JP3380686B2 - 可変レスポンスｘ線検出器アセンブリとそれを使う方法 - Google Patents
可変レスポンスｘ線検出器アセンブリとそれを使う方法Info
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- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
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- H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N23/20008—Constructional details of analysers, e.g. characterised by X-ray source, detector or optical system; Accessories therefor; Preparing specimens therefor
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-
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概して、一組の相
互接続可能なフォトダイオードのサブエレメントが、単
一のシンチレーティング・クリスタルと関連する改良さ
れたＸ線検出器と、特定の検出器アセンブリに関して多
数のフォトダイオードのサブエレメントの応答を調整・
統合するためのシステムに関し、さらに、Ｘ線検出機器
と接続して使うための上述の検出器アセンブリのマルチ
・ユニット・アレーに関する。
互接続可能なフォトダイオードのサブエレメントが、単
一のシンチレーティング・クリスタルと関連する改良さ
れたＸ線検出器と、特定の検出器アセンブリに関して多
数のフォトダイオードのサブエレメントの応答を調整・
統合するためのシステムに関し、さらに、Ｘ線検出機器
と接続して使うための上述の検出器アセンブリのマルチ
・ユニット・アレーに関する。
【０００２】
【関連出願との相互参照】本出願は、１９９５年５月８
日に出願され、共通の譲受人を有する、米国特許出願書
第０８／４３６，５７２号の一部継続出願であって、１
９９６年１２月２４日に公開された米国特許５，５８
７，６１１号である。
日に出願され、共通の譲受人を有する、米国特許出願書
第０８／４３６，５７２号の一部継続出願であって、１
９９６年１２月２４日に公開された米国特許５，５８
７，６１１号である。
【０００３】
【従来の技術】コンピュータ化された断層撮影法のよう
な適用例のためのＸ線検出システムは普通、シンチレー
ティング・クリスタルとフォトダイオードの組み合わせ
を利用する。例えば、ＣＴスキャナ・システムは、人体
を通過する単一な平面の中で、異なった角度から多重断
層Ｘ線スライスを撮ることによって動作する。Ｘ線の発
生源と検出器アレーは、人体の周囲の選択された平面の
中で回転する環状のガントリーの両側に配置される。検
出器アレーによって生成された信号はディジタル化さ
れ、数学的に処理されて人体の断層イメージを作り出
す。
な適用例のためのＸ線検出システムは普通、シンチレー
ティング・クリスタルとフォトダイオードの組み合わせ
を利用する。例えば、ＣＴスキャナ・システムは、人体
を通過する単一な平面の中で、異なった角度から多重断
層Ｘ線スライスを撮ることによって動作する。Ｘ線の発
生源と検出器アレーは、人体の周囲の選択された平面の
中で回転する環状のガントリーの両側に配置される。検
出器アレーによって生成された信号はディジタル化さ
れ、数学的に処理されて人体の断層イメージを作り出
す。
【０００４】シンチレーティング・フォトダイオードＸ
線検出システムでは、入射するＸ線はシンチレーテイン
グ・クリスタルによって吸収され、可視光線に変換され
る。この可視光線はその後シリコン・フォトダイオード
に吸収され、そこで光はＰ−Ｎ接合から拡散する電子と
正孔の組み合わせに変換され、電流を生成する。電流の
大きさは通常ごく小さいので、フォトダイオードの信号
を増幅してそれを電圧に変換するために増幅手段が使わ
れるのが通常である。こうしたシンチレーティング・フ
ォトダイオード・プリアンプ・システムの出力は、シン
チレーティング・クリスタルに入射するＸ線光束の大き
さに比例する電圧である。このタイプのシステムは、Ｔ
ｈｏｍａｓ Ｈ．Ｎｅｗｔｏｎ、Ｄ．Ｇｏｒｄｏｎ Ｐ
ｏｔｔｓ（編集）の、“Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｓｐｅ
ｃｔｓ ｏｆ ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈ
ｙ”、第５巻、４１２７−４１３２（１９８１）に掲載
された、“Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ ｃｒｙｓｔａｌ
−ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅａｒｒａｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒ
ｓ”という題名のＰｒｏｍｏｄ Ｈａｇｕｅによる章で
説明されており、この章は参照によって本明細書に組み
込まれている。
線検出システムでは、入射するＸ線はシンチレーテイン
グ・クリスタルによって吸収され、可視光線に変換され
る。この可視光線はその後シリコン・フォトダイオード
に吸収され、そこで光はＰ−Ｎ接合から拡散する電子と
正孔の組み合わせに変換され、電流を生成する。電流の
大きさは通常ごく小さいので、フォトダイオードの信号
を増幅してそれを電圧に変換するために増幅手段が使わ
れるのが通常である。こうしたシンチレーティング・フ
ォトダイオード・プリアンプ・システムの出力は、シン
チレーティング・クリスタルに入射するＸ線光束の大き
さに比例する電圧である。このタイプのシステムは、Ｔ
ｈｏｍａｓ Ｈ．Ｎｅｗｔｏｎ、Ｄ．Ｇｏｒｄｏｎ Ｐ
ｏｔｔｓ（編集）の、“Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｓｐｅ
ｃｔｓ ｏｆ ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈ
ｙ”、第５巻、４１２７−４１３２（１９８１）に掲載
された、“Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ ｃｒｙｓｔａｌ
−ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅａｒｒａｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒ
ｓ”という題名のＰｒｏｍｏｄ Ｈａｇｕｅによる章で
説明されており、この章は参照によって本明細書に組み
込まれている。
【０００５】通常のＸ線検出器の構造では、薄い、一般
に矩形のシリコン・ウェーハは、ウェーハの第１の面に
接する狭いＰ形のゾーンまたは領域と、第２の、反対の
面に接する狭いＮ形のゾーンを作り出し、Ｐ形ゾーンと
Ｎ形ゾーンが、ウェーハ内部のほとんど真性の部分によ
って分離されるように、適当にドーピングされる。例え
ば、従来ボロンのドーパントを使ってＰ形ゾーンが、ま
た燐のドーパントを使ってＮ形ゾーンが作り出された。
このフォトダイオードは、例えば、Ｎ形面に沿って基盤
に設置され、対応する寸法と形状のシンチレーティング
・クリスタルが、接し合うシンチレーティング・クリス
タルとフォトダイオードの間の接合媒体として、シリコ
ン・グリースなどの光を透過する接着剤を使ってＰ形面
に沿って設置され、単一のＸ線検出器ユニットを形成す
る。電気接点がＰ形ゾーン、Ｎ形ゾーンにそれぞれ接続
され、Ｘ線検出器によって生成された電流を集める。
に矩形のシリコン・ウェーハは、ウェーハの第１の面に
接する狭いＰ形のゾーンまたは領域と、第２の、反対の
面に接する狭いＮ形のゾーンを作り出し、Ｐ形ゾーンと
Ｎ形ゾーンが、ウェーハ内部のほとんど真性の部分によ
って分離されるように、適当にドーピングされる。例え
ば、従来ボロンのドーパントを使ってＰ形ゾーンが、ま
た燐のドーパントを使ってＮ形ゾーンが作り出された。
このフォトダイオードは、例えば、Ｎ形面に沿って基盤
に設置され、対応する寸法と形状のシンチレーティング
・クリスタルが、接し合うシンチレーティング・クリス
タルとフォトダイオードの間の接合媒体として、シリコ
ン・グリースなどの光を透過する接着剤を使ってＰ形面
に沿って設置され、単一のＸ線検出器ユニットを形成す
る。電気接点がＰ形ゾーン、Ｎ形ゾーンにそれぞれ接続
され、Ｘ線検出器によって生成された電流を集める。
【０００６】高品質光検出器の構造の重要なパラメータ
として、特にいわゆる「Ｚ軸」、すなわち、本技術で
は、通常矩形のＸ線検出器ユニットの長手方向の２つの
側面と平行な軸に沿って、検出器の不均一性の度合いを
最小にすることが必要である。従来、Ｘ線シンチレーテ
ィング・クリスタルは、衝突するＸ線を光エネルギーに
変換する際にクリスタルの性能に影響し得る様々な不規
則性や不均一性を含む。こうしたクリスタルの不均一性
が訂正または補正されない場合、検出器の読み取りエラ
ーを生じることがある。クリスタルの不均一性はクリス
タルの構造全体を通じて起こり得るが、その影響はクリ
スタルの比較的長いＺ軸に沿って特に拡大される。クリ
スタルの比較的短いＸ軸（通常矩形のＸ線検出器の短い
側面に平行な軸）に沿う不均一性もクリスタルの性能に
影響し得るが、その影響は一般に余り重要でなく、従っ
て、高品質Ｘ線検出器システムでは余り決定的ではな
い。
として、特にいわゆる「Ｚ軸」、すなわち、本技術で
は、通常矩形のＸ線検出器ユニットの長手方向の２つの
側面と平行な軸に沿って、検出器の不均一性の度合いを
最小にすることが必要である。従来、Ｘ線シンチレーテ
ィング・クリスタルは、衝突するＸ線を光エネルギーに
変換する際にクリスタルの性能に影響し得る様々な不規
則性や不均一性を含む。こうしたクリスタルの不均一性
が訂正または補正されない場合、検出器の読み取りエラ
ーを生じることがある。クリスタルの不均一性はクリス
タルの構造全体を通じて起こり得るが、その影響はクリ
スタルの比較的長いＺ軸に沿って特に拡大される。クリ
スタルの比較的短いＸ軸（通常矩形のＸ線検出器の短い
側面に平行な軸）に沿う不均一性もクリスタルの性能に
影響し得るが、その影響は一般に余り重要でなく、従っ
て、高品質Ｘ線検出器システムでは余り決定的ではな
い。
【０００７】詳細には、Ｚ軸に沿うクリスタルの不均一
性は、クリスタルの中心部分で比較的高く、クリスタル
の両端の方向では幾らか不規則に少なくなっていること
が発見されている。必要とされる以上にＺ軸方向に長い
クリスタルを作ることによって、この中心部の、比較的
均一性の高い部分を拡大し、検出のために使われるクリ
スタルのこの部分を通じて応答の不均一性を適性化する
ことが可能である。
性は、クリスタルの中心部分で比較的高く、クリスタル
の両端の方向では幾らか不規則に少なくなっていること
が発見されている。必要とされる以上にＺ軸方向に長い
クリスタルを作ることによって、この中心部の、比較的
均一性の高い部分を拡大し、検出のために使われるクリ
スタルのこの部分を通じて応答の不均一性を適性化する
ことが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】だがこのアプローチは
物理的にも費用的にも限度があり、やはりより大きなク
リスタルの領域では、重大なクリスタルの応答の不均一
性を生じ得る。Ｘ線検出器の設計の上記とそれ以外の問
題と制約は、本発明に従って、１つかそれ以上のＸ線検
出器の多数のフォトダイオードのサブエレメントの応答
を結合するＸ線検出システムの補正された検出器アセン
ブリのための可変レスポンスＸ線検出器とＸ線検出器ア
レーによって、大きく克服される。
物理的にも費用的にも限度があり、やはりより大きなク
リスタルの領域では、重大なクリスタルの応答の不均一
性を生じ得る。Ｘ線検出器の設計の上記とそれ以外の問
題と制約は、本発明に従って、１つかそれ以上のＸ線検
出器の多数のフォトダイオードのサブエレメントの応答
を結合するＸ線検出システムの補正された検出器アセン
ブリのための可変レスポンスＸ線検出器とＸ線検出器ア
レーによって、大きく克服される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】従って、シンチレーティ
ング・クリスタルの不均一性を補正する可変レスポンス
Ｘ線検出器はもとより、検出器アセンブリとＸ線検出シ
ステム及び上述の可変レスポンスＸ線検出器を利用する
方法を提供することが、本発明の全般的な目的である。
ング・クリスタルの不均一性を補正する可変レスポンス
Ｘ線検出器はもとより、検出器アセンブリとＸ線検出シ
ステム及び上述の可変レスポンスＸ線検出器を利用する
方法を提供することが、本発明の全般的な目的である。
【００１０】本発明の主要な目的は、多様な寸法、位
置、外形の、複数の電気的に相互接続可能なフォトダイ
オードのサブエレメントを有する、多エレメントＸ線検
出器アセンブリを提供することである。本発明の他の目
的は、Ｚ軸方向の不均一性を有するシンチレーティング
・クリスタルが、選択的に始動して補正されたＸ線検出
器ユニットを形成する、形状や寸法が可変できるフォト
ダイオード領域の相互接続システムを有する半導体ウェ
ーハと適合されるＸ線検出器アセンブリを提供すること
である。本発明の他の目的は、Ｘ線検出器ユニットのＺ
軸方向の応答を、特定のシンチレーティング・クリスタ
ルのＺ軸方向の不均一性を補正するような方法で、前記
ユニットの特定のフォトダイオードのサブエレメントを
自動的かつ選択的に始動・停止することによって、変更
するためのシステムを提供することである。
置、外形の、複数の電気的に相互接続可能なフォトダイ
オードのサブエレメントを有する、多エレメントＸ線検
出器アセンブリを提供することである。本発明の他の目
的は、Ｚ軸方向の不均一性を有するシンチレーティング
・クリスタルが、選択的に始動して補正されたＸ線検出
器ユニットを形成する、形状や寸法が可変できるフォト
ダイオード領域の相互接続システムを有する半導体ウェ
ーハと適合されるＸ線検出器アセンブリを提供すること
である。本発明の他の目的は、Ｘ線検出器ユニットのＺ
軸方向の応答を、特定のシンチレーティング・クリスタ
ルのＺ軸方向の不均一性を補正するような方法で、前記
ユニットの特定のフォトダイオードのサブエレメントを
自動的かつ選択的に始動・停止することによって、変更
するためのシステムを提供することである。
【００１１】本発明のさらに他の目的は、Ｘ線検出のた
めの可変レスポンスＸ線検出器ユニットのアレーを提供
することである。本発明のさらに他の目的は、可変レス
ポンスＸ線検出器ユニットのアレーの総体的なＺ軸方向
の応答を調整、連携、統合するための手段を提供するこ
とである。本発明の総体的な目的は、本発明に従って適
合性のあるＺ軸応答を有する可変レスポンスフォトダイ
オードユニットと同フォトダイオードユニットのアレー
とを利用することによって、特に前記可変レスポンスフ
ォトダイオードユニットにあっては各シンチレートクリ
スタルエレメントと連動するものを利用することによっ
て、比較の対象となる先行する技術のシステムより性能
が改善され生産コストの低いＸ線検出システムを提供す
ることである。本発明の上記及びその他の目的と利点
は、添付の図面と一緒に読まれる以下の説明からよりよ
く理解される。
めの可変レスポンスＸ線検出器ユニットのアレーを提供
することである。本発明のさらに他の目的は、可変レス
ポンスＸ線検出器ユニットのアレーの総体的なＺ軸方向
の応答を調整、連携、統合するための手段を提供するこ
とである。本発明の総体的な目的は、本発明に従って適
合性のあるＺ軸応答を有する可変レスポンスフォトダイ
オードユニットと同フォトダイオードユニットのアレー
とを利用することによって、特に前記可変レスポンスフ
ォトダイオードユニットにあっては各シンチレートクリ
スタルエレメントと連動するものを利用することによっ
て、比較の対象となる先行する技術のシステムより性能
が改善され生産コストの低いＸ線検出システムを提供す
ることである。本発明の上記及びその他の目的と利点
は、添付の図面と一緒に読まれる以下の説明からよりよ
く理解される。
【００１２】本発明による可変レスポンスＸ線検出器ア
センブリは、一般に、Ｚ軸方向の不均一性を有するＸ線
シンチレーティング・クリスタルと、好適には様々な寸
法や形状で、Ｚ軸に沿って配置された、電気的に相互接
続可能なフォトダイオードのサブエレメントの特別に作
られた組み合わせを含む。既定のＺ軸応答プロファイル
を有する特定のシンチレーティング・クリスタルについ
て、関連する半導体ウェーハの様々なフォトダイオード
のサブエレメントは、特別に寸法決め、位置決めされ、
選択的に始動または停止されて、クリスタルのＺ軸方向
の不均一性を補正するような方法で、検出器のＺ軸に沿
った特定のゾーンの信号をある程度拡大する。フォトダ
イオードのサブエレメント領域と、１つかそれ以上のこ
のフォトダイオード領域を選択的に始動することがクリ
スタルの不均一性に及ぼす対応する補正効果との正確な
比は所与のＸ線検出器に固有で、どんなクリスタルのト
ポロジーにも適応できる。この関係は、選択されたフォ
トダイオードのサブエレメントを自動的に始動して、Ｚ
軸方向のクリスタルの不均一性を補正する測定シンチレ
ーション・クリスタルを統合するコンピュータ制御によ
って実現される始動／停止アルゴリズムによって計算・
表示される。本発明による多重可変レスポンスＸ線検出
器ユニットは、Ｘ線検出システム全体の一部分として、
アレーの中で並んで利用される。
センブリは、一般に、Ｚ軸方向の不均一性を有するＸ線
シンチレーティング・クリスタルと、好適には様々な寸
法や形状で、Ｚ軸に沿って配置された、電気的に相互接
続可能なフォトダイオードのサブエレメントの特別に作
られた組み合わせを含む。既定のＺ軸応答プロファイル
を有する特定のシンチレーティング・クリスタルについ
て、関連する半導体ウェーハの様々なフォトダイオード
のサブエレメントは、特別に寸法決め、位置決めされ、
選択的に始動または停止されて、クリスタルのＺ軸方向
の不均一性を補正するような方法で、検出器のＺ軸に沿
った特定のゾーンの信号をある程度拡大する。フォトダ
イオードのサブエレメント領域と、１つかそれ以上のこ
のフォトダイオード領域を選択的に始動することがクリ
スタルの不均一性に及ぼす対応する補正効果との正確な
比は所与のＸ線検出器に固有で、どんなクリスタルのト
ポロジーにも適応できる。この関係は、選択されたフォ
トダイオードのサブエレメントを自動的に始動して、Ｚ
軸方向のクリスタルの不均一性を補正する測定シンチレ
ーション・クリスタルを統合するコンピュータ制御によ
って実現される始動／停止アルゴリズムによって計算・
表示される。本発明による多重可変レスポンスＸ線検出
器ユニットは、Ｘ線検出システム全体の一部分として、
アレーの中で並んで利用される。
【００１３】
【発明の実施の形態】従来のＸ線検出器の構造では、単
一のシンチレーティング・クリスタルが、同じ寸法の単
一のフォトダイオードと組み合わされている。この単一
のフォトダイオードは、通常ウェーハ表面に沿って、第
１の極性の第１のドーピングされた領域の比較的幅広い
バンドを有し、反対の極性の第２のドーピングされた領
域とシリコン・バルクによって分離されたシリコン・ウ
ェーハを含む。しかし、この従来のＸ線検出器の構成
は、クリスタルのほとんど避けられないＺ軸方向の不均
一性の訂正または補正に容易には寄与しない。
一のシンチレーティング・クリスタルが、同じ寸法の単
一のフォトダイオードと組み合わされている。この単一
のフォトダイオードは、通常ウェーハ表面に沿って、第
１の極性の第１のドーピングされた領域の比較的幅広い
バンドを有し、反対の極性の第２のドーピングされた領
域とシリコン・バルクによって分離されたシリコン・ウ
ェーハを含む。しかし、この従来のＸ線検出器の構成
は、クリスタルのほとんど避けられないＺ軸方向の不均
一性の訂正または補正に容易には寄与しない。
【００１４】従来のＸ線検出器の構造とは反対に、図１
は、本発明による可変レスポンスＸ線検出器のフォトダ
イオード部分の代表的な実施例を図式的に表す。図１に
示すように、可変レスポンスＸ線検出器のフォトダイオ
ード部分１０は、シリコンまたは他の半導体材料製の、
単一の半導体ウェーハ３０のＺ軸に沿って一般に平行な
矩形の組み合わせに配置された、一組のフォトダイオー
ド領域、すなわちサブエレメント２０、２１、２２、２
３、２４、２５、２６、２７、２８からなる。各フォト
ダイオードサブエレメント２０〜２８はそれぞれ、ウェ
ーハ３０の表面３４に蒸着され、その関連する矩形のサ
ブエレメントの端から対応する電気ターミナル６０〜６
８に延びる、独立した金属電気コネクタ５０〜５８と関
連する。電気ターミナル６０〜６８は、１つかそれ以上
のフォトダイオードのサブエレメント２０〜２８が、こ
こで説明するように、選択的に同時に始動してシンチレ
ーティング・クリスタルのＺ軸方向の不均一性を補正す
るように、電気的マトリックス（図示せず）を通じて相
互接続される。
は、本発明による可変レスポンスＸ線検出器のフォトダ
イオード部分の代表的な実施例を図式的に表す。図１に
示すように、可変レスポンスＸ線検出器のフォトダイオ
ード部分１０は、シリコンまたは他の半導体材料製の、
単一の半導体ウェーハ３０のＺ軸に沿って一般に平行な
矩形の組み合わせに配置された、一組のフォトダイオー
ド領域、すなわちサブエレメント２０、２１、２２、２
３、２４、２５、２６、２７、２８からなる。各フォト
ダイオードサブエレメント２０〜２８はそれぞれ、ウェ
ーハ３０の表面３４に蒸着され、その関連する矩形のサ
ブエレメントの端から対応する電気ターミナル６０〜６
８に延びる、独立した金属電気コネクタ５０〜５８と関
連する。電気ターミナル６０〜６８は、１つかそれ以上
のフォトダイオードのサブエレメント２０〜２８が、こ
こで説明するように、選択的に同時に始動してシンチレ
ーティング・クリスタルのＺ軸方向の不均一性を補正す
るように、電気的マトリックス（図示せず）を通じて相
互接続される。
【００１５】図２のサブエレメントの断面図により良く
見られるように、各フォトダイオードのサブエレメント
２０〜２８は、好適には、本出願がその一部継続出願で
あり、参照によって本明細書に組み込まれている、共通
に譲渡された、継続出願の米国特許出願第０８／４３
６，５７２号にかかる米国特許５，５８７，６１１号に
説明されているような、同じ平面にあるフォトダイオー
ドの組み合わせからなる。従って、本発明の１つの実施
例に従って、同じ平面にあるフォトダイオードのサブエ
レメント２０は、シリコン・ウェーハの平面３４沿いに
隣合って形成されたＮドーピング（ｎ＋）領域７０の幾
らか深いバンドまたはチャネルが側面に接する、Ｐドー
ピング（ｐ＋）領域３２の比較的浅い中央に位置するチ
ャネルまたはバンドを有する、シリコン・ウェーハの一
部からなる。Ｐドーピング領域３２とＮドーピング領域
７０は、シリコン・バルク（ｉ（ｎ））領域３８の中に
形成される。交互に位置する領域３２と領域７０のバン
ドはまた、図２に示すように、シリコン・バルク領域３
８のバンドによって分離されている。本発明の好適な実
施例では、領域３２は、表面３４から約１〜２ミクロン
の深さまで延び、領域７０は、表面３４から約２〜３ミ
クロンの深さまで延びる。本発明の他の好適な実施例で
は、領域３２の幅は約８００〜１０００ミクロン、領域
７０の幅は約２００〜７５０ミクロンで、領域３２と７
０の隣合うバンドを分離する領域３８のバンドの幅は約
１０〜２５ミクロンである。
見られるように、各フォトダイオードのサブエレメント
２０〜２８は、好適には、本出願がその一部継続出願で
あり、参照によって本明細書に組み込まれている、共通
に譲渡された、継続出願の米国特許出願第０８／４３
６，５７２号にかかる米国特許５，５８７，６１１号に
説明されているような、同じ平面にあるフォトダイオー
ドの組み合わせからなる。従って、本発明の１つの実施
例に従って、同じ平面にあるフォトダイオードのサブエ
レメント２０は、シリコン・ウェーハの平面３４沿いに
隣合って形成されたＮドーピング（ｎ＋）領域７０の幾
らか深いバンドまたはチャネルが側面に接する、Ｐドー
ピング（ｐ＋）領域３２の比較的浅い中央に位置するチ
ャネルまたはバンドを有する、シリコン・ウェーハの一
部からなる。Ｐドーピング領域３２とＮドーピング領域
７０は、シリコン・バルク（ｉ（ｎ））領域３８の中に
形成される。交互に位置する領域３２と領域７０のバン
ドはまた、図２に示すように、シリコン・バルク領域３
８のバンドによって分離されている。本発明の好適な実
施例では、領域３２は、表面３４から約１〜２ミクロン
の深さまで延び、領域７０は、表面３４から約２〜３ミ
クロンの深さまで延びる。本発明の他の好適な実施例で
は、領域３２の幅は約８００〜１０００ミクロン、領域
７０の幅は約２００〜７５０ミクロンで、領域３２と７
０の隣合うバンドを分離する領域３８のバンドの幅は約
１０〜２５ミクロンである。
【００１６】フォトダイオードのサブエレメント２０
は、Ｐドーピング領域３２が、Ｎドーピング領域７０と
比較して比較的大きな幅を持つことから分かるように、
表面３４でＰドーピング領域が優勢な構造を表す。本発
明の他の、実質上同等の実施例では、優勢な領域３２は
Ｎドーピングでも良く、従って領域７０はＰドーピング
でも良いことが理解される。しかし、検出器ユニットの
各フォトダイオードの下位構成要素２０〜２８は、対応
するＰドーピング、Ｎドーピング領域に関して同様に組
み合わされていることが必要である。また他の実施例で
は、シリコン・ウェーハ３０は、さらに領域３８の下に
位置する別のＮドーピング領域４０を含み、Ｎドーピン
グ領域４０と、ウェーハ表面３４に沿って交互に位置す
るＰ、Ｎドーピング領域３２、７０との間に、シリコン
・バルク領域３８を作り出す。優勢な領域３２がＮドー
ピングである、同じ平面にあるフォトダイオードのサブ
エレメントの上記で説明した別の構造では、下に位置す
る領域４０は、表面３４で優勢な（ｎ＋）領域と反対の
極性（ｐ＋）を有するようにドーピングされることがま
た理解される。
は、Ｐドーピング領域３２が、Ｎドーピング領域７０と
比較して比較的大きな幅を持つことから分かるように、
表面３４でＰドーピング領域が優勢な構造を表す。本発
明の他の、実質上同等の実施例では、優勢な領域３２は
Ｎドーピングでも良く、従って領域７０はＰドーピング
でも良いことが理解される。しかし、検出器ユニットの
各フォトダイオードの下位構成要素２０〜２８は、対応
するＰドーピング、Ｎドーピング領域に関して同様に組
み合わされていることが必要である。また他の実施例で
は、シリコン・ウェーハ３０は、さらに領域３８の下に
位置する別のＮドーピング領域４０を含み、Ｎドーピン
グ領域４０と、ウェーハ表面３４に沿って交互に位置す
るＰ、Ｎドーピング領域３２、７０との間に、シリコン
・バルク領域３８を作り出す。優勢な領域３２がＮドー
ピングである、同じ平面にあるフォトダイオードのサブ
エレメントの上記で説明した別の構造では、下に位置す
る領域４０は、表面３４で優勢な（ｎ＋）領域と反対の
極性（ｐ＋）を有するようにドーピングされることがま
た理解される。
【００１７】上記で論じたように、優勢な極性の領域３
２（図２で示すようにｐ＋）は、隣合う反対の極性のバ
ンド７０（図２で示すようにｎ＋）よりも幅広いが、通
常浅いバンドからなる。各優勢な極性の領域３２は金属
の電気接点３６と関連し、各反対の極性の領域７０は金
属の電気接点４４と関連する。電気接点３６は、下位構
成要素２０の一方の端で、ターミナル６０に向かう関連
する電気接点５０（図１）に接続される。バンド３２、
７０に対する電気接点３６、４４の幅は、図２では、説
明のために、実際と違う割合で描かれていることを理解
されたい。電気接点３６、４４は、シンチレーティング
・クリスタルとフォトダイオードのサブエレメント２０
の間を通過する光の干渉や反射を最少にするために、一
般にできるだけ薄くすべきである。
２（図２で示すようにｐ＋）は、隣合う反対の極性のバ
ンド７０（図２で示すようにｎ＋）よりも幅広いが、通
常浅いバンドからなる。各優勢な極性の領域３２は金属
の電気接点３６と関連し、各反対の極性の領域７０は金
属の電気接点４４と関連する。電気接点３６は、下位構
成要素２０の一方の端で、ターミナル６０に向かう関連
する電気接点５０（図１）に接続される。バンド３２、
７０に対する電気接点３６、４４の幅は、図２では、説
明のために、実際と違う割合で描かれていることを理解
されたい。電気接点３６、４４は、シンチレーティング
・クリスタルとフォトダイオードのサブエレメント２０
の間を通過する光の干渉や反射を最少にするために、一
般にできるだけ薄くすべきである。
【００１８】フォトダイオードのサブエレメント２０
は、図２に示すように、一般に従来のフォトダイオード
と同様の方法で動作するが、この構造の形状が最適化さ
れているために、動作成績が大きく改善され、製造コス
トが低減されている。従って、Ｘ線発生源からのＸ線は
関連するシンチレーティング・クリスタルに入り、そこ
でＸ線は青色光線に変換される。シンチレーティング・
クリスタルからの光子は、ウェーハにわずか数ミクロン
貫通する浅いＰドーピング領域３２を通過し、そこで正
孔の組み合わせを生成する。この時生成された電荷は、
サブエレメントのｐ＋、ｎ＋領域にそれぞれ拡散し、そ
こから電気接点３６、４４にそれぞれ伝わって、シンチ
レーティング・クリスタルに吸収されたＸ線の光束に比
例する電流を生成する。各々が図２に示すように構成さ
れた隣合うフォトダイオードのサブエレメントの配置で
は、バンド３２と同じか幾らか深い深さまで、優勢な極
性のバンド３２の両側に位置する反対の極性のバンド７
０は、隣合うフォトダイオードのサブエレメントの間の
電荷の漏出をブロックすることによって電気的なクロス
トークを最少にし読み取り誤差を低減する「チャネル・
ストップ」として動作する。同じ、または隣合うフォト
ダイオードのサブエレメントの隣合うバンド３２と７０
の間隔は、バンド３２、７０の幅に対して小さく（約１
０〜２５ミクロン台）保たれ、バルク・シリコン・ゾー
ン３８のどこかの部分を始動するシンチレーティング・
クリスタルからの光の量を最少にする。チャネル・スト
ップ・バンド７０が隣合うチャネルへの電荷の漏出をブ
ロックするために、二次的な電荷の発生は、適当なバン
ド３２または７０によって吸収される。図２では、バン
ド３２と７０を分離するバルク・シリコンのバンド３８
の総体的な幅は、シリコン・ウェーハ全体の厚さに対す
るバンド３２、７０の深さと同様、説明のために拡大さ
れていることを理解されたい。
は、図２に示すように、一般に従来のフォトダイオード
と同様の方法で動作するが、この構造の形状が最適化さ
れているために、動作成績が大きく改善され、製造コス
トが低減されている。従って、Ｘ線発生源からのＸ線は
関連するシンチレーティング・クリスタルに入り、そこ
でＸ線は青色光線に変換される。シンチレーティング・
クリスタルからの光子は、ウェーハにわずか数ミクロン
貫通する浅いＰドーピング領域３２を通過し、そこで正
孔の組み合わせを生成する。この時生成された電荷は、
サブエレメントのｐ＋、ｎ＋領域にそれぞれ拡散し、そ
こから電気接点３６、４４にそれぞれ伝わって、シンチ
レーティング・クリスタルに吸収されたＸ線の光束に比
例する電流を生成する。各々が図２に示すように構成さ
れた隣合うフォトダイオードのサブエレメントの配置で
は、バンド３２と同じか幾らか深い深さまで、優勢な極
性のバンド３２の両側に位置する反対の極性のバンド７
０は、隣合うフォトダイオードのサブエレメントの間の
電荷の漏出をブロックすることによって電気的なクロス
トークを最少にし読み取り誤差を低減する「チャネル・
ストップ」として動作する。同じ、または隣合うフォト
ダイオードのサブエレメントの隣合うバンド３２と７０
の間隔は、バンド３２、７０の幅に対して小さく（約１
０〜２５ミクロン台）保たれ、バルク・シリコン・ゾー
ン３８のどこかの部分を始動するシンチレーティング・
クリスタルからの光の量を最少にする。チャネル・スト
ップ・バンド７０が隣合うチャネルへの電荷の漏出をブ
ロックするために、二次的な電荷の発生は、適当なバン
ド３２または７０によって吸収される。図２では、バン
ド３２と７０を分離するバルク・シリコンのバンド３８
の総体的な幅は、シリコン・ウェーハ全体の厚さに対す
るバンド３２、７０の深さと同様、説明のために拡大さ
れていることを理解されたい。
【００１９】図１に示すように、フォトダイオード部分
１０は、半導体ウェーハ３０の選択的ドーピングによっ
て、実質上平行なバンド内に表面３４に沿って形成され
る９つの別個の矩形のフォトダイオードのサブエレメン
ト２０〜２８からなる。本発明の他の実施例では、フォ
トダイオードのサブエレメントは多かれ少なかれ表面３
４に沿って形成され、これらのサブエレメントは、クリ
スタルの応答の不均一性を補正するために適当なよう
に、物理的、経済的制限にのみ制約されて、矩形のバン
ドとは異なった形状に形成される。従って、例えば、ウ
ェーハ表面３４を横切るサブエレメントのバンドをより
狭く多数にすることで、クリスタルの不均一性を補正す
るより精密な調整ができる。
１０は、半導体ウェーハ３０の選択的ドーピングによっ
て、実質上平行なバンド内に表面３４に沿って形成され
る９つの別個の矩形のフォトダイオードのサブエレメン
ト２０〜２８からなる。本発明の他の実施例では、フォ
トダイオードのサブエレメントは多かれ少なかれ表面３
４に沿って形成され、これらのサブエレメントは、クリ
スタルの応答の不均一性を補正するために適当なよう
に、物理的、経済的制限にのみ制約されて、矩形のバン
ドとは異なった形状に形成される。従って、例えば、ウ
ェーハ表面３４を横切るサブエレメントのバンドをより
狭く多数にすることで、クリスタルの不均一性を補正す
るより精密な調整ができる。
【００２０】少なくとも理論上は、例えば、１つかそれ
以上のフォトダイオードのサブエレメント２０〜２８
は、カラー・ビデオ・モニターのピクセルの矩形の配列
のように、複数のより小さな矩形または正方形のドーピ
ング領域に再分割でき、表面３４を横切る独立して始動
できるフォトダイオード領域の二方向の配列を作り出
す。この組み合わせによって、Ｘ軸方向とＺ軸方向のク
リスタルの不均一性を同時に補正することが可能にな
る。しかし、本技術の現状と、関連するコスト計算を前
提にすると、図１に表すように、様々な幅の９つのバン
ドを使うことが、現時点で本発明を実行する最良のやり
方だと考えられる。
以上のフォトダイオードのサブエレメント２０〜２８
は、カラー・ビデオ・モニターのピクセルの矩形の配列
のように、複数のより小さな矩形または正方形のドーピ
ング領域に再分割でき、表面３４を横切る独立して始動
できるフォトダイオード領域の二方向の配列を作り出
す。この組み合わせによって、Ｘ軸方向とＺ軸方向のク
リスタルの不均一性を同時に補正することが可能にな
る。しかし、本技術の現状と、関連するコスト計算を前
提にすると、図１に表すように、様々な幅の９つのバン
ドを使うことが、現時点で本発明を実行する最良のやり
方だと考えられる。
【００２１】図１に示すように、フォトダイオード部分
１０は、一般に矩形の１組のフォトダイオードのサブエ
レメントからなる。図３に見られるように、各サブエレ
メントは、バルク・シリコンの比較的狭いバンド３８
と、一般にバルク・シリコンの分離バンドの中心に位置
する追加チャネル・ストップ８０によって、各隣合うサ
ブエレメントと、ウェーハ３０のエッジから分離され
る。ウェーハ３０の両エッジにチャネル・ストップ８０
を配置することで、エッジ効果に関連する電荷の漏れは
最少化または除去される。図２のチャネル・ストップ７
０に比較されるチャネル・ストップ８０は、図２の領域
３２のような、優勢なドーピング領域と反対の極性を有
する、ドーピング材料の領域からなる。チャネル・スト
ップ８０は、一般にチャネル・ストップ７０より狭い
が、通常幅約１００〜１２０ミクロンの範囲である。ま
た、チャネル・ストップ７０と同様、チャネル・ストッ
プ８０は、隣合う優勢なドーピング領域と同じか、好適
にはそれより幾らか深い深さまで、ウェーハ３０の中に
延びることが見られる。チャネル・ストップ８０の目的
は、各フォトダイオードサブエレメントを隣合うサブエ
レメントと電気的に孤立させ、１つのサブエレメントで
発生する電荷が隣合うサブエレメント及びその関連する
電気接点によって吸収されないようにすることである。
１０は、一般に矩形の１組のフォトダイオードのサブエ
レメントからなる。図３に見られるように、各サブエレ
メントは、バルク・シリコンの比較的狭いバンド３８
と、一般にバルク・シリコンの分離バンドの中心に位置
する追加チャネル・ストップ８０によって、各隣合うサ
ブエレメントと、ウェーハ３０のエッジから分離され
る。ウェーハ３０の両エッジにチャネル・ストップ８０
を配置することで、エッジ効果に関連する電荷の漏れは
最少化または除去される。図２のチャネル・ストップ７
０に比較されるチャネル・ストップ８０は、図２の領域
３２のような、優勢なドーピング領域と反対の極性を有
する、ドーピング材料の領域からなる。チャネル・スト
ップ８０は、一般にチャネル・ストップ７０より狭い
が、通常幅約１００〜１２０ミクロンの範囲である。ま
た、チャネル・ストップ７０と同様、チャネル・ストッ
プ８０は、隣合う優勢なドーピング領域と同じか、好適
にはそれより幾らか深い深さまで、ウェーハ３０の中に
延びることが見られる。チャネル・ストップ８０の目的
は、各フォトダイオードサブエレメントを隣合うサブエ
レメントと電気的に孤立させ、１つのサブエレメントで
発生する電荷が隣合うサブエレメント及びその関連する
電気接点によって吸収されないようにすることである。
【００２２】前に論じたように、表面３４に沿ったサブ
エレメント２０〜２８の表面積と形状は、本発明の最も
広い範囲の実施例では、同一だったり異なったりする
が、図示されるような好適な実施例では、サブエレメン
ト２０〜２８は、同一の共通した矩形の形状と、異なっ
た表面の範囲を有する。図１に示すように、中央に位置
する、矩形のサブエレメント２４は、表面３４に沿って
測定すると断然広い表面積を占めており、周辺のサブエ
レメントの相対的な表面の面積は、表面３４の中心から
の対応する距離に直接関連して変化する。従って、Ｚ軸
に沿ってサブエレメント２４の両側に位置するサブエレ
メント２３、２５は、同じ寸法と形状だが、表面の面積
は最も小さい。Ｚ軸に沿ってサブエレメント２３、２５
のそれぞれ両側にあるサブエレメント２２、２６も、同
じ寸法と形状だが、表面の面積は対応する隣合うサブエ
レメント２３、２５より大きい。同様に、サブエレメン
ト２１、２７は同じ寸法と形状だが、表面の面積は対応
する隣合うサブエレメント２２、２６より大きい。最後
に、Ｚ軸に沿ってウェーハ３０の両端にあるサブエレメ
ント２０、２８は、同じ寸法と形状で、やはり表面の面
積は対応する隣合う下位構成要素２１、２７より大きい
が、中央のサブエレメント２４よりは小さい。この一般
的なタイプのサブエレメントの組み合わせは、これらの
サブエレメントがここで説明するように選択的に始動さ
れる時、Ｚ軸に沿った最も普通のタイプのクリスタルの
不均一性を補正するのに有効であることが分かってい
る。しかし、特定のクリスタルの不均一性に適した、他
のサブエレメントの組み合わせを利用することも、本発
明の範囲内である。
エレメント２０〜２８の表面積と形状は、本発明の最も
広い範囲の実施例では、同一だったり異なったりする
が、図示されるような好適な実施例では、サブエレメン
ト２０〜２８は、同一の共通した矩形の形状と、異なっ
た表面の範囲を有する。図１に示すように、中央に位置
する、矩形のサブエレメント２４は、表面３４に沿って
測定すると断然広い表面積を占めており、周辺のサブエ
レメントの相対的な表面の面積は、表面３４の中心から
の対応する距離に直接関連して変化する。従って、Ｚ軸
に沿ってサブエレメント２４の両側に位置するサブエレ
メント２３、２５は、同じ寸法と形状だが、表面の面積
は最も小さい。Ｚ軸に沿ってサブエレメント２３、２５
のそれぞれ両側にあるサブエレメント２２、２６も、同
じ寸法と形状だが、表面の面積は対応する隣合うサブエ
レメント２３、２５より大きい。同様に、サブエレメン
ト２１、２７は同じ寸法と形状だが、表面の面積は対応
する隣合うサブエレメント２２、２６より大きい。最後
に、Ｚ軸に沿ってウェーハ３０の両端にあるサブエレメ
ント２０、２８は、同じ寸法と形状で、やはり表面の面
積は対応する隣合う下位構成要素２１、２７より大きい
が、中央のサブエレメント２４よりは小さい。この一般
的なタイプのサブエレメントの組み合わせは、これらの
サブエレメントがここで説明するように選択的に始動さ
れる時、Ｚ軸に沿った最も普通のタイプのクリスタルの
不均一性を補正するのに有効であることが分かってい
る。しかし、特定のクリスタルの不均一性に適した、他
のサブエレメントの組み合わせを利用することも、本発
明の範囲内である。
【００２３】本発明の可変レスポンスＸ線検出器は、ク
リスタルの不均一性を補正するために、様々な方法で利
用される。１つの実施例では、図１に示すような、通常
のクリスタルのトポロジーに多かれ少なかれ適応できる
可変レスポンスＸ線検出器は、対応するＺ軸が一直線に
なるように、Ｘ線シンチレーティング・クリスタルと組
み合わされる。その後Ｚ軸に沿ったクリスタルの応答の
不均一性が従来の技術によって判定され、１つかそれ以
上のフォトダイオードのサブエレメントが、相互接続さ
れた電気的マトリックスを通じて選択的に同時に始動さ
れ、クリスタルのＺ軸方向の不均一性の最適な補正を達
成する。
リスタルの不均一性を補正するために、様々な方法で利
用される。１つの実施例では、図１に示すような、通常
のクリスタルのトポロジーに多かれ少なかれ適応できる
可変レスポンスＸ線検出器は、対応するＺ軸が一直線に
なるように、Ｘ線シンチレーティング・クリスタルと組
み合わされる。その後Ｚ軸に沿ったクリスタルの応答の
不均一性が従来の技術によって判定され、１つかそれ以
上のフォトダイオードのサブエレメントが、相互接続さ
れた電気的マトリックスを通じて選択的に同時に始動さ
れ、クリスタルのＺ軸方向の不均一性の最適な補正を達
成する。
【００２４】他の、より洗練された実施例では、本発明
による可変レスポンスＸ線検出器は、特定のクリスタル
の不均一な応答プロファイルに合わせて特別に製造され
る。様々なフォトダイオードのサブエレメントの選択的
な始動（接続）と停止（切断）が、検出器ユニットの応
答性を微調整するために使われる。また他の実施例で
は、Ｘ線検出器の様々なサブエレメントの面積と所与の
クリスタルのトポロジーの関係が、アルゴリズムとして
数学的に表現され、そのアルゴリズムが、様々なフォト
ダイオードのサブエレメントの相互接続を自動的に制御
し、クリスタルの不均一性の補正を最適化するためのコ
ンピュータ制御計測で利用される。
による可変レスポンスＸ線検出器は、特定のクリスタル
の不均一な応答プロファイルに合わせて特別に製造され
る。様々なフォトダイオードのサブエレメントの選択的
な始動（接続）と停止（切断）が、検出器ユニットの応
答性を微調整するために使われる。また他の実施例で
は、Ｘ線検出器の様々なサブエレメントの面積と所与の
クリスタルのトポロジーの関係が、アルゴリズムとして
数学的に表現され、そのアルゴリズムが、様々なフォト
ダイオードのサブエレメントの相互接続を自動的に制御
し、クリスタルの不均一性の補正を最適化するためのコ
ンピュータ制御計測で利用される。
【００２５】説明された本発明の実施例は、説明用であ
って、制限的な意味を持つものではない。本技術に熟練
した者によって、添付の請求項に定義された本発明の範
囲から離れることなく、様々な修正や変更がなされ得
る。
って、制限的な意味を持つものではない。本技術に熟練
した者によって、添付の請求項に定義された本発明の範
囲から離れることなく、様々な修正や変更がなされ得
る。
【図１】本発明による一組の相互接続可能な、寸法可変
のフォトダイオードのサブエレメントの、半導体ウェー
ハ表面のＺ軸に沿って方向付けられた平面図である。
のフォトダイオードのサブエレメントの、半導体ウェー
ハ表面のＺ軸に沿って方向付けられた平面図である。
【図２】図１の線２−２に沿って見た拡大された略断面
図である。
図である。
【図３】図１の線３−３に沿って見た略断面図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−156291（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−297977（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−79075（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−12566（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−86472（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−49083（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−262580（ＪＰ，Ａ)
実開 昭63−60978（ＪＰ，Ｕ)
実開 平７−32968（ＪＰ，Ｕ)
特表 平６−508006（ＪＰ，Ａ)
米国特許4282541（ＵＳ，Ａ)
米国特許5151588（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01T 1/20
G01T 1/02
H01L 31/09
Claims (50)
- 【請求項１】 吸収面を有する半導体手段を備え、シン
チレーティングクリスタルと組合ってＸ線検出のための
可変レスポンス光検出器を構成するフォトダイオードで
あって、 （ａ）第１の極性を有し、ほぼ垂直に該吸収面から該半
導体手段の中に第１の深さまで延びる領域により画定さ
れる第１ドーピング領域（２０中の３２）と、 （ｂ）前記第１ドーピング領域と反対の極性を有し、ほ
ぼ垂直に該吸収面から該半導体手段の中にほぼ該第１の
深さ以上である第２の深さまで延びる領域により画定さ
れる第２ドーピング領域（２０中の７０）と、 （ｃ）前記第１ドーピング領域と同一の極性を有し、ほ
ぼ垂直に該吸収面から前記半導体手段の中に第３の深さ
まで延びる領域により画定される第３ドーピング領域
（２１中の３２）と、 （ｄ）前記第１、第２、第３ドーピング領域を分離して
それぞれを完全に包囲し、該第１ドーピング領域と第２
ドーピング領域との間で単一のｐ−ｎ結合を形成するよ
うに該吸収面から該半導体手段中に延びる実質上ドーピ
ングされていない領域（３８）と、 （ｅ）個別にまたは同時に前記第１、第３ドーピング領
域に選択的に始動するために該吸収面に沿って該第１ド
ーピング領域と該第３ドーピング領域とに結合する第一
極性電気的接点手段（２０中の４４，２１中の４４）
と、 を前記吸収面に隣接するように備え、 該第２ドーピング領域は第一軸に沿って該第１ドーピン
グ領域と離間して配置され、 該第３ドーピング領域は該第一軸と直交する第二軸に沿
って該第１ドーピング領域と離間して配置されることを
特徴とする該半導体手段を備える該フォトダイオード。 - 【請求項２】 請求項１に記載のフォトダイオードであ
って、該第一極性電気的接点手段は該第１ドーピング領
域と該第３ドーピング領域においてそれぞれに結合され
るように設けられていること特徴とする該フォトダイオ
ード。 - 【請求項３】 請求項２に記載のフォトダイオードであ
って、該フォトダイオードは前記第一極性電気接点手段
の各々を接続する電気的マトリックスをさらに備えるこ
とを特徴とする該フォトダイオード。 - 【請求項４】 請求項２に記載のフォトダイオードであ
って、該第１ドーピング領域と反対の極性を有する第４
ドーピング領域をさらに備え、 該第４ドーピング領域は該第１ドーピング領域と該第３
ドーピング領域との間に配置され、ほぼ垂直に該吸収面
から該半導体手段の中にほぼ該第１の深さまたは該第３
の深さ以上である第４の深さまで延びる領域により画定
され、かつ前記実質上ドーピングされていない領域によ
り完全に包囲されることを特徴とする該フォトダイオー
ド。 - 【請求項５】 請求項４に記載のフォトダイオードであ
って、前記第３ドーピング領域の表面に接続される反対
の極性の電気接点手段をさらに備えることを特徴とする
該フォトダイオード。 - 【請求項６】 請求項１に記載のフォトダイオードであ
って、同一の半導体手段上に少なくとも２つの隣接する
フォトダイオードサブエレメントをさらに備え、 該サブエレメントは該第１ドーピング領域と該第２ドー
ピング領域と、少なくとも第３ドーピング領域と、前記
実質上ドーピングされていない領域との組み合わせを備
え、 該サブエレメントのそれぞれは該第二軸に沿って離間し
て配置され、前記実質上ドーピングされていない領域に
よって分離されていることを特徴とする該フォトダイオ
ード。 - 【請求項７】 請求項６に記載のフォトダイオードであ
って、該第一極性電気接点手段は一以上の該第１ドーピ
ング領域と該第３ドーピング領域を選択的に作動可能で
あることを特徴とする該フォトダイオード。 - 【請求項８】 請求項６に記載のフォトダイオードであ
って、該第１ドーピング領域と反対の極性を有する第４
ドーピング領域をさらに備え、 該第４ドーピング領域は隣接する前記サブエレメント間
に配置され、ほぼ垂直に該吸収面から該半導体手段の中
にほぼ該第１の深さまたは該第３の深さ以上である第４
の深さまで延びる領域により画定され、かつ前記実質上
ドーピングされていない領域により完全に包囲されるこ
とを特徴とする該フォトダイオード。 - 【請求項９】 請求項７に記載のフォトダイオードであ
って、該第１ドーピング領域と該第３ドーピング領域の
うちのいくつかのみが特定の時間に作動することを特徴
とする該フォトダイオード。 - 【請求項１０】 請求項６に記載のフォトダイオードで
あって、該第１ドーピング領域と該第３ドーピング領域
は、該吸収面に沿って該第二軸に沿って交互に配置され
る実質上平行な第１極性バンドを備え、 該第１極性バンドは交互に位置する実質上平行な反対の
極性のバンドによって分離されていることを特徴とする
該フォトダイオード。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載のフォトダイオード
であって、該第１極性バンドの少なくともいくつかは異
なる幅を有することを特徴とする該フォトダイオード。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載のフォトダイオード
であって、最も幅の広い該第１極性バンドは該吸収面に
沿った該第二軸にそってほぼ中心に配置されていること
を特徴とするフォトダイオード。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載のフォトダイオード
であって、最も幅の狭い前記第１極性バンドが前記最も
幅の広い第１極性バンドに隣合っていることを特徴とす
るフォトダイオード。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載のフォトダイオード
であって、前記最も狭い第１の極性のバンドの他に追加
される第１の極性のバンドが、前記吸収面の両端に近づ
くにつれて、徐々に幅広くなることを特徴とするフォト
ダイオード。 - 【請求項１５】 請求項１４に記載のフォトダイオード
であって、合計９個の前記第１の極性のバンドと、前記
吸収面に沿って前記９個のバンドにそれぞれ接続された
９個の個別の電気接点とを含むことを特徴とするフォト
ダイオード。 - 【請求項１６】 請求項１０に記載のフォトダイオード
であって、前記吸収面が実質上矩形で、前記第一極性バ
ンドは前記面の長手方向の軸に対してほぼ直角の位置関
係に有ることを特徴とするフォトダイオード。 - 【請求項１７】 請求項１に記載のフォトダイオードで
あって、前記吸収面に沿った第１の極性の領域の総表面
積が、前記吸収面に沿った反対の極性の総表面積より大
きいことを特徴とするフォトダイオード。 - 【請求項１８】 請求項１に記載のフォトダイオードで
あって、前記第１の深さおよび第３の深さは約１〜２ミ
クロンの範囲であることを特徴とするフォトダイオー
ド。 - 【請求項１９】 請求項４に記載のフォトダイオードで
あって、前記第４の深さは約２〜３ミクロンの範囲であ
ることを特徴とするフォトダイオード。 - 【請求項２０】 請求項８に記載のフォトダイオードで
あって、前記第１の極性の領域の各々が前記半導体手段
の中に約１〜２ミクロンの深さまで延び、前記反対の極
性の領域の各々が前記半導体手段の中に約２〜３ミクロ
ンの深さまで延びることを特徴とするフォトダイオー
ド。 - 【請求項２１】 請求項６に記載のフォトダイオードで
あって、前記電気的接点手段が、前記吸収面に沿って前
記第１の極性の領域の各々にそれぞれ接続された個別の
第１の極性の電気接点を含むことを特徴とするフォトダ
イオード。 - 【請求項２２】 請求項２１に記載のフォトダイオード
であって、前記第１の極性の電気接点を相互接続する電
気的マトリックスをさらに含むことを特徴とするフォト
ダイオード。 - 【請求項２３】 請求項２１に記載のフォトダイオード
であって、前記吸収面に沿った前記反対の極性の領域の
各々にそれぞれ接続された反対の極性の電気接点をさら
に含むことを特徴とするフォトダイオード。 - 【請求項２４】 請求項１に記載のフォトダイオードで
あって、前記半導体手段がシリコン・ウェーハからなる
ことを特徴とするフォトダイオード。 - 【請求項２５】 請求項６に記載のフォトダイオードで
あって、前記半導体手段がシリコン・ウェーハからなる
ことを特徴とするフォトダイオード。 - 【請求項２６】 吸収面を有する半導体手段と、該吸収
面に隣接する複数の光応答性のフォトダイオードサブエ
レメント（２０乃至２８）とを備え、シンチレーティン
グクリスタルと組合ってＸ線検出のための可変レスポン
ス光検出器を構成するフォトダイオードであって、前記
サブエレメントの各々は（ａ）第１の極性を有し、ほぼ
垂直に該吸収面から該半導体手段の中に第１の深さまで
延びる領域により画定され、長く延びる単一の第１ドー
ピング領域（３２）と、 （ｂ）前記第１ドーピング領域と反対の極性を有し、ほ
ぼ垂直に該吸収面から該半導体手段の中にほぼ該第１の
深さ以上である第２の深さまで延びる領域により画定さ
れる第２ドーピング領域（７０）と、 （ｃ）前記第１および第２ドーピング領域の両方を分離
してそれぞれを完全に包囲し、該第１ドーピング領域と
第２ドーピング領域との間で単一のｐ−ｎ結合を形成す
るように該吸収面から該半導体手段中に延びる実質上ド
ーピングされていない領域（３８）と、 （ｄ）該吸収面に沿って該第１ドーピング領域に結合す
る第一極性電気接点手段（３６）とを備え、 前記サブエレメントは該吸収面に沿ってほぼ平行なバン
ド中に配置され、隣接するサブエレメントは前記実質上
ドーピングされていない領域（３８）により互いに分離
されていることを特徴とする該フォトダイオード。 - 【請求項２７】 請求項２６に記載されたフォトダイオ
ードであって、該フォトダイオードサブエレメントは該
第１ドーピング領域と反対の極性を有するようにドーピ
ングされた半導体の分離層（８０）により分離され、該
分離層は該吸収面からほぼ垂直に該第１の深さより深い
距離の深さまで該半導体手段中に延びる平面壁により画
定されることを特徴とする該フォトダイオード。 - 【請求項２８】 シンチレーティングクリスタルと組合
ってＸ線検出のための可変レスポンス光検出器を構成す
るフォトダイオードサブエレメント手段（２０，２１，
２２，２３，２４，２５，２６，２７および２８）を備
え、該シンチレーティングクリスタル中に吸収されるＸ
線により発生する光を検出する装置であって、 該フォトダイオードサブエレメント手段は少なくとも２
対のＰドーピング領域とＮドーピング領域（２０および
２１中の３２および７０）とを備え、 該対は単一のｐ−ｎ結合を備え、 該ドーピング領域は該フォトダイオードサブエレメント
手段の単一の平面から該フォトダイオードサブエレメン
ト手段中に延びて各Ｐドーピング領域，各Ｎドーピング
領域、またはその両方の領域に対し電気接点（３６，４
４）が協働し、 該電気接点は該単一の平面に沿って配置され、 さらに、Ｐドーピング領域とＮドーピング領域の各々を
完全に包囲するように該各Ｐドーピング領域と各Ｎドー
ピング領域とは該平面から該フォトダイオードサブエレ
メント手段中に延びる実質上ドーピングされていない領
域（３８）によって分離され、 さらに、Ｐドーピング領域とＮドーピング領域の隣接す
る対は、前記実質上ドーピングされていない領域とドー
ピング分離層（８０）とにより分離されていることを特
徴とする該装置。 - 【請求項２９】 請求項２８に記載の装置であって、前
記平面に沿って前記ＰドーピングまたはＮドーピング領
域のどちらかが優勢であり、前記平面に沿ってＰドーピ
ングまたはＮドーピング領域のそれぞれの表面を備える
ことによって決定される優勢ドーピング領域と非優勢ド
ーピング領域とを確立するために、該優勢ドーピング領
域と関連付けられた該電気接点が相互接続された電気マ
トリックスを構成することを特徴とする装置。 - 【請求項３０】 請求項２９に記載の装置であって、各
優勢でないドーピング領域が、隣合う優勢なドーピング
領域の深さ以上まで該フォトダイオードサブエレメント
手段中に延びることを特徴とする装置。 - 【請求項３１】 請求項３０に記載の装置であって、前
記優勢なドーピング領域の少なくとも２つの表面積は前
記平面に沿って測定した際にそれぞれ異なっていること
を特徴とする装置。 - 【請求項３２】 請求項３１に記載の装置であって、前
記平面の最も中央に位置する優勢なドーピング領域が、
周囲の優勢なドーピング領域のどれよりも大きい表面積
を有することを特徴とする装置。 - 【請求項３３】 請求項３２に記載の装置であって、前
記平面の中央からのそれぞれの距離が大きくなるに従
い、周囲の優勢なドーピング領域の表面積はより大きく
なることを特徴とする装置。 - 【請求項３４】 請求項３０に記載の装置であって、前
記優勢なドーピング領域は該平面の中心線に沿って位置
するドーピング材料の比較的広い幅のバンドを備え、そ
れらのいずれかの側に４組のより幅の狭い領域が置かれ
ていることを特徴とする装置。 - 【請求項３５】 請求項３０に記載の装置であって、前
記フォトダイオードサブエレメント手段は一の極性を有
し平行に配置されていることを特徴とする装置。 - 【請求項３６】 請求項３１に記載の装置であって、前
記平面に固定されて可変レスポンス検出器ユニットを形
成するシンチレーティング・クリスタルをさらに含み、
前記シンチレーティング・クリスタルが少なくとも１つ
の軸について応答の不均一性を有し、さらに一以上の優
勢ドーピング領域が選択的に作動したときに前記シンチ
レーティング・クリスタルが非一様な応答をするよう
に、異なる表面積を有する前記優勢なドーピング領域が
該平面に沿って配置されていることを特徴とする装置。 - 【請求項３７】 請求項３６に記載の装置であって、並
列の関係にある複数の前記可変レスポンス検出器ユニッ
トをさらに含むことを特徴とする装置。 - 【請求項３８】 請求項３６に記載の装置であって、ク
リスタルの応答の不均一性を判定し、それを補正するた
めに前記優勢なドーピング領域を自動的、選択的に始動
するための手段をさらに含むことを特徴とする装置。 - 【請求項３９】 請求項３６に記載の装置であって、前
記優勢なドーピング領域の一部のみが特定の時間に始動
されることを特徴とする装置。 - 【請求項４０】 Ｘ線発生源と、 少なくとも１つの軸に沿って応答の不均一性を有し、Ｘ
線放射を光に変換するためのシンチレーティングクリス
タル手段と該シンチレーティングクリスタルと組合っ
て、光を電流に変換するためのフォトダイオードサブエ
レメント手段であって、前記シンチレーティングクリス
タル手段と該フォトダイオードサブエレメント手段とが
インタフェースに沿って互いに接着され検出器ユニット
を形成する該フォトダイオードサブエレメント手段と、 該クリスタルおよびフォトダイオードサブエレメント手
段とを前記Ｘ線発生源に対して位置決めするためのフレ
ーム手段と、 フォトダイオードサブエレメント手段で発生した電荷を
集めるための電気導体手段と、 フォトダイオードサブエレメント手段からの電気信号を
Ｘ線検出の測定値に変換するための電気的手段との組み
合せを備えるＸ線検出システムであって、 該Ｘ線検出システムは、隣接する該インターフェース
と、少なくとも２対のＰドーピング領域とＮドーピング
領域と、電気接点（３６，４４）と電気的マトリックス
（５０乃至５８）とを備え、 前記対の各々は単一のｐ−ｎ結合を有し、 該Ｐドーピング領域と該Ｎドーピング領域の各々はドー
ピングされていないバンド（３８）により互いにかつ隣
接するｐ−ｎ結合の対とから分離され、 該ドーピングされた領域の各々において、より優勢な対
は予め優勢にドーピングされた領域の周囲部を少なくと
も包囲し、前記予めドーピングされた領域の深さ以上の
距離の深さまでフォトダイオードサブエレメント手段中
に延び、 該電気接点は該インターフェースに沿って配置され、か
つ少なくとも予めドーピングされた領域の各々に関連づ
けられ、 該電気的マトリックスは予めドーピングされた領域と全
ての電気的接点を介して接続されていることを特徴とす
るＸ線検出システム。 - 【請求項４１】 請求項４０に記載のＸ線検出システム
であって、前記検出器ユニットは平行に配置された複数
の検出器ユニットを備えることを特徴とするＸ線検出シ
ステム。 - 【請求項４２】 請求項４１に記載のＸ線検出システム
であって、前記複数の検出器ユニットの各々において、
前記優勢なドーピング領域の少なくとも２つの表面積は
前記インターフェースに沿って測定した際にそれぞれ異
なっていることを特徴とするＸ線検出システム。 - 【請求項４３】 請求項４２に記載のＸ線検出システム
であって、さらに、各検出ユニットの前記インタフェー
ス上で、最も中央に位置する優勢なドーピング領域が、
周囲の優勢なドーピング領域のどれよりも広い表面積を
有する一般に矩形のバンドを含むことを特徴とするＸ線
検出システム。 - 【請求項４４】 請求項４３に記載のＸ線検出システム
であって、前記中央に位置する優勢なドーピング領域の
各々の両側に、１組の幅の狭い、一般に矩形の優勢なド
ーピング領域のバンドが置かれていることを特徴とする
Ｘ線検出システム。 - 【請求項４５】 請求項４４に記載のＸ線検出システム
であって、さらに、前記インタフェースが一般に矩形
で、前記バンドが前記インタフェースを横切ることを特
徴とするＸ線検出システム。 - 【請求項４６】 請求項４０に記載のＸ線検出システム
であって、前記フォトダイオード・サブエレメント手段
がドーピングされたシリコン・ウェーハからなることを
特徴とするＸ線検出システム。 - 【請求項４７】 請求項４６に記載のＸ線検出システム
であって、さらに、前記優勢なドーピング領域が前記シ
リコン・ウェーハの中に約１〜２ミクロンの深さまで延
び、前記優勢でないドーピング領域が前記シリコン・ウ
ェーハの中に約２〜３ミクロンの深さまで延びることを
特徴とするＸ線検出システム。 - 【請求項４８】 接着剤によってフォトダイオードサブ
エレメント手段の平面に接着されたシンチレーティング
・クリスタルを含むＸ線検出器ユニットのクリスタルの
応答の不均一性を補正するための方法であって、 （ａ）吸収面と、該吸収面に隣接するフォトダイオード
と、少なくとも２対のＰドーピング領域とＮドーピング
領域と、電気接点（３６，４４）とを作り出すためにシ
リコンをドーピングするステップであって、 前記少なくとも２対のＰドーピング領域とＮドーピング
領域の各々は単一のｐ−ｎ結合を有し、該Ｐドーピング
領域と該Ｎドーピング領域の各々はドーピングされてい
ないバンド（３８）により隣接するｐ−ｎ結合の対から
互いに分離され、 前記Ｐドーピング領域とＮドーピン
グ領域の各々のうちより劣勢な対（７０）は予め優勢に
ドーピングされた領域（３２）の周囲部を少なくとも包
囲し、前記予めドーピングされた領域の深さ以上の深さ
までフォトダイオードサブエレメント手段中に延び、該
電気接点は該吸収面に沿って配置され、かつ少なくとも
予めドーピングされた領域の各々に関連づけられている
ことを特徴とする前記ステップと、 （ｂ）前記予め優勢にドーピングされた領域の各々を電
気的に相互接続するステップと、 （ｃ）対応する寸法のＸ線シンチレーティング・クリス
タルを前記フォトダイオードの表面に一直線に張り付け
るステップと、 （ｄ）少なくとも１つの軸に沿って前記クリスタルの補
正されない応答を測定することによって、クリスタルの
不均一性を判定するステップと、 （ｅ）前記クリスタルの不均一性を補正するように、１
つかそれ以上の前記電気的に相互接続された優勢なドー
ピング領域を選択的に同時に始動するステップとを備え
ることを特徴とする該方法。 - 【請求項４９】 請求項４８に記載の方法であって、 少なくとも１つのクリスタルの軸に沿った前記クリスタ
ルの不均一性があらかじめ判定され、前記フォトダイオ
ードの前記優勢なドーピング領域の寸法と位置が、前記
クリスタルの不均一性を補正するようにあらかじめ選択
されることを特徴とする方法。 - 【請求項５０】 請求項４８に記載の方法であって、前
記優勢なドーピング領域が、最も大きい応答の不均一性
を有するクリスタルの軸に対応する軸に沿って整列する
一連の一般に矩形のバンドを含むことを特徴とする方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/527268 | 1995-09-12 | ||
| US08/527,268 US5796153A (en) | 1995-05-08 | 1995-09-12 | Variable-response x-ray detection assemblies and methods of using same |
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|---|---|
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ID=24100786
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|---|---|---|---|
| JP24160496A Expired - Fee Related JP3380686B2 (ja) | 1995-09-12 | 1996-09-12 | 可変レスポンスｘ線検出器アセンブリとそれを使う方法 |
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|---|---|
| US (1) | US5796153A (ja) |
| JP (1) | JP3380686B2 (ja) |
| DE (1) | DE19633386A1 (ja) |
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| US6960817B2 (en) * | 2000-04-21 | 2005-11-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid-state imaging device |
| JPWO2005068951A1 (ja) * | 2004-01-13 | 2007-12-27 | 日本電気株式会社 | 光検出装置およびその製造方法、光モジュール |
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