JP3832615B2 - 放射線検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、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に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】
放射線（例えばＸ線）の検出装置として、放射線（例えばＸ線）が先ず光に変換された後で変換光が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で直に電気信号に変換される直接変換タイプの装置とがある。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。
また、従来の直接変換タイプの放射線検出装置の中でも、放射線感応型の半導体膜をアモルファスＳｅのようなアモルファス半導体厚膜とする装置の場合、アモルファス半導体は真空蒸着法等により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次元アレイ構成に適している。
【０００３】
従来の２次元アレイ方式の放射線検出装置は、図１０に示すように、放射線が入射することにより電子・正孔対（キャリア）が生成されるアモルファス半導体厚膜５１の表面に形成された電圧印加電極５２にバイアス電圧が印加されるとともに、アモルファス半導体厚膜５１の裏面に縦・横式２次元マトリックス状配列で多数個形成された各キャリア収集電極５３毎に電荷蓄積用のコンデンサＣａと通常時オフ（ＯＦＦ）状態の電荷読み出し用のスイッチ素子（例えば薄膜トランジスタ）５４がそれぞれ接続されていて、放射線照射に伴ってコンデンサＣａに蓄積された電荷が、オン（ＯＮ）状態へ移行したスイッチ素子５４を経由して放射線検出信号として読み出される２次元アレイ構成となっている。
【０００４】
図１０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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の放射線検出装置は、アモルファス半導体厚膜５１に印加したバイアス電圧による沿面放電が生じやすいという問題がある。この沿面放電は、図１０に示すように、電圧印加電極５２の端縁５２ａからアモルファス半導体厚膜５１の端部５１ａの表面に沿って接地側に至る間で絶縁破壊が起こることで生じる。
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。バイアス電圧を低めにすれば、沿面放電を抑えられるのではあるが、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、バイアス電圧が低めであると十分な検出感度が得られない。
【０００６】
この発明は、上記の事情に鑑み、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が生じ難くなっている放射線検出装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１の発明に係る放射線検出装置は、放射線が入射することにより電子・正孔対（キャリア）が生成される放射線感応型の半導体膜の表面側に形成された電圧印加電極にバイアス電圧が印加されるとともに、半導体膜の裏面側に形成されたキャリア収集電極に電荷蓄積用のコンデンサと通常時オフ（ＯＦＦ）状態の電荷読み出し用のスイッチ素子とが接続されていて、放射線照射に伴ってコンデンサに蓄積された電荷が、オン（ＯＮ）状態へ移行した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、前記放射線感応型の半導体膜がアモルファス半導体厚膜であって、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を全面的に覆うようにしてキャリア選択性高抵抗膜が形成されているとともに、電圧印加電極の端縁とアモルファス半導体厚膜の端縁の間には電極未形成域が全周に渡って設けられている。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の放射線検出装置において、キャリア選択性高抵抗膜の導電型がｐ型であり、電圧印加電極に負のバイアス電圧が印加されるよう構成されている。
【０００９】
また、請求項３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選択性高抵抗膜の導電型がｎ型であり、電圧印加電極に正のバイアス電圧が印加されるよう構成されている。
【００１０】
また、請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出装置において、電極未形成域の幅をｄとし、バイアス電圧の絶対値をｋＶ（キロボルト）単位で表した時の数値をＢとして、電極未形成域の幅ｄがＢｍｍ以上〜３Ｂｍｍ以下の範囲にある。
【００１１】
また、請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の放射線検出装置において、キャリア収集電極は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、２次元アレイ構成となっている。
【００１２】
〔作用〕
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子・正孔対（キャリア）に相応してキャリア収集電極側の電荷蓄積用の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。
【００１３】
そして、この発明の放射線検出装置の場合、電圧印加電極とアモルファス半導体厚膜との間にはキャリア選択性高抵抗膜が介在しており、放射線検出の際、キャリア選択性高抵抗膜のキャリア選択性によって、キャリア（電子または正孔）のうちで放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方のキャリアの注入は阻止されて暗電流が低く抑えられると同時に、放射線検出に寄与する方のキャリアの注入は阻止されないために信号応答性は低下することなく維持される。
【００１４】
また、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の表面は全面的にキャリア選択性高抵抗膜で覆われていて、アモルファス半導体厚膜が湿気等で結晶化して表面抵抗が低下することが阻止されるのに加えて、電圧印加電極の端縁とアモルファス半導体厚膜の端縁の間は全周が電極未形成域となっていて、電圧印加電極の周りは表面抵抗の高いキャリア選択性高抵抗膜で取り囲まれたかたちとなっており、電圧印加電極と接地側との間の沿面耐圧が十分であることから、放射線感応型のアモルファス半導体厚膜のバイアス電圧による沿面放電が起こり難い。
【００１５】
また、請求項２の放射線検出装置の場合、放射線検出中、電圧印加電極に印加した負のバイアス電圧とｐ型のキャリア選択性高抵抗膜により、放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方の電子の注入が阻止される一方、放射線検出に寄与する方の正孔の注入は許容される。
【００１６】
また、請求項３の放射線検出装置の場合、放射線検出中、電圧印加電極に印加した正のバイアス電圧とｎ型のキャリア選択性高抵抗膜とによって、放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方の正孔の注入が阻止される一方、放射線検出に寄与する方の電子の注入は許容される。
【００１７】
また、請求項４の放射線検出装置の場合、電極未形成域の幅ｄがＢｍｍ以上〜３Ｂｍｍ以下の範囲にある。ここで、Ｂはバイアス電圧の絶対値をｋＶ（キロボルト）で表した時の数値であり、例えば、バイアス電圧が−５０００Ｖであれば、Ｂ＝５であり、電極未形成域の幅ｄは５ｍｍ以上〜１５ｍｍ以下の寸法範囲にある。電極未形成域の幅ｄが、Ｂｍｍを下回ると電圧印加電極の周りを囲む表面抵抗の高いキャリア選択性高抵抗膜の長さが短くなるので、十分な絶縁耐圧を確保し難くなる。逆に放射線検出エリアを制限する電極未形成域の幅ｄが、３Ｂｍｍを上回ると、アモルファス半導体厚膜における有感面積（検出可能エリアの面積）が狭くなり、広いアモルファス半導体厚膜を十分に活かせなくなる。
【００１８】
また、請求項５の放射線検出装置の場合、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われる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
続いて、この発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。図１は第１実施例に係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は第１実施例装置の放射線センサ部の平面図、図３は第１実施例の装置の放射線検出ユニットの検出動作状況を示す説明図、図４は第１実施例の放射線検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２０】
第１実施例の放射線検出装置は、図１に示すように、放射線（例えばＸ線）が入射することによりキャリアが生成される放射線感応型の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の放射線入射側である表面に設けられた電圧印加電極２と、アモルファス半導体厚膜１の放射線非入射側（放射線入射側とは反対側）である裏面に設けられたキャリア収集電極３と、キャリア収集電極３への収集キャリアを溜める電荷蓄積用のコンデンサＣａと、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４である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を放射線センサ部に備えている。また、第１実施例の装置は、電圧印加電極２に−ＶA の負のバイアス電圧を印加するバイアス電圧供給部（電源部）Ｖｅを備えていて、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照射に伴う生成キャリアがキャリア収集電極３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スイッチ素子４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。
【００２１】
第１実施例の装置の場合、アモルファス半導体厚膜１は比抵抗１０9 Ωｃｍ以上（好ましくは１０11Ωｃｍ以上）であって、膜厚み０．５ｍｍ前後〜１ｍｍ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〜１ｍｍ前後の厚めの膜が用いられる。
電圧印加電極２およびキャリア収集電極３は、Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｉｎ等の中の適当な金属やＩＴＯ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。
【００２２】
そして、第１実施例装置においては、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２の表面を全面的に覆うようにしてｐ型キャリア選択性高抵抗膜１Ａが形成されているとともに、図２に示すように、電圧印加電極２の端縁とアモルファス半導体厚膜１Ａの端縁の間には電極未形成域２Ａが全周に渡って等しい幅ｄでもって設けられている。
【００２３】
ｐ型キャリア選択性高抵抗膜１Ａは、表面抵抗（シート抵抗）１０8 Ω／□以上であり、膜厚み０．０１μｍ〜１０μｍ（通常０．１μｍ前後）であって、Ｓｂ2 Ｓ3 ，ＳｂＴｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＴｅ，ＡｓＳｅ等の膜や、さらには有機膜が適当である。０．０１μｍ以下の膜厚みでは、不要キャリアの注入を阻止し難くなり、１０μｍ以上の膜厚みでは、必要キャリアの注入を許容し難くなる傾向が見られる。キャリア選択性高抵抗膜１Ａはアモルファス半導体厚膜１を１００％覆っていることが好ましいが、製造等の都合上、周縁が僅かに未被覆となっているようであってもよい。
電極未形成域の幅ｄは、Ｂｍｍ以上〜３Ｂｍｍ以下の範囲にある。ここで、Ｂは、バイアス電圧供給部Ｖｅにより供給印加するバイアス電圧の絶対値をｋＶ（キロボルト）で表した時の数値であり、例えば、キャリア選択性高抵抗膜１Ａの大きさが縦５００ｍｍ，横５００ｍｍの場合、バイアス電圧は普通−１００００Ｖ（＝−１０ｋＶ）を印加するが、この時は、（−１０）の絶対値が１０であるから、Ｂ＝１０となり、電極未形成域の幅ｄは、１０ｍｍ以上〜３０ｍｍ以下の寸法範囲にある。
【００２４】
第１実施例装置の放射線センサ部では、図１に示すように、アモルファス半導体厚膜１やキャリア選択性高抵抗膜１Ａおよび両電極２，３の他に、スイッチ素子４用の（ＦＥＴタイプの）薄膜トランジスタや電荷蓄積用のコンデンサＣａなども同一の絶縁基板６の上に形成されている。コンデンサＣａはＳｉＯ2 層等からなり、絶縁基板６はガラス基板等からなる。
【００２５】
さらに、第１実施例装置の放射線センサ部においては、図１および図４に示すように、キャリア収集電極３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３毎に電荷蓄積用のコンデンサＣａおよび電荷読み出し用のスイッチ素子４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。
すなわち、電圧印加電極２の方は全検出素子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３の方は個別電極として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、各キャリア収集電極３毎に電荷蓄積用のコンデンサＣａおよび電荷読み出し用のスイッチ素子４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。
【００２６】
また、第１実施例装置の放射線センサ部では、図１および図４に示すように、検出素子ＤＵのスイッチ素子４用薄膜トランジスタのソースが横（Ｘ）方向の読出し配線７に接続され、ゲートが縦（Ｙ）方向の読出し配線８に接続されている。読出し配線７は電荷−電圧変換器群（プリアンプ群）９を介してマルチプレクサ１０に接続されているとともに、読出し配線８はゲートドライバ１１に接続されている。なお、電荷−電圧変換器群９では、１本の読出し配線７に対して、図３に示すような電荷−電圧変換器５が１個それぞれ接続されている。
【００２７】
そして、第１実施例装置の放射線センサ部の場合、マルチプレクサ１０およびゲートドライバ１１へ信号取り出し用の走査信号が送り込まれることになる。放射線センサ部の各検出素子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０〜１０２３）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。
Ｙ方向の走査信号に従ってゲートドライバー１１からＹ方向の読出し配線８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が列単位で選択される。そして、Ｘ方向の走査信号に従ってマルチプレクサ１０が切替えられることにより、選択された列の検出素子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９およびマルチプレクサ１０を順に経て外部に送り出されることになる。
【００２８】
第１実施例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１０から画素信号として順に取り出された後、図４に一点鎖線で示すように、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表示部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。
【００２９】
上記のことから、第１実施例装置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ＴＶカメラなどの映像機器に類似の構成であると言える。第１実施例の場合、放射線センサ部に電荷−電圧変換器群９およびマルチプレクサ１０やゲートドライバー１１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９およびマルチプレクサ１０やゲートドライバー１１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。
【００３０】
また、第１実施例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、各種真空蒸着法による薄膜形成技術やフォトリソフィ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４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３、アモルファス半導体厚膜１、キャリア選択性高抵抗膜１Ａ、電圧印加電極２などを順に積層形成してゆく。
【００３１】
次に第１実施例の放射線検出装置による放射線検出動作を図３を参照しながら説明する。第１実施例装置により放射線検出を行う場合、図３に示すように、放射線の入射により生成するキャリアのうち正孔ｈをアモルファス半導体厚膜１の表面側の電圧印加電極２に向かって移動させる極性である負（マイナス）のバイアス電圧（−ＶA ）が、電圧印加電極２に印加された状態で検出対象の放射線を入射させる。
一方、ｐ型キャリア選択性高抵抗膜１Ａのキャリア選択性により、放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方の電子ｅの注入は阻止されて暗電流が低く抑えられると同時に、放射線検出に寄与する方の正孔ｈの注入は阻止されずに信号応答性は低下することなく維持される。またアモルファス半導体厚膜１の場合、高比抵抗により、正孔ｈによる暗電流も低く抑えられる結果、トータルの暗電流が非常に低く抑えられることになる。
【００３２】
他方、放射線照射に伴って生成するキャリアに応じてキャリア収集電極３の方から放射線検出に寄与する（暗電流分ではない）正孔ｈが多量に注入されるので、検出感度は十分である。そして、正孔ｈの生成・注入に相応してキャリア収集電極３側の電荷蓄積用のコンデンサＣａ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４のオン状態への移行に伴って蓄積電荷がスイッチ素子４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５で電圧信号に変換される。
【００３３】
さらに、第１実施例の放射線検出装置の場合、図２に示すように、アモルファス半導体厚膜１の表面は全面的にキャリア選択性高抵抗膜１Ａで覆われていて、アモルファス半導体厚膜１が湿気等で結晶化して表面抵抗が低下することが阻止されるのに加えて、電圧印加電極２の端縁とアモルファス半導体厚膜１の端縁の間は全周が電極未形成域２Ａとなっていて、電圧印加電極２の周りは表面抵抗の高いキャリア選択性高抵抗膜１Ａで取り囲まれたかたちとなっており、電圧印加電極２と接地側との間の沿面耐圧が十分であることから、バイアス電圧（−ＶA ）による沿面放電が起こり難くなっている。
【００３４】
また、上述した通り、電極未形成域の幅ｄはＢｍｍ以上〜３Ｂｍｍ以下の寸法範囲にある結果、沿面放電を確実に阻止できる沿面耐圧が確保できると共に、アモルファス半導体厚膜１における有感面積（検出可能エリアの面積）が実質的に狭くならない範囲にあるので、バイアス電圧による沿面放電がより起こり難いと同時に、また大面積化適性を有するアモルファス半導体厚膜１を十分に活用できる。すなわち、電極未形成域の幅ｄが、Ｂｍｍを下回ると、電圧印加電極２の周りを囲む表面抵抗の高いキャリア選択性高抵抗膜１Ａの長さが短くなるので、十分な絶縁耐圧を確保し難くなる。逆に放射線検出エリアを制限する電極未形成域の幅ｄが、３Ｂｍｍを上回ると、アモルファス半導体厚膜における有感面積（検出可能エリアの面積）が狭くなってしまう。
【００３５】
さらに、第１実施例装置で沿面放電が起こり難くなっていることを実際に確かめるために、第１実施例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。すなわち、アモルファス半導体厚膜１は厚み５００μｍのａ−Ｓｅ厚膜，キャリア選択性高抵抗膜１Ａは厚み０．１μｍ前後のＳｂ2 Ｓ3 膜、電極未形成域の幅ｄは５ｍｍとして表面に電圧印加電極２を形成し裏面にキャリア収集電極３を設けた検出装置を作製した。また、キャリア選択性高抵抗膜１Ａを形成しなかった他は、試験用放射線検出装置と同様の構成の比較用放射線検出装置も作製した。
【００３６】
そして、試験用・比較用の両放射線検出装置の電圧印加電極２にそれぞれ１ｋＶのバイアス電圧を印加するとともに、印加開始から６０秒〜１２０秒の間、放射線（Ｘ線）の照射を続けながらキャリア収集電極３の検出出力（電流値）を測定した。試験用放射線検出装置の測定結果を図５に示し、比較用放射線検出装置の測定結果を図６に示す。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６ｋＶのバイアス電圧まで測定を行い、比較用放射線検出装置の場合は５ｋＶのバイアス電圧まで測定を行った。
【００３７】
試験用放射線検出装置の場合は、図５に示すように、−６ｋＶのバイアス電圧のグラフで始めて沿面放電が髭状パルス電流となって現れているのに対し、比較用放射線検出装置の場合は、図６に示すように、−３ｋＶのバイアス電圧で既に沿面放電が鋭い髭状パルス電流となって頻繁に現れている。
このことから、第１実施例の放射線検出装置のように、アモルファス半導体厚膜１の表面をキャリア選択性高抵抗膜１Ａで覆うようにすれば、沿面放電を十分に阻止できることが分かる。
【００３８】
また、図５の場合、５ｋＶのバイアス電圧では沿面放電が未だ生じておらず、バイアス電圧の絶対値がＢｋＶ（例えば５ｋＶ）の場合、電極未形成域の幅ｄをＢｍｍ（例えば５ｍｍ）以上にすれば、沿面放電を確実に阻止できることが分かる。さらに、放射線非照射時にバイアス電圧が上昇しても検出出力は殆ど０であり、暗電流が十分に抑えられていることもよく分かるし、バイアス電圧の上昇に相応して検出出力が増加していることから、高いバイアス電圧をかければ、十分な検出感度が得られるものであることも分かる。
【００３９】
次に、第２実施例の放射線検出装置を説明する。図７は第２実施例に係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８は第１実施例装置の放射線センサ部の平面図、図９は第１実施例装置の放射線検出ユニットにおける検出動作の状況を示す説明図である。
第２実施例の放射線検出装置は、図７〜図９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、第１実施例の場合のｐ型とは逆の導電型であるｎ型キャリア選択性高抵抗膜１Ｂが形成されているとともに、図７に示すように、電圧印加電極２には正のバイアス電圧ＶB が印加される構成となっている以外は、先の第１実施例の装置と同様の装置であるから、異なる点のみを説明し、同一である点の説明は省略する。なお、ｎ型キャリア選択性高抵抗膜１Ｂは、表面抵抗（シート抵抗）１０8 Ω／□以上であり、膜厚み０．０１〜１０μｍ（通常、０．１μｍ前後）であって、ＣｄＳ，ＣｅＯ2 等の膜が適当である。
【００４０】
第２実施例装置により放射線検出を行う場合は、図９に示すように、放射線の入射により生成するキャリアのうち電子ｅをアモルファス半導体厚膜１の表面側の電圧印加電極２に向かって移動させる極性である正（プラス）のバイアス電圧（＋ＶA ）が、電圧印加電極２に印加された状態で検出対象の放射線を入射させる。
一方、ｎ型キャリア選択性高抵抗膜１Ｂのキャリア選択性により、放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方の正孔ｈの注入は阻止されて暗電流が低く抑えられると同時に、放射線検出に寄与する方の電子ｅの注入は阻止されずに信号応答性は低下することなく維持される。またアモルファス半導体厚膜１の高比抵抗により、電子ｅによる暗電流も低く抑えられ、トータルの暗電流も抑えられる。
【００４１】
他方、放射線照射に伴って生成するキャリアに応じてキャリア収集電極３の方から放射線検出に寄与する（暗電流分ではない）電子ｅが多量に注入されるので、検出感度は十分である。そして、電子ｅの生成・注入に相応してキャリア収集電極３側の電荷蓄積用のコンデンサＣａ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４のオン状態への移行に伴って蓄積電荷がスイッチ素子４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５で電圧信号に変換される。
【００４２】
また、第２実施例の放射線検出装置の場合も、図８に示すように、アモルファス半導体厚膜１の表面は全面的にキャリア選択性高抵抗膜１Ｂで覆われていて、アモルファス半導体厚膜１が湿気等で結晶化して表面抵抗が低下することが阻止されるのに加えて、電圧印加電極２の端縁とアモルファス半導体厚膜１の端縁の間は全周が電極未形成域２Ａとなっていて、電圧印加電極２の周りは表面抵抗の高いキャリア選択性高抵抗膜１Ｂで取り囲まれたかたちとなっており、電圧印加電極２と接地側との間の沿面耐圧が十分であることから、バイアス電圧（ＶA ）による沿面放電が起こり難くなっている。
【００４３】
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）実施例の場合、アモルファス半導体厚膜が高純度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は、結晶化阻止作用のあるＡｓ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。
【００４４】
（２）実施例の場合、電圧印加電極の端縁とアモルファス半導体厚膜の端縁の間に設けられた電極未形成域の幅は全周に渡って同一寸法であったが、電極未形成域の幅は全周に渡って同一寸法である必要はなく所によって長短があってもよい。ただ、電極未形成域の幅に長短のある場合、装置全体としての沿面耐圧は、電極未形成域の幅の短いところの沿面耐圧によって決まることになる。
【００４５】
（３）実施例の場合、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。
【００４６】
（４）この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。
【００４７】
【発明の効果】
以上に詳述したように、請求項１の発明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を全面的に覆うようにしてキャリア選択性高抵抗膜が介在形成されているとともに、電圧印加電極の端縁とアモルファス半導体厚膜の端縁の間には電極未形成域が全周に渡って設けられている構成を備えている。
その結果、放射線検出の際、キャリア選択性高抵抗膜のキャリア選択性によって、キャリア（電子または正孔）のうちの放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方のキャリアの注入は阻止されて暗電流が低く抑えられると同時に、放射線検出に寄与する方のキャリアの注入は阻止されずに信号応答性は低下することなく維持される。
また、アモルファス半導体厚膜の表面は全面的にキャリア選択性高抵抗膜で覆われていて、アモルファス半導体厚膜が湿気等で結晶化して表面抵抗が低下することが阻止されるのに加えて、電圧印加電極の端縁とアモルファス半導体厚膜の端縁の間は全周が電極未形成域となっていて、電圧印加電極の周りは表面抵抗の高いキャリア選択性高抵抗膜で取り囲まれたかたちとなっており、電圧印加電極と接地側との間の沿面耐圧が十分であることから、放射線感応型のアモルファス半導体厚膜のバイアス電圧による沿面放電が起こり難く、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。
【００４８】
また、請求項２の発明の放射線検出装置によれば、負のバイアス電圧とｐ型のキャリア選択性高抵抗膜とにより、放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方の電子の注入を阻止する一方、放射線検出に寄与する方の正孔の注入を許容して、滞りなく放射線を検出することができる。
【００４９】
また、請求項３の発明の放射線検出装置によれば、正のバイアス電圧とｎ型のキャリア選択性高抵抗膜とにより、放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方の正孔の注入を阻止する一方、放射線検出に寄与する方の電子の注入を許容して、滞りなく放射線を検出することができる。
【００５０】
また、請求項４の放射線検出装置によれば、電極未形成域の幅ｄが、バイアス電圧による沿面放電を確実に抑えられるだけの十分な絶縁耐圧を確保できるとともに、アモルファス半導体厚膜における有感面積（検出可能エリアの面積）が実質的に狭めることのない寸法範囲にあるので、バイアス電圧による沿面放電がより起こり難くなると同時に、また大面積化適性を有するアモルファス半導体厚膜を十分に活用することができる。
【００５１】
また、請求項５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、放射線強度の２次元分布測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例装置の放射線センサ部の構成を示す概略断面図である。
【図２】第１実施例装置の放射線センサ部の平面図である。
【図３】第１実施例装置の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４】第１実施例装置の全体構成を示すブロック図である。
【図５】試験用放射線検出装置の検出出力の経時変化を示すグラフである。
【図６】比較用放射線検出装置の検出出力の経時変化を示すグラフである。
【図７】第２実施例装置の放射線センサ部の構成を示す概略断面図である。
【図８】第２実施例装置の放射線センサ部の平面図である。
【図９】第２実施例装置の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１０】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。
【符号の説明】
１ …アモルファス半導体厚膜
１Ａ …ｐ型キャリア選択性高抵抗膜
１Ｂ …ｎ型キャリア選択性高抵抗膜
２ …電圧印加電極
２Ａ …電極未形成域
３ …キャリア収集電極
４ …スイッチ素子
Ｃａ …コンデンサ
ｄ …電極未形成域の幅
ｅ …電子
ｈ …正孔
ｄ …電極間距離
＋ＶA ，−ＶA ， …バイアス電圧
Ｖｅ …バイアス電圧供給部
【発明の属する技術分野】
この発明は、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に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】
放射線（例えばＸ線）の検出装置として、放射線（例えばＸ線）が先ず光に変換された後で変換光が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で直に電気信号に変換される直接変換タイプの装置とがある。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。
また、従来の直接変換タイプの放射線検出装置の中でも、放射線感応型の半導体膜をアモルファスＳｅのようなアモルファス半導体厚膜とする装置の場合、アモルファス半導体は真空蒸着法等により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次元アレイ構成に適している。
【０００３】
従来の２次元アレイ方式の放射線検出装置は、図１０に示すように、放射線が入射することにより電子・正孔対（キャリア）が生成されるアモルファス半導体厚膜５１の表面に形成された電圧印加電極５２にバイアス電圧が印加されるとともに、アモルファス半導体厚膜５１の裏面に縦・横式２次元マトリックス状配列で多数個形成された各キャリア収集電極５３毎に電荷蓄積用のコンデンサＣａと通常時オフ（ＯＦＦ）状態の電荷読み出し用のスイッチ素子（例えば薄膜トランジスタ）５４がそれぞれ接続されていて、放射線照射に伴ってコンデンサＣａに蓄積された電荷が、オン（ＯＮ）状態へ移行したスイッチ素子５４を経由して放射線検出信号として読み出される２次元アレイ構成となっている。
【０００４】
図１０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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の放射線検出装置は、アモルファス半導体厚膜５１に印加したバイアス電圧による沿面放電が生じやすいという問題がある。この沿面放電は、図１０に示すように、電圧印加電極５２の端縁５２ａからアモルファス半導体厚膜５１の端部５１ａの表面に沿って接地側に至る間で絶縁破壊が起こることで生じる。
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。バイアス電圧を低めにすれば、沿面放電を抑えられるのではあるが、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、バイアス電圧が低めであると十分な検出感度が得られない。
【０００６】
この発明は、上記の事情に鑑み、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が生じ難くなっている放射線検出装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１の発明に係る放射線検出装置は、放射線が入射することにより電子・正孔対（キャリア）が生成される放射線感応型の半導体膜の表面側に形成された電圧印加電極にバイアス電圧が印加されるとともに、半導体膜の裏面側に形成されたキャリア収集電極に電荷蓄積用のコンデンサと通常時オフ（ＯＦＦ）状態の電荷読み出し用のスイッチ素子とが接続されていて、放射線照射に伴ってコンデンサに蓄積された電荷が、オン（ＯＮ）状態へ移行した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、前記放射線感応型の半導体膜がアモルファス半導体厚膜であって、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を全面的に覆うようにしてキャリア選択性高抵抗膜が形成されているとともに、電圧印加電極の端縁とアモルファス半導体厚膜の端縁の間には電極未形成域が全周に渡って設けられている。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の放射線検出装置において、キャリア選択性高抵抗膜の導電型がｐ型であり、電圧印加電極に負のバイアス電圧が印加されるよう構成されている。
【０００９】
また、請求項３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選択性高抵抗膜の導電型がｎ型であり、電圧印加電極に正のバイアス電圧が印加されるよう構成されている。
【００１０】
また、請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出装置において、電極未形成域の幅をｄとし、バイアス電圧の絶対値をｋＶ（キロボルト）単位で表した時の数値をＢとして、電極未形成域の幅ｄがＢｍｍ以上〜３Ｂｍｍ以下の範囲にある。
【００１１】
また、請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の放射線検出装置において、キャリア収集電極は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、２次元アレイ構成となっている。
【００１２】
〔作用〕
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子・正孔対（キャリア）に相応してキャリア収集電極側の電荷蓄積用の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。
【００１３】
そして、この発明の放射線検出装置の場合、電圧印加電極とアモルファス半導体厚膜との間にはキャリア選択性高抵抗膜が介在しており、放射線検出の際、キャリア選択性高抵抗膜のキャリア選択性によって、キャリア（電子または正孔）のうちで放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方のキャリアの注入は阻止されて暗電流が低く抑えられると同時に、放射線検出に寄与する方のキャリアの注入は阻止されないために信号応答性は低下することなく維持される。
【００１４】
また、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の表面は全面的にキャリア選択性高抵抗膜で覆われていて、アモルファス半導体厚膜が湿気等で結晶化して表面抵抗が低下することが阻止されるのに加えて、電圧印加電極の端縁とアモルファス半導体厚膜の端縁の間は全周が電極未形成域となっていて、電圧印加電極の周りは表面抵抗の高いキャリア選択性高抵抗膜で取り囲まれたかたちとなっており、電圧印加電極と接地側との間の沿面耐圧が十分であることから、放射線感応型のアモルファス半導体厚膜のバイアス電圧による沿面放電が起こり難い。
【００１５】
また、請求項２の放射線検出装置の場合、放射線検出中、電圧印加電極に印加した負のバイアス電圧とｐ型のキャリア選択性高抵抗膜により、放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方の電子の注入が阻止される一方、放射線検出に寄与する方の正孔の注入は許容される。
【００１６】
また、請求項３の放射線検出装置の場合、放射線検出中、電圧印加電極に印加した正のバイアス電圧とｎ型のキャリア選択性高抵抗膜とによって、放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方の正孔の注入が阻止される一方、放射線検出に寄与する方の電子の注入は許容される。
【００１７】
また、請求項４の放射線検出装置の場合、電極未形成域の幅ｄがＢｍｍ以上〜３Ｂｍｍ以下の範囲にある。ここで、Ｂはバイアス電圧の絶対値をｋＶ（キロボルト）で表した時の数値であり、例えば、バイアス電圧が−５０００Ｖであれば、Ｂ＝５であり、電極未形成域の幅ｄは５ｍｍ以上〜１５ｍｍ以下の寸法範囲にある。電極未形成域の幅ｄが、Ｂｍｍを下回ると電圧印加電極の周りを囲む表面抵抗の高いキャリア選択性高抵抗膜の長さが短くなるので、十分な絶縁耐圧を確保し難くなる。逆に放射線検出エリアを制限する電極未形成域の幅ｄが、３Ｂｍｍを上回ると、アモルファス半導体厚膜における有感面積（検出可能エリアの面積）が狭くなり、広いアモルファス半導体厚膜を十分に活かせなくなる。
【００１８】
また、請求項５の放射線検出装置の場合、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われる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
続いて、この発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。図１は第１実施例に係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は第１実施例装置の放射線センサ部の平面図、図３は第１実施例の装置の放射線検出ユニットの検出動作状況を示す説明図、図４は第１実施例の放射線検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２０】
第１実施例の放射線検出装置は、図１に示すように、放射線（例えばＸ線）が入射することによりキャリアが生成される放射線感応型の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の放射線入射側である表面に設けられた電圧印加電極２と、アモルファス半導体厚膜１の放射線非入射側（放射線入射側とは反対側）である裏面に設けられたキャリア収集電極３と、キャリア収集電極３への収集キャリアを溜める電荷蓄積用のコンデンサＣａと、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４である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を放射線センサ部に備えている。また、第１実施例の装置は、電圧印加電極２に−ＶA の負のバイアス電圧を印加するバイアス電圧供給部（電源部）Ｖｅを備えていて、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照射に伴う生成キャリアがキャリア収集電極３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スイッチ素子４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。
【００２１】
第１実施例の装置の場合、アモルファス半導体厚膜１は比抵抗１０9 Ωｃｍ以上（好ましくは１０11Ωｃｍ以上）であって、膜厚み０．５ｍｍ前後〜１ｍｍ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〜１ｍｍ前後の厚めの膜が用いられる。
電圧印加電極２およびキャリア収集電極３は、Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｉｎ等の中の適当な金属やＩＴＯ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。
【００２２】
そして、第１実施例装置においては、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２の表面を全面的に覆うようにしてｐ型キャリア選択性高抵抗膜１Ａが形成されているとともに、図２に示すように、電圧印加電極２の端縁とアモルファス半導体厚膜１Ａの端縁の間には電極未形成域２Ａが全周に渡って等しい幅ｄでもって設けられている。
【００２３】
ｐ型キャリア選択性高抵抗膜１Ａは、表面抵抗（シート抵抗）１０8 Ω／□以上であり、膜厚み０．０１μｍ〜１０μｍ（通常０．１μｍ前後）であって、Ｓｂ2 Ｓ3 ，ＳｂＴｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＴｅ，ＡｓＳｅ等の膜や、さらには有機膜が適当である。０．０１μｍ以下の膜厚みでは、不要キャリアの注入を阻止し難くなり、１０μｍ以上の膜厚みでは、必要キャリアの注入を許容し難くなる傾向が見られる。キャリア選択性高抵抗膜１Ａはアモルファス半導体厚膜１を１００％覆っていることが好ましいが、製造等の都合上、周縁が僅かに未被覆となっているようであってもよい。
電極未形成域の幅ｄは、Ｂｍｍ以上〜３Ｂｍｍ以下の範囲にある。ここで、Ｂは、バイアス電圧供給部Ｖｅにより供給印加するバイアス電圧の絶対値をｋＶ（キロボルト）で表した時の数値であり、例えば、キャリア選択性高抵抗膜１Ａの大きさが縦５００ｍｍ，横５００ｍｍの場合、バイアス電圧は普通−１００００Ｖ（＝−１０ｋＶ）を印加するが、この時は、（−１０）の絶対値が１０であるから、Ｂ＝１０となり、電極未形成域の幅ｄは、１０ｍｍ以上〜３０ｍｍ以下の寸法範囲にある。
【００２４】
第１実施例装置の放射線センサ部では、図１に示すように、アモルファス半導体厚膜１やキャリア選択性高抵抗膜１Ａおよび両電極２，３の他に、スイッチ素子４用の（ＦＥＴタイプの）薄膜トランジスタや電荷蓄積用のコンデンサＣａなども同一の絶縁基板６の上に形成されている。コンデンサＣａはＳｉＯ2 層等からなり、絶縁基板６はガラス基板等からなる。
【００２５】
さらに、第１実施例装置の放射線センサ部においては、図１および図４に示すように、キャリア収集電極３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３毎に電荷蓄積用のコンデンサＣａおよび電荷読み出し用のスイッチ素子４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。
すなわち、電圧印加電極２の方は全検出素子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３の方は個別電極として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、各キャリア収集電極３毎に電荷蓄積用のコンデンサＣａおよび電荷読み出し用のスイッチ素子４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。
【００２６】
また、第１実施例装置の放射線センサ部では、図１および図４に示すように、検出素子ＤＵのスイッチ素子４用薄膜トランジスタのソースが横（Ｘ）方向の読出し配線７に接続され、ゲートが縦（Ｙ）方向の読出し配線８に接続されている。読出し配線７は電荷−電圧変換器群（プリアンプ群）９を介してマルチプレクサ１０に接続されているとともに、読出し配線８はゲートドライバ１１に接続されている。なお、電荷−電圧変換器群９では、１本の読出し配線７に対して、図３に示すような電荷−電圧変換器５が１個それぞれ接続されている。
【００２７】
そして、第１実施例装置の放射線センサ部の場合、マルチプレクサ１０およびゲートドライバ１１へ信号取り出し用の走査信号が送り込まれることになる。放射線センサ部の各検出素子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０〜１０２３）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。
Ｙ方向の走査信号に従ってゲートドライバー１１からＹ方向の読出し配線８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が列単位で選択される。そして、Ｘ方向の走査信号に従ってマルチプレクサ１０が切替えられることにより、選択された列の検出素子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９およびマルチプレクサ１０を順に経て外部に送り出されることになる。
【００２８】
第１実施例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１０から画素信号として順に取り出された後、図４に一点鎖線で示すように、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表示部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。
【００２９】
上記のことから、第１実施例装置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ＴＶカメラなどの映像機器に類似の構成であると言える。第１実施例の場合、放射線センサ部に電荷−電圧変換器群９およびマルチプレクサ１０やゲートドライバー１１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９およびマルチプレクサ１０やゲートドライバー１１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。
【００３０】
また、第１実施例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、各種真空蒸着法による薄膜形成技術やフォトリソフィ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４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３、アモルファス半導体厚膜１、キャリア選択性高抵抗膜１Ａ、電圧印加電極２などを順に積層形成してゆく。
【００３１】
次に第１実施例の放射線検出装置による放射線検出動作を図３を参照しながら説明する。第１実施例装置により放射線検出を行う場合、図３に示すように、放射線の入射により生成するキャリアのうち正孔ｈをアモルファス半導体厚膜１の表面側の電圧印加電極２に向かって移動させる極性である負（マイナス）のバイアス電圧（−ＶA ）が、電圧印加電極２に印加された状態で検出対象の放射線を入射させる。
一方、ｐ型キャリア選択性高抵抗膜１Ａのキャリア選択性により、放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方の電子ｅの注入は阻止されて暗電流が低く抑えられると同時に、放射線検出に寄与する方の正孔ｈの注入は阻止されずに信号応答性は低下することなく維持される。またアモルファス半導体厚膜１の場合、高比抵抗により、正孔ｈによる暗電流も低く抑えられる結果、トータルの暗電流が非常に低く抑えられることになる。
【００３２】
他方、放射線照射に伴って生成するキャリアに応じてキャリア収集電極３の方から放射線検出に寄与する（暗電流分ではない）正孔ｈが多量に注入されるので、検出感度は十分である。そして、正孔ｈの生成・注入に相応してキャリア収集電極３側の電荷蓄積用のコンデンサＣａ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４のオン状態への移行に伴って蓄積電荷がスイッチ素子４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５で電圧信号に変換される。
【００３３】
さらに、第１実施例の放射線検出装置の場合、図２に示すように、アモルファス半導体厚膜１の表面は全面的にキャリア選択性高抵抗膜１Ａで覆われていて、アモルファス半導体厚膜１が湿気等で結晶化して表面抵抗が低下することが阻止されるのに加えて、電圧印加電極２の端縁とアモルファス半導体厚膜１の端縁の間は全周が電極未形成域２Ａとなっていて、電圧印加電極２の周りは表面抵抗の高いキャリア選択性高抵抗膜１Ａで取り囲まれたかたちとなっており、電圧印加電極２と接地側との間の沿面耐圧が十分であることから、バイアス電圧（−ＶA ）による沿面放電が起こり難くなっている。
【００３４】
また、上述した通り、電極未形成域の幅ｄはＢｍｍ以上〜３Ｂｍｍ以下の寸法範囲にある結果、沿面放電を確実に阻止できる沿面耐圧が確保できると共に、アモルファス半導体厚膜１における有感面積（検出可能エリアの面積）が実質的に狭くならない範囲にあるので、バイアス電圧による沿面放電がより起こり難いと同時に、また大面積化適性を有するアモルファス半導体厚膜１を十分に活用できる。すなわち、電極未形成域の幅ｄが、Ｂｍｍを下回ると、電圧印加電極２の周りを囲む表面抵抗の高いキャリア選択性高抵抗膜１Ａの長さが短くなるので、十分な絶縁耐圧を確保し難くなる。逆に放射線検出エリアを制限する電極未形成域の幅ｄが、３Ｂｍｍを上回ると、アモルファス半導体厚膜における有感面積（検出可能エリアの面積）が狭くなってしまう。
【００３５】
さらに、第１実施例装置で沿面放電が起こり難くなっていることを実際に確かめるために、第１実施例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。すなわち、アモルファス半導体厚膜１は厚み５００μｍのａ−Ｓｅ厚膜，キャリア選択性高抵抗膜１Ａは厚み０．１μｍ前後のＳｂ2 Ｓ3 膜、電極未形成域の幅ｄは５ｍｍとして表面に電圧印加電極２を形成し裏面にキャリア収集電極３を設けた検出装置を作製した。また、キャリア選択性高抵抗膜１Ａを形成しなかった他は、試験用放射線検出装置と同様の構成の比較用放射線検出装置も作製した。
【００３６】
そして、試験用・比較用の両放射線検出装置の電圧印加電極２にそれぞれ１ｋＶのバイアス電圧を印加するとともに、印加開始から６０秒〜１２０秒の間、放射線（Ｘ線）の照射を続けながらキャリア収集電極３の検出出力（電流値）を測定した。試験用放射線検出装置の測定結果を図５に示し、比較用放射線検出装置の測定結果を図６に示す。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６ｋＶのバイアス電圧まで測定を行い、比較用放射線検出装置の場合は５ｋＶのバイアス電圧まで測定を行った。
【００３７】
試験用放射線検出装置の場合は、図５に示すように、−６ｋＶのバイアス電圧のグラフで始めて沿面放電が髭状パルス電流となって現れているのに対し、比較用放射線検出装置の場合は、図６に示すように、−３ｋＶのバイアス電圧で既に沿面放電が鋭い髭状パルス電流となって頻繁に現れている。
このことから、第１実施例の放射線検出装置のように、アモルファス半導体厚膜１の表面をキャリア選択性高抵抗膜１Ａで覆うようにすれば、沿面放電を十分に阻止できることが分かる。
【００３８】
また、図５の場合、５ｋＶのバイアス電圧では沿面放電が未だ生じておらず、バイアス電圧の絶対値がＢｋＶ（例えば５ｋＶ）の場合、電極未形成域の幅ｄをＢｍｍ（例えば５ｍｍ）以上にすれば、沿面放電を確実に阻止できることが分かる。さらに、放射線非照射時にバイアス電圧が上昇しても検出出力は殆ど０であり、暗電流が十分に抑えられていることもよく分かるし、バイアス電圧の上昇に相応して検出出力が増加していることから、高いバイアス電圧をかければ、十分な検出感度が得られるものであることも分かる。
【００３９】
次に、第２実施例の放射線検出装置を説明する。図７は第２実施例に係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８は第１実施例装置の放射線センサ部の平面図、図９は第１実施例装置の放射線検出ユニットにおける検出動作の状況を示す説明図である。
第２実施例の放射線検出装置は、図７〜図９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、第１実施例の場合のｐ型とは逆の導電型であるｎ型キャリア選択性高抵抗膜１Ｂが形成されているとともに、図７に示すように、電圧印加電極２には正のバイアス電圧ＶB が印加される構成となっている以外は、先の第１実施例の装置と同様の装置であるから、異なる点のみを説明し、同一である点の説明は省略する。なお、ｎ型キャリア選択性高抵抗膜１Ｂは、表面抵抗（シート抵抗）１０8 Ω／□以上であり、膜厚み０．０１〜１０μｍ（通常、０．１μｍ前後）であって、ＣｄＳ，ＣｅＯ2 等の膜が適当である。
【００４０】
第２実施例装置により放射線検出を行う場合は、図９に示すように、放射線の入射により生成するキャリアのうち電子ｅをアモルファス半導体厚膜１の表面側の電圧印加電極２に向かって移動させる極性である正（プラス）のバイアス電圧（＋ＶA ）が、電圧印加電極２に印加された状態で検出対象の放射線を入射させる。
一方、ｎ型キャリア選択性高抵抗膜１Ｂのキャリア選択性により、放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方の正孔ｈの注入は阻止されて暗電流が低く抑えられると同時に、放射線検出に寄与する方の電子ｅの注入は阻止されずに信号応答性は低下することなく維持される。またアモルファス半導体厚膜１の高比抵抗により、電子ｅによる暗電流も低く抑えられ、トータルの暗電流も抑えられる。
【００４１】
他方、放射線照射に伴って生成するキャリアに応じてキャリア収集電極３の方から放射線検出に寄与する（暗電流分ではない）電子ｅが多量に注入されるので、検出感度は十分である。そして、電子ｅの生成・注入に相応してキャリア収集電極３側の電荷蓄積用のコンデンサＣａ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４のオン状態への移行に伴って蓄積電荷がスイッチ素子４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５で電圧信号に変換される。
【００４２】
また、第２実施例の放射線検出装置の場合も、図８に示すように、アモルファス半導体厚膜１の表面は全面的にキャリア選択性高抵抗膜１Ｂで覆われていて、アモルファス半導体厚膜１が湿気等で結晶化して表面抵抗が低下することが阻止されるのに加えて、電圧印加電極２の端縁とアモルファス半導体厚膜１の端縁の間は全周が電極未形成域２Ａとなっていて、電圧印加電極２の周りは表面抵抗の高いキャリア選択性高抵抗膜１Ｂで取り囲まれたかたちとなっており、電圧印加電極２と接地側との間の沿面耐圧が十分であることから、バイアス電圧（ＶA ）による沿面放電が起こり難くなっている。
【００４３】
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）実施例の場合、アモルファス半導体厚膜が高純度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は、結晶化阻止作用のあるＡｓ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。
【００４４】
（２）実施例の場合、電圧印加電極の端縁とアモルファス半導体厚膜の端縁の間に設けられた電極未形成域の幅は全周に渡って同一寸法であったが、電極未形成域の幅は全周に渡って同一寸法である必要はなく所によって長短があってもよい。ただ、電極未形成域の幅に長短のある場合、装置全体としての沿面耐圧は、電極未形成域の幅の短いところの沿面耐圧によって決まることになる。
【００４５】
（３）実施例の場合、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。
【００４６】
（４）この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。
【００４７】
【発明の効果】
以上に詳述したように、請求項１の発明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を全面的に覆うようにしてキャリア選択性高抵抗膜が介在形成されているとともに、電圧印加電極の端縁とアモルファス半導体厚膜の端縁の間には電極未形成域が全周に渡って設けられている構成を備えている。
その結果、放射線検出の際、キャリア選択性高抵抗膜のキャリア選択性によって、キャリア（電子または正孔）のうちの放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方のキャリアの注入は阻止されて暗電流が低く抑えられると同時に、放射線検出に寄与する方のキャリアの注入は阻止されずに信号応答性は低下することなく維持される。
また、アモルファス半導体厚膜の表面は全面的にキャリア選択性高抵抗膜で覆われていて、アモルファス半導体厚膜が湿気等で結晶化して表面抵抗が低下することが阻止されるのに加えて、電圧印加電極の端縁とアモルファス半導体厚膜の端縁の間は全周が電極未形成域となっていて、電圧印加電極の周りは表面抵抗の高いキャリア選択性高抵抗膜で取り囲まれたかたちとなっており、電圧印加電極と接地側との間の沿面耐圧が十分であることから、放射線感応型のアモルファス半導体厚膜のバイアス電圧による沿面放電が起こり難く、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。
【００４８】
また、請求項２の発明の放射線検出装置によれば、負のバイアス電圧とｐ型のキャリア選択性高抵抗膜とにより、放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方の電子の注入を阻止する一方、放射線検出に寄与する方の正孔の注入を許容して、滞りなく放射線を検出することができる。
【００４９】
また、請求項３の発明の放射線検出装置によれば、正のバイアス電圧とｎ型のキャリア選択性高抵抗膜とにより、放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方の正孔の注入を阻止する一方、放射線検出に寄与する方の電子の注入を許容して、滞りなく放射線を検出することができる。
【００５０】
また、請求項４の放射線検出装置によれば、電極未形成域の幅ｄが、バイアス電圧による沿面放電を確実に抑えられるだけの十分な絶縁耐圧を確保できるとともに、アモルファス半導体厚膜における有感面積（検出可能エリアの面積）が実質的に狭めることのない寸法範囲にあるので、バイアス電圧による沿面放電がより起こり難くなると同時に、また大面積化適性を有するアモルファス半導体厚膜を十分に活用することができる。
【００５１】
また、請求項５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、放射線強度の２次元分布測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例装置の放射線センサ部の構成を示す概略断面図である。
【図２】第１実施例装置の放射線センサ部の平面図である。
【図３】第１実施例装置の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４】第１実施例装置の全体構成を示すブロック図である。
【図５】試験用放射線検出装置の検出出力の経時変化を示すグラフである。
【図６】比較用放射線検出装置の検出出力の経時変化を示すグラフである。
【図７】第２実施例装置の放射線センサ部の構成を示す概略断面図である。
【図８】第２実施例装置の放射線センサ部の平面図である。
【図９】第２実施例装置の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１０】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。
【符号の説明】
１ …アモルファス半導体厚膜
１Ａ …ｐ型キャリア選択性高抵抗膜
１Ｂ …ｎ型キャリア選択性高抵抗膜
２ …電圧印加電極
２Ａ …電極未形成域
３ …キャリア収集電極
４ …スイッチ素子
Ｃａ …コンデンサ
ｄ …電極未形成域の幅
ｅ …電子
ｈ …正孔
ｄ …電極間距離
＋ＶA ，−ＶA ， …バイアス電圧
Ｖｅ …バイアス電圧供給部
Claims (5)
- 放射線が入射することにより電子・正孔対（キャリア）が生成される放射線感応型の半導体膜の表面側に形成された電圧印加電極にバイアス電圧が印加されるとともに、半導体膜の裏面側に形成されたキャリア収集電極に電荷蓄積用のコンデンサと通常時オフ（ＯＦＦ）状態の電荷読み出し用のスイッチ素子とが接続されていて、放射線照射に伴ってコンデンサに蓄積された電荷が、オン（ＯＮ）状態へ移行した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、前記放射線感応型の半導体膜がアモルファス半導体厚膜であって、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を全面的に覆うようにしてキャリア選択性高抵抗膜が形成されているとともに、電圧印加電極の端縁とアモルファス半導体厚膜の端縁の間には電極未形成域が全周に渡って設けられていることを特徴とする放射線検出装置。
- 請求項１に記載の放射線検出装置において、キャリア選択性高抵抗膜の導電型がｐ型であり、電圧印加電極に負のバイアス電圧が印加されるよう構成されている放射線検出装置。
- 請求項１に記載の放射線検出装置において、キャリア選択性高抵抗膜の導電型がｎ型であり、電圧印加電極に正のバイアス電圧が印加されるよう構成されている放射線検出装置。
- 請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出装置において、電極未形成域の幅をｄとし、バイアス電圧の絶対値をｋＶ（キロボルト）単位で表した時の数値をＢとして、電極未形成域の幅ｄがＢｍｍ以上〜３Ｂｍｍ以下の範囲にある放射線検出装置。
- 請求項１から４のいずれかに記載の放射線検出装置において、キャリア収集電極は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、２次元アレイ構成となっている放射線検出装置。
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