JP2001324572A - 放射線検出器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｘ線を直接電荷信号に変換する半導体変換層
を用いて、生産性を向上し低コストでＸ線変換効率の良
い二次元放射線検出器の製造方法を提供する。 【解決手段】 ＣｄＺｎＴｅ多結晶ウエハ１を四角柱状
に切出し、角柱ＣｄＺｎＴｅ多結晶２を作る。その角柱
ＣｄＺｎＴｅ多結晶２の上下面に電極３を形成し検出器
素子９を作る。一方、タングステンなどの薄い板を用い
てコリメータ板４を加工する。そして、コリメータ板４
の表面に絶縁膜５とその上にパターン電極６を形成す
る。次に、上記検出器素子９をコリメータ板４の側面に
接着し、電気的に接続する。このようにして出来たコリ
メータ板付検出器素子１０を、専用治具を用いて全チャ
ンネル数組み合わせ、全体の放射線検出器を製作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マルチスライス、
デュアルスライス、コーンビームのＸ線ＣＴ装置に係わ
り、特に、チャンネル方向にＸ線遮蔽プレートを設けた
コリメータと、Ｘ線を直接電荷信号に変換する半導体変
換層を用いた２次元アレイ型放射線検出器及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線管から放射された
Ｘ線が放射口のコリメータによって扇状のＸ線ビームに
絞られるとともに、被検体を中心にして、Ｘ線管とこれ
に対向して配置された円弧状のコリメータと検出器が回
転して、被検体を透過したＸ線情報を検出器が捉え、そ
の信号をコンピュータで処理して被検体のＸ線断層画像
を得るものである。Ｘ線管から放射されたＸ線は、被検
体を直進して透過するものと被検体で散乱するものがあ
り、前者の情報のみを取り込んで、斜めから入る散乱線
を除去し、そのクロストークを防ぐために、検出器の前
にコリメータが設けられている。このコリメータは１次
元に配列された検出器の前で各チャンネル毎にＸ線の透
過し難い材料でＸ線遮蔽壁を形成している。そして、検
出器はＸ線を光に変換するシンチレータ素子と、このシ
ンチレータ素子で変換された光を検出し、電気信号とし
て出力するフォトダイオードとからなるＸ線検出素子
を、Ｘ線管を中心として円弧状に約５００〜１０００チ
ャンネル程度配列した構成を有する。

【０００３】製作する上で機械的な配列から、シンチレ
ータとホトダイオードを光学接着して組合わせたもの
を、基板上に８〜３０個並べたものが１モジュールとさ
れ、このような検出器モジュールを円周上に連続して略
円弧状に配置して、コリメータと組合わせられて、ＣＴ
用の放射線検出器を構成している。図８に従来のコリメ
ータを、図９にシングルスライス放射線検出器のスライ
ス方向の断面構造を示す。コリメータ２８は、チャンネ
ル方向のＸ線遮蔽プレート２９と、スライス方向の前後
に設けられた円弧状の主支持板３０と、支持板３１と、
その支持板３１を支える検出器取付プレート３３とから
なる。そして、スライス方向の２枚の主支持板３０と支
持板３１の間には、Ｘ線管からのＸ線ビームの入射方向
に向けてチャンネル方向のＸ線遮蔽プレート２９が挿入
固着されている。そして、コリメータ２８の両端は支持
棒３２で補強される。そのコリメータ２８は、シンチレ
ータ３６とＰＤＡ（フォトダイオードアレイ）３５を搭
載した基板３４と取付けネジ４１で、上下の位置を合わ
せて組合わされる。このとき、コリメータ２８と検出器
部の位置精度は正確に設定され、各検出器の検出感度を
一様にかつ最大になるようにしている。そして、底板３
７、側板３８、保護板３９を取り付け、検出器部を保護
して、一体として主支持板３０を介してＣＴ装置の回転
体に取り付けられる。

【０００４】このチャンネル方向のＸ線遮蔽プレート２
９の固定接着作業は、コリメータ２８の全体の外形に沿
った形状のくりぬき空間を持ち、この空間の内方に沿っ
てＸ線遮蔽プレート２９が嵌挿できる多数の垂直溝を有
する治具枠に、予めカットしたチャンネル方向Ｘ線遮蔽
プレート２９を、前記溝に沿って縦方向に挿入し、Ｘ線
遮蔽プレート２９の両端面に、主支持板３０と支持板３
１を一体的に接着した後、前記枠体から上下何れか一方
側へ引き抜いて製作される。その後、製作されたコリメ
ータ２８は、支持板３１に検出器取付プレート３３がネ
ジによって固定される。このチャンネル方向Ｘ線遮蔽プ
レート２９の固定される方向は、Ｘ線管焦点の方向に収
斂されるように、溝の方向がそれぞれＸ線管の焦点方向
に収斂されるように加工されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の放射線検出器は
以上のように構成され、製作されているが、近年提案さ
れている半導体単結晶または多結晶を用いた放射線検出
器では、Ｘ線等の放射線が照射されることで電荷（電子
一正孔）を発生する半導体材料が用いられ、暗抵抗が高
く、Ｘ線照射に対してダイナミックレンジが広く、Ｓ／
Ｎのよい、良好な光導電特性を示すものとして、例え
ば、ＣｄＺｎＴｅ多結晶などが提案されている。従来の
ものより感度が３〜１０倍程度高く有用であることがわ
かっている。また、各チャンネルは電極によって分ける
ことが出来るので、シンチレータアレイを作る場合のよ
うに、セパレータなどが不用となり、容易にチャンネル
分離が出来るという利点がある。しかし、半導体単結晶
または多結晶は、ウエハに結晶界面が存在しており、均
一に広い面積のものを作ることが困難で、生産性の歩留
まりが非常に悪いという問題がある。従って、大きい面
積（体積も含めて）のものを電極分離しモジュールとし
て製作すると、高価なものになる。そのため小さい面積
のものを寄せ集めて精度良く組み立てていくことが必要
となる。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、Ｘ線を直接電荷信号に変換する半導体
変換層を用いて、生産性を向上し低コストでＸ線変換効
率の良い二次元放射線検出器及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の放射線検出器は、上下面に電極を有しＸ線
を直接電荷信号に変換する半導体変換層と、チャンネル
方向遮蔽プレートで構成されたコリメータとを２次元状
に配置した放射線検出器において、チャンネル方向遮蔽
プレートに絶縁膜がコートされ、パターン電極が配線さ
れ、その側面に四角柱状に加工された１チャンネル分の
前記変換層の検出素子が装着され、電気的に接続された
チャンネル方向遮蔽プレート付き検出素子と、そのチャ
ンネル方向遮蔽プレート付き検出素子を複数個配列しそ
の両端面を支持するために接着された主支持板および支
持板と、その主支持板を介して取り付けられ電気回路基
板を搭載した主ベースとを備えたものである。

【０００８】そして、本発明の放射線検出器の製造方法
は、コリメータの全体の外形に沿った形状のくりぬき空
間を持ち、この空間の内方に沿ってチャンネル方向遮蔽
プレートの側部が嵌挿できる多数の垂直溝を有する治具
枠に、前記チャンネル方向遮蔽プレート付き検出素子を
前記溝に沿って縦方向に挿入し、その全チャンネル方向
遮蔽プレート付き検出素子の両端面に主支持板および支
持板を接着し、一体的に接着された全チャンネル方向遮
蔽プレート付き検出素子を、前記治具枠体から上下何れ
か一方側へ引き抜いて後、前記主支持板を介して電気回
路基板を搭載した主ベースに取り付けられて製作される
ものである。

【０００９】また、本発明の放射線検出器は、四角柱状
に加工され上下に電極を有する変換層の下面の電極が２
スライスを行なえるように２個に分割形成された検出素
子とそれに対応してパターン電極が配線されたチャンネ
ル方向遮蔽プレートとを備えたものである。

【００１０】また、本発明の放射線検出器は、四角柱状
に加工され上下に電極を有する変換層の下面の電極がマ
ルチスライスを行なえるように複数個に分割形成された
検出素子と、それに対応してパターン電極が配線された
チャンネル方向遮蔽プレートと、そのチャンネル方向遮
蔽プレートに搭載されたアナログスイッチング素子とを
備えたものである。

【００１１】また、本発明の放射線検出器は、四角柱状
に加工され上下に電極を有する変換層が上下段状に２個
以上近接配置された検出素子と、それに対応してパター
ン電極が配線されたチャンネル方向遮蔽プレートとを備
えたものである。

【００１２】本発明の放射線検出器は、上記のように構
成され製作されており、絶縁膜がコートされパターン電
極が配線されたチャンネル方向遮蔽プレートの側面に、
１チャンネル分の半導体Ｘ線変換層が装着され、このチ
ャンネル方向遮蔽プレート付き検出素子が、専用組立て
治具に所定個数挿入され、検出素子の両端面に主支持板
と支持板が接着され、その後、治具枠体から上下何れか
一方側へ引き抜いて後に、主支持板を介して主ベースに
取付けられる。したがって、一検出器素子にチャンネル
方向遮蔽プレートが付いたものを単位として、治具を用
いて組立てられるので、生産性が向上し低コストで、し
かも、ダイナミックレンジが広くＸ線変換効率のよい半
導体変換層を用いることができ、Ｓ／ＮのよいＸ線画像
を得ることが出来る。

【００１３】また、検出素子の変換層の下面の電極を、
２個に分割形成し、それに対応してチャンネル方向遮蔽
プレートにパターン電極を配線して、２スライスを行な
うことが出来る。また、検出素子の変換層の下面の電極
を、複数個に分割形成し、それに対応してチャンネル方
向遮蔽プレートにパターン電極を配線し、さらにアナロ
グスイッチング素子を設けて、マルチスライスを行なう
ことが出来る。また、検出素子を上下段状に２個以上近
接配置し、それに対応してチャンネル方向遮蔽プレート
にパターン電極を配線して、多層の検出素子構成により
Ｘ線吸収効率を向上させることができる。そのため、少
ない線量でＳ／ＮのよいＸ線画像を得ることが出来る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の放射線検出器の製造方法
の一実施例を図１を参照しながら説明する。図１は本発
明の放射線検出器のチャンネル方向遮蔽プレート付き検
出素子の製造工程を示す図である。本放射線検出器のチ
ャンネル方向遮蔽プレート付き検出素子の製造工程は、
（ａ）ウエハ準備、（ｂ）検出器素子四角柱切出し、
（ｃ）検出器素子電極形成、（ｄ）コリメータ板準備、
（ｅ）絶縁膜・電極形成、（ｆ）検出器素子搭載の６工
程からなる。

【００１５】（ａ）半導体Ｘ線変換層として、ＣｄＺｎ
Ｔｅ多結晶を用いる。ＣｄＺｎＴｅ多結晶は、多結晶棒
をルツボの中で、コントロール用活性不純物と共に溶融
し、種結晶棒で徐々に引き上げて作成したもの、また
は、高真空中または不活性ガス中に、多結晶棒を垂直に
固定して、環状の高周波コイルを移動し、多結晶を徐々
に溶融冷却して、単結晶化すると共に、多結晶棒の芯線
に含ませた、コントロール用活性不純物の分布を均一に
して製作される。このようにして製作されたＣｄＺｎＴ
ｅ多結晶をワイヤーソー等で機械的にカットして、円盤
状のＣｄＺｎＴｅ多結晶ウエハ１を準備する。

【００１６】（ｂ）ＣｄＺｎＴｅ多結晶ウエハ１を四角
柱に切り出す方法（ダイシングまたはスクライビング）
は、ダイヤモンドが固着されたカッターを用いるダイヤ
モンド・スクライバ法、レーザを用いるレーザ・スクラ
イバ法、高速に回転する円板のブレードを用いるブレー
ド・ダイシング法等で行ない、角柱ＣｄＺｎＴｅ多結晶
２を作る。 （ｃ）ダイシングされた角柱ＣｄＺｎＴｅ多結晶２の上
下面に、電極３を形成する。電極形成は、Ａｕ、Ａｇ、
Ａｌ等の蒸着によって行ない、一検出器素子９を作る。

【００１７】（ｄ）次に、チャンネル方向Ｘ線遮蔽プレ
ート（コリメータ板）を準備する。コリメータ板４は、
例えば、タングステン、タンタル、モリブデンのような
Ｘ線吸収の大きい材料で、その厚みは０．１〜０．３ｍ
ｍの厚さを持つものが使われる。そして、図のように、
一端面をコの字型に加工する。 （ｅ）次に、コリメータ板４の表面に、例えば、０．０
２〜０．１ｍｍの厚さを持つポリイミド絶縁膜５を形成
する。さらにその表面に配線パターンとして、例えば、
銅の金属箔を０．０１〜０．０３ｍｍの厚さで形成し、
図に示す２点鎖線の部分に上記の検出器素子９が取付け
られた時に、検出器素子９と導通する電極６を形成す
る。

【００１８】（ｆ）次に、検出器素子９をコリメータ板
４上の所定の位置に、電極３の面を上下にして、接着剤
を用いて固着する。そして、電極６と接触し導通をとる
部分に、銀などの導電性ペースト７を用いて導通させ
る。さらに、コの字形の電極６の端片に、Ｎｉ線などの
リード線８を接続する。このリード線８から検出器素子
９にバイアス電圧が印加され信号が取り出される。以上
の工程によりコリメータ板付検出器素子１０が完成す
る。このコリメータ板付検出器素子１０を放射線検出器
のチャンネル数だけ製作する。

【００１９】次に、上記のコリメータ板付検出器素子１
０をチャンネル数だけ組み込んで全体の放射線検出器を
製作する工程を説明する。図２に専用の組み立て治具１
１の斜視図を示す。治具１１は、放射線検出器全体の外
形に沿った形状のくりぬき部１３の空間を持ち、この空
間の内方に沿ってコリメータ板付検出器素子１０が嵌挿
できる多数の垂直の溝１２を有する。垂直の溝１２の方
向は、Ｘ線管焦点１４の方向に収斂して加工されてい
る。

【００２０】図３に、コリメータ板付検出器素子１０を
治具１１に嵌挿して組み立てる状態を示す。まず、各コ
リメータ板付検出器素子１０を溝１２に嵌挿する。そし
て、主支持板１６をコリメータ板４のコの字形状のとこ
ろに嵌めこみ接着する。そして、コリメータ板４の他端
に支持板１５を接着する。次に、補助治具１９を位置決
めピン１８に合わせて主支持板１６を押さえ、治具１１
に固定する。この状態で接着材を硬化させ、所定の時間
後、補助治具１９を外して、主支持板１６と支持板１５
が接着されたコリメータ板付検出器素子１０の放射線検
出器全体を、主支持板１６側に引きぬいて、外部に取り
出す。

【００２１】次に、図４に示すように、電気回路基板２
０が搭載された主ベース２１に、上記で組み立てられた
コリメータ板付検出器１０を主支持板１６を介して固定
ネジ２２で固定し、リード線８を電気回路基板２０に接
続する。電気回路基板２０には、アンプ、ＡＤ変換器等
のＤＡＳ回路が搭載されている。この接続はフレキシブ
ルケーブルコネクタ等で接続する構成であってもよい。
上記のように製作された本放射線検出器は、コリメータ
板付き検出器素子１０と、それを保持するために両側端
に接着された支持板１５と主支持板１６と、電気回路基
板２０を搭載した主ベース２１と、コリメータ板付き検
出器素子１０が主支持板１６を介して主ベース２１に固
定される固定ネジ２２から構成される。そして、外部に
保護カバー（図示せず）が覆われて、Ｘ線ＣＴ装置の回
転部分に装着される。

【００２２】このようにして製作された柱状の半導体検
出器素子９は、治具１１の枠体の溝１２によって精密に
位置決めされるため、アーチファクトを生じることがな
い。また、放射線検出器を治具１１枠体により部分的に
製作し、後でそれらを精度よく主ベース２１に一体的に
並べ形成する方法でもよい。

【００２３】図５に、本放射線検出器の製造方法でデュ
アルスライス検出器を構成した図を示す。図１の（ｃ）
の工程で、検出器素子９の下面に電極３ｂと電極３ｃの
２つを形成する。そして、上面には電極３ａを形成す
る。一方、図１の（ｅ）の工程で、電極６ａ、電極６
ｂ、電極６ｃを図のように形成する。そして図１の
（ｆ）の工程で、両者を装着し、電気的に接続する。こ
のような構造に形成すれば、２スライスの信号を電極６
ｂと電極６ｃからとり入れることができる。

【００２４】図６に、同様な方法でマルチスライス検出
器を形成した図を示す。この検出器は、検出器素子９の
下面に電極が１６個形成され、上面には電極３が形成さ
れている。そして、コリメータ板４にアナログスイッチ
ング素子２３が搭載され、１６個の電極からコリメータ
板４上にプリント配線がされ接続されている。アナログ
スイッチング素子２３は、検出器素子９に駆動パルスを
送り、順次切替えて信号を読み取る。そして、コリメー
タ板４の端面には、バイアスリード線２４と、信号リー
ド線２５と、駆動パルスリード線２６と、電源リード線
２７とが設けられ、外部回路にデータが送られる。

【００２５】図７に、さらに高感度な検出器を製作する
例を示す。本検出器は、一般に、半導体Ｘ線変換層とし
て厚みを厚くして、入射Ｘ線のエネルギーを出来るだけ
吸収するように製作されるが、生産性の歩留まりの関係
から、薄い半導体Ｘ線変換層を用いて、出来るだけ入射
Ｘ線エネルギーを吸収するようにした構造である。この
例では、３個の検出器素子９を上下に段状に積み重ね、
３個の検出器素子で１チャンネル分の入射Ｘ線エネルギ
ーを吸収するものである。これにより、非常に検出効率
の高い放射線検出器が出来る。

【００２６】

【発明の効果】本発明の放射線検出器は、上記のように
構成され製作されており、１チャンネル分の半導体Ｘ線
変換層が、絶縁膜上にパターン配線されたチャンネル方
向遮蔽プレート側面に取付けられ、それを専用組立て治
具を用いて全体の放射線検出器が製作され、遮蔽プレー
トと検出器素子が精密に位置決めされる。そのため、生
産性が向上し低コストで製作することが出来る。さら
に、直接、Ｘ線を電荷信号に変換する半導体検出器を用
いるので、ダイナミックレンジが広くＸ線変換効率が高
く、Ｓ／ＮのよいＸ線画像を得ることが出来る。

【００２７】また、検出素子の変換層の下面の電極を、
２個に分割形成して、２スライスを行なうことが出来
る。さらに、検出素子の変換層の下面の電極を、複数個
に分割形成し、チャンネル方向遮蔽プレートにアナログ
スイッチング素子を設けて、マルチスライスを行なうこ
とが出来る。また、検出素子を上下段状に２個以上近接
配置して、多層の検出素子構成にすることによりＸ線吸
収効率のよい放射線検出器を得ることができる。そのた
め、少ない線量でＳ／ＮのよいＸ線画像を得ることが出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の放射線検出器の製造方法の一実施例
を示す図である。

【図２】 本発明の放射線検出器の製作治具を示す図で
ある。

【図３】 本発明の放射線検出器の製作治具を用いた組
み立て方法を示す図である。

【図４】 本発明の放射線検出器の断面を示す図であ
る。

【図５】 本発明の放射線検出器の他の実施例を示す図
である。

【図６】 本発明の放射線検出器の他の実施例を示す図
である。

【図７】 本発明の放射線検出器の他の実施例を示す図
である。

【図８】 従来の放射線検出器のコリメータを示す図で
ある。

【図９】 従来の放射線検出器を示す図である。

【符号の説明】

１…ＣｄＺｎＴｅ多結晶ウエハ ２…角柱ＣｄＺｎＴｅ多結晶 ３…電極 ４…コリメータ板 ５…絶縁膜 ６…電極 ７…導電性ペースト ８…リード線 ９…検出器素子 １０…コリメータ板付検出器素子 １１…治具 １２…溝 １３…くりぬき部 １４…Ｘ線管焦点 １５…支持板 １６…主支持板 １７…接着材 １８…位置決めピン １９…補助治具 ２０…電気回路基板 ２１…主ベース ２２…固定ネジ ２３…アナログスイッチング素子 ２４…バイアスリード線 ２５…信号リード線 ２６…駆動パルスリード線 ２７…電源リード線 ２８…コリメータ ２９…Ｘ線遮蔽プレート ３０…主支持板 ３１…支持板 ３２…支持棒 ３３…検出器取付プレート ３４…基板 ３５…ＰＤＡ ３６…シンチレータ ３７…底板 ３８…側板 ３９…保護板 ４０…信号線 ４１…取付けネジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G088 EE02 FF02 GG21 JJ02 JJ05 JJ14 JJ23 JJ33 JJ37 4C093 AA22 CA06 CA32 EB13 EB17 EB20 EB22 4M118 AA01 AA10 AB01 BA05 CA14 CB05 CB14 GA09 GA10 HA22 HA23 HA24 5F088 AA01 AB09 BA03 BB07 CB17 FA05 JA03 JA16 JA20 LA08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下面に電極を有しＸ線を直接電荷信号に
   変換する半導体変換層と、チャンネル方向遮蔽プレート
   で構成されたコリメータとを２次元状に配置した放射線
   検出器において、チャンネル方向遮蔽プレートに絶縁膜
   がコートされ、パターン電極が配線され、その側面に四
   角柱状に加工された１チャンネル分の前記変換層の検出
   素子が装着され、電気的に接続されたチャンネル方向遮
   蔽プレート付き検出素子と、そのチャンネル方向遮蔽プ
   レート付き検出素子を複数個配列しその両端面を支持す
   るために接着された主支持板および支持板と、その主支
   持板を介して取り付けられ電気回路基板を搭載した主ベ
   ースとを備えたことを特徴とする放射線検出器。
2. 【請求項２】コリメータの全体の外形に沿った形状のく
   りぬき空間を持ち、この空間の内方に沿ってチャンネル
   方向遮蔽プレートの側部が嵌挿できる多数の垂直溝を有
   する治具枠に、前記チャンネル方向遮蔽プレート付き検
   出素子を前記溝に沿って縦方向に挿入し、その全チャン
   ネル方向遮蔽プレート付き検出素子の両端面に主支持板
   および支持板を接着し、一体的に接着された全チャンネ
   ル方向遮蔽プレート付き検出素子を、前記治具枠体から
   上下何れか一方側へ引き抜いて後、前記主支持板を介し
   て電気回路基板を搭載した主ベースに取り付けられて製
   作されることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器
   の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の放射線検出器において、四
   角柱状に加工され上下に電極を有する変換層の下面の電
   極が２スライスを行なえるように２個に分割形成された
   検出素子と、それに対応してパターン電極が配線された
   チャンネル方向遮蔽プレートとを備えたことを特徴とす
   る放射線検出器。
4. 【請求項４】請求項１記載の放射線検出器において、四
   角柱状に加工され上下に電極を有する変換層の下面の電
   極がマルチスライスを行なえるように複数個に分割形成
   された検出素子と、それに対応してパターン電極が配線
   されたチャンネル方向遮蔽プレートと、そのチャンネル
   方向遮蔽プレートに搭載されたアナログスイッチング素
   子とを備えたことを特徴とする放射線検出器。
5. 【請求項５】請求項１記載の放射線検出器において、四
   角柱状に加工され上下に電極を有する変換層が上下段状
   に２個以上近接配置された検出素子と、それに対応して
   パターン電極が配線されたチャンネル方向遮蔽プレート
   とを備えたことを特徴とする放射線検出器。