JP4197557B2

JP4197557B2 - 放射線検出器

Info

Publication number: JP4197557B2
Application number: JP00196199A
Authority: JP
Inventors: 康弘富田
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1999-01-07
Filing date: 1999-01-07
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2019-01-07
Also published as: JP2000206257A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の放射線検出器は、特開昭６３−１８２８７０号公報に記載されている。同公報に記載の放射線検出器は、上下面に蒸着された電極膜を有する半導体放射線検出素子を複数積層してなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如く半導体放射線検出素子を複数積層したものの場合には、半導体放射線検出素子の側面に電極を設けるため、これにリード線を取り付けて、バイアス電位を印加することになるが、このような構造はバイアス電位の印加や取扱が困難であるいう問題点がある。本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、バイアス電位を容易に印加可能な放射線検出器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、請求項１に係る放射線検出器は、放射線入射方向に対して略垂直に配列した第１及び第２半導体放射線検出素子と、第１及び第２半導体放射線検出素子をその両面においてそれぞれ支持する単一の第１平板状共通電極とを備え、第１平板状共通電極と同一平面内に位置するように隣接した第２平板状共通電極を備え、第２平板状共通電極の両面には第３及び第４半導体放射線検出素子がそれぞれ支持されており、半導体放射線検出素子の共通電極の同一面側に位置するものを、共通電極と共にそれぞれ挟む２つの電極膜を更に備え、電極膜間に介在する導電性のスペーサを備えることを特徴とする。本放射線検出器によれば、共通電極が両面に設けられた半導体放射線検出素子を支持するため、構造的に従来のものよりも強固であるため取扱が容易であり、また、これに所定の電位を加え、導電性スペーサ及び電極膜を介して電位を与えることによって、半導体放射線検出素子に容易にバイアスを印加することができる。
【０００５】
特に、共通電極は半導体放射線検出素子の配置されるパッド部と、パッド部から延びるリードピン部とからなり、パッド部の面積が半導体放射線検出素子の面積よりも大きい場合には、半導体放射線検出素子をパッド部に容易に配置することができ、また、リードピン部に電位を与えることにより、半導体放射線検出素子に容易にバイアス電位を印加することができる。
【０００６】
双方の半導体放射線検出素子への放射線の入射によって発生したそれぞれのキャリアは、バイアス電圧にしたがって共通電極方向に向けて走行するが、この走行距離は、それぞれのキャリアにとっては、２つの半導体放射線検出素子を単一の半導体放射線検出素子で構成した場合の半分となる。したがって、この構造によれば、素子内におけるキャリアの再結合を抑制して高感度の放射線検出を行うことができる。
また、請求項２に係る放射線検出器においては、電極膜は、樹脂膜上に金属膜を形成してなることを特徴とする。
また、請求項３に係る放射線検出器においては、共通電極、電極膜及びこれらによって挟まれた半導体放射線検出素子を有する放射線検出素子アレイを複数備え、放射線検出素子アレイは共通電極の厚み方向に沿って配置され、且つ、それぞれの放射線検出素子アレイの長手方向は平行であることを特徴とする。
また、請求項４に係る放射線検出器においては、共通電極は放射線入射方向に延びるリードピン部を備えることを特徴とする。
また、請求項５に係る放射線検出器においては、共通電極は半導体放射線検出素子の配置されるパッド部と、パッド部から延びるリードピン部とからなり、パッド部の面積は半導体放射線検出素子の面積よりも大きいことを特徴とする。
また、請求項６に係る放射線検出器においては、複数のソケットを有する固定基板を更に備え、リードピン部記ソケットに差し込まれていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る放射線検出器について説明する。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。
【０００８】
図１は放射線検出器の単位ユニットを構成する放射線検出ユニット１０の斜視図である。このユニット１０は、放射線ｈνの入射方向に対して略垂直（Ｘ方向）に配列した第１及び第２半導体放射線検出素子１，２と、第１及び第２半導体放射線検出素子１，２をその両面においてそれぞれ支持する単一の第１平板状共通電極５とを備えている。なお、Ｘ、Ｙ及び入射方向ｈνは、互いに直交している。
【０００９】
第１及び第２半導体放射線検出素子１，２は、それぞれ、半導体チップ（ＣｄＴｅ）１ｓ，２ｓと、その両面に設けられた電極膜１ｆ，２ｆとを備えている。電極膜１ｆ，２ｆは、銀ペースト等の導電性樹脂からなり、内側の電極膜１ｆ，２ｆはチップ１ｓ，２ｓを共通電極５に固定している。勿論、電極膜１ｆ，２ｆは白金（Ｐｔ）からなることとしてもよく、この場合には、半導体放射線検出素子１，２の固定に、別途、銀ペーストを用いる。
【００１０】
直方体状の半導体放射線検出素子１，２は、それぞれＹ方向の長さ（＝２ｍｍ）がＸ方向よりの長さ（＝１ｍｍ）も長く、また、入射方向ｈνの長さ（＝４ｍｍ）がＹ方向よりも長い。半導体放射線検出素子１，２は、Ｘ方向を結晶成長（ＣｄＴｅ）の厚み方向としているため、その厚みが比較的薄い基板を用いたとしても、入射方向ｈνの長さ、すなわち、放射線吸収に寄与する長さは大きく設定することができる。
【００１１】
共通電極５は。放射線入射方向ｈνに延びるリードピン部５ｌを備えている。リードピン部５ｌは、入射方向ｈνに沿って延びる凹み溝５ｇを有することによって補強されている。これにより、ソケットにリードピン部５ｌを差し込む場合においても、リードピン部５ｌが曲がりにくくなるため、製造が容易となる。
【００１２】
共通電極５は、半導体放射線検出素子１，２の配置されるパッド部５ｐと、パッド部５ｐから放射線入射方向ｈνに沿って延びるリードピン部５ｌとからなる。パッド部５ｐの面積は半導体放射線検出素子１，２の面積よりも大きい。
【００１３】
したがって、半導体放射線検出素子１，２をパッド部５ｐに容易に配置することができ、また、リードピン部５ｌに電位を与えることにより、半導体放射線検出素子１，２に容易にバイアス電位を印加することができる。なお、本例では共通電極５は正電位に設定し、外側の電極膜１ｆ，２ｆはグランド電位に設定するが、この電位設定は相対的なものなので、これとは逆にすることも可能である。
【００１４】
双方の半導体放射線検出素子１，２への放射線の入射によって発生したそれぞれのキャリア（電子）は、バイアス電圧にしたがって共通電極５方向に向けて走行するが、この走行距離（Ｘ１とする）は、それぞれのキャリアにとっては、２つの半導体放射線検出素子を単一の半導体放射線検出素子で構成した場合の総走行距離（Ｘ１＋Ｘ１）の半分となる。したがって、この構造によれば、素子内におけるキャリアの再結合を抑制して高感度の放射線検出を行うことができる。
【００１５】
以上、この放射線検出器のユニット１０は、第１平板状共通電極５が両面に設けられた半導体放射線検出素子１，２を支持するため、構造的に従来のものよりも強固であるため取扱が容易であり、また、これに所定の電位を加えることによって、半導体放射線検出素子１，２に容易にバイアス電位を印加することができる。
【００１６】
図２は、複数の単位ユニット１０を具備してなる放射線検出素子アレイ４Ａ，４Ｂを組み合わせてなるアレイ構造体４及び固定基板６からなる構造体の組立工程を説明するためのこれらの立体分解図である。
【００１７】
放射線検出素子アレイ４Ａ、４Ｂは同一構造を有するため、ここでは放射線検出素子アレイ４Ａについてのみ説明する。
【００１８】
放射線検出素子アレイ４Ａは複数の単位ユニット１０を備えるが、各ユニット１０はＹ方向に沿って所定の隙間を保持して配列している。各ユニット１０の隣接するものについて説明すると、特定のユニット１０に隣接するユニット１０’は第１平板状共通電極５と同一平面（Ｙ−ｈν平面）内に位置するように隣接した第２平板状共通電極５’を備えており、第２平板状共通電極５’の両面には第３及び第４半導体放射線検出素子１’，２’がそれぞれ支持されている。
【００１９】
なお、放射線検出素子アレイ４ＡはＹ方向に配列した６個のユニット１０を備えるが、簡単のため、そのうちの２つ（１０、１０’）のみに符号を記す。
【００２０】
放射線検出素子アレイ４Ａは、半導体放射線検出素子１，２、１’，２’の共通電極５の同一面側に位置するもの（１，１’の組）及び（２，２’の組）を、共通電極５と共にそれぞれ挟む２つの電極膜７，８を更に備える。
【００２１】
この電極膜７，８は、それぞれ樹脂膜（ポリエチレンテレフタレート５０μｍ又はポリイミド２５μｍ）の両面上に金属膜（アルミ箔１０μｍ又は銅箔３５μｍ）を形成してなり、単独では厚み方向に可撓性を有する。
【００２２】
共通電極５と電極膜７，８との間には、２つの導電性スペーサ（ニッケルメッキ処理をした真鍮）Ｓ７，Ｓ８がそれぞれ介在している。スペーサＳ７，Ｓ８の垂直方向（Ｘ方向）の厚みは、それぞれ第１及び第２半導体放射線検出素子１，２の垂直方向（Ｘ方向）の厚みに等しく設定されている。スペーサＳ７，Ｓ８間には、共通電極５と略同一形状の電極５”が介在しており、これらに所定の電位を与えている。なお、スペーサＳ７，Ｓ８は単一のスペーサとしてもよく、この場合のスペーサの厚みはスペーサＳ７，Ｓ８の厚みに共通電極５の厚みを加えたものとなる。
【００２３】
電極５”にその直下のソケットＳからグランド電位を与えると、導電体からなるスペーサＳ７，Ｓ８、電極膜７，８を介して半導体放射線検出素子１，２の外側の電極膜１ｆ，２ｆにグランド電位が与えられる。なお、共通電極５にその直下のソケットＳから正電位を与えると、半導体放射線検出素子１，２の内側の電極膜１ｆ，２ｆに正電位が与えられる。
【００２４】
放射線検出素子アレイ４Ｂは、放射線検出素子アレイ４Ａと同一の構造を有するため、アレイ構造体４は、共通電極５及び電極膜７，８、これらによって挟まれた半導体放射線検出素子１，２、及びスペーサＳ７，Ｓ８を有する放射線検出素子アレイ４Ａ，４Ｂを複数備えることにより、放射線検出素子アレイ４Ａ，４Ｂは共通電極５の厚み方向（Ｘ方向）に沿って配置され、且つ、その長手方向（Ｙ方向）は平行である。
【００２５】
放射線検出素子アレイ４Ａ，４Ｂの長手方向（Ｙ方向）の両端部には、内部にネジ溝が設けられた貫通孔Ｈ１，Ｈ２が形成されている。詳細には、電極膜７，８の孔部はバカ穴であり、スペーサ７，８の孔部はネジ穴である。この貫通孔Ｈ１，Ｈ２にボルトＢ１，Ｂ２を差し込んでナットＮ１，Ｎ２でこれらを締めることにより、放射線検出素子アレイ４Ａ，４Ｂを互いに固定し、アレイ構造体４が完成する。なお、固定基板６に設けられた複数のソケットＳには、複数のリードピン部５ｌがそれぞれ差し込まれる。
【００２６】
以上、説明したように、複数のユニット１０を備えた検出素子アレイ４Ａ又は４Ｂは、Ｙ方向にユニット１０が配列しているため、Ｙ方向の放射線の一次元入射位置を検出することができ、これらのアレイ４Ａ，４Ｂを組み合わせてなるアレイ組立体４は、Ｘ及びＹ方向にユニット１０が配列しているため、ＸＹ平面内の放射線の二次元入射位置を検出することができる。
なお、上述の放射線検出器においては、図示しないパッケージ本体に設けられた開口を放射線透過性材料からなる図示しない窓材で封止してなるパッケージを更に備え、リードピン部５１の差し込まれた固定基板６は、放射線入射方向ｈνが窓材に対して略垂直となるようにパッケージ内に収容されていることとしてもよい。
【００２７】
次に、放射線検出素子アレイ４Ａの製造工程について説明する。
【００２８】
図３は、放射線検出素子アレイ４Ａの製造工程を説明するための放射線検出素子アレイ中間体の平面図である。図４は、図３に示した中間体をＩＶ−ＩＶ矢印方向からみた正面図、図５は中間体に電極膜７，８を設けるようすを図４と同一形式で示す説明図である。
【００２９】
まず、平板状のリン青銅板（銅下地に半田メッキを施したもの、又はニッケル下地に金メッキを施したもの）を用意し、これをプレス加工で打ち抜いて、Ｙ方向に延びる基部５０、及び基部５０からＺ方向（ｈν方向に一致）に沿って延びる複数のリードピン部５ｌ及びその先端に位置するパッド部５ｐを備えたリードフレームを形成する。また、リードピン部５ｌには凹み溝５ｇをプレス成形して形成する。
【００３０】
しかる後、パッド部５ｐの両面に、半導体放射線検出素子１，２及びスペーサＳ７，Ｓ８の内側面を導電性樹脂を用いて貼り付ける。全ての半導体放射線検出素子１，２の貼着後、電極膜７，８を導電性樹脂を用いて半導体放射線検出素子１，２及びスペーサＳ７，Ｓ８の外側面に貼り付ける。
【００３１】
最後に、図２に示したボルトＢ１，Ｂ２を締めた後、図３に示したＣ線に沿ってリードピン部５ｌの基部側を切断し、放射線検出素子アレイ４Ａが完成する。
【００３２】
図６は、上記組立体を備えた放射線検出器の斜視図である。検出素子アレイ４は固定基板６上に設けられており、固定基板６の下面側には信号読み出し回路（ＩＣ）１１が固定されている。検出素子アレイ４の各素子ユニット１０は、固定基板６を介してＩＣ１１に電気的に接続されており、各ユニット１０の電気的信号はＩＣ１１によって二次元的に読み出され、処理される。
【００３３】
【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は、第１平板状共通電極が両面に設けられた半導体放射線検出素子を支持するため、構造的に従来のものよりも強固であるため取扱が容易であり、また、これに所定の電位を加えることによって、半導体放射線検出素子に容易にバイアス電位を印加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】放射線検出器の単位ユニットを構成する放射線検出ユニット１０の斜視図。
【図２】アレイ構造体４及び固定基板６からなる構造体の立体分解図。
【図３】放射線検出素子アレイ４Ａの製造工程を説明するための放射線検出素子アレイ中間体の平面図。
【図４】図３に示した中間体をＩＶ−ＩＶ矢印方向からみた正面図。
【図５】中間体に電極膜７，８を設けるようすを図４と同一形式で示す説明図。
【図６】放射線検出器の斜視図。
【符号の説明】
ｈν…放射線入射方向、Ｘ…垂直方向、１，２…半導体放射線検出素子、５…平板状共通電極。

Claims

放射線入射方向に対して略垂直に配列した第１及び第２半導体放射線検出素子と、前記第１及び第２半導体放射線検出素子をその両面においてそれぞれ支持する単一の第１平板状共通電極とを備え、
前記第１平板状共通電極と同一平面内に位置するように隣接した第２平板状共通電極を備え、前記第２平板状共通電極の両面には第３及び第４半導体放射線検出素子がそれぞれ支持されており、
前記半導体放射線検出素子の前記共通電極の同一面側に位置するものを、前記共通電極と共にそれぞれ挟む２つの電極膜を更に備え、
前記電極膜間に介在する導電性のスペーサを備えることを特徴とする放射線検出器。
前記電極膜は、樹脂膜上に金属膜を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
前記共通電極、前記電極膜及びこれらによって挟まれた前記半導体放射線検出素子を有する放射線検出素子アレイを複数備え、前記放射線検出素子アレイは前記共通電極の厚み方向に沿って配置され、且つ、それぞれの前記放射線検出素子アレイの長手方向は平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線検出器。
前記共通電極は前記放射線入射方向に延びるリードピン部を備えることを特徴とする請求項３に記載の放射線検出器。
前記共通電極は前記半導体放射線検出素子の配置されるパッド部と、前記パッド部から延びるリードピン部とからなり、前記パッド部の面積は前記半導体放射線検出素子の面積よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の放射線検出器。
複数のソケットを有する固定基板を更に備え、前記リードピン部は前記ソケットに差し込まれていることを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。