JP3923186B2 - 放射線検出器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、広範囲のエネルギー領域を有する放射線のエネルギー分布、線量率を測定する半導体を使用した放射線検出器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図10は、例えば従来の放射線検出器の構成を示す回路図であり、図において、201aは測定対象となる放射線、202は化合物半導体等からなる半導体素子(以下、素子ともいう)、1,2はそれぞれこの半導体素子202の上部および下部電極、51は上部および下部電極1,2間に介在する半導体、201bは散乱した2次放射線、203は負荷抵抗、204は高電圧を印加する電源、205はカップリングコンデンサ、206はプリアンプすなわち前置増幅器である。従来の半導体を使用した放射線検出器は検出部分が一つの半導体素子202だけで構成されている。
【0003】
次に動作について説明する。
放射線201aが半導体素子202に入射するとこれに付与されたエネルギーに比例した量の電子と正孔の対が生成する。半導体素子202には電源204により電圧が印加され半導体素子202内に電界が生じており、電子と正孔が電界により収集電極である上部、下部電極1,2に向かって流動する。この電子と正孔が半導体素子202内を流動することにより、半導体素子202の上部および下部電極1,2に誘導電荷が生じる。そして、カップリングコンデンサ205の静電容量が半導体素子202の静電容量に比べて十分大きい場合、半導体素子202の上部および下部電極1,2に生じた誘導電荷のほとんどがカップリングコンデンサ205に伝達され、前置増幅器206に入力される。この前置増幅器206では、入力された電荷を増幅し、電圧パルスとして出力される。この電圧パルスの波高は、半導体素子202に付与されたエネルギーに比例するので、パルスの波高を測定することにより、放射線のエネルギースペクトルを測定することができる。また単位時間当たりのパルス数を測定することにより、線量率を測定することもできる。
【0004】
なお、本願の放射線検出器に対する参考例として、M.KURAKADOらによる「X−RAY DETECTION WITH A Nb−BASED JUNCTION AND INVESTIGATION OF SERIES−JUNCTION DETECTOR」(SPIE Vol.1743 EUV,X−ray,and Gamma−ray Instrumentationfor Astronomy III(1992),pp.351−362)があるが、これは超伝導X線検出器の大面積化のために直列接合を行ったもので、検出器素子をアレイ状に平面方向に並べて、各素子を電気的に直列接合したものである。これによれば、垂直方向に積層した構造ではなく、電極を共用したものでもない。また、各素子のばらつきがほとんど無いためか、コンデンサや抵抗を接続せず、素子のみを直列接合した構造となっている。
【0005】
もう一つの参考例として、「A 90 element CdTe array detector」(Nucl.Inst.Meth.in Phys.Res.A322(1992),p.628)がある。これによれば、CdTe素子を990素子アレイ状に配置したものである。各素子の出力をそれぞれ別々に取り出しているので、90個の別の検出器が平面(一次元)方向に並んだものといえる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放射線検出器は以上のように構成されているので、放射線検出器のうち大体積の半導体素子であってその製作が困難であるものや、電荷キャリアの移動度および寿命が小さいものに対しては、次のような課題があった。
【0007】
まず、検出部分が一つの半導体素子202だけで構成されているため検出部分が小さく、高エネルギー領域の放射線が入射した場合、半導体素子202を素通りしたり、2次放射線201bのように半導体素子202で放射線の一部のエネルギーしか付与されずに素子外へ逃げ割合が増加し、感度が低下してしまうといった課題があった。
【0008】
また、電荷キャリアの移動度および寿命が小さいと生成した電荷が収集電極すなわち上部、下部電極1,2まで到達できない場合があり、電荷収集が不十分になり、そのため放射線が半導体素子202に付与したエネルギーの全てを外部回路に伝達できないという課題があった。
【0009】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、放射線、特に高エネルギー領域の放射線を感度良く検出し、エネルギーを正確に測定できる放射線検出器を得ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る放射線検出器は、第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、複数個の上記半導体素子各々の第1および第2電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなるものである。
この発明に係る放射線検出器は、第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、上記半導体素子は、その第1および第2電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第1および第2電極と兼用した共通電極を有し、複数個の上記半導体素子各々の第1および第2電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなるものである。
【0013】
この発明に係る放射線検出器は、第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを複数個の上記半導体素子毎に第1および第2電極のいずれか一方に電気的に接合してなるものである。
この発明に係る放射線検出器は、第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、上記半導体素子は、その第1および第2電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第1および第2電極と兼用した共通電極を有し、上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを複数個の上記半導体素子毎に第1および第2電極のいずれか一方に電気的に接合してなるものである。
【0014】
この発明に係る放射線検出器は、第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、複数個の上記半導体素子各々の第1および第2電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなるとともに、上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを上記半導体素子毎に第1および第2電極のいずれか一方に電気的に接合してなるものである。
この発明に係る放射線検出器は、第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、上記半導体素子は、その第1および第2電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第1および第2電極と兼用した共通電極を有し、複数個の上記半導体素子各々の第1および第2電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなるとともに、上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを上記半導体素子毎に第1および第2電極のいずれか一方に電気的に接合してなるものである。
【0016】
この発明に係る放射線検出器は、第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、上記半導体素子の静電容量より十分大きな値を持つコンデンサを素子と並列に接続し、さらに素子と並列に接続したコンデンサより十分大きな静電容量の値を持つコンデンサを増幅器入力段のカップリングコンデンサとするものである。
この発明に係る放射線検出器は、第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、上記半導体素子は、その第1および第2電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第1および第2電極と兼用した共通電極を有し、上記半導体素子の静電容量より十分大きな値を持つコンデンサを素子と並列に接続し、さらに素子と並列に接続したコンデンサより十分大きな静電容量の値を持つコンデンサを増幅器入力段のカップリングコンデンサとするものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による放射線検出器を示す構成図であり、図において、101aは測定対象となる放射線、101bは散乱した2次放射線、102a〜102dは半導体素子(以下、素子ともいう)、51a〜51dはそれぞれ半導体素子102a〜102dを構成する半導体、11〜14はそれぞれ半導体素子102a〜102dの上部電極(第1電極)、15〜18はそれぞれ半導体素子102a〜102dの下部電極(第2電極)、103は負荷抵抗、104は高電圧を供給する電源、105はカップリングコンデンサ、106は前置増幅器である。なお、ここで使用される半導体の種類は、例えば、CdTe,CdZnTe,HgI2,GaAs,TlBr等の常温動作が可能な化合物半導体が挙げられる。
【0018】
半導体素子102a〜102dは隣り合う素子同士の上部電極11〜14と下部電極15〜18が空間を介して電気的に接続した積層構造となっており、これが放射線101aの検出部を構成する。この検出部に対して負荷抵抗103を介して電源104より高電圧が印加される。
【0019】
次に動作について説明する。
まず、一つの放射線101aすなわち光子が半導体素子102a〜102dのいずれかに入射してエネルギーが付与されると、素子内の半導体51a〜51dに電子と正孔が生成する。半導体素子102a〜102dには電源104により高電圧が印加され素子内に電界が生じており、電子と正孔が電界により収集されるべき電極に向かって流動する。電子と正孔が素子内を流動することにより、半導体素子102a〜102dの上部電極および下部電極11〜18に誘導電荷が生じる。カップリングコンデンサ105の静電容量が半導体素子102a〜102dの静電容量に比べて十分大きい場合、上部および下部電極11〜18に生じた誘導電荷のほとんどがカップリングコンデンサ105に伝達され、前置増幅器106に入力される。前置増幅器106では、入力された電荷を増幅し、電圧パルスとして出力される。
【0020】
以上のように、この実施の形態1によれば、放射線検出器は、検出部が半導体素子102a〜102dのように複数素子で構成されているため、検出部の体積が大きくなり高感度となる効果が得られる。
【0021】
また、放射線検出器は、例えば、半導体素子102aで散乱した2次放射線101bが別の素子102bで相互作用を起こした場合は、半導体素子102aに付与されたエネルギーと半導体素子102bに付与されたエネルギーの和に相当する電荷がカップリングコンデンサ105に伝達されるため全エネルギー吸収に対する感度が向上するという効果が得られる。
【0022】
さらに、放射線検出器は、電荷キャリアの移動度および寿命が短く平均自由工程が短い半導体の場合、一個の半導体素子102a〜102dの厚みを薄くすることにより電荷収集効率を向上することができ、高感度かつ正確なエネルギースペクトル測定を行うことができるという効果が得られる。
【0023】
さらにまた、放射線検出器は、半導体素子102a〜102dが直列に接合されているので検出器の漏れ電流が少なくなることにより雑音が低減し、しかも検出部全体の静電容量が小さくなるのでエネルギー分解能が向上するという効果が得られる。
【0024】
実施の形態2.
図2はこの発明の実施の形態2による放射線検出器を示す構成図であり、図において、上記実施の形態1と同様な部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。21は半導体素子102aの上部電極(第1電極)、22は半導体素子102aの下部電極(第2電極)と半導体素子102bの上部電極(第1電極)を兼用する共通電極、同様に23,24も半導体素子102b〜102d間の共通電極である。また、その動作は実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
【0025】
この実施の形態2の放射線検出器によれば、例えば、上記実施の形態1における半導体素子102aの下部電極15とその隣りの半導体素子102bの上部電極12は同電位であるため、半導体素子102a〜102d間の空間を全く無くすために共通電極22〜24を使用して一体化した検出部の構造にしてある。
【0026】
以上のように、この実施の形態2によれば、放射線検出器は、上記実施の形態1の効果に加えて、半導体素子102a〜102d間に空間が全く無くなるため占積率が向上して検出部が一層高感度になるという効果が得られる。
【0027】
実施の形態3.
図3はこの発明の実施の形態3による放射線検出器を示す構成図であり、図において、実施の形態1と同様な部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。107a〜107dは全て同じ値の電気抵抗(抵抗)であり、半導体素子102a〜102dの抵抗値に比べて十分小さく、各半導体素子102a〜102dに対して並列に内線されているため半導体素子102a〜102dに印加される電圧の値を同じにする役割をしている。
【0028】
次に動作について説明する。
まず、一つの放射線101aすなわち光子が半導体素子102a〜102dのいずれかに入射してエネルギーが付与されると、半導体51a〜51dに電子と正孔が生成するが、この際半導体素子102a〜102dには電源104による高電圧の印加により電界が生じているので、電子と正孔は収集電極に向かって流動していく。電子と正孔が素子内を流動し半導体素子102a〜102dの上部電極および下部電極11〜18に到達すれば誘導電荷が生じる。この際、電気抵抗107a〜107dは同一抵抗値のため、各半導体素子102a〜102dに印加される電圧値は同一となる。
【0029】
そして、カップリングコンデンサ105の静電容量が半導体素子102a〜102dの静電容量に比べて十分大きい場合、上部および下部電極11〜18に生じた誘導電荷のほとんどがカップリングコンデンサ105に伝達され、前置増幅器106に入力され、ここで入力された電荷を増幅し電圧パルスとして出力される。
【0030】
以上のように、この実施の形態3によれば、放射線検出器は、上記実施の形態1の効果に加えて、各半導体素子102a〜102dの抵抗値にばらつきがある場合でも、各素子に印加される電圧の値が同一になるため、エネルギースペクトルはより正確になるという効果が得られる。
【0031】
実施の形態4.
図4はこの発明の実施の形態4における放射線検出器を示す構成図であり、図において、上記実施の形態3と同様の部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。実施の形態2と同様に、半導体素子102a,102b,102cおよび102d間の空間を全く無くす構造にし、向かい合った電極を共通電極22〜24にて共用する構造となっている。
【0032】
以上のように、この実施の形態4によれば、放射線検出器は、上記実施の形態3の効果に加えて、半導体素子102a〜102d間の空間が全く無くなるため占積率が向上してさらに高感度となる効果が得られる。
【0033】
また、半導体素子102a〜102dの一つの機械的強度が不十分で壊れやすい場合でも、共通電極22〜24を使用して検出部が一体化されているために全体として機械的強度が増大し破損しにくくなるという効果が得られる。
【0034】
さらに、半導体素子102a〜102dの各々の抵抗値にばらつきがある場合でも、各素子に印加される電圧の値が同一になるため、正確なエネルギースペクトルとなる効果が得られる。
【0035】
実施の形態5.
図5はこの発明の実施の形態5による放射線検出器を示す構成図であり、図において、上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。108a〜108dは全て同じ値のカップリングコンデンサであり、半導体素子102a〜102dの静電容量に比べて十分大きな値を持っている。カップリングコンデンサ108a〜108d各々の一方の電極はそれぞれ半導体素子102a〜102dの上部電極11〜14に電気接合され、他方の電極は前置増幅器106に電気接合されており、実施の形態1のカップリングコンデンサ105と同様の役割をしている。
【0036】
次に動作について説明する。
半導体素子102a〜102dから構成される検出部に入射する放射線により生じた電荷が伝達され、前置増幅器106において増幅し電圧パルスとして出力されるものであるが、半導体素子102a〜102dに同一エネルギーが付与されこれらの静電容量にばらつきがある場合でも、これらに接合されているカップリングコンデンサ108a〜108dが大きな静電容量を有するために、前置増幅器106に入力される電荷量は一定になる。
【0037】
以上のように、この実施の形態5によれば、比較的大きく同一の容量値を有するカップリングコンデンサ108a〜108dをそれぞれ半導体素子102a〜102dの上部電極11〜14に接合させたので、前置増幅器106に入力される電荷量は一定になり得られるエネルギースペクトルは正確になる効果が得られる。
【0038】
実施の形態6.
図6はこの発明の実施の形態6における放射線検出器を示す構成図であり、図において、実施の形態5と同様の部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。これによれば、実施の形態2と同様に、半導体素子102a〜102d間の空間を全く無くす構造にし、向かい合った電極を共用する共通電極22〜24により放射線検出部を構成するようにした。
【0039】
以上のように、この実施の形態6によれば、放射線検出器は、半導体素子102a〜102d間の空間が全く無くなるため占積率が向上してさらに高感度となる効果が得られる。
【0040】
また、半導体素子102a〜102dの各々の機械的強度が不十分で壊れやすい場合でも、検出部が一体化されているために全体として機械的強度が増大し破損しににくくなるという効果が得られる。
【0041】
さらに、半導体素子102a〜102dの各々の静電容量にばらつきがある場合でも、前置増幅器106に入力される電荷量は一定になるので、エネルギースペクトルはより正確になるという効果が得られる。
【0042】
実施の形態7.
図7はこの発明の実施の形態7による放射線検出器を示す構成図であり、図において、上記実施の形態3および実施の形態5と同様な部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。
【0043】
電気抵抗107a〜107dは全て同じ値の電気抵抗であり、半導体素子102a〜102dの抵抗値に比べて十分小さく、これらの素子に対して並列に内線されているため半導体素子102a〜102dの各々に印加される電圧の値を同じにする役割をしている。また、カップリングコンデンサ108a〜108dは全て同じ値のコンデンサであり、半導体素子102a〜102dの上部電極11〜14に電気接続され、各々は半導体素子102a〜102dの静電容量に比べて十分大きな値を持っている。カップリングコンデンサ108a〜108dは図1に示されるカップリングコンデンサ105と同様の役割を持ち、検出部に生じた電荷が伝達され、前置増幅器106において増幅し電圧パルスとして出力される。
【0044】
次に動作について説明する。
電源104より半導体素子102a〜102dからなる検出部に対して高電圧を印加しながら半導体51a〜51dに放射線を入射すると電子と正孔が発生して収集電極である上部および下部電極11〜18にこれらが到達して誘電電荷を帯びる。この際、電気抵抗107a〜107dにより各素子に印加される電圧の値は同一となり、かつ、並置されたカップリングコンデンサ108a〜108dにより前置増幅器106に入力される電荷量は一定になる。
【0045】
以上のように、この実施の形態7によれば、電気抵抗107a〜107dを半導体素子102a〜102dに並列に内線するとともに、カップリングコンデンサ108a〜108dを上部電極11〜14に接合したので、各素子に印加される電圧の値が同一なるとともに、前置増幅器106に入力される電荷量が一定になるので、エネルギースペクトルはより正確になるという効果が得られる。
【0046】
実施の形態8.
図8はこの発明の実施の形態8による放射線検出器を示す構成図であり、図において、実施の形態7と同様の部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。実施の形態2および実施の形態4と同様に半導体素子102a〜102d間には空間を全く無くした構造にし、隣接した素子の向かい合った電極を共用して共通電極22〜24とした点で実施の形態7の構成と特徴部分に差異がある。
【0047】
以上のように、この実施の形態8によれば、放射線検出器は、半導体素子102a〜102d間の空間が全く無くなるため占積率が向上してさらに高感度となる効果が得られる。
【0048】
また、半導体素子102a〜102dの各々の機械的強度が不十分で壊れやすい場合でも、検出部が一体化されているために全体として機械的強度が増大し破損しにくくなる効果が得られる。
【0049】
さらに、半導体素子102a〜102dの抵抗値および静電容量にばらつきがある場合でも、これら素子に印加される電圧の値が同一になり、かつ、前置増幅器106に入力される電荷量が一定になるので、エネルギースペクトルがより正確となる効果が得られる。
【0050】
実施の形態9.
図9はこの発明の実施の形態9による放射線検出器を示す構成図であり、図において、実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。まず、102a〜102dは第1素子群を構成する半導体素子、51a〜51dは半導体素子102a〜102dを構成する半導体、71〜74,75〜78はそれぞれ半導体素子102a〜102dの上部電極と下部電極である。次に、102e〜102hは第2素子群を構成する半導体素子、51e〜51hは半導体素子102e〜102hを構成する半導体、81〜84,85〜88はそれぞれ半導体素子102e〜102hの上部電極と下部電極である。そして、102i〜102lは第3素子群を構成する半導体素子、51i〜51lは半導体素子102i〜102lを構成する半導体、91〜94,95〜98はそれぞれ半導体素子102i〜102lの上部電極と下部電極である。第1〜第3素子群は並列に接続する構造となっている。
【0051】
次に動作について説明する。
各々の半導体素子102a〜102lに入射した放射線により生じた電荷は、第1〜第3素子群毎に収集され、これらの総和がカップリングコンデンサ105に伝達され前置増幅器106で増幅される。
【0052】
以上のように、この実施の形態9によれば、放射線検出器は、感度をさらに向上するために検出部分の体積を増大する場合に、全ての半導体素子102a〜102lを直列接合した場合に比べて、印加電圧を低く設定することができる効果が得られる。したがって、高圧電源設備が不要となり、放射線検出器の信頼性が向上する効果がある。
【0053】
実施の形態10.
図11はこの発明の実施の形態10による放射線検出器を示す構成図であり、図において、実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。109a,109b,109c,109dは全て同じ値のコンデンサであり、半導体素子102a,102b,102c,102dの静電容量に比べて十分大きな値を持っている。コンデンサ109a,109b,109c,109dに半導体素子に生じた電荷のほとんどが蓄えられ、カップリングコンデンサ110の静電容量がコンデンサ109a,109b,109c,109dの静電容量に比べて十分大きい場合、結果的に半導体素子の電極に生じた誘導電荷のほとんどがカップリングコンデンサ110に伝達され、前置増幅器106に入力される。前置増幅器106では、入力された電荷を増幅し、電圧パルスとして出力される。半導体素子に同一エネルギーが付与された場合、半導体素子102a,102b,102c,102dの静電容量にばらつきがある場合でも、前置増幅器106に入力される電荷量は一定になるので、正確なエネルギースペクトルを得ることができる。
【0054】
以上のように、この実施の形態10によれば、放射線検出器は、半導体素子102a〜102dの静電容量にばらつきがある場合でも、十分静電容量の大きなカップリングコンデンサ110を介せば、前置増幅器106に入力される電荷量は一定になり、正確なエネルギースペクトルが得られる効果がある。
【0055】
実施の形態11.
図12はこの発明の実施の形態11による放射線検出器を示す構成図であり、図において、上記実施の形態10と同様の部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。実施の形態2と同様に、半導体素子間の空間を全く無くす構造にし、向かい合った電極を共用にする構造となっている。上記のように構成された実施の形態11の放射線検出器は、半導体素子間の空間が全く無くなるため占積率が向上してさらに高感度となる。また、半導体素子1つの機械的強度が不十分で壊れやすい場合でも、検出部が一体化されているために全体として機械的強度が増大し破損しにくくなる。さらに、各半導体素子の静電容量にばらつきがある場合でも、前置増幅器106に入力される電荷量は一定になるので、正確なエネルギースペクトルを得ることができる。
【0056】
以上のように、この実施の形態11によれば、放射線検出器は、上記実施の形態10の効果に加えて、半導体素子102a〜102d間に空間が無くなるので、占積率が向上するとともに、機械的強度が増えて破損しにくくなる効果がある。
【0057】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合するように構成したので、高エネルギー領域の放射線すなわち光子が一つ入射した場合、複数回の相互作用により半導体素子に放射線のエネルギーが付与され、たとえそのエネルギーが別々の半導体素子に付与されたとしても半導体素子一つ一つに生じた電荷の和が信号として取り出されるため、結果として、積層した半導体素子全部に付与されたエネルギーに比例した波高のパルスが得られる効果がある。
【0058】
また、正孔の移動度および寿命が小さい場合でも、薄い素子を用いれば、ほとんど全ての正孔が収集電極に到達できるので、正確なエネルギースペクトル測定ができる効果がある。
【0059】
また、半導体素子の積層構造により構成される検出部の体積が増加するため、高エネルギー領域の放射線が半導体素子を素通りしたりその内部に全エネルギーを付与しない素子が外部に逃げる割合が低減し、感度が向上する効果がある。
【0060】
また、半導体素子を直列接合することにより、検出部全体の抵抗値が増大するため漏れ電流が減少しノイズが低減され、しかも検出部全体の静電容量が小さくなるのでエネルギー分解能が向上する効果がある。
【0061】
さらに、一個の半導体素子の大型化が困難な場合、その数を増加させるだけであるため、感度を向上させるためのコストを低減できる効果がある。
【0062】
さらにまた、高エネルギー領域の放射線の全エネルギー吸収に対する感度は、素子の数の増加分以上の感度向上をもたらすため、その感度向上コストを低減できる効果がある。
【0063】
この発明によれば、半導体素子はその第1および第2電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第1および第2電極と兼用した共通電極を有するように構成したので、半導体素子間の空間が全く無くなり不感部分が無くなるため、素子以外での放射線相互作用が無くなり検出効率が向上する。これにより、感度が向上し正確なエネルギー測定ができる効果がある。
【0064】
また、素子一つの機械的検出部の構造も単純化されるため、構造強度も増大し、破損しにくくなる効果がある。
【0065】
この発明によれば、複数個の半導体素子各々の第1および第2電極間に電気抵抗を接続してなるように構成したので、各半導体素子の抵抗値にばらつきがある場合でも、各々の素子に印加される電圧が一定になり、正確なエネルギー測定ができエネルギー分解能が向上する効果がある。
【0066】
この発明によれば、半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを複数個の半導体素子毎に第1および第2電極のいずれか一方に接続してなるように構成したので、各々の素子の静電容量にばらつきがある場合でも、各々の素子に印加される電圧が一定になる。したがって、前置増幅器に入力される電荷量は一定になるので、正確なエネルギー測定ができエネルギー分解能が向上する効果がある。
【0067】
この発明によれば、複数個の半導体素子各々の第1および第2電極間に電気抵抗を接続してなるとともに、半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを上記半導体素子毎に第1および第2電極のいずれか一方に接続してなるように構成したので、各々の素子の比抵抗と静電容量にばらつきがある場合でも、素子にかかる印加電圧が一定になり、かつ、前置増幅器に入力される電荷量が同じになる。したがって、正確なエネルギースペクトルを測定できエネルギー分解能が向上する効果がある。
【0068】
この発明によれば、直列接合した複数個の半導体素子群を並列に接合してなるように構成したので、感度をさらに向上するために検出部体積をさらに大きくした場合でも、全ての素子を直列接合した場合に比べて、印加電圧を低く設定することができる。したがって、高圧電源設備が不要となり放射線検出器の信頼性が向上する効果がある。
【0069】
この発明によれば、各半導体素子の静電容量にばらつきがある場合でも、前置増幅器に入力される電荷量は一定になるので、エネルギー分解能が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態2による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図3】 この発明の実施の形態3による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図4】 この発明の実施の形態4による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図5】 この発明の実施の形態5による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図6】 この発明の実施の形態6による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図7】 この発明の実施の形態7による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図8】 この発明の実施の形態8による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図9】 この発明の実施の形態9による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図10】 従来の放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図11】 この発明の実施の形態10による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図12】 この発明の実施の形態11による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【符号の説明】
11〜14,21,71〜74,81〜84,91〜94 上部電極(第1電極)、15〜18,25,75〜78,85〜88,95〜98 下部電極(第2電極)、22〜24 共通電極、51a〜51l 半導体、101a 放射線、102a〜102l 半導体素子、105,108a〜108d,110 カップリングコンデンサ、107a〜107d 電気抵抗、109a〜109d コンデンサ。
Claims (8)
- 第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
複数個の上記半導体素子各々の第1および第2電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなることを特徴とする放射線検出器。 - 第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
上記半導体素子は、その第1および第2電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第1および第2電極と兼用した共通電極を有し、
複数個の上記半導体素子各々の第1および第2電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなることを特徴とする放射線検出器。 - 第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを複数個の上記半導体素子毎に第1および第2電極のいずれか一方に電気的に接合してなることを特徴とする放射線検出器。 - 第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
上記半導体素子は、その第1および第2電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第1および第2電極と兼用した共通電極を有し、
上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを複数個の上記半導体素子毎に第1および第2電極のいずれか一方に電気的に接合してなることを特徴とする放射線検出器。 - 第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
複数個の上記半導体素子各々の第1および第2電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなるとともに、上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを上記半導体素子毎に第1および第2電極のいずれか一方に電気的に接合してなることを特徴とする放射線検出器。 - 第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
上記半導体素子は、その第1および第2電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第1および第2電極と兼用した共通電極を有し、
複数個の上記半導体素子各々の第1および第2電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなるとともに、上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを上記半導体素子毎に第1および第2電極のいずれか一方に電気的に接合してなることを特徴とする放射線検出器。 - 第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
上記半導体素子の静電容量より十分大きな値を持つコンデンサを素子と並列に接続し、さらに素子と並列に接続したコンデンサより十分大きな静電容量の値を持つコンデンサを増幅器入力段のカップリングコンデンサとしたことを特徴とする放射線検出器。 - 第1および第2電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第1および第2電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
上記半導体素子は、その第1および第2電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第1および第2電極と兼用した共通電極を有し、
上記半導体素子の静電容量より十分大きな値を持つコンデンサを素子と並列に接続し、さらに素子と並列に接続したコンデンサより十分大きな静電容量の値を持つコンデンサを増幅器入力段のカップリングコンデンサとしたことを特徴とする放射線検出器。
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