JP5540471B2

JP5540471B2 - ガス増幅を用いた放射線検出器

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Publication number: JP5540471B2
Application number: JP2008116778A
Authority: JP
Inventors: 元紀大野
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2028-04-28
Also published as: JP2009264997A

Description

本発明は、ピクセル型電極によるガス増幅を用いた放射線検出器、及びその製造方法に関する。

ガス増幅を利用した放射線検出器として、従来、ピクセル型の放射線検出器が用いられてきた。この放射線検出器は、例えば両面プリント基板の表面にストリップ状陰極電極が形成されるとともに、裏面に陽極ストリップが形成され、前記ストリップ状陰極電極には、一定間隔に開口部が形成されるとともに、前記開口部の中心には背面の前記陽極ストリップと接続されている円柱状陽極電極、すなわちピクセル電極が形成されたような構成を採っている。

なお、前記放射線検出器は、例えばＨｅとメタンとの混合ガス中に配置される。また、前記ピクセル電極には例えば＋６００Ｖの電圧が印加されている。

上記放射線検出器においては、所定の放射線が前記検出器内に入射すると、前記ガスが電離して電子を生成し、この電子は、上記ストリップ状陰極電極と上記ピクセル電極との間に印加された大電圧、及び上記ピクセル電極の点電極としての形態（形状異方性）に起因して生成される強力な電場によって、電子雪崩増幅を引き起こす。一方、前記電子雪崩増幅によって生じた正イオンは、周囲の前記ストリップ状陰極電極に向けてドリフトする。

この結果、対象となる前記ストリップ状陰極電極及び前記ピクセル電極に、それぞれ正孔と電子とがチャージされる。この電荷が生成された前記ストリップ状陰極電極及び前記ピクセル電極の位置を検出することによって、前記放射線の前記検出器における入射位置を特定することができ、前記放射線の検出が可能となる（特許文献１）。
特開２００２−６０４７号

上述した放射線検出器では、前記ピクセル電極に印加する電圧を大きくすると、生成される電場の強度も増大し、上述した電子雪崩増幅が顕著になるので、前記ストリップ状陰極電極及び前記ピクセル電極に生成される電荷量が増大して、放射線の検出感度が向上する。一方、前記ピクセル電極に印加する電圧を大きくすると、前記ピクセル電極の形状や雰囲気中の異物に起因した異常放電によって、前記ピクセル電極を破損してしまう場合がある。また、前記ピクセル電極に印加する電圧を小さくすると、上述した異常放電は減少するが、上述した電子雪崩増幅の度合いも小さくなり、放射線の検出感度が低下してしまう。

かかる観点より、前記ピクセル電極に印加する電圧の大きさを調整する代わりに、前記ピクセル電極を狭小化して、生成する電場の強度を向上させることが試みられている。しかしながら、前記ピクセル電極は前記プリント基板内に形成した貫通孔内にビアフィルメッキによって形成するため、前記ピクセル電極を狭小化するためには、前記貫通孔も狭小化する必要がある。一方、前記貫通孔を狭小化すると、前記貫通孔内に均一にビアフィルメッキを行うことができず、均一なピクセル電極を形成できずに、前記ピクセル電極において異常放電や絶縁破壊などの問題が生じる。したがって、前記ピクセル電極の狭小化は、その製造方法に依存して自ずと制限されてしまう。

この結果、現状では、前記ピクセル電極に対する印加電圧を十分に向上できないばかりか、前記ピクセル電極の狭小化も十分に行うことができず、上記ピクセル型の放射線検出器の検出感度を十分に向上させることができないという問題があった。

本発明は、十分高い検出感度を有する新規なピクセル型の放射線検出器、及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
絶縁部材の第１の面上に形成されるとともに、円形状の複数の開口部を有する第１の電極パターンと、
前記絶縁部材の前記第１の面と相対向する第２の面上に形成されるとともに、前記絶縁部材を貫通して埋設され、前記第１の電極パターンの前記開口部の略中心部に先端が露出してなる凸状部を有する第２の電極パターンとを具え、
前記第１の電極パターンと前記第２の電極パターンとは所定の電位差を有するように設定され、
前記第２の電極パターンの前記凸状部は、その先端が狭窄されて前記第２の電極パターンの埋設部の径より露出部の径の方が小さくなっており、電子雪崩を生ぜしめることを特徴とする、ガス増幅を用いた放射線検出器に関する。

また、本発明は、
絶縁部材の第１の面上に第１の電極層を形成するとともに、前記絶縁部材の前記第１の面と相対向する第２の面上に第２の電極層を形成する工程と、
前記第１の電極層に対して第１の露光現像処理を施し、前記第１の電極層において複数の加工用開口部を形成する工程と、
前記第１の電極層の前記複数の加工用開口部を介して前記絶縁部材にエネルギー線を照射し、前記絶縁部材の厚さ方向において貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔内にビアフィルメッキを施し、前記貫通孔を埋設するようにして金属メッキ層を形成する工程と、
前記第１の電極層に対して第２の露光現像処理を施し、前記第１の電極層において前記金属メッキ層を中心とした円形状の開口部を形成して、第１の電極パターンを形成する工程と、
前記金属メッキ層の先端を狭窄加工し、前記金属メッキ層からなる先端が狭窄された凸状部と前記第２の電極層とからなる第２の電極パターンを形成する工程と、
を具えることを特徴とする、放射線検出器の製造方法に関する。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、従来のピクセル型放射線検出器において、ピクセル電極を構成する上記第２の電極パターンにおける上記凸状部の先端を狭窄させることを想到した。ガス増幅を用いた放射線検出器の場合、放射線が前記検出器内に入射した際に電子雪崩増幅を引き起こすことが要求され、前記電子雪崩増幅を引き起こすには、前記第１の電極パターンと前記凸状部との間に大電圧を印加する、及び／又は前記凸状部を狭小化して強力な電場を生成する必要がある。

しかしながら、前記凸状部の狭小化が電場生成に寄与するのは、前記凸状部が点電極として機能することによるものであるので、かかる観点より、本発明では、前記凸状部の先端のみを狭窄して、前記凸状部に対して点電極としての機能を付加し、上述した強力な電場を生成するようにしたものである。

なお、上述したように、前記凸状部の狭小化はその形成方法（ビアフィルメッキ法）に起因して極めて困難であるが、前記凸状部の先端を狭窄させるには、上記本発明の製造方法に従って、通常のビアフィルメッキを実施して前記凸状部を形成した後、前記凸状部の先端に対して別途狭窄加工を施すことによって簡易に実現できる。

本発明によれば、ピクセル電極として機能する前記第２の電極パターンの前記凸状部の先端を狭窄させ、前記凸状部に点電極としての機能を増大させているので、前記第１の電極パターンと前記凸状部との間に印加する電圧をさほど増大させなくても、前記凸状部の点電極としての機能増大に基づいて、前記凸状部の回りに強力な電場を生成させることができる。したがって、前記検出器内に放射線が入射した際に、電極間に印加する電圧をさほど増大させないような場合においても、電子雪崩増幅を生ぜしめることができ、前記放射線の検出を行うことができる。

また、前記凸状部に大電圧を印加しないことから、前記凸状部における異常放電を防止することができ、前記凸状部の破損を防止することができる。

なお、本発明においても、前記第１の電極パターン及び前記第２の電極パターンの前記凸状部にそれぞれ正孔と電子がチャージされるようになるので、電荷が生成した前記凸状部、すなわちピクセル電極の位置を検出することによって、前記放射線の前記検出器における入射位置を特定することができ、前記放射線の検出が可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、十分高い検出感度を有する新規なピクセル型の放射線検出器、及びその製造方法を提供することができる。

以下、本発明の特徴及びその他の利点について、発明を実施するための最良の形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の放射線検出器の一例における概略構成を示す平面図であり、図２は、図１に示すピクセル型放射線検出器を拡大して示す図であり、図３は、前記ピクセル型放射線検出器のピクセル電極周辺部分を拡大して示す断面図である。

図１に示すように、本例の放射線検出器１０は、ピクセル型放射線検出器２０を含むとともに図示しない電流検出回路等を含む。図２に示すように、ピクセル型放射線検出器２０は、検出パネル２１と、この検出パネル２１の上方において相対向するようにして設けられた電極板２２とを含んでいる。

図２に示すように、検出パネル２１は、絶縁部材２１１の主面２１１Ａ上に形成された、円形状の複数の開口部２１２Ａを有する第１の電極パターン２１２と、絶縁部材２１１の裏面２１１Ｂ上に形成された第２の電極パターン２１３とを含んでいる。第２の電極パターン２１３は、絶縁部材２１１を貫通し、第１の電極パターン２１２の開口部２１２Ａの略中心部に先端が露出してなる凸状部２１４を有する。なお、凸状部２１４はピクセル電極を構成する。また、凸状部２１４の先端２１４Ａは狭窄されている。

なお、図２に示すピクセル型放射線検出器２０の検出パネル２１では、簡略化して、第１の電極パターン２１１Ａにおいて合計８個の開口部２１２Ａが形成され、４個づつ２列に配列されるとともに、各開口部２１２Ａ内に上記凸状部２１４の先端が露出し、これによって合計８個の検出電極が形成されるようにしている。しかしながら、検出電極の数及び配列方法（第１の電極パターン２１における開口部２１２Ａ及び凸状部２１４の数及び配列方法）は、必要に応じて任意に設定することができる。

また、図では特に明示していないが、第２の電極パターン２１３も、第１の電極パターン２１２の配列方向と略垂直となるような方向において、ストリップ状にパターニングされている。但し、第２の電極パターン２１３は、第１の電極パターン２１２と平行でなければ、いずれの方向にパターニングされていても良い。

絶縁部材２１１の厚さｔ１は、例えば２０μｍ〜１００μｍとすることができる。また、第１の電極パターン２１２の厚さｔ２及び第２の電極パターン２１３の厚さｔ３は、それぞれ５μｍ〜１８μｍとすることができる。さらに、凸状部２１４の高さＬ１は、以下に示す製造方法に起因して、絶縁部材２１１の厚さｔ１と第１の電極パターン２１２の厚さｔ２との合計とすることができる。また、開口部２１２Ａの直径Ｄ１は、例えば８０μｍ〜３００μｍとすることができ、凸状部２１４の先端２１４Ａの端面と、第１の電極パターン２１２の開口部２１２Ａの端面との距離Ｄ２は、例えば２０μｍ〜１３０μｍとすることができる。

第１の電極パターン２１２及び第２の電極パターン２１３は、銅、金、銀、ニッケル、アルミニウム等の導電性部材から構成することができる。また、絶縁部材２１１は、熱硬化性樹脂のフィルムあるいはシートから構成することができる。

なお、第１の電極パターン２１２及び第２の電極パターン２１３間には所定の電圧、例えば６００Ｖ程度の電圧を印加する。この場合、第１の電極パターン２１２をカソードとし、第２の電極パターン２１３をアノードとすることもできるし、第１の電極パターン２１２をアノードとし、第２の電極パターン２１３をカソードとすることもできる。

但し、以下に説明する電子の電子雪崩増幅を引き起こすには、第２の電極パターン２１３の凸状部２１４の点電極としての形状が極めて重要な役割を果たすようになるので、第１の電極パターン２１２をカソードとし、第２の電極パターン２１３をアノードとすることが好ましい。したがって、以下においては、第１の電極パターン２１２をカソードとし、第２の電極パターン２１３をアノードとした場合について説明する。

なお、検出パネル２１及び電極板２２間には、所定のガス、例えばＨｅとメタンとの混合ガスが充満している。さらに、電極板２２は所定の電圧にバイアスされている。

図１に示す放射線検出器１０に放射線が入射すると、前記放射線は前記ガスと衝突することによって前記ガスを電離し、電子を生成する。生成した電子は、ピクセル型放射線検出器２０における電極板２２のバイアス電圧を受けて検出パネル２１に導かれ、第１の電極パターン２１２と、第２の電極パターン２１３の凸状部２１４との間に印加された電圧、及び凸状部２１４の先端２１４Ａが狭窄された点電極としての形態に起因して生成された大きな電場によって、電子雪崩を引き起こし、凸状部２１４に溜まるようになる。一方、前記電子雪崩によって生じた正イオンは、凸状部２１４から周囲の第１の電極パターン２１２に向けてドリフトする。

この結果、第１の電極パターン２１２及び第２の電極パターン２１３の凸状部２１４にそれぞれ正孔と電子がチャージされるようになるので、凸状部２１４、すなわちピクセル電極の位置を図示しない電荷検出回路で検出することによって、前記放射線のピクセル型放射線検出器２０における入射位置を特定することができ、前記放射線の検出が可能となる。

本例では、ピクセル電極として機能する第２の電極パターン２１３の凸状部２１４の先端２１４Ａを狭窄させ、凸状部２１４の点電極としての機能を増大させているので、第１の電極パターン２１２と凸状部２１４との間に印加する電圧を上述のような６００Ｖ程度とした場合においても、凸状部２１４の点電極としての機能増大に基づいて、凸状部２１４の回りに強力な電場を生成させることができる。したがって、放射線検出器１０内に放射線が入射した際に、電極間に印加する電圧をさほど増大させないような場合においても、電子雪崩を生ぜしめることができ、前記放射線の検出を高感度に行うことができる。

また、凸状部２１４に大きな電圧が印加されないので、凸状部２１４における異常放電を防止することができ、凸状部２１４の破損を防止することができる。

なお、凸状部２１４における先端２１４Ａは、上述したように、狭窄されることによって点電極としての機能増大による巨大電場を生成することができ、印加電圧の増大に伴う異常放電を防止することができれば、その大きさや形状等は特に限定されるものではない。本例では、凸状部２１４の先端２１４Ａは、テーパー状に狭窄されて円錐台形状を呈している。この場合、凸状部２１４の直径ｄ１を１５μｍ〜７０μｍとした場合、先端２１４Ａの直径ｄ２は４μｍ〜３６μｍの範囲とすることができる。また、先端２１４の長さＬ２は、１０μｍ〜４０μｍとすることができる。

凸状部２１４の先端２１４Ａは、所定の狭窄加工によって狭窄する。これは以下の製造方法において詳述するように、凸状部２１４の形成方法に依存するものである。すなわち、凸状部２１４は、絶縁部材２１１内に形成された貫通孔に対してビアフィルメッキを施して形成するが、凸状部２１４を均一な導電層として形成しなければならないため、凸状部２１４を狭小化すると、その均一性が損なわれてしまい、均一な導電層とすることができないためである。

したがって、上記ビアフィルメッキ法によって凸状部２１４を均一な導電層として形成した後、上述した狭窄加工を施すことによって、先端２１４Ａを狭窄する。

なお、図３に示すように、一般には上述した狭窄加工によって、先端２１４Ａの周囲における絶縁部材２１１が部分的に削られて空隙２１１Ｃが形成されるようになる。

図４〜６は、図１〜３に関する放射線検出器１０の変形例である。これらの変形例では、第２の電極パターン２１３における凸状部２１４の先端２１４Ａの形状を変化させている。なお、類似及び同一の構成要素に関しては同一の参照数字を用いている。

図４では、図３と同様に、凸状部２１４の先端２１４Ａをテーパー状に狭窄しているが、図３のように円錐台形状ではなく半球形状としている。また、図５では、凸状部２１４の先端２１４Ａをステップ状に狭窄しており、かかる部分を円柱形状としている。さらに、図６では、同様に凸状部２１４の先端２１４Ａをステップ状に狭窄しており、かかる部分を逆円錐台形状としている。これらの変形例でも、凸状部２１４の先端２１４Ａが狭窄されており、それによる点電極としての機能増大による巨大電場を生成することができるようになる。

したがって、第１の電極パターン２１２及び第２の電極パターン２１３間に印加する電圧をさほど増大させなくても、上述した電子のガス増幅を引き起こすことができ、放射線の検出を高感度に行うことができるようになる。

なお、逆円錐台形状とは、図３に示す円錐台形状が上下逆転したような形状を意味するものである。

また、図３、５及び６に示す形状は、主として狭窄加工をレーザ加工で実施した場合に容易に得ることができ、図４に示す形状は、主として狭窄加工をレーザ加工とエッチングとで実施した場合に容易に得ることができる。

次に、本発明の放射線検出器の製造方法について説明する。図７〜図１２は、本発明の製造方法の一例における工程図である。

最初に、図７に示すように、例えば熱硬化性樹脂のフィルムあるいはシート等からなる絶縁部材２１１の主面２１１Ａ及び裏面２１１Ｂに、銅などの導電性部材からなる第１の電極層２１７及び第２の電極層２１８を形成する。次いで、図８に示すように、第１の電極層２１７にフォトリソグラフィを施し、第１の電極層２１７において複数の加工用開口部２１７Ａを形成すると同時に電極層２１８をストリップ状とする。

次いで、図９に示すように、第１の電極層２１７の複数の加工用開口部２１７Ａを介して絶縁部材２１１にエネルギー線を照射し、絶縁部材２１１の厚さ方向において貫通孔２１１Ｈを形成する。なお、前記エネルギー線としては例えばレーザ光線を用いることができ、好ましくは炭酸ガスレーザを用いる。このガスレーザは、その波長特性から絶縁部材２１１のみに加工を施し、電極層２１８は加工しない。なお、前記エネルギー線照射に代えて、感光性フォトリソグラフィを施すことによって貫通孔２１１Ｈを形成しても良い。

次いで、図１０に示すように、貫通孔２１１Ｈ内にビアフィルメッキを施し、貫通孔２１１Ｈを埋設するようにして金属メッキ層２１９を形成する。その後、図１１に示すように、第１の電極層２１７に対して再度フォトリソグラフィ工程を施し、第１の電極層２１７において金属メッキ層２１９を中心とした円形状の開口部２１２を形成して、第１の電極パターン２１２を形成する。

次いで、図１２に示すように、金属メッキ層２１９の先端をレーザ光照射やエッチング等によって狭窄加工し、先端２１４Ａが狭窄された、金属メッキ層２１９からなる凸状部２１４と第２の電極層２１８とからなる第２の電極パターン２１３を形成する。

なお、上述したように、凸状部２１４となる金属メッキ層２１９は、上述したビアフィルメッキによって形成するので、凸状部２１４を狭小化するには、貫通孔２１１Ｈの孔径を小さくする必要がある。貫通孔２１１Ｈの孔径が小さくなると、ビアフィルメッキを良好に行うことができなくなり、均一な金属メッキ層２１９を形成することが困難になる。その結果、凸状部２１４の狭小化は実現できても、その均一性を担保できなくなって、異常放電や絶縁破壊が生じる。

しかしながら、本例の製造方法では、上述したように、凸状部２１４自体を狭小化せずに、その先端のみをレーザ加工等によって狭窄しているので、上述した不均一性に伴う不利益を回避することができる。

以上のようにして検出パネル２１が形成されるので、その後、電極板２２等を対向配置し、それらの間に上記混合ガスを充満させ、さらにケーシングを行うことによって目的とする図１に示すような放射線検出器を得ることができる。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

本発明の放射線検出器の一例における概略構成を示す平面図である。図１に示すピクセル型放射線検出器を拡大して示す図である。前記ピクセル型放射線検出器のピクセル電極周辺部分を拡大して示す断面図である。図１〜３に関する放射線検出器の変形例である。同じく、図１〜３に関する放射線検出器の変形例である。同じく、図１〜３に関する放射線検出器の変形例である。本発明の製造方法の一例における工程図である。同じく、本発明の製造方法の一例における工程図である。同じく、本発明の製造方法の一例における工程図である。同じく、本発明の製造方法の一例における工程図である。同じく、本発明の製造方法の一例における工程図である。同じく、本発明の製造方法の一例における工程図である。

符号の説明

１０放射線検出器
２０ピクセル型放射線検出器
２１検出パネル
２２電極板
２１１絶縁部材
２１２第１の電極パターン
２１２Ａ第１の電極パターンの円形状開口部
２１３第２の電極パターン
２１４第２の電極パターンの凸状部
２１４Ａ第２の電極パターンの凸状部の先端

Claims

絶縁部材の第１の面上に形成されるとともに、円形状の複数の開口部を有する第１の電極パターンと、
前記絶縁部材の前記第１の面と相対向する第２の面上に形成されるとともに、前記絶縁部材を貫通して埋設され、前記第１の電極パターンの前記開口部の略中心部に先端が露出してなる凸状部を有する第２の電極パターンとを具え、
前記第１の電極パターンと前記第２の電極パターンとは所定の電位差を有するように設定され、
前記第２の電極パターンの前記凸状部は、その先端が狭窄加工されて前記第２の電極パターンの埋設部の径より露出部の径の方が小さくなっており、電子雪崩を生ぜしめることを特徴とする、ガス増幅を用いた放射線検出器。
前記第２の電極パターンの前記凸状部の前記先端は、テーパー状に狭窄され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。
前記凸状部の前記先端は、円錐台形状を呈することを特徴とする、請求項２に記載の放射線検出器。
前記凸状部の前記先端は、半球形状を呈することを特徴とする、請求項２に記載の放射線検出器。
前記第２の電極パターンの前記凸状部の前記先端は、ステップ状に狭窄され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。
前記凸状部の前記先端は、円柱形状を呈することを特徴とする、請求項５に記載の放射線検出器。
前記凸状部の前記先端は、逆円錐台形状を呈することを特徴とする、請求項５に記載の放射線検出器。
前記第２の電極パターンの前記凸状部は、ビアフィルメッキ法で形成したことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の放射線検出器。