JP2002250705A

JP2002250705A - 半導体位置検出ｘ線センサが設けられる分析ｘ線装置

Info

Publication number: JP2002250705A
Application number: JP2001342417A
Authority: JP
Inventors: Raymond Wilhelmus Herman Johannes Verbruggen; ウィルヘルムスヘルマンヨハネスフェルブリュッヘンレイモント
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2002-09-06
Also published as: US6815684B2; DE10153978A1; NL1019287C1; US20020053641A1; DE10153978B4

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、信号対雑音比が、更なる信号処理
の際にできるだけ高く維持されることが可能である装置
を提供することを目的とする。【解決手段】半導体位置検出センサ（ＰＳＤ）内の各
検出器素子４４は、Ｘ線量子あたりに低い電荷効率を提
供し得る。更に、テイクオフ電極９０と電極が接続され
る半導体材料８６、８８、９２との間に比較的高い漂遊
容量１０４が存在し得る。これらの影響によって、低い
信号対雑音比をもたらし、従って、信号を劣化させる。
本発明では、アナログ電荷増幅器５８が、集積バイポー
ラ技術で構成され、増幅器の読出し回路４８はデジタル
技術、好適には電流モード論理（ＣＭＬ）技術の形式で
あるＢＩＣＭＯＳプロセスで具現化される。更に、デジ
タル信号処理回路は、電荷増幅器と同一の基板上に収容
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線によって材
料の分析をする装置に関わり、放射線を発生させる放射
線源と、分析されるべき材料の試料を収容する試料位置
と、試料から放射する放射線を検出する位置検出センサ
装置とを含み、センサ装置は、放射線感応検出器素子の
アレイと、検出器アレイに接続され、検出器素子と１対
１の関係にある電荷増幅器を含み、電荷増幅器の入力は
検出器素子の夫々に接続される電子読出し回路とを含
む。

【０００２】

【従来の技術】放射線、特に、Ｘ線によって材料を分析
するには、入射ビームの方向に対し試料から放射線が発
生する角度を測定することが、実際には常に必要であ
る。測定は、大きい角度範囲（１８０度の大きさのオー
ダの）、又は、所与の角度範囲内における放射線の角分
布に関し一般的な知識が既に得られている場合には小さ
い角度範囲が関係する。小さい角度範囲は、例えば、Ｘ
線回折線の微細な構造が測定されるべき場合である。こ
の場合、位置検出センサ装置、つまり、（一般的には線
形に）隣接して配置される放射線感応検出器素子のアレ
イが設けられる検出器を使用することが可能であり、放
射線によって作動される素子の位置は、放射線が試料か
ら放射する角度方向の尺度である。この場合、角度が調
節可能な検出器を使用する必要が無く、これはかなりの
構造的な利点をもたらす。

【０００３】米国特許第５，１１３，０７７号は、コン
ピュータ断層撮影用のＸ線によって対象物をスキャンす
る装置（「Ｘ線ＣＴスキャナ」）内における放射線を検
出する装置を開示する。上述の特許に記載されるＣＴス
キャナは、検査されるべき対象物から放射するＸ線を検
出する位置検出センサ装置が設けられる。このセンサ装
置は、フォトダイオードを有するシンチレータの形式で
放射線感応検出器素子のアレイを含む。電子読出し回路
は各検出器素子に接続され、電荷増幅器を含み、電荷増
幅器は、その入力が各検出器素子の出力にそれぞれ接続
されるような１対１の関係で検出器素子に接続される。
各電荷増幅器は、帰還演算増幅器（ＯＰＡＭＰ）として
構成される。別個のＰＮＰトランジスタが演算増幅器の
出力に、ＯＰＡＭＰ及びトランジスタによって形成され
る組合せの出力電流が、ＰＮＰトランジスタのエミッタ
電流によって形成されるよう接続される。

【０００４】Ｘ線による材料の分析は、一般的に、例え
ば、約０．１５４ｎｍの波長を有する銅のＫ_α放射線と
いった比較的軟らかいＸ線を使用する。半導体検出器素
子の電荷収量は、このような比較的軟らかいＸ線の場合
には比較的小さい。例えば、入射Ｘ線量子につき、２２
００の電子−正孔対に対応する電荷の量が、１つの側に
ＰＮ接合が、もう１つの側にＮ^＋層が隣接するＮ材料の
本体からなるシリコン検出器内で励起される。実際に
は、Ｘ線感応表面を増加することによってこのような位
置検出センサのＸ線収量を増加することは、通常不可能
である。なぜなら、この表面の寸法は位置分解能を決定
するので、できるだけ小さくされることが好適であるか
らである。更に、Ｘ線に照射される検出器素子の表面の
寸法は、テイクオフ電極の寸法を決定する。このテイク
オフ電極と電極がその上に配置される半導体材料の組合
せは、検出器素子の出力、つまり、続く電荷増幅器の入
力における（漂遊）容量の値を決定する。増幅器技術に
おいて、このような増幅器の入力における容量が、増幅
器チェーンにおけるこの増幅器による雑音寄与を決定す
ることは一般的に知られている事実であり、つまり、入
力容量が高いほど雑音寄与も高い。

【０００５】上述の両方の影響（Ｘ線量子当たりの低い
電荷収量、及び、高い入力容量）は、センサ装置の電子
読出し回路内における比較的低い、つまり、よくない信
号対雑音比をもたらす。原則的には、測定時間を長くす
ることによって信号対雑音比を高めることは不可能では
ないが、このような長い測定時間は、比較的高価な分析
装置が測定を行うのに望ましくなく長い時間がかかり、
それによりこの装置の効率が非常に低くなるので望まし
くない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の問題を緩和する
ために、本発明は、信号対雑音比が、更なる信号処理の
際にできるだけ高く維持されることが可能である上述し
たような装置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】このために、本発明の装
置は、電荷増幅器（５８）は集積バイポーラ技術によっ
て構成され、電子読出し回路（４８）は、電荷増幅器の
出力に接続され、デジタル技術によって構成される信号
処理回路を含むことを特徴とする。

【０００８】本発明は、電荷増幅器の漂遊入力容量は、
雑音に非常に深刻に寄与するという事実の認識に基づい
ている。その領域における雑音寄与を最小にするよう、
比較的少量の雑音をもたらす集積バイポーラ技術が電荷
増幅器に使用される。この場合、更なる信号処理は、計
数率、従って、分析されるべき試料のスループット速度
を不必要に制限することを阻止するよう十分に高い速度
で行われるべきである。この速度は、デジタル技術によ
って構成される信号処理回路によって実現されることが
可能である。更に、デジタル構成を有する回路は、それ
らを比較的小さい回路表面領域でまとめることが可能で
あり、それらの電力消費が比較的低くなるような方法で
構成されることが可能であるという更なる利点を提供す
る。検出器アレイに対し十分に高い計数率が要求される
ので、小さい回路表面領域に関しての要件はより厳しい
が、これを達成するために、各検出器素子はそれぞれ独
自の信号処理回路が設けられ、それにより、多数の処理
回路があり、集積回路によって大きい表面領域が占めら
れる。それにもかかわらずこの表面を十分に小さく保つ
ために、空間に関する要件は比較的中程度であるデジタ
ル技術が使用される。

【０００９】尚、上述の米国特許第５，１１３，０７７
号から、電荷増幅器に、ＰＮＰトランジスタ（従ってバ
イポーラトランジスタ）の形式である別個の出力トラン
ジスタを設けることが公知である。しかし、上述の特許
は、電荷増幅器自体、つまり、漂遊入力容量に直接接触
する回路を構成するために使用される技術に関する情報
を提供しない。

【００１０】好適な実施例におけるデジタル信号処理回
路は、電荷増幅器と同一の基板上に収容される。高い位
置分解能及び大きい測定範囲を実現するために、最大数
の検出器素子が位置検出センサアレイに使用されること
が好適である。これは、電荷増幅器と検出器素子との間
の１対１の関係が、少なくとも同様に大きい数の接続を
使用することが必要であることを意味する。各バイポー
ラ回路及びデジタル技術で構成される回路がそれぞれの
基板を有するとしたら、各基板上に各接続のために等し
い数のボンドパッドが設けられなければならず、既知で
あるように、ボンドパッドは当該の集積回路上で大量の
空間を占領してしまう。上述の処置は、このボンドパッ
ドがなくてよいという利点を提供する。

【００１１】本発明の更なる実施例におけるデジタル信
号処理回路は、電流モード論理（ＣＭＬ）技術の形式で
ＢＩＣＭＯＳプロセスによって構成される。デジタル信
号処理回路が、通常のＣＭＯＳ論理で構成されると、第
１の論理状態から相補型論理状態に遷移する際に、パル
ス状のピーク電流（無効電流とも称される）が、切替わ
った論理ゲートのトランジスタから、このトランジスタ
が上に設けられる基板に発生する。バイポーラ技術によ
って構成される電荷増幅器も同一の基板上に取付けられ
るので、このようなパルス状の漏れ電流は、電荷増幅器
の雑音に寄与する可能性があり、従って、電荷増幅器の
信号対雑音比を劣化させる。上述の処置が取られると、
この影響は、ＢＩＣＭＯＳプロセスでは、基板は、通常
のＣＭＯＳプロセスにおけるよりもかなり高い抵抗を有
することによって阻止される。従って、基板電流はかな
り小さく基板に余り貫通せず、従って、上記の望ましく
ない影響は余り目立たず、及ばない。更に、１つの論理
状態から相補型論理状態へ遷移するとかなり小さいピー
ク電流がＢＩＣＭＯＳ−ＣＭＬ回路内には発生する。

【００１２】本発明の更なる実施例において、検出器ア
レイ及び電子読出し回路によって形成される組立体は、
セラミック材料からなる共通の基板上に収容される。バ
イポーラ電荷増幅器に対し最適な信号対雑音比を達成す
るために、それらは比較的高い零入力電流に調整され
る。ＣＭＬ技術を使用することは、通常のＣＭＯＳ論理
の場合に必要とされる電流よりも大きい電流を必要とす
る。大きい電流は、高い熱の放散が関連する。回路が、
例えば、窒化アルミニウムであるセラミックの基板に収
容されると、好適な熱の分配、つまり本来から備わって
いる好適な冷却特性を有する大きいヒートシンク表面領
域が達成される。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は、対応する参照番号は対
応する素子を示す図面を参照し、以下に詳細に説明す
る。

【００１４】本発明は、放射線によって材料を分析する
装置は、特にＸ線回折装置である分析Ｘ線装置によって
形成される実施例に基づいて以下に詳細に説明する。実
施例内の分析放射線はＸ線からなる。しかし、本発明
は、分析されるべき試料から放射する放射線を検出する
ために位置検出センサを使用する、放射線分析用の他の
全ての装置に対し使用可能であることを明記する。

【００１５】図１は、本発明を使用することが可能であ
る既知の分析Ｘ線装置を示し、本実施例の場合、Ｘ線回
折装置である。装置内のゴニオメータ４は枠体２上に取
付けられる。ゴニオメータ４は、Ｘ線源６の角変位を、
所望される場合にはセンサ装置９の角変位を測定する角
度エンコーダが設けられる。しかし、位置検出センサが
使用される場合は、角変位の測定は必要ではない。なぜ
なら、測定されるべきＸ線の角位置は、位置検出センサ
自体によって決められるからである。この場合、位置検
出センサを所望の測定範囲内に調節するために、ゴニオ
メータの代わりに調節機構を使用することが可能であ
る。更に、ゴニオメータには、その上に試料１０が配置
される試料キャリア８が設けられる。試料の角変位の測
定が重要である場合は、試料キャリア８には角度エンコ
ーダが設けられ得る。Ｘ線源６は、図示されないＸ線管
が内部に取付けられるホルダ１２を含む。Ｘ線管は、高
電圧及びフィラメント電流をＸ線管に供給する高圧コネ
クタ１５を含む。Ｘ線管ホルダ１２は更に、Ｘ線用の出
口開口３８とＸ線を平行にするためのユニット（ソーラ
スリットコリメータ）１６を含む。ソーラスリットコリ
メータ１６のプレートは図平面と平行に延在し、それに
よりＸ線源６によって発生される放射線は、発散ビーム
によって試料１０を照射する。

【００１６】センサ装置９は、ソーラスリットコリメー
タ及び検出器２０用のホルダ１８からなる。ホルダ１８
内のソーラスリットコリメータのプレートも図平面と平
行に延在する。Ｘ線源自体は、固定となるよう配置され
得る。この場合、試料キャリアが回転式に配置されるべ
きである。

【００１７】図１に示されるＸ線回折装置は更に、様々
な測定されたデータを処理する処理装置を含む。この処
理装置は、メモリユニット２６、及び、様々なデータの
表示且つ測定され計算された結果のディスプレイのため
のモニタ２４を含む中央演算処理ユニット２２（所望さ
れる場合には、測定データを処理装置に適応するための
インタフェースが設けられる）からなる。ゴニオメータ
４上に取付けられるＸ線源６、センサ装置９、及び試料
キャリア８は全て、それぞれの構成要素のゴニオメータ
に対する角位置を決めるためのユニット（図示せず）が
設けられ得る。このような角位置を表す信号は、接続線
２８−１、２８−２、及び２８−３を介し、中央演算処
理ユニット２２に供給される。

【００１８】試料１０は、Ｘ線源６からのＸ線によって
照射される。Ｘ線源は、図１には示されないＸ線管の一
部を形成するアノード３０（概略的に示される）を含
む。アノード３０は、Ｘ線窓３８を介し放射されるＸ線
３４を発生する。図１に示される配置内でＸ線が放射す
る点は、単一の点から形成されるのではなく、アノード
上の線状焦点３２によって形成され、この線状焦点は、
図平面に対し垂直に延在する。フォーカシング回折計で
は、焦点は、試料から放射されるビームの点３６、つま
り、検出器２０の入口付近のこのビームのジャンクショ
ンの領域に形成される。

【００１９】従ってこの配置は、図平面においてのみ集
束効果を有し、ジャンクション３６の領域におけるビー
ムの断面は、図面に垂直に延在する線の形状を有する。
位置検出Ｘ線センサの検出器素子も線形であり、点３６
の領域における焦点線と平行に延在する。

【００２０】図２は、放射線感応検出器素子のアレイ
と、６４の電子読出し回路のグループをそれぞれ含む２
つのチップの配置を示す。読出し回路は、検出器素子に
接続される電荷増幅器を含む。各電子読出し回路は、帯
域フィルタと、信号レベル比較器とを含み、更に、出力
マルチプレクサがチップの出力ピンの数を制限するよう
各チップの出力に接続される。

【００２１】図２中、放射線感応検出器素子のアレイ
は、参照番号４２によって示される。アレイは、１２８
の検出器素子４４−１乃至４４−１２８から構成され、
検出器素子は以下に一般的に参照番号４４として示す。
アレイ４２の構成は、図４を参照し以下に詳細に説明す
る。各検出器素子４４−ｉは、アレイ４２の基板上のボ
ンドパッド（図示せず）、接続ワイヤ４６−ｉ、及び、
チップ４８上のボンドパッド（図示せず）によってチッ
プ４８−１又は４８−２内のそれぞれの電子読出し回路
に接続され、各読出し回路の入力は、電荷増幅器の入力
によって形成される。各検出器素子４４から受信した信
号を電子処理した後、処理された信号は、各チップ４８
に対し設けられるマルチプレクサ（図示せず）を介し、
出力５０−１乃至５０−６、即ち、一般的に出力５０に
供給される。出力５０−１及び５０−４のそれぞれは、
Ｘ線量子が検出されたか否かを示す２進信号を運ぶ２つ
の物理的な導線から構成され、出力５０−２及び５０−
５のそれぞれは、検出されたＸ線量子のエネルギーが特
定のエネルギー窓内であるか否かを示す２進信号を運ぶ
２つの物理的な導線から構成され、出力５０−３及び５
０−６のそれぞれは、当該Ｘ線量子を検出した検出器素
子４４−ｉのアドレスを表す６ビットデジタル信号を運
ぶ１２の物理的な導線を有するバスからなる。アレイ４
２の基板と、２つのチップ４８−１及び４８−２の基板
は、例えば、窒化アルミニウムであるセラミック材料か
らなる共通の支持体（５５）上に共に設けられる。チッ
プ４８上の読出し回路の内容は、図３を参照し以下に詳
細に説明する。

【００２２】Ｘ線量子５４の入射に反応して、その量子
が当たる検出器素子４４−ｉは、関連の電荷増幅器に電
流パルスを出力する。当たった検出器素子の整列番号ｉ
は、その量子が入射した位置の尺度であり、従って、位
置が検出される方向は、図２に矢印５２の方向によって
示されるように、検出器素子の長手方向に対し垂直に延
在する。この場合、検出器アレイの位置分解能は、検出
器素子４４の幅、つまり、矢印５２の方向における寸法
によって決められる。

【００２３】図３は、図２に示すチップ４８内の電子読
出し回路内の様々な機能ブロックを概略的に示す。検出
器素子４４によって発生される電流パルスは、アレイ４
２の基板上のボンドパッド（図３中には図示せず）、接
続ワイヤ４６、及びチップ４８上のボンドパッド５６を
介し、電荷増幅器５８に供給される。電荷増幅器は、リ
セット回路６０によって定期的に初期状態にリセットさ
れる。

【００２４】バッファ回路６６は、電荷増幅器５８の出
力に接続され、電荷増幅器５８の出力が電荷増幅器より
下流に接続される回路によって負荷がかからないことが
保証される。バッファ回路６６から下流で得られる信号
は、更なる処理のために帯域フィルタ６８が施され、そ
の後、このフィルタが施された信号は、比較器回路７０
内において、意図されたエネルギーのＸ線量子（従っ
て、正しい値の電荷パルス）を受けたか否かを決めるた
めに所定の値と比較される。このために、比較器回路７
０は、受信した信号が調整された雑音閾値を越えるか否
かを決める雑音閾値比較器７０−１と、受信した信号が
所定の最低信号レベルより高いか否かを決める下限レベ
ル比較器７０−２と、受信した信号が所定の上部の信号
レベルより低いか否かを決める上部レベル比較器７０−
３から構成される。比較器のレベルは、調整回路７２に
よって調整されることが可能である。図３の垂直の破線
７１は、アナログ技術で構成されるセクション（つま
り、破線に対し左側で、符号Ａによって示される）と、
デジタル技術で構成されるセクション（つまり、破線に
対し右側で、符号Ｄによって示される）との間の分離を
表す。本発明では、これらのセクションは同一の基板５
５（図２参照）上に配置される。

【００２５】量子検出回路７４は、雑音閾値比較器７０
−１の出力に接続され、この検出回路は、その出力７８
において、２進信号（検出信号）によって、Ｘ線量子が
検出されたか否かを示す。窓回路７６は、下限レベル比
較器７０−２の出力と上部レベル比較器７０−３の出力
とに接続され、検出されたＸ線量子が、比較器７０−２
及び７０−３によって特定されるエネルギー窓内である
か否かを、その出力８０−ｉにおいて２進信号（窓信
号）によって示す。マルチプレクサ８２の出力に接続さ
れるバス導線８３は、２進検出信号、２進窓信号、及び
デジタル６ビットアドレス信号を運ぶ。

【００２６】各チップ４８には、６４のチャネルが上述
したような信号処理のために設けられる。従って、各チ
ャネルｉは、２進出力７８−ｉ及び２進出力８０−Ｉを
有する。これらの出力の全ては、出力マルチプレクサ８
２に接続され、例えば、好適なインタフェース回路を介
し、中央演算処理ユニット２２（図１参照）に供給され
ることが可能である。

【００２７】図３を参照し説明される個々の回路の全て
は、当該の技術における当業者には既知であり、従っ
て、構成及び動作に関しては更に説明する必要はない。

【００２８】図４は、図２に示される放射線感応検出器
素子のアレイ４２の構成を示す斜視図である。このアレ
イは、高い電気抵抗率を有するｎ−材料の比較的厚い層
からなる基板８６の上に形成される。ｐ−材料によって
満たされる細長い凹部８８は、上記層の１つの側面に形
成される。そのｐ−材料の上には細長いアルミニウムの
テイクオフ電極９０が信号の発信のために設けられる。
凹部８８、従って電極９０の形状は、その幅がその長さ
よりも実質的に小さくなるようにされ、その結果、電極
の形状は、検出されるべきＸ線の線状焦点の形状に対応
する。上述の層８６のもう１つの面には、電流接触のた
めのｎ^＋材料の層９２が設けられる。動作時には、ｎ^＋
層９２を亘る電圧は例えば８０Ｖであり、テイクオフ電
極を亘る電圧は、例えば２．５Ｖである。

【００２９】印加される電圧は、その電界線９４がテイ
クオフ電極９０とｎ^＋層９２との間に示される電界を発
生させる。この電圧差（つまり、８０−２．５Ｖ）は、
材料８６を完全に空乏化させ、つまり、自由電荷キャリ
アが残っていないことを意味する。

【００３０】動作時に、Ｘ線量子５４は、層８６の下部
側に入射する。これによって、上述の層内に多数の電子
−正孔対が発生され、電子−正孔対の数は、Ｘ線量子の
エネルギーに依存する。Ｘ線量子のエネルギーが、例え
ば、８ｋｅＶであるとすると、放出される電子−正孔対
の数は、Ｘ線量子のエネルギーと、例えば、３．６ｅＶ
である１つの電子−正孔対の放出エネルギーとの比と等
しく、従って、この場合、約２２００の電子−正孔対が
放出される。放出された電子−正孔対の電子９６は、電
界の影響下でｎ^＋層９２の方向に移動し、正孔１００は
ｐ−材料、従って、電極９０の方向に移動する。従っ
て、ｎ^＋層９２とｐ材料８８との間に接続される回路内
に電荷パルスが形成される。

【００３１】凹部８８、従って、電極９０の形状は、そ
の幅がその長さよりも実質的に小さくなるようにされ、
それにより、電極９０の長手方向に対し垂直な方向にお
いて高い位置分解能が達成されることが可能であり、こ
の電極のより長い長さによって適当な電極表面領域がも
たらされ、それにより、検出表面領域が不必要に小さく
なることはなく、従って、検出効率も低くなりすぎな
い。検出されるべきＸ線のビームは、検出器表面の領域
において線状の断面を有することが好適である。この条
件は、多くの分析Ｘ線装置、特にＸ線回折用の装置にお
いて満足される。

【００３２】電極９０は、同一の基板８６上に設けられ
るボンドパッド９８内で終端する。接続線４６は、この
ボンドパッド９８からボンドパッド５６に延在し、この
ボンドパッド５６もチップ４８に属する（図３参照）。
従って、電極９０を介し出る電荷パルスは、更なる信号
処理のためにチップ４８の電荷増幅器５８に運ばれる。
電極９０、ｐ−材料８８、それらの下にある半導体材料
８６、及びｎ^＋材料９２によって形成される組合せは、
図中、参照番号１０４によって概略的に示される漂遊容
量を発生させ、この漂遊容量は、検出器素子の出力にお
いて、つまり、検出器素子に接続される電荷増幅器の入
力において観察される。このような増幅器の入力におけ
る容量は、増幅器チェーンにおけるその増幅器による雑
音寄与を決めるので、残りの信号処理チェーンをできる
だけ低雑音となるよう設計することが非常に重要であ
る。

【００３３】図５ａ及び図５ｂは、電子読出し回路の電
荷増幅器の直後における信号波形と、その信号にフィル
タを施した後の信号波形をそれぞれ示す図である。一般
的に知られているように、電荷増幅器は、受信した電荷
パルスを電圧増幅器によって増幅される電圧ステップに
変換するコンデンサが設けられる。基板８６の半導体材
料を流れる不可避的な漏れ電流は、このコンデンサを徐
々に充電させ、それにより（反転）電荷増幅器の出力電
圧Ｖ_ｕは、図５ａにおいて線形部１０６として示される
ように時間の関数として線形に変動する。電荷増幅器の
入力に電荷パルスがない場合、増幅器はしばらく時間が
経過した後にリセットされる。これは、コンデンサに亘
る電荷が初期値（例えば、０Ｃ）に設定されたことを意
味し、その後に、上述の線形変動が再開する。しかし、
電荷パルスが与えられると、コンデンサに亘る電荷に過
渡が生じ、つまり、図５ａ中に電圧の過渡１０８によっ
て示されるように出力電圧にも過渡が生じ、その後、
（垂直方向に移動して）線形部は、増幅器が再びリセッ
ト１１２に従ってリセットされるまで線１１０として続
く。

【００３４】このように得られる信号は帯域フィルタに
よってデジタル的にフィルタが施され、その出力信号Ｖ
_ｆは、図５ｂ中実線１１４によって示される。この場
合、Ｉによって示され、時間軸より上で実線１１４より
下の面は、時間軸より下で実線１１４より上の面ＩＩと
略等しい。この効果は、３つの同時の実数の極を有する
フィルタによって達成される。実線１１４に一致する上
述の信号波形の利点は、電流パルスが与えられるとき
と、このパルスの検出（つまり、パルスの発生の電子的
検出）との間の時間経過が、例えば、比較のために図５
ｂ中に破線１１６によってその波形が示される従来の帯
域フィルタからの信号波形よりも、速いゼロ値への戻り
を示す上述の信号波形によって短いことである。このゼ
ロ値への速い戻りは、検出器の高い計数率を可能にす
る。

【００３５】図６ａ及び図６ｂは、ＣＭＯＳ論理におけ
る論理ゲート、及び、ＣＭＬ技術における論理ゲートを
それぞれ示す。図６ａに示される論理ゲートは、それら
の主電流路によって直列接続される２つのＭＯＳＦＥＴ
トランジスタ１１８及び１２０と、論理信号の出力を構
成する接合１２２からなる。論理状態から相補型論理状
態へ遷移する場合、無効電流が基板に流れる。この電流
は以下の通りに形成される。ゲートの第１の論理状態で
は、電流は、内側に向けられる出力１２２を通り伝わ
る。相補型論理状態では、電流は、外側に向けられる出
力１２２を通り伝わる。出力１２２が外側に向けられる
場合、電流は、供給点１２４からトランジスタ１１８を
通り出力１２２へ流れ、従って、トランジスタ１２０は
導電せず、それにより、電流は基板流れない。出力１２
２が内側に向けられる場合、電流は、出力１２２からト
ランジスタ１２０を通り基板に流れ、従って、トランジ
スタ１２０は導電しない。この場合、電流は基板に流れ
る。従って論理状態が遷移すると、電流差がパルス状ピ
ーク電流又は無効電流の形式で発生する。バイポーラ技
術によって構成される電荷増幅器は、同一の基板上に設
けられるので、パルス状のピーク電流は電荷増幅器の雑
音に寄与する。これは、電荷増幅器の信号対雑音比を低
下させる。

【００３６】上述の問題は、図６ｂ中にＣＭＬ論理の形
式で構成される論理ゲートを使用することにより解決さ
れる。このゲートは、電流源１３８によって直列接続さ
れる２つの並列な分岐１２６及び１２８からなる。２つ
の並列な分岐１２６及び１２８は、ＭＯＳＦＥＴトラン
ジスタ１３０、１３２、及び、電流源１３４、１３６か
らそれぞれ構成される。このゲートの出力は２つの接合
１３８及び１４０によって形成される。これら２つの接
合の間の差の電圧は、論理値を表す。２つの論路状態の
間で遷移する場合、１つのトランジスタ、例えば、トラ
ンジスタ１３０における電流低下は、もう１つのトラン
ジスタ１３２における電流増加と等しく、またその反対
も同様である。基板の電流は、これら２つの電流の和で
あり、変化しない。従って、望ましくないパルス状のピ
ーク電流は発生せず、従って、基板上のアナログ処理チ
ェーンにおいて雑音に寄与しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を使用することが可能である既知の分析
Ｘ線装置を示す図である。

【図２】本発明の位置検出センサ装置の放射線感応検出
器素子のアレイと、電子読出し回路の２つのグループの
配置を示す図である。

【図３】図２に示す電子読出し回路の様々な機能ブロッ
クを示す図である。

【図４】図２に示す放射線感応検出器素子のアレイの構
成を示す斜視図である。

【図５ａ】電子読出し回路の電荷増幅器の直後における
信号波形を示す図である。

【図５ｂ】図５ａの信号にフィルタを施した後の信号波
形を示す図である。

【図６ａ】ＣＭＯＳ技術で構成される論理ゲートを示す
図である。

【図６ｂ】ＣＭＬ技術で構成される論理ゲートを示す図
である。

【符号の説明】

２枠体４ゴニオメータ６Ｘ線源８試料キャリア９センサ装置１０試料１２ホルダ１５高圧コネクタ１６、１８ソーラスリットコリメータ２０検出器２２ＣＰＵ２４モニタ２６メモリ２８−１、２８−２、２８−３接続線３０アノード３２線状焦点３４Ｘ線３６ビームの点４４検出素子のアレイ４６接続ワイヤ４８チップ５０出力５２位置が検出される方向５４Ｘ線量子５５基板５６ボンドパッド５８電荷増幅器６０リセット回路６６バッファ回路６８帯域フィルタ７０比較器回路７１アナログ式とデジタル式の分離線７２調節回路７４量子検出回路７６窓回路７８２進信号８０出力８２マルチプレクサ８３バス導線８６基板８８凹部９０テイクオフ電極９２ｎ^＋材料層９４電界線９６電子９８ボンドパッド１００正孔１０４漂遊容量１１８、１２０、１３０、１４０トランジスタ１２２出力１２４、１３４、１３６、１３８供給源１２６、１２８分岐

フロントページの続き (71)出願人 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ１, 5621 ＢＡＥｉｎｄｈｏｖｅｎ，ＴｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓＦターム(参考） 2G001 AA01 BA18 CA01 DA08 DA10 GA01 GA13 2G088 EE29 FF03 FF15 GG21 JJ04 JJ31 KK01 KK05 LL11 4M118 AB01 CA03 CB11 DD09 5C024 AX12 CX03 CY44 CY47 GX18 HX01 HX51 5F088 AA02 BB10 EA03 EA07 KA02 KA08 LA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射線を発生する放射線源と、分析されるべき材料の試料を収容する試料位置と、上記試料から放射する放射線を検出する位置検出センサ
装置とを含み、上記位置検出センサ装置は、放射線感応検出器素子のア
レイと、上記検出器素子のアレイに接続され、上記検出器素子と
１対１の関係にある電荷増幅器を含み、上記電荷増幅器
の入力は、上記検出器素子のそれぞれに接続される電子
読出し回路とを含む、放射線によって材料を分析する装
置であって、上記電荷増幅器は、集積バイポーラ技術で構成され、上記電子読出し回路は、上記電荷増幅器の出力に接続さ
れ、デジタル技術で構成される信号処理回路を含むこと
を特徴とする装置。
【請求項２】上記デジタル信号処理回路は、上記電荷
増幅器と同一の基板上に収容される請求項１記載の装
置。
【請求項３】上記デジタル信号処理回路は、電流モー
ド論理（ＣＭＬ）技術の形式でＢＩＣＭＯＳプロセスに
よって構成される請求項２記載の装置。
【請求項４】上記検出器素子のアレイ及び上記電子読
出し回路によって形成される組立体は、セラミック材料
から形成される共通の支持体上に収容される請求項１乃
至３のうちいずれか一項記載の装置。
【請求項５】請求項１乃至４のうちいずれか一項に記
載されるような放射線の検出のための位置検出センサ装
置。