JP2001242255A - 放射線検出器および放射線撮像装置 - Google Patents

放射線検出器および放射線撮像装置

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film
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Abstract

(57)【要約】 大面積の放射線検出器および放射線撮像装置を提供す
る。 【課題】 【解決手段】 この発明の放射線検出器１の場合、Ｃｄ
Ｔｅの粉末材料の焼結体を用いて近接昇華法により多結
晶のＣｄＴｅ膜５ａが形成される。すなわち、このＣｄ
Ｔｅ膜５ａは短時間で放射線を捕捉するのに十分な膜厚
と、支持基板２のサイズに応じた大面積の膜として形成
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、医療分野、工業
分野、さらには原子力分野に使用される放射線検出器お
よび放射線撮像装置に係り、特に、この種の放射線検出
器などに備えられ放射線感応用の半導体膜であって、放
射線を直接にキャリア（電子−正孔対）に変換するもの
の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の放射線検出器は、検出対象の放射
線に感応して電子−正孔対であるキャリアを生成する半
導体膜をバイアス電極と検出電極とで挟み、これらの電
極間にバイアス電圧を印加することにより、半導体膜内
で生成されたキャリア（具体的には少数キャリア）を検
出電極から取り出すように構成されている。放射線感応
用の半導体膜としては、できるだけ放射線の変換効率の
良いものが望まれている。このような半導体膜として
は、キャリアのトラップや散乱などが少ない半導体単結
晶膜が好ましいとされており、特に室温動作が可能で高
感度であるという理由でＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅの単結
晶が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。すなわち、医療用分野などではＸ線検出用のイメ
ージインテンシファイアに代えて用いられる関係で、大
面積の放射線検出器が望まれているが、大面積の放射線
検出器に必要なＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅの単結晶の
半導体膜を得るのは非常に困難である。そのため、小面
積の結晶体をタイル状に貼り合わせるこにより大面積の
放射線検出器を構成することが提案されている。しか
し、小面積の単結晶をタイル状に貼り合わせて大面積の
放射線感応層を形成することは非常に煩雑で作業効率が
悪く、経済的でないという問題がある。また、結晶同士
を貼り合わせた繋ぎ目部分にキャリアが蓄積されないの
で、画像として出力した際に結晶を貼り合わせた繋ぎ目
部分が縦スジ・横スジとなって出現して画質を低下させ
るといった問題がある。
【０００４】さらに、Ｘ線などの放射線の捕捉効率を上
げるために放射線感応層を厚くすることが望まれている
が、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅの単結晶の成長速度は非常
に遅いので、必要な厚みの放射線感応層を形成するのに
長時間を必要とし、結果として放射線検出器の生産効率
が低くなるという問題点もある。
【０００５】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、大面積の放射線検出器および放射線
撮像装置を容易に実現することを主たる目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の発明は、バイアス電極と検出電極
との間に、検出対象の放射線に感応して電子−正孔対で
あるキャリアを生成する半導体膜が設けられ、前記バイ
アス電極と検出電極との間にバイアス電圧を印加するこ
とにより、前記半導体膜内で生成されたキャリアを前記
検出電極から取り出すように構成された放射線検出器に
おいて、前記半導体膜が、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウ
ム）からなる多結晶膜であることを特徴とする。
【０００７】請求項２に記載の発明は、バイアス電極と
検出電極との間に、検出対象の放射線に感応して電子−
正孔対であるキャリアを生成する半導体膜が設けられ、
前記バイアス電極と検出電極との間にバイアス電圧を印
加することにより、前記半導体膜内で生成されたキャリ
アを前記検出電極から取り出すように構成された放射線
検出器において、前記半導体膜が、ＣｄＺｎＴｅ（テル
ル化カドミウム亜鉛）からなる多結晶膜であることを特
徴とする。
【０００８】請求項３に記載の発明は、バイアス電極と
検出電極との間に、検出対象の放射線に感応して電子−
正孔対であるキャリアを生成する半導体膜が設けられ、
前記バイアス電極と検出電極との間にバイアス電圧を印
加することにより、前記半導体膜内で生成されたキャリ
アを前記検出電極から取り出すように構成された放射線
検出器において、前記半導体膜が、ＣｄＴｅ（テルル化
カドミウム）からなる多結晶膜と、ＣｄＺｎＴｅ（テル
ル化カドミウム亜鉛）からなる多結晶膜とを積層して形
成されたものであることを特徴とする。
【０００９】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の放射線検出器において、前記半導体膜が、放射線の入
射側にＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）からな
る多結晶膜が配置されている。
【００１０】請求項５に記載の発明は、請求項３に記載
の放射線検出器において、前記半導体膜は、放射線の入
射側にＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）からなる多結晶
膜が配置されている。
【００１１】請求項６に記載の発明は、請求項１、およ
び請求項３ないし５のいずれかに記載の放射線検出器に
おいて、前記ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）からなる
多結晶膜が、ＣｄＴｅの粉末材料の焼結体を減圧下で加
熱して昇華させることにより形成されたものである。
【００１２】請求項７に記載の発明は、請求項２ないし
５のいずれかに記載の放射線検出器において、前記Ｃｄ
ＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）からなる多結晶膜
が、ＣｄＴｅの粉末材料とＺｎＴｅの粉末材料との混合
焼結体を減圧下で加熱して昇華させることにより形成さ
れたものである。
【００１３】請求項８に記載の発明は、請求項２ないし
５のいずれかに記載の放射線検出器において、前記Ｃｄ
ＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）からなる多結晶膜
が、ＣｄＴｅの粉末材料とＺｎの粉末材料との混合焼結
体を減圧下で加熱して昇華させることにより形成された
ものである。
【００１４】請求項９に記載の発明は、請求項１ないし
８のいずれかに記載の放射線検出器において、バイアス
電極と半導体膜との間、および半導体と検出電極との間
の少なくともいずれか一方に、半導体膜へのキャリアの
注入を阻止するキャリア注入阻止層が形成されている。
【００１５】請求項１０に記載の発明は、請求項９に記
載の放射線検出器において、前記キャリア注入阻止層
が、前記半導体膜との間にヘテロ接合を作るｎ型または
ｐ型の半導体層である。
【００１６】請求項１１に記載の発明は、請求項９に記
載の放射線検出器において、前記キャリア注入阻止層
が、前記半導体膜との界面にショットキー障壁を作る材
料で形成されている。
【００１７】請求項１２に記載の発明は、請求項１ない
し１１のいずれかに記載の放射線検出器において、前記
検出電極が、それぞれ分離して１次元または２次元状に
配置されており、前記バイアス電極が、共通使用される
単一の電極である。
【００１８】請求項１３に記載の発明は、請求項１２に
記載の放射線検出器と、前記各検出電極に個別に接続さ
れた複数個の電荷蓄積容量と、前記各電荷蓄積容量に個
別に接続された電荷読み出し用の複数個のスイッチング
素子を含むスイッチングマトリックス基板とを備えたこ
とを特徴とする。
【００１９】
【作用】この発明の作用は次のとおりである。すなわ
ち、請求項１の発明の放射線検出器では、バイアス電極
と検出電極との間に、検出対象の放射線に感応して電子
−正孔対であるキャリアを生成する半導体膜にＣｄＴｅ
からなる多結晶膜を用いることで半導体膜の大面積化が
図られるとともに、放射線を捕捉するのに十分な膜厚が
形成される。
【００２０】請求項２の発明の放射線検出器では、バイ
アス電極と検出電極との間に、検出対象の放射線に感応
して電子−正孔対であるキャリアを生成する半導体膜に
ＣｄＺｎＴｅからなる多結晶膜を用いることで半導体膜
の大面積化が図られるとともに、放射線を捕捉するのに
十分な膜厚が形成される。さらに、ＣｄＺｎＴｅの多結
晶膜はＺｎがドープされた高抵抗であるので十分なバン
ドギャップ有することとなり、検出電極とバイアス電極
との間のリーク電流（漏れ電流）が抑制される。
【００２１】請求項３の発明の放射線検出器では、バイ
アス電極と検出電極との間に、検出対象の放射線に感応
して電子−正孔対であるキャリアを生成する半導体膜
が、ＣｄＴｅとＣｄＺｎＴｅの多結晶膜とから構成され
ている。前記ＣｄＴｅの多結晶膜は成膜レートが高いの
で短時間で大面積のものが可能で、かつ放射線を捕捉す
るのに十分な膜厚が形成される。また、前記ＣｄＺｎＴ
ｅの多結晶膜はＺｎがドープされた高抵抗であり、十分
なバンドギャップを有するのでリーク電流が抑制され
る。すなわち、半導体膜は、前記２種類の多結晶膜の積
層とすることで両方の特徴を兼ね備えた構造となり、さ
らに高感度な検出結果を得られる。
【００２２】請求項４の発明の放射線検出器では、前記
請求項３に記載の半導体膜の構成を、放射線の入射側に
高抵抗のＣｄＺｎＴｅの多結晶膜を設けることにより、
検出電極とバイアス電極との間の縦方向のリーク電流が
抑制される。その結果、この放射線検出器を用いると、
ダイナミックレンジが拡大し、濃度分解能の大きな画像
情報を得られる。
【００２３】請求項５の発明の放射線検出器では、前記
請求項３に記載の半導体膜の構成が、放射線の入射側と
は反対の検出電極側に高抵抗のＣｄＺｎＴｅの多結晶膜
を設けられた構成とされている。この放射線検出器の検
出電極を１次元または２次元状に配置した場合、隣接す
る検出電極間のリーク電流が抑制される。その結果、こ
の放射線検出器を用いて放射線撮像装置として使用し画
像出力すると、空間分解能の上げられた解像度の高い画
像情報が得られる。
【００２４】請求項６の発明の放射線検出器では、Ｃｄ
Ｔｅの粉末材料の焼結体を減圧下で加熱して昇華させる
ことにより短時間で容易に大面積、かつ十分な膜厚を有
するＣｄＴｅの多結晶膜が形成される。
【００２５】請求項７の発明の放射線検出器ではＣｄＴ
ｅの粉末材料とＺｎＴｅの粉末材料との混合焼結体を、
請求項８の放射線検出器ではＣｄＴｅの粉末材料とＺｎ
の粉末材料との混合焼結体を、それぞれ減圧下で加熱し
て昇華させることにより、短時間で容易に大面積、かつ
十分な膜厚を有するとともに、高抵抗で十分なバンドギ
ャップを有するＣｄＺｎＴｅの多結晶膜が形成される。
【００２６】請求項９の発明の放射線検出器では、バイ
アス電極と半導体膜との間、および半導体膜と検出電極
との間の少なくともいずれか一方に、半導体膜へのキャ
リアの注入を阻止するキャリア注入阻止層が形成されて
いるので、前記バイアス電極に電圧が印加されると感度
に寄与しない漏れキャリアの注入が阻止される。すなわ
ち、Ｓ／Ｎ比の高い検出結果が得られる。また、キャリ
ア注入阻止層をバイアス電極側および検出電極側の両方
に設けることにより、完全に外部からのキャリアの注入
を阻止し、半導体膜内で生成された純粋なキャリアのみ
が検出され、さらにＳ／Ｎ比の向上を図ることができ
る。
【００２７】請求項１０の発明の放射線検出器では、前
記請求項９のキャリア注入阻止層と半導体膜との間にヘ
テロ接合を作るｎ型またはｐ型の半導体層を用いること
により、バイアス電極に電圧が印加されて半導体膜内で
生成されたキャリア以外のキャリアが外部から半導体膜
内へ注入しないように阻止する。
【００２８】請求項１１の発明の放射線検出器では、シ
ョットキー障壁を形成する材料を用いて半導体膜と接触
させることにより、前記材料と半導体膜との界面にショ
ットキー障壁が形成される。その結果、半導体膜に外部
からのキャリアが注入されないように阻止される。
【００２９】請求項１２の発明の放射線検出器では、検
出電極を分離して１次元または２次元状に配置すること
により、１次元または２次元の放射線検出器が実現され
る。
【００３０】請求項１３の発明の放射線撮像装置は、請
求項１２に記載の放射線検出器の検出電極に個別に接続
された複数個の電荷蓄積容量と、前記各電荷蓄積容量に
個別に接続された電荷読み出し用の複数個のスイッチン
グ素子を含むスイッチングマトリックス基板とを備えた
構成とすることにより、１次元または２次元の放射線撮
像装置が得られる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
第１実施例の構成および機能について説明する。図１
は、この発明に係る放射線検出器の第１実施例の構成を
示す断面図である。
【００３２】放射線検出器１は、大きく分けて放射線入
射側から順にガラス基板２（支持基板）と、その表面
（図１では下面）に形成されたバイアス電圧印加用の共
通電極３と、共通電極３の表面側（図１では下面）に形
成された正孔注入阻止層４と、検出対象の放射線に感応
して電子−正孔対であるキャリアを生成する半導体膜５
と、この半導体膜５の表面（図１では下面）に形成され
た電子注入阻止層６と、この電子注入阻止層６の表面
（図１では下面）に形成されたキャリア収集用の検出電
極７とが積層形成された構成となっている。この実施例
の放射線検出器１の場合、検出対象の放射線はガラス基
板２の共通電極３側から入射する構成となっており、共
通電極３に＋（プラス）のバイアス電圧が印加されるも
のとする。共通電極３はこの発明におけるバイアス電極
に相当する。また、前記正孔注入阻止層４と電子注入阻
止層６とはこの発明のキャリア注入阻止層に相当する。
【００３３】支持基板２は、ガラス以外に、例えば、セ
ラミック（Ａｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮ）、シリコンなども挙げ
られる。
【００３４】共通電極３や検出電極７は、例えばＩＴＯ
（インジウム錫酸化物）や、ＡｕあるいはＰｔなどの導
電材料からなる。正孔注入阻止層４としては、ｎ型層を
形成するＣｄＳ（硫化カドミウム）膜などが挙げられ
る。また、電子注入阻止層６はｐ型層を形成するＳｂ2
Ｔｅ3 （テルル化アンチモン）、Ｓｂ2 Ｓ3 （硫化アン
チモン）などが挙げられる。
【００３５】そして、実施例の場合、半導体膜５は、Ｃ
ｄＴｅの粉末材料の焼結体をガラス基板２に近接配置
し、減圧下で加熱して昇華させることにより形成された
半導体多結晶膜のＣｄＴｅ膜５ｂである。すなわち、こ
のＣｄＴｅ膜５ｂは、上述した成膜法（以下、「近接昇
華法」という。）により形成されるので短時間に大面積
のＣｄＴｅ膜５ｂを形成するとともに、放射線を捕捉す
るのに十分な膜厚を備えている。なお、この実施例のＣ
ｄＴｅ膜５ｂの場合、厚みは例えば数１００μｍ前後で
ある。
【００３６】また、成膜方法は近接昇華法に限られずに
スパッタリング、ＣＶＤ、化学堆積方法などであっても
よい。
【００３７】次にこの実施例の放射線検出器の動作につ
いて説明する。実施例の放射線検出器１の場合、図１に
示すように、共通電極３に＋（プラス）のバイアス電圧
が印加される。検出対象の放射線がガラス基板２の上側
からＣｄＴｅ膜５ｂに入射するのに伴ってｉ型（真性）
の半導体構造を有するＣｄＴｅ膜５ｂでは電子−正孔対
であるキャリアが生成される。
【００３８】また、検出電極７に対して共通電極３に＋
のバイアス電圧が印加されることにより、共通電極３側
に設けられたｎ型の正孔注入阻止層４、および検出電極
７側に設けられたｐ型の電子注入阻止層６がそれぞれ逆
バイアス状態になってＣｄＴｅ膜５ｂへの正孔および電
子の注入が阻止される。すなわち、実施例において、Ｃ
ｄＴｅ膜５ｂの内部で生成されるキャリア（電子）以外
の正孔および電子の注入を阻止するので、Ｓ／Ｎ比（信
号対雑音比）を高めることができる。
【００３９】また、前記正孔注入阻止層４において、Ｃ
ｄＳの材料を用いることによりｎ型の半導体層を形成す
るとともに、ＣｄＴｅ膜５ｂがｉ型の半導体層を形成し
ていることから正孔注入阻止層４と半導体層５とが良好
なヘテロ接合を形成する。また、検出電極７側の電子注
入阻止層６にもヘテロ接合を形成する上述した材料を用
いることによりｐ型の半導体層が形成されている。
【００４０】なお、キャリア注入阻止層は上述したヘテ
ロ接合を作る正孔注入阻止層４および電位注入阻止層６
に限らず、共通電極３と検出電極７のそれぞれがＣｄＴ
ｅ膜５ｂとの間でショットキー障壁を形成するＩＴＯ
（インジウム酸化錫）などの導電性材料で形成すること
により上述のキャリア注入阻止層を形成するものであっ
てもよい。
【００４１】第２実施例 この実施例において、先の第１実施例と異なる点は次の
通りである。すなわち、図１に示す放射線検出器１の半
導体膜５が、半導体多結晶膜であるＣｄＺｎＴｅとなっ
てる。
【００４２】実施例の場合、ＣｄＺｎＴｅ膜５ａは、Ｃ
ｄＴｅの粉末材料とＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）の粉末材
料の混合焼結体、またはＣｄＴｅの粉末材料とＺｎ（亜
鉛）の粉末材料の混合焼結体を用いて近接昇華法により
形成されたＣｄＺｎＴｅ膜５ａである。すなわち、近接
昇華法によれば短時間で大面積のＣｄＺｎＴｅ膜５ａを
形成することができるとともに、放射線を捕捉するのに
十分な膜厚を形成することができる。また、ＣｄＴｅに
ＺｎがドープされたＣｄＺｎＴｅ膜５ａは広いバンドギ
ャップを持つので高抵抗であり、共通電極３と検出電極
７との間のリーク電流、および検出電極７が１次元また
は２次元配列されている場合に、互いに隣接する検出電
極７間のリーク電流を、それぞれ抑制することができ
る。なお、ＣｄＺｎＴｅ膜５ａの場合、厚みは例えば数
１００μｍ前後である。
【００４３】なお、その他の構成および作用は、先の実
施例の場合と同様であるので、上記以外の説明を省略す
る。
【００４４】第３実施例 この実施例において、先の実施例と異なる点は次の通り
である。すなわち、図２に示すように、放射線検出器１
の半導体膜５が、放射線の入射側からＣｄＺｎＴｅ膜５
ａ、ＣｄＴｅ膜５ｂの順で積層された２層構造となって
いる。
【００４５】実施例の場合、前記２層構造の半導体膜５
は、ＣｄＴｅの粉末材料と、ＺｎＴｅまたはＺｎの粉末
材料との混合焼結体を用いて近接昇華法により形成され
た多結晶膜のＣｄＺｎＴｅ膜５ａと、ＣｄＴｅの粉末材
料の焼結体を用いて近接昇華法により形成された多結晶
膜のＣｄＴｅ膜５ｂとにより形成されている。
【００４６】前記２層構造の半導体膜５において、Ｃｄ
ＺｎＴｅ膜５ａは高抵抗であり、リーク電流が抑制され
る。一方のＣｄＴｅ膜５ｂは成膜レートが高いので短時
間で大面積、かつ放射線を捕捉するのに十分な膜厚が形
成されている。これら２種類の多結晶半導体膜を積層構
造とすることで両方の前記長所を兼ね備えている。さら
にこの実施例では、検出電極７と共通電極３との間のリ
ーク電流を抑制する。すなわち、リーク電流が少ないの
で微小な検出信号の識別が可能であり、ダイナミックレ
ンジの拡大された濃度分解能の大きな画像を得るのに適
した構造をしている。
【００４７】なお、ＣｄＺｎＴｅ膜５ａの厚みは、例え
ば、数μｍ〜数１０μｍ前後、ＣｄＴｅ膜５ｂの厚み
は、数１０μｍ〜数１００μｍ前後である。
【００４８】なお、その他の構成および作用は、先の実
施例の場合と同様であるので、上記以外の説明を省略す
る。
【００４９】第４実施例 この実施例において、図２に示した第３実施例と異なる
点は次の通りである。すなわち、放射線検出器１の半導
体膜５が、放射線の入射側から近接昇華法により形成さ
れた半導体多結晶膜のＣｄＴｅ膜５ｂ、ＣｄＺｎＴｅ膜
５ａの順で積層された２層構造となっている。
【００５０】通常、図２に示した第３の実施例と同様
に、検出電極７が分離されて１次元配列または２次元配
列になっている場合、隣接する検出電極７間のリーク電
流が発生しやすい。しかし、この実施例の場合、検出電
極７側に高抵抗のＣｄＺｎＴｅ膜５ａを設けることによ
り、隣接する検出電極７間のリーク電流を抑制する。す
なわち、この実施例の放射線検出器１を用いた放射線撮
像装置では、空間分解能が上げられた解像度の高い画像
情報が得られる。また、検出電極７と共通電極３間のリ
ーク電流も抑制できる。
【００５１】なお、その他の構成および作用は、先の実
施例の場合と同様であるので、上記以外の説明を省略す
る。
【００５２】実施例５ 次に、前記放射線検出器１を用いた放射線撮像装置の一
実施例について説明する。図３は放射線検出器１とスイ
ッチングマトリックス基板２０との合体状況を示した概
略図である。この実施例の放射線撮像装置では、上述の
各実施例ような放射線検出器１と、生成キャリアの蓄積
・読み出しを行なうスイッチングマトリックス基板２０
とが厚み方向に接合合体されており、放射線検出器１に
おいては入射した検出対象の放射線によってキャリアが
直接変換方式で生成されるとともに、スイッチングマト
リックス基板２０により素子別に収集されたキャリアが
各素子毎に蓄積されて電気信号として読み出されるよう
に構成されている。放射線検出器１については上述した
通りであるので、以下、スイッチングマトリックス基板
２０の各部の構成について具体的に説明する。
【００５３】スイッチングマトリックス基板２０は、図
４に示すように、検出素子１ａ（図１、図２参照）の各
々に対して電荷蓄容量であるコンデンサ２１と、スイッ
チング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２２とが
各１個ずつ設けられている。なお、図４では、説明の便
宜上、縦３×横３（画素）マトリックス構成で合計９個
分のマトリックス構成が示されているだけであるが、実
際の場合、支持器板２においては、必要画素に応じて縦
１０００〜３０００×横１０００〜３０００程度のマト
リックス構成で検出素子１ａが２次元配列されており、
また、スイッチングマトリックス基板２０においても、
画素数と同じ数のコンデンサ２１および薄膜トランジス
タ２２が、同様のマトリックス構成で２次元配列されて
いる。
【００５４】スイッチングマトリックス基板２０におけ
るコンデンサ２１および薄膜トランジスタ２２の具体的
構成は、図５に示す通りである。すなわち、絶縁性支持
基板（回路基板）２３の表面に形成されたコンデンサ２
１の接地側電極２１ａと薄膜トランジスタ２２のゲート
電極２２ａの上に絶縁膜２４を介してコンデンサ２１の
接続側電極２１ｂと薄膜トランジスタ２２のソース電極
２２ｂおよびドレイン電極２２ｃが積層形成されている
のに加え、最表面側が保護用の絶縁膜２５で覆われた状
態となっている。また接続側電極２１ｂとソース電極２
２ｂはひとつに繋がっており同時形成されている他、コ
ンデンサ２１の容量絶縁膜および薄膜トランジスタ２２
のゲート絶縁膜の両方を構成している絶縁膜２４として
は、例えば、プラズマＳｉＮ膜が用いられる。このスイ
ッチングマトリックス基板２０は、液晶表示用アクティ
ブマトリックス基板の作製に用いられるような薄膜形成
技術や微細加工技術を用いて製造される。
【００５５】また、検出電極７とコンデンサ２１の接続
側電極２１ｂを位置合わせした状態で両基板１、２０を
銀粒子などの導電性粒子を含み厚み方向のみに導電性を
有する異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を間にして加熱・
加圧接着して貼り合わせることで両基板１、２０が機械
的に合体されると同時に、検出電極７と接続側電極２１
ｂが介在導体部１４によって電気的に接続されている。
なお、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）の代わりに異方導
電性ペースト（ＡＣＰ）、パターニングした導電性フィ
ルムを用いてもよい。
【００５６】さらに、スイッチングマトリックス基板２
０には、読み出し駆動回路２６とゲート駆動回路２７と
が設けられている。読み出し駆動回路２６は、図４に示
すように、列が同一の薄膜トランジスタ２２のドレイン
電極を結ぶ縦（Ｙ）方向の読み出し配線（読み出しアド
レス線）２８に接続されており、ゲート駆動回路２７は
行が同一の薄膜トランジスタ２２のゲート電極を結ぶ横
（Ｘ）方向の読み出し線（ゲートアドレス線）２９に接
続されている。なお、図示しないが、読み出し駆動回路
２６内では、１本の読み出し配線２８に対してプリアン
プ（電荷−電圧変換器）が１個それぞれ接続されてい
る。このように、スイッチングマトリックス基板２０に
は、読み出し駆動回路２６とゲート駆動回路２７とが接
続されている。しかし、スイッチングマトリックス基板
２０内に読み出し駆動回路２６とゲート駆動回路２７と
を一体成型し、集積化を図ったものも用いられる。
【００５７】次に、上述の放射線検出器１と前記スイッ
チングマトリックス基板２０とを接合合体させた放射線
撮像装置による放射線検出動作を説明する。検出対象の
放射線がガラス基板２の上側から半導体膜５に入射する
のに伴って半導体膜５ではキャリアが生成される。次の
読み出しタイミングが来るまでは薄膜トランジスタ２２
はオフ（遮断）となっているので、生成キャリアはコン
デンサ２１に電荷として蓄積され続ける。
【００５８】スイッチングマトリックス基板２０の場
合、ゲ─ト駆動回路２７および読み出し駆動回路２６へ
読み出し用の走査信号が送り込まれることになる。各検
出素子１ａの特定は、Ｘ方向・Ｙ方向の配列に沿って各
検出素子１ａに順番に割り付けられているアドレス（例
えば０〜１０２３）に基づいて行なわれるので、取り出
し用の走査信号は、それぞれＸ方向またはＹ方向アドレ
スを指定する信号となる。
【００５９】Ｙ方向の走査信号に従ってゲート駆動回路
２７からＹ方向の読み出し配線２８に読み出し用の電圧
が印加されるに伴い、各素子１ａが行単位で選択され
る。そして、Ｘ方向の走査信号に従って読み出し駆動回
路２６が切替えられることにより、選択された行・列に
合致する検出素子（画素）１ａに対応する薄膜トランジ
スタ２２を介してコンデンサ２１に蓄積された電荷が、
読み出し駆動回路２６から順に電気信号（画素信号）と
して読み出される。読み出された画素信号は、適切な画
像処理が施された後、ＣＲＴや液晶あるいはＰＤＰなど
の表示装置に送られて２次元画像として表示される。
【００６０】続いて、各実施例の放射線検出器１を製造
する方法の一例である近接昇華法を、この発明の特徴で
ある半導体膜５のＣｄＴｅ膜５ｂの成膜を中心に説明す
る。ガラス基板２（支持基板）の表面に、スパッタリン
グ・蒸着などにより共通電極３および正孔注入阻止膜４
を積層形成する。なお、支持基板としては検出対象の放
射線の吸収の少ない基板が好ましい。
【００６１】次に、半導体５として近接昇華法によりＣ
ｄＴｅ膜５ｂを積層形成する。近接昇華法による成膜の
場合、図６に示すように、真空ポンプ３１により室内が
排気されて減圧雰囲気になるとともに、流路３２からキ
ャリアガスが室内に供給される蒸着チャンバー３０の内
に、半導体膜５用の原材料であるＣｄＴｅの粉末材料の
焼結体３３と、共通電極３および正孔注入阻止膜４が積
層されたガラス基板を面同士が対面するようにして設置
する。ＣｄＴｅの粉末材料の焼結体３３は、下部サセプ
タ３４に置かれ、その上にスペーサ３５を介してガラス
基板２が蒸着面を下に向けて置かれることになる。ガラ
ス基板２と焼結体３３との間隔は数ｍｍ程度に設定され
る。
【００６２】そして、上下のヒータ３６、３７によりＣ
ｄＴｅの粉末材料の焼結体３３を加熱すると、ＣｄＴｅ
の粉末材料の焼結体３３は液体を経ないで直に気体にな
る（昇華する）とともに、ガラス基板３の表面に付着し
て半導体多結晶膜の半導体層５を形成する。
【００６３】なお、成膜過程での設定温度範囲は、例え
ば、数百℃程度でＣｄＴｅ膜５ｂが積層形成される。
【００６４】ついで、ガラス基板２の表面の半導体膜５
の上にスパッタリング・蒸着などにより、電子注入阻止
層６用の半導体層を積層した後、パターンニングするこ
とにより、電子注入阻止層６を形成する。その後、引き
続きスパッタリング・蒸着などににより、検出電極７用
の金属膜を積層した後、パターンニングすることによ
り、検出電極７を形成して放射線検出器１を得る。
【００６５】そして、得られた放射線検出器１と別途作
製のスイッチングマトリックス基板２０とを異方導電性
フィルム（ＡＣＦ）などを用いて接合合体するこによ
り、２次元の放射線撮像装置が完成する。
【００６６】なお、ＣｄＺｎＴｅ膜５ａを近接昇華法に
より成膜する場合においても、焼結体の材料を代える他
は前記ＣｄＴｅ膜の成膜と同様である。
【００６７】しかし、ＣｄＺｎＴｅ膜の成膜において
は、膜中のＺｎの濃度を変えることにより特性が調整さ
れる。すなわち、放射線撮像装置の設計段階で放射線検
出器１とスイッチングマトリックス基板２０とを接合合
体させる場合に、コンデンサ２１、薄膜トランジスタ２
２などとの関係により発生するリーク電流を予め考慮し
て決められる。例えば、上述の実施例のリーク電流を抑
制させるなどの場合、Ｚｎの濃度は数％〜数十％程度の
範囲で調整される。
【００６８】また、半導体膜５が、ＣｄＴｅ膜５ｂとＣ
ｄＺｎＴｅ膜５ａとの２層構造を有する場合の成膜方法
においては、前記いずれかの単層の成膜を行なった後、
他方の成膜を行なう。
【００６９】以上のように、近接昇華法で半導体膜５を
生成すると放射線を捕捉するのに十分な膜厚をもつ大面
積の半導体層５が短時間で形成される。
【００７０】この発明は、上記実施例の形態に限られる
ことはなく、下記のように変形実施することができる。
【００７１】（１）実施例は１次元または２次元の放射
線検出器１であったが、この発明は検出素子１ａを１個
だけ設けた例えば数十センチ角の大面積の放射線検出器
であってもよい。
【００７２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１の発明の放射線検出器によれば、バイアス電極と検出
電極との間に、検出対象の放射線に感応して電子−正孔
対であるキャリアを生成する半導体膜にＣｄＴｅからな
る多結晶膜を用いることで放射線検出器の大面積化を容
易に行なえるとともに、放射線を捕捉するのに十分な半
導体膜の膜厚を確保することができる。
【００７３】請求項２の発明の放射線検出器によれば、
バイアス電極と検出電極との間に、検出対象の放射線に
感応して電子−正孔対であるキャリアを生成する半導体
膜にＣｄＺｎＴｅからなる多結晶膜を用いることで放射
線検出器の大面積化を容易に行なえるとともに、放射線
を捕捉するのに十分な半導体膜の膜厚を確保することが
できる。さらに、ＣｄＺｎＴｅの多結晶膜は高抵抗であ
るので、検出電極とバイアス電極との間のリーク電流を
抑制することができる。
【００７４】請求項３の放射線検出器によれば、バイア
ス電極と検出電極との間に、検出対象の放射線に感応し
て電子−正孔対であるキャリアを生成する半導体膜が、
ＣｄＴｅとＣｄＺｎＴｅの多結晶膜とから構成されてい
る。前記ＣｄＴｅの多結晶膜は成膜レートが高いので短
時間で大面積の半導体膜が得られ、かつ放射線を捕捉す
るのに十分な膜厚を形成することができる。また、前記
ＣｄＺｎＴｅの多結晶膜は高抵抗であるのでリーク電流
を抑制することができる。すなわち、半導体膜を前記２
種類の多結晶膜の積層構造とすることにより両方の長所
を兼ね備えた半導体膜を構成し、生産性および特性の優
れた大面積の放射線検出器を得ることができる。
【００７５】請求項４の放射線検出器によれば、前記請
求項３に記載の半導体膜の構成が、放射線の入射するバ
イアス電極側に高抵抗のＣｄＺｎＴｅの多結晶膜を設け
れた構成であるので、検出電極とバイアス電極との間の
リーク電流を抑制することができる。その結果、ダイナ
ミックレンジの拡大された濃度分解能の大きな放射線検
出器を実現できる。
【００７６】請求項５の発明の放射線検出器によれば、
前記請求項３に記載の半導体膜の構成が、放射線の入射
とは反対の検出電極側に高抵抗のＣｄＺｎＴｅの多結晶
膜が設けらた構成とされている。この放射線検出器の検
出電極を１次元または２次元状に配置した場合、隣接す
る検出電極間のリーク電流を抑制することができる。そ
の結果、空間分解能の高い放射線検出器を実現すること
ができる。
【００７７】請求項６の発明の放射線検出器によれば、
ＣｄＴｅの粉末材料の焼結体を減圧下で加熱して昇華さ
せることにより短時間で容易に大面積で、かつ十分な膜
厚を有するＣｄＴｅの多結晶膜を形成することができ
る。
【００７８】請求項７の発明の放射線検出器によれば、
ＣｄＴｅの粉末材料とＺｎＴｅの粉末材料との混合焼結
体を、請求項８の放射線検出器によれば、ＣｄＴｅの粉
末材料とＺｎの粉末材料との混合結晶体を、それぞれ減
圧下で加熱して昇華させることにより短時間で容易に大
面積で、かつ十分な膜厚を有するとともに、高抵抗のＣ
ｄＺｎＴｅの多結晶膜を形成することができる。
【００７９】請求項９の発明の放射線検出器によれば、
バイアス電極と半導体膜との間、および半導体と検出電
極との間の少なくともいずれか一方に、半導体膜へのキ
ャリアの注入を阻止するキャリア注入阻止層が形成され
ているので、前記バイアス電極に電圧が印加された際
に、感度向上に寄与しないキャリアが半導体膜内に注入
されないのでＳ／Ｎ比を向上することができる。
【００８０】請求項１０の発明の放射線検出器によれ
ば、前記請求項９のキャリア注入阻止層として、半導体
膜との間にヘテロ接合を作るｎ型またはｐ型の半導体層
を用いているので前記請求項９と同様の効果が得られ
る。
【００８１】請求項１１の発明の放射線検出器によれ
ば、ショットキー障壁を形成する材料を用いて半導体膜
との間でキャリア注入阻止層を形成しているので、請求
項９と同様の効果が得られる。
【００８２】請求項１２の発明の放射線検出器によれ
ば、検出電極を分離して１次元または２次元状に配置す
ることにより、１次元または２次元の大面積の放射線検
出器を実現することができる。請求項１３の発明の放射
線撮像装置によれば、請求項１２に記載の放射線検出器
の検出電極に個別に接続された複数個の電荷蓄積容量
と、前記各電荷蓄積容量に個別に接続された電荷読み出
し用の複数個のスイッチング素子を含むスイッチングマ
トリックス基板とを備えた構成とすることにより、１次
元または２次元の大面積の放射線撮像装置を実現するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の放射線検出器の構成を示す断面図
である。
【図２】第３実施例の放射線検出器の構成を示す断面図
である。
【図３】放射線撮像装置のでの放射線検出器とスイッチ
ングマトリックス基板の合体状況を示す概略正面図であ
る。
【図４】スイッチングマトリックス基板の等価回路を示
す電気回路図である。
【図５】実施例放射線検出器の検出素子１個を示す断面
図である。
【図６】実施例の検出基板に半導体結晶膜を近接昇華法
により成膜する時の様子を示す様式図である。
【符号の説明】
１ … 放射線検出器 ２ … 支持基板 ３ … 共通電極 ４ … 正孔注入阻止層 ５ … 半導体膜 ５ａ … ＣｄＺｎＴｅ膜 ５ｂ … ＣｄＴｅ膜 ６ … 電子注入阻止層 ７ … 検出電極 ２０ … スイッチングマトリックス基板２０ ２１ … コンデンサ ２２ … 薄膜トランジスタ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 31/09 Ｈ０１Ｌ 31/00 Ａ Ｆターム(参考） 2G088 EE01 EE27 FF02 FF04 FF14 GG21 JJ04 JJ05 JJ09 JJ32 JJ37 4M118 AA10 AB01 BA05 CA15 CB05 CB14 EA01 FB08 FB09 FB13 FB16 FB20 GA02 GA10 5F088 AA11 AB09 BA20 BB07 CB05 DA05 EA02 EA08 KA03 KA08 LA07

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バイアス電極と検出電極との間に、検出
    対象の放射線に感応して電子−正孔対であるキャリアを
    生成する半導体膜が設けられ、前記バイアス電極と検出
    電極との間にバイアス電圧を印加することにより、前記
    半導体膜内で生成されたキャリアを前記検出電極から取
    り出すように構成された放射線検出器において、前記半
    導体膜は、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）からなる多
    結晶膜であることを特徴とする放射線検出器。
  2. 【請求項２】 バイアス電極と検出電極との間に、検出
    対象の放射線に感応して電子−正孔対であるキャリアを
    生成する半導体膜が設けられ、前記バイアス電極と検出
    電極との間にバイアス電圧を印加することにより、前記
    半導体膜内で生成されたキャリアを前記検出電極から取
    り出すように構成された放射線検出器において、前記半
    導体膜は、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）か
    らなる多結晶膜であることを特徴とする放射線検出器。
  3. 【請求項３】 バイアス電極と検出電極との間に、検出
    対象の放射線に感応して電子−正孔対であるキャリアを
    生成する半導体膜が設けられ、前記バイアス電極と検出
    電極との間にバイアス電圧を印加することにより、前記
    半導体膜内で生成されたキャリアを前記検出電極から取
    り出すように構成された放射線検出器において、前記半
    導体膜は、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）からなる多
    結晶膜と、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）か
    らなる多結晶膜とを積層して形成されたものであること
    を特徴とする放射線検出器。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の放射線検出器におい
    て、前記半導体膜は、放射線の入射側にＣｄＺｎＴｅ
    （テルル化カドミウム亜鉛）からなる多結晶膜が配置さ
    れている放射線検出器。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載の放射線検出器におい
    て、前記半導体膜は、放射線の入射側にＣｄＴｅ（テル
    ル化カドミウム）からなる多結晶膜が配置されている放
    射線検出器。
  6. 【請求項６】 請求項１、および請求項３ないし５のい
    ずれかに記載の放射線検出器において、前記ＣｄＴｅ
    （テルル化カドミウム）からなる多結晶膜は、ＣｄＴｅ
    の粉末材料の焼結体を減圧下で加熱して昇華させること
    により形成されたものである放射線検出器。
  7. 【請求項７】 請求項２ないし５のいずれかに記載の放
    射線検出器において、前記ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カド
    ミウム亜鉛）からなる多結晶膜は、ＣｄＴｅの粉末材料
    とＺｎＴｅの粉末材料との混合焼結体を減圧下で加熱し
    て昇華させることにより形成されたものである放射線検
    出器。
  8. 【請求項８】 請求項２ないし５のいずれかに記載の放
    射線検出器において、前記ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カド
    ミウム亜鉛）からなる多結晶膜は、ＣｄＴｅの粉末材料
    とＺｎの粉末材料との混合結晶体を減圧下で加熱して昇
    華させることにより形成されたものである放射線検出
    器。
  9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれかに記載の放
    射線検出器において、バイアス電極と半導体膜との間、
    および半導体と検出電極との間の少なくともいずれか一
    方に、半導体膜へのキャリアの注入を阻止するキャリア
    注入阻止層が形成されている放射線検出器。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の放射線検出器におい
    て、前記キャリア注入阻止層は、前記半導体膜との間に
    ヘテロ接合を作るｎ型またはｐ型の半導体層である放射
    線検出器。
  11. 【請求項１１】 請求項９に記載の放射線検出器におい
    て、前記キャリア注入阻止層は、前記半導体膜との界面
    にショットキー障壁を作る材料で形成されている放射線
    検出器。
  12. 【請求項１２】 請求項１ないし１１のいずれかに記載
    の放射線検出器において、前記検出電極は、それぞれ分
    離して１次元または２次元状に配置されており、前記バ
    イアス電極は、共通使用される単一の電極である放射線
    検出器。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の放射線検出器と、
    前記各検出電極に個別に接続された複数個の電荷蓄積容
    量と、前記各電荷蓄積容量に個別に接続された電荷読み
    出し用の複数個のスイッチング素子を含むスイッチング
    マトリックス基板とを備えたことを特徴とする放射線撮
    像装置。
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