JP6666285B2 - 放射線検出器 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、放射線検出器に関する。
放射線検出器において、感度の向上が望まれる。
特許５４６０７０６号公報
本発明の実施形態は、感度を向上できる放射線検出器を提供する。
本発明の実施形態によれば、放射線検出器は、第１金属層、第２金属層及び有機半導体層を含む。前記有機半導体層は、前記第１金属層と前記第２金属層との間に設けられる。前記第１金属層の厚さは、１００ナノメートル以上である。前記第２金属は、金または白金であり、前記第２金属層の厚さは、１０マイクロメートル以上４０マイクロメートル以下である。β線を含む放射線は、前記第１金属層を通過した後に前記有機半導体層に入射する。
第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。 放射線検出器の特性を例示するグラフ図である。 第１実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。 第１実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。 第１実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。 第１実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。 第１実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。 第１実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する模式的断面図である。 第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的斜視図である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る放射線検出器１１０は、積層体ＳＢを含む。積層体ＳＢは、第１金属層１０、第２金属層２０及び有機半導体層３０を含む。この例では、基板５０が設けられている。
有機半導体層３０は、第１金属層１０と第２金属層２０との間に設けられる。例えば、基板５０と第１金属層１０との間に、第２金属層２０が設けられる。
有機半導体層３０は、例えば、有機半導体領域３０Ｍを含む。有機半導体領域３０Ｍは、例えば、ｐ形半導体材料及びｎ形半導体材料を含む。有機半導体領域３０Ｍの例については、後述する。
例えば、積層体ＳＢに放射線８１（例えばβ線）が入射する。放射線８１により、有機半導体層３０において、移動可能な電荷が生じる。
例えば、第１金属層１０と第２金属層２０との間にバイアス電圧が印加されると、上記の電荷が取り出される。取り出された電荷の量は、例えば、積層体ＳＢに入射する放射線８１に応じている。放射線８１に応じた電気信号が得られる。
この例では、検出回路７０が設けられる。検出回路７０は、第１金属層１０及び第２金属層２０と電気的に接続される。例えば、第１配線７１により、検出回路７０と第１金属層１０とが電気的に接続される。例えば、第２配線７２により、検出回路７０と第２金属層２０とが電気的に接続される。検出回路７０は、積層体ＳＢに入射する放射線８１の強度に応じた信号ＯＳを出力する。第１金属層１０及び第２金属層２０は、電極として機能する。
実施形態においては、有機半導体層３０が第１金属層１０と第２金属層２０との間に設けられる。これらの金属層は、光を減衰させる。これらの金属層により、例えば、周囲光（外光）が有機半導体層３０に入射することが抑制される。
例えば、透過性を有する導電層（例えば、ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）を電極として用いる参考例がある。この参考例においては、電極が光透過性を有するため、周囲光（外光）が有機半導体層３０に入射する。有機半導体層３０において、例えば、周囲光（外光）に起因して電流が流れる場合がある。この電流は、ノイズ電流となり、放射線８１の検出の感度を低下させる。
実施形態においては、有機半導体層３０が第１金属層１０と第２金属層２０との間に設けられる。これらの金属層により、周囲光（外光）が有機半導体層３０に入射することが抑制される。これにより、ノイズ電流が抑制され、放射線８１の検出において高い感度が得られる。実施形態によれば、感度を向上できる放射線検出器が提供できる。
実施形態において、放射線８１は、例えば、第１金属層１０の側から積層体ＳＢに入射する。例えば、放射線８１は、第１金属層１０を通過した後に有機半導体層３０に入射する。第１金属層１０として、原子量が比較的小さい材料が用いられる。これにより、検知対象の放射線８１は、第１金属層１０を透過し、有機半導体層３０に入射できる。このとき、第１金属層１０により、外光は減衰される。
第１金属層１０の厚さｔ１（図１参照）は、例えば、１００ナノメートル（ｎｍ）以上である。これにより、第１金属層１０において、外光が効果的に減衰される。第１金属層１０の厚さｔ１は５００ｎｍ以下である。厚さｔ１が過度に厚いと、例えば、第１金属層１０において応力などに起因してクラックが生じる場合がある。
例えば、第１金属層１０の５５０ナノメートルの波長の光に対する透過率は、１パーセント以下である。外光が、効果的に減衰される。外光が減衰される分、高い感度が得られる。
一方、第２金属層２０には、原子量が比較的大きい材料が用いられる。これにより、例えば、有機半導体層３０に入射した放射線８１が、第２金属層２０に入射したときに、後方散乱が生じる。これにより、放射線８１の少なくとも一部が、第２金属層２０から有機半導体層３０に向けて進行する。この放射線８１により、有機半導体層３０において電荷が生じる。後方散乱に基づく電荷も検知される。これにより、より高い感度が得られる。
例えば、第２金属層２０に含まれる第２金属の原子量は、第１金属層１０に含まれる第１金属の原子量よりも大きい。
例えば、第１金属は、アルミニウム、銀、ニッケル及びマグネシウムからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１金属層１０は、このような第１金属を含む合金を含んでも良い。
例えば、第２金属は、金及び白金からなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２金属層２０は、このような第２金属を含む合金を含んでも良い。第２金属は、例えば、タングステンを含んでも良い。
後述するように、第２金属が金を含む場合、第２金属層２０の厚さｔ２（図１参照）は、１０マイクロメートル以上４０マイクロメートル以下であることが好ましい。第２金属が白金を含む場合も、第２金属層２０の厚さｔ２は、１０マイクロメートル以上４０マイクロメートル以下であることが好ましい。これにより、放射線８１の後方散乱が効果的に得られる。
実施形態において、有機半導体層３０の厚さｔ３（図１参照）は、１０マイクロメートル以上２００マイクロメートル以下である。これにより、例えば、β線などの放射線８１が、有機半導体層３０において、効果的に電荷に変換される。高い感度が得られる。例えば、厚さｔ３が過度に厚いと、γ線に対する感度が高くなる。例えば、γ線に対する高い感度により、β線の検出が実質的に低下する。例えば、厚さｔ３が過度に薄いと、β線の捕捉効率が低くなる。
上記の厚さは、例えば、第２金属層２０から第１金属層１０に向かう方向（例えば、Ｚ軸方向）に沿う長さである。
実施形態において、第２金属層２０に含まれる第２金属の仕事関数は大きいことが好ましい。第２金属の仕事関数は、例えば、４．７エレクトロンボルト（ｅＶ）よりも大きい。
電極として、ＩＴＯなどが用いられる参考例がある。ＩＴＯの仕事関数は、約４．７ｅＶである。この場合、例えば、ＩＴＯ電極から有機半導体層３０に向かって電荷（電子）が移動し易い。この電荷は、ノイズ電流となる。
実施形態においては、第２金属層２０に含まれる第２金属の仕事関数は、大きい。例えば、第２金属の仕事関数は、４．７ｅＶよりも大きい。これにより、ＩＴＯ電極を用いた参考例と比べて、ノイズ電流を小さくできる。これにより、より高い検出精度が得られる。
例えば、金の仕事関数は、約５．１ｅＶである。白金の仕事関数は、約５．６５ｅＶである。このような金属を用いることで、ノイズ電流を小さくできる。
一方、ＩＴＯ電極を用いる参考例においては、有機半導体層３０からＩＴＯ電極に向けたホールの障壁が高い。このため、ホールの取り出し効率が不十分である。
これに対して、実施形態においては、第２金属層２０に含まれる第２金属の仕事関数は、大きい。これにより、有機半導体層３０から第２金属層２０に向けたホールの障壁が低い。このため、ホールの高い取り出し効率が得られる。これにより、高い外部量子効率（ＥＱＥ）が得られる。
実施形態においては、第２金属層２０に含まれる第２金属の仕事関数が大きいため、大きな起電力が得られる。このため、バイアス電圧を小さくできる。例えば、検出回路７０の構成が簡単になる。
以下、第２金属層２０を変えたときの特性の例について説明する。
図２は、放射線検出器の特性を例示するグラフ図である。
図２は、第２金属が、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）である場合において、第２金属層２０の厚さｔ２（図１参照）を変えたときの放射線の検出比率ＤＲの特性を示す。この例では、第１金属層１０は、Ａｌである。第１金属層１０の厚さｔ１は、１００ｎｍである。有機半導体層３０の厚さｔ３は、１０μｍである。
放射線の検出比率ＤＲは、３１８ＫｅＶの放射線（コバルトの放射線（β線）に対応）を放射線検出器に照射したときの検出比率である。検出比率ＤＲは、照射したβ線の数に対する、有機半導体層３０において「ノイズレベル」よりも低いエネルギーとなったβ線の数の比である。検出比率ＤＲは、第２金属層２０の厚さｔ２が１μｍの時の値を１として、規格化されている。検出比率ＤＲが高いことは、感度が高いことに対応する。
図２から分かるように、第２金属が金を含む場合、及び、白金を含む場合において、第２金属層２０の厚さｔ２が１０μｍ以上になると、高い検出比率ＤＲが得られる。厚さｔ２が、１０μｍ以上８０μｍ以下において、検出比率ＤＲは高い。厚さｔ２が１０μｍ未満の場合は、厚さｔ２の増大とともに検出比率ＤＲが上昇する。
第２金属が金を含む場合、及び、白金を含む場合において、第２金属層２０の厚さｔ２は、１０μｍ以上であることが好ましい。
第２金属層２０に入射したβ線（電子線）が後方散乱することにより、電荷が生じ、この電荷が検出される。第２金属層２０の厚さｔ２が過度に薄いと、後方散乱の程度が低いと考えられる。厚さｔ２が１０μｍ以上になると、十分な、後方散乱が得られると考えられる。
β線の後方散乱の割合は、β線が通過する物質内での進むことができる距離（飛程）に依存すると考えられる。β線（電子線）の後方散乱の割合は、例えば、飛程の１／２程度の厚さで飽和すると考えられる。従って、第２金属層２０の厚さｔ２が飛程の１／２以上で、後方散乱の程度が飽和すると考えられる。
例えば、金または白金において、β線の飛程は約８０μｍと考えられる。第２金属層２０の厚さｔ２が飛程の１／２の４０μｍ程度でほぼ一定である。
第２金属層２０の厚さｔ２が過度に厚いと、クラックが生じ易くなる。このため、厚さｔ２は、８０μｍ以下が好ましい。厚さｔ２は、４０μｍ以下がさらに好ましい。クラックを効果的に抑制できる。
実施形態において、有機半導体層３０は、複数の粒子を含んでも良い。以下、この例について説明する。
図３は、第１実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図３に示すように、本実施形態に係る別の放射線検出器１１０ａにおいては、有機半導体層３０は、複数の粒子３５と、有機半導体領域３０Ｍと、を含む。放射線検出器１１０のこれ以外の構成は、例えば、放射線検出器１１０と同様である。
有機半導体領域３０Ｍの少なくとも一部は、複数の粒子３５の周りに設けられる。例えば、有機半導体領域３０Ｍは、複数の粒子３５の周りに設けられた部分を含む。例えば、有機半導体領域３０Ｍの中に、複数の粒子３５が分散される。複数の粒子３５の少なくとも２つは、互いに離れても良い。複数の粒子３５の少なくとも２つが、互いに接してもい。例えば、有機半導体領域３０Ｍは、複数の粒子３５の少なくとも一部の周りを囲む。複数の粒子３５の１つの一部が、有機半導体領域３０Ｍから露出しても良い。
複数の粒子３５は、例えば、ＰｂＳ、ＺｎＳｅ、Ｂｉ２Ｏ３及びＨｆＯ２からなる群から選択された少なくとも１つを含む。
複数の粒子３５のサイズ（例えば直径）は、例えば、１００ナノメートル以下である。
例えば、複数の粒子３５により、放射線８１が効率的に電荷に変換される。例えば、放射線８１が有機半導体領域３０Ｍに入射することで励起子が生じる。この励起子が有機半導体(有機半導体領域３０Ｍ）とナノ粒子の界面において電子・正孔に分離され電荷となる。この電荷が検出電流として、取り出される。
図４は、第１実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図４に示すように、本実施形態に係る別の放射線検出器１１１は、有機膜３６を含む。これ以外は、放射線検出器１１０と同様である。
有機膜３６は、第１金属層１０と有機半導体層３０との間の第１位置、及び、第２金属層２０と有機半導体層３０との間の第２位置の少なくともいずれかに設けられる。この例では、有機膜３６は、第１有機膜３６ａ及び第２有機膜３６ｂを含む。第１有機膜３６ａは、第１金属層１０と有機半導体層３０との間に設けられる。第２有機膜３６ｂは、第２金属層２０と有機半導体層３０との間に設けられる。
第１有機膜３６ａは、例えば、電子受容性材料を含む。電子受容性材料は、例えば、トリアゾール化合物などを含む。第１有機膜３６ａの材料の例については、後述する。第１有機膜３６ａの厚さは、例えば、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
第１有機膜３６ａは、例えば、正孔ブロッキング膜として機能しても良い。第１有機膜３６ａにより、例えば、バイアス電圧が印加されたときに、第１金属層１０から有機半導体層３０に正孔が注入されることを抑制する。例えば、ノイズ電流が抑制される。
第２有機膜３６ｂは、例えば、電子供与性有機材料を含む。電子供与性有機材料は、例えば、芳香族ジアミン化合物などを含む。第２有機膜３６ｂの材料の例については、後述する。第２有機膜３６ｂの厚さは、例えば、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
第２有機膜３６ｂは、例えば、電子ブロッキング膜として機能しても良い。第２有機膜３６ｂにより、例えば、バイアス電圧が印加されたときに、第２金属層２０から有機半導体層３０に電子が注入されることが抑制される。例えば、ノイズ電流が抑制される。
有機膜３６を設けることで、例えば、ノイズ電流が抑制できる。高い感度が得られる。
図５は、第１実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図５に示すように、本実施形態に係る別の放射線検出器１１２は、第１有機膜３６ａ（有機膜３６）を含む。これ以外は、放射線検出器１１０と同様である。
図６は、第１実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図６に示すように、本実施形態に係る別の放射線検出器１１３は、第２有機膜３６ｂ（有機膜３６）を含む。これ以外は、放射線検出器１１０と同様である。
放射線検出器１１２及び１１３においても例えば、ノイズ電流が抑制できる。高い感度が得られる。
図７は、第１実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図７に示すように、本実施形態に係る別の放射線検出器１１４においては、第１金属層１０、第２金属層２０、有機半導体層３０及び基板５０に加えて、封止部材６０がさらに設けられる。基板５０及び封止部材６０には、例えば、ガラスが用いられる。封止部材６０の外縁が、基板５０の外縁と、接合される。基板５０及び封止部材６０により囲まれる空間に、第１金属層１０、第２金属層２０及び有機半導体層３０が設けられる。第１金属層１０、第２金属層２０及び有機半導体層３０は、基板５０及び封止部材６０により、気密に封止される。これにより、安定した特性が得やすくなる。高い信頼性が得られる。
この例では、複数の第２金属層２０が設けられている。複数の第２金属層２０により、放射線８１の強度の空間分布が得られる。
以下、実施形態に用いられる材料の例について説明する。
図８は、第１実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する模式的断面図である。
図８は、有機半導体領域３０Ｍを例示している。有機半導体領域３０Ｍは、第１導電形の第１半導体領域３１と、第２導電形の第２半導体領域３２と、を含む。第１導電形は、例えばｎ形である。第２導電形は、例えば、ｐ形である。
有機半導体層３０は、例えば、第１半導体領域３１（例えばｎ形半導体領域）と、第２半導体領域３２（例えばｐ形半導体領域）と、を含む。例えば、２つの領域は、混ざり合っていても良い。例えば、有機半導体層３０は、例えば、バルクヘテロ接合構造を有しても良い。バルクヘテロ接合構造により、例えば、高い光電変換効率が得られる。有機半導体層３０において、複数のｎ形半導体領域と、複数のｐ形半導体領域と、が交互に並んでも良い。１つのｎ形半導体領域と、１つのｐ形半導体領域と、の間に、導電領域が設けられても良い。導電領域は、例えば、銀及び金からなる群から選択された少なくとも１つを含む。
例えば、ｐ形半導体領域は、ｐ形半導体化合物を含む。ｐ形半導体化合物は、例えば、正孔輸送性有機化合物である。ｐ形半導体化合物は、例えば、ドナー性の化合物である。ｐ形半導体化合物は、例えば、電子を供与しやすい。例えば、ｐ形半導体化合物のイオン化ポテンシャルは、小さい。ｐ形半導体化合物は、例えば、電子供与性を有する。
ｐ形半導体化合物は、例えば、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、ポリシラン化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、シアニン化合物、メロシアニン化合物、オキソノール化合物、ポリアミン化合物、インドール化合物、ピロール化合物、ピラゾール化合物、ポリアリーレン化合物、縮合芳香族炭素環化合物、及び、金属錯体、からなる群から選択された少なくとも１つを含む。上記の縮合芳香族炭素環化合物は、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、及び、フルオランテン誘導体からなる群から選択された少なくとも１つを含む。上記の金属錯体は、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する。
例えば、ｎ形半導体領域は、ｎ形半導体化合物を含む。ｎ形半導体化合物は、例えば、電子輸送性有機化合物である。ｎ形半導体化合物は、例えば、アクセプター性の化合物である。ｎ形半導体化合物は、例えば、電子を受容しやすい。例えば、ｎ形半導体化合物の電子親和力は、大きい。
ｎ形半導体化合物は、例えば、縮合芳香族炭素環化合物、ヘテロ環化合物、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、及び、金属錯体からなる群から選択された少なくとも１つを含む。上記の縮合芳香族炭素環化合物は、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体及びフルオランテン誘導体からなる群から選択された少なくとも１つを含む。上記のヘテロ環化合物は、例えば、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子を含む。上記のヘテロ環化合物は、例えば、５員から７員である。上記のヘテロ環化合物は、例えば、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、イソキノリン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリン、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、トリアゾロピリダジン、トリアゾロピリミジン、テトラザインデン、オキサジアゾール、イミダゾピリジン、ピラリジン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、ジベンズアゼピン、及び、トリベンズアゼピンからなる群から選択された少なくとも１つを含む。上記の金属錯体は、例えば、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する。
ｐ形半導体化合物及びｎ形半導体化合物の少なくともいずれかは、色素を含んでも良い。色素は、例えば、シアニン色素、スチリル色素、ヘミシアニン色素、メロシアニン色素、３核メロシアニン色素、４核メロシアニン色素、ロダシアニン色素、コンプレックスシアニン色素、コンプレックスメロシアニン色素、アロポーラー色素、オキソノール色素、ヘミオキソノール色素、スクアリウム色素、クロコニウム色素、アザメチン色素、クマリン色素、アリーリデン色素、アントラキノン色素、トリフェニルメタン色素、アゾ色素、アゾメチン色素、スピロ化合物、メタロセン色素、フルオレノン色素、フルギド色素、ペリレン色素、フェナジン色素、フェノチアジン色素、キノン色素、インジゴ色素、ジフェニルメタン色素、ポリエン色素、アクリジン色素、アクリジノン色素、ジフェニルアミン色素、キナクリドン色素、キノフタロン色素、フェノキサジン色素、フタロペリレン色素、ポルフィリン色素、クロロフィル色素、フタロシアニン色素、金属錯体色素、及び、縮合芳香族炭素環系色素からなる群から選択された少なくとも１つを含む。上記のメロシアニン色素は、例えば、ゼロメチンメロシアニン（シンプルメロシアニン）を含む。上記の金属錯体色素は、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、及び、フルオランテン誘導体からなる群から選択された少なくとも１つを含む。
上記の金属錯体においては、例えば、配位子を有する。配位子は、金属に配位する。配位子は、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子の少なくとも１つを含む。金属錯体中の金属イオンは、例えば、ベリリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、インジウムイオン、及び錫イオンからなる群から選択された少なくとも１つを含む。金属錯体中の金属イオンは、例えば、ベリリウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、及び亜鉛イオンからなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。金属錯体中の金属イオンは、例えば、アルミニウムイオン及び亜鉛イオンからなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。
配位子は、例えば、含窒素ヘテロ環配位子を含む。含窒素ヘテロ環配位子における炭素の数は、例えば、１以上３０以下である。含窒素ヘテロ環配位子における炭素の数は、例えば、２以上２０以下でも良い、含窒素ヘテロ環配位子における炭素の数は、例えば、３以上１５以下でも良い。配位子は、単座配位子でも良い。配位子は、例えば、２座以上の配位子でも良い。
配位子は、例えば、ピリジン配位子、ビピリジル配位子、キノリノール配位子、及び、ヒドロキシフェニルアゾール配位子からなる群から選択された少なくとも１つを含む。ヒドロキシフェニルアゾール配位子は、例えば、ヒドロキシフェニルベンズイミダゾール、ヒドロキシフェニルベンズオキサゾール配位子、及び、ヒドロキシフェニルイミダゾール配位子からなる群から選択された少なくとも１つを含む。
配位子は、例えば、アルコキシ配位子を含む。アルコキシ配位子における炭素の数は、例えば、１以上３０以下である。アルコキシ配位子における炭素の数は、例えば、１以上２０以下でも良い。アルコキシ配位子における炭素の数は、例えば、１以上１０以下でも良い。アルコキシ配位子は、例えば、メトキシ、エトキシ、ブトキシ、及び、２−エチルヘキシロキシからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
配位子は、例えば、アリールオキシ配位子を含む。アリールオキシ配位子における炭素の数は、例えば、６以上３０以下である。アリールオキシ配位子における炭素の数は、例えば、６以上２０以下でも良い。アリールオキシ配位子における炭素の数は、例えば、６以上１２以下でも良い。アリールオキシ配位子は、例えば、フェニルオキシ、１−ナフチルオキシ、２−ナフチルオキシ、２，４，６−トリメチルフェニルオキシ、及び、４−ビフェニルオキシからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
配位子は、例えば、ヘテロアリールオキシ配位子を含む。ヘテロアリールオキシ配位子における炭素の数は、例えば、１以上３０以下でる。ヘテロアリールオキシ配位子における炭素の数は、例えば、１以上２０以下である。ヘテロアリールオキシ配位子における炭素の数は、例えば、１以上１２以下である。ヘテロアリールオキシ配位子は、例えば、ピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、及び、キノリルオキシからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
配位子は、例えば、アルキルチオ配位子を含む。アルキルチオ配位子における炭素の数は、例えば、１以上３０以下である。アルキルチオ配位子における炭素の数は、例えば、１以上２０以下でも良い。アルキルチオ配位子における炭素の数は、例えば、１以上１２以下でる。アルキルチオ配位子は、例えば、メチルチオ及びエチルチオからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
配位子は、例えば、アリールチオ配位子を含む。アリールチオ配位子における炭素の数は、例えば、６以上３０以下である。アリールチオ配位子における炭素の数は、例えば、６以上２０以下でも良い。アリールチオ配位子における炭素の数は、例えば、６以上１２以下でも良い。アリールチオ配位子は、例えばフェニルチオを含む。
配位子は、例えば、ヘテロ環置換チオ配位子を含む。ヘテロ環置換チオ配位子における炭素の数は、例えば、１以上〜３０以下である。ヘテロ環置換チオ配位子における炭素の数は、例えば、１以上２０以下でも良い。ヘテロ環置換チオ配位子における炭素の数は、例えば、１以上１２以下でも良い。ヘテロ環置換チオ配位子は、例えば、ピリジルチオ、２−ベンズイミゾリルチオ、２−ベンズオキサゾリルチオ、及び、２−ベンズチアゾリルチオからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
配位子は、例えば、シロキシ配位子を含む。シロキシ配位子における炭素の数は、例えば、１以上３０以下である。シロキシ配位子における炭素の数は、例えば、３以上２５以下でも良い。シロキシ配位子における炭素の数は、例えば、６以上２０以下でも良い。シロキシ配位子は、例えば、トリフェニルシロキシ基、トリエトキシシロキシ基、及び、トリイソプロピルシロキシ基からなる群から選択された少なくとも１つを含む。
配位子は、例えば、含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、ヘテロアリールオキシ基、及びシロキシ配位子からなる群から選択された少なくとも１つを含む。配位子は、例えば、含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子及びシロキシ配位子からなる群から選択された少なくとも１つを含む。
第２金属層２０は、光透過性を有しない。第２金属層２０の厚さは、例えば、１０μｍ以上４０μｍ以下である。第２金属層２０は、例えば、ＡｕおよびＰｔからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
第１金属層１０は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１金属層１０の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
第１有機膜３６ａは、例えば、電子受容性有機材料を含む。電子受容性材料は、例えば、フラーレン及びカーボンナノチューブからなる群から選択された少なくとも１つを含む。電子受容性材料は、例えば、それらの誘導体を含んでも良い。フラーレンは、例えば、Ｃ６０及びＣ７０の少なくとも１つを含む。電子受容性材料は、例えば、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、バソクプロイン及びバソフェナントロリンからなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。電子受容性材料は、これらの誘導体を含んでも良い。電子受容性材料は、トリアゾール化合物、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体、ビス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、ジスチリルアリーレン誘導体、及び、シロール化合物からなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。
第１有機膜３６ａの厚さは、例えば、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。例えば、ノイズ電流が効果的に抑制できる。第１有機膜３６ａの厚さは、例えば、３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下でも良い。第１有機膜３６ａの厚さは、例えば、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下でも良い。
例えば、第１有機膜３６ａにおけるイオン化ポテンシャルは、第１金属層１０の仕事関数よりも大きい。第１有機膜３６ａにおけるイオン化ポテンシャルと、第１金属層１０の仕事関数と、の差は、例えば、１．３ｅＶ以上である。
例えば、第１有機膜３６ａにおける電子親和力は、有機半導体層３０における電子親和力以上である。
第２有機膜３６ｂは、例えば、電子供与性有機材料を含む。電子供与性有機材料は、例えば、低分子材料を含む。低分子材料は、例えば、芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、ポリフィリン化合物、リアゾール誘導体、オキサジザゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アニールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、及び、シラザン誘導からなる群から選択された少なくとも１つを含む。上記の芳香族ジアミン化合物は、例えば、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、及び、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）からなる群から選択された少なくとも１つを含む。上記のポリフィリン化合物は、例えば、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、及び、チタニウムフタロシアニンオキサイドからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
電子供与性有機材料は、例えば、高分子材料を含む。高分子材料は、例えば、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレン及びジアセチレンからなる群から選択された少なくとも１つを含む。高分子材料は、これらの誘導体を含んでも良い。
例えば、第２有機膜３６ａの電子親和力は、第２金属層２０の仕事関数よりも大きい。第２有機膜３６ａの電子親和力と、第２金属層２０の仕事関数と、の差は、例えば、１．３ｅＶ以上である。第２有機膜３６ａのイオン化ポテンシャルは、有機半導体層３０のイオン化ポテンシャル以下である。
第２有機膜３６ｂの厚さは、例えば、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。ノイズ電流が効果的に抑制される。第２有機膜３６ｂの厚さは、例えば、３０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下でも良い。第２有機膜３６ｂの厚さは、例えば、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下でも良い。
（第２実施形態）
図９は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的斜視図である。
図９に示すように、放射線検出器１２０は、積層体ＳＢを含む。積層体ＳＢは、第１金属層１０、第２金属層２０及び有機半導体層３０を含む。この例では、基板５０が設けられている。図９においては、図の見やすさのために、放射線検出器１２０に含まれる要素の一部が互いに離されて描かれている。
放射線検出器１２０においては、第２金属層２０は、複数設けられる。複数の第２金属層２０は、第２金属層２０から第１金属層１０に向かう第１方向（Ｚ軸方向）に対して交差する面（例えばＸ−Ｙ平面）に沿って並ぶ。Ｘ−Ｙ平面は、Ｚ軸方向に対して垂直である。
複数の第２金属層２０は、この面（例えばＸ−Ｙ平面）に沿う第２方向及び第３方向に沿って並ぶ、複数の第２金属層２０は、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って並ぶ。複数の第２金属層２０は、例えば、マトリクス状に並ぶ。
第１金属層１０及び有機半導体層３０は、連続的に設けられる。例えば、第１金属層１０は、第１方向（Ｚ軸方向）において、複数の第２金属層２０の１つと、複数の第２金属層２０の別の１つと、の間の領域と重なる。例えば、有機半導体層３０は、第１方向において、複数の第２金属層２０の１つと、複数の第２金属層２０の別の１つと、の間の領域と重なる。
放射線検出器１２０においては、放射線８１に応じた画像が得られる。放射線検出器１２０において、第１実施形態に関して説明した構成、及び、その変形が適用できる。放射線検出器１２０においても、感度を向上できる放射線検出器が提供できる。
例えば、放射線検出器１１１〜１１４及び１２０において、複数の粒子３５と、有機半導体領域３０Ｍと、を設けても良い。
実施形態によれば、感度を向上できる放射線検出器を提供することができる。
本願明細書において、「電気的に接続される状態」は、複数の導電体が物理的に接してこれら複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。「電気的に接続される状態」は、複数の導電体の間に、別の導電体が挿入されて、これらの複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、放射線検出器に含まれる、金属層、有機半導体層及び検出回路などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した放射線検出器を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての放射線検出器も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０…第１金属層、 ２０…第２金属層、 ３０…有機半導体層、 ３０Ｍ…有機半導体領域、 ３１…第１半導体領域、 ３２…第２半導体領域、 ３５…粒子、 ３６…有機膜、 ３６ａ、３６ｂ…第１、第２有機膜、 ５０…基板、 ６０…封止部材、 ７０…検出回路、 ７１、７２…第１、第２配線、 ８１…放射線、 １１０、１１０ａ、１１１〜１１４、１２０…放射線検出器、 ＤＲ…検出比率、 ＯＳ…信号、 ＳＢ…積層体、 ｔ１〜ｔ３…厚さ

Claims (10)

  1. 第１金属層と、
    第２金属層と、
    前記第１金属層と前記第２金属層との間に設けられた有機半導体層と、
    を含む積層体を備え、
    前記第１金属層の厚さは、１００ナノメートル以上であり、
    前記第２金属は、金または白金であり、前記第２金属層の厚さは、１０マイクロメートル以上４０マイクロメートル以下であり、
    β線を含む放射線は、前記第１金属層を通過した後に前記有機半導体層に入射する、放射線検出器。
  2. 前記第２金属層に含まれる第２金属の原子量は、前記第１金属層に含まれる第１金属の原子量よりも大きい、請求項１記載の放射線検出器。
  3. 前記第１金属は、アルミニウム、銀、ニッケル及びマグネシウムからなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項２記載の放射線検出器。
  4. 前記有機半導体層の厚さは、１０マイクロメートル以上２００マイクロメートル以下である、請求項１〜３のいずれか１つに記載の放射線検出器。
  5. 前記有機半導体層は、
    複数の粒子と、
    有機半導体領域と、
    を含み、
    前記有機半導体領域の少なくとも一部は、前記複数の粒子の周りに設けられた、請求項１〜４のいずれか１つに記載の放射線検出器。
  6. 前記複数の粒子のサイズは、１００ナノメートル以下である、請求項５記載の放射線検出器。
  7. 前記複数の粒子は、ＰｂＳ、ＺｎＳｅ、Ｂｉ２Ｏ３及びＨｆＯ２からなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項５または６に記載の放射線検出器。
  8. 前記有機半導体領域は、第１導電形の第１半導体領域と、第２導電形の第２半導体領域と、を含む、請求項５〜７のいずれか１つに記載の放射線検出器。
  9. 前記第１金属層と前記有機半導体層との間の第１位置、及び、前記第２金属層と前記有機半導体層との間の第２位置の少なくともいずれかに設けられた有機膜をさらに備えた、請求項１〜８のいずれか１つに記載の放射線検出器。
  10. 前記第１金属層及び前記第２金属層と電気的に接続された検出回路をさらに備え、
    前記検出回路は、前記積層体に入射する前記放射線の強度に応じた信号を出力する、請求項１〜９のいずれか１つに記載の放射線検出器。
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