the two-dimensional array type semiconductor radiation detector of the present invention.

【図5】 半導体放射線検出器による放射線のエネルギ
ー分解能を説明する図で、(a)はエネルギースペクトル
の例を示す図、(b)は検出器の結晶厚さとエネルギー分
解能の関係の例を示すグラフである。
FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating energy resolution of radiation by a semiconductor radiation detector. FIG. 5A is a diagram illustrating an example of an energy spectrum, and FIG. 5B is a graph illustrating an example of a relationship between the crystal thickness of the detector and the energy resolution. It is.

【図6】 本発明の2次元配列型の半導体放射線検出器
の他の実施例を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the two-dimensional array type semiconductor radiation detector of the present invention.

【図7】 図6の半導体放射線検出器の等価回路を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit of the semiconductor radiation detector of FIG. 6;

【符号の説明】 100…結晶 103、303、603…陰極 104、304、604…電荷収集電極 105、310、3003…スペーサ電極(接続手段) 106、306…導電材 107…電極リード 110、714…バイアス電源 200…放射線 405、6003、6004…電極シート(接続手段) 1000、3000、4000、6000、7000…半導体放射線検出器[Description of References] 100: Crystals 103, 303, 603: Cathodes 104, 304, 604: Charge collecting electrodes 105, 310, 3003: Spacer electrodes (connection means) 106, 306: Conductive material 107: Electrode leads 110, 714 ... Bias power supply 200… Radiation 405, 6003, 6004… Electrode sheet (connection means) 1000, 3000, 4000, 6000, 7000… Semiconductor radiation detector

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】放射線の照射により電荷を生成する半導体
結晶と、結晶の第1の面に設けられた陰極と、前記結晶
の第2の面に設けられた電荷収集電極と、これら陰極及
び電荷収集極の間にバイアス電圧を印加する手段とを備
えた半導体放射線検出器単位を複数積層し、各陰極及び
電荷収集電極をそれぞれ電気的に並列接続したことを特
徴とする半導体放射線検出器。
1. A semiconductor crystal for generating electric charge by irradiation of radiation, a cathode provided on a first surface of the crystal, a charge collecting electrode provided on a second surface of the crystal, and a cathode and an electric charge. A semiconductor radiation detector comprising: a plurality of semiconductor radiation detector units each including a means for applying a bias voltage between collection electrodes; and stacking a plurality of units, and each of the cathodes and the charge collection electrodes are electrically connected in parallel.
【請求項2】前記半導体放射線検出器単位は、前記陰極
および前記電荷収集電極の少なくとも一方が複数の電極
を備え、放射線強度の2次元情報を検出するものである
ことを特徴とする請求項1記載の半導体放射線検出器。
2. The semiconductor radiation detector unit according to claim 1, wherein at least one of said cathode and said charge collection electrode includes a plurality of electrodes and detects two-dimensional information of radiation intensity. A semiconductor radiation detector as described in the above.
【請求項3】陰極どうし或いは電荷収集電極どうしを電
気的に接続する接続手段を備えたことを特徴とする請求
項1又は2記載の半導体放射線検出器。
3. The semiconductor radiation detector according to claim 1, further comprising connection means for electrically connecting the cathodes or the charge collection electrodes.
【請求項4】前記第1の面或いは第2の面が放射線の入
射面であることを特徴とする請求項1ないし3いずれか
1項記載の半導体放射線検出器。
4. The semiconductor radiation detector according to claim 1, wherein the first surface or the second surface is a radiation incident surface.
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