JP5645584B2 - Radiation sensor - Google Patents
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Description
本発明は放射線を検出するセンサー、特にフラットパネルディテクタと呼ばれる放射線センサーに関するものである。 The present invention relates to a sensor for detecting radiation, and particularly to a radiation sensor called a flat panel detector.
被写体に放射線を照射し、透過した放射線を検出することで像を得る放射線撮影において、検出した放射線を電気信号に変換して像を得るデジタルラジオグラフィ（DR）が普及している。一般にDRでは、二次元状に配列した画素と、画素上に配置されたシンチレータ層から構成されるフラットパネルディテクタ（FPD）が使用されている。FPDの基本的な動作原理は放射線によるシンチレータの発光（シンチレーション光）を各画素内に設けられたアモルファスシリコンや多結晶シリコンから成る光検出部で検出して電気信号に変換し、各画素の電気信号を処理することで画像化するというものである。FPDのシンチレータ層としてはガドリニウムの酸硫化物にテルビウムを発光中心として添加したGd2O2S:Tb、ヨウ化セシウムにタリウムを添加したCsI:Tlなどが一般的に知られている。特にCsI:Tlを用いたFPDでは真空蒸着によって一本ずつが独立した針状結晶のCsI:Tlを成長させているため、針状結晶内でのライトガイド効果により所謂クロストークが抑制されるため、高い位置分解能が得られる利点を有している。 In radiography for obtaining an image by irradiating a subject with radiation and detecting the transmitted radiation, digital radiography (DR) that obtains an image by converting the detected radiation into an electrical signal has become widespread. In general, DR uses a flat panel detector (FPD) composed of pixels arranged two-dimensionally and a scintillator layer disposed on the pixels. The basic operating principle of FPD is that the light emitted from the scintillator by radiation (scintillation light) is detected by an optical detection unit made of amorphous silicon or polycrystalline silicon provided in each pixel and converted into an electrical signal. The signal is processed to form an image. As an FPD scintillator layer, Gd 2 O 2 S: Tb in which terbium is added as a light emission center to gadolinium oxysulfide, and CsI: Tl in which thallium is added to cesium iodide are generally known. In particular, in FPD using CsI: Tl, since CsI: Tl of independent needle crystals is grown by vacuum deposition one by one, so-called crosstalk is suppressed by the light guide effect in the needle crystals. This has the advantage that a high position resolution can be obtained.
このような針状結晶のシンチレータを用いた放射線センサーとして、例えば特許文献1には光検出部の上に針状結晶シンチレータ層、保護層、光反射層、保護層を順次積層した構成の放射線センサーが開示されている。特許文献1では、シンチレータ層上の保護層は潮解性のあるシンチレータ層を湿気から保護するために配置され、光反射層はシンチレータ層から保護層に向かって導波するシンチレーション光を反射して光検出部側に戻すことで感度を上げるために配置される。また光反射層上の保護層は、例えばアルミなどの光反射層が腐食されるのを抑制するために配置される。 As a radiation sensor using such a needle-like crystal scintillator, for example, Patent Document 1 discloses a radiation sensor having a structure in which a needle-like crystal scintillator layer, a protective layer, a light reflecting layer, and a protective layer are sequentially laminated on a light detection unit. Is disclosed. In Patent Document 1, the protective layer on the scintillator layer is arranged to protect the deliquescent scintillator layer from moisture, and the light reflecting layer reflects the scintillation light guided from the scintillator layer toward the protective layer to generate light. It is arranged to raise the sensitivity by returning to the detection unit side. Further, the protective layer on the light reflecting layer is disposed in order to prevent the light reflecting layer such as aluminum from being corroded.
しかしながら、真空蒸着によって形成された針状結晶から成るシンチレータ層には、針状結晶の異常成長や蒸着源の突沸によるスプラッシュと呼ばれる高さ数十μm以上の突起状の欠陥が存在する。従って上記特許文献1においてシンチレータ層上の保護層がスプラッシュの高さに対して十分な厚みを有していない場合、スプラッシュによる斜影効果により光反射層がスプラッシュの周囲には形成されず、光反射層に欠陥が生じるという問題が発生する。これを回避するためにシンチレータ層上の保護層を厚く形成した場合、シンチレータ層上面と光反射層の距離が離れてシンチレーション光の保護層内での光路長が長くなり、結果としてクロストークが増してしまうという別の問題が発生する。 However, the scintillator layer made of needle-like crystals formed by vacuum deposition has a projection-like defect with a height of several tens of μm or more, which is called splash due to abnormal growth of needle-like crystals or bumping of the evaporation source. Therefore, in Patent Document 1, when the protective layer on the scintillator layer does not have a sufficient thickness with respect to the height of the splash, the light reflection layer is not formed around the splash due to the oblique effect by the splash, and the light reflection The problem arises that the layer is defective. In order to avoid this, when the protective layer on the scintillator layer is formed thick, the distance between the upper surface of the scintillator layer and the light reflecting layer is increased and the optical path length in the protective layer of the scintillation light is increased, resulting in an increase in crosstalk. Another problem occurs.
本発明は上記の課題を鑑みて、シンチレータ層上面と光反射層の距離が離れた場合においてもクロストークの増加を抑制することが可能な放射線センサーを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a radiation sensor capable of suppressing an increase in crosstalk even when the distance between the upper surface of the scintillator layer and the light reflecting layer is increased.
上記課題を解決するための手段は、複数の光検出部が設けられた支持体上に針状結晶からなるシンチレータ層が配置されており、該シンチレータ層の上にシンチレーション光を反射する光反射層が保護層を介して光学的に結合して配置されており、該光反射層の反射面側にテーパー角を有する複数の突起物が配置されていることを特徴とする放射線センサーである。 Means for solving the above-described problem is that a scintillator layer made of needle-like crystals is disposed on a support provided with a plurality of light detection units, and the light reflection layer reflects the scintillation light on the scintillator layer. Is a radiation sensor characterized in that a plurality of protrusions having a taper angle are arranged on the reflection surface side of the light reflection layer.
更に前記テーパー角が45°〜50°の範囲であることを特徴とする放射線センサーである。 Furthermore, the taper angle is in the range of 45 ° to 50 °.
更に前記突起物が底面の一辺が2μm〜10μmの四角錘形状であることを特徴とする放射線センサーである。 Furthermore, the projection has a quadrangular pyramid shape with one side of the bottom surface of 2 μm to 10 μm.
更に前記突起物の形状が角錐或いは円錐であることを特徴とする放射線センサーである。 Furthermore, the radiation sensor is characterized in that the shape of the protrusion is a pyramid or a cone.
更に前記突起物の形状が角錐台或いは円錐台であり、前記光反射層の反射面から見た際に、平坦な部分が占める面積(S1)とテーパー面の占める面積(S2)の比が(S1/S2)≦0.1であることを特徴とする放射線センサーである。 Further, the shape of the protrusion is a truncated pyramid or a truncated cone, and when viewed from the reflecting surface of the light reflecting layer, the ratio of the area occupied by the flat portion (S1) and the area occupied by the tapered surface (S2) is ( A radiation sensor characterized in that S1 / S2) ≦ 0.1.
更に前記突起物が前記光反射層の反射面側に正方状或いは三角格子状に配列しており、前記光反射層の反射面から見た際に、平坦な反射面が占める面積(S3)とテーパー面の占める面積(S2)の比が(S3/S2)≦0.2であることを特徴とする放射線センサーである。 Further, the projections are arranged in a square or triangular lattice on the reflection surface side of the light reflection layer, and when viewed from the reflection surface of the light reflection layer, the area occupied by the flat reflection surface (S3) and The radiation sensor is characterized in that the ratio of the area (S2) occupied by the tapered surface is (S3 / S2) ≦ 0.2.
更に前記突起物の代わりに陥没部を配置したことを特徴とする放射線センサーである。 Furthermore, it is a radiation sensor characterized in that a depressed portion is arranged instead of the protrusion.
本発明によれば、光反射層を全面にわたって欠陥無く配置するためにシンチレータ層上面と光反射層の距離が離れた場合においてもクロストークの増加を抑制することが可能な放射線センサーを提供することが可能となる。 According to the present invention, there is provided a radiation sensor capable of suppressing an increase in crosstalk even when the distance between the upper surface of the scintillator layer and the light reflection layer is increased in order to arrange the light reflection layer over the entire surface without any defects. Is possible.
以下に本発明の好ましい実施の形態について述べる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
図１は本発明による放射線センサーの一例を示す断面模式図である。図１では画素毎の光検出部1を複数有した支持体2上に針状結晶CsI:Tlから成るシンチレータ層3が配置され、更に反射面側の表面に複数の突起物5を有した光反射層6が保護層4を介して光学的に結合して配置されている。ここで突起物5はテーパー角を有する形状であり、保護層4はシンチレータ層3に存在するスプラッシュの高さに対して十分な厚み（数十μm以上）を有しているものとする。尚、図１では本発明を簡潔に説明するため、シンチレータ層3に存在するスプラッシュは記載していない。保護層4にはCsI:Tlの潮解を防止する有機系の膜、光反射層6には放射線を十分透過すると同時にシンチレーション光に対する反射率が高い金属膜を用いる。勿論光反射層6の上に更に保護層などを設けても良い。 FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a radiation sensor according to the present invention. In FIG. 1, a scintillator layer 3 made of needle-like crystals CsI: Tl is arranged on a support 2 having a plurality of light detection portions 1 for each pixel, and light having a plurality of protrusions 5 on the surface on the reflective surface side. The reflective layer 6 is disposed optically coupled via the protective layer 4. Here, the protrusion 5 has a shape having a taper angle, and the protective layer 4 has a sufficient thickness (several tens of μm or more) with respect to the height of the splash existing in the scintillator layer 3. In FIG. 1, the splash existing in the scintillator layer 3 is not shown in order to briefly explain the present invention. The protective layer 4 is made of an organic film that prevents CsI: Tl deliquescence, and the light reflecting layer 6 is made of a metal film that sufficiently transmits radiation and at the same time has a high reflectivity for scintillation light. Of course, a protective layer or the like may be further provided on the light reflecting layer 6.
図１の放射線センサーに放射線7が入射するとシンチレータ層3のCsI:Tlが励起されてシンチレーション光が発生する。図２はシンチレーション光の伝播を模式的に示した図である。シンチレーション光は等方的に発生するが、そのうち-z方向の成分を有し全反射臨界角以上でCsI:Tl針状結晶8の界面に入射する光線は、針状結晶内で全反射を繰り返して光検出部が設けられた支持体2に向かって伝播する（図２(a)の光線A）。このため、発光地点から光検出部に到達するまでにx方向への位置ずれが少なく、クロストークが少ない光線の軌跡となる。ここで全反射臨界角は、CsI:Tl針状結晶8と針状結晶間の隙間の媒質との屈折率差で決まり、CsI:Tlの屈折率を1.78、隙間の媒質の屈折率を1.00とすると、34°となる。 When radiation 7 is incident on the radiation sensor in FIG. 1, CsI: Tl of the scintillator layer 3 is excited and scintillation light is generated. FIG. 2 is a diagram schematically showing the propagation of scintillation light. Although scintillation light is generated isotropically, light that has a component in the -z direction and is incident on the interface of the CsI: Tl needle crystal 8 above the total reflection critical angle repeats total reflection within the needle crystal. Then, the light propagates toward the support 2 provided with the light detection unit (light ray A in FIG. 2A). For this reason, it becomes a locus of light rays with little position shift in the x direction and less crosstalk before reaching the light detection unit from the light emitting point. Here, the critical angle for total reflection is determined by the difference in refractive index between the CsI: Tl needle crystal 8 and the gap medium between the needle crystals, the refractive index of CsI: Tl is 1.78, and the refractive index of the gap medium is 1.00. Then, it becomes 34 degrees.
一方、+z方向の成分を有した光線については、CsI:Tl針状結晶8の上面と保護層4の界面で屈折して保護層4内を伝播し、光反射層6の反射面に設けたテーパー角を有する突起物5で反射した後に支持体2に向かって伝播する（図２(a)の光線B）。この際、保護層4から光反射層6に向かって伝播することで+x方向への位置ずれが発生するが、突起物5のテーパー面で反射することで-x方向への成分を有した伝播となり、結果として発光地点から光検出部に到達するまでに生じるx方向への位置ずれが抑制される。一方で光反射層に突起物がなく平坦な場合、光反射層6で反射した後も光線は+x方向への成分を有した伝播となるため、発光地点から光検出部に到達するまでに生じるx方向への位置ずれが大きくなり、クロストークが大きい光線の軌跡となってしまう（図２(b)の光線B）。ここでテーパー角とは図２(a)に記載のように、突起物5をx-z平面から見た際に突起物のテーパー面と光反射層6との間の角度のことを意味する。 On the other hand, light having a component in the + z direction is refracted at the interface between the upper surface of the CsI: Tl needle crystal 8 and the protective layer 4 and propagates through the protective layer 4, and is provided on the reflective surface of the light reflecting layer 6. After being reflected by the projection 5 having a taper angle, it propagates toward the support 2 (light ray B in FIG. 2 (a)). At this time, a positional shift in the + x direction occurs due to propagation from the protective layer 4 toward the light reflecting layer 6, but it has a component in the -x direction due to reflection on the tapered surface of the protrusion 5. As a result, the positional deviation in the x direction that occurs before reaching the light detection unit from the light emitting point is suppressed. On the other hand, when the light reflecting layer is flat without projections, the light beam propagates with a component in the + x direction even after being reflected by the light reflecting layer 6. The resulting positional deviation in the x direction becomes large, and the crosstalk becomes a locus of light rays (light ray B in FIG. 2B). Here, the taper angle means an angle between the tapered surface of the protrusion and the light reflecting layer 6 when the protrusion 5 is viewed from the xz plane as shown in FIG.
以上のように光反射層6に設けたテーパー角を有した突起物5により保護層4内を伝播する光線のクロストークを抑制する効果が期待できる。 As described above, the effect of suppressing the crosstalk of the light beam propagating through the protective layer 4 by the protrusion 5 having the taper angle provided in the light reflecting layer 6 can be expected.
ここでCsI:Tl針状結晶8と保護層4の界面で光線が全反射をして、保護層4内を光線が伝播しないことも有り得るが、このような軌跡の光線は次のような理由から少ないものと考えられる。一般的にCsI:Tl針状結晶8を一本ずつ独立して成長させるには、CsI:Tlの(200)面が支持体2に対して平行な状態で成長させることが好ましく、この結果CsI:Tl針状結晶8の上面は(110)面がファセット面となり図２のように先鋭な形状となる。幾何光学に基づくと、このような先鋭な形状ではCsI:Tl針状結晶8内で全反射を繰り返して伝播してきた光線が保護層4との界面で全反射されることは少なくなる。更に保護層4として使用されるポリパラキシリレンなどの有機膜は屈折率が1.5〜1.7程度とCsI:Tlとの屈折率差が小さいことからも、CsI:Tl針状結晶8と保護層4の界面で光線が全反射されることは少なく、多くの光線が界面で屈折して保護層4内に透過すると考えられる。従って光反射層6に設けたテーパー角を有した突起物5により保護層4内を伝播する光線のクロストークを抑制することで、光検出部に入射するシンチレーション光全体の面内方向の広がりが低減することになる。 Here, it is possible that the light ray is totally reflected at the interface between the CsI: Tl needle-like crystal 8 and the protective layer 4, and the light ray does not propagate in the protective layer 4. Therefore, it is thought that there are few things. In general, in order to grow CsI: Tl needle crystals 8 independently one by one, it is preferable to grow the CsI: Tl with the (200) plane parallel to the support 2. The top surface of the: Tl needle crystal 8 has a (110) plane as a facet surface, and has a sharp shape as shown in FIG. Based on geometric optics, with such a sharp shape, a light beam that has repeatedly propagated total reflection within the CsI: Tl needle crystal 8 is less likely to be totally reflected at the interface with the protective layer 4. Furthermore, since the organic film such as polyparaxylylene used as the protective layer 4 has a refractive index of about 1.5 to 1.7 and the refractive index difference between CsI: Tl is small, the CsI: Tl needle crystal 8 and the protective layer 4 It is unlikely that light rays are totally reflected at the interface, and many light rays are refracted at the interface and transmitted into the protective layer 4. Therefore, by suppressing the crosstalk of the light beam propagating through the protective layer 4 by the protrusion 5 having a taper angle provided in the light reflection layer 6, the entire scintillation light incident on the light detection portion is spread in the in-plane direction. Will be reduced.
表１は光反射層に設けた突起物の大きさによる光検出部に入射する光束の変化について、幾何光学に基づいた計算を行った結果である。ここでは図３のようなモデルを仮定して、光検出部1直上のCsI:Tl針状結晶8のみから光線を等方的に発生させた場合について、光検出部1に入射する光線量の計算を行った。光検出部1の大きさは100μm四方、突起物5の形状はテーパー角45°の正四角錘、CsI:Tl針状結晶8は直径5.8μm、高さ500μmの円柱の先端に高さ2.9μmの円錐を組み合わせた形状、保護層4の屈折率は1.5、厚みは50μmとしている。またCsI:Tl針状結晶8は6μm周期で三角格子状に配列しており、突起物5は光反射層6の全面に隙間無く正方状に配列しているとした。 Table 1 shows the result of calculation based on geometrical optics with respect to the change of the light beam incident on the light detection unit depending on the size of the protrusion provided on the light reflection layer. Here, assuming a model as shown in FIG. 3, the amount of light incident on the light detection unit 1 when the light isotropically generated only from the CsI: Tl needle crystal 8 immediately above the light detection unit 1 is shown. Calculated. The size of the light detection unit 1 is 100 μm square, the shape of the projection 5 is a regular square pyramid with a taper angle of 45 °, and the CsI: Tl needle crystal 8 is 5.8 μm in diameter and 2.9 μm in height at the tip of a cylinder having a height of 500 μm. The protective layer 4 has a refractive index of 1.5 and a thickness of 50 μm. The CsI: Tl needle-like crystals 8 are arranged in a triangular lattice pattern with a period of 6 μm, and the protrusions 5 are arranged in a square shape on the entire surface of the light reflecting layer 6 without a gap.
表１より光反射層に突起物を設けることにより光検出部へ入射する光線量が増加していることが確認できる。即ち発光領域直下に到達する光線量が増加して、シンチレーション光のクロストークが抑制されていることを意味している。また表１において、突起物の大きさとは四角錘底面の一辺の長さを表している。突起物の大きさが10μm以下では概ね光検出部へ入射する光線量は一定であるが、10μmよりも大きくなると光線量が減少する傾向が始まり、最終的には突起物を設けない場合と同程度の光線量となる。突起物の大きさが2μm以下では突起物の高さがサブミクロン以下となり、光の波長に近い領域となってしまうことから、突起物の大きさの下限値としては2μm以上であることが好ましい。 From Table 1, it can be confirmed that the amount of light incident on the light detection portion is increased by providing the light reflecting layer with the protrusion. That is, it means that the amount of light reaching just below the light emitting area is increased, and crosstalk of scintillation light is suppressed. In Table 1, the size of the protrusion represents the length of one side of the bottom surface of the square pyramid. When the size of the projection is 10 μm or less, the amount of light incident on the light detection unit is generally constant, but when it exceeds 10 μm, the amount of light starts to decrease, and finally the same as when no projection is provided. The amount of light is about. When the size of the projection is 2 μm or less, the height of the projection is submicron or less, and the region is close to the wavelength of light. Therefore, the lower limit of the size of the projection is preferably 2 μm or more. .
次に表１の突起物の大きさ5.8μmの場合に関して、テーパー角を変化させた場合についての計算を行った結果、表2に示すように光反射層に設ける突起物のテーパー角としては45°〜50°の範囲が好ましいことが確認できた。 Next, as a result of calculation for the case of changing the taper angle in the case of the projection size of 5.8 μm in Table 1, as shown in Table 2, the taper angle of the projection provided in the light reflecting layer is 45. It was confirmed that the range of ° to 50 ° was preferable.
突起物の形状を四角錘から円錐などの形状に変更して同様の計算を行った場合も、概ね表１、表２と同様の傾向が得られることから、入射光線量は突起物の大きさとテーパー面の角度で左右されると考えられる。 Even when the same calculation is performed by changing the shape of the projection from a square pyramid to a shape such as a cone, the same tendency as in Tables 1 and 2 can be obtained. It is thought that it depends on the angle of the tapered surface.
また図４のように突起物5が角錐台や円錐台といった先端が平坦な形状の場合、光線が突起物5のテーパー面で反射せずに突起物5の上面で反射すると+x方向へのクロストークが大きな軌跡となってしまう（図４の光線B）ため好ましくはない。実際に計算を行ったところ、角錐台や円錐台では入射光線量が角錐や円錐よりも減少する傾向があることが確認できた。しかし図４の光反射層6をx-y平面から見た際に平坦な部分が占める面積(S1)とテーパー面の占める面積(S2)の比(S1/S2)が0.1以下であれば影響は比較的少なく、角錐や円錐の場合と同程度の入射光線量が得られることも確認できた。 As shown in FIG. 4, when the projection 5 has a flat tip such as a truncated pyramid or a truncated cone, if the light beam is reflected off the upper surface of the projection 5 without being reflected on the tapered surface of the projection 5, Since crosstalk becomes a large locus (ray B in FIG. 4), it is not preferable. As a result of actual calculation, it was confirmed that the amount of incident light tends to decrease in the truncated pyramid and truncated cone than in the truncated pyramid and cone. However, when the light reflecting layer 6 in FIG. 4 is viewed from the xy plane, the effect is compared if the ratio (S1 / S2) of the area occupied by the flat part (S1) and the area occupied by the tapered surface (S2) is 0.1 or less. It was confirmed that the amount of incident light was almost the same as that of a pyramid or cone.
また光反射層における突起物の配列に関しても、平坦な部分における光線の反射を少なくするという観点から突起物を高密度に配列させることが好ましく、具体的には正方配列や三角格子配列とすることが好ましい。更に突起物の周期に関しても、突起物を高密度で配列するためには短い方周期であることが好ましい。具体的には図５のように突起物の間に隙間が空いて光反射層6の平坦な部分が露出しているよりも、図２(a)のように突起物が隙間無く配列されている方が好ましい。表1の突起物の大きさ5.8μmの場合に関して、突起物の周期を変化させて同様の計算を行ったところ、図５の光反射層6をx-y平面から見た際に光反射層6の平坦な面が露出している部分が占める面積(S3)とテーパー面の占める面積(S2)の比(S3/S2)が0.2以下であれば影響は比較的少なく、突起物が隙間なく配列されている場合と同程度の入射光線量が得られることが確認できた。 In addition, regarding the arrangement of the protrusions in the light reflecting layer, it is preferable to arrange the protrusions at a high density from the viewpoint of reducing the reflection of light rays in a flat portion. Specifically, the protrusions should be a square array or a triangular lattice array. Is preferred. Further, regarding the period of the protrusions, it is preferable that the period is shorter in order to arrange the protrusions at a high density. Specifically, the projections are arranged without gaps as shown in FIG. 2 (a), rather than the gaps between the projections as shown in FIG. 5 and the flat portions of the light reflecting layer 6 exposed. Is preferred. When the projections in Table 1 have a size of 5.8 μm, the same calculation was performed while changing the period of the projections. When the light reflection layer 6 in FIG. 5 was viewed from the xy plane, the light reflection layer 6 If the ratio (S3 / S2) of the area (S3) occupied by the exposed part of the flat surface to the area (S2) of the tapered surface (S3 / S2) is 0.2 or less, the effect is relatively small, and the protrusions are arranged without gaps. It was confirmed that the same amount of incident light as that obtained was obtained.
また、光反射層に設ける突起物を陥没部としてもよい。即ち光反射層表面にテーパー角を設けた陥没部を配列させることで、陥没部のテーパー面で光線が反射するため、突起物を配列した場合と同様の効果が得られる。 Further, a protrusion provided on the light reflection layer may be a depressed portion. That is, by arranging the depressions having a taper angle on the surface of the light reflection layer, the light beam is reflected by the taper surface of the depressions, so that the same effect as when the protrusions are arranged can be obtained.
本実施例では図3に示す放射線センサーを作製した。 In this example, the radiation sensor shown in FIG. 3 was produced.
アモルファスシリコンから成る光検出部1が２次元的にアレイ化された支持体2上に真空蒸着によりCsI:Tlを500μmの厚みで配置し、更にCVDで保護層4となるポリパラキシリレンを50μm配置した。CsI:Tlの蒸着に際しては、Tlの含有量が1mol％前後になるようにCsIとTlIの蒸着レートを制御して行った。表面に突起物5が配置された光反射層6はドライエッチングにより作製した。ここではテーパー角を持つようにエッチング条件を調整することでシリコン基板上にテーパー角45°の正四角錐の突起物をほぼ隙間無く正方配列で形成し、さらに形成した突起物の表面を覆うように反射率の高いアルミを300nmスパッタリングにより成膜した。本実施例では突起物として、底面の一辺が5μm、高さが2.5μmのもの（サンプルA）、一辺が10μm、高さが5μmのもの（サンプルB）、底面の一辺が30μm、高さが15μmのもの（サンプルC）を用意した。これらの光反射層6を保護層4に密着させて放射線センサーとした。また比較のため、突起物を設けない平坦な光反射層（サンプルD）も用意して、同様に保護層4に密着させて放射線センサーとした。 CsI: Tl is placed with a thickness of 500μm by vacuum deposition on the support 2 on which the photodetection section 1 made of amorphous silicon is two-dimensionally arrayed, and polyparaxylylene that becomes the protective layer 4 by CVD is further 50μm. Arranged. When depositing CsI: Tl, the deposition rate of CsI and TlI was controlled so that the Tl content was around 1 mol%. The light reflecting layer 6 having the protrusions 5 disposed on the surface was produced by dry etching. Here, by adjusting the etching conditions so as to have a taper angle, protrusions of a square pyramid with a taper angle of 45 ° are formed on the silicon substrate in a square arrangement with almost no gap, and further, the surface of the formed protrusions is covered. Aluminum with high reflectivity was formed by 300 nm sputtering. In this example, the protrusions have a side of 5 μm and a height of 2.5 μm (sample A), a side of 10 μm and a height of 5 μm (sample B), a side of the bottom of 30 μm and a height of A 15 μm sample (Sample C) was prepared. These light reflecting layers 6 were adhered to the protective layer 4 to form a radiation sensor. For comparison, a flat light reflection layer (sample D) without projections was also prepared, and was in close contact with the protective layer 4 to obtain a radiation sensor.
上記４種類の放射線センサーに対してX線を照射し、テストチャートを撮影することで分解能を確認したところ、サンプルA及びBの光反射層を用いたものが最も分解能が高く、サンプルC、サンプルDの順で分解能が低下していることが確認できた。 When the resolution was confirmed by irradiating the above four types of radiation sensors with X-rays and photographing a test chart, the ones using the light reflecting layers of Samples A and B had the highest resolution, Sample C, Sample It was confirmed that the resolution decreased in the order of D.
本実施例では実施例１において光反射層に設ける突起物のテーパー角を変化させた放射線センサーを作製した。 In this example, a radiation sensor in which the taper angle of the protrusion provided on the light reflecting layer in Example 1 was changed was produced.
ドライエッチングの条件を調整することで突起物のテーパー角として、35°（サンプルE）、45°（サンプルF）、55°（サンプルG）の３種類のものを用意した。突起物の底面の一辺はいずれも10μmであり、テーパー角によってそれぞれ高さが異なっている。実施例１と同様にテストチャートの撮影を行ったところ、サンプルFの光反射層を用いたものが最も分解能が高く、サンプルG、サンプルEの順で分解能が低下していることが確認できた。 By adjusting the dry etching conditions, three types of taper angles of 35 ° (sample E), 45 ° (sample F), and 55 ° (sample G) were prepared. Each side of the bottom surface of the protrusion is 10 μm, and the height differs depending on the taper angle. When the test chart was photographed in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the sample F using the light reflecting layer had the highest resolution, and the resolution decreased in the order of sample G and sample E. .
本実施例では実施例１において光反射層に設ける突起物の形状を変化させた放射線センサーを作製した。 In this example, a radiation sensor in which the shape of the protrusion provided on the light reflecting layer in Example 1 was changed was produced.
実施例１で作製したサンプルBについて、突起物を設けた光反射層の表面を研磨することで突起物の形状を図４のように正四角錐台とした。研磨量を調整することで、正四角錘台上面の一辺が3μm（サンプルH）、7μm（サンプルI）の2種類を用意し、実施例１と同様にして放射線センサーを作製した。これらの場合、光反射層6をx-y平面から見た際に平坦な部分が占める面積(S1)とテーパー面の占める面積(S2)の比(S1/S2)は、それぞれ0.1、1.0となる。 With respect to Sample B produced in Example 1, the surface of the light reflecting layer provided with the protrusions was polished so that the shape of the protrusions was a regular square pyramid as shown in FIG. By adjusting the amount of polishing, two types of 3 μm (sample H) and 7 μm (sample I) were prepared on one side of the upper surface of the regular square frustum, and a radiation sensor was produced in the same manner as in Example 1. In these cases, when the light reflection layer 6 is viewed from the xy plane, the ratio (S1 / S2) of the area (S1) occupied by the flat portion and the area (S2) occupied by the tapered surface is 0.1 and 1.0, respectively.
実施例１と同様に分解能の確認を行ったところ、サンプルHの光反射層を用いたものではサンプルBと差が殆どない一方で、サンプルIについては分解能が低下していることが確認できた。 When the resolution was confirmed in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the resolution of Sample I using the light reflecting layer was almost the same as that of Sample B, but the resolution of Sample I was lowered. .
本実施例では実施例1において光反射層に設ける突起物の周期を変化させた放射線センサーを作製した。 In this example, a radiation sensor in which the period of the protrusions provided on the light reflecting layer in Example 1 was changed was produced.
実施例１で作製したサンプルBについて、図５のように光反射層6に配列した突起物5の周期を11μm（サンプルJ）、13μm（サンプルK）と変化させた２種類を用意し、実施例１と同様にして放射線センサーを作製した。これらの場合、x-y平面から見た際に光反射層6の平坦な面が露出している部分が占める面積(S3)とテーパー面の占める面積(S2)の比(S3/S2)は、それぞれ0.2、0.7となる。 For sample B produced in Example 1, two types were prepared by changing the period of the protrusions 5 arranged on the light reflecting layer 6 as 11 μm (sample J) and 13 μm (sample K) as shown in FIG. A radiation sensor was produced in the same manner as in Example 1. In these cases, when viewed from the xy plane, the ratio (S3 / S2) of the area (S3) occupied by the portion where the flat surface of the light reflecting layer 6 is exposed and the area (S2) occupied by the tapered surface is respectively 0.2 and 0.7.
実施例１と同様に分解能の確認を行ったところ、サンプルJの光反射層を用いたものではサンプルBと差が殆どない一方で、サンプルKについては分解能が低下していることが確認できた。 When the resolution was confirmed in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the resolution of Sample K using the light reflecting layer was almost the same as that of Sample B, but the resolution of Sample K was lowered. .
1 光検出部
2 支持体
3 シンチレータ層
4 保護層
5 突起物
6 光反射膜
7 放射線
8 CsI:Tl針状結晶
1 Photodetector
2 Support
3 Scintillator layer
4 Protective layer
5 Protrusion
6 Light reflecting film
7 Radiation
8 CsI: Tl needle crystal
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