JP5569775B2 - 放射線検出器 - Google Patents
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前記シンチレータ素子は互いに100μm以下の間隔をもって隣り合って配列され、
前記光反射材は下地材と金属反射材とが順に形成されたものであり、
隣り合うシンチレータ素子の光反射材の間には金属接合材を有することを特徴としている。
前記シンチレータ素子は互いに100μm以下の間隔をもって隣り合って配列され、
前記光反射材は金属反射材で構成され、
隣り合うシンチレータ素子の光反射材の間には金属接合材を有することを特徴としている。
より好ましくは、前記金属接合材を半田で構成する。
所定の厚みのシンチレータ基板を作製する工程、
前記シンチレータ基板の両面に下地材、金属反射材、第1の金属接合材を順に形成して第1の金属接合材付きシンチレータ基板を得る工程、
前記第1の金属接合材付きシンチレータ基板を所定枚数重ねて接合し、第1のシンチレータ基板接合体を形成する工程、
前記第1のシンチレータ基板接合体を所定厚みにスライスし、棒状のシンチレータ材の集合体であるシンチレータ接合基板を形成する工程、
前記シンチレータ接合基板を所定の厚みに加工する工程、
加工されたシンチレータ接合基板の両面に下地材、金属反射材、第2の金属接合材を順に形成して第2の金属接合材付きシンチレータ基板を形成する工程、
前記第2の金属接合材付きシンチレータ基板を所定枚数重ねて接合し、第2のシンチレータ基板接合体を形成する工程、
前記第2のシンチレータ基板接合体を所定厚みにスライスし、複数のシンチレータ素子を格子状に2次元配置したシンチレータアレイを形成する工程、
複数の半導体光検出素子を有する半導体光検出素子アレイと前記シンチレータアレイとを、半導体光検出素子とシンチレータ素子とが対向するように接着する工程を備えることを特徴としている。
所定の厚みのシンチレータ基板を作製する工程、
前記シンチレータ基板の両面に金属反射材、第1の金属接合材を順に形成して第1の金属接合材付きシンチレータ基板を得る工程、
前記第1の金属接合材付きシンチレータ基板を所定枚数重ねて接合し、第1のシンチレータ基板接合体を形成する工程、
前記第1のシンチレータ基板接合体を所定厚みにスライスし、棒状のシンチレータ材の集合体であるシンチレータ接合基板を形成する工程、
前記シンチレータ接合基板を所定の厚みに加工する工程、
加工されたシンチレータ接合基板の両面に金属反射材、第2の金属接合材を順に形成して第2の金属接合材付きシンチレータ基板を形成する工程、
前記第2の金属接合材付きシンチレータ基板を所定枚数重ねて接合し、第2のシンチレータ基板接合体を形成する工程、
前記第2のシンチレータ基板接合体を所定厚みにスライスし、複数のシンチレータ素子を格子状に2次元配置したシンチレータアレイを形成する工程、
複数の半導体光検出素子を有する半導体光検出素子アレイと前記シンチレータアレイとを、半導体光検出素子とシンチレータ素子とが対向するように接着する工程を備えることを特徴としている。
図1は、本実施形態の放射線検出器を示す斜視図である。本願発明の放射線検出器1は、半導体光検出素子アレイ2上にシンチレータアレイ3が接着層5を介して取り付けられたものである。半導体光検出素子アレイ2は、複数の半導体光検出素子21が長さと幅方向の平板状に配列されたものである。柱状に加工されたシンチレータ素子31は隣り合うシンチレータ素子31の隙間に形成された金属接合材4によって互いに接合されており、底面を半導体光検出素子21に接着層5を介して取り付けられ、シンチレータアレイ3が形成されている。隣り合うシンチレータ素子31の間隔は10μm以下である。
図4に本願発明の他の実施形態を示す。図4は、図3と同様に放射線検出器の一部を拡大して上面方向から見た拡大図である。金属接合材の部分を除いて、放射線検出器の構成は図1〜3と同様である。図4中には示されていないが、シンチレータ素子31の上面(半導体光検出素子21と対向する面の反対面)には上面反射材が形成されている。金属接合材は第1の金属接合材41と第2の金属接合材42の2層構造となっている。金属反射材32bと接する第2の金属接合材42には、金属反射材への付着力に優れ、かつ第1の金属接合材41と金属反射材32bとの拡散反応を抑制できるCrやNiなどの金属が用いられ、第1の金属接合材41には低融点で接合性に優れた、Sn、Ag、Cu、Zn、Au、In、Bi、Ni、Al、Crの少なくとも1つを含む金属合金を用いる。具合的には、AuSn、SnAgCu、SnCu、SnZnBi、SnInBiなどが用いられる。第1或いは第2の金属接合材は半田であることが好ましい。実施形態2では金属接合材が2層の構成を示したが、3層以上の構成としても良い。
図5に本願発明の他の実施形態を示す。図5は、図3と同様に放射線検出器の一部を拡大して上面方向から見た拡大図である。金属接合材の部分を除いて、放射線検出器の構成は図1〜3と同様である。図5中には示されていないが、シンチレータ素子31の上面(半導体光検出素子21と対向する面の反対面)には上面反射材が形成されている。シンチレータ素子31の向かい合う2つの面に沿って形成された第1の金属接合材43と、第1の金属接合材43が形成された面に直交する他の2つの面に沿って形成された第2の金属接合材44には、融点の異なる金属が用いられている。実施形態3では第1の金属接合材43および第2の金属接合材44はいずれも1層の例を示したが、実施形態2と同様に、2層以上であっても構わない。
図6に本願発明の他の実施形態を示す。図6は、図3と同様に放射線検出器の一部を拡大して上面方向から見た拡大図である。光反射材の部分を除いて、放射線検出器の構成は図1〜3と同様である。光反射材は金属反射材32dのみで構成されている。金属反射材とシンチレータ素子の間に下地層は無い。金属反射材には、Ag、Au、Al、Ni、Rhから選ばれる少なくとも1つを含み、シンチレータ素子31の発光波長付近において光反射率が高い材料を用いて、0.1μm〜10μmの厚さとするのが好ましい。より好ましくは0.1〜数μmとする。金属接合材としては、例えば、AuSn、SnAgCu、SnCu、SnZnBi、SnInBiなどの少なくとも1つが用いられる。
図7に本願発明の他の実施形態を示す。図7は、図6と同様に放射線検出器の一部を拡大して上面方向から見た拡大図である。金属接合材の部分を除いて、放射線検出器の構成は図6と同様である。金属接合材は第1の金属接合材41と第2の金属接合材42の2層構造となっている。金属反射材32dと接する第2の金属接合材42には、金属反射材への付着力に優れ、かつ第1の金属接合材41と金属反射材32dとの拡散反応を抑制できるCrやNiなどの金属が用いられ、第1の金属接合材41には低融点で接合性に優れた、Sn、Ag、Cu、Zn、Au、In、Bi、Ni、Al、Crの少なくとも1つを含む金属合金を用いる。具合的には、AuSn、SnAgCu、SnCu、SnZnBi、SnInBiなどが用いられる。第1或いは第2の金属接合材は半田であることが好ましい。実施形態5では金属接合材が2層の構成を示したが、3層以上の構成としても良い。
図8に本願発明の他の実施形態を示す。図8は、図6と同様に放射線検出器の一部を拡大して上面方向から見た拡大図である。金属接合材の部分を除いて、放射線検出器の構成は図6と同様である。シンチレータ素子31の向かい合う2つの面に沿って形成された第1の金属接合材43と、第1の金属接合材43が形成された面に直交する他の2つの面に沿って形成された第2の金属接合材44には、融点の異なる金属が用いられている。実施形態6では第1の金属接合材43および第2の金属接合材44はいずれも1層の例を示したが、実施形態5のように膜の部分を2層以上で構成してもかまわない。
図9〜図11を用いて、実施例1の放射線検出器の製造方法を、工程を追いながら説明する。
実施例1の構成について、AuSnめっき膜厚及びSnAgCuめっき膜厚を変更した以外は同様の方法で放射線検出器を作製した。試料2−1は、下地材、金属反射材の厚みも加えたシンチレータ素子同士の間隔を、第1金属接合材の側及び第2金属接合材の側の双方で50μmとした。試料2−2は、更にめっき膜厚を大きくすることにより、下地材、金属反射材の厚みも加えたシンチレータ素子同士の間隔を、第1金属接合材の側及び第2金属接合材の側の双方で100μmとした。いずれの放射線検出器も、十分な接合強度を確保し、クロストークを抑制することができた。
Agの金属反射材とSnAgCuの金属接合材の層間にバリア層としてNi層を付加する以外は、実施例1と同様にして本発明に係る放射線検出器を作製した。
下地材を設けず、金属反射材としてスパッタで形成したAg膜を用いた以外は、実施例1と同様にして本発明に係る放射線検出器を作製した。Ag膜の膜厚は0.3μmとした。
AuSn材をSnZnBi材に変更した以外は、実施例1と同様にして本発明に係る放射線検出器を作製した。
AuSn材をSnInBi材に変更した以外は、実施例1と同様にして本発明に係る放射線検出器を作製した。
2 半導体光検出素子アレイ、
21 半導体光検出素子、
22 光反射材、
3 シンチレータアレイ、
31 シンチレータ素子、
32a 下地材、
32b 金属反射材、
32d 金属反射材、
33 光反射材、
34 上面反射材、
4 金属接合材、
41,43,45 第1の金属接合材、
42,44,46 第2の金属接合材、
5 接着層、
6 シンチレータ基板、
71 第1のシンチレータ基板接合体、
72 第2のシンチレータ基板接合体、
81 第1のシンチレータ接合基板、
82 第2のシンチレータ接合基板
Claims (7)
- 複数の半導体光検出素子がマトリクス状配列された半導体光検出素子アレイ上に、複数のシンチレータ素子の各々がその底面を各半導体光検出素子に対向して配列され、シンチレータ素子の底面以外の面に光反射材を設けた放射線検出器であって、
前記シンチレータ素子は互いに50μm以下の間隔をもって隣り合って配列され、
前記光反射材は下地材と金属反射材とが順に形成されたものであり、
隣り合うシンチレータ素子の光反射材の間は金属接合材のみからなることを特徴とする放射線検出器。 - 前記金属接合材がSn、Ag、Cu、Zn、Au、In、Bi、Ni、Al、Crから選ばれる少なくとも1つの金属または合金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。
- 前記金属接合材が2種類以上の金属層の積層構造を有することを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
- 前記金属反射材と前記金属接合材が少なくとも1種類以上の共通の金属を有することを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
- 縦横にアレイ状に配列された複数のシンチレータ素子のうち、縦方向に並んだシンチレータ素子間に形成された金属接合材が、横方向に並んだシンチレータ素子間に形成された金属接合材とは融点の異なる材料で構成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。
- 複数の半導体光検出素子がマトリクス状に配列された半導体光検出素子アレイ上に、複数のシンチレータ素子の各々がその底面を各半導体光検出素子に対向して配列され、シンチレータ素子の底面以外の面に光反射材を設けた放射線検出器であって、
前記シンチレータ素子は互いに50μm以下の間隔をもって隣り合って配列され、
前記光反射材は金属反射材で構成され、
隣り合うシンチレータ素子の光反射材の間は金属接合材のみからなることを特徴とする放射線検出器。 - 前記金属接合材は半田で構成されていることを特徴とする請求項6に記載の放射線検出器。
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