JP6319523B2 - 検出素子 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示されているような放射線検出器(以下「従来の放射線検出器」という。)においては、貫通孔の内部に設けられた絶縁層と貫通電極との界面において水素及び水分が発生してしまうことが分かった。例えば特許文献1の図2及び図3に示すようにビア導電層の上端部が基板の上方に突出した構造の場合、これらの水素及び水分は、基板表面付近におけるビア導電層の屈曲部によって移動が規制されるため、外部に放出されずに貫通孔内部に充満してしまう。上記の水素及び水分の発生による貫通孔内部の内圧が許容量を超えると、貫通孔及び貫通電極が破壊されてしまうことが判明した。
本実施形態に係る本開示の放射線検出装置100のピクセル電極部101の概略構成図を図1に示す。実施形態に係る本開示の放射線検出装置100は、ピクセル電極部101、接続端子部109(109a及び109b)、ドリフト電極110、及びチャンバ111を有している。ピクセル電極部101及び接続端子部109(109a及び109b)を含めて検出素子190ともいう。
本実施形態に係る本開示の放射線検出装置100のピクセル電極部101は、基板102、カソード電極104、アノード電極106、アノード電極パターン108、及び貫通電極112を有している。
ここで、本実施形態に係る本開示の放射線検出装置100の動作原理を図2に示す。本実施形態に係る本開示の放射線検出装置100においては、ドリフト電極110とカソード電極104との間に発生させた電場の影響により、入射する放射線とチャンバ111内に存在する気体との相互作用により電子雲が形成される。この電子雲の各電子はピクセル電極部101へ引き寄せられる。このとき、引き寄せられた電子は気体と衝突し、気体を電離させる。さらに電離された電子は雪崩的に増殖しながら、電子群としてアノード電極106に引き寄せられる。このようにしてアノード電極106で収集された電子群は、電気信号として読み出すことができる程度にまで増加する。そして、この電気信号はアノード電極パターン108を通して接続端子部109aから外部に読み出される。一方、カソード電極104には電子群に誘導された正電荷が引き寄せられる。カソード電極104で収集された正電荷に起因する電気信号は接続端子部109bから外部に読み出される。これらの電気信号を時系列に計測することにより、荷電粒子の飛跡を測定することができる。
次に、本実施形態に係る本開示の放射線検出装置100に用いられる検出素子190の一部の平面図及び断面図をそれぞれ図3及び図4に示す。図3には、ピクセル電極部101及び接続端子部109aの平面図を示し、図4には、図3のA−A’線におけるピクセル電極部101及び接続端子部109aの断面図を示している。
図4に示すピクセル電極部101及び接続端子部109aに含まれる各部材の材料について詳細に説明する。
第3金属層124=ピクセル電極を構成する材料 ・・・(1)
第1金属層120の融点<第3金属層124の融点<第2金属層122の融点 ・・・(2)
第1金属層120のイオン化傾向<第3金属層124のイオン化傾向<第2金属層のイオン化傾向(酸化されやすい) ・・・(3)
図5は、本開示の一実施形態に係る検出素子の一部のA−A’断面図において、貫通電極及びアノード電極の拡大図である。図5に示す樹脂層140は、感光性樹脂を用いた樹脂層140の断面形状である。感光性樹脂を用いた場合、樹脂層140の開口端付近における上端部の形状(図5の矢印で示す領域)はラウンド形状になる。また、開口部141における樹脂層140の側壁は上方に向かって径が広がるテーパ形状である。
図6〜図15を用いて、本開示の第1実施形態に係る検出素子の製造方法を説明する。図6〜図15において、図4に示す要素と同じ要素には同一の符号を付した。ここで、シリコン基板を使用して検出素子を作製する製造方法について説明する。
本開示の第2実施形態に係る検出素子の構造について、図17を参照しながら詳細に説明する。なお、第2実施形態に係る放射線検出装置100Aに用いられる検出素子190Aにおいて、図5に示した検出素子190と同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
本開示の第3実施形態に係る検出素子の構造について、図18を参照しながら詳細に説明する。なお、第3実施形態に係る放射線検出装置100Bに用いられる検出素子190Bにおいて、図5に示した検出素子190と同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
本開示の第4実施形態に係る検出素子の構造について、図19を参照しながら詳細に説明する。なお、第4実施形態に係る放射線検出装置100Cに用いられる検出素子190Cにおいて、図4に示した検出素子190と同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
本開示の第5実施形態に係る検出素子の構造について、図20を参照しながら詳細に説明する。なお、第5実施形態に係る放射線検出装置100Dに用いられる検出素子190Dにおいて、図4に示した検出素子190と同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
本開示の第6実施形態に係る検出素子の構造について、図21〜図26を参照しながら詳細に説明する。なお、第6実施形態に係る放射線検出装置100Eに用いられる検出素子190Eにおいて、図5に示した検出素子190と同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
本開示の第7実施形態に係る検出素子の構成について、図27を参照しながら詳細に説明する。図27は、本開示の一実施形態に係る検出素子の一部の平面図及び断面図である。図27の(A)は、検出素子190Fの平面図である。図27の(B)は、図27の(A)のA−A’線における検出素子190Fの断面図である。
本開示の第8実施形態に係る検出素子の構成について、図28を参照しながら詳細に説明する。図28は、本開示の一実施形態に係る検出素子の一部の平面図及び断面図である。図28の(A)は、検出素子190Gの平面図である。図28の(B)は、図28の(A)のA−A’線における検出素子190Gの断面図である。
本開示の第9実施形態に係る検出素子の構成について、図29を参照しながら詳細に説明する。図29は、本開示の一実施形態に係る検出素子の一部の平面図及び断面図である。図29の(A)は、検出素子190Hの平面図である。図29の(B)は、図29の(A)のA−A’線における検出素子190Hの断面図である。
本開示の第10実施形態に係る放射線検出装置の構成について、図30を参照しながら詳細に説明する。図30は、本開示の一実施形態に係る検出素子の一部の平面図及び断面図である。図30の(A)は、検出素子190Jの平面図である。図30の(B)は、図30の(A)のA−A’線における検出素子190Jの断面図である。
本開示の第11実施形態に係る検出素子の構成について、図31を参照しながら詳細に説明する。図31は、本開示の一実施形態に係る検出素子の一部の平面図及び断面図である。図31の(A)は、検出素子190Kの平面図である。図31の(B)には、図31の(A)のA−A’線における検出素子190Kの断面図である。
本実施形態においては、本開示の放射線検出装置の別の例について説明する。第12実施形態の検出素子190Lは、第1〜第11実施形態の検出素子と同様の構成を有しているので、同様の構成については改めて説明はしない。なお、放射線検出装置は容器モジュールとも呼ばれる。
Claims (9)
- 貫通孔が設けられた基板と、
前記貫通孔の内部に配置された絶縁層と、
前記絶縁層より前記貫通孔の内側に配置された貫通電極と、
前記貫通電極を露出する開口部が設けられた絶縁性の樹脂層と、
前記貫通電極及び前記樹脂層の上方に配置され、前記開口部を通って前記貫通電極に接続された第1電極と、
前記樹脂層の上方において、前記第1電極から離隔して配置された第2電極と、
を有し、
前記樹脂層の一部は前記貫通電極に接し、
前記第1電極の径は、前記開口部の上部における第2開口径よりも大きい検出素子。 - 前記基板に対して、前記第1電極が配置された第1面とは反対側の第2面側に配置された第3電極をさらに有し、
前記第2電極が延在する方向と前記第3電極が延在する方向とは互いに交差している、請求項1に記載の検出素子。 - 前記第1電極は複数設けられ、
前記複数の前記第1電極は、前記第2電極が延在する方向及び前記第3電極が延在する方向に沿ってマトリクス状に配置されている、請求項2に記載の検出素子。 - 前記第2電極は、前記第1電極を囲むように開口されている、請求項1に記載の検出素子。
- 前記貫通電極と前記樹脂層とが接する領域において、前記開口部の第1開口径は前記貫通電極の径よりも小さい、請求項1乃至4のいずれか一に記載の検出素子。
- 前記絶縁層は、厚さが0.1μm以上35μm以下である、請求項1乃至4のいずれか一に記載の検出素子。
- 前記絶縁層は、酸化シリコン層及び窒化シリコン層を含み、
前記窒化シリコン層は、前記酸化シリコン層より前記貫通孔の内側に配置されている、請求項1乃至4のいずれか一に記載の検出素子。 - 前記絶縁層は、引っ張り応力を有する複数の層と圧縮応力を有する複数の層とが交互に積層されている、請求項1乃至4のいずれか一に記載の検出素子。
- 前記開口部は、前記基板から離れるにしたがって径が大きくなるテーパ形状である、請求項1乃至4のいずれか一に記載の検出素子。
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