JP2010091336A - 放射線検出器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＮ比の向上を図ることが可能な放射線検出器及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】放射線検出器ＲＤは、光感応領域５，６を有する半導体光検出素子１と、光感応領域５，６に対応して配置された第１のシンチレータ１１と、半導体光検出素子１と第１のシンチレータ１１との間に位置し、光感応領域５に対応して配置された第２のシンチレータ１３と、第１及び第２のシンチレータ１１，１３を覆うと共に、第２のシンチレータ１３における光感応領域５に対向する領域の少なくとも一部に対応する第１の光出射領域１７ａと第１のシンチレータ１１における光感応領域６に対向する領域の少なくとも一部に対応する第２の光出射領域１７ｂとを有する光反射膜１７と、第２の光出射領域１７ｂに対応して配置され、第１のシンチレータ１１から出射した光を光感応領域６へと導くライトガイド１５と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線検出器及びその製造方法に関する。

放射線検出器として、２つの光感応領域を有する半導体光検出素子を備えると共に、一方の光感応領域に対応して配置された低エネルギー放射線検出用のシンチレータと、他方の光感応領域に対応して配置された高エネルギー放射線検出用のシンチレータと、をそれぞれ備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、放射線検出器として、２つの光感応領域を有する半導体光検出素子を備えると共に、２つの光感応領域に対応して配置された低エネルギー放射線検出用のシンチレータと、低エネルギー放射線検出用のシンチレータと半導体光検出素子との間に位置し且つ２つの光感応領域に対応して配置された高エネルギー放射線検出用のシンチレータと、をそれぞれ備えるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
国際公開第９９／０８１３２号パンフレット 米国特許出願公開第２００７／０１５８５７３号明細書

しかしながら、特許文献１及び２に記載の放射線検出器は、ＳＮ比が低下するという問題点を有している。特許文献１に記載の放射線検出器では、低エネルギー放射線検出用のシンチレータは一方の光感応領域に対応して配置されているために低エネルギー放射線の入射面積が狭く、しかもその厚みが薄いことから、当該シンチレータにおける低エネルギー放射線に対応した発光量は比較的少ない。このため、半導体光検出素子の一方の光感応領域にて得られる信号、すなわち低エネルギー放射線の入射により得られる信号は小さくなってしまい、ＳＮ比が低下することとなる。

特許文献２に記載の放射線検出器では、低エネルギー放射線検出用のシンチレータが２つの光感応領域に対応して配置されているために低エネルギー放射線の入射面積が広く、低エネルギー放射線検出用のシンチレータの発光量自体は比較的多い。しかしながら、低エネルギー放射線検出用のシンチレータにて発生した光は、半導体光検出素子の一方の光感応領域だけでなく他方の光感応領域にも到達するため、結果的に、一方の光感応領域に到達する光の量が少なくなってしまう。したがって、特許文献２に記載の放射線検出器であっても、半導体光検出素子の信号、すなわち低エネルギー放射線の入射により得られる信号は小さくなってしまい、ＳＮ比が低下することとなる。

ところで、特許文献１及び２に記載の放射線検出器において、低エネルギー放射線検出用のシンチレータの面積及び半導体光検出素子の一方の光感応領域の面積の双方を大きく設定することにより、低エネルギー放射線の入射により一方の光感応領域にて得られる信号を大きくすることは可能である。しかしながら、これらの面積を大きくした場合、一方の光感応領域における接合容量も大きくなり、暗電流が増加して、ＳＮ比の向上が抑制されてしまう。

そこで、本発明は、ＳＮ比の向上を図ることが可能な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。

本発明に係る放射線検出器は、第１の光感応領域と第２の光感応領域とを有する半導体光検出素子と、第１及び第２の光感応領域に対応して配置された第１のシンチレータと、半導体光検出素子と第１のシンチレータとの間に位置し、第１の光感応領域に対応して配置された第２のシンチレータと、第１及び第２のシンチレータを覆うと共に、第２のシンチレータにおける第１の光感応領域に対向する領域の少なくとも一部に対応する第１の光出射領域と、第１のシンチレータにおける第２の光感応領域に対向する領域の少なくとも一部に対応する第２の光出射領域と、を有する光反射膜と、第２の光出射領域に対応して配置され、第１のシンチレータから出射した光を第２の光感応領域へと導くライトガイドと、を備えている。

本発明に係る放射線検出器では、第１のシンチレータは、第１及び第２の光感応領域に対応して配置されているために、放射線が入射する面積が広く、発光量が多くなる。また、第１のシンチレータにて発生した光は、第１のシンチレータが光反射膜で覆われていることから、光反射膜の第２の光出射領域からライトガイドを通して第２の光感応領域に入射することとなり、第２の光感応領域に入射する光の量も十分な値となる。これらの結果、第２の光感応領域にて得られる信号は大きくなり、ＳＮ比の向上を図ることができる。なお、第２のシンチレータにて発生した光は、第２のシンチレータも光反射膜で覆われていることから、光反射膜の第１の光出射領域から第１の光感応領域に入射することとなり、第１の光感応領域に入射する光の量も十分な値となる。

好ましくは、第１の光出射領域の面積は、第１の光感応領域の面積よりも大きく設定され、ライトガイドの光出射面の面積は、第２の光感応領域の面積よりも大きく設定されている。この場合、第１及び第２の光感応領域と、第１及び第２のシンチレータ並びにライトガイドと、の位置合わせ精度が緩和されて、これらの位置合せを容易に行なうことができる。

好ましくは、半導体光検出素子は、第１の光感応領域と第２の光感応領域との間に位置し、第１の光感応領域と第２の光感応領域とを電気的に分離する分離領域を更に有している。この場合、第１の光感応領域と第２の光感応領域との間に発生するクロストークを低減することができる。

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記の放射線検出器の製造方法であって、半導体光検出素子、第１のシンチレータ、第２のシンチレータ、及びライトガイドを用意する工程と、光反射膜を、該光反射膜が第２の光出射領域を含むように第１のシンチレータに形成して第１のユニットを得る工程と、光反射膜を、該光反射膜が第１の光出射領域を有すると共にライトガイドの光入出射面が露出するように、第２のシンチレータとライトガイドとを併置した状態で第２のシンチレータとライトガイドとに形成して第２のユニットを得る工程と、第１のユニットと第２のユニットとを結合して、半導体光検出素子に搭載する工程と、を備えている。

本発明に係る放射線検出器の製造方法では、ＳＮ比の向上を図り得る上述した放射線検出器を簡便に製造することができる。

本発明によれば、ＳＮ比の向上を図ることが可能な放射線検出器及びその製造方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１〜図５を参照して、本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの構成を説明する。図１は、本実施形態に係る放射線検出器を示す斜視図である。図２は、図１のII−II線に沿った断面構成を示す図である。図３は、図１のIII−III線に沿った断面構成を示す図である。図４は、図１のIV−IV線に沿った断面構成を示す図である。図５は、本実施形態に係る放射線検出器の光反射膜及び光学樹脂を除く構成を示す分解斜視図である。

放射線検出器ＲＤは、図１に示されるように、半導体光検出素子１と、シンチレータユニット１０と、を備えている。本実施形態の放射線検出器ＲＤでは、後述する一対の光感応領域５，６と当該一対の光感応領域５，６に対応する一つのシンチレータユニット１０とを含む検出ユニットが２×２配列されている。放射線検出器ＲＤは、例えば、空港等に設置される手荷物検査装置に用いられ、放射線検出器ＲＤの検出結果に基づいて、手荷物内の収容物を構成する物質を特定することができる。放射線検出器ＲＤは、２×２配列された検査ユニットを複数組備えているが、簡略化のため、各図では一組の検査ユニットのみを図示する。

半導体光検出素子１は、いわゆる表面入射型のホトダイオードアレイであり、Ｓｉからなる第１導電型（例えば、ｎ型）の半導体基板２を有している。半導体基板２には主面２ａ側において、複数（本実施形態では、二つ）の第２導電型（例えば、ｐ型）の半導体領域３，４が配列されている。各半導体領域３，４と半導体基板２との間で形成されるｐｎ接合により、各ホトダイオードの光感応領域５，６が構成されている。光感応領域５，６（半導体領域３，４）は、平面視において矩形形状を呈している。本実施形態では、光感応領域５，６の長辺の長さは例えば１．２５ｍｍに設定され、光感応領域５，６の短辺の長さは例えば２．７ｍｍに設定されている。光感応領域５，６の間隔は、例えば１５０μｍ程度に設定されている。

光感応領域５（半導体領域３）と光感応領域６（半導体領域４）との間には、光感応領域５と光感応領域６とを電気的に分離する分離領域７が配置されている。分離領域７は、半導体基板２と同じ導電型、すなわち第１導電型の半導体領域により構成されており、不純物濃度が半導体基板２よりも高く設定されている。

半導体光検出素子１では、光感応領域５，６に光が入射すると、光が入射した光感応領域５，６において入射した光の光量に応じてキャリアが生成される。生成されたキャリアによる光電流は、光感応領域５，６に接続された電極（不図示）から取り出される。これにより、半導体光検出素子１は、光感応領域５，６に入射した光の光量に応じた信号をそれぞれ出力することとなる。

半導体基板２の主面２ｂ側には、半導体光検出素子１を基板に実装するためのバンプ電極８が配置されている。バンプ電極８は、光感応領域５，６に接続された電極と電気的に接続されている。

シンチレータユニット１０は、半導体基板２には主面２ａ側に配置されており、図２〜図５に示されるように、第１のシンチレータ１１、第２のシンチレータ１３、及びライトガイド１５を有している。シンチレータユニット１０と半導体光検出素子１とは、所望の屈折率を有する光学樹脂２０により接着されている。光学樹脂２０により、シンチレータユニット１０から出射した光が効率よく半導体光検出素子１に入射することとなる。光学樹脂２０を構成する材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。

第１のシンチレータ１１は、平板形状を呈しており、光感応領域５，６に対応して配置されている。すなわち、第１のシンチレータ１１は、放射線の入射方向から見て光感応領域５，６全体が隠れるように光感応領域５，６を覆っており、光感応領域５，６の上方に位置している。第１のシンチレータ１１は、平面視において矩形形状を呈しており、その大きさは例えば２．８ｍｍ×２．８ｍｍに設定されている。第１のシンチレータ１１の厚みは、例えば０．３〜０．５ｍｍに設定されている。

第２のシンチレータ１３は、柱形状（本実施形態では、四角柱形状）を呈しており、第１のシンチレータ１１と半導体光検出素子１との間に位置し、光感応領域５に対応して配置されている。すなわち、第２のシンチレータ１３は、放射線の入射方向から見て光感応領域５のみが隠れるように光感応領域５を覆っており、光感応領域５の上方に位置している。したがって、光感応領域６の上方には、第２のシンチレータ１３は位置していない。第２のシンチレータ１３は、平面視において矩形形状を呈しており、その大きさは例えば１．３５ｍｍ×２．８ｍｍに設定されている。第２のシンチレータ１３の高さ（厚み）は、例えば３．０ｍｍ程度に設定されている。

放射線は、シンチレータユニット１０の第１のシンチレータ１１側からシンチレータユニット１０に入射する。入射した放射線は、その入射エネルギーの高さに応じて、侵入深さが異なり、入射エネルギーが高いものほど深くまで侵入する。シンチレータユニット１０に入射した放射線は、第１及び第２のシンチレータ１１，１３に入射エネルギーに応じた侵入深さまで到達して、到達点において第１及び第２のシンチレータ１１，１３のいずれかを発光させる。したがって、第１のシンチレータ１１では低エネルギー（例えば、３０〜６０ｋｅＶ）の放射線が到達することにより光（シンチレーション光）が発生し、第２のシンチレータ１３では高エネルギー（例えば、５０〜１５０ｋｅＶ）の放射線が到達することにより光（シンチレーション光）が発生することとなる。また、第１のシンチレータ１１の厚みに応じて、放射線（入射エネルギー）が弁別されることとなる。

第１及び第２のシンチレータ１１，１３を構成する材料としては、例えば、ＴｌをドープしたＣｓＩ、ＣｄＷＯ_４（ＣＷＯ）、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：ＰｒやＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：ＴｂといったＧＯＳ（硫酸化ガドリニウム）等が挙げられる。第１のシンチレータ１１を構成する材料と第２のシンチレータ１３を構成する材料とは、同じでもよく、また異なっていてもよい。

ライトガイド１５は、柱形状（本実施形態では、四角柱形状）を呈しており、第１のシンチレータ１１と半導体光検出素子１との間に位置し、光感応領域６に対応して配置されている。すなわち、ライトガイド１５は、放射線の入射方向から見て光感応領域６のみが隠れるように光感応領域６を覆っており、光感応領域６の上方に位置している。ライトガイド１５は、平面視において矩形形状を呈しており、その大きさは例えば１．３５ｍｍ×２．８ｍｍに設定されている。ライトガイド１５の高さは、例えば３．７ｍｍ程度に設定されている。ライトガイド１５を構成する材料としては、ガラスや透明エポキシ樹脂等が挙げられる。

ところで、第１及び第２のシンチレータ１１，１３は、遮光膜としても機能する光反射膜１７にて覆われている。光反射膜１７は、第１の光出射領域１７ａ及び第２の光出射領域１７ｂを有している。光反射膜１７を構成する材料としては、ＰＥＴシートやＴｉＯ２を混練したエポキシ樹脂等が挙げられる。

第１の光出射領域１７ａは、第２のシンチレータ１３における光感応領域５に対向する領域の少なくとも一部に対応している。本実施形態では、第１の光出射領域１７ａは、第２のシンチレータ１３の半導体光検出素子１（光感応領域５）に対向する面１３ａ全体に対応しており、当該面１３ａ全体を露出させている。したがって、第２のシンチレータ１３は、半導体光検出素子１に対向する面１３ａを除くすべての外表面が光反射膜１７に覆われることとなり、面１３ａが第２のシンチレータ１３にて発生した光の出射面となる。第１の光出射領域１７ａは、第２のシンチレータ１３の半導体光検出素子１に対向する面１３ａ全体に対応している必要はなく、当該面１３ａの少なくとも一部に対応している、すなわち、面１３ａの少なくとも一部を露出させていればよい。

第２の光出射領域１７ｂは、第１のシンチレータ１１における光感応領域６に対向する領域の少なくとも一部に対応している。本実施形態では、第２の光出射領域１７ｂは、第１のシンチレータ１１の半導体光検出素子１側の面のうち光感応領域６に対向する領域１１ａのみに対応しており、当該領域１１ａ全体を露出させている。したがって、第１のシンチレータ１１は、領域１１ａを除くすべての外表面が光反射膜１７に覆われることとなり、領域１１ａが第１のシンチレータ１１にて発生した光の出射面となる。第２の光出射領域１７ｂは、第２のシンチレータ１３の光感応領域６に対向する領域１１ａ全体に対応している必要はなく、当該領域１１ａの少なくとも一部に対応している、すなわち、領域１１ａの少なくとも一部を露出させていればよい。

ライトガイド１５は、第１のシンチレータ１１に対向する面１５ａが第１のシンチレータ１１の領域１１ａに接触している。ライトガイド１５も、第１のシンチレータ１１に対向する面１５ａと光感応領域６に対向する面１５ｂを除いてすべての側面が光反射膜１７に覆われている。したがって、第１のシンチレータ１１に対向する面１５ａが第１のシンチレータ１１にて発生した光の入射面となり、光感応領域６に対向する面１５ｂがライトガイド１５からの光の出射面となる。これにより、第１のシンチレータから出射した光は、ライトガイド１５を通して、光感応領域６へ導かれることとなる。

シンチレータユニット１０は、放射線フィルタ１９を更に有している。放射線フィルタ１９は、第１のシンチレータ１１と第２のシンチレータ１３との間に配置されており、低エネルギーの放射線を遮断することにより第２のシンチレータ１３に入射する放射線（入射エネルギー）を弁別する。放射線フィルタ１９は、平面視において矩形形状を呈しており、その大きさは例えば１．２５ｍｍ×２．７ｍｍに設定されている。放射線フィルタ１９の厚みは、例えば０．５ｍｍ程度に設定されている。放射線フィルタ１９を構成する材料としては、Ｃｕ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｍｏ等の金属が挙げられる。

以下、放射線検出器ＲＤの動作について説明する。

放射線検出器ＲＤに入射した放射線のうち、主に低エネルギーの放射線は第１のシンチレータ１１に到達して、第１のシンチレータ１１を発光させる。第１のシンチレータ１１にて発生した光は、第１のシンチレータ１１が領域１１ａを除いて光反射膜１７に覆われていることから、領域１１ａから面１５ａを通してライトガイド１５に入射する。ライトガイド１５に入射した光は、ライトガイド１５内を通り、面１５ｂから出射する。ライトガイド１５の面１５ｂから出射した光は、光感応領域６に入射する。これらにより、低エネルギーの放射線の入射により第１のシンチレータ１１にて発生した光が光感応領域６にて検出され、発生した光の強度に対応した信号が半導体光検出素子１から出力される。

放射線検出器ＲＤに入射した放射線のうち、主に高エネルギーの放射線は第１のシンチレータ１１及び放射線フィルタ１９にて弁別された後、第２のシンチレータ１３に到達して、第２のシンチレータ１３を発光させる。第２のシンチレータ１３にて発生した光は、第２のシンチレータ１３が面１３ａを除いて光反射膜１７に覆われていることから、面１３ａから出射される。第２のシンチレータ１３の面１３ａから出射した光は、光学樹脂２０を通って光感応領域５に入射する。これらにより、高エネルギーの放射線の入射により第２のシンチレータ１３にて発生した光が光感応領域５にて検出され、発生した光の強度に対応した信号が半導体光検出素子１から出力される。

以下、図６〜図１３を参照して、放射線検出器ＲＤの製造方法について説明する。図６〜図１３は、本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。

まず、平板形状のシンチレータ母材３０を用意し（図６参照）、当該シンチレータ母材を検出ユニット（シンチレータユニット１０）に対応させて分割する（図７参照）。これにより、複数の第１のシンチレータ１１がシンチレータユニット１０の配列に対応させて配置された状態で用意されることとなる。シンチレータ母材３０の分割は、ダイシング等の既存の手法により行なうことができる。

次に、各第１のシンチレータ１１に光反射材料を付与して光反射膜１７の一部を形成すると共に、各第１のシンチレータ１１を一体化する（図８参照）。このとき、第１のシンチレータ１１は、第１のシンチレータ１１の面（図８において、下面）を除いて、光反射膜１７に覆われることとなる。すなわち、光反射膜１７は、第２の光出射領域１７ｂを含んで形成されることとなる。

これらにより、シンチレータユニット１０の配列に対応して配置された複数の第１のシンチレータ１１を含むユニットＵ１が得られる。

また、四角柱形状のシンチレータ母材３１を用意し、シンチレータ母材の長手方向に沿う一面に、光反射膜３２と放射線フィルタ３３との積層構造体を形成する（図９参照）。光反射膜３２は、光反射材料の付与により形成することができる。放射線フィルタ３３は、光反射膜３２と接着剤により貼り合わされることにより形成することができる。

次に、光反射膜３２と放射線フィルタ３３との積層構造体が形成されたシンチレータ母材３１を第２のシンチレータ１３の大きさに合わせて分割する（図１０参照）。これにより、第２のシンチレータ１３が用意されることとなる。第２のシンチレータ１３には、光反射膜１７の一部と放射線フィルタ１９とが形成されている。

次に、ライトガイド１５を用意する。そして、ライトガイド１５と第２のシンチレータ１３とを、シンチレータユニット１０の配列に対応させて併置する（図１１参照）。ライトガイド１５の高さは、第２のシンチレータ１３の高さと光反射膜１７の一部及び放射線フィルタ１９の厚みとの和と同等に設定されている。

次に、併置されたライトガイド１５及び第２のシンチレータ１３の側面に光反射材料を付与し、光反射膜１７の一部を形成する（図１２参照）。このとき、ライトガイド１５と第２のシンチレータ１３とは、ライトガイド１５の面１５ａ，１５ｂ及び第２のシンチレータ１３の面１３ａを除いて、光反射膜１７に覆われることとなる。光反射膜１７は、第１の光出射領域１７ａを有するように形成されることとなる。

これらにより、シンチレータユニット１０の配列に対応して配置されたそれぞれ複数のライトガイド１５及び第２のシンチレータ１３を含むユニットＵ２が得られる。

次に、ユニットＵ１とユニットＵ２とを結合する（図１３参照）。ここでは、光反射膜１７から露出しているライトガイド１５の面１５ａと第１のシンチレータ１１の下面とが接触するように、ユニットＵ２の上にユニットＵ１を載置する。ユニットＵ１とユニットＵ２との結合は、光透過性を有する接着剤により貼り合わせることにより行なうことができる。ユニットＵ１とユニットＵ２とが結合して、第１のシンチレータ１１の下面の一部がユニットＵ２の光反射膜１７により覆われることにより、第２の光出射領域１７ｂが形成されることとなる。

その後、結合されたユニットＵ１，Ｕ２を、用意した半導体光検出素子１に、第２のシンチレータ１３の面１３ａと光感応領域５とが対向すると共にライトガイド１５の面１５ｂが光感応領域６とが対向するように、位置決めして搭載する。このとき、半導体光検出素子１とユニットＵ２との間は、光透過性を有する光学樹脂で接着する。これにより、図１〜５に示された放射線検出器ＲＤが得られることとなる。

以上のように、本実施形態では、第１のシンチレータ１１は、光感応領域５，６に対応して配置されているために、放射線が入射する面積が広く、発光量が多くなる。また、第１のシンチレータ１１にて発生した光は、第１のシンチレータ１１が光反射膜１７で覆われていることから、光反射膜１７の第２の光出射領域１７ｂからライトガイド１５を通して光感応領域６に入射することとなり、光感応領域６に入射する光の量も十分な値となる。これらの結果、光感応領域６にて得られる信号は大きくなり、放射線検出器ＲＤにおけるＳＮ比の向上を図ることができる。

このように、本実施形態では、第１のシンチレータ１１にて発生した光を効率よく光感応領域６に導いている構成となるため、光感応領域６の面積を広くすることなく、得られる信号を大きくできる。したがって、光感応領域６の面積を広くすることによる暗電流の増加等の問題点が生じ難く、ＳＮ比の向上を抑制することはない。

第２のシンチレータ１３にて発生した光は、第２のシンチレータ１３も光反射膜１７で覆われていることから、光反射膜１７の第１の光出射領域１７ａから光感応領域５に入射することとなる。この結果、光感応領域５に入射する光の量も十分な値となる。

本実施形態では、上述したように、第１の光出射領域１７ａ（第２のシンチレータ１３の面１３ａ）の面積は、光感応領域５の面積よりも大きく設定され、ライトガイド１５の面１５ｂの面積は、光感応領域６の面積よりも大きく設定されている。これにより、光感応領域５，６と、第１及び第２のシンチレータ１１，１３並びにライトガイド１５と、の位置合わせ精度が緩和されて、これらの位置合せを容易に行なうことができる。

本実施形態では、半導体光検出素子１は、光感応領域５と光感応領域６との間に位置し、光感応領域５と光感応領域６とを電気的に分離する分離領域７を有している。これにより、光感応領域５と光感応領域６との間に発生するクロストークを低減することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

本実施形態に係る放射線検出器ＲＤのシンチレータユニット１０は、放射線フィルタ１９を備えているが、図１４に示されるように、シンチレータユニット１０は、放射線フィルタ１９を備えていなくてもよい。第１のシンチレータ１１の厚みに応じて、放射線（入射エネルギー）が弁別されることとなるため、弁別する放射線によっては、放射線フィルタ１９が不要となる。

本実施形態に係る放射線検出器ＲＤのシンチレータユニット１０では、ライトガイド１５の面１５ｂの面積（ライトガイド１５の断面積）と第２のシンチレータ１３の面１３ａの面積（第２のシンチレータ１３の断面積）とが同等に設定されているが、これに限られない。例えば、図１５に示されるように、ライトガイド１５の断面積が第２のシンチレータ１３の断面積よりも狭く設定されていてもよい。この場合、光反射膜１７の第２の光出射領域１７ｂの面積も狭くなり、第１のシンチレータ１１からライトガイド１５に入射する光の量が少なくなる懼れが考慮される。

本発明者等が、ＴｌをドープしたＣｓＩにより構成されたシンチレータの光出射面の開口率とホトダイオードにおける相対感度との関係を調べたところ、図１６に示される関係を有していることが判明した。図１６に示された関係から、開口率は３０〜７０％であれば、検出感度を確保できる。すなわち、ライトガイド１５の断面積が、ライトガイド１５の断面積と第２のシンチレータ１３の断面積との和の３０％以上の値であれば、検出感度の低下を抑制することが可能となる。

本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの各シンチレータユニット１０は、２つのシンチレータ１１，１３を有しているが、シンチレータの数はこれに限られない。シンチレータユニット１０は、図１７〜図１９に示されるように、３つ以上のシンチレータを備えていてもよい。

図１７〜図１８に示されたシンチレータユニット１０に対応する半導体光検出素子（不図示）は、３つの光感応領域（第１〜第３の光感応領域）を有している。各シンチレータユニット１０は、第１のシンチレータ１１、第２のシンチレータ１３、第３のシンチレータ４１、ライトガイド１５，４３、光反射膜１７、及び放射線フィルタ１９を有している。

第１のシンチレータ１１は、第１〜第３の光感応領域に対応して配置されている。すなわち、第１のシンチレータ１１は、放射線の入射方向から見て第１〜第３の光感応領域全体が隠れるように第１〜第３の光感応領域を覆っており、第１〜第３の光感応領域の上方に位置している。

第２のシンチレータ１３は、第１のシンチレータ１１と半導体光検出素子との間に位置し、第１の光感応領域に対応して配置されている。すなわち、第２のシンチレータ１３は、放射線の入射方向から見て第１の光感応領域のみが隠れるように第１の光感応領域を覆っており、第１の光感応領域の上方に位置している。したがって、第２及び第３の光感応領域の上方には、第２のシンチレータ１３は位置していない。

第３のシンチレータ４１は、第１のシンチレータ１１と第２のシンチレータ１３との間に位置し、第１及び第３の光感応領域に対応して配置されている。すなわち、第３のシンチレータ４１は、放射線の入射方向から見て第１及び第３の光感応領域のみが隠れるように第１及び第３の光感応領域を覆っており、第１及び第３の光感応領域の上方に位置している。したがって、第２の光感応領域の上方には、第３のシンチレータ４１は位置していない。第３のシンチレータ４１は、第１及び第２のシンチレータ１１と同様の材料により構成できる。

ライトガイド１５は、第１のシンチレータ１１と半導体光検出素子との間に位置し、第２の光感応領域に対応して配置されている。すなわち、ライトガイド１５は、放射線の入射方向から見て第２の光感応領域のみが隠れるように第２の光感応領域を覆っており、第２の光感応領域の上方に位置している。

ライトガイド４３は、第３のシンチレータ４１と半導体光検出素子との間に位置し、第３の光感応領域に対応して配置されている。すなわち、ライトガイド４３は、放射線の入射方向から見て第３の光感応領域のみが隠れるように第３の光感応領域を覆っており、第３の光感応領域の上方に位置している。

第１〜第３のシンチレータ１１，１３，４１は、光反射膜１７にて覆われている。光反射膜１７は、第１の光出射領域１７ａ、第２の光出射領域１７ｂ、及び第３の光出射領域１７ｃを有している。

第１の光出射領域１７ａは、第２のシンチレータ１３における第１の光感応領域に対向する領域の少なくとも一部に対応している。本実施形態では、第１の光出射領域１７ａは、第２のシンチレータ１３の半導体光検出素子（第１の光感応領域）に対向する面１３ａ全体に対応しており、当該面１３ａ全体を露出させている。したがって、第２のシンチレータ１３は、半導体光検出素子に対向する面１３ａを除くすべての外表面が光反射膜１７に覆われることとなり、面１３ａが第２のシンチレータ１３にて発生した光の出射面となる。第１の光出射領域１７ａは、第２のシンチレータ１３の半導体光検出素子に対向する面１３ａ全体に対応している必要はなく、当該面１３ａの少なくとも一部に対応している、すなわち、面１３ａの少なくとも一部を露出させていればよい。

第３の光出射領域１７ｃは、第３のシンチレータ４１における第３の光感応領域に対向する領域の少なくとも一部に対応している。詳細には、第３の光出射領域１７ｃは、第３のシンチレータ４１の半導体光検出素子側の面のうち第３の光感応領域に対向する領域４１ａのみに対応しており、当該領域４１ａ全体を露出させている。したがって、第３のシンチレータ４１は、領域４１ａを除くすべての外表面が光反射膜１７に覆われることとなり、領域４１ａが第３のシンチレータ４１にて発生した光の出射面となる。

ライトガイド４３は、第３のシンチレータ４１に対向する面４３ａが第３のシンチレータ４１の領域４１ａに接触している。ライトガイド４３も、第３のシンチレータ４１に対向する面４３ａと第３の光感応領域に対向する面４３ｂを除いてすべての側面が光反射膜１７に覆われている。したがって、第３のシンチレータ４１に対向する面４３ａが第３のシンチレータ４１にて発生した光の入射面となり、第３の光感応領域に対向する面４３ｂがライトガイド４３からの光の出射面となる。これにより、第３のシンチレータから出射した光は、ライトガイド４３を通して、第３の光感応領域へ導かれることとなる。

図１７〜図１８に示されたシンチレータユニット１０を備える放射線検出器においても、第１のシンチレータ１１は、第１〜第３の光感応領域に対応して配置されているために、放射線が入射する面積が広く、発光量が多くなる。また、第１のシンチレータ１１にて発生した光は、第１のシンチレータ１１が光反射膜１７で覆われていることから、光反射膜１７の第２の光出射領域１７ｂからライトガイド１５を通して第２の光感応領域に入射することとなり、第２の光感応領域に入射する光の量も十分な値となる。これらの結果、第２の光感応領域にて得られる信号は大きくなり、放射線検出器ＲＤにおけるＳＮ比の向上を図ることができる。

第３のシンチレータ４１は、第１及び第３の光感応領域に対応して配置されているために、放射線が入射する面積が比較的広く、発光量が多くなる。また、第３のシンチレータ４１にて発生した光は、第３のシンチレータ４１も光反射膜１７で覆われていることから、光反射膜１７の第３の光出射領域１７ｃからライトガイド４３を通して第３の光感応領域に入射することとなり、第３の光感応領域に入射する光の量も比較的十分な値となる。これらの結果、第３の光感応領域にて得られる信号は大きくなる。

図１９に示されたシンチレータユニット１０に対応する半導体光検出素子（不図示）も、３つの光感応領域（第１〜第３の光感応領域）を有している。シンチレータユニット１０は、第１のシンチレータ１１、第２のシンチレータ１３、第３のシンチレータ４１、ライトガイド１５，４３、光反射膜１７、及び放射線フィルタ１９を有している。

第１のシンチレータ１１は、図１７〜図１８に示されたシンチレータユニット１０と同じく、第１〜第３の光感応領域に対応して配置されている。第２のシンチレータ１３は、図１７〜図１８に示されたシンチレータユニット１０と同じく、第１のシンチレータ１１と半導体光検出素子との間に位置し、第１の光感応領域に対応して配置されている。

第３のシンチレータ４１は、第１のシンチレータ１１と半導体光検出素子との間に位置し、第３の光感応領域に対応して配置されている。すなわち、第３のシンチレータ４１は、放射線の入射方向から見て第３の光感応領域のみが隠れるように第３の光感応領域を覆っており、第３の光感応領域の上方に位置している。したがって、第１及び第２の光感応領域の上方には、第３のシンチレータ４１は位置していない。

図１９に示されたシンチレータユニット１０を備える放射線検出器においても、第１のシンチレータ１１は、第１〜第３の光感応領域に対応して配置されているために、放射線が入射する面積が広く、発光量が多くなる。また、第１のシンチレータ１１にて発生した光は、第１のシンチレータ１１が光反射膜１７で覆われていることから、光反射膜１７の第２の光出射領域１７ｂからライトガイド１５を通して第２の光感応領域に入射することとなり、第２の光感応領域に入射する光の量も十分な値となる。これらの結果、第２の光感応領域にて得られる信号は大きくなり、放射線検出器ＲＤにおけるＳＮ比の向上を図ることができる。

第３のシンチレータ４１にて発生した光は、第３のシンチレータ４１も光反射膜１７で覆われていることから、光反射膜１７の第３の光出射領域１７ｃからライトガイド４３を通して第３の光感応領域に入射することとなり、第３の光感応領域に入射する光の量も比較的十分な値となる。これらの結果、第３の光感応領域にて得られる信号は大きくなる。

半導体光検出素子１は、表面入射型のホトダイオードに限られることなく、裏面入射型のホトダイオードであってもよい。

本実施形態に係る放射線検出器を示す斜視図である。 図１のII−II線に沿った断面構成を示す図である。 図１のIII−III線に沿った断面構成を示す図である。 図１のIV−IV線に沿った断面構成を示す図である。 本実施形態に係る放射線検出器の光反射膜及び光学樹脂を除く構成を示す分解斜視図である。 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。 本実施形態に係る放射線検出器の変形例の断面構成を示す図である。 本実施形態に係る放射線検出器の変形例の断面構成を示す図である。 シンチレータの光出射面の開口率とホトダイオードにおける相対感度との関係を示す線図である。 本実施形態に係る放射線検出器の変形例の断面構成を示す図である。 本実施形態に係る放射線検出器の変形例の断面構成を示す図である。 本実施形態に係る放射線検出器の変形例の断面構成を示す図である。

符号の説明

１…半導体光検出素子、５，６…光感応領域、７…分離領域、１１…第１のシンチレータ、１３…第２のシンチレータ、１５…ライトガイド、１７…光反射膜、１７ａ…第１の光出射領域、１７ｂ…第２の光出射領域、１９…放射線フィルタ、４１…第３のシンチレータ、４３…ライトガイド、ＲＤ…放射線検出器。

Claims (4)

1. 第１の光感応領域と第２の光感応領域とを有する半導体光検出素子と、
   前記第１及び第２の光感応領域に対応して配置された第１のシンチレータと、
   前記半導体光検出素子と前記第１のシンチレータとの間に位置し、前記第１の光感応領域に対応して配置された第２のシンチレータと、
   前記第１及び第２のシンチレータを覆うと共に、前記第２のシンチレータにおける前記第１の光感応領域に対向する領域の少なくとも一部に対応する第１の光出射領域と、前記第１のシンチレータにおける前記第２の光感応領域に対向する領域の少なくとも一部に対応する第２の光出射領域と、を有する光反射膜と、
   前記第２の光出射領域に対応して配置され、前記第１のシンチレータから出射した光を前記第２の光感応領域へと導くライトガイドと、を備えている放射線検出器。
2. 前記第１の光出射領域の面積は、前記第１の光感応領域の面積よりも大きく設定され、
   前記ライトガイドの光出射面の面積は、前記第２の光感応領域の面積よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
3. 前記半導体光検出素子は、前記第１の光感応領域と前記第２の光感応領域との間に位置し、前記第１の光感応領域と前記第２の光感応領域とを電気的に分離する分離領域を更に有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線検出器。
4. 請求項１に記載の放射線検出器の製造方法であって、
   前記半導体光検出素子、前記第１のシンチレータ、前記第２のシンチレータ、及び前記ライトガイドを用意する工程と、
   光反射膜を、該光反射膜が前記第２の光出射領域を含むように前記第１のシンチレータに形成して第１のユニットを得る工程と、
   光反射膜を、該光反射膜が前記第１の光出射領域を有すると共に前記ライトガイドの光入出射面が露出するように、前記第２のシンチレータと前記ライトガイドとを併置した状態で前記第２のシンチレータと前記ライトガイドとに形成して第２のユニットを得る工程と、
   前記第１のユニットと前記第２のユニットとを結合して、前記半導体光検出素子に搭載する工程と、を備えていることを特徴とする放射線検出器の製造方法。
   

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