JP4138114B2 - 放射線検出器及び放射線検出ユニット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線やガンマ線等の放射線を測定する放射線検出器及び放射線検出ユニットに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体放射線検出素子であるCdTeを用いた放射線検出器は、特開平4−61173号公報に記載されている。この放射線検出器は、上下面に電極を有する半導体放射線検出素子をパッケージ本体に設けられた凹領域内に配置し、凹領域を放射線透過性の窓材で封止してなる。
【0003】
【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器においては大型であって取り扱いが不便であると共に放射線強度が距離に応じて減衰するため検出感度が低下するという不具合がある。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、検出感度を向上可能な放射線検出器及び放射線検出ユニットを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る放射線検出器は、上下面に上面側電極及び下面側電極をそれぞれ有する半導体放射線検出素子をパッケージ本体に設けられた凹領域内に配置し、前記凹領域を放射線透過性の窓材で封止してなる放射線検出器において、前記窓材が導電性材料からなると共に、前記半導体放射線検出素子の前記下面側電極が前記凹領域内の導電体に接続され、この導電体から前記パッケージ本体外部へ露出するように端子が延びており、且つ、前記窓材の内面は、前記凹領域の周辺部に設けられた段差上に設けられ、前記パッケージ本体外部へ露出するように延びた端子に接続された電極、及び、前記半導体放射線検出素子の前記上面側電極の双方に電気的に接続されている、ことを特徴とする。
【0005】
本放射線検出器によれば、窓材が導電性材料からなるため、ボンディングワイヤ等の配線を用いるスペースが不要となるため、窓材と半導体放射線検出素子とが接触するように近接させて放射線源から素子までの距離を短くすることができる。放射線強度は距離の二乗に反比例するので、この近接によって検出感度を向上させることができ、且つ、窓材は凹領域の封止機能も有しているため、構造が単純で、製造が容易となり、また、封止によって素子動作を安定させることができる。
【0006】
また、導電体及び窓材のそれぞれからパッケージ本体外部へ露出するように延びた端子を備えることが好ましい。
【0007】
半導体放射線検出素子がCdTeからなり、窓材がアモルファスカーボンからなる場合には、放射線を効率的に検出できると共に、熱膨張係数差が小さいことからこれらの間の熱応力を低減させることができるため、例えば強制冷却を行う場合においても検出器強度を維持することができ、更に高感度な検出を行うことができる。
【0008】
上記放射線検出器を少なくとも2つ備え、それぞれのパッケージ本体は放射線透過性の材料からなり、一方の放射線検出器の窓材の露出表面上に、他方の前記放射線検出器のパッケージ本体の底面が位置するように、放射線検出器を組み合わせてなる放射線検出器ユニットは、一方の放射線検出器を透過した放射線を他方で検出することができるので、更に検出感度を向上させることができる。
【0009】
なお、凹領域内の導電体の面積は、半導体放射線検出素子の導電体側の電極の面積より小さい。したがって、凹領域内の空間を介して対向する窓材と導電体とによって構成されるキャパシタの容量は小さくなり、検出器の応答特性を向上させることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る放射線検出器及び放射線検出ユニットについて説明する。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ものとし、重複する説明は省略する。
【0011】
図1は実施の形態に係る放射線検出器の分解斜視図、図2は図1に示した放射線検出器のII−II矢印断面図、図3は図1に示した放射線検出器のIII−III矢印断面図である。
【0012】
セラミックからなるパッケージ本体1の上面には凹領域1dが形成されており、凹領域1d内には半導体放射線検出素子2が収容されている。凹領域1dは窓材3によって封止されており、パッケージ本体1及び窓材3は凹領域1dを内部密閉空間とするパッケージを構成している。
【0013】
パッケージ本体1の凹領域1dの底面には、パッケージ本体1内部を介して外部端子4に電気的に接続される導電体5が設けられており、導電体5は半導体放射線検出素子2の下面側電極2kに電気的に接触している。一方、半導体放射線検出素子2の上面側電極2jは、導電性材料からなる窓材3の内面に電気的に接触し、これを介して凹領域1d周辺部に設けられた段差S上の電極6に接続されている。電極6はパッケージ本体1内部を介して外部端子7に電気的に接続されている。なお、図2及び図3に示すように、外部端子4及び7は、端部がパッケージ本体1の裏面側に位置するように外部が内側に屈曲しているが、これは外側に屈曲していてもよい。
【0014】
ここで、凹領域1dの底面の一部を構成する導電体1dの上部露出表面から段差Sの上部表面までの高さは、半導体放射線検出素子2の厚みに略等しく、したがって、窓材3を段差Sの上部表面上に配置した場合には、窓材3の内面は前記上部表面に設けられた電極6及び半導体放射線検出素子2の上面側電極2jに接触する。
【0015】
すなわち、窓材3を段差Sの上部表面上に配置するだけで、上面側電極2jと電極6とが窓材3を介して電気的に接続される。なお、窓材3と上面側電極2jとの間には導電性樹脂(銀ペースト)8が介在し、窓材3と電極6との間には導電性樹脂(銀ペースト)9が介在しており、これらを接着している。また、下面側電極2kと導電体5との間にも導電性樹脂(銀ペースト)10が介在し、これらを接着している。
【0016】
導電体5及び電極6はそれぞれ外部端子4及び7に接続されている。換言すれば、外部端子4及び7は、それぞれ半導体放射線検出素子2の下面側電極2k及び上面側電極2jに電気的に接続されており、外部端子4及び7間に電圧を印加することによって、下面側電極2k及び上面側電極2j間に介在するCdTe基板2sにバイアスを与えることができる。なお、窓材3は接地電位にしてある。
【0017】
CdTe基板2sにバイアスが与えられた状態で、窓材3にX線やガンマ線等の放射線が照射されると、窓材3は放射線透過性の材料であるアモルファスカーボンからなるので、放射線は窓材3を介してCdTe基板2sに入射する。放射線の入射に応じてCdTe基板2s内で発生した正孔及び電子は内部電界に従って電極2j及び2kにそれぞれ進行し、放射線検出電流として端子4と端子7との間を流れる。
【0018】
上述のように、半導体放射線検出素子2はCdTeからなり、窓材3はアモルファスカーボンからなるので、放射線を効率的に検出できると共にこれらの間の熱応力を低減させることができる。したがって、放射線検出器の強制冷却を行う場合においても検出器強度を維持することができ、更に高感度が検出を行うことができる。なお、窓材3の材料はベリリウムに置換することもできる。
【0019】
窓材3の周縁部とパッケージ本体1の内縁部、すなわち凹領域1dの外周部との間には封止材11が介在しており、凹領域1d内部の気密性を保持するよう凹領域1dを密閉している。凹領域1d内部は窒素やアルゴン等の不活性ガスで充満している。封止材11としてはシリコーンを用いる。
【0020】
上記放射線検出器の製造方法について説明する。
【0021】
まず、CdTe基板2sの上下面にAuやIn等の電極材料を蒸着し、上下面の電極2j,2kを形成する。一方、リードフレームが導電体5、電極6及び外部端子4,7となるようにこれを加工し、周囲をセラミックで成形してパッケージ本体1を形成する。
【0022】
次に、パッケージ本体1の導電体5上に小量の導電性樹脂11を塗布し、これを介して半導体放射線検出素子2をパッケージ本体1に接着する。接着においては半導体放射線検出素子2を軽く押さえると共に、これを真空オーブンに入れて80℃以下の温度で3時間ほど加熱して乾燥させる。導電性樹脂から気化するガスはオーブンの外へ排気されるため、半導体放射線検出素子2の清浄度は維持される。
【0023】
更に、段差Sの上面にある電極6と半導体放射線検出素子2の上面に少量の導電性樹脂を塗布する。これらの上に窓材3を載せて軽く押さえ、上記と同様に接着する。
【0024】
真空オーブンを窒素ガスでリークし、速やかに製造物を窒素ボックスに移動させ、封止材11で窓材3の周縁部と凹領域1dの外周部との間の隙間を埋め、室温にてこれを固化させ、放射線検出器が完成する。
【0025】
図4は、上記シリコーンによる凹領域1dの密閉前後における印加電圧(V)と暗電流(A)との関係を示すグラフである。密閉後の暗電流(A)は密閉前に比べて減少している。
【0026】
図5は、導電体5と外部端子4、及び電極6と外部端子7の変形配置例を示す放射線検出器の平面図である。なお、同図は半導体放射線検出素子2及び窓材3を外した状態を示す。図示のように、外部端子4及び7が同一方向に伸延するように、これらを導電体5及び電極6に接続してもよい。
【0027】
図6は、導電体5と外部端子4、及び電極6と外部端子7の別の変形配置例を示す放射線検出器の平面図である。なお、同図においても半導体放射線検出素子2及び窓材3を外した状態を示す。
【0028】
図7は、図6に示した放射線検出器のVII−VII矢印断面図である。図6及び図7に示すように、本放射線検出器においては、複数に分割された下面側電極2kを長さ方向に配列するように設け、それぞれの下面側電極2kに対応するように導電体5をそれぞれ設けている。
【0029】
なお、製造時においては、それぞれの下面側電極2kとそれぞれの導電体5が重なるように半導体放射線検出素子2を配置して導電体5に接着する。各下面側電極2kは、導電性樹脂10及び各導電体5を介して外部に露出した外部端子4に接続されている。また、上面側電極2jは共通電極であり、導電性樹脂8、窓材3、導電性樹脂9、電極6,6’を介して外部端子7に接続されている。
【0030】
また、導電体5及び電極6’はパッケージ本体1を厚み方向方向に貫通するスルーホール内に充填されており、NiやAu,Cuの合金等から構成されている。本例の放射線検出器の場合、放射線の入射位置に応じて、各外部端子4から出力される電流値が異なるので、放射線の入射位置を特定することができる。
【0031】
図8は、図1を用いて説明した放射線検出器100を複数組み合わせてなる放射線検出ユニットの断面図である。なお、外部端子4及び7は図1に示したものとは異なり、外側へ折り曲げてある。本放射線検出ユニットは、放射線検出器100を4つ備え、それぞれのパッケージ本体は放射線透過性の材料からなり、上下に隣接する一方の放射線検出器100の窓材3の露出表面上に、他方の前記放射線検出器100のパッケージ本体1の底面が位置するように、放射線検出器100を組み合わせてなる。なお、窓材3の露出表面とパッケージ本体1の底面との間には導電性樹脂が介在し、これらを接着している。
【0032】
パッケージ本体1はセラミックからなる。本放射線検出器ユニットは、最上段の放射線検出器を透過した放射線をその下段の検出器100で検出し、これを透過した放射線は更にその下段の検出器100で検出することができるので、更に検出感度を向上させることができる。なお、本実施の形態の放射線検出ユニットにおいては、放射線検出器100は少なくとも2つあればよい。
【0033】
以上、説明したように上記放射線検出器は、上下面に電極2j,2kを有する半導体放射線検出素子2をパッケージ本体1に設けられた凹領域1d内に配置し、凹領域1dを放射線透過性の窓材3で封止してなる放射線検出器において、窓材3が導電性材料からなると共に、半導体放射線検出素子2の電極の一方2kが凹領域1d内の導電体5に、他方2jが窓材3に電気的に接触している。
【0034】
本放射線検出器によれば、窓材3が導電性材料からなるため、ボンディングワイヤ等の配線を用いるスペースが不要となるため、窓材3と半導体放射線検出素子2とが接触するように近接させて放射線源から素子2までの距離を短くすることができる。放射線強度は距離の二乗に反比例するので、この近接によって検出感度を向上させることができ、且つ、窓材3は凹領域1dの封止機能も有しているため、構造が単純で、製造が容易となり、また、封止によって素子動作を安定させることができる。ここで、導電体5及び窓材3のそれぞれからパッケージ本体1外部へ露出するように延びた端子4,7を備えている。
【0035】
更に、半導体放射線検出素子2はCdTeからなり、窓材3はアモルファスカーボンからなるので、放射線を効率的に検出できると共にこれらの間の熱応力を低減させることができる。
【0036】
ここで、凹領域1d内の導電体5の面積は、半導体放射線検出素子2の導電体5側の電極2kの面積より小さい。したがって、凹領域1d内の空間を介して対向する窓材3と導電体5とによって構成されるキャパシタの容量は小さくなり、検出器の応答特性を向上させることができる。導電体5は、その面積を小さくするように、網目のような複数の開口領域を有することが好ましい。
【0037】
また、放射線検出器100を少なくとも2つ備え、それぞれのパッケージ本体1は放射線透過性の材料からなり、一方の放射線検出器の窓材3の露出表面上に、他方の放射線検出器のパッケージ本体1の底面が位置するように、放射線検出器100を組み合わせてなる放射線検出器ユニットは、一方の放射線検出器を透過した放射線を他方で検出することができるので、更に検出感度を向上させることができる。
【0038】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る放射線検出器及びユニットによれば、窓材に放射線透過、封止及び導電機能を持たせることにより、検出感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る放射線検出器の分解斜視図。
【図2】図1に示した放射線検出器のII−II矢印断面図。
【図3】図1に示した放射線検出器のIII−III矢印断面図。
【図4】シリコーンによる凹領域1dの密閉前後における印加電圧(V)と暗電流(A)との関係を示すグラフ。
【図5】導電体5と外部端子4、及び電極6と外部端子7の変形配置例を示す放射線検出器の平面図。
【図6】導電体5と外部端子4、及び電極6と外部端子7の別の変形配置例を示す放射線検出器の平面図。
【図7】図6に示した放射線検出器のVII−VII矢印断面図。
【図8】図1を用いて説明した放射線検出器100を複数組み合わせてなる放射線検出ユニットの断面図。
【符号の説明】
2j,2k…電極、2…半導体放射線検出素子、1…パッケージ本体、1d…凹領域、3…窓材。
Claims (4)
- 上下面に上面側電極及び下面側電極をそれぞれ有する半導体放射線検出素子をパッケージ本体に設けられた凹領域内に配置し、前記凹領域を放射線透過性の窓材で封止してなる放射線検出器において、
前記窓材が導電性材料からなると共に、
前記半導体放射線検出素子の前記下面側電極が前記凹領域内の導電体に接続され、この導電体から前記パッケージ本体外部へ露出するように端子が延びており、且つ、
前記窓材の内面は、前記凹領域の周辺部に設けられた段差上に設けられ、前記パッケージ本体外部へ露出するように延びた端子に接続された電極、及び、前記半導体放射線検出素子の前記上面側電極の双方に電気的に接続されている、
ことを特徴とする放射線検出器。 - 前記半導体放射線検出素子はCdTeからなり、前記窓材はアモルファスカーボンからなることを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
- 請求項1に記載の放射線検出器を少なくとも2つ備え、それぞれのパッケージ本体は放射線透過性の材料からなり、一方の前記放射線検出器の窓材の露出表面上に、他方の前記放射線検出器のパッケージ本体の底面が位置するように、前記放射線検出器を組み合わせてなる放射線検出器ユニット。
- 前記凹領域内の前記導電体の面積は、前記半導体放射線検出素子の前記導電体側の電極の面積より小さいことを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
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JP34310198A JP4138114B2 (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | 放射線検出器及び放射線検出ユニット |
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