JP2018155580A - 放射線検出素子及び放射線検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】素子のＳＮ比を低下させることなく、素子の大型化を図る。【解決手段】本実施形態に係る放射線検出素子は、放射線が入射することにより電荷を発生させる有機層と、前記有機層の一側に配置される第１電極層と、前記有機層の他側に配置され、第１電極パターンと、前記第１電極パターンから離間して配置される第２電極パターンとを有し、前記第１電極層に対向して配置される第２電極層と、を備える。【選択図】図４
Description
本発明の実施形態は、放射線検出素子及び放射線検出装置に関する。
近年、放射線の検出に用いられる検出装置として、半導体検出素子を用いた装置が提案されている。半導体検出素子は、従来のＧＭ管（Geiger-Muller tube）などに比べて、小型で駆動電圧も低く、応答性もよい。半導体検出素子は、例えば、放射線を光に変換するシンチレータと、シンチレータからの光によって電荷を生じさせる半導体層等を備えている。
この種の半導体検出素子は、サイズが大きくなるほど、放射線を検出する際の有効面積が大きくなり、広い範囲での放射線の検出が可能になる。しかしながら、素子のサイズが大きくなると、半導体検出素子のＳＮ比が低下する。
素子のＳＮ比を低下させることなく、素子の大型化を図ることを課題とする。
上記課題を解決するため、本実施形態に係る放射線検出素子は、放射線が入射することにより電荷を発生させる有機層と、有機層の一側に配置される第１電極層と、有機層の他側に配置され、第１電極パターンと、第１電極パターンから離間して配置される第２電極パターンとを有し、第１電極層に対向して配置される第２電極層と、を備える。
以下、本実施形態を、図面を用いて説明する。説明にあたっては、相互に直行するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなるＸＹＺ座標系を適宜用いる。また、参照する図面に示される基板や、基板に積層される各層の厚みや大きさは模式的に示され、実際の厚みや大きさとは必ずしも一致しない。
《第１の実施形態》
図１は、本実施形態に係る放射線検出素子１０の斜視図である。図１に示されるように、放射線検出素子１０は、基板２０と、基板２０に形成される多層の素子部２０ａからなる。放射線検出素子１０は、一辺が１０ｍｍ程度の大きさのチップである。
図１は、本実施形態に係る放射線検出素子１０の斜視図である。図１に示されるように、放射線検出素子１０は、基板２０と、基板２０に形成される多層の素子部２０ａからなる。放射線検出素子１０は、一辺が１０ｍｍ程度の大きさのチップである。
図２は、放射線検出素子１０のＸＺ断面を模式的に示す図である。図２に示されるように、放射線検出素子１０は、基板２０、基板２０の下面に設けられるシンチレータ層２１、基板２０の上面に積層される電極層２２，２４、有機層２３を有している。
基板２０は、例えば、透明の樹脂を素材とするリジット基板である。基板２０の上面には、順に電極層２２、有機層２３、電極層２４が積層形成され、基板２０の下面には、シンチレータ層２１が形成される。
シンチレータ層２１は、入射する放射線によって発光する層である。シンチレータ層２１からの光により有機層２３が励起される。このため、シンチレータ層２１の組成は、有機層２３との相性により規定される。例えば、シンチレータ層２１は、ヨウ化セシウムＣｓＩ、ヨウ素Ｉ、セシウムＣｓ及びタリウムＴｌを含む素材からなる。シンチレータ層２１は、放射線が入射して励起されることで、緑色に発光する。シンチレータ層２１は、例えば蒸着によって形成される。
電極層２２は、例えば銅（Ｃｕ）などの金属からなる。図３は、電極層２２の平面図である。図３に示されるように、電極層２２は、櫛歯状に形成される２つの電極パターン２２１，２２２からなる。
電極パターン２２１は、Ｙ軸に平行な複数のラインパターン２２１ａと、ラインパターン２２１ａの＋Ｙ側端部が接続されるＸ軸に平行なラインパターン２２１ｂから構成される。また、電極パターン２２２は、Ｙ軸に平行な複数のラインパターン２２２ａと、ラインパターン２２２ａの−Ｙ側端部が接続されるＸ軸に平行なラインパターン２２２ｂから構成される。電極パターン２２１のラインパターン２２１ａと、電極パターン２２２のラインパターン２２２ａは、Ｘ軸に沿って交互かつ等間隔に配列されている。ラインパターン２２１ａ，２２２ａの線幅は１μｍ程度であり、ラインパターン２２１ａ，２２２ａの配列ピッチは８μｍ程度である。
電極パターン２２１、２２２は、例えば基板２０の上面に銅箔を設け、この銅箔をエッチングすることにより形成することができる。
図２に戻り、有機層２３は、電極層２２の上面に積層されている。有機層２３は、厚さが１００ｎｍ程度で、電極層２２の上面に形成される有機中間層２３ａと、有機中間層２３ａの上面に設けられる有機半導体領域２３ｂの２部分からなる。有機層２３は、光電変換層として機能する。
有機半導体領域２３ｂは、第１の化合物と第２の化合物から構成される。第１の化合物は、第１サブフタロシアニン誘導体（ＳｕｂＰｃ）を含み、第２の化合物は、第２サブフタロシアニン誘導体（Ｆ５−ＳｕｂＰｃ）を含む。第１の化合物はｎ型半導体層を構成し、第２の化合物はｐ型半導体層を構成する。ｐ型半導体層とｎ型半導体層の境界は、ｐ型半導体層を構成する第１の化合物と、ｎ型半導体層を構成する第２の化合物とが混ざり合ったバルクヘテロ接合構造となっている。
有機半導体領域２３ｂを構成する第１の化合物の量と、第２の化合物の量は実質的に等しい。また、第１の化合物の濃度は、第２の化合物の濃度の０．５倍以上で１．５倍以下である。濃度は、体積濃度或いは体積比として示される値である。例えば、第１の化合物の体積比を０．４５以上で０．５５以下とし、第２の化合物の体積比を０．４５以上で０．５５以下とすることができる。
有機半導体領域２３ｂは、少なくとも一部がアモルファス構造であることが好ましい。有機半導体領域２３ｂの少なくとも一部をアモルファス構造とすることで、有機半導体領域２３ｂの均一性が向上する。
上述のように構成される有機半導体領域２３ｂは、サブフタロシアニン誘導体を含む。このため、有機半導体領域２３ｂは、緑色の光に対する吸収率が高くなる。吸収率が高くなるときの光の波長（ピーク波長）は、有機半導体領域２３ｂに含まれる材料に依存する。このため、有機半導体領域２３ｂの組成は、シンチレータ層２１の組成との相性を考慮して規定することが好ましい。放射線検出素子１０では、シンチレータ層２１が、ヨウ化セシウムＣｓＩを含み、有機半導体領域２３ｂがサブフタロシアニン誘導体を含む。
有機中間層２３ａは、厚さが５ｎｍ乃至５０ｎｍ程度であり、有機半導体領域２３ｂと電極層２２の間に設けられる。有機中間層２３ａによって、有機半導体領域２３ｂで生じた電荷の不活性化が抑制される。このため、有機中間層２３ａで生じた電荷によるパルス電流の検出感度を向上することができる。また、有機中間層２３ａの厚さは、有機半導体領域２３ｂの厚さよりも小さい。このため、有機層２３に有機中間層２３ａを設けたとしても、有機層２３に印可されるバイアス電圧を過度に上昇させる必要はない。
有機中間層２３ａ及び有機半導体領域２３ｂは、例えば、蒸着により形成することができる。
電極層２４は、例えば銅（Ｃｕ）などの金属からなる。図４は、電極層２２、２４の配置を示す斜視図である。図４に示されるように、電極層２２は、電極層２４を構成する電極パターン２２１，２２２に対向するように設けられる。電極層２４は、有機層２３の上面に、例えばスクリーン印刷などの種々の方法で形成することができる。
上述のように構成される放射線検出素子１０では、素子部２０ａを構成する各層を覆うように、基板２０の上面及び下面が、ガラスなどの安定した封止材でコーティングされる。
図２に示されるように、放射線検出素子１０には、制御回路３０が接続される。図５は、制御回路３０の概略的な構成を示すブロック図である。図５に示されるように、制御回路３０は、出力回路３１とバイアス電源回路３２を有している。
バイアス電源回路３２は、電極層２４、及び、電極層２２の電極パターン２２１，２２２に接続されている。バイアス電源回路３２は、電極層２４の電位が０Ｖとなり、電極パターン２２１の電位が０．４Ｖとなり、電極パターン２２２の電位が１Ｖとなるように、電極層２４、及び電極層２２に電圧を印可する。
出力回路３１は、例えば、オペアンプ、抵抗、コンデンサ等から構成される微分回路である。出力回路３１は、電極層２４に到達する電荷に応じた電圧の検出信号を出力する。
出力回路３１及びバイアス電源回路３２を備える制御回路３０は、例えば、図１に示される基板２０に設けられる。
次に、上述のように構成される放射線検出素子１０の動作について説明する。例えば、図３の白抜き矢印に示されるように、シンチレータ層２１に放射線が入射すると、シンチレータ層２１が緑色に発光する。シンチレータ層２１からの光は、基板２０及び電極層２２を介して、有機層２３へ入射する。有機層２３では、入射した光のエネルギーによって、移動可能な電荷が発生する。この電荷により電極層２４の電圧が上昇する、
電極層２４の電圧が上昇すると、制御回路３０からは、電圧の上昇に応じた値の検出信号が出力される。検出信号は、放射線が入射するタイミングに応じて値が急峻に大きくなるパルス信号となる。したがって、検出信号のパルス数をカウントすることで、放射線検出素子１０に入射する放射線の強度を計測することができる。
図６は、放射線検出素子１０のサイズと、ＳＮ比との関係を示す図である。一般に、放射線検出素子１０のサイズが大きいほど、シンチレータ層２１の面積も大きくなる。そのため、放射線を検出するための有効面積が大きくなる。しかしながら、図６に示されるように、放射線検出素子１０のサイズが大きくなるとＳＮ比が低下してしまう。なお、図６における素子サイズは、放射線検出素子の一辺の寸法をいう。
例えば、従来の放射線検出素子のサイズは約２ｍｍであった。このサイズを基準にすると、放射線検出素子のサイズが１０ｍｍになると、ＳＮ比は１／１０以下にまで低下してしまう。ＳＮ比は、放射線検出素子の容量（素子容量）に起因し、素子容量が大きくなるほど、ＳＮ比は低くなる。
したがって、放射線検出素子では、有効面積の拡大と、ＳＮ比の向上とはトレードオフの関係になっているといえる。本実施形態に係る、放射線検出素子１０では、放射線検出素子の有効面積の拡大と、ＳＮ比の向上の双方が可能になる。以下、その原理について説明する。
放射線検出素子の素子容量は、電極層２２と電極層２４の間の静電容量によって決まる。例えば、図７は、電極層２２と電極層２４の間の静電容量を説明するための図である。図７に示されるように、電極層２２が電極層２４と同じ形状であるときの、電極層２２と電極層２４の間の静電容量をＣ０とする。静電容量は、図７に模式的に示されるように、電極層２２を複数のラインパターンに分割することで小さくすることができる。例えば、電極層２２をＮ本のラインパターンに分割したときの静電容量は、各ラインパターンと電極層２４との間の静電容量Ｃ１〜ＣＮの和ΣＣ（＝Ｃ１＋Ｃ２＋…＋ＣＮ）となる。この静電容量ΣＣは、静電容量Ｃ０よりも小さい。そして、ラインパターンの線幅をさらに小さくしていくと、静電容量ΣＣは、ラインパターンの線幅の減少にともなって小さくなる。
例えば、図３に示される本実施形態に係る放射線検出素子１０では、ラインパターン２２１ａ，２２２ａの配列ピッチは８μｍである。これらのラインパターン２２１ａ，２２２ａの線幅を仮に８μｍであるとする。この場合は、線幅とピッチが等しくなるので、電極層２２，２４の面積がほぼ等しくなる。この状態から、ラインパターン２２１ａ，２２２ａの線幅を徐々に減少させると、静電容量も徐々に減少する。図８は、ラインパターン２２１ａ，２２２ａの線幅Ｗ１と、キャパシタレシオとの関係を示す図である。キャパシタレシオは、放射線検出素子１０の素子容量が最大となるときの静電容量Ｃｍａｘに対する静電容量ΣＣの割合を示す。
図８を参照するとわかるように、ラインパターン２２１ａ，２２２ａの線幅を小さくすることで、キャパシタレシオ、すなわち静電容量ΣＣが小さくなり、結果的に放射線検出素子１０の素子容量が小さくなる。本実施形態に係る放射線検出素子１０では、ラインパターン２２１ａ，２２２ａの線幅が１μｍ程度である。したがって、従来のように、電極層２２が、電極層２４と同様にべたパターン（ソリッドパターン）である場合に比較して、素子サイズをそのままに、素子容量だけが３０％程度小さくなる。その結果、素子サイズをそのままに、素子容量が低下した分だけＳＮ比を向上することができる。
上述したように、電極層２２を、線幅が１μｍで配列ピッチが８μｍのラインパターン２２１ａ，２２２ａで構成することで、素子容量を小さくすることができる。しかしながら、ラインパターン２２１ａ，２２２ａが同電位となるように、電極層２２と電極層２４との間にバイアス電圧を印可した場合には、ラインパターン２２１ａ，２２２ａと電極層２４とがラップする領域しか、主として放射線の検出に寄与しない。
図９は、電極層２２と電極層２４の間の電位分布を示す図である。図９に示される例は、電極層２２のラインパターン２２１ａ，２２２ａの電位が１Ｖで、電極層２４の電位が０Ｖとなるように、電極層２２，２４にバイアス電圧を印可したときの電位分布である。図９に示されるように、ラインパターン２２１ａ，２２２ａ双方の電位が同じ１Ｖである場合には、電極層２２と電極層２４の間の電位分布はほぼ一様になる。この場合には、電極層２２と電極層２４の間の電荷は、破線に沿って移動することになるため、ラインパターン２２１ａ，２２２ａと電極層２４との間の領域のみで電荷の移動が起こり、図中の仮想線で囲まれる領域では、電荷の移動が生じにくい状態になる。
そこで、本実施形態では、図１０に示されるように、電極層２２のラインパターン２２１ａの電位が０．４Ｖ、ラインパターン２２２ａの電位が１Ｖで、電極層２４の電位が０Ｖとなるように、電極層２２，２４にバイアス電圧を印可する。この場合には、図１０に示されるように、ラインパターン２２１ａと電極層２４の間の電位勾配よりも、ラインパターン２２２ａと電極層２４の間の電位勾配のほうが大きくなる。このため、ラインパターン２２１ａ，２２２ａと電極層２４との間の領域と、仮想線で囲まれる領域の双方で、破線に沿った電荷の移動が生じる。
このことは、見かけ上、電極層２２の有効面積が増加したことと等価である。このため、放射線検出素子１０の有効面積が増加したことになる。
ラインパターン２２１ａとラインパターン２２２ａの電位差は大きいほどよい、というものではない。例えば、図１１に示されるように、電極層２２のラインパターン２２１ａの電位が０Ｖ、ラインパターン２２２ａの電位が１Ｖで、電極層２４の電位が０Ｖとなるように、電極層２２，２４にバイアス電圧を印可したとする。この場合には、図１１の仮想線に示される個所の電位勾配が小さくなってしまい、電荷の移動が生じにくい状態になる。そのため、電極層２２のラインパターン２２１ａ，２２２ａの電位については、電極層２２，２４の大きさや形状、放射線検出素子１０を構成する有機層２３の厚み等に基づいて最適な値を決定する必要がある。本実施形態に係る放射線検出素子１０では、電極層２２のラインパターン２２１ａの電位が０。４Ｖ、ラインパターン２２２ａの電位が１Ｖで、電極層２４の電位が０Ｖとなるように、電極層２２，２４にバイアス電圧が印可される。
以上説明したように、本実施形態に係る放射線検出素子１０では、電極層２２がラインパターン２２１ａ，２２１ｂを含む。このため、放射線検出素子１０のサイズが大きくなっても、素子容量は小さいまま維持される。その結果、ＳＮ比の低下が抑制される。また、電極層２２を構成するラインパターン２２１ａ，２２１ｂの電位に電位差が生じるように、電極層２２，２４にバイアス電圧が印可される。このため、見かけ上、放射線検出素子１０の有効面積を増加させたのと同様の効果が得られる。したがって、放射線検出素子のＳＮ比を低下させることなく、半導体素子の大型化を図ることが可能となる。
本実施形態に係る放射線検出素子１０では、図３に示されるように、電極層２２の大部分がラインパターン２２１ａ，２２１ｂから構成される。そのため、電極層２２の素材として、シンチレータ層２１からの光に対する透過性を有しない材料を用いることができる。したがって、電極層２２を、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電材料を用いて構成する必要がない。そのため、放射線検出素子の製造コストを削減することができる。また、電極層２２の素材として、銅やアルミニウムなど種々の導電材料を用いることができる。したがって、素子設計の自由度を向上することが可能となる。
シンチレータ層２１からの光に対する電極層２２の透過率は６０％以上であることが好ましい。本実施形態では、ラインパターン２２１ａ，２２２ａの配列ピッチが８μｍであり、線幅が１μｍである。そのため、電極層２２の透過率は６０％以上となる。
本実施形態に係る放射線検出素子１０では、電極層２４の素材が銅である場合について説明した。これに限らず、電極層２４は、シンチレータ層２１からの光に対する反射性に優れた導電材料を用いてもよい。この場合には、有機層２３を通過した光が電極層２４で反射され、再び有機層２３に入射する。このため、有機層２３での光電変換効率が向上する。また、電極層２４と有機層２３の間に、反射膜を形成することとしてもよい。
《第２の実施形態》
次に、第２の実施形態を図面に基づいて説明する。第１の実施形態と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。図１２は、本実施形態に係る放射線検出装置５０の斜視図である。放射線検出装置５０は、例えば放射線の発生源の特定や、放射線の発生源から射出される放射線の強度を計測するための装置である。
次に、第２の実施形態を図面に基づいて説明する。第１の実施形態と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。図１２は、本実施形態に係る放射線検出装置５０の斜視図である。放射線検出装置５０は、例えば放射線の発生源の特定や、放射線の発生源から射出される放射線の強度を計測するための装置である。
図１２に示されるように、放射線検出装置５０は、検出ユニット６０と、検出ユニット６０に取り付けられた取手７０から構成される。図１３は、検出ユニット６０の展開斜視図である。図１３に示されるように、検出ユニット６０は、ベース６１、ベース６１に収容される９つの放射線検出素子１０、カバー６２から構成される。
ベース６１は、例えば一辺の長さが３０ｃｍ乃至５０ｃｍ程度で、厚さが２ｍｍ乃至５ｍｍ程度の正方形板状の部材である。ベース６１には、外縁に沿って枠部６１ａが形成されている。ベース６１は、例えばポリエチレン、ポリエチレンテフタレート、ポリカーボネイトなどの樹脂からなる。カバー６２は、ベース６１と同等の形状及び大きさに整形された部材である。カバー６２も、ベース６１と同等の素材からなる。
図１４は、放射線検出素子１０の斜視図である。図１４に示されるように、本実施形態に係る放射線検出素子１０は、基板２０と、基板２０に６行６列のマトリクス状に配置される３６の素子部２０ａを備えている。各素子部２０ａは、図２に示されるように、シンチレータ層２１、基板２０の上面に積層される電極層２２，２４、有機層２３を有している。また、制御回路３０は、素子部２０ａごとに設けられ、各制御回路３０は、基板２０に形成される。放射線検出素子１０は、図１３を参照するとわかるように、ベース６１の枠部６１ａの内側に、３行３列のマトリクス状に配置される。また、放射線検出素子１０は、シンチレータ層２１が、ベース６１に対向するように配置される。
図１５は、放射線検出装置５０の回路構成を示すブロック図である。図１５に示されるように、放射線検出装置５０は、インタフェース４０を備えている。インタフェース４０には、素子部２０ａごとに設けられた制御回路３０１〜３０３６がそれぞれ接続される。各制御回路３０からの検出信号は、インタフェース４０を介して外部へ出力される。インタフェース４０は、例えばベース６１などに設けられる。
上述のように構成されるベース６１，カバー６２、放射線検出素子１０は、ベース６１の枠部６１ａの内側に、放射線検出素子１０を配置し、カバー６２の外縁を、ベース６１の枠部６１ａに固定することで一体化することができる。ベース６１とカバー６２が一体されることで、枠部６１ａの内側が、放射線検出素子１０が配置される密閉された空間となる。ベース６１へのカバー６２の取り付けは、例えば接着剤やボルト及びネジにより行う。また、カバー６２とベース６１が一体化された後は、可視光が放射線検出素子１０に到達しないように、遮光処理を施すことが好ましい。
ベース６１，カバー６２を一体化した後に、図１２に示されるように、検出ユニット６０のＹ軸方向両端部に取手７０を取り付ける。取手７０の取り付けには、例えばボルトなどを用いることができる。
上述のように構成される放射線検出装置５０は、例えば、取手７０を持って、放射線源となる対象物に、検出ユニット６０を押し当てることにより使用する。放射線検出装置５０へ放射線が入射すると、図１５に示されるインタフェース４０を介して、外部へ検出信号が出力される。
以上説明したように、本実施形態に係る放射線検出装置５０に用いられる放射線検出素子１０は、ＳＮ比を低下させることなく、サイズが大型化されている。したがって、放射線の検出精度を維持しつつ、検出面積当たりの放射線検出素子１０の数を減らすことができる。したがって、装置構成を簡略化することができ、ひいては、装置の製造コストを削減することができる。
上記実施形態に係る放射線検出装置５０において、ベース６１及びカバー６２の素材と、放射線検出素子１０の基板２０の素材として、可撓性を有するものを用いることで、図１６に示されるように、放射線検出装置５０を、湾曲させて使用することができる。これにより、配管やタンクなど、表面が湾曲している放射線源を検出対象１００とすることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、図３に示されるように、電極層２２を構成する電極パターン２２１，２２２がラインパターン２２１ａ，２２２ａを含む場合について説明した。これに限らず、例えば、図１７に示されるように、電極層２２を構成する電極パターン２２１，２２２が、マトリクス状に交互に配置されるドットパターン２２１ｃ，２２２ｃから構成されていてもよい。この場合には、ドットパターン２２１ｃ，２２２ｃは、基板２０の下面（−Ｚ側の面）に設けられる導体パターン２２１ｄ，２２２ｄを介してバイアス電圧が印可される。これによっても、電極パターン２２１，２２２がラインパターン２２１ａ，２２１ｂで構成される場合と同等の効果が得られる。
また、図１８に示されるように、電極層２２を構成する電極パターン２２１が、ドットパターン２２１ｅから構成され、電極パターン２２２が、ドットパターン２２１ｅを包囲するハニカムパターンであってもよい。ドットパターン２２１ｅは、基板２０の下面（−Ｚ側の面）に設けられる導体パターン２２１ｆを介してバイアス電圧が印可される。これによっても、電極パターン２２１，２２２がラインパターン２２１ａ，２２１ｂで構成される場合と同等の効果が得られる。
上記実施形態では、図３に示されるように、電極層２２が、１１本のＹ軸に平行なラインパターン２２１ａ，２２２ａを有している場合について説明した。実際の電極層２２は、１１本を超える数のラインパターン２２１ａ、２２２ａを有している。同様に、図１７及び図１８に示されるドットパターン２２１ｃ，２２２ｃ，２２１ｅについても、電極層２２は、図面に示される数以上の多数のドットパターンを有している。
上記実施形態では、放射線検出素子１０の一辺の長さが１０ｍｍ程度であるものとした。これに限らず、放射線検出素子１０の一辺の長さは１０ｍｍを超える大きさであってもよい。
上記実施形態では、放射線検出装置５０に用いられる放射線検出素子１０は、３６の素子部２０ａを有していることとした。これに限らず、放射線検出素子１０は、３７以上の放射線検出素子を有していてもよいし、３５以下の素子部２０ａを有していてもよい。
《変形例》
上記実施形態では、図２に示されるように、基板２０の下面にシンチレータ層２１が設けられる放射線検出素子１０について説明した。これに限らず、図１９に示される放射線検出素子１０Ａのように、シンチレータ層２１を、電極層２４の上方に設けることとしてもよい。
上記実施形態では、図２に示されるように、基板２０の下面にシンチレータ層２１が設けられる放射線検出素子１０について説明した。これに限らず、図１９に示される放射線検出素子１０Ａのように、シンチレータ層２１を、電極層２４の上方に設けることとしてもよい。
放射線検出素子１０Ａでは、電極層２４の上面に絶縁膜２５を介してシンチレータ層２１が形成されている。絶縁膜２５は、例えば、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、或いはシリコン酸化膜（ＳｉＯ）等である。放射線検出素子１０Ａでは、電極層２４が、べたパターン（ソリッドパターン）である。このため、電極層２４を、例えばＩＴＯなどの透明導電材料を用いて構成するとよい。
放射線検出素子１０Ａでは、例えば、図１９の白抜き矢印に示されるように、上方からシンチレータ層２１に放射線が入射すると、シンチレータ層２１が緑色に発光する。シンチレータ層２１からの光は、絶縁膜２５及び電極層２４を介して、有機層２３へ入射する。有機層２３では、入射した光のエネルギーによって、移動可能な電荷が発生する。この電荷により電極層２４の電圧が上昇する、
電極層２４の電圧が上昇すると、制御回路３０からは、電圧の上昇に応じた値の検出信号が出力される。検出信号は、放射線が入射するタイミングに応じて値が急峻に大きくなるパルス信号となる。したがって、検出信号のパルス数をカウントすることで、放射線検出素子１０に入射する放射線の強度を計測することができる。
変形例に係る放射線検出素子１０Ａでは、基板２０の上方から入射する放射線を、精度よく検出することができる。なお、放射線検出素子１０Ａでは、有機層２３の上面に電極層２４が設けられ、有機層２３の下面に、ラインパターンを有する電極層２２が設けられている。これに限らず、有機層２３の上面に電極層２２が設けられ、有機層２３の下面に電極層２４が設けられていてもよい。
上記実施形態及び変形例では、放射線検出素子１０が、シンチレータ層２１を備える間接変換型の放射線検出素子であることとした。これに限らず、放射線検出素子１０、１０Ａは、シンチレータ層２１を持たない直接変換型の放射線検出素子であってもよい。間接変換型の放射線検出素子では、上述したようにシンチレータからの光によって有機層が励起される。一方、直接変換型の放射線検出素子では、入射する放射線によって直接有機層が励起される。このため、直接変換型の放射線検出素子は、一般に放射線の検出効率が高い。
本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０，１０Ａ 放射線検出素子
２０ 基板
２０ａ 素子部
２１ シンチレータ層
２２，２４ 電極層
２３ 有機層
２３ａ 有機中間層
２３ｂ 有機半導体領域
２５ 絶縁膜
３０ 制御回路
３１ 出力回路
３２ バイアス電源回路
４０ インタフェース
５０ 放射線検出装置
６０ 検出ユニット
６１ ベース
６１ａ 枠部
６２ カバー
７０ 取手
１００ 検査対象
２２１，２２２ 電極パターン
２２１ａ，２２１ｂ，２２２ａ，２２２ｂ ラインパターン
２２１ｃ，２２１ｅ，２２２ｃ ドットパターン
２２１ｄ，２２１ｆ，２２２ｄ 導体パターン
２０ 基板
２０ａ 素子部
２１ シンチレータ層
２２，２４ 電極層
２３ 有機層
２３ａ 有機中間層
２３ｂ 有機半導体領域
２５ 絶縁膜
３０ 制御回路
３１ 出力回路
３２ バイアス電源回路
４０ インタフェース
５０ 放射線検出装置
６０ 検出ユニット
６１ ベース
６１ａ 枠部
６２ カバー
７０ 取手
１００ 検査対象
２２１，２２２ 電極パターン
２２１ａ，２２１ｂ，２２２ａ，２２２ｂ ラインパターン
２２１ｃ，２２１ｅ，２２２ｃ ドットパターン
２２１ｄ，２２１ｆ，２２２ｄ 導体パターン
Claims (8)
- 放射線が入射することにより電荷を発生させる有機層と、
前記有機層の一側に配置される第１電極層と、
前記有機層の他側に配置され、第１電極パターンと、前記第１電極パターンから離間して配置される第２電極パターンとを有し、前記第１電極層に対向して配置される第２電極層と、
を備える放射線検出素子。 - 前記第１電極パターンの電位と、前記第２電極パターンの電位と、が相互に異なる値になるように、前記第１電極層と前記第２電極層の間に電圧を印可する回路を備える請求項１に記載の放射線検出素子。
- 前記第１電極層に流れるパルス電流を検出する検出回路を備える請求項１又は２に記載の放射線検出素子。
- 前記第１電極パターンと前記第２電極パターンはラインパターンであり、前記第１電極パターンと前記第２電極パターンは、相互に平行で等間隔に配列される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の放射線検出素子。
- 前記第１電極パターンと前記第２電極パターンは、交互に配列されるドットパターンである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の放射線検出素子。
- 前記第１電極パターンは、前記第２電極パターンに囲まれる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の放射線検出素子。
- 前記第２電極層を介して、前記有機層に積層されるシンチレータ層を備え、
前記有機層は、放射線が入射することにより前記シンチレータから射出される光によって、前記電荷を発生させる請求項１乃至６のいずれか一項に記載の放射線検出素子。 - 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の放射線検出素子と、
前記放射線検出素子がアレイ状に配置される基板と、
を備える放射線検出装置。
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