JP5357488B2 - Radiation detector and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、放射線検出器及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a radiation detector and a manufacturing method thereof.

放射線検出器として、２つの光感応領域を有する半導体光検出素子を備えると共に、一方の光感応領域に対応して配置された低エネルギー放射線検出用のシンチレータと、他方の光感応領域に対応して配置された高エネルギー放射線検出用のシンチレータと、をそれぞれ備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、放射線検出器として、２つの光感応領域を有する半導体光検出素子を備えると共に、２つの光感応領域に対応して配置された低エネルギー放射線検出用のシンチレータと、低エネルギー放射線検出用のシンチレータと半導体光検出素子との間に位置し且つ２つの光感応領域に対応して配置された高エネルギー放射線検出用のシンチレータと、をそれぞれ備えるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
国際公開第９９／０８１３２号パンフレット 米国特許出願公開第２００７／０１５８５７３号明細書 As a radiation detector, a semiconductor photodetecting element having two photosensitive regions is provided, a scintillator for detecting low energy radiation arranged corresponding to one photosensitive region, and a corresponding photosensitive region There are known ones each including a scintillator for detecting high-energy radiation (see, for example, Patent Document 1). Moreover, a scintillator for detecting low energy radiation and a scintillator for detecting low energy radiation provided with a semiconductor photodetecting element having two photosensitive regions as a radiation detector and arranged corresponding to the two photosensitive regions And a scintillator for detecting high-energy radiation that is located between the semiconductor light-detecting element and disposed corresponding to the two light-sensitive regions is known (for example, see Patent Document 2). .
International Publication No. 99/08132 Pamphlet US Patent Application Publication No. 2007/0158573

しかしながら、特許文献１及び２に記載の放射線検出器は、ＳＮ比が低下するという問題点を有している。特許文献１に記載の放射線検出器では、低エネルギー放射線検出用のシンチレータは一方の光感応領域に対応して配置されているために低エネルギー放射線の入射面積が狭く、しかもその厚みが薄いことから、当該シンチレータにおける低エネルギー放射線に対応した発光量は比較的少ない。このため、半導体光検出素子の一方の光感応領域にて得られる信号、すなわち低エネルギー放射線の入射により得られる信号は小さくなってしまい、ＳＮ比が低下することとなる。   However, the radiation detectors described in Patent Documents 1 and 2 have a problem that the SN ratio is reduced. In the radiation detector described in Patent Document 1, since the scintillator for detecting low energy radiation is arranged corresponding to one light sensitive region, the incident area of the low energy radiation is narrow and the thickness is thin. The amount of light emission corresponding to low energy radiation in the scintillator is relatively small. For this reason, the signal obtained in one light sensitive region of the semiconductor photodetecting element, that is, the signal obtained by the incidence of low energy radiation is reduced, and the SN ratio is lowered.

特許文献２に記載の放射線検出器では、低エネルギー放射線検出用のシンチレータが２つの光感応領域に対応して配置されているために低エネルギー放射線の入射面積が広く、低エネルギー放射線検出用のシンチレータの発光量自体は比較的多い。しかしながら、低エネルギー放射線検出用のシンチレータにて発生した光は、半導体光検出素子の一方の光感応領域だけでなく他方の光感応領域にも到達するため、結果的に、一方の光感応領域に到達する光の量が少なくなってしまう。したがって、特許文献２に記載の放射線検出器であっても、半導体光検出素子の信号、すなわち低エネルギー放射線の入射により得られる信号は小さくなってしまい、ＳＮ比が低下することとなる。   In the radiation detector described in Patent Document 2, the scintillator for detecting low energy radiation has a large incident area for low energy radiation because the scintillator for detecting low energy radiation is arranged corresponding to the two photosensitive regions, and the scintillator for detecting low energy radiation. The amount of luminescence itself is relatively large. However, the light generated by the scintillator for detecting low-energy radiation reaches not only one light sensitive region of the semiconductor light detecting element but also the other light sensitive region, and as a result, reaches one of the light sensitive regions. The amount of light that reaches will be reduced. Therefore, even in the radiation detector described in Patent Document 2, the signal of the semiconductor photodetecting element, that is, the signal obtained by the incidence of the low energy radiation is reduced, and the SN ratio is lowered.

ところで、特許文献１及び２に記載の放射線検出器において、低エネルギー放射線検出用のシンチレータの面積及び半導体光検出素子の一方の光感応領域の面積の双方を大きく設定することにより、低エネルギー放射線の入射により一方の光感応領域にて得られる信号を大きくすることは可能である。しかしながら、これらの面積を大きくした場合、一方の光感応領域における接合容量も大きくなり、暗電流が増加して、ＳＮ比の向上が抑制されてしまう。   By the way, in the radiation detectors described in Patent Documents 1 and 2, by setting both the area of the scintillator for detecting low-energy radiation and the area of one photosensitive region of the semiconductor photodetector element, It is possible to increase the signal obtained in one light sensitive region by incidence. However, when these areas are increased, the junction capacitance in one photosensitive region is also increased, the dark current is increased, and the improvement of the SN ratio is suppressed.

そこで、本発明は、ＳＮ比の向上を図ることが可能な放射線検出器及びその製造方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the radiation detector which can aim at the improvement of S / N ratio, and its manufacturing method.

本発明に係る放射線検出器は、第１の光感応領域と第２の光感応領域とを有する半導体光検出素子と、第１及び第２の光感応領域に対応して配置された第１のシンチレータと、半導体光検出素子と第１のシンチレータとの間に位置し、第１の光感応領域に対応して配置された第２のシンチレータと、第１及び第２のシンチレータを覆うと共に、第２のシンチレータにおける第１の光感応領域に対向する領域の少なくとも一部に対応する第１の光出射領域と、第１のシンチレータにおける第２の光感応領域に対向する領域の少なくとも一部に対応する第２の光出射領域と、を有する光反射膜と、第２の光出射領域に対応して配置され、第１のシンチレータから出射した光を第２の光感応領域へと導くライトガイドと、を備えている。   A radiation detector according to the present invention includes a semiconductor photodetector having a first photosensitive region and a second photosensitive region, and a first detector disposed corresponding to the first and second photosensitive regions. A scintillator, a second scintillator positioned between the semiconductor photodetecting element and the first scintillator and disposed corresponding to the first photosensitive region, and the first and second scintillators; Corresponding to at least part of a region facing the first photosensitive region in the second scintillator and corresponding to at least part of the region facing the second photosensitive region in the first scintillator A light reflecting film having a second light emitting region, a light guide disposed corresponding to the second light emitting region, and guiding the light emitted from the first scintillator to the second light sensitive region It is equipped with.

本発明に係る放射線検出器では、第１のシンチレータは、第１及び第２の光感応領域に対応して配置されているために、放射線が入射する面積が広く、発光量が多くなる。また、第１のシンチレータにて発生した光は、第１のシンチレータが光反射膜で覆われていることから、光反射膜の第２の光出射領域からライトガイドを通して第２の光感応領域に入射することとなり、第２の光感応領域に入射する光の量も十分な値となる。これらの結果、第２の光感応領域にて得られる信号は大きくなり、ＳＮ比の向上を図ることができる。なお、第２のシンチレータにて発生した光は、第２のシンチレータも光反射膜で覆われていることから、光反射膜の第１の光出射領域から第１の光感応領域に入射することとなり、第１の光感応領域に入射する光の量も十分な値となる。   In the radiation detector according to the present invention, since the first scintillator is arranged corresponding to the first and second photosensitive regions, the area on which the radiation is incident is wide and the light emission amount is large. The light generated by the first scintillator is also covered with the light reflecting film in the first scintillator, so that the second light emitting area of the light reflecting film passes through the light guide to the second light sensitive area. The amount of light incident on the second photosensitive region is also a sufficient value. As a result, the signal obtained in the second photosensitive region becomes large, and the SN ratio can be improved. The light generated by the second scintillator is incident on the first light sensitive region from the first light emitting region of the light reflecting film because the second scintillator is also covered with the light reflecting film. Thus, the amount of light incident on the first photosensitive region is also a sufficient value.

好ましくは、第１の光出射領域の面積は、第１の光感応領域の面積よりも大きく設定され、ライトガイドの光出射面の面積は、第２の光感応領域の面積よりも大きく設定されている。この場合、第１及び第２の光感応領域と、第１及び第２のシンチレータ並びにライトガイドと、の位置合わせ精度が緩和されて、これらの位置合せを容易に行なうことができる。   Preferably, the area of the first light emitting region is set larger than the area of the first light sensitive region, and the area of the light emitting surface of the light guide is set larger than the area of the second light sensitive region. ing. In this case, the alignment accuracy of the first and second photosensitive regions, the first and second scintillators, and the light guide is relaxed, and the alignment can be easily performed.

好ましくは、半導体光検出素子は、第１の光感応領域と第２の光感応領域との間に位置し、第１の光感応領域と第２の光感応領域とを電気的に分離する分離領域を更に有している。この場合、第１の光感応領域と第２の光感応領域との間に発生するクロストークを低減することができる。   Preferably, the semiconductor light detection element is located between the first light sensitive region and the second light sensitive region, and electrically separates the first light sensitive region and the second light sensitive region. It further has a region. In this case, it is possible to reduce crosstalk that occurs between the first photosensitive region and the second photosensitive region.

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記の放射線検出器の製造方法であって、半導体光検出素子、第１のシンチレータ、第２のシンチレータ、及びライトガイドを用意する工程と、光反射膜を、該光反射膜が第２の光出射領域を含むように第１のシンチレータに形成して第１のユニットを得る工程と、光反射膜を、該光反射膜が第１の光出射領域を有すると共にライトガイドの光入出射面が露出するように、第２のシンチレータとライトガイドとを併置した状態で第２のシンチレータとライトガイドとに形成して第２のユニットを得る工程と、第１のユニットと第２のユニットとを結合して、半導体光検出素子に搭載する工程と、を備えている。   A method for manufacturing a radiation detector according to the present invention is a method for manufacturing the above-described radiation detector, the step of preparing a semiconductor photodetecting element, a first scintillator, a second scintillator, and a light guide, and light reflection Forming a first unit by forming a film on the first scintillator so that the light reflecting film includes the second light emitting region, and forming the light reflecting film with the first light emitting film. Forming the second scintillator and the light guide in a state where the second scintillator and the light guide are juxtaposed so that the light incident / exit surface of the light guide is exposed, and obtaining a second unit; The first unit and the second unit are combined and mounted on the semiconductor photodetecting element.

本発明に係る放射線検出器の製造方法では、ＳＮ比の向上を図り得る上述した放射線検出器を簡便に製造することができる。   In the manufacturing method of the radiation detector concerning the present invention, the above-mentioned radiation detector which can aim at improvement in S / N ratio can be manufactured simply.

本発明によれば、ＳＮ比の向上を図ることが可能な放射線検出器及びその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the radiation detector which can aim at the improvement of S / N ratio, and its manufacturing method can be provided.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.

図１〜図５を参照して、本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの構成を説明する。図１は、本実施形態に係る放射線検出器を示す斜視図である。図２は、図１のII−II線に沿った断面構成を示す図である。図３は、図１のIII−III線に沿った断面構成を示す図である。図４は、図１のIV−IV線に沿った断面構成を示す図である。図５は、本実施形態に係る放射線検出器の光反射膜及び光学樹脂を除く構成を示す分解斜視図である。   With reference to FIGS. 1-5, the structure of the radiation detector RD which concerns on this embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a perspective view showing a radiation detector according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line II-II in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line III-III in FIG. FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line IV-IV in FIG. FIG. 5 is an exploded perspective view showing a configuration excluding the light reflection film and the optical resin of the radiation detector according to the present embodiment.

放射線検出器ＲＤは、図１に示されるように、半導体光検出素子１と、シンチレータユニット１０と、を備えている。本実施形態の放射線検出器ＲＤでは、後述する一対の光感応領域５，６と当該一対の光感応領域５，６に対応する一つのシンチレータユニット１０とを含む検出ユニットが２×２配列されている。放射線検出器ＲＤは、例えば、空港等に設置される手荷物検査装置に用いられ、放射線検出器ＲＤの検出結果に基づいて、手荷物内の収容物を構成する物質を特定することができる。放射線検出器ＲＤは、２×２配列された検査ユニットを複数組備えているが、簡略化のため、各図では一組の検査ユニットのみを図示する。   As shown in FIG. 1, the radiation detector RD includes a semiconductor photodetector element 1 and a scintillator unit 10. In the radiation detector RD of this embodiment, 2 × 2 detection units including a pair of photosensitive regions 5 and 6 to be described later and one scintillator unit 10 corresponding to the pair of photosensitive regions 5 and 6 are arranged in 2 × 2. Yes. The radiation detector RD is used, for example, in a baggage inspection apparatus installed in an airport or the like, and can specify a substance constituting a contained item in the baggage based on a detection result of the radiation detector RD. Although the radiation detector RD includes a plurality of 2 × 2 array of inspection units, for simplification, only one set of inspection units is illustrated in each drawing.

半導体光検出素子１は、いわゆる表面入射型のホトダイオードアレイであり、Ｓｉからなる第１導電型（例えば、ｎ型）の半導体基板２を有している。半導体基板２には主面２ａ側において、複数（本実施形態では、二つ）の第２導電型（例えば、ｐ型）の半導体領域３，４が配列されている。各半導体領域３，４と半導体基板２との間で形成されるｐｎ接合により、各ホトダイオードの光感応領域５，６が構成されている。光感応領域５，６（半導体領域３，４）は、平面視において矩形形状を呈している。本実施形態では、光感応領域５，６の長辺の長さは例えば１．２５ｍｍに設定され、光感応領域５，６の短辺の長さは例えば２．７ｍｍに設定されている。光感応領域５，６の間隔は、例えば１５０μｍ程度に設定されている。   The semiconductor photodetecting element 1 is a so-called front-illuminated photodiode array, and has a first conductivity type (for example, n-type) semiconductor substrate 2 made of Si. A plurality (two in this embodiment) of second conductivity type (for example, p-type) semiconductor regions 3 and 4 are arranged on the main surface 2 a side of the semiconductor substrate 2. Photosensitive regions 5 and 6 of the respective photodiodes are constituted by pn junctions formed between the semiconductor regions 3 and 4 and the semiconductor substrate 2. The photosensitive regions 5 and 6 (semiconductor regions 3 and 4) have a rectangular shape in plan view. In this embodiment, the length of the long side of the photosensitive regions 5 and 6 is set to 1.25 mm, for example, and the length of the short side of the photosensitive regions 5 and 6 is set to 2.7 mm, for example. The interval between the photosensitive regions 5 and 6 is set to about 150 μm, for example.

光感応領域５（半導体領域３）と光感応領域６（半導体領域４）との間には、光感応領域５と光感応領域６とを電気的に分離する分離領域７が配置されている。分離領域７は、半導体基板２と同じ導電型、すなわち第１導電型の半導体領域により構成されており、不純物濃度が半導体基板２よりも高く設定されている。   Between the photosensitive region 5 (semiconductor region 3) and the photosensitive region 6 (semiconductor region 4), an isolation region 7 for electrically separating the photosensitive region 5 and the photosensitive region 6 is disposed. The isolation region 7 is configured by a semiconductor region of the same conductivity type as the semiconductor substrate 2, that is, a first conductivity type, and has an impurity concentration set higher than that of the semiconductor substrate 2.

半導体光検出素子１では、光感応領域５，６に光が入射すると、光が入射した光感応領域５，６において入射した光の光量に応じてキャリアが生成される。生成されたキャリアによる光電流は、光感応領域５，６に接続された電極（不図示）から取り出される。これにより、半導体光検出素子１は、光感応領域５，６に入射した光の光量に応じた信号をそれぞれ出力することとなる。   In the semiconductor light detection element 1, when light is incident on the light sensitive regions 5 and 6, carriers are generated according to the amount of light incident on the light sensitive regions 5 and 6 where the light is incident. Photocurrent generated by the generated carriers is taken out from electrodes (not shown) connected to the photosensitive regions 5 and 6. As a result, the semiconductor light detection element 1 outputs a signal corresponding to the amount of light incident on the photosensitive regions 5 and 6, respectively.

半導体基板２の主面２ｂ側には、半導体光検出素子１を基板に実装するためのバンプ電極８が配置されている。バンプ電極８は、光感応領域５，６に接続された電極と電気的に接続されている。   On the main surface 2b side of the semiconductor substrate 2, bump electrodes 8 for mounting the semiconductor photodetecting element 1 on the substrate are arranged. The bump electrode 8 is electrically connected to the electrodes connected to the photosensitive regions 5 and 6.

シンチレータユニット１０は、半導体基板２には主面２ａ側に配置されており、図２〜図５に示されるように、第１のシンチレータ１１、第２のシンチレータ１３、及びライトガイド１５を有している。シンチレータユニット１０と半導体光検出素子１とは、所望の屈折率を有する光学樹脂２０により接着されている。光学樹脂２０により、シンチレータユニット１０から出射した光が効率よく半導体光検出素子１に入射することとなる。光学樹脂２０を構成する材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。   The scintillator unit 10 is disposed on the main surface 2a side of the semiconductor substrate 2, and includes a first scintillator 11, a second scintillator 13, and a light guide 15, as shown in FIGS. ing. The scintillator unit 10 and the semiconductor light detection element 1 are bonded by an optical resin 20 having a desired refractive index. With the optical resin 20, the light emitted from the scintillator unit 10 efficiently enters the semiconductor light detection element 1. Examples of the material constituting the optical resin 20 include an epoxy resin, an acrylic resin, a urethane resin, a silicone resin, and a fluororesin.

第１のシンチレータ１１は、平板形状を呈しており、光感応領域５，６に対応して配置されている。すなわち、第１のシンチレータ１１は、放射線の入射方向から見て光感応領域５，６全体が隠れるように光感応領域５，６を覆っており、光感応領域５，６の上方に位置している。第１のシンチレータ１１は、平面視において矩形形状を呈しており、その大きさは例えば２．８ｍｍ×２．８ｍｍに設定されている。第１のシンチレータ１１の厚みは、例えば０．３〜０．５ｍｍに設定されている。   The first scintillator 11 has a flat plate shape and is arranged corresponding to the photosensitive regions 5 and 6. That is, the first scintillator 11 covers the photosensitive regions 5 and 6 so that the entire photosensitive regions 5 and 6 are hidden when viewed from the incident direction of radiation, and is positioned above the photosensitive regions 5 and 6. Yes. The first scintillator 11 has a rectangular shape in plan view, and the size thereof is set to, for example, 2.8 mm × 2.8 mm. The thickness of the first scintillator 11 is set to, for example, 0.3 to 0.5 mm.

第２のシンチレータ１３は、柱形状（本実施形態では、四角柱形状）を呈しており、第１のシンチレータ１１と半導体光検出素子１との間に位置し、光感応領域５に対応して配置されている。すなわち、第２のシンチレータ１３は、放射線の入射方向から見て光感応領域５のみが隠れるように光感応領域５を覆っており、光感応領域５の上方に位置している。したがって、光感応領域６の上方には、第２のシンチレータ１３は位置していない。第２のシンチレータ１３は、平面視において矩形形状を呈しており、その大きさは例えば１．３５ｍｍ×２．８ｍｍに設定されている。第２のシンチレータ１３の高さ（厚み）は、例えば３．０ｍｍ程度に設定されている。   The second scintillator 13 has a columnar shape (in this embodiment, a quadrangular columnar shape), is positioned between the first scintillator 11 and the semiconductor photodetector 1, and corresponds to the photosensitive region 5. Has been placed. That is, the second scintillator 13 covers the photosensitive region 5 so that only the photosensitive region 5 is hidden when viewed from the incident direction of radiation, and is positioned above the photosensitive region 5. Therefore, the second scintillator 13 is not located above the photosensitive region 6. The second scintillator 13 has a rectangular shape in plan view, and the size thereof is set to, for example, 1.35 mm × 2.8 mm. The height (thickness) of the second scintillator 13 is set to about 3.0 mm, for example.

放射線は、シンチレータユニット１０の第１のシンチレータ１１側からシンチレータユニット１０に入射する。入射した放射線は、その入射エネルギーの高さに応じて、侵入深さが異なり、入射エネルギーが高いものほど深くまで侵入する。シンチレータユニット１０に入射した放射線は、第１及び第２のシンチレータ１１，１３に入射エネルギーに応じた侵入深さまで到達して、到達点において第１及び第２のシンチレータ１１，１３のいずれかを発光させる。したがって、第１のシンチレータ１１では低エネルギー（例えば、３０〜６０ｋｅＶ）の放射線が到達することにより光（シンチレーション光）が発生し、第２のシンチレータ１３では高エネルギー（例えば、５０〜１５０ｋｅＶ）の放射線が到達することにより光（シンチレーション光）が発生することとなる。また、第１のシンチレータ１１の厚みに応じて、放射線（入射エネルギー）が弁別されることとなる。   Radiation enters the scintillator unit 10 from the first scintillator 11 side of the scintillator unit 10. The incident radiation has different penetration depths depending on the height of the incident energy, and the higher the incident energy, the deeper the penetration. The radiation incident on the scintillator unit 10 reaches the first and second scintillators 11 and 13 to the penetration depth corresponding to the incident energy, and emits one of the first and second scintillators 11 and 13 at the arrival point. Let Therefore, light (scintillation light) is generated when low energy (for example, 30 to 60 keV) radiation arrives in the first scintillator 11, and high energy (for example, 50 to 150 keV) radiation in the second scintillator 13. As a result, light (scintillation light) is generated. Further, radiation (incident energy) is discriminated according to the thickness of the first scintillator 11.

第１及び第２のシンチレータ１１，１３を構成する材料としては、例えば、ＴｌをドープしたＣｓＩ、ＣｄＷＯ４（ＣＷＯ）、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：ＰｒやＧｄ２Ｏ２Ｓ：ＴｂといったＧＯＳ（硫酸化ガドリニウム）等が挙げられる。第１のシンチレータ１１を構成する材料と第２のシンチレータ１３を構成する材料とは、同じでもよく、また異なっていてもよい。 Examples of the material constituting the first and second scintillators 11 and 13 include GOS (sulfuric acid) such as CsI doped with Tl, CdWO 4 (CWO), Gd 2 O 2 S: Pr, and Gd 2 O 2 S: Tb. Gadolinium) and the like. The material constituting the first scintillator 11 and the material constituting the second scintillator 13 may be the same or different.

ライトガイド１５は、柱形状（本実施形態では、四角柱形状）を呈しており、第１のシンチレータ１１と半導体光検出素子１との間に位置し、光感応領域６に対応して配置されている。すなわち、ライトガイド１５は、放射線の入射方向から見て光感応領域６のみが隠れるように光感応領域６を覆っており、光感応領域６の上方に位置している。ライトガイド１５は、平面視において矩形形状を呈しており、その大きさは例えば１．３５ｍｍ×２．８ｍｍに設定されている。ライトガイド１５の高さは、例えば３．７ｍｍ程度に設定されている。ライトガイド１５を構成する材料としては、ガラスや透明エポキシ樹脂等が挙げられる。   The light guide 15 has a columnar shape (in this embodiment, a quadrangular columnar shape), is positioned between the first scintillator 11 and the semiconductor light detection element 1, and is disposed corresponding to the photosensitive region 6. ing. That is, the light guide 15 covers the photosensitive region 6 so that only the photosensitive region 6 is hidden when viewed from the incident direction of radiation, and is positioned above the photosensitive region 6. The light guide 15 has a rectangular shape in plan view, and the size thereof is set to 1.35 mm × 2.8 mm, for example. The height of the light guide 15 is set to about 3.7 mm, for example. Examples of the material constituting the light guide 15 include glass and transparent epoxy resin.

ところで、第１及び第２のシンチレータ１１，１３は、遮光膜としても機能する光反射膜１７にて覆われている。光反射膜１７は、第１の光出射領域１７ａ及び第２の光出射領域１７ｂを有している。光反射膜１７を構成する材料としては、ＰＥＴシートやＴｉＯ２を混練したエポキシ樹脂等が挙げられる。   The first and second scintillators 11 and 13 are covered with a light reflecting film 17 that also functions as a light shielding film. The light reflecting film 17 has a first light emitting region 17a and a second light emitting region 17b. Examples of the material constituting the light reflecting film 17 include a PET sheet and an epoxy resin kneaded with TiO2.

第１の光出射領域１７ａは、第２のシンチレータ１３における光感応領域５に対向する領域の少なくとも一部に対応している。本実施形態では、第１の光出射領域１７ａは、第２のシンチレータ１３の半導体光検出素子１（光感応領域５）に対向する面１３ａ全体に対応しており、当該面１３ａ全体を露出させている。したがって、第２のシンチレータ１３は、半導体光検出素子１に対向する面１３ａを除くすべての外表面が光反射膜１７に覆われることとなり、面１３ａが第２のシンチレータ１３にて発生した光の出射面となる。第１の光出射領域１７ａは、第２のシンチレータ１３の半導体光検出素子１に対向する面１３ａ全体に対応している必要はなく、当該面１３ａの少なくとも一部に対応している、すなわち、面１３ａの少なくとも一部を露出させていればよい。   The first light emission region 17 a corresponds to at least a part of the region facing the light sensitive region 5 in the second scintillator 13. In the present embodiment, the first light emission region 17a corresponds to the entire surface 13a of the second scintillator 13 facing the semiconductor light detection element 1 (photosensitive region 5), and exposes the entire surface 13a. ing. Accordingly, in the second scintillator 13, all the outer surfaces except the surface 13 a facing the semiconductor light detection element 1 are covered with the light reflecting film 17, and the surface 13 a has the light generated by the second scintillator 13. It becomes an emission surface. The first light emission region 17a does not need to correspond to the entire surface 13a of the second scintillator 13 facing the semiconductor light detection element 1, and corresponds to at least a part of the surface 13a. It is sufficient that at least a part of the surface 13a is exposed.

第２の光出射領域１７ｂは、第１のシンチレータ１１における光感応領域６に対向する領域の少なくとも一部に対応している。本実施形態では、第２の光出射領域１７ｂは、第１のシンチレータ１１の半導体光検出素子１側の面のうち光感応領域６に対向する領域１１ａのみに対応しており、当該領域１１ａ全体を露出させている。したがって、第１のシンチレータ１１は、領域１１ａを除くすべての外表面が光反射膜１７に覆われることとなり、領域１１ａが第１のシンチレータ１１にて発生した光の出射面となる。第２の光出射領域１７ｂは、第２のシンチレータ１３の光感応領域６に対向する領域１１ａ全体に対応している必要はなく、当該領域１１ａの少なくとも一部に対応している、すなわち、領域１１ａの少なくとも一部を露出させていればよい。   The second light emission region 17 b corresponds to at least a part of a region facing the light sensitive region 6 in the first scintillator 11. In the present embodiment, the second light emission region 17b corresponds to only the region 11a facing the photosensitive region 6 in the surface of the first scintillator 11 on the semiconductor light detection element 1 side, and the entire region 11a is concerned. Is exposed. Accordingly, in the first scintillator 11, all outer surfaces except the region 11 a are covered with the light reflecting film 17, and the region 11 a becomes an emission surface of the light generated by the first scintillator 11. The second light emitting region 17b does not need to correspond to the entire region 11a facing the photosensitive region 6 of the second scintillator 13, and corresponds to at least a part of the region 11a. It is sufficient that at least a part of 11a is exposed.

ライトガイド１５は、第１のシンチレータ１１に対向する面１５ａが第１のシンチレータ１１の領域１１ａに接触している。ライトガイド１５も、第１のシンチレータ１１に対向する面１５ａと光感応領域６に対向する面１５ｂを除いてすべての側面が光反射膜１７に覆われている。したがって、第１のシンチレータ１１に対向する面１５ａが第１のシンチレータ１１にて発生した光の入射面となり、光感応領域６に対向する面１５ｂがライトガイド１５からの光の出射面となる。これにより、第１のシンチレータから出射した光は、ライトガイド１５を通して、光感応領域６へ導かれることとなる。   The light guide 15 has a surface 15 a facing the first scintillator 11 that is in contact with the region 11 a of the first scintillator 11. All the side surfaces of the light guide 15 are also covered with the light reflecting film 17 except for the surface 15 a facing the first scintillator 11 and the surface 15 b facing the photosensitive region 6. Therefore, the surface 15 a facing the first scintillator 11 is an incident surface for light generated by the first scintillator 11, and the surface 15 b facing the photosensitive region 6 is an exit surface for light from the light guide 15. Thereby, the light emitted from the first scintillator is guided to the photosensitive region 6 through the light guide 15.

シンチレータユニット１０は、放射線フィルタ１９を更に有している。放射線フィルタ１９は、第１のシンチレータ１１と第２のシンチレータ１３との間に配置されており、低エネルギーの放射線を遮断することにより第２のシンチレータ１３に入射する放射線（入射エネルギー）を弁別する。放射線フィルタ１９は、平面視において矩形形状を呈しており、その大きさは例えば１．２５ｍｍ×２．７ｍｍに設定されている。放射線フィルタ１９の厚みは、例えば０．５ｍｍ程度に設定されている。放射線フィルタ１９を構成する材料としては、Ｃｕ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｍｏ等の金属が挙げられる。   The scintillator unit 10 further includes a radiation filter 19. The radiation filter 19 is disposed between the first scintillator 11 and the second scintillator 13 and discriminates radiation (incident energy) incident on the second scintillator 13 by blocking low-energy radiation. . The radiation filter 19 has a rectangular shape in plan view, and the size thereof is set to, for example, 1.25 mm × 2.7 mm. The thickness of the radiation filter 19 is set to about 0.5 mm, for example. Examples of the material constituting the radiation filter 19 include metals such as Cu, Pb, Ag, and Mo.

以下、放射線検出器ＲＤの動作について説明する。   Hereinafter, the operation of the radiation detector RD will be described.

放射線検出器ＲＤに入射した放射線のうち、主に低エネルギーの放射線は第１のシンチレータ１１に到達して、第１のシンチレータ１１を発光させる。第１のシンチレータ１１にて発生した光は、第１のシンチレータ１１が領域１１ａを除いて光反射膜１７に覆われていることから、領域１１ａから面１５ａを通してライトガイド１５に入射する。ライトガイド１５に入射した光は、ライトガイド１５内を通り、面１５ｂから出射する。ライトガイド１５の面１５ｂから出射した光は、光感応領域６に入射する。これらにより、低エネルギーの放射線の入射により第１のシンチレータ１１にて発生した光が光感応領域６にて検出され、発生した光の強度に対応した信号が半導体光検出素子１から出力される。   Of the radiation incident on the radiation detector RD, mainly low-energy radiation reaches the first scintillator 11 and causes the first scintillator 11 to emit light. The light generated in the first scintillator 11 is incident on the light guide 15 from the region 11a through the surface 15a because the first scintillator 11 is covered with the light reflecting film 17 except for the region 11a. The light incident on the light guide 15 passes through the light guide 15 and exits from the surface 15b. The light emitted from the surface 15 b of the light guide 15 enters the photosensitive region 6. As a result, light generated in the first scintillator 11 due to incidence of low-energy radiation is detected in the photosensitive region 6, and a signal corresponding to the intensity of the generated light is output from the semiconductor light detection element 1.

放射線検出器ＲＤに入射した放射線のうち、主に高エネルギーの放射線は第１のシンチレータ１１及び放射線フィルタ１９にて弁別された後、第２のシンチレータ１３に到達して、第２のシンチレータ１３を発光させる。第２のシンチレータ１３にて発生した光は、第２のシンチレータ１３が面１３ａを除いて光反射膜１７に覆われていることから、面１３ａから出射される。第２のシンチレータ１３の面１３ａから出射した光は、光学樹脂２０を通って光感応領域５に入射する。これらにより、高エネルギーの放射線の入射により第２のシンチレータ１３にて発生した光が光感応領域５にて検出され、発生した光の強度に対応した信号が半導体光検出素子１から出力される。   Of the radiation incident on the radiation detector RD, high-energy radiation is mainly discriminated by the first scintillator 11 and the radiation filter 19 and then reaches the second scintillator 13 where the second scintillator 13 Make it emit light. The light generated in the second scintillator 13 is emitted from the surface 13a because the second scintillator 13 is covered with the light reflecting film 17 except for the surface 13a. The light emitted from the surface 13 a of the second scintillator 13 enters the photosensitive region 5 through the optical resin 20. As a result, light generated in the second scintillator 13 due to incidence of high-energy radiation is detected in the photosensitive region 5, and a signal corresponding to the intensity of the generated light is output from the semiconductor light detection element 1.

以下、図６〜図１３を参照して、放射線検出器ＲＤの製造方法について説明する。図６〜図１３は、本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。   Hereinafter, a method for manufacturing the radiation detector RD will be described with reference to FIGS. 6-13 is a figure for demonstrating the manufacturing method of the radiation detector RD which concerns on this embodiment.

まず、平板形状のシンチレータ母材３０を用意し（図６参照）、当該シンチレータ母材を検出ユニット（シンチレータユニット１０）に対応させて分割する（図７参照）。これにより、複数の第１のシンチレータ１１がシンチレータユニット１０の配列に対応させて配置された状態で用意されることとなる。シンチレータ母材３０の分割は、ダイシング等の既存の手法により行なうことができる。   First, a plate-shaped scintillator base material 30 is prepared (see FIG. 6), and the scintillator base material is divided corresponding to the detection unit (scintillator unit 10) (see FIG. 7). As a result, the plurality of first scintillators 11 are prepared in a state of being arranged corresponding to the arrangement of the scintillator units 10. The scintillator base material 30 can be divided by an existing method such as dicing.

次に、各第１のシンチレータ１１に光反射材料を付与して光反射膜１７の一部を形成すると共に、各第１のシンチレータ１１を一体化する（図８参照）。このとき、第１のシンチレータ１１は、第１のシンチレータ１１の面（図８において、下面）を除いて、光反射膜１７に覆われることとなる。すなわち、光反射膜１７は、第２の光出射領域１７ｂを含んで形成されることとなる。   Next, a light reflecting material is applied to each first scintillator 11 to form a part of the light reflecting film 17, and each first scintillator 11 is integrated (see FIG. 8). At this time, the first scintillator 11 is covered with the light reflecting film 17 except for the surface (the lower surface in FIG. 8) of the first scintillator 11. That is, the light reflecting film 17 is formed including the second light emitting region 17b.

これらにより、シンチレータユニット１０の配列に対応して配置された複数の第１のシンチレータ１１を含むユニットＵ１が得られる。   As a result, a unit U1 including a plurality of first scintillators 11 arranged corresponding to the arrangement of the scintillator units 10 is obtained.

また、四角柱形状のシンチレータ母材３１を用意し、シンチレータ母材の長手方向に沿う一面に、光反射膜３２と放射線フィルタ３３との積層構造体を形成する（図９参照）。光反射膜３２は、光反射材料の付与により形成することができる。放射線フィルタ３３は、光反射膜３２と接着剤により貼り合わされることにより形成することができる。   Further, a quadrangular prism-shaped scintillator base material 31 is prepared, and a laminated structure of the light reflecting film 32 and the radiation filter 33 is formed on one surface along the longitudinal direction of the scintillator base material (see FIG. 9). The light reflecting film 32 can be formed by applying a light reflecting material. The radiation filter 33 can be formed by being bonded to the light reflecting film 32 with an adhesive.

次に、光反射膜３２と放射線フィルタ３３との積層構造体が形成されたシンチレータ母材３１を第２のシンチレータ１３の大きさに合わせて分割する（図１０参照）。これにより、第２のシンチレータ１３が用意されることとなる。第２のシンチレータ１３には、光反射膜１７の一部と放射線フィルタ１９とが形成されている。   Next, the scintillator base material 31 in which the laminated structure of the light reflecting film 32 and the radiation filter 33 is formed is divided according to the size of the second scintillator 13 (see FIG. 10). Thereby, the 2nd scintillator 13 will be prepared. A part of the light reflecting film 17 and a radiation filter 19 are formed on the second scintillator 13.

次に、ライトガイド１５を用意する。そして、ライトガイド１５と第２のシンチレータ１３とを、シンチレータユニット１０の配列に対応させて併置する（図１１参照）。ライトガイド１５の高さは、第２のシンチレータ１３の高さと光反射膜１７の一部及び放射線フィルタ１９の厚みとの和と同等に設定されている。   Next, the light guide 15 is prepared. Then, the light guide 15 and the second scintillator 13 are juxtaposed in correspondence with the arrangement of the scintillator units 10 (see FIG. 11). The height of the light guide 15 is set to be equal to the sum of the height of the second scintillator 13 and a part of the light reflecting film 17 and the thickness of the radiation filter 19.

次に、併置されたライトガイド１５及び第２のシンチレータ１３の側面に光反射材料を付与し、光反射膜１７の一部を形成する（図１２参照）。このとき、ライトガイド１５と第２のシンチレータ１３とは、ライトガイド１５の面１５ａ，１５ｂ及び第２のシンチレータ１３の面１３ａを除いて、光反射膜１７に覆われることとなる。光反射膜１７は、第１の光出射領域１７ａを有するように形成されることとなる。   Next, a light reflecting material is applied to the side surfaces of the light guide 15 and the second scintillator 13 that are juxtaposed to form a part of the light reflecting film 17 (see FIG. 12). At this time, the light guide 15 and the second scintillator 13 are covered with the light reflecting film 17 except for the surfaces 15 a and 15 b of the light guide 15 and the surface 13 a of the second scintillator 13. The light reflecting film 17 is formed to have the first light emitting region 17a.

これらにより、シンチレータユニット１０の配列に対応して配置されたそれぞれ複数のライトガイド１５及び第２のシンチレータ１３を含むユニットＵ２が得られる。   As a result, a unit U2 including a plurality of light guides 15 and a second scintillator 13 arranged corresponding to the arrangement of the scintillator units 10 is obtained.

次に、ユニットＵ１とユニットＵ２とを結合する（図１３参照）。ここでは、光反射膜１７から露出しているライトガイド１５の面１５ａと第１のシンチレータ１１の下面とが接触するように、ユニットＵ２の上にユニットＵ１を載置する。ユニットＵ１とユニットＵ２との結合は、光透過性を有する接着剤により貼り合わせることにより行なうことができる。ユニットＵ１とユニットＵ２とが結合して、第１のシンチレータ１１の下面の一部がユニットＵ２の光反射膜１７により覆われることにより、第２の光出射領域１７ｂが形成されることとなる。   Next, the unit U1 and the unit U2 are coupled (see FIG. 13). Here, the unit U1 is placed on the unit U2 so that the surface 15a of the light guide 15 exposed from the light reflecting film 17 and the lower surface of the first scintillator 11 are in contact with each other. The unit U1 and the unit U2 can be bonded together by bonding with a light-transmitting adhesive. The unit U1 and the unit U2 are combined, and a part of the lower surface of the first scintillator 11 is covered with the light reflecting film 17 of the unit U2, whereby the second light emitting region 17b is formed.

その後、結合されたユニットＵ１，Ｕ２を、用意した半導体光検出素子１に、第２のシンチレータ１３の面１３ａと光感応領域５とが対向すると共にライトガイド１５の面１５ｂが光感応領域６とが対向するように、位置決めして搭載する。このとき、半導体光検出素子１とユニットＵ２との間は、光透過性を有する光学樹脂で接着する。これにより、図１〜５に示された放射線検出器ＲＤが得られることとなる。   Thereafter, the combined unit U1, U2 faces the prepared semiconductor photodetecting element 1, the surface 13a of the second scintillator 13 and the photosensitive region 5 are opposed to each other, and the surface 15b of the light guide 15 is connected to the photosensitive region 6. Are mounted so that they face each other. At this time, the semiconductor photodetecting element 1 and the unit U2 are bonded with an optical resin having optical transparency. Thereby, the radiation detector RD shown in FIGS. 1 to 5 is obtained.

以上のように、本実施形態では、第１のシンチレータ１１は、光感応領域５，６に対応して配置されているために、放射線が入射する面積が広く、発光量が多くなる。また、第１のシンチレータ１１にて発生した光は、第１のシンチレータ１１が光反射膜１７で覆われていることから、光反射膜１７の第２の光出射領域１７ｂからライトガイド１５を通して光感応領域６に入射することとなり、光感応領域６に入射する光の量も十分な値となる。これらの結果、光感応領域６にて得られる信号は大きくなり、放射線検出器ＲＤにおけるＳＮ比の向上を図ることができる。   As described above, in the present embodiment, since the first scintillator 11 is disposed corresponding to the photosensitive regions 5 and 6, the radiation incident area is wide and the light emission amount is increased. Further, the light generated by the first scintillator 11 is transmitted through the light guide 15 from the second light emitting region 17 b of the light reflecting film 17 because the first scintillator 11 is covered with the light reflecting film 17. The light enters the sensitive region 6, and the amount of light incident on the light sensitive region 6 is also a sufficient value. As a result, the signal obtained in the photosensitive region 6 is increased, and the SN ratio in the radiation detector RD can be improved.

このように、本実施形態では、第１のシンチレータ１１にて発生した光を効率よく光感応領域６に導いている構成となるため、光感応領域６の面積を広くすることなく、得られる信号を大きくできる。したがって、光感応領域６の面積を広くすることによる暗電流の増加等の問題点が生じ難く、ＳＮ比の向上を抑制することはない。   As described above, in the present embodiment, since the light generated in the first scintillator 11 is efficiently guided to the photosensitive region 6, the signal obtained without increasing the area of the photosensitive region 6 can be obtained. Can be increased. Therefore, problems such as an increase in dark current due to an increase in the area of the photosensitive region 6 are unlikely to occur, and an improvement in the SN ratio is not suppressed.

第２のシンチレータ１３にて発生した光は、第２のシンチレータ１３も光反射膜１７で覆われていることから、光反射膜１７の第１の光出射領域１７ａから光感応領域５に入射することとなる。この結果、光感応領域５に入射する光の量も十分な値となる。   The light generated in the second scintillator 13 is incident on the light sensitive region 5 from the first light emitting region 17a of the light reflecting film 17 because the second scintillator 13 is also covered with the light reflecting film 17. It will be. As a result, the amount of light incident on the photosensitive region 5 is also a sufficient value.

本実施形態では、上述したように、第１の光出射領域１７ａ（第２のシンチレータ１３の面１３ａ）の面積は、光感応領域５の面積よりも大きく設定され、ライトガイド１５の面１５ｂの面積は、光感応領域６の面積よりも大きく設定されている。これにより、光感応領域５，６と、第１及び第２のシンチレータ１１，１３並びにライトガイド１５と、の位置合わせ精度が緩和されて、これらの位置合せを容易に行なうことができる。   In the present embodiment, as described above, the area of the first light emitting region 17a (the surface 13a of the second scintillator 13) is set larger than the area of the photosensitive region 5, and the surface 15b of the light guide 15 is The area is set larger than the area of the photosensitive region 6. Thereby, the alignment accuracy of the photosensitive regions 5, 6 and the first and second scintillators 11, 13 and the light guide 15 is relaxed, and these alignments can be easily performed.

本実施形態では、半導体光検出素子１は、光感応領域５と光感応領域６との間に位置し、光感応領域５と光感応領域６とを電気的に分離する分離領域７を有している。これにより、光感応領域５と光感応領域６との間に発生するクロストークを低減することができる。   In the present embodiment, the semiconductor light detection element 1 has a separation region 7 that is located between the light sensitive region 5 and the light sensitive region 6 and electrically separates the light sensitive region 5 and the light sensitive region 6. ing. Thereby, the crosstalk which generate | occur | produces between the photosensitive region 5 and the photosensitive region 6 can be reduced.

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本実施形態に係る放射線検出器ＲＤのシンチレータユニット１０は、放射線フィルタ１９を備えているが、図１４に示されるように、シンチレータユニット１０は、放射線フィルタ１９を備えていなくてもよい。第１のシンチレータ１１の厚みに応じて、放射線（入射エネルギー）が弁別されることとなるため、弁別する放射線によっては、放射線フィルタ１９が不要となる。   Although the scintillator unit 10 of the radiation detector RD according to the present embodiment includes the radiation filter 19, the scintillator unit 10 may not include the radiation filter 19 as illustrated in FIG. 14. Since radiation (incident energy) is discriminated according to the thickness of the first scintillator 11, the radiation filter 19 becomes unnecessary depending on the radiation to be discriminated.

本実施形態に係る放射線検出器ＲＤのシンチレータユニット１０では、ライトガイド１５の面１５ｂの面積（ライトガイド１５の断面積）と第２のシンチレータ１３の面１３ａの面積（第２のシンチレータ１３の断面積）とが同等に設定されているが、これに限られない。例えば、図１５に示されるように、ライトガイド１５の断面積が第２のシンチレータ１３の断面積よりも狭く設定されていてもよい。この場合、光反射膜１７の第２の光出射領域１７ｂの面積も狭くなり、第１のシンチレータ１１からライトガイド１５に入射する光の量が少なくなる懼れが考慮される。   In the scintillator unit 10 of the radiation detector RD according to the present embodiment, the area of the surface 15b of the light guide 15 (cross-sectional area of the light guide 15) and the area of the surface 13a of the second scintillator 13 (breaking of the second scintillator 13). Area) is set to be equal, but is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 15, the cross-sectional area of the light guide 15 may be set smaller than the cross-sectional area of the second scintillator 13. In this case, the area of the second light emitting region 17b of the light reflecting film 17 is also narrowed, and it is considered that the amount of light incident on the light guide 15 from the first scintillator 11 is reduced.

本発明者等が、ＴｌをドープしたＣｓＩにより構成されたシンチレータの光出射面の開口率とホトダイオードにおける相対感度との関係を調べたところ、図１６に示される関係を有していることが判明した。図１６に示された関係から、開口率は３０〜７０％であれば、検出感度を確保できる。すなわち、ライトガイド１５の断面積が、ライトガイド１５の断面積と第２のシンチレータ１３の断面積との和の３０％以上の値であれば、検出感度の低下を抑制することが可能となる。   When the present inventors investigated the relationship between the aperture ratio of the light exit surface of the scintillator made of CsI doped with Tl and the relative sensitivity of the photodiode, it was found that the relationship shown in FIG. 16 was obtained. did. From the relationship shown in FIG. 16, if the aperture ratio is 30 to 70%, detection sensitivity can be ensured. That is, if the cross-sectional area of the light guide 15 is 30% or more of the sum of the cross-sectional area of the light guide 15 and the cross-sectional area of the second scintillator 13, it is possible to suppress a decrease in detection sensitivity. .

本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの各シンチレータユニット１０は、２つのシンチレータ１１，１３を有しているが、シンチレータの数はこれに限られない。シンチレータユニット１０は、図１７〜図１９に示されるように、３つ以上のシンチレータを備えていてもよい。   Each scintillator unit 10 of the radiation detector RD according to the present embodiment includes two scintillators 11 and 13, but the number of scintillators is not limited to this. The scintillator unit 10 may include three or more scintillators as shown in FIGS.

図１７〜図１８に示されたシンチレータユニット１０に対応する半導体光検出素子（不図示）は、３つの光感応領域（第１〜第３の光感応領域）を有している。各シンチレータユニット１０は、第１のシンチレータ１１、第２のシンチレータ１３、第３のシンチレータ４１、ライトガイド１５，４３、光反射膜１７、及び放射線フィルタ１９を有している。   A semiconductor photodetector (not shown) corresponding to the scintillator unit 10 shown in FIGS. 17 to 18 has three photosensitive regions (first to third photosensitive regions). Each scintillator unit 10 includes a first scintillator 11, a second scintillator 13, a third scintillator 41, light guides 15 and 43, a light reflecting film 17, and a radiation filter 19.

第１のシンチレータ１１は、第１〜第３の光感応領域に対応して配置されている。すなわち、第１のシンチレータ１１は、放射線の入射方向から見て第１〜第３の光感応領域全体が隠れるように第１〜第３の光感応領域を覆っており、第１〜第３の光感応領域の上方に位置している。   The 1st scintillator 11 is arrange | positioned corresponding to the 1st-3rd photosensitive region. That is, the first scintillator 11 covers the first to third photosensitive regions so that the entire first to third photosensitive regions are hidden as viewed from the incident direction of radiation. Located above the photosensitive region.

第２のシンチレータ１３は、第１のシンチレータ１１と半導体光検出素子との間に位置し、第１の光感応領域に対応して配置されている。すなわち、第２のシンチレータ１３は、放射線の入射方向から見て第１の光感応領域のみが隠れるように第１の光感応領域を覆っており、第１の光感応領域の上方に位置している。したがって、第２及び第３の光感応領域の上方には、第２のシンチレータ１３は位置していない。   The second scintillator 13 is located between the first scintillator 11 and the semiconductor light detection element, and is disposed corresponding to the first photosensitive region. That is, the second scintillator 13 covers the first light sensitive region so that only the first light sensitive region is hidden when viewed from the incident direction of the radiation, and is positioned above the first light sensitive region. Yes. Accordingly, the second scintillator 13 is not located above the second and third photosensitive regions.

第３のシンチレータ４１は、第１のシンチレータ１１と第２のシンチレータ１３との間に位置し、第１及び第３の光感応領域に対応して配置されている。すなわち、第３のシンチレータ４１は、放射線の入射方向から見て第１及び第３の光感応領域のみが隠れるように第１及び第３の光感応領域を覆っており、第１及び第３の光感応領域の上方に位置している。したがって、第２の光感応領域の上方には、第３のシンチレータ４１は位置していない。第３のシンチレータ４１は、第１及び第２のシンチレータ１１と同様の材料により構成できる。   The 3rd scintillator 41 is located between the 1st scintillator 11 and the 2nd scintillator 13, and is arrange | positioned corresponding to the 1st and 3rd photosensitive region. That is, the third scintillator 41 covers the first and third photosensitive regions so that only the first and third photosensitive regions are hidden when viewed from the incident direction of radiation. Located above the photosensitive region. Therefore, the third scintillator 41 is not located above the second photosensitive region. The third scintillator 41 can be made of the same material as the first and second scintillators 11.

ライトガイド１５は、第１のシンチレータ１１と半導体光検出素子との間に位置し、第２の光感応領域に対応して配置されている。すなわち、ライトガイド１５は、放射線の入射方向から見て第２の光感応領域のみが隠れるように第２の光感応領域を覆っており、第２の光感応領域の上方に位置している。   The light guide 15 is located between the first scintillator 11 and the semiconductor light detection element, and is disposed corresponding to the second photosensitive region. That is, the light guide 15 covers the second light sensitive region so that only the second light sensitive region is hidden when viewed from the incident direction of the radiation, and is positioned above the second light sensitive region.

ライトガイド４３は、第３のシンチレータ４１と半導体光検出素子との間に位置し、第３の光感応領域に対応して配置されている。すなわち、ライトガイド４３は、放射線の入射方向から見て第３の光感応領域のみが隠れるように第３の光感応領域を覆っており、第３の光感応領域の上方に位置している。   The light guide 43 is located between the third scintillator 41 and the semiconductor light detection element, and is disposed corresponding to the third photosensitive region. That is, the light guide 43 covers the third light sensitive region so that only the third light sensitive region is hidden when viewed from the incident direction of the radiation, and is positioned above the third light sensitive region.

第１〜第３のシンチレータ１１，１３，４１は、光反射膜１７にて覆われている。光反射膜１７は、第１の光出射領域１７ａ、第２の光出射領域１７ｂ、及び第３の光出射領域１７ｃを有している。   The first to third scintillators 11, 13, 41 are covered with a light reflecting film 17. The light reflecting film 17 has a first light emitting region 17a, a second light emitting region 17b, and a third light emitting region 17c.

第１の光出射領域１７ａは、第２のシンチレータ１３における第１の光感応領域に対向する領域の少なくとも一部に対応している。本実施形態では、第１の光出射領域１７ａは、第２のシンチレータ１３の半導体光検出素子（第１の光感応領域）に対向する面１３ａ全体に対応しており、当該面１３ａ全体を露出させている。したがって、第２のシンチレータ１３は、半導体光検出素子に対向する面１３ａを除くすべての外表面が光反射膜１７に覆われることとなり、面１３ａが第２のシンチレータ１３にて発生した光の出射面となる。第１の光出射領域１７ａは、第２のシンチレータ１３の半導体光検出素子に対向する面１３ａ全体に対応している必要はなく、当該面１３ａの少なくとも一部に対応している、すなわち、面１３ａの少なくとも一部を露出させていればよい。   The first light emission region 17a corresponds to at least a part of a region facing the first light sensitive region in the second scintillator 13. In the present embodiment, the first light emitting region 17a corresponds to the entire surface 13a of the second scintillator 13 that faces the semiconductor light detection element (first photosensitive region), and the entire surface 13a is exposed. I am letting. Accordingly, in the second scintillator 13, all the outer surfaces except the surface 13a facing the semiconductor photodetecting element are covered with the light reflecting film 17, and the surface 13a emits light generated by the second scintillator 13. It becomes a surface. The first light emitting region 17a does not need to correspond to the entire surface 13a of the second scintillator 13 that faces the semiconductor photodetecting element, and corresponds to at least a part of the surface 13a. It is sufficient that at least a part of 13a is exposed.

第３の光出射領域１７ｃは、第３のシンチレータ４１における第３の光感応領域に対向する領域の少なくとも一部に対応している。詳細には、第３の光出射領域１７ｃは、第３のシンチレータ４１の半導体光検出素子側の面のうち第３の光感応領域に対向する領域４１ａのみに対応しており、当該領域４１ａ全体を露出させている。したがって、第３のシンチレータ４１は、領域４１ａを除くすべての外表面が光反射膜１７に覆われることとなり、領域４１ａが第３のシンチレータ４１にて発生した光の出射面となる。   The third light emission region 17 c corresponds to at least a part of a region facing the third light sensitive region in the third scintillator 41. Specifically, the third light emitting region 17c corresponds to only the region 41a facing the third photosensitive region in the surface of the third scintillator 41 on the semiconductor light detection element side, and the entire region 41a Is exposed. Therefore, in the third scintillator 41, all outer surfaces except the region 41 a are covered with the light reflecting film 17, and the region 41 a becomes an emission surface of the light generated by the third scintillator 41.

ライトガイド４３は、第３のシンチレータ４１に対向する面４３ａが第３のシンチレータ４１の領域４１ａに接触している。ライトガイド４３も、第３のシンチレータ４１に対向する面４３ａと第３の光感応領域に対向する面４３ｂを除いてすべての側面が光反射膜１７に覆われている。したがって、第３のシンチレータ４１に対向する面４３ａが第３のシンチレータ４１にて発生した光の入射面となり、第３の光感応領域に対向する面４３ｂがライトガイド４３からの光の出射面となる。これにより、第３のシンチレータから出射した光は、ライトガイド４３を通して、第３の光感応領域へ導かれることとなる。   The light guide 43 has a surface 43 a facing the third scintillator 41 in contact with the region 41 a of the third scintillator 41. All the side surfaces of the light guide 43 are also covered with the light reflecting film 17 except the surface 43a facing the third scintillator 41 and the surface 43b facing the third photosensitive region. Therefore, the surface 43a facing the third scintillator 41 becomes the incident surface for the light generated by the third scintillator 41, and the surface 43b facing the third photosensitive region is the light emitting surface from the light guide 43. Become. Thereby, the light emitted from the third scintillator is guided to the third photosensitive region through the light guide 43.

図１７〜図１８に示されたシンチレータユニット１０を備える放射線検出器においても、第１のシンチレータ１１は、第１〜第３の光感応領域に対応して配置されているために、放射線が入射する面積が広く、発光量が多くなる。また、第１のシンチレータ１１にて発生した光は、第１のシンチレータ１１が光反射膜１７で覆われていることから、光反射膜１７の第２の光出射領域１７ｂからライトガイド１５を通して第２の光感応領域に入射することとなり、第２の光感応領域に入射する光の量も十分な値となる。これらの結果、第２の光感応領域にて得られる信号は大きくなり、放射線検出器ＲＤにおけるＳＮ比の向上を図ることができる。   Also in the radiation detector including the scintillator unit 10 shown in FIGS. 17 to 18, since the first scintillator 11 is arranged corresponding to the first to third photosensitive regions, radiation is incident thereon. The area to be used is wide, and the amount of light emission increases. In addition, the light generated in the first scintillator 11 is transmitted through the light guide 15 from the second light emitting region 17 b of the light reflecting film 17 because the first scintillator 11 is covered with the light reflecting film 17. 2 is incident on the second photosensitive region, and the amount of light incident on the second photosensitive region is also a sufficient value. As a result, the signal obtained in the second photosensitive region becomes large, and the SN ratio in the radiation detector RD can be improved.

第３のシンチレータ４１は、第１及び第３の光感応領域に対応して配置されているために、放射線が入射する面積が比較的広く、発光量が多くなる。また、第３のシンチレータ４１にて発生した光は、第３のシンチレータ４１も光反射膜１７で覆われていることから、光反射膜１７の第３の光出射領域１７ｃからライトガイド４３を通して第３の光感応領域に入射することとなり、第３の光感応領域に入射する光の量も比較的十分な値となる。これらの結果、第３の光感応領域にて得られる信号は大きくなる。   Since the 3rd scintillator 41 is arrange | positioned corresponding to the 1st and 3rd light sensitive area | region, the area which a radiation injects is comparatively wide, and emitted light amount increases. Further, the light generated in the third scintillator 41 is covered with the light reflecting film 17 in the third scintillator 41, so that the light from the third light emitting region 17 c of the light reflecting film 17 passes through the light guide 43. Therefore, the amount of light incident on the third photosensitive region is a relatively sufficient value. As a result, the signal obtained in the third photosensitive region is increased.

図１９に示されたシンチレータユニット１０に対応する半導体光検出素子（不図示）も、３つの光感応領域（第１〜第３の光感応領域）を有している。シンチレータユニット１０は、第１のシンチレータ１１、第２のシンチレータ１３、第３のシンチレータ４１、ライトガイド１５，４３、光反射膜１７、及び放射線フィルタ１９を有している。   A semiconductor photodetector (not shown) corresponding to the scintillator unit 10 shown in FIG. 19 also has three photosensitive regions (first to third photosensitive regions). The scintillator unit 10 includes a first scintillator 11, a second scintillator 13, a third scintillator 41, light guides 15 and 43, a light reflecting film 17, and a radiation filter 19.

第１のシンチレータ１１は、図１７〜図１８に示されたシンチレータユニット１０と同じく、第１〜第３の光感応領域に対応して配置されている。第２のシンチレータ１３は、図１７〜図１８に示されたシンチレータユニット１０と同じく、第１のシンチレータ１１と半導体光検出素子との間に位置し、第１の光感応領域に対応して配置されている。   The 1st scintillator 11 is arrange | positioned corresponding to the 1st-3rd photosensitive region similarly to the scintillator unit 10 shown by FIGS. The second scintillator 13 is located between the first scintillator 11 and the semiconductor photodetecting element in the same manner as the scintillator unit 10 shown in FIGS. 17 to 18, and is arranged corresponding to the first photosensitive region. Has been.

第３のシンチレータ４１は、第１のシンチレータ１１と半導体光検出素子との間に位置し、第３の光感応領域に対応して配置されている。すなわち、第３のシンチレータ４１は、放射線の入射方向から見て第３の光感応領域のみが隠れるように第３の光感応領域を覆っており、第３の光感応領域の上方に位置している。したがって、第１及び第２の光感応領域の上方には、第３のシンチレータ４１は位置していない。   The third scintillator 41 is located between the first scintillator 11 and the semiconductor light detection element, and is disposed corresponding to the third photosensitive region. That is, the third scintillator 41 covers the third photosensitive region so that only the third photosensitive region is hidden when viewed from the incident direction of the radiation, and is positioned above the third photosensitive region. Yes. Therefore, the third scintillator 41 is not located above the first and second photosensitive regions.

図１９に示されたシンチレータユニット１０を備える放射線検出器においても、第１のシンチレータ１１は、第１〜第３の光感応領域に対応して配置されているために、放射線が入射する面積が広く、発光量が多くなる。また、第１のシンチレータ１１にて発生した光は、第１のシンチレータ１１が光反射膜１７で覆われていることから、光反射膜１７の第２の光出射領域１７ｂからライトガイド１５を通して第２の光感応領域に入射することとなり、第２の光感応領域に入射する光の量も十分な値となる。これらの結果、第２の光感応領域にて得られる信号は大きくなり、放射線検出器ＲＤにおけるＳＮ比の向上を図ることができる。   Also in the radiation detector including the scintillator unit 10 shown in FIG. 19, the first scintillator 11 is arranged corresponding to the first to third photosensitive regions, so that the area on which the radiation is incident is large. Wide and large light emission. In addition, the light generated in the first scintillator 11 is transmitted through the light guide 15 from the second light emitting region 17 b of the light reflecting film 17 because the first scintillator 11 is covered with the light reflecting film 17. 2 is incident on the second photosensitive region, and the amount of light incident on the second photosensitive region is also a sufficient value. As a result, the signal obtained in the second photosensitive region becomes large, and the SN ratio in the radiation detector RD can be improved.

第３のシンチレータ４１にて発生した光は、第３のシンチレータ４１も光反射膜１７で覆われていることから、光反射膜１７の第３の光出射領域１７ｃからライトガイド４３を通して第３の光感応領域に入射することとなり、第３の光感応領域に入射する光の量も比較的十分な値となる。これらの結果、第３の光感応領域にて得られる信号は大きくなる。   Since the light generated by the third scintillator 41 is also covered by the light reflecting film 17, the third scintillator 41 is covered by the light guide 43 from the third light emitting region 17 c of the light reflecting film 17. The light is incident on the photosensitive region, and the amount of light incident on the third photosensitive region is also a relatively sufficient value. As a result, the signal obtained in the third photosensitive region is increased.

半導体光検出素子１は、表面入射型のホトダイオードに限られることなく、裏面入射型のホトダイオードであってもよい。   The semiconductor photodetecting element 1 is not limited to a front-illuminated photodiode, and may be a back-illuminated photodiode.

本実施形態に係る放射線検出器を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the radiation detector which concerns on this embodiment. 図１のII−II線に沿った断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure along the II-II line | wire of FIG. 図１のIII−III線に沿った断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure along the III-III line of FIG. 図１のIV−IV線に沿った断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure along the IV-IV line | wire of FIG. 本実施形態に係る放射線検出器の光反射膜及び光学樹脂を除く構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure except the light reflection film and optical resin of the radiation detector which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the radiation detector RD which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the radiation detector RD which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the radiation detector RD which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the radiation detector RD which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the radiation detector RD which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the radiation detector RD which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the radiation detector RD which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る放射線検出器ＲＤの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the radiation detector RD which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る放射線検出器の変形例の断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the modification of the radiation detector which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る放射線検出器の変形例の断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the modification of the radiation detector which concerns on this embodiment. シンチレータの光出射面の開口率とホトダイオードにおける相対感度との関係を示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between the aperture ratio of the light-projection surface of a scintillator, and the relative sensitivity in a photodiode. 本実施形態に係る放射線検出器の変形例の断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the modification of the radiation detector which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る放射線検出器の変形例の断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the modification of the radiation detector which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る放射線検出器の変形例の断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the modification of the radiation detector which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１…半導体光検出素子、５，６…光感応領域、７…分離領域、１１…第１のシンチレータ、１３…第２のシンチレータ、１５…ライトガイド、１７…光反射膜、１７ａ…第１の光出射領域、１７ｂ…第２の光出射領域、１９…放射線フィルタ、４１…第３のシンチレータ、４３…ライトガイド、ＲＤ…放射線検出器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor optical detection element, 5, 6 ... Photosensitive area | region, 7 ... Separation area | region, 11 ... 1st scintillator, 13 ... 2nd scintillator, 15 ... Light guide, 17 ... Light reflection film, 17a ... 1st Light exit region, 17b ... second light exit region, 19 ... radiation filter, 41 ... third scintillator, 43 ... light guide, RD ... radiation detector.

Claims (5)

第１の光感応領域と第２の光感応領域とを有する半導体光検出素子と、
前記第１及び第２の光感応領域に対応して配置された第１のシンチレータと、
前記半導体光検出素子と前記第１のシンチレータとの間に位置し、前記第１の光感応領域に対応して配置された第２のシンチレータと、
前記第１及び第２のシンチレータを覆うと共に、前記第２のシンチレータにおける前記第１の光感応領域に対向する領域の少なくとも一部に対応する第１の光出射領域と、前記第１のシンチレータにおける前記第２の光感応領域に対向する領域の少なくとも一部に対応する第２の光出射領域と、を有する光反射膜と、
前記第２の光出射領域に対応して配置されると共に前記第２のシンチレータと並置され、前記第１のシンチレータから出射した光を前記第２の光感応領域へと導くライトガイドと、を備え、
前記ライトガイドにおける前記第１のシンチレータに対向する面が、前記第１のシンチレータにおける前記第２の光感応領域に対向する前記領域の、前記第２の光出射領域に露出する領域に接触している放射線検出器。 A semiconductor photodetecting element having a first photosensitive region and a second photosensitive region;
A first scintillator disposed corresponding to the first and second photosensitive regions;
A second scintillator positioned between the semiconductor photodetecting element and the first scintillator and disposed corresponding to the first photosensitive region;
A first light emitting region that covers the first and second scintillators and that corresponds to at least a portion of a region of the second scintillator that faces the first photosensitive region; and the first scintillator A light reflecting film having a second light emitting region corresponding to at least a part of a region facing the second light sensitive region;
Wherein are arranged corresponding to the second light emitting region is juxtaposed with Rutotomoni the second scintillator, the light emitted from the first scintillator and a light guide leading to the second photosensitive region ,
A surface of the light guide that faces the first scintillator is in contact with a region of the first scintillator that is opposed to the second light sensitive region and exposed to the second light emitting region. Radiation detector. 前記第１の光出射領域の面積は、前記第１の光感応領域の面積よりも大きく設定され、
前記ライトガイドの光出射面の面積は、前記第２の光感応領域の面積よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。 The area of the first light emitting region is set larger than the area of the first photosensitive region,
The radiation detector according to claim 1, wherein an area of a light emitting surface of the light guide is set larger than an area of the second photosensitive region. 前記半導体光検出素子は、前記第１の光感応領域と前記第２の光感応領域との間に位置し、前記第１の光感応領域と前記第２の光感応領域とを電気的に分離する分離領域を更に有してい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。   The semiconductor light detection element is located between the first light sensitive region and the second light sensitive region, and electrically separates the first light sensitive region and the second light sensitive region. The radiation detector according to claim 1, further comprising a separation region. 前記ライトガイドの断面積は、前記ライトガイドの断面積と前記第２のシンチレータの断面積との和の３０％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射線検出器。The cross-sectional area of the light guide is 30% or more of the sum of the cross-sectional area of the light guide and the cross-sectional area of the second scintillator. Radiation detector. 請求項１に記載の放射線検出器の製造方法であって、
前記半導体光検出素子、前記第１のシンチレータ、前記第２のシンチレータ、及び前記ライトガイドを用意する工程と、
光反射膜を、該光反射膜が前記第２の光出射領域を含むように前記第１のシンチレータに形成して第１のユニットを得る工程と、
光反射膜を、該光反射膜が前記第１の光出射領域を有すると共に前記ライトガイドの光入出射面が露出するように、前記第２のシンチレータと前記ライトガイドとを併置した状態で前記第２のシンチレータと前記ライトガイドとに形成して第２のユニットを得る工程と、
前記ライトガイドにおける前記第１のシンチレータに対向する面である前記光入射面が、前記第１のシンチレータにおける前記第２の光感応領域に対向する前記領域の、前記第２の光出射領域に露出する領域に接触するように前記第１のユニットと前記第２のユニットとを結合して、前記半導体光検出素子に搭載する工程と、を備えていることを特徴とする放射線検出器の製造方法。 It is a manufacturing method of the radiation detector according to claim 1,
Preparing the semiconductor photodetecting element, the first scintillator, the second scintillator, and the light guide;
Forming a light reflecting film on the first scintillator so that the light reflecting film includes the second light emitting region, and obtaining a first unit;
In the state where the second scintillator and the light guide are juxtaposed so that the light reflecting film has the first light emitting region and the light incident / exit surface of the light guide is exposed. Forming a second unit by forming a second scintillator and the light guide; and
The light incident surface which is a surface facing the first scintillator in the light guide is exposed to the second light emitting region of the region facing the second light sensitive region in the first scintillator. A step of coupling the first unit and the second unit so as to be in contact with a region to be mounted and mounting the first unit on the semiconductor photodetecting element. .
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