JP2001352092A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｘ線感応層としてセレンを用いたＸ線検出器
にあっては、外気温の変動などによってセレン層の収
縮、膨張が起こり、それが原因となってセレン層に割れ
が発生していた。 【解決手段】 基体３上にセレン層４と上部電極層５と
を形成してなる放射線検出器において、前記セレン層３
に０．３〜２０重量％の範囲でイオウを含有させた構成
とする。こうすることで、イオウが可塑材として作用
し、セレン層に柔軟性が得られて、環境温度の変化など
による割れの発生を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療分野、工業分
野、さらには原子力分野などで用いられる放射線検出器
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線など放射線の検出器としては、Ｘ線
を光に変換した後に電気信号へ変換する間接変換方式の
ものと、Ｘ線感応層に入射したＸ線を直ちに電気信号に
変換する直接変換方式のものなどがある。後者の直接変
換方式の検出器として、例えば図１に示したように、ガ
ラス板１の上にＩＴＯ膜（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘ
ｉｄｅ）を薄くスパッタリングして下部電極２を形成
し、ガラス板１と下部電極２とで構成される基体３上に
Ｘ線感応層としてのセレン（Ｓｅ）層４を設け、さらに
その上に上部電極層５を設けた構造のものが知られてい
る。このような構造からなるＸ線検出器にあっては、下
部電極２と上部電極層５の間に直流電圧６を印加し、そ
の状態でＸ線が上部電極層５の上方から照射されるとセ
レン層４中に電荷（電子・正孔対）が発生し、下部電極
２に集められた後に電流計７でＸ線照射電流Ｉとして読
み出される。

【０００３】また、直接変換方式の他の例として、図２
に示すように、ガラス板１上に約１００〜２００μｍ角
の画素８をマトリックス状に多数設けて基体とし（図２
においては、多数の画素のうち４個の画素のみが示され
ている）、その上に上述と同様のセレン層４と上部電極
層５を設けた構造のものもある。この基体には各画素８
毎にＸ線を照射したときに発生する電荷を収集するＩＴ
Ｏなどからなる電荷収集電極９と、収集した電荷を蓄積
する電荷蓄積コンデンサ１０と、蓄積した電荷を読み取
る電気的スイッチ機構としての薄膜トランジスタ１１と
が形成されている。このような構造のＸ線検出器のアー
スと上部電極層５との間に直流電圧を印加しＸ線を照射
することにより、電荷収集電極９に集められた電流によ
り電荷蓄積コンデンサ１０が充電され、ゲートドライバ
（図示してない）からスイッチングライン１２を通して
薄膜トランジスタ１１のゲート端子１３に電圧が印加さ
れると、薄膜トランジスタ１１がオン状態となる。する
と前記電荷蓄積コンデンサ１０に充電された電荷は、薄
膜トランジスタ１１のドレイン端子に接続されている読
み出しライン１４を介して読み取られることになる。

【０００４】ところで、上記図２に示した直接変換方式
のＸ線検出器を、例えば医療用として用いる場合に、人
体の患部を実物と同じ大きさで撮影するため、基体上の
セレン層の大きさは、縦×横の長さが約２００mm×２０
０mm〜５００ｍｍ×５００ｍｍであることが要求され
る。また、X線検出層としてセレン層を用いるときに
は、X線は透過力が強いのでセレン層を素通りするよう
な形になり、十分なＸ線照射電流が得られない。そこで
セレン層の厚みを２００〜１５００μｍの厚膜にし、セ
レン層中でＸ線を多く吸収できるようにして目標とする
Ｘ線照射電流を得る。なお、Ｘ線検出器のセレン層とし
てはセレン単体やセレン・ヒ素合金などが知られてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようにセレン層の面積を大きく且つ厚膜にしたＸ線検出
器にあっては、輸送中に外気温の変化を受けて変形し易
く、またＸ線検出器を搭載したＸ線検出装置が室温の変
化を受けた時にも同様の変形を生じ易いといった問題が
あった。

【０００６】例えば、Ｘ線検出器が輸送中に−１０℃付
近の低温雰囲気中に置かれると、セレンやセレン・ヒ素
合金の膨張係数が大きいために収縮が大きく、一方膨張
係数の小さいガラス板の収縮は小さいので、図３（ａ）
に示すように、セレン層４側に反った形状に変形を受け
易い（図において上部電極層は省略してある）。逆に、
Ｘ線検出器が輸送中に３５℃付近の高温雰囲気中に置か
れると、上記低温雰囲気中ほど反りは大きくないが、図
３（ｂ）に示したように、基体３側に反った形状に変形
を受け易い。そして、このような反りが起きると、セレ
ンやセレン・ヒ素合金は脆いため、目視で分かる程度の
割れがセレン層４に無数に発生し、X線検出器の使用が
不能になる。そして、一層割れが酷くなると基体３から
セレン層４の剥離が発生することもある。なお、図３
（ｃ）は常温（約２２℃）におけるセレンやセレン・ヒ
素合金の形状であり、この場合には反りが発生しないた
めにほぼ平板状を保持している。

【０００７】上記で発生する反りの度合は、低温側で顕
著であり、温度が下がるにしたがって大きくなる。ま
た、セレン層４の面積が大きくなるほど顕著である。さ
らに、セレン層４の膜厚が厚くなるほどセレン層４の受
ける歪は大きく、セレン層４に割れが発生し易くなる。
なお、上記のように、温度が−１０℃、３５℃のような
低温、高温にならなくても、外気温の小さい変動によ
り、程度の小さい反りと戻りを長時間に渡って繰り返す
うちに、セレン層４に割れが発生することもある。

【０００８】上記のようなＸ線検出器の反り防止のため
に、図４に示すように、Ｘ線検出器を厚いアルミニウム
板１５などからなる剛体に接着固定し（図において電極
層は省略してある）、Ｘ線検出器の反りを強制的に防止
することも考えられるが、この方法でもやはり割れが発
生するため、割れ防止の抜本的な対策にはならない。ま
た、Ｘ線検出器の輸送時に梱包形態などを工夫し、常に
２２℃近辺の恒温雰囲気に置けば、割れの発生を抑える
ことができるが、このようなことは多額の費用が掛かる
ために実用的ではない。

【０００９】以上述べたように、Ｘ線感応層としてセレ
ンを用いたＸ線検出器にあっては、外気温の変動などに
よってセレン層の収縮、膨張が起こり、それが原因とな
ってセレン層に割れが発生するなどの問題があった。

【００１０】そこで本発明の目的は、セレン層の面積が
大きく且つセレン層の膜厚が厚い場合であっても、外気
温の変化に対して割れが発生しない、環境温度変化に対
して安定な長寿命の放射線検出器を得ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る放射線検出器は、基体上にセレン層と
電極層とを形成してなる放射線検出器において、前記セ
レン層にイオウが含有されてなることを特徴とする。

【００１２】また、請求項２に係る発明は、請求項１の
放射線検出器において、前記イオウが０．３〜２０重量
％の範囲で含有されてなることを特徴とする。

【００１３】本願の発明者は、鋭意検討した結果、Ｘ線
感応層として用いるセレン層にイオウを含有させたとき
にイオウが可塑材として作用することを見出し、セレン
層に柔軟性を持たせることで、面積が大きく且つ厚膜の
セレン層であっても環境温度の変化などによって割れが
発生しないようなＸ線検出器を得ることができた。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
に係る放射線検出器の実施形態をＸ線検出器について詳
細に説明する。Ｘ線検出器の基本構成は、図１及び図２
で示したものと同様であるが、従来とは異なってセレン
層にはイオウが含有されている。

【００１５】本発明に係るX線検出器において用いられ
る基体３としては、図１に示したようにガラス板１など
の絶縁物上に導電性の下部電極２を設けたものの他、図
２に示したようにガラス板１などの絶縁物上に多数の画
素８をマトリックス状に設けたものや多数の帯状電極膜
を平行に配列したものなどがある。さらに、アルミニウ
ム板などをそのまま導電性基体として用いたものなども
ある。

【００１６】上記下部電極２又は画素８の上に設けられ
るセレン層４は、イオウを含有するものであれば他の添
加物を添加してもよく、そうすることによって種々の目
的に沿わせることができる。例えばセレン層の結晶化防
止のためヒ素（Ａｓ）を添加してセレン・ヒ素・イオウ
合金としてもよく、またセレン層でトラップされる電荷
を少なくする目的で塩素（Ｃｌ）を添加してセレン・イ
オウ・塩素の組成としてもよい。他の添加物としては、
例えばテルル（Ｔｅ）、ナトリウム（Ｎａ）、ビスマス
（Ｂｉ）などがある。

【００１７】上記基体上に形成されるセレン層４の膜厚
は、約２００〜１５００μｍの範囲が望ましい。膜厚が
２００μｍより薄いとＸ線に対する量子効率が下がって
十分なＸ線照射電流を得ることができない一方、１５０
０μｍより厚くなるとセレン層４内でトラップ（捕獲）
される電荷が多くなり、Ｘ線に対する応答性が悪くなる
からである。

【００１８】上部電極層５の材料としては、金、銀、ア
ルミニウム、ニッケル等の導電材があり、蒸着法などに
よって形成することができる。上部電極層５の厚みは、
０．０１〜３．０μｍの範囲が望ましい。

【００１９】上記イオウはＸ線検出器のセレン層４の全
体に亘って添加されるのが望ましいが、先ず基体３の上
にイオウを含有したセレン層を中間層として形成し、そ
の上にイオウが添加されていないセレン層を形成する２
層構造でもセレン単体と比べると有効である。

【００２０】セレン層４に含まれるイオウは、０．３重
量％〜２０重量％の範囲が望ましい。セレン層４の割れ
に対しては０．１重量％以上で効果があるが、より確実
な効果を得るためには０．３重量％以上が望ましい。一
方、イオウが２０重量％より多くなると割れに対しての
効果は十分にあるものの、Ｘ線照射電流の低下が顕著に
なり望ましくない。これは、イオウ含有量の多いセレン
層４ではＸ線阻止能が低下するため、Ｘ線照射電流が低
下するものと考えられる。したがって、セレン層４の割
れと、Ｘ線照射電流の両方を考慮した場合、最適なイオ
ウ濃度は０．３重量％〜２０重量％となる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 （実施例１）縦・横の長さ５２０ｍｍ×５２０mm、厚さ
１．１ｍｍのガラス板１（コーニング社製 製品番号７
０５９）の上に薄いＩＴＯ膜からなる下部電極２を形成
して基体３とした。次に、純度９９．９９％のセレンと
純度９９．９９％のイオウを用いてセレン・イオウ（濃
度０．１重量％）原料を作製し、これを真空度６．７×
１０^−３Ｐａ（５×１０^−５Torr）以下で真空蒸着し
て、前記基体３上に５００mm×５００ｍｍの面積に膜厚
１０００μｍのセレン・イオウ層４を形成した。この時
の基体３の温度は５５〜６０℃、蒸着時間は約４．５時
間であった。さらに、その上に真空蒸着によって大きさ
４８０mm×４８０ｍｍの金層を０．１μｍの厚みに形成
して上部電極層５とし、図１に示したようなＸ線検出器
を作製した。なお、製作を終了した段階で、Ｘ線検出器
に反りはなく、ほぼ平板であった。

【００２２】（実施例２）上記実施例１のセレン・イオ
ウ（０．１重量％）原料に代えて、セレン・イオウ
（０．３重量％）原料を用いた他は、実施例１と同様な
方法でX線検出器を作製した。

【００２３】（実施例３）上記実施例１のセレン・イオ
ウ（０．１重量％）原料に代えて、セレン・イオウ（５
重量％）原料を用いた他は、実施例１と同様な方法でX
線検出器を作製した。

【００２４】（実施例４）上記実施例１のセレン・イオ
ウ（０．１重量％）原料に代えて、セレン・イオウ（２
０重量％）原料を用いた他は、実施例１と同様な方法で
X線検出器を作製した。

【００２５】（実施例５）上記実施例１のセレン・イオ
ウ（０．１重量％）原料に代えて、セレン・イオウ（３
０重量％）原料を用いた他は、実施例１と同様な方法で
X線検出器を作製した。

【００２６】（実施例６）上記実施例１のセレン・イオ
ウ（濃度０．１重量％）原料に代えて、セレン・ヒ素
（０．１重量％）イオウ（５重量％）原料を用いた他
は、実施例１と同様な方法でX線検出器を作製した。

【００２７】（実施例７）上記実施例１のセレン・イオ
ウ（濃度０．１重量％）原料に代えて、セレン・イオウ
（５重量％）・塩素（２０ｐｐｍ）原料を用いた他は、
実施例１と同様な方法でX線検出器を作製した。

【００２８】（実施例８）上記実施例３の１０００μｍ
の膜厚に代えて、膜厚を２００μｍとした他は、実施例
１と同様な方法でX線検出器を作製した。

【００２９】（実施例９）上記実施例１の５２０ｍｍ×
５２０ｍｍのガラス板に代えて、２７０ｍｍ×２７０ｍ
ｍのガラス板の上に薄いＩＴＯ下部電極を形成して基体
とし、セレン層の大きさを２５０ｍｍ×２５０ｍｍ、電
極の大きさを２３０ｍｍ×２３０ｍｍとした他は、実施
例１と同様な方法でX線検出器を作製した。

【００３０】（実施例１０）上記実施例９における基体
の代わりに、ガラス板１の大きさが２７０ｍｍ×２７０
ｍｍで、その上に画素８をマトリックス状（画素サイズ
１５０μｍ角）に設けた図2に示すような基体とした他
は、実施例９と同様な方法で図2に示すX線検出器を作製
した。

【００３１】（実施例１１）上記実施例３におけるセレ
ン層の膜厚１０００μｍに代えて、セレン層の膜厚を１
５００μｍとした他は、実施例３と同様な方法でX線検
出器を作製した。

【００３２】（実施例１２）上記実施例３におけるセレ
ン層の膜厚１０００μｍに代えて、セレン層の膜厚を２
０００μｍとした他は、実施例３と同様な方法でX線検
出器を作製した。

【００３３】（実施例１３）上記実施例３における厚さ
１．１ｍｍのガラス板に代えて、厚さ０．７ｍｍのガラ
ス板を用いた他は、実施例３と同様な方法でX線検出器
を作製した。

【００３４】

【比較例】（比較例１）上記実施例１におけるセレン・
イオウ（濃度０．１重量％）原料に代えて、イオウが添
加されていないセレン原料（純度９９．９９％）を用い
た他は、実施例１と同様な方法でX線検出器を作製し
た。

【００３５】（比較例２）上記実施例８におけるセレン
・イオウ（濃度５重量％）原料に代えて、イオウが添加
されていないセレン原料（純度９９．９９％）を用いた
他は、実施例８と同様な方法でX線検出器を作製した。

【００３６】（比較例３）上記実施例９におけるセレン
・イオウ（濃度５重量％）原料に代えて、イオウが添加
されていないセレン原料（純度９９．９９％）を用いた
他は、実施例９と同様な方法でX線検出器を作製した。

【００３７】（比較例４）上記実施例１０におけるセレ
ン・イオウ（濃度５重量％）原料に代えて、イオウが添
加されていないセレン原料（純度９９．９９％）を用い
た他は、実施例１０と同様な方法でX線検出器を作製し
た。

【００３８】（比較例５）上記実施例６におけるセレン
・ヒ素（０．１重量％）・イオウ（濃度５重量％）原料
に代えて、イオウが添加されていないセレン・ヒ素
（０．１重量％）原料を用いた他は、実施例６と同様な
方法でX線検出器を作製した。

【００３９】（比較例６）上記実施例７におけるセレン
・イオウ（濃度５重量％）・塩素（２０ｐｐｍ）原料に
代えて、イオウが添加されていないセレン・塩素（２０
ｐｐｍ）原料を用いた他は、実施例６と同様な方法でX
線検出器を作製した。

【００４０】上記の実施例及び比較例について次の三種
類の実験を行った。まず、上記の実施例１〜５及び比較
例１のＸ線検出器に対して、上部電極層５と基体３との
間にセレン層4の膜厚１μｍ当たり５ｖの電圧を印加し
（上部電極層へ＋の電圧を印加）、上部電極層５の上方
からＸ線を管電圧８０ｋｖ、１７００ｍＲ／分の線量で
照射した時のＸ線照射電流を測定した。結果を表1に示
す。なお電流は単位面積に換算してある。

【００４１】

【表1】

【００４２】上記表1より、セレン層の含有するイオウ
の量が３０重量％になると、Ｘ線照射電流が減少する傾
向にあり望ましくないことが分かる。

【００４３】次に、上記の実施例３及び比較例１のＸ線
検出器を、前記図４に示したように、厚み１０ｍｍのア
ルミニウム板１５上に接着剤を用いて接着した後恒温器
へ入れ、室温から徐々に冷却して約１時間かけて−１０
℃までにし、その状態で1時間放置した。その後、徐々
に室温に戻しセレン層４の割れの状況を目視で観察し
た。その結果、実施例３のＸ線検出器には割れが発生し
なかったが、比較例１のＸ線検出器には多数発生した。

【００４４】次に、上記の実施例１〜１３及び比較例１
〜６のＸ線検出器を恒温器に入れ、室温から徐々に１時
間かけて−１０℃までに冷却し1時間放置した後、徐々
に室温に戻しセレン層４の割れの状況を目視で観察し
た。その結果を表２に示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】上記の表２より、セレン層４にイオウが含
有されている本発明のＸ線検出器は、セレン層４の組成
にかかわらず、イオウ濃度０．１重量％以上で、割れに
対して効果のあることが分かる。また、基体３の種類や
基体３の厚みにかかわらず、割れに対して効果のあるこ
とが分かる。さらに、セレン層４の大きさ２５０ｍｍ□
において、セレン層４にイオウが含有されているＸ線検
出器は、膜厚１０００μｍの場合に割れが発生しないが
（実施例９）、イオウを含有しないものは発生していた
（比較例３）。そしてまた、セレン層４の膜厚が比較的
薄い２００μｍにおいて、イオウを含有するＸ線検出器
は、セレン層４の大きさ５００ｍｍ□で割れが発生しな
いが（実施例８）、イオウを含有しないものはごく僅か
発生していた（比較例２）。さらにまた、本発明のＸ線
検出器は、膜厚２０００μｍ以下で、割れに対して効果
があることが分かる（実施例１２）。

【００４７】なお、上述の実施形態はＸ線検出器の場合
について述べたが、本発明はこれに限定されるものでな
く、一般の放射線検出器にも適用できるものである。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る放射
線検出器によれば、セレン層の面積を大きくしたり、セ
レン層の膜厚を厚くしたとしても、外気温など環境温度
の変化などによってセレン層に割れが発生することがな
く、安定した長寿命の放射線検出器が得られる、といっ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＸ線検出器の一実施形態を示す概
念図である。

【図２】本発明に係るＸ線検出器の他の実施形態を示す
概念図である。

【図３】Ｘ線検出器の反りによる変形を示す概念図であ
る。

【図４】アルミニウム板に固定したＸ線検出器を示す概
念図である。

【符号の説明】

１ ガラス板 ２ 下部電極 ３ 基体 ４ セレン層 ５ 上部電極層 ６ 直流電圧 ７ 電流計 ８ 画素 ９ 電荷収集電極 １０ 電荷蓄積コンデンサ １１ 薄膜トランジスタ １２ スイッチングライン １３ ゲート端子 １４ 読み出しライン １５ アルミニウム板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G088 EE01 EE27 FF02 FF14 GG21 JJ05 JJ32 LL21 4M118 AA08 AA10 AB01 BA05 CA14 CB05 CB14 FB09 FB13 FB16 GA10 5F088 AA11 AB01 AB16 BA11 BA13 BB03 BB06 BB07 CA05 EA04 FA04 FA05 GA02 LA07 LA08

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体上にセレン層と電極層とを形成して
   なる放射線検出器において、 前記セレン層にイオウが含有されてなることを特徴とす
   る放射線検出器。
2. 【請求項２】 前記イオウが０．３〜２０重量％の範囲
   で含有されてなることを特徴とする請求項１記載の放射
   線検出器。