JP2003232861A

JP2003232861A - 放射線検出器

Info

Publication number: JP2003232861A
Application number: JP2002031283A
Authority: JP
Inventors: Yoshimarou Fujii; 義磨郎藤井; Koji Okamoto; 浩二岡本; Akira Sakamoto; 坂本　　明
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2003-08-22
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: JP3860758B2

Abstract

(57)【要約】【課題】開口率が大きく、光クロストークが抑制さ
れ、組み立て時の位置合わせが容易な放射線検出器を提
供する。【解決手段】シンチレータパネル１は、２次元状に配
列された複数のシンチレータ１１と、Ｘ線遮蔽部材から
なるシンチレータ固定用部材１２とが一体に固定される
ことによって構成されており、シンチレータ固定用部材
１２がシンチレータパネル１の光出射面に対して凹設さ
れて凹状部Ａが形成されている。また、フォトダイオー
ドアレイ２は裏面入射型の構成を有し、その光入射面に
は凹状部Ａに嵌合する凸状部Ｂが形成されている。そし
て、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２
とは、凹状部Ａと凸状部Ｂが嵌合するように光学接着剤
によって接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シンチレータと半
導体受光素子とを組み合わせた放射線検出器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線などの放射線を検出するための放射
線検出器の１つとして、シンチレータとフォトダイオー
ドアレイとを組み合わせたものがある。このような放射
線検出器は、例えば医療機関で使用されるＸ線断層撮影
装置（Ｘ線ＣＴ装置）におけるＸ線検出器として用いら
れている。

【０００３】近年のＸ線ＣＴ装置の開発においては、ス
ライス方向に複数列のＸ線検出器を２次元配列し、１回
のＸ線照射によって複数のＣＴ画像を得る、マルチスラ
イス化が検討されている。Ｘ線ＣＴにおけるこのような
マルチスライス化に伴い、Ｘ線ＣＴ装置に用いられるＸ
線検出器では、２次元配列されるフォトダイオードの微
細化、高集積化が要求されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】フォトダイオードアレ
イにおいては、通常、光入射面となる表面側にフォトダ
イオードとして機能する半導体層が２次元アレイ状に形
成される。また、この表面上には、各フォトダイオード
に対応するアノード電極と、それらに接続される配線等
が設けられる。このため、このようなフォトダイオード
アレイを上述した放射線検出器に適用した場合、シンチ
レータからフォトダイオードへと入射する光に対する開
口率が小さくなり、放射線の検出感度が低下するという
問題がある。

【０００５】また、このような放射線検出器ではシンチ
レータとフォトダイオードとの近接配置が電極及び配線
厚によって妨げられ、あるシンチレータが発した光が、
他のシンチレータの光を検出するためのフォトダイオー
ドへ入射する、いわゆる光クロストークが生じ易くな
る。そして、光クロストークが生じることにより、空間
分解能（解像度）を向上させることが困難となる。ま
た、シンチレータ接合時において、フォトダイオードの
光入射面に存在する電極やボンディングワイヤの損傷を
防ぐ必要があるため、組み立て効率が悪化する。

【０００６】例えば特開平５−１５００４９号公報に開
示された放射線検出器は、フォトダイオードアレイの光
入射面に凹部が多数形成されており、凹部の底部にシン
チレータが接合される。また、アノード電極及び配線が
フォトダイオードアレイの光入射面の、シンチレータが
接合されていない部分に設けられている。

【０００７】この放射線検出器では、フォトダイオード
アレイの光入射面にアノード電極及び配線が設けられて
いるため、開口率の低下という問題は解決されない。ま
た、個々のシンチレータが、それぞれ独立してフォトダ
イオードアレイの凹部に接合されているため、放射線検
出器全体の機械的強度が弱く、また、組み立てが複雑に
なり、歩留まりの低下を招く。

【０００８】一方、特開平７−３３３３４８号公報に開
示された放射線検出器は、アノード電極及び配線が設置
される表面に対向する裏面が光入射面となる、裏面入射
型のフォトダイオードアレイが用いられている。これに
より、複数のシンチレータを２次元方向に高密度で配列
し、また、シンチレータからフォトダイオードへの開口
率を大きくしている。

【０００９】しかし、この放射線検出器では、２次元配
列されるシンチレータ同士を直接に隣接させて配置して
いるため、光クロストークが生じ易い。また、組み立て
時においてシンチレータを配置する位置を容易に特定で
きないので、シンチレータのフォトダイオードに対する
組み立て及び位置合わせが困難である。

【００１０】本発明は、以上の問題点を解決するために
なされたものであり、開口率が大きく、光クロストーク
が抑制され、かつ、組み立てが容易な放射線検出器を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による放射線検出器は、２次元状に配
列された複数のシンチレータ、及び複数のシンチレータ
間にあってこれらを一体に固定するシンチレータ固定用
部材からなるシンチレータパネルと、第１導電型の半導
体基板内部の表面側に複数のシンチレータに対応して形
成され、それぞれフォトダイオードとして機能する複数
の第２導電型半導体層を有し、半導体基板の裏面がシン
チレータパネルと接合される光入射面となっている裏面
入射型のフォトダイオードアレイとを備え、シンチレー
タパネルは、フォトダイオードアレイの光入射面と接合
される光出射面側に、前記シンチレータ固定用部材が前
記光出射面に対して凹設された凹状部を有することを特
徴とする。

【００１２】上記した放射線検出器においては、裏面入
射型のフォトダイオードアレイを用いることにより、開
口率を大きくすることができるとともに、放射線検出器
の組み立て効率が向上する。また、シンチレータ間にシ
ンチレータ固定用部材を設けて、シンチレータ同士を直
接に隣接させないように配置することにより、光クロス
トークの発生を抑制している。また、シンチレータ固定
用部材と複数のシンチレータとを一体に固定することに
より、放射線検出器全体の機械的強度が向上するととも
に、シンチレータパネルとフォトダイオードアレイとを
接合させる放射線検出器の組み立て、及び組み立て時の
位置合わせが容易になる。また、シンチレータ固定用部
材の一部または全部を光出射面に対して凹設して凹状部
を設けることにより、シンチレータパネルとフォトダイ
オードアレイとを良好に接合できる。さらに、これらの
接合時において凹状部を位置合わせに利用することによ
って、組み立てがさらに容易になる。

【００１３】また、放射線検出器は、フォトダイオード
アレイが、半導体基板内部の表面側の複数の第２導電型
半導体層のそれぞれの間に、半導体基板よりも高い不純
物濃度で形成された第１導電型半導体層を有するととも
に、半導体基板の表面上に、第１導電型半導体層に電気
的に接続された第１電極と、第２導電型半導体層に電気
的に接続された第２電極とが設けられていることを特徴
とする。このように第１導電型半導体層を表面側に形成
するとともに、第１電極及び第２電極をともに表面に配
置することによって、光入射面にはシンチレータのみを
配置することができる。その結果、光入射面での開口率
を大きくできる。

【００１４】また、フォトダイオードアレイが、光入射
面側に、シンチレータパネルの凹状部に嵌合する凸状部
を有することを特徴とする。光入射面にこのような凸状
部を有するフォトダイオードアレイと、光出射面に前述
した凹状部を有するシンチレータパネルとを組み合わせ
ることによって、これらの接合時の位置合わせがさらに
容易になり、組み立ての作業性が向上する。加えて、接
合後の位置ずれも防止することができ、振動及び衝撃に
対する耐久性を高めることができる。

【００１５】また、フォトダイオードアレイが上記のよ
うな凸状部を有する場合において、上記した第１電極及
び第２電極は、半導体基板の表面のうちで凸状部に対向
する領域内の面上に設けられていることが好ましい。第
１電極及び第２電極をこのように配置することにより、
各電極と支持基板上の配線とをバンプ接続等で接合する
ときの衝撃が、フォトダイオードが形成されている基板
薄板部へ伝わるのを防ぎ、破損を防止することができ
る。

【００１６】また、凸状部が、表面側の所定部分の外形
寸法がシンチレータパネルの凹状部の内形寸法よりも大
きくなるように形成されていることを特徴としてもよ
い。このような形状を有するフォトダイオードアレイに
よって、シンチレータパネルとフォトダイオードアレイ
とを接合する際に、シンチレータはフォトダイオードが
形成されている基板薄板部に接触することはなく、組み
立て時におけるフォトダイオードの損傷を防止できる。

【００１７】また、シンチレータ固定用部材は、Ｘ線遮
蔽部材からなることを特徴とする。放射線検出器をＸ線
検出器として用いた場合、このような部材で形成された
シンチレータ固定用部材を用いることによって、シンチ
レータの間から入射するＸ線が半導体基板内部にキャリ
アを発生させることによる、光クロストークを防止する
ことができる。

【００１８】また、フォトダイオードアレイの半導体基
板の表面に設けられた電極に電気的に接続される配線を
有する支持基板をさらに備え、半導体基板の表面と、支
持基板とは、接着剤によって一体に固定されていること
を特徴としてもよい。フォトダイオードアレイと支持基
板とが一体に固定されることによって、フォトダイオー
ドが形成されている基板薄板部の強度を高めることがで
きる。

【００１９】また、フォトダイオードアレイでの第２導
電型半導体層のそれぞれの面積は、シンチレータパネル
での対応するシンチレータの面積よりも大きいことを特
徴としてもよい。このような第２導電型半導体層を形成
することによって、シンチレータから入射された光によ
って半導体基板内に発生するキャリアを、第２導電型半
導体層において効率よく集めることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面とともに本発明による
放射線検出器の好適な実施形態について詳細に説明す
る。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号
を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比
率は、説明のものと必ずしも一致していない。

【００２１】図１は、本発明による放射線検出器の第１
実施形態の構成を示す側面断面図である。

【００２２】本放射線検出器は、放射線を入射して、そ
の放射線によって生じた光を光出射面から出射するシン
チレータパネル１と、シンチレータパネル１から出射さ
れた光を光入射面から入射し、電気信号に変換するフォ
トダイオードアレイ２と、支持基板３とを備えている。
なお、図１においては、シンチレータパネル１の下面が
光出射面、フォトダイオードアレイ２の上面が光入射面
となっている。

【００２３】図２は、図１に示した放射線検出器をシン
チレータパネル１側から見た上面図である。シンチレー
タパネル１は、複数のシンチレータ１１とシンチレータ
固定用部材１２とによって構成されている。複数のシン
チレータ１１は、それぞれ検出対象の放射線の入射に対
してシンチレーション光を発生する物質からなり、図２
に示すように２次元アレイ状に配列されている。シンチ
レータ１１の光出射面以外の面上には、シンチレータ１
１内で発生したシンチレーション光を反射する酸化チタ
ンなどからなる光反射膜１４が形成されている。

【００２４】これらのシンチレータ１１に対し、シンチ
レータ固定用部材１２は複数のシンチレータ１１の間に
設けられている。そして、これらが一体に固定されるこ
とによってシンチレータパネル１が構成されている。ま
た、シンチレータパネル１の光出射面側には、シンチレ
ータ固定用部材１２が光出射面に対して凹設された凹状
部Ａが形成されている。

【００２５】フォトダイオードアレイ２は、受光部とな
る光感応領域が形成される表面に対し、反対側の裏面を
光入射面とする裏面入射型の構成を有している。フォト
ダイオードアレイ２は、導電型がｎ型（第１導電型）で
あり、フォトダイオードアレイ２の基体となるｎ型半導
体基板２１と、シンチレータ１１と一対一で対応するよ
うにｎ型半導体基板２１内部の表面側に形成されたｐ⁺
型（第２導電型）拡散層である複数のｐ型半導体層（第
２導電型半導体層）２２と、複数のｐ型半導体層２２の
間にそれぞれ形成されたｎ型半導体基板２１より高濃度
のｎ⁺型拡散層であるｎ型半導体層（第１導電型半導体
層）２３とを備える。

【００２６】本構成では、ｐ型半導体層２２と、ｐ型半
導体層２２の裏面側に位置するｎ型半導体基板２１のｎ
型半導体層部分とがｐｎ接合することによって、フォト
ダイオード２４が構成されている。裏面入射型のフォト
ダイオード２４では、光入射面から入射されたシンチレ
ータ１１からのシンチレーション光を効率よく検出する
ため、フォトダイオード２４が形成されている部分はｎ
型半導体基板２１の基板薄板部となっている。また、ｐ
型半導体層２２の面積は、対応するシンチレータ１１の
面積よりも大きく設定されている。

【００２７】半導体基板２１の光入射面側には、格子状
パターンの凸状部Ｂが形成されている。この凸状部Ｂ
は、薄板化された半導体基板２１の機械的強度を保持す
る機能を有する。また、この凸状部Ｂの格子状パターン
は、シンチレータパネル１でのシンチレータ固定用部材
１２による凹状部Ａのパターンに対応しており、これに
よって、凹状部Ａと凸状部Ｂとが嵌合するようになって
いる。

【００２８】また、ｎ型半導体基板２１の光入射面側に
は、ｎ型半導体基板２１より高濃度のｎ型半導体層であ
るアキュムレーション層２７が、全体に略一定の厚さで
設けられている。また、フォトダイオードアレイ２の表
面と光入射面とは、それぞれ異物の侵入を防止する保護
膜２８で被覆されている。

【００２９】さらに、フォトダイオードアレイ２は、ｎ
型半導体基板２１の表面上にアノード電極（第２電極）
２５及びカソード電極（第１電極）２６を備えている。
アノード電極２５はｐ型半導体層２２に、カソード電極
２６はｎ型半導体層２３にそれぞれ電気的に接続されて
いる。これらのアノード電極２５及びカソード電極２６
は、ｎ型半導体基板２１の表面上において、凸状部Ｂに
対向する基板が厚い領域内に配置されている。フォトダ
イオードアレイ２の動作時には、アノード電極２５とカ
ソード電極２６との間には、フォトダイオード２４への
印加電圧が逆バイアスとなるような電圧が与えられる。
また、フォトダイオード２４への印加電圧は、零バイア
スであっても良い。

【００３０】支持基板３は、フォトダイオードアレイ２
に対して表面側（図１中の下側）に位置している。支持
基板３の上面上には、フォトダイオードアレイ２からの
光検出信号の検出器外部への出力などに用いられる配線
３１が設けられている。アノード電極２５及びカソード
電極２６と、これらに対応する配線３１とは、バンプ電
極３２を介してバンプ接続されている。また、支持基板
３は、樹脂材料等（アンダーフィル樹脂など）の接着剤
からなる接着剤層３３を介して、フォトダイオードアレ
イ２と一体に固定されている。

【００３１】上記のシンチレータパネル１の光出射面と
フォトダイオードアレイ２の光入射面とは、凹状部Ａと
凸状部Ｂとが嵌合するように接合されている。接合には
シンチレーション光を透過する性質を有する光学接着剤
としてシリコーン樹脂などの接着樹脂が用いられ、シン
チレータ１１とｎ型半導体基板２１の基板薄板部との間
に光学接着剤の層、及び凹状部Ａと凸状部Ｂとの間に光
学接着剤層１３が形成されている。

【００３２】以上の構成において、検出対象である放射
線がシンチレータパネル１のシンチレータ１１に入射す
ると、シンチレータ１１内においてシンチレーション光
が発生する。発生したシンチレーション光は直接に、ま
たは光出射面以外の面上に形成された光反射膜１４によ
って反射されて、光出射面からフォトダイオードアレイ
２へと出射される。そして、シンチレータ１１の光出射
面から出射された光は対応するフォトダイオード２４へ
入射する。このとき、保護膜２８はフォトダイオード２
４の光入射面で光が反射することを防止する反射防止膜
としての機能も果たす。

【００３３】フォトダイオード２４へ入射したシンチレ
ーション光によって、ｎ型半導体基板２１内部にキャリ
アが発生する。発生したキャリアは、ｐ型半導体層２２
へ移動する。ここで、アキュムレーション層２７は、シ
ンチレーション光の入射によってｎ型半導体基板２１内
部の光入射面側付近で発生したキャリアを再結合させる
ことなく、効率よくｐ型半導体層２２へ移動させるよう
に機能する。そして、光検出信号がアノード電極２５及
びカソード電極２６から取り出される。

【００３４】本実施形態による放射線検出器の効果につ
いて説明する。図１及び図２に示した放射線検出器で
は、２次元状のフォトダイオードアレイとして、裏面入
射型のフォトダイオードアレイ２を用いている。これに
より、シンチレーション光を出射するシンチレータ１１
は、アノード電極及び配線、ボンディングワイヤなどが
設けられる表面ではなく、光入射面である裏面に接合す
ることができ、シンチレータ１１からフォトダイオード
２４へと入射する光に対する開口率を大きくすることが
できる。また、シンチレータパネル１とフォトダイオー
ドアレイ２とを接合する際に、配線やボンディングワイ
ヤ等が損傷しないよう配慮する必要がなくなり、放射線
検出器の組み立て効率を向上させることができる。

【００３５】また、シンチレータ１１の間にシンチレー
タ固定用部材１２を設けることによって、シンチレータ
１１同士は直接に隣接しないように配置される。これに
よって、あるシンチレータにおいて発生したシンチレー
ション光が、他のシンチレータに対応するフォトダイオ
ード２４に入射する、いわゆる光クロストークの発生を
抑制することができる。

【００３６】また、シンチレータ１１とシンチレータ固
定用部材１２とが一体に固定されていることによって、
シンチレータパネル１の機械的強度を向上させることが
できる。同時に、複数のシンチレータ１１を個々に接合
する場合に比べて接合回数が減るので、シンチレータパ
ネル１とフォトダイオードアレイ２とを接合させる放射
線検出器の組み立て、及び組み立て時の位置合わせが容
易になる。さらに、シンチレータパネル１の凹状部Ａを
位置合わせの基準として利用すれば、位置合わせをさら
に容易にすることができる。また、シンチレータ１１と
シンチレータ固定用部材１２とが一体に固定されている
ことによって、一対一で対応しているシンチレータ１１
とフォトダイオード２４とが外部からの偶発的な力によ
り位置ずれを生じることを防止できる。

【００３７】また、シンチレータパネル１に設けられた
凹状部Ａは、シンチレータパネル１とフォトダイオード
アレイ２との接合時において、接着剤溜まりとして機能
する。これにより、シンチレータパネル１の凹状部Ａと
凸状部Ｂとの間に光学接着剤層１３ができ、この光学接
着剤層１３によって、シンチレータパネル１とフォトダ
イオードアレイ２との接合強度が保たれるので、これら
を良好に接合することができる。さらに、光学接着剤層
１３が接合強度を保つことによって、シンチレータ１１
とフォトダイオード２４との間の光学接着剤の層が不要
に厚くなることが防止される。これによって、シンチレ
ータ１１とフォトダイオード２４との近接配置が可能に
なり、フォトダイオード２４へのシンチレーション光の
入射効率を高めることができるとともに、光クロストー
クの発生をさらに抑制することができる。

【００３８】また、本実施形態においては、フォトダイ
オードアレイ２の光入射面側に、シンチレータパネル１
の凹状部Ａと嵌合する凸状部Ｂが設けられている。これ
によって、シンチレータパネル１とフォトダイオードア
レイ２との接合時の位置合わせにおいては、凹状部Ａと
凸状部Ｂとを嵌合させればよいので非常に容易になり、
放射線検出器を組み立てる作業性が向上する。それとと
もに、組み立て後におけるシンチレータ１１とそれに対
応するフォトダイオード２４との接合面方向の位置ずれ
を防止することができる。これによって、放射線検出器
に加わる振動、及び外部からの衝撃に対する耐久性を高
めることができる。また、凸状部Ｂが、フォトダイオー
ド２４が形成されている基板薄板部の間に格子状に形成
されることによって、フォトダイオードアレイ２全体の
強度を高めることができる。

【００３９】また、カソード領域であるｎ型半導体層２
３をｎ型半導体基板２１の表面側に形成し、カソード電
極２６を、アノード電極２５とともにフォトダイオード
アレイ２の表面上に配置している。カソード電極２６が
フォトダイオードアレイ２の表面上に配置されることに
よって、光入射面上には電極が存在しないこととなり、
光入射面でのシンチレータ１１に対する開口率をさらに
大きくすることができる。さらに、配線３１が設けられ
ている支持基板３と向かい合っている表面側に全ての電
極等が配置されることによって、光入射面側にボンディ
ングワイヤ等を設ける必要がなく、放射線検出器の組み
立てを効率良く行うことができる。

【００４０】また、アノード電極２５及びカソード電極
２６は、図１に示したように、フォトダイオードアレイ
２の表面上の、フォトダイオードアレイ２の凸状部Ｂに
対向する領域内に設けられていることが好ましい。これ
によって、これらの電極がバンプ電極３２を介して配線
３１と接続される際に、その衝撃を基板厚板部である凸
状部Ｂで吸収し、フォトダイオード２４が設けられてい
る基板薄板部への衝撃を最小限に抑止することができ
る。これによって、放射線検出器を組み立てる際のフォ
トダイオードアレイ２の破損を防止することができる。
ただし、基板薄板部の強度が充分な場合には、薄板部の
領域内に電極を設けても良い。

【００４１】なお、カソード電極については、フォトダ
イオードアレイ２の光入射面上に透明な電極膜などとし
て形成することもできる（例えば、特開平７−３３３３
４８号公報参照）。この場合、透明な電極膜への電気的
接続手段としては、光入射面から表面へのスルーホール
を形成して導電性材料を埋め込む方法や、光入射面から
表面への、ｎ型半導体層２１より高濃度のｎ⁺型半導体
の層を形成する方法、あるいは放射線検出器の側面から
電気的接続を行う方法などがある。ただし、開口率が一
定以上に制限されるなど、スルーホールなどの電気的接
続手段を設けることが困難であるときには、上記のよう
にｎ型半導体層２３及びカソード電極２６をフォトダイ
オードアレイ２の表面側に設けることが好ましい。

【００４２】また、ｐ型半導体層２２の面積はシンチレ
ータ１１の面積よりも大きく設定されることが好まし
い。このように設定することで、シンチレータ１１から
入射した光によって発生したキャリアが多少拡散して
も、そのほとんどがｐ型半導体層２２へ到達することが
できる。これによって、ｎ型半導体基板２１内部におい
て発生したキャリアがｐ型半導体層２２へ到達する効率
を向上させることができる。

【００４３】また、フォトダイオードアレイ２と支持基
板３とは、図１に示したように接着剤層３３を介して一
体に固定されている。基板薄板部を有する裏面入射型の
フォトダイオードアレイ２においては、半導体基板２１
の強度が充分に得られない場合がある。これに対して、
配線３１を有する配線基板を支持基板として機能させ、
フォトダイオードアレイ２と支持基板３とを一体に固定
することによって、支持基板３がフォトダイオード２４
が形成されている基板薄板部を含むフォトダイオードア
レイ２のｎ型半導体基板２１の強度を高めることができ
る。

【００４４】上述した放射線検出器は、例えば、Ｘ線Ｃ
Ｔ装置におけるＸ線検出器などに用いることが可能であ
る。このようにＸ線検出器として用いる場合、シンチレ
ータ固定用部材１２としては、銅や鉛などのＸ線を遮蔽
する材料からなるＸ線遮蔽部材を用いることが好まし
い。すなわち、シンチレータ１１に入射されなかったＸ
線がシンチレータ１１の間からフォトダイオードアレイ
２へ直接入射した場合、このＸ線がｎ型半導体基板２１
内部においてキャリアを発生させ、このキャリアがフォ
トダイオード２４間での光クロストークの原因となる。
そこで、シンチレータ固定用部材１２としてＸ線遮蔽部
材を用いることにより、Ｘ線が直接フォトダイオードア
レイ２へ入射することを防ぎ、光クロストークの発生を
抑制することができる。

【００４５】以上に詳説した図１に示す放射線検出器の
具体的な構成の一例としては、以下に示すような構成の
Ｘ線検出器が挙げられる。すなわち、シンチレータパネ
ル１の上面側から見た形状を一辺１２ｍｍの正方形と
し、その中に８個×８個の配列（ピッチ１．５ｍｍ）で
一辺１ｍｍ、厚さ２ｍｍのシンチレータ１１を配置す
る。シンチレータ１１の光出射面以外の面上には、厚さ
５０μｍの光反射膜１４を形成する。また、シンチレー
タ１１の間には厚さ１ｍｍのシンチレータ固定用部材１
２を設ける。

【００４６】一方、フォトダイオードアレイ２について
は、基板厚板部の厚さが２７０μｍでキャリア濃度１．
０×１０¹²ｃｍ^-3のｎ型半導体基板２１を用い、基板薄
板部の厚さを１０〜１００μｍ、例えば２０μｍまで薄
板化する。また、ｎ型半導体基板２１の表面側に、キャ
リア濃度１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型半導体層２２を厚
さ０．５μｍで形成する。また、ｐ型半導体層２２の間
にはキャリア濃度１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型半導体層
２３を厚さ１．５μｍで形成し、ｎ型半導体基板２１の
光入射面側にはキャリア濃度５．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のア
キュムレーション層２７を厚さ０．２μｍで形成する。

【００４７】基板薄板部による半導体基板２１の凹部
は、例えば１ｍｍ角程度の矩形状とし、あるいは円形等
の他の形状とすることもできる。また、シンチレータパ
ネル１とフォトダイオードアレイ２との間の光学接着剤
の層の厚さについては、例えば、シンチレータ１１と半
導体基板２１の基板薄板部との間では数μｍ程度、凹状
部Ａと凸状部Ｂとの間では数１００μｍ程度とする。

【００４８】このような構成の放射線検出器によれば、
本発明による放射線検出器を好適に実施することができ
る。また、本構成例以外にも、個々の放射線検出器の用
途や要求される性能等に応じて、様々な構成が可能であ
る。

【００４９】図３は、図１に示した放射線検出器におい
て用いられるシンチレータパネル１の製造方法の一例を
示す工程図である。

【００５０】まず、Ｘ線などの放射線が照射されるとシ
ンチレーション光を発生するＣＷＯもしくはＣｓＩなど
からなるシンチレータ１１を用意する（図３（ａ））。
次に、その一方の面（図３中の下面）にシンチレータ固
定用部材１２を埋め込むための凹部を格子状に形成した
後、光反射膜１４を他方の面（図３中の上面）を除く全
面に酸化チタン等を蒸着することにより形成する（図３
（ｂ））。続いて、シンチレータ１１に形成された格子
状の凹部に、Ｘ線を遮蔽する性質を有する銅もしくは鉛
を埋め込むことにより、シンチレータ固定用部材１２を
形成する（図３（ｃ））。そして、上下の面を研削する
ことにより、シンチレータ１１を複数に分割するととも
に、光反射膜１４のうち下面に形成されていた部分のみ
を取り除いて光出射面を形成する（図３（ｄ））。最後
に、光反射膜１４をシンチレータ１１の上面に上記と同
様の方法で形成する（図３（ｅ））。

【００５１】上記の製造方法によって、第１実施形態の
シンチレータパネル１を製造することができる。

【００５２】図４は、本発明による放射線検出器の第２
実施形態の構成を示す図である。図４（ａ）は、放射線
検出器をシンチレータパネル１側から見た上面図であ
る。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す放射線検出
器のＩ−Ｉ矢印断面図である。

【００５３】図４に示す放射線検出器は、シンチレータ
パネル１と、フォトダイオードアレイ２と、支持基板３
とを備えている。このうち、シンチレータパネル１、及
び支持基板３の構成については、図１に示した放射線検
出器と同様である。

【００５４】フォトダイオードアレイ２は、裏面入射型
の構成を有している。フォトダイオードアレイ２は、ｎ
型半導体基板２１と、複数のｐ型半導体層２２と、ｎ型
半導体基板２１より高濃度のｎ型半導体層２３と、アキ
ュムレーション層２７とを備えている。そして、ｐ型半
導体層２２と、ｐ型半導体層２２の裏面側に位置するｎ
型半導体基板２１のｎ型半導体層部分とによってフォト
ダイオード２４が構成されている。また、ｐ型半導体層
２２及びｎ型半導体層２３にそれぞれ接続されたアノー
ド電極２５及びカソード電極２６が、ｎ型半導体基板２
１の表面上に配置されている。

【００５５】ｎ型半導体基板２１の光入射面側には、凸
状部Ｂが形成されている。この凸状部Ｂは、薄板化され
た半導体基板２１の機械的強度を保持する機能を有す
る。凸状部Ｂは、シンチレータパネル１の凹状部Ａの一
部、具体的には、シンチレータ固定用部材１２を光出射
面に対して凹設した凹状部Ａのうち、図４（ａ）の点線
で囲まれた部分に対応する十字状パターンによって形成
されており、この部分の凹状部Ａと凸状部Ｂとが嵌合す
るようになっている。

【００５６】上記のシンチレータパネル１の光出射面と
フォトダイオードアレイ２の光入射面とは、凹状部Ａと
凸状部Ｂとが嵌合するように接合されている。接合には
光学接着剤が用いられ、シンチレータ１１とｎ型半導体
基板２１の基板薄板部との間に光学接着剤の層が形成さ
れる。また、凸状部Ｂまたは凸状部Ｂが設けられていな
い半導体基板２１の所定部分と、凹状部Ａとの間に光学
接着剤層１３が形成されている。

【００５７】本実施形態の放射線検出器の効果について
説明する。図４に示した放射線検出器では、裏面入射型
のフォトダイオードアレイ２を用いることにより、光入
射面でのシンチレータ１１からフォトダイオード２４へ
と入射する光に対する開口率を大きくすることができる
とともに、放射線検出器の組み立て効率を向上させるこ
とができる。また、シンチレータ１１の間にシンチレー
タ固定用部材１２を設けることによって、シンチレータ
１１同士は直接に隣接しないように配置され、光クロス
トークの発生を抑制することができる。

【００５８】また、シンチレータ１１とシンチレータ固
定用部材１２とが一体に固定されていることによって、
シンチレータパネル１の機械的強度を向上させることが
できる。同時に、シンチレータパネル１とフォトダイオ
ードアレイ２とを接合させる放射線検出器の組み立て、
及び組み立て時の位置合わせが容易になる。さらに、シ
ンチレータパネル１の凹状部Ａを位置合わせの基準とし
て利用すれば、位置合わせをさらに容易にすることがで
きる。また、一対一で対応しているシンチレータ１１と
フォトダイオード２４とが外部からの偶発的な力により
位置ずれを生じることを防止できる。

【００５９】また、シンチレータパネル１に設けられた
凹状部Ａは、シンチレータパネル１とフォトダイオード
アレイ２との接合時において、接着剤溜まりとして機能
する。これにより、フォトダイオードアレイ２の凸状部
Ｂ及び凸状部Ｂが設けられていない半導体基板２１の所
定部分と、凹状部Ａとの間に光学接着剤層１３ができ、
この光学接着剤層１３によって、シンチレータパネル１
とフォトダイオードアレイ２との接合強度が保たれるの
で、これらを良好に接合することができる。さらに、光
学接着剤層１３が接合強度を保つことによって、シンチ
レータ１１とフォトダイオード２４との間の光学接着剤
の層が不要に厚くなることが防止される。これによっ
て、シンチレータ１１とフォトダイオード２４との近接
配置が可能になり、フォトダイオード２４へのシンチレ
ーション光の入射効率を高めることができるとともに、
光クロストークの発生をさらに抑制することができる。

【００６０】また、本実施形態においては、フォトダイ
オードアレイ２の光入射面側に、シンチレータパネル１
の凹状部Ａの一部と嵌合する十字状パターンの凸状部Ｂ
が設けられている。これによって、シンチレータパネル
１とフォトダイオードアレイ２との接合時の位置合わせ
においては、凹状部Ａの対応部分と凸状部Ｂとを嵌合さ
せればよいので非常に容易になり、放射線検出器を組み
立てる作業性が向上する。それとともに、組み立て後に
おけるシンチレータ１１とそれに対応するフォトダイオ
ード２４との接合面方向の位置ずれを防止することがで
きる。これによって、放射線検出器に加わる振動、及び
外部からの衝撃に対する耐久性を高めることができる。
また、この凸状部Ｂによって、フォトダイオードアレイ
２全体の強度を高めることができる。

【００６１】なお、本実施形態においては、フォトダイ
オードアレイ２の凸状部Ｂが凹状部Ａの全体に対応して
形成されている第１実施形態とは異なり、凹状部Ａの一
部に対応する十字状パターンによって凸状部Ｂが形成さ
れている。このようなパターンの凸状部Ｂによっても、
第１実施形態での格子状パターンの場合と同様に、凸状
部Ｂによる各効果が得られる。

【００６２】図５は、本発明による放射線検出器の第３
実施形態の構成を示す図である。図５（ａ）は、放射線
検出器をシンチレータパネル１側から見た上面図であ
る。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す放射線検出
器のII−II矢印断面図である。

【００６３】図５に示す放射線検出器は、シンチレータ
パネル１と、フォトダイオードアレイ２と、支持基板３
とを備えている。このうち、フォトダイオードアレイ２
の構成については、図４に示した放射線検出器と同様で
ある。また、支持基板３の構成については、図１に示し
た放射線検出器と同様である。

【００６４】シンチレータパネル１は、図５（ａ）に示
すように、２次元アレイ状に配列されている複数のシン
チレータ１１と、シンチレータ１１の間に設けられてい
るシンチレータ固定用部材１２とが一体に固定されるこ
とによって構成されている。シンチレータ１１の光出射
面以外の面上には光反射膜１４が形成されている。

【００６５】また、シンチレータパネル１の光出射面側
には、図５（ａ）の点線で囲まれた部分において、シン
チレータ固定用部材１２が光出射面に対して凹設され
た、十字状パターンの凹状部Ａが形成されている。そし
て、凹状部Ａが形成されている上記部分以外のシンチレ
ータ固定用部材１２は、シンチレータ１１と略等しい厚
さで形成されている。

【００６６】上記のシンチレータパネル１の光出射面と
フォトダイオードアレイ２の光入射面とは、互いに対応
する十字状パターンで形成されている凹状部Ａと凸状部
Ｂとが嵌合するように接合されている。接合には光学接
着剤が用いられ、凹状部Ａと凸状部Ｂとの間に光学接着
剤層１３が形成される。そして、シンチレータ１１の凹
状部Ａが形成されていない部分とｎ型半導体基板２１と
の間に光学接着剤の層が形成される。

【００６７】本実施形態の放射線検出器の効果について
説明する。図５に示した放射線検出器では、裏面入射型
のフォトダイオードアレイ２を用いることにより、光入
射面でのシンチレータ１１からフォトダイオード２４へ
と入射する光に対する開口率を大きくすることができる
とともに、放射線検出器の組み立て効率を向上させるこ
とができる。また、シンチレータ１１の間にシンチレー
タ固定用部材１２を設けることによって、シンチレータ
１１同士は直接に隣接しないように配置され、光クロス
トークの発生を抑制することができる。

【００６８】また、シンチレータ１１とシンチレータ固
定用部材１２とが一体に固定されていることによって、
シンチレータパネル１の機械的強度を向上させることが
できる。同時に、シンチレータパネル１とフォトダイオ
ードアレイ２とを接合させる放射線検出器の組み立て、
及び組み立て時の位置合わせが容易になる。さらに、シ
ンチレータパネル１の凹状部Ａを位置合わせの基準とし
て利用すれば、位置合わせをさらに容易にすることがで
きる。また、一対一で対応しているシンチレータ１１と
フォトダイオード２４とが外部からの偶発的な力により
位置ずれを生じることを防止できる。

【００６９】また、シンチレータパネル１に設けられた
凹状部Ａは、シンチレータパネル１とフォトダイオード
アレイ２との接合時において、接着剤溜まりとして機能
する。これにより、フォトダイオード２の凸状部Ｂと、
対応している凹状部Ａとの間に光学接着剤層１３がで
き、この光学接着剤層１３によって、シンチレータパネ
ル１とフォトダイオードアレイ２との接合強度が保たれ
るので、これらを良好に接合することができる。さら
に、光学接着剤層１３が接合強度を保つことによって、
シンチレータ１１とフォトダイオード２４との間の光学
接着剤の層が不要に厚くなることが防止される。これに
よって、シンチレータ１１とフォトダイオード２４との
近接配置が可能になり、フォトダイオード２４へのシン
チレーション光の入射効率を高めることができるととも
に、光クロストークの発生をさらに抑制することができ
る。

【００７０】また、本実施形態においては、フォトダイ
オードアレイ２の光入射面側に、シンチレータパネル１
の凹状部Aと嵌合する十字状パターンの凸状部Ｂが設け
られている。これによって、シンチレータパネル１とフ
ォトダイオードアレイ２との接合時の位置合わせにおい
ては、凹状部Ａと凸状部Ｂとを嵌合させればよいので非
常に容易になり、放射線検出器を組み立てる作業性が向
上する。それとともに、組み立て後におけるシンチレー
タ１１とそれに対応するフォトダイオード２４との接合
面方向の位置ずれを防止することができる。これによっ
て、放射線検出器に加わる振動、及び外部からの衝撃に
対する耐久性を高めることができる。また、この凸状部
Ｂによって、フォトダイオードアレイ２全体の強度を高
めることができる。

【００７１】なお、本実施形態においては、シンチレー
タパネル１の凹状部Ａがシンチレータ固定用部材１２の
全体に形成されている第１実施形態とは異なり、シンチ
レータ固定用部材１２の一部に対応する十字状パターン
によって凹状部Ａが形成されている。このようなパター
ンの凹状部Aによっても、第１実施形態での格子状パタ
ーンの場合と同様に、凹状部Aによる各効果が得られ
る。

【００７２】本発明による放射線検出器は、上記した実
施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能であ
る。例えば、上述した各実施形態においては、いずれも
フォトダイオードアレイ２に凸状部Ｂが形成されている
が、組み立ての作業性やフォトダイオードアレイ２の強
度などからみて凸状部が不要な場合には、このような凸
状部Ｂを設けない構成としてもよい。また、各実施形態
においてフォトダイオードアレイ２の凸状部Ｂは図では
順メサ状に形成されているが、尖塔状、又は矩形状に形
成しても同様の効果が得られる。

【００７３】また、凸状部Ｂの表面側の所定部分の外形
寸法が、シンチレータパネル１の凹状部Ａの内形寸法よ
りも大きくなるように、フォトダイオードアレイ２の凸
状部Ｂを形成しても良い。図６は放射線検出器のそのよ
うな変形例の構成を示す側面断面図である。

【００７４】本構成例は、図１及び図２に示した放射線
検出器と同様の構成を有しているが、フォトダイオード
アレイ２の光入射面側に設けられた凸状部Ｂの構成が異
なっている。すなわち、本実施例においては、凸状部Ｂ
の表面側（図６中の下側）の部分に対して、外形寸法が
階段状に小さくなる２段構造が形成されている。そし
て、このような凸状部Ｂの２段構造により、シンチレー
タ１１とフォトダイオードアレイ２の基板薄板部とが非
接触状態となっている。

【００７５】フォトダイオードアレイ２の凸状部Ｂを図
６に示したような形状とすることで、組み立て時におけ
るフォトダイオード２４の損傷を防止することができ
る。フォトダイオード２４は基板薄板部に設けられてい
るので、シンチレータ１１との接合による衝撃をできる
かぎり小さくすることが好ましい。これに対して、上記
構成の凸状部Ｂによれば、シンチレータパネル１とフォ
トダイオードアレイ２とを接合する際にシンチレータ１
１とフォトダイオード２４とが接触することがなく、基
板薄板部への衝撃を防ぐことができる。これによって、
フォトダイオード２４の損傷を防止することができる。

【００７６】

【発明の効果】本発明による放射線検出器は、以上詳細
に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、
複数のシンチレータ及びシンチレータ固定用部材を一体
に固定するとともに凹状部を設けたシンチレータパネル
と、裏面入射型のフォトダイオードアレイとを組み合わ
せた放射線検出器によれば、裏面入射型のフォトダイオ
ードアレイを用いることにより、開口率を大きくするこ
とができるとともに、放射線検出器の組み立て効率を向
上させることができる。また、シンチレータ間にシンチ
レータ固定用部材を設けることにより、光クロストーク
の発生を抑制している。また、複数のシンチレータとシ
ンチレータ固定用部材を一体に固定することにより、放
射線検出器全体の機械的強度が向上するとともに、シン
チレータパネルとフォトダイオードアレイとを接合させ
る放射線検出器の組み立て、及び組み立て時の位置合わ
せが容易になる。また、シンチレータ固定用部材の一部
または全部を光出射面に対して凹設して凹状部を設ける
ことにより、シンチレータパネルとフォトダイオードア
レイとを良好に接合できる。さらに、これらの接合時に
おいて凹状部を位置合わせに利用することによって、組
み立てがさらに容易になる。

【００７７】以上のような構成を有する放射線検出器
を、例えば医療機関で使用されるＸ線ＣＴ装置における
Ｘ線検出器として用いれば、微細化、高集積化が可能に
なり、近年検討されているＸ線ＣＴ装置のマルチスライ
ス化に寄与することができる。また、それ以外の放射線
検出器についても同様に、上記構成を適用することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】放射線検出器の第１実施形態の構成を示す側面
断面図である。

【図２】図１に示した放射線検出器をシンチレータパネ
ル側から見た上面図である。

【図３】図１に示した放射線検出器に用いられるシンチ
レータパネルの製造方法の一例を示す工程図である。

【図４】放射線検出器の第２実施形態の構成を示す
（ａ）上面図及び（ｂ）側面断面図である。

【図５】放射線検出器の第３実施形態の構成を示す
（ａ）上面図及び（ｂ）側面断面図である。

【図６】放射線検出器の変形例の構成を示す側面断面図
である。

【符号の説明】

１…シンチレータパネル、１１…シンチレータ、１２…
シンチレータ固定用部材、１３…光学接着剤層、１４…
光反射膜、２…フォトダイオードアレイ、２１…ｎ型半
導体基板、２２…ｐ型半導体層、２３…ｎ型半導体層、
２４…フォトダイオード、２５…アノード電極、２６…
カソード電極、２７…アキュムレーション層、２８…保
護膜、３…支持基板、３１…配線、３２…バンプ電極、
３３…接着剤層、Ａ…凹状部、Ｂ…凸状部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂本明静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内Ｆターム(参考） 2G088 EE02 FF02 GG13 GG19 JJ05 JJ09 JJ24 JJ29 JJ37 LL12 4M118 BA03 CA02 CB11 FA06 HA24 5C024 AX12 CY47 CY49 GX03 GX09 5F088 AA02 BA18 BB07 DA01 EA04 GA07 JA17 LA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元状に配列された複数のシンチレー
タ、及び前記複数のシンチレータ間にあってこれらを一
体に固定するシンチレータ固定用部材からなるシンチレ
ータパネルと、第１導電型の半導体基板内部の表面側に、前記複数のシ
ンチレータに対応して形成され、それぞれフォトダイオ
ードとして機能する複数の第２導電型半導体層を有し、
前記半導体基板の裏面が前記シンチレータパネルと接合
される光入射面となっている裏面入射型のフォトダイオ
ードアレイとを備え、前記シンチレータパネルは、前記フォトダイオードアレ
イの前記光入射面と接合される光出射面側に、前記シン
チレータ固定用部材が前記光出射面に対して凹設された
凹状部を有することを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】前記フォトダイオードアレイは、前記半
導体基板内部の前記表面側の前記複数の第２導電型半導
体層のそれぞれの間に、前記半導体基板よりも高い不純
物濃度で形成された第１導電型半導体層を有するととも
に、前記半導体基板の前記表面上に、前記第１導電型半
導体層に電気的に接続された第１電極と、前記第２導電
型半導体層に電気的に接続された第２電極とが設けられ
ていることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】前記フォトダイオードアレイは、前記光
入射面側に、前記シンチレータパネルの前記凹状部に嵌
合する凸状部を有するとともに、前記第１電極及び前記
第２電極は、前記半導体基板の前記表面のうちで前記凸
状部に対向する領域内の面上に設けられていることを特
徴とする請求項２記載の放射線検出器。
【請求項４】前記フォトダイオードアレイは、前記光
入射面側に、前記シンチレータパネルの前記凹状部に嵌
合する凸状部を有することを特徴とする請求項１または
２記載の放射線検出器。
【請求項５】前記凸状部は、前記表面側の所定部分の
外形寸法が、前記シンチレータパネルの前記凹状部の内
形寸法よりも大きくなるように形成されていることを特
徴とする請求項３または４記載の放射線検出器。
【請求項６】前記シンチレータ固定用部材は、Ｘ線遮
蔽部材からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
か１項に記載の放射線検出器。
【請求項７】前記フォトダイオードアレイの前記半導
体基板の前記表面に設けられた電極に電気的に接続され
る配線を有する支持基板をさらに備え、前記半導体基板
の前記表面と、前記支持基板とは、接着剤によって一体
に固定されていることを特徴とする請求項１〜６のいず
れか１項に記載の放射線検出器。
【請求項８】前記フォトダイオードアレイでの前記第
２導電型半導体層のそれぞれの面積は、前記シンチレー
タパネルでの対応する前記シンチレータの面積よりも大
きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記
載の放射線検出器。