JP2002311144A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アモルファス半導体厚膜表面の変質、温度変化
による反り、亀裂等を抑え、高バイアス電圧印加時の絶
縁破壊を阻止して、高感度の検出特性が得られる放射線
検出装置を提供する。 【解決手段】大面積化適性を有する放射線感応型アモル
ファス半導体厚膜１と電圧印加電極２の間に、アモルフ
ァス半導体厚膜１の表面全体を覆うように耐溶剤性かつ
キャリア選択性の高抵抗膜３を形成され、さらに、アモ
ルファス半導体厚膜１・耐溶剤性かつキャリア選択性の
高抵抗膜３・電圧印加電極２が形成された最上層表面
に、絶縁性の基板６と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性
の補助板材５を、高耐圧の硬化性合成樹脂４によって、
最上層表面を覆うように固定形成される。その結果、ア
モルファス半導体厚膜１表面の変質、温度変化による反
り、亀裂等による絶縁破壊が阻止され、高いバイアス電
圧をかけて十分な検出感度を得ることが可能となる。

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に用いられる直接変換タイ
プの放射線検出装置に係り、特に放射線感応型の半導体
膜の耐環境性改善と、印加したバイアス電圧による沿面
放電を抑えるための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線等の放射線の検出装置には、放射線
をまず光に変換し、その変換光をさらに光電変換で電気
信号へ変換される間接変換タイプの装置と、入射放射線
が放射線感応型の半導体膜のように直接電気信号に変換
する直接変換タイプの装置とがある。

【０００３】後者の直接変換タイプの装置は、放射線感
応型の半導体膜の表面に形成された電圧印加電極に所定
のバイアス電圧を印加するとともに、半導体膜の裏面に
形成されたキャリア収集電極で放射線照射に伴って生成
したキャリアを収集して放射線検出信号として取り出す
ことにより放射線の検出を行う構成となっている。

【０００４】また、従来の直接変換タイプの放射線検出
装置の中でも、アモルファス・セレンのようなアモルフ
ァス半導体厚膜を放射線感応型の半導体膜として用いる
場合、アモルファス半導体は真空蒸着等の方法によって
簡単に厚くて広い膜を形成できるので、大面積厚膜が必
要な２次元アレイ型放射線検出装置を構成するのに適し
ている。

【０００５】従来の２次元アレイ方式の放射線検出装置
は、図８に示すように、電荷蓄積用のコンデンサＣａ
と、薄膜トランジスタなどにより形成された電荷読み出
し用のスイッチ素子８８（通常時オフ（ＯＦＦ）状態）
とが縦・横式２次元マトリックス状配列で複数個形成さ
れた絶縁性の基板８６と、複数個の電荷蓄積用コンデン
サＣａにそれぞれ電気的に接続されると共に複数個のキ
ャリア収集電極８７を介して絶縁性の基板８６上に形成
され、放射線が入射することにより電荷移動媒体（キャ
リア）が生成されるアモルファス半導体厚膜８１と、ア
モルファス半導体厚膜８１の表面に形成された電圧印加
電極８２とから構成されている。なお、キャリア収集電
極８７毎に電荷蓄積用のコンデンサＣａ及び電荷読み出
し用のスイッチ素子８８がそれぞれ各1個ずつ設けられ
ており、それぞれが、放射線検出ユニットである検出素
子ＤＵを形成している。

【０００６】ここで、電圧印加電極８２にバイアス電圧
が印加された状態で、放射線が照射されると、アモルフ
ァス半導体厚膜８１で電荷が形成され、電荷蓄積用コン
デンサＣａに蓄積されるが、蓄積された電荷は、スイッ
チ素子８８をオン（ＯＮ）状態とすることによって放射
線検出信号として読み出される。

【０００７】図８の２次元アレイ構成の放射線検出装置
を、例えばＸ線透視撮影装置の透過Ｘ線像の検出に用い
た場合、放射線検出装置から出力される放射線検出信号
に基づきＸ線透視画像が得られることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
放射線検出装置では、アモルファス半導体厚膜８１の熱
膨張係数が大きく、基板８６との熱膨張係数差を原因と
する温度変化による反りが生じる危険性がある。反りが
生じた場合、アモルファス半導体厚膜８１に亀裂が入る
可能性があり、かかる場合、画像上の欠陥となって現れ
たり、亀裂部分で放電破壊を起こし、動作不能状態とな
り得る。

【０００９】また、従来の放射線検出装置では、図８に
示すように、電圧印加電極８２の端縁８２ａからアモル
ファス半導体厚膜８１の端縁８１ａの表面に沿って、読
み出しライン８１０、ゲートライン８１１や接地ライン
８１２が絶縁基板８６上でむき出しになっている部分８
１０ａ、８１１ａ、８１２ａに至る間で絶縁破壊が起こ
ることで沿面放電が生じる危険性がある。そして、沿面
放電が起こると、例えばＸ線透視画像の場合、放射線検
出信号のノイズとなって画質の低下を招くこととなる。
これに対して、バイアス電圧を低めにすることで、沿面
放電を抑えられるが、かかる場合、アモルファス半導体
はキャリア走行特性が単結晶半導体に比べて劣っている
ので、十分な検出感度が得られないという不都合が生じ
る。

【００１０】なお、温度変化による反り等の耐環境性の
問題に対処するため、図９に示すように、絶縁性基板９
６上に形成されたアモルファス半導体厚膜９１と電圧印
加電極９２の最上層表面に、前記絶縁性基板９６と同程
度の熱膨張係数を持つ絶縁性の板材９５を、高耐圧の硬
化性合成樹脂９４によって、最上層表面全体を覆うよう
に固定形成した構成の放射線検出装置Ａが提案されてい
る。

【００１１】しかし、かかる放射線検出装置Ａでは、高
耐圧の硬化性合成樹脂９４の溶剤成分によって、アモル
ファス半導体厚膜９１の表面が変質し、沿面放電が発生
して耐圧が低下するという実験結果が得られている（図
７の実験結果比較用１）。

【００１２】また、沿面放電を防止するため、図１０に
示すように、変質しやすいアモルファス半導体厚膜１０
１の表面全体を覆うように、Ｓｂ２Ｓ３等のキャリア選
択性の高抵抗膜１０３をアモルファス半導体厚膜１０１
と電圧印加電極１０２との間に形成した構成の放射線検
出装置Ｂが提案されている（特願平１１−２４００２
６）。

【００１３】しかし、かかる放射線検出装置Ｂでは、Ｓ
ｂ２Ｓ３等のキャリア選択性の高抵抗膜１０３が引っ張
り強度に劣るため、温度変化によるアモルファス半導体
厚膜１０１の反りに耐え切れず亀裂が生じやすいという
問題点があり、また、キャリア選択性の高抵抗膜１０３
だけでは沿面放電を防止するのに十分な厚さを形成する
ことは困難となる。なお、図１０において、スイッチ素
子１０８、及びキャリア収集電極１０７は、図８におけ
るスイッチ素子８８、及びキャリア収集電極８７と同様
の構成を有する。

【００１４】さらに、沿面放電を防止するため、図１１
に示すように、絶縁性基板１１６上に形成されたアモル
ファス半導体厚膜１１１と電圧印加電極１１２の最上層
表面に、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等の高耐圧の絶縁
物質からなる放電防止膜１１０を形成した構成の放射線
検出装置Ｃが提案されている（特願２０００−１９１１
６７）。

【００１５】しかし、かかる放射線検出装置Ｃでは、シ
リコン樹脂やエポキシ樹脂等の高耐圧の絶縁物質からな
る放電防止膜１１０は、絶縁性基板１１６と熱膨張係数
が異なること、比較的表面強度が劣ることから、やはり
同じく、温度変化による反りが生じ、樹脂そのものや、
アモルファス半導体厚膜１１１と電圧印加電極１１２の
間に挟んだ中間層１１３に亀裂が入り、沿面放電耐圧が
不十分となる（図７の実験結果比較用２）。

【００１６】本発明は、上記の事情に鑑み、温度変化等
の耐環境性に優れ、しかも、放射線感応型の半導体膜に
印加したバイアス電圧による沿面放電を阻止でき、十分
な検出感度が得られる放射線検出装置の提供を目的とす
る。

【００１７】なお、図１１において、スイッチ素子１１
８、及びキャリア収集電極１１７は、図８におけるスイ
ッチ素子８８、及びキャリア収集電極８７と同様の構成
を有する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、電荷蓄積用のコンデンサと電荷読み出し用のスイッ
チ素子とが形成された絶縁性の基板と、前記絶縁性の基
板上に形成され、前記電荷蓄積用コンデンサと電気的に
接続されたキャリア収集電極と、前記キャリア収集電極
上に形成され、放射線の入射により電荷移動媒体（キャ
リア）が生成する放射線感応型のアモルファス半導体厚
膜と、前記アモルファス半導体厚膜の表面に形成された
電圧印加電極からなり、放射線照射により前記アモルフ
ァス半導体厚膜で生成され、前記電荷蓄積用コンデンサ
に蓄積された電荷が、前記スイッチ素子を経由して放射
線検出信号として読み出されるよう構成された放射線検
出装置において、前記アモルファス半導体厚膜と電圧印
加電極との間に、前記アモルファス半導体厚膜の表面全
体を覆うように耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜
が形成され、温度変化によってさらに、アモルファス半
導体厚膜に反りが生じないように、前記電圧印加電極上
に、前記絶縁性の基板と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁
性の補助板材が、高耐圧の硬化性合成樹脂によって固定
形成されていることを特徴とする。

【００１９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の放射線検出装置において、キャリア収集電極を２次元
マトリックス状に複数個形成し、各キャリア収集電極毎
に電荷蓄積用のコンデンサおよび電荷読み出し用のスイ
ッチ素子をそれぞれ設けることにより２次元アレイ構成
としたことを特徴とする。

【００２０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の放射線検出装置において、耐溶剤性か
つキャリア選択性の高抵抗膜が、０．０５μｍから１０
μｍの厚さのＳｂ２Ｓ３膜であることを特徴とする。

【００２１】請求項４記載の発明は、請求項１または請
求項２に記載の放射線検出装置において、高耐圧の硬化
性合成樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする。

【００２２】請求項５記載の発明は、請求項１または請
求項２に記載の放射線検出装置において、前記補助板材
が、原子番号１５以上の元素の含有量が１原子％以下の
材料で構成されていることを特徴とする。

【００２３】請求項６記載の発明は、請求項１または請
求項２に記載の放射線検出装置において、前記補助板材
が、放射線有感領域に位置する部分の厚さを非有感領域
に位置する部分の厚さより薄くした構造をもつことを特
徴とする。

【００２４】請求項７記載の発明は、請求項１または請
求項２に記載の放射線検出装置において、前記補助板材
が、放射線有感領域に位置する部分のみを開口した構造
をもつことを特徴とする。

【００２５】請求項８記載の発明は、請求項１から請求
項７に記載の放射線検出装置において、前記補助板材と
前記絶縁性の基板とのギャップ調整用のスペーサーを設
けたことを特徴とする。

【００２６】請求項９記載の発明は、請求項８に記載の
放射線検出装置において、前記絶縁性の基板と、前記補
助板材との貼り合せギャップが、２ｍｍから４ｍｍの間
であることを特徴とする。

【００２７】次に、この発明に係る各放射線検出装置に
おける作用を説明する。この発明の放射線検出装置によ
り放射線検出を行う場合、放射線感応型のアモルファス
半導体厚膜の表面側に形成された電圧印加電極にバイア
ス電圧を印加しておいて、検出対象の放射線を入射させ
る。そうすると、放射線の入射によりアモルファス半導
体厚膜に生成した電荷移動媒体（キャリア）に相応して
キャリア収集電極に電気的に接続された電荷蓄積コンデ
ンサに電荷が蓄積されるとともに、電荷読み出し用のス
イッチ素子のオン状態への移行に伴って蓄積電荷がスイ
ッチ素子経由で放射線検出信号として読み出される。

【００２８】そして、この発明の放射線検出装置の場
合、アモルファス半導体厚膜と電圧印加電極の間に、ア
モルファス半導体厚膜の表面全体を覆うように耐溶剤性
かつキャリア選択性の高抵抗膜が形成されているため、
高耐圧の硬化性合成樹脂の溶剤成分によって、アモルフ
ァス半導体厚膜の表面が変質し、沿面放電が発生して耐
圧が低下するというような現象は起こらず、また暗電流
の増加を抑制される。

【００２９】さらに、アモルファス半導体厚膜・耐溶剤
性かつキャリア選択性の高抵抗膜・電圧印加電極が形成
された最上層表面に、前記補助板材が、高耐圧の硬化性
合成樹脂によって、最上層表面を覆うように固定形成さ
れているため、比較的引っ張り強度に劣るアモルファス
半導体厚膜・耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜・
電圧印加電極が、熱膨張係数のほぼ等しい絶縁性の板材
によって挟み込まれたように固定されることになり、温
度変化による反り、亀裂等が激減する。

【００３０】また、アモルファス半導体厚膜そのものの
破壊以外に絶縁破壊が起こると想定される経路は、電圧
印加電極上の高耐圧の硬化性合成樹脂の膜中を抜け、高
耐圧の硬化性合成樹脂と補助板材の界面に沿って、読み
出しライン、ゲートラインや接地ラインが絶縁基板上で
むき出しになっている部分に至る経路か、または、補助
板材の表面上に帯電した電荷との再結合に至る経路だけ
であるので、高耐圧の硬化性合成樹脂の膜厚をバイアス
電圧に絶えうる程度に十分厚く形成しておけば絶縁破壊
は起こらない。

【００３１】しかも、アモルファス半導体厚膜・耐溶剤
性かつキャリア選択性の高抵抗膜・電圧印加電極が形成
された最上層表面に、前記補助板材が、高耐圧の硬化性
合成樹脂によって、最上層表面を覆うように固定形成さ
れた構造は、比較的耐環境性に劣るアモルファス半導体
厚膜の保護膜としても機能する。

【００３２】また、請求項２の放射線検出装置の場合、
２次元マトリックス状に複数個形成されている各キャリ
ア収集電極毎に電荷蓄積用のコンデンサおよび電荷読み
出し用のスイッチ素子がそれぞれ設けられていて、放射
線検出ユニットがマトリックス状に並ぶ２次元アレイ構
成となっており、各放射線検出ユニット毎に局所的な放
射線検出が行われる。

【００３３】請求項３の放射線検出装置の場合、耐溶剤
性かつキャリア選択性の高抵抗膜が、０．０５μｍから
１０μｍの厚さのＳｂ２Ｓ３膜であり、高耐圧の硬化性
合成樹脂の溶剤成分によって、アモルファス半導体厚膜
の表面が変質し、沿面放電が発生して耐圧が低下するこ
とを防ぐ作用と、暗電流の増加を防ぐ作用の２つを兼ね
備えた働きをする。

【００３４】請求項４の放射線検出装置の場合、高耐圧
の硬化性合成樹脂がエポキシ樹脂であり、硬化後の強度
に優れ、樹脂中の溶剤成分のアモルファス半導体厚膜に
対する反応性が小さいことが特徴である。

【００３５】請求項５の放射線検出装置の場合、前記補
助板材を、原子番号が１５以上の元素の含有量が１原子
％以下の材料で構成したため、入射放射線の減衰を抑え
ることができる。

【００３６】請求項６の放射線検出装置の場合、前記補
助板材の放射線有感領域に位置する部分の厚さを、非有
感領域に位置する部分の厚さより薄くした構造にしたた
め、温度変化によるアモルファス半導体厚膜の反り、亀
裂に対する強度を保ちながら、入射放射線の減衰をさら
に抑えることができる。

【００３７】請求項７の放射線検出装置の場合、前記補
助板材の放射線有感領域に位置する部分のみを開口した
ため、温度変化によるアモルファス半導体厚膜の反り、
亀裂に対する強度を保ちながら、入射放射線の減衰を最
小限に抑えることができる。

【００３８】請求項８の放射線検出装置の場合、前記補
助板材の周辺部に、絶縁性の基板との貼り合せギャップ
調整用のスペーサーを設けたため、貼り合せギャップの
制御が容易になり、入射放射線の減衰ムラによる感度ム
ラを抑えることができる。

【００３９】請求項９の放射線検出装置の場合、絶縁性
の基板と、補助板材との貼り合せギャップを２ｍｍ以上
にしたため、アモルファス半導体厚膜そのものの破壊以
外に絶縁破壊が起こると想定される経路のうち、電圧印
加電極上の高耐圧の硬化性合成樹脂の膜中を抜け、高耐
圧の硬化性合成樹脂と絶縁性の板材の界面に沿って、読
み出しライン、ゲートラインや接地ラインが絶縁基板上
でむき出しになっている部分に至る経路が長くなること
と、絶縁性の板材の表面と電圧印加電極との距離が長く
なることで絶縁性の板材の表面上に帯電する電荷量が減
少することから、３０ｋＶ以上の高耐圧を得ることがで
きる。また、貼り合せギャップを４ｍｍ以下にしたた
め、硬化性合成樹脂による入射放射線の減衰を最小限に
抑えることができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面を参照し
ながら説明する。図１は本実施形態に係わる放射線検出
装置の放射線センサ部の構成を示す概略断面図、図２は
本実施形態の放射線検出装置の変形実施例１を示す概略
断面図、図３は本実施形態の放射線検出装置の変形実施
例２を示す概略断面図、図４は本実施形態の放射線検出
装置の放射線センサ部の平面図、図５は本実施形態の放
射線検出装置の全体構成を示すブロック図、そして図６
は本実施形態の放射線検出装置の放射線検出ユニットの
検出動作を説明するための図である。

【００４１】本実施形態の放射線検出装置は、図１に示
すように、 ＳｉＯ２層等からなるコンデンサＣａに蓄
積された電荷を取り出すための通常時オフ（遮断）の電
荷取り出し用のスイッチ素子８、例えば、トランジスタ
（ＴＦＴ）とが形成されたガラス基板等の絶縁性の基板
６と、電荷蓄積用コンデンサＣａと電気的に接続され、
キャリア収集電極７を介して絶縁性の基板６上に形成さ
れた、放射線が入射することにより電荷移動媒体（キャ
リア）が生成されるアモルファス半導体厚膜１と、アモ
ルファス半導体厚膜１の放射線入射側表面に設けられた
電圧印加電極２とを放射線センサ部として備えている。

【００４２】また、本実施形態の放射線検出装置は、電
圧印加電極２にバイアス電圧を印加するバイアス電圧供
給部（電源部）Ｖｅを有し、電圧印加電極２にバイアス
電圧が印加された状態で放射線が照射された場合、それ
に伴って生成したキャリアがキャリア収集電極７からコ
ンデンサＣａに送り込まれて蓄積されるとともに、読み
出しタイミングになった時にゲートライン１１からオン
信号が送り込まれてスイッチ素子８がオン（接続）とな
って蓄積電荷が放射線検出信号として読み出しライン１
０から読み出される構成になっている。以下、各部の構
成を具体的に説明する。

【００４３】本実施形態の放射線検出装置の場合、アモ
ルファス半導体厚膜１は比抵抗１０9Ωｃｍ以上（好ま
しくは１０11Ωｃｍ以上）であって、膜厚み０．５ｍｍ
前後〜１．５ｍｍ前後の高純度アモルファス・セレン
（ａ−Ｓｅ）厚膜である。このａ−Ｓｅ厚膜は特に検出
エリアの大面積化に対する適性に優れる。アモルファス
半導体厚膜１は、もし薄いと放射線が素通りするような
かたちになって放射線を十分に吸収できなくなることか
ら、０．５ｍｍ前後〜１．５ｍｍ前後の厚めの膜が用い
られる。

【００４４】電圧印加電極２およびキャリア収集電極７
は、Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｉｎ等の中の適当な金属やＩＴ
Ｏなどで形成される。もちろん、アモルファス半導体厚
膜の材料や、電極の材料は上に例示のものに限らない。

【００４５】そして、本実施形態の放射線検出装置にお
いては、特徴的な構成として、図１に示すように、アモ
ルファス半導体厚膜１と電圧印加電極２の間に、アモル
ファス半導体厚膜１の表面全体を覆うように耐溶剤性か
つキャリア選択性の高抵抗膜３であるＳｂ２Ｓ３膜が約
１μｍの厚さで形成され、さらに、前記Ｓｂ２Ｓ３膜の
上に電圧印加電極２が形成されている。これらの最上層
表面には、前記絶縁性の基板６と同程度の熱膨張係数を
持つ絶縁性の補助板材５が、高耐圧の硬化性合成樹脂で
あるエポキシ樹脂４によって、最上層表面を覆うように
固定形成されている。

【００４６】なお、キャリア選択性の高抵抗膜は、正バ
イアスで使用される場合、ｎ型（正孔注入阻止型）の選
択膜が、負バイアスで使用される場合、Ｐ型（電子注入
阻止型）の選択膜が使用される。

【００４７】絶縁性の基板６と同程度の熱膨張係数を持
つ絶縁性の補助板材５は、原子番号１５以上の元素の含
有量が１原子％以下の材料で構成され、放射線の減衰が
少ないものであれば特に材質は選ばない。例えば、パイ
レックス（登録商標）ガラス、石英ガラス等が挙げられ
る。厚さは０．５ｍｍから１．５ｍｍ位が適当である。

【００４８】また、補助板材５について、放射線の減衰
が比較的大きい材質であっても、図２の変形実施例１に
示すように、放射線有感領域に位置する部分の厚さを非
有感領域に位置する部分の厚さより薄くした構造にする
ことによって、強度を保ちながら、放射線の減衰を抑え
ることができる。さらに、図３の変形実施例２に示すよ
うに、放射線有感領域に位置する部分のみを開口した構
造にすれば、放射線の減衰を最小限に抑えることができ
る。

【００４９】なお、前記絶縁性の基板６と同程度の熱膨
張係数を持つ絶縁性の補助板材５は、アモルファス半導
体厚膜１に反りが生じないように形成するのであれば、
上述した実施形態に限らず、どのような実施形態を採用
してもよい。

【００５０】以上述べた、本実施形態の放射線検出装置
と、その変形実施例１、変形実施例２において、耐溶剤
性かつキャリア選択性の高抵抗膜３の例として、Ｓｂ２
Ｓ３膜を挙げたが、Ｓｂ２Ｓ３以外にも、ＣｄＳ、Ｓｂ
Ｔｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ等の無機半導体膜や、キャリ
ア移動材を添加したポリカーボネート等の有機膜材料が
使用可能である。これらの膜厚は、キャリアの選択性、
耐溶剤性、アモルファス半導体厚膜１との付着性によっ
て異なるが、０．０１μｍから１０μｍが望ましく、ま
た、０．０５μｍから１０μｍの範囲で選択してもよ
い。

【００５１】また、高耐圧の硬化性合成樹脂４の例とし
て、エポキシ樹脂を挙げたが、樹脂中の溶剤成分とアモ
ルファス半導体厚膜１との反応性が小さい材料であれ
ば、アクリル樹脂、フッ素樹脂等も使用可能である。た
だし、アモルファス半導体厚膜１にａ−Ｓｅを使用する
場合は、ａ−Ｓｅが熱によって変性しやすいので、常温
で硬化するタイプの樹脂を選択する必要がある。これら
の樹脂の形成厚は、薄すぎると絶縁耐圧が低下し、厚す
ぎると入射放射線が減衰してしまうので、絶縁性の基板
６と絶縁性の補助板材５とのギャップが１ｍｍから５ｍ
ｍ、可能であれば２ｍｍから４ｍｍになるようにするの
が望ましい。

【００５２】かかるギャップを確実に形成するため、図
１に示した本実施形態の放射線検出装置と、図２に示し
たその変形実施例１、及び図３に示した変形実施例２で
は、このギャップの値を容易に調整できるように、絶縁
性の基板６の周辺部に、ＡＢＳ樹脂等からなるスペーサ
ー９を設けている。

【００５３】さらに、本実施形態装置の放射線センサ部
においては、図１、図４、及び図５に示すように、キャ
リア収集電極７は２次元マトリックス状に多数個形成さ
れているとともに、各キャリア収集電極７毎に電荷蓄積
用のコンデンサＣａおよび電荷読み出し用スイッチ素子
８がそれぞれ各１個ずつ設けられていて、放射線検出ユ
ニットである検出素子ＤＵがＸ，Ｙ方向に沿って多数配
列（例えば１０２４×１０２４）された２次元アレイ構
成のフラットパネル型放射線センサ（面センサ）となっ
ている。なお、図４は、図１の放射線センサ部の平面図
であり、図５は、その内部構成を模式的に示した図であ
る。

【００５４】すなわち、図５において、電圧印加電極２
は全検出素子ＤＵの共通電極として全面的に形成されて
いるが、キャリア収集電極７は個別電極として２次元マ
トリックス状に各検出素子ＤＵ毎に分離形成されている
とともに、キャリア収集電極７毎に電荷蓄積用コンデン
サＣａおよび電荷読み出し用スイッチ素子８がそれぞれ
１個ずつ接続されていて、各放射線検出ユニット毎に局
所的な放射線検出が行える構成となっている結果、放射
線強度の２次元分布測定が可能となる。

【００５５】また、本実施形態装置の放射線センサ部で
は、図５に示すように、検出素子ＤＵのスイッチ素子８
用薄膜トランジスタのゲートが横（Ｘ）方向のゲートラ
イン１１に接続され、ソースが縦（Ｙ）方向の読出しラ
イン１０に接続されている。読出しライン１０は電荷−
電圧変換器群（プリアンプ群）１３を介してマルチプレ
クサ１５に接続されているとともに、ゲートライン１１
はゲートドライバ１４に接続されている。なお、本実施
形態では、１本の読出しライン１０に対して、電荷−電
圧変換器１３が１個それぞれ接続されている。

【００５６】そして、本実施形態の放射線検出装置の放
射線センサ部の場合、マルチプレクサ１５およびゲート
ドライバ１４への信号取り出し用の走査信号が送り込ま
れることになる。放射線センサ部の検出素子ＤＵの特定
は、Ｘ方向・Ｙ方向の配列に沿って各検出素子ＤＵへ順
番に割り付けられているアドレス（例えば０〜１０２
３）に基づいて行われるので、取り出し用の走査信号
は、それぞれＸ方向アドレスまたはＹ方向アドレスを指
定する信号となる。

【００５７】Ｙ方向の走査信号に従ってゲートドライバ
１４からＸ方向のゲートライン１１に対し取り出し用の
電圧が印加されるのに伴い、各検出素子ＤＵ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マルチ
プレクサ１５が切替えられることにより、選択された行
の検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積された電荷が、
電荷−電圧変換器群１３…１３およびマルチプレクサ１
５を順に経て外部に送り出されることになる。

【００５８】本実施形態の放射線検出装置が、例えばＸ
線透視撮影装置のＸ線検出器として用いられた場合、各
検出素子ＤＵの検出信号がマルチプレクサ１５から画素
信号として順に取り出された後、画像処理部ＤＴ部でノ
イズ処理等の必要な信号処理が行われてから画像処理部
ＭＴで２次元画像（Ｘ線透視画像）として表示されるこ
とになる。

【００５９】上記のことから、本実施形態の放射線セン
サ部における検出信号の取り出し方式は、概ね通常のＴ
Ｖカメラなどの映像機器に類似の構成であると言える。
本実施形態の場合、放射線センサ部に電荷−電圧変換器
群１３およびマルチプレクサ１５やゲートドライバ１４
さらには必要に応じてＡＤ変換器（図示省略）なども設
置され、一段と集積化が図られた構成となっている。し
かし、電荷−電圧変換器群１３およびマルチプレクサ１
５やゲートドライバ１４あるいはＡＤ変換器などの全部
または一部が別体設置である構成であってもかまわな
い。

【００６０】また、本実施形態装置の放射線センサ部を
作成する場合は、絶縁基板６の表面に、各種真空成膜法
による薄膜形成技術やフォトリソグラフ法によるパター
ン化技術を利用して、スイッチ素子８用の薄膜トランジ
スタおよびコンデンサＣａ、キャリア収集電極７、アモ
ルファス半導体厚膜１、キャリア選択性の高抵抗膜３、
電圧印加電極２などが順に積層形成される。

【００６１】次に本実施形態の放射線検出装置による放
射線検出動作を図６を参照しながら説明する。本実施形
態装置により放射線検出を行う場合、図６に示すよう
に、アモルファス半導体厚膜１の表面側の電圧印加電極
２にバイアス電圧が印加された状態で検出対象の放射線
を入射させる。放射線の入射によって生成する電荷移動
媒体（キャリア）である電子・正孔は、バイアス電圧に
よって電圧印加電極２とキャリア収集電極７に移動し、
生成した数に相応してキャリア収集電極７側の電荷蓄積
用コンデンサＣａに電荷が蓄積されるとともに、電荷読
出し用スイッチ素子８のオン状態への移行に伴って蓄積
電荷がスイッチ８経由で放射線検出信号として読み出さ
れた後、電荷−電圧変換器１３で電圧信号に変換され
る。

【００６２】さらに、本実施形態の放射線検出装置の場
合、アモルファス半導体厚膜１と電圧印加電極２の間
に、アモルファス半導体厚膜１の表面全体を覆うように
耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜３が形成されて
いるため、高耐圧の硬化性合成樹脂４の溶剤成分によっ
て、アモルファス半導体厚膜１の表面が変質し、沿面放
電が発生して耐圧が低下するというような現象は起こら
ない。

【００６３】また、アモルファス半導体厚膜１・耐溶剤
性かつキャリア選択性の高抵抗膜３・電圧印加電極２が
形成された最上層表面に、絶縁性の基板６と同程度の熱
膨張係数を持つ絶縁性の補助板材５が、高耐圧の硬化性
合成樹脂４によって、最上層表面を覆うように固定形成
されているため、比較的引っ張り強度に劣るアモルファ
ス半導体厚膜１・耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗
膜３・電圧印加電極２が、熱膨張係数のほぼ等しい絶縁
性の補助板材５によって挟み込まれたように固定される
ことになり、温度変化による反り、亀裂等が激減する。

【００６４】また、アモルファス半導体厚膜１そのもの
の破壊以外に絶縁破壊が起こると想定される経路は、電
圧印加電極２上の高耐圧の硬化性合成樹脂４の膜中を抜
け、高耐圧の硬化性合成樹脂４と絶縁性の補助板材５の
界面に沿って、読み出しライン１０、ゲートライン１１
や接地ライン１２が絶縁基板６上でむき出しになってい
る部分に至る経路か、または、絶縁性の補助板材５の表
面上に帯電した電荷との再結合に至る経路だけであるの
で、高耐圧の硬化性合成樹脂４の膜厚をバイアス電圧に
絶えうる程度に十分厚く形成しておけば絶縁破壊は起こ
らない。

【００６５】しかも、アモルファス半導体厚膜１・耐溶
剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜３・電圧印加電極２
が形成された最上層表面に、絶縁性の基板６と同程度の
熱膨張係数を持つ絶縁性の補助板材５が、高耐圧の硬化
性合成樹脂４によって、最上層表面を覆うように固定形
成された構造は、比較的耐環境性に劣るアモルファス半
導体厚膜の保護膜としても機能する。

【００６６】

【実施例】次に、本実施形態装置で、高耐圧の硬化性合
成樹脂４の溶剤成分によって、アモルファス半導体厚膜
１の表面が変質することなく、耐圧が改善されることを
実際に確かめるために、本実施形態の放射線検出装置に
準じた構成の試験用放射線検出装置を作製した。

【００６７】すなわち、アモルファス半導体厚膜１は厚
さ１ｍｍのａ−Ｓｅ膜、耐溶剤性かつキャリア選択性の
高抵抗膜３は厚さ０．３μｍ前後のＳｂ２Ｓ３膜、高耐
圧の硬化性合成樹脂４はエポキシ樹脂、絶縁性の基板６
と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の補助板材５は厚さ
０．７ｍｍのパイレックスガラスであり、絶縁性基板６
とパイレックスガラス（補助板材５）とのギャップは３
ｍｍになるようにＡＢＳ樹脂製スペーサー９を設けた。

【００６８】一方、Ｓｂ２Ｓ３膜（高抵抗膜３）を有し
ないことを除いて試験用放射線検出装置と同様の構成で
ある比較用放射線検出装置(1)と、パイレックスガラス
（補助板材５）を用いずに、最表面にエポキシ樹脂だけ
を形成した他は試験用放射線検出装置と同様の構成であ
る比較用放射線検出装置(2)の、２つの比較用放射線検
出装置も作製した。

【００６９】そして、試験用・比較用(1)・比較用(2)の
３つの放射線検出装置の電圧印加電極２にそれぞれ４ｋ
Ｖのバイアス電圧を印加するとともに、印加後１分放置
したのち、１０秒間放射線（Ｘ線）の照射を続けながら
読み出しライン１０の検出出力（電流値）を測定した。
この時、測定精度を上げるために、すべてのゲートライ
ン１１に常時ＯＮ信号を与えてスイッチ素子８を常時Ｏ
Ｎにし、読み出しライン１０には常時検出出力が送られ
るようにした。ついで、バイアス電圧を１ｋＶきざみで
上げながら同様の測定を繰り返した。試験用放射線検出
装置の場合は３０ｋＶのバイアス電圧まで測定を行い、
比較放射線検出装置の場合は絶縁破壊が起こるまで測定
を行った。測定結果を図７に示す。

【００７０】試験用放射線検出装置と、パイレックスガ
ラス（補助板材５）を用いなかった比較用(2)の放射線
検出装置の場合は、３０ｋＶのバイアス電圧を印加して
も絶縁破壊が起こらないのに対し、Ｓｂ２Ｓ３膜（高抵
抗膜３）を使用していない比較用(1)の放射線検出装置
の場合は５ｋＶで絶縁破壊を起こした。実際、比較用
(1)の放射線検出装置のａ−Ｓｅ膜の表面は、エポキシ
樹脂４中の溶剤成分と反応が進み、赤変していた。

【００７１】このことから、本実施形態の放射線検出装
置のように、アモルファス半導体厚膜１と電圧印加電極
２の間に、アモルファス半導体厚膜１の表面全体を覆う
ように耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜３を、高
耐圧の硬化性合成樹脂４の溶剤成分によってアモルファ
ス半導体厚膜の表面が変質することを防ぐに十分な厚さ
で形成すれば、３０ｋＶ以上の高耐圧が得られることが
分かる。

【００７２】次に、試験用放射線検出装置と、パイレッ
クスガラス５を用いなかった比較用(2)の放射線検出装
置を、４０℃の恒温槽で１００時間放置後、室温にもど
して同様な測定を行った。

【００７３】試験用放射線検出装置は、３０ｋＶのバイ
アス電圧を印加しても絶縁破壊が起こらず、信号電流の
値も４０℃放置前とほぼ同じであるのに対し、比較用
(2)の放射線検出装置の場合は信号電流が急上昇して８
ｋＶで絶縁破壊を起こした。実際、比較用(2)の放射線
検出装置は、４０℃放置中に反りが生じ、室温にもどし
た後のａ−Ｓｅ膜の表面では、Ｓｂ２Ｓ３膜にひび割れ
が生じていた。

【００７４】このことから、本実施形態の放射線検出装
置のように、アモルファス半導体厚膜１・耐溶剤性かつ
キャリア選択性の高抵抗膜３・電圧印加電極２が形成さ
れた最上層表面に、絶縁性の基板６と同程度の熱膨張係
数を持つ絶縁性の補助板材５を、高耐圧の硬化性合成樹
脂４によって、最上層表面を覆うように固定形成すれ
ば、周囲温度の変化によって生ずるアモルファス半導体
厚膜１・耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜３・電
圧印加電極２の反りや、反りによる亀裂等を防止できる
ことがわかる。

【００７５】この発明は、上記実施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。 （１）上記実施の形態の場合、アモルファス半導体厚膜
１が高純度ａ−Ｓｅ厚膜であったが、この発明における
アモルファス半導体厚膜１は、結晶化阻止作用のあるＡ
ｓまたはＴｅをドープしたａ−Ｓｅ厚膜や、Ｓｅ系化合
物のアモルファス半導体厚膜であってもよい。 （２）また、上記実施の形態では、キャリア収集電極７
とアモルファス半導体厚膜１の間には中間層を設けなか
ったが、Ｓｂ２Ｓ３膜やＳｅ系化合物膜等のキャリア選
択性のある中間層を設けてもよい。 （３）さらに、上記実施の形態では、多数個の検出素子
ＤＵが縦横に配列された２次元アレイ構成であったが、
複数個の検出素子ＤＵが縦または横に１列だけ並んでい
るラインセンサの構成の装置や、検出素子ＤＵが１個だ
けの構成の装置も、変形例としてあげられる。 （４）なお、本発明の放射線検出装置が検出対象とする
放射線も、Ｘ線に限らずあらゆる放射線を対象とするも
のである。

【００７６】

【発明の効果】請求項１に記載の放射線検出装置によれ
ば、大面積化適性を有する放射線感応型アモルファス半
導体厚膜と電圧印加電極の間に、アモルファス半導体厚
膜の表面全体を覆うように耐溶剤性かつキャリア選択性
の高抵抗膜を形成し、さらに、アモルファス半導体厚膜
・耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜・電圧印加電
極が形成された最上層表面に、絶縁性の基板と同程度の
熱膨張係数を持つ絶縁性の板材を、高耐圧の硬化性合成
樹脂によって、最上層表面を覆うように固定形成したた
め、アモルファス半導体厚膜表面の変質、温度変化によ
る反り、亀裂等による絶縁破壊が阻止され、高いバイア
ス電圧をかけて十分な検出感度を得ることができる。さ
らに、絶縁性の基板と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性
の補助板材が、高耐圧の硬化性合成樹脂によって、最上
層表面を覆うように固定形成された構造は、比較的耐環
境性に劣るアモルファス半導体厚膜の保護膜としても機
能するため、長期の信頼性を確保することができる。

【００７７】請求項２の放射線検出装置によれば、２次
元マトリックス状に多数個形成されている各キャリア収
集電極毎に電荷蓄積用のコンデンサおよび電荷読み出し
用のスイッチ素子がそれぞれ設けられていて、放射線検
出ユニットがマトリックス状に並ぶ２次元アレイ構成と
なっており、各放射線検出ユニット毎に局所的な放射線
検出が行えるので、高いバイアス電圧をかけて高精度な
放射線強度の２次元分布測定が可能となる。

【００７８】請求項３の放射線検出装置によれば、耐溶
剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜が、０．０５μｍか
ら１０μｍの厚さのＳｂ２Ｓ３膜であるため、高耐圧の
硬化性合成樹脂の溶剤成分によって、アモルファス半導
体厚膜の表面が変質することを防ぐだけでなく、暗電流
の増加を防ぐ効果があり、高いバイアス電圧をかけても
暗電流の増加が少なく、高感度な検出特性を得ることが
できる。

【００７９】請求項４の放射線検出装置によれば、高耐
圧の硬化性合成樹脂がエポキシ樹脂であるため、硬化後
の強度に優れ、樹脂中の溶剤成分のアモルファス半導体
厚膜に対する反応性が小さいので、より耐環境性が増
し、長期の信頼性を得ることができる。。

【００８０】請求項５から請求項７に記載の放射線検出
装置によれば、入射する放射線の減衰を最低限に抑える
ことができるため、さらに高い検出感度を得ることがで
きる。

【００８１】請求項８から請求項９に記載の放射線検出
装置によれば、絶縁性の基板と絶縁性の補助板材の貼り
合せギャップを精度良く調節できるため、入射放射線の
減衰や感度ムラを防止しながら、３０ｋＶ以上の高耐圧
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である放射線センサ部の構
成を示す概略断面図である。

【図２】本発明の一実施形態の変形実施例１である放射
線センサ部の構成を示す概略断面図である。

【図３】本発明の一実施形態の変形実施例２である放射
線センサ部の構成を示す概略断面図である。

【図４】本発明の一実施形態である放射線センサ部の平
面図である。

【図５】本発明の一実施形態である放射線検出装置の全
体構成を示すブロック図である。

【図６】本発明の一実施形態である放射線検出ユニット
の検出動作状況を示す説明図である。

【図７】試験用・比較用(1)・比較用(2)の３つの放射線
検出装置の耐圧測定の結果を示すグラフである。

【図８】従来の放射線検出装置の要部構成を示す概略断
面図である。

【図９】従来の改良型の放射線検出装置の要部構成を示
す概略断面図である。

【図１０】従来の改良型の放射線検出装置Ｂの要部構成
を示す概略断面図である。

【図１１】従来の改良型の放射線検出装置Ｃの要部構成
を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１…アモルファス半導体厚膜 ２…電圧印加電極 ３…耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜 ４…高耐圧の硬化性合成樹脂 ５…絶縁性基板６と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の
板材 ６…絶縁性基板 ７…キャリア収集電極 ８…スイッチ素子 ９…スペーサー １０…読み出しライン １１…ゲートライン １２…接地ライン １３…電荷−電圧変換器 １４…ゲートドライバ １５…マルチプレクサ Ｃａ…電荷蓄積用コンデンサ Ｖｅ…バイアス電圧供給部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳田 敏 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所内 Ｆターム(参考） 2G088 EE01 EE21 EE29 FF02 GG21 JJ05 JJ09 4M118 AA08 AB01 BA05 CA32 CB05 CB14 FB09 FB13 FB16 GA10 HA20 5F088 AA20 AB05 BA01 BA10 BA11 BB07 BB10 EA08 GA02 LA07

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電荷蓄積用のコンデンサと電荷読み出し
   用のスイッチ素子とが形成された絶縁性の基板と、 前記絶縁性の基板上に形成され、前記電荷蓄積用コンデ
   ンサと電気的に接続されたキャリア収集電極と、 前記キャリア収集電極上に形成され、放射線の入射によ
   り電荷移動媒体（キャリア）が生成する放射線感応型の
   アモルファス半導体厚膜と、 前記アモルファス半導体厚膜の表面に形成された電圧印
   加電極からなり、 放射線照射により前記アモルファス半導体厚膜で生成さ
   れ、前記電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷が、前
   記スイッチ素子を経由して放射線検出信号として読み出
   されるよう構成された放射線検出装置において、 前記アモルファス半導体厚膜と電圧印加電極との間に、
   前記アモルファス半導体厚膜の表面全体を覆うように耐
   溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜が形成され、 温度変化によってさらに、前記アモルファス半導体厚膜
   に反りが生じないように、前記電圧印加電極上に、前記
   絶縁性の基板と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の補助
   板材が、高耐圧の硬化性合成樹脂によって固定形成され
   ていることを特徴とする放射線検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の放射線検出装置におい
   て、キャリア収集電極を２次元マトリックス状に複数個
   形成し、各キャリア収集電極毎に電荷蓄積用のコンデン
   サおよび電荷読み出し用のスイッチ素子をそれぞれ設け
   ることにより２次元アレイ構成としたことを特徴とする
   放射線検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の放射線
   検出装置において、耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵
   抗膜が、０．０５μｍから１０μｍの厚さのＳｂ２Ｓ３
   膜であることを特徴とする放射線検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載の放射線
   検出装置において、高耐圧の硬化性合成樹脂がエポキシ
   樹脂であることを特徴とする放射線検出装置。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２に記載の放射線
   検出装置において、前記補助板材が、原子番号１５以上
   の元素の含有量が１原子％以下の材料で構成されている
   ことを特徴とする放射線検出装置。
6. 【請求項６】 請求項１または請求項２に記載の放射線
   検出装置において、前記補助板材が、放射線有感領域に
   位置する部分の厚さを非有感領域に位置する部分の厚さ
   より薄くした構造をもつことを特徴とする放射線検出装
   置。
7. 【請求項７】 請求項１または請求項２に記載の放射線
   検出装置において、前記補助板材が、放射線有感領域に
   位置する部分のみを開口した構造をもつことを特徴とす
   る放射線検出装置。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項７に記載の放射線検
   出装置において、前記補助板材と前記絶縁性の基板との
   ギャップ調整用のスペーサーを設けたことを特徴とする
   放射線検出装置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の放射線検出装置におい
   て、前記絶縁性の基板と、前記補助板材との貼り合せギ
   ャップが、２ｍｍから４ｍｍの間であることを特徴とす
   る放射線検出装置。