JP6687359B2 - Radiation detector and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、放射線を検出する放射線検出器およびその製造方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a radiation detector that detects radiation and a method for manufacturing the same.
新世代のＸ線診断用画像検出器として、アクティブマトリクスや、ＣＣＤおよびＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いた平面形の放射線検出器であるＸ線検出器が注目を集めている。このＸ線検出器にＸ線を照射することにより、Ｘ線撮影像またはリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号として出力される。 As a new-generation image detector for X-ray diagnosis, an X-ray detector, which is a planar radiation detector using an active matrix and a solid-state image sensor such as CCD and CMOS, has been attracting attention. By irradiating the X-ray detector with X-rays, an X-ray photographed image or a real-time X-ray image is output as a digital signal.
Ｘ線検出器は、光を電気信号に変換する光電変換基板、およびこの光電変換基板に接して外部から入射したＸ線を光に変換するシンチレータ層を備えている。そして、入射Ｘ線によりシンチレータ層で変換された光が光電変換基板に到達することで電荷に変換され、この電荷が出力信号として読み出され、所定の信号処理回路等にてデジタル画像信号に変換される。 The X-ray detector includes a photoelectric conversion substrate that converts light into an electric signal, and a scintillator layer that contacts the photoelectric conversion substrate and converts X-rays incident from the outside into light. Then, the light converted in the scintillator layer by the incident X-ray reaches the photoelectric conversion substrate and is converted into electric charges, which are read out as an output signal and converted into a digital image signal by a predetermined signal processing circuit or the like. To be done.
また、シンチレータ層にハロゲン化物であるＣｓＩを用いた場合は、ＣｓＩ単体では、入射Ｘ線を可視光に変換することができないことから、一般的な蛍光体と同様に入射Ｘ線に対する光の励起を活性化させるため、賦活剤を含有させている。 When CsI, which is a halide, is used for the scintillator layer, CsI alone cannot convert incident X-rays into visible light. An activator is contained in order to activate.
Ｘ線検出器においては、光電変換基板の受光感度のピーク波長が可視光領域の４００nm〜７００nm付近に存在することから、シンチレータ層にＣｓＩを用いた場合は、入射Ｘ線により励起された光の波長が５５０nm付近となるＴｌが賦活剤として用いられている。 In the X-ray detector, since the peak wavelength of the light receiving sensitivity of the photoelectric conversion substrate exists near 400 nm to 700 nm in the visible light region, when CsI is used for the scintillator layer, the light excited by the incident X-rays Tl having a wavelength around 550 nm is used as an activator.
シンチレータ層がハロゲン化物であるＣｓＩにＴｌを賦活剤として含有する蛍光体である場合、一般的な賦活剤を含有する蛍光体と同様に、シンチレータ層の特性が賦活剤であるＴｌの濃度および濃度分布に大きな影響を受けることとなる。 When the scintillator layer is a phosphor containing Tl as an activator in CsI which is a halide, the characteristics of the scintillator layer are the concentration and concentration of Tl which is the activator, as in a phosphor containing a general activator. It will be greatly affected by the distribution.
賦活剤を含有するシンチレータ層を有するＸ線検出器において、賦活剤の濃度および濃度分布が適正化されていない場合は、シンチレータ層の特性劣化を招くこととなり、シンチレータ層の発光特性に関連する感度（発光効率）および残像｛ｎ回目のＸ線画像に（ｎ−１）回目以前のＸ線画像の被写体像が残留する現象｝に影響が生じることとなる。 In an X-ray detector having a scintillator layer containing an activator, if the concentration and concentration distribution of the activator are not optimized, the characteristics of the scintillator layer will deteriorate, and the sensitivity related to the emission characteristics of the scintillator layer will be brought about. (Emission efficiency) and afterimage (a phenomenon in which the object image of the (n-1) th X-ray image before the (n-1) th time remains in the nth X-ray image) are affected.
例えば、Ｘ線画像を用いた診断においては、被写体により撮影条件が大きく異なるため｛入射Ｘ線の線量：０．００８７mGy〜０．８７mGy程度（部位によりＸ線透過率が異なるため）｝、（ｎ−１）回目のＸ線画像とｎ回目のＸ線画像の入射Ｘ線の線量に大きな差異が生じることがあり、（ｎ−１）回目とｎ回目のＸ線画像の入射Ｘ線の線量差が（ｎ−１）＞ｎの場合、（ｎ−１）回目のＸ線画像の非被写体部のシンチレータ層の発光特性が、入射Ｘ線の大きなエネルギーにより変化し、ｎ回目のＸ線画像にまで、影響が残留することによって、残像が生じることとなる。 For example, in a diagnosis using an X-ray image, since the imaging conditions are greatly different depending on the subject (incident X-ray dose: 0.0087 mGy to 0.87 mGy (because the X-ray transmittance varies depending on the site)), (n -1) There may be a large difference in the incident X-ray dose between the X-ray image of the first time and the X-ray image of the n-th time, and the dose difference of the incident X-rays of the X-ray image at the (n-1) -th time and the n-th time may be different. Is (n-1)> n, the emission characteristics of the scintillator layer in the non-subject portion of the (n-1) th X-ray image changes due to the large energy of the incident X-rays, resulting in the nth X-ray image. Up to this, the residual image causes an afterimage.
この残像特性は、Ｘ線画像を用いた診断においては、他のシンチレータ層の特性である感度（発光効率）や解像度（ＭＴＦ）に比べても重要な特性となっている。 This afterimage characteristic is an important characteristic in diagnosis using an X-ray image, compared with the sensitivity (luminous efficiency) and resolution (MTF) which are the characteristics of other scintillator layers.
また、ＣｓＩにＴｌを賦活剤として含有する蛍光体で構成されるシンチレータ層では、シンチレータ層中の賦活剤であるＴｌ濃度が高い程、シンチレータ層のＸ線耐性｛Ｘ線照射によるダメージに伴うシンチレータ層の感度低下（信頼性項目）｝が劣化することが論文（非特許文献１）等に示されている。さらに、一般的に物質が高エネルギーの照射（Ｘ線等）を受けた場合、物質を構成する原子間の結合にダメージ（結合が切れる等）が生じることに由来し、特に光を透過する蛍光体等においては、高エネルギーの照射（Ｘ線等）を受けた場合、ダメージによる着色（カラーセンター）が発生することが論文（非特許文献２）等に記載されている。 Further, in the scintillator layer composed of a phosphor containing Ts as an activator in CsI, the higher the Tl concentration of the activator in the scintillator layer, the higher the X-ray resistance of the scintillator layer {the scintillator due to damage due to X-ray irradiation. It has been shown in a paper (Non-Patent Document 1) and the like that deterioration of layer sensitivity (reliability item)} deteriorates. Furthermore, in general, when a substance is irradiated with high energy (such as X-rays), the bond between the atoms that form the substance is damaged (the bond is broken), and in particular, fluorescence that transmits light is used. It is described in a paper (Non-Patent Document 2) and the like that, when the body or the like is irradiated with high energy (X-ray or the like), coloring (color center) due to damage occurs.
そして、ＣｓＩにＴｌを賦活剤として含有する蛍光体で構成されるシンチレータ層には、さらなる特性の改善に課題がある。 The scintillator layer composed of a phosphor containing Ts as an activator in CsI has a problem in further improvement of characteristics.
従来、シンチレータ層の特性の改善については、感度（発光効率）、解像度（ＭＴＦ）、残像など、それぞれ個別の特性の改善に関するものが多く、残像特性およびＸ線耐性も含めた総合的な特性の改善に関するものはなかった。 Conventionally, regarding the improvement of the characteristics of the scintillator layer, there are many things relating to the improvement of individual characteristics such as sensitivity (luminous efficiency), resolution (MTF), and afterimage, and the overall characteristics including afterimage characteristics and X-ray resistance There was nothing to improve.
本発明が解決しようとする課題は、シンチレータ層の残像特性および放射線耐性も含めた総合的な特性を改善できる放射線検出器およびその製造方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a radiation detector capable of improving the overall characteristics of the scintillator layer including afterimage characteristics and radiation resistance, and a manufacturing method thereof.
本実施形態の放射線検出器は、光を電気信号に変換する光電変換基板と、光電変換基板に接して外部から入射した放射線を光に変換するシンチレータ層とを具備する。シンチレータ層は、ハロゲン化物であるＣｓＩにＴｌを賦活剤として含有する蛍光体である。シンチレータ層の膜厚方向における放射線の入射側を入射側領域、入射側領域とは反対側を非入射側領域、および入射側領域と非入射側領域との間を中間領域とすると、入射側領域および非入射側領域におけるそれぞれの蛍光体中の賦活剤の濃度は０．２mass％±０．１５mass％、中間領域における蛍光体中の賦活剤の濃度は１．６mass％±０．４mass％である。 The radiation detector of this embodiment includes a photoelectric conversion substrate that converts light into an electric signal, and a scintillator layer that contacts the photoelectric conversion substrate and converts radiation incident from the outside into light. The scintillator layer is a phosphor containing Tl as an activator in CsI which is a halide. If the incident side of the radiation in the film thickness direction of the scintillator layer is the incident side region, the side opposite to the incident side region is the non-incident side region, and the region between the incident side region and the non-incident side region is the intermediate region, the incident side region. The concentration of the activator in each phosphor in the non-incident side region is 0.2 mass% ± 0.15 mass%, and the concentration of the activator in the phosphor in the middle region is 1.6 mass% ± 0.4 mass%. .
以下、一実施形態を、図１ないし図２１を参照して説明する。 Hereinafter, one embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 21.
図１ないし図４には放射線検出器の基本構成について第１ないし第４の構造例を示し、図５には基本構成の等価回路図を示す。 1 to 4 show first to fourth structural examples of the basic configuration of the radiation detector, and FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram of the basic configuration.
まず、図１および図５を参照して、放射線検出器としてのＸ線検出器１の第１の構造例を説明する。図１に示すように、Ｘ線検出器１は、間接方式のＸ線平面画像検出器である。このＸ線検出器１は、可視光を電気信号に変換するアクティブマトリクス光電変換基板である光電変換基板２を備えている。 First, a first structural example of the X-ray detector 1 as a radiation detector will be described with reference to FIGS. 1 and 5. As shown in FIG. 1, the X-ray detector 1 is an indirect X-ray plane image detector. The X-ray detector 1 includes a photoelectric conversion substrate 2 that is an active matrix photoelectric conversion substrate that converts visible light into an electric signal.
光電変換基板２は、矩形平板状の透光性を有するガラス等にて形成された絶縁基板としての支持基板３を備えている。この支持基板３の表面には、二次元的でマトリクス状に複数の画素４が互いに間隔をあけて配列され、各画素４毎に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)５、電荷蓄積用キャパシタ６、画素電極７、およびフォトダイオード等の光電変換素子８が形成されている。 The photoelectric conversion substrate 2 includes a support substrate 3 as an insulating substrate formed of a transparent glass having a rectangular flat plate shape. A plurality of pixels 4 are two-dimensionally arranged in a matrix on the surface of the support substrate 3 at intervals, and a thin film transistor (TFT) 5 as a switching element and a charge storage capacitor 6 are provided for each pixel 4. , A pixel electrode 7, and a photoelectric conversion element 8 such as a photodiode are formed.
図５に示すように、支持基板３上には、この支持基板３の行方向に沿った複数の制御ラインとしての制御電極11が配線されている。これら複数の制御電極11は、支持基板３上の各画素４間に位置し、この支持基板３の列方向に離間されて設けられている。これら制御電極11には、薄膜トランジスタ５のゲート電極12が電気的に接続されている。 As shown in FIG. 5, control electrodes 11 as a plurality of control lines are arranged on the support substrate 3 along the row direction of the support substrate 3. The plurality of control electrodes 11 are located between the respective pixels 4 on the support substrate 3 and are provided so as to be separated from each other in the column direction of the support substrate 3. The gate electrode 12 of the thin film transistor 5 is electrically connected to these control electrodes 11.
支持基板３上には、この支持基板３の列方向に沿った複数の読出電極13が配線されている。これら複数の読出電極13は、支持基板３上の各画素４間に位置し、この支持基板３の行方向に離間されて設けられている。そして、これら複数の読出電極13には、薄膜トランジスタ５のソース電極14が電気的に接続されている。また、この薄膜トランジスタ５のドレイン電極15は、電荷蓄積用キャパシタ６および画素電極７にそれぞれ電気的に接続されている。 On the support substrate 3, a plurality of read electrodes 13 are arranged along the column direction of the support substrate 3. The plurality of read electrodes 13 are located between the pixels 4 on the support substrate 3 and are provided in the row direction of the support substrate 3 so as to be separated from each other. The source electrode 14 of the thin film transistor 5 is electrically connected to the plurality of read electrodes 13. The drain electrode 15 of the thin film transistor 5 is electrically connected to the charge storage capacitor 6 and the pixel electrode 7, respectively.
図１に示すように、薄膜トランジスタ５のゲート電極12は、支持基板３上に島状に形成されている。このゲート電極12を含む支持基板３上には、絶縁膜21が積層されて形成されている。この絶縁膜21は、各ゲート電極12を覆っている。また、この絶縁膜21上には、島状の複数の半絶縁膜22が積層されて形成されている。これら半絶縁膜22は、半導体にて構成されており、薄膜トランジスタ５のチャネル領域として機能する。そして、これら各半絶縁膜22は、各ゲート電極12に対向して配設されており、これら各ゲート電極12を覆っている。すなわち、これら各半絶縁膜22は、各ゲート電極12上に絶縁膜21を介して設けられている。 As shown in FIG. 1, the gate electrode 12 of the thin film transistor 5 is formed in an island shape on the support substrate 3. An insulating film 21 is laminated and formed on the supporting substrate 3 including the gate electrode 12. The insulating film 21 covers each gate electrode 12. A plurality of island-shaped semi-insulating films 22 are stacked and formed on the insulating film 21. The semi-insulating film 22 is made of a semiconductor and functions as a channel region of the thin film transistor 5. Each of these semi-insulating films 22 is arranged so as to face each gate electrode 12, and covers each of these gate electrodes 12. That is, each of these semi-insulating films 22 is provided on each of the gate electrodes 12 via the insulating film 21.
半絶縁膜22を含む絶縁膜21上には、島状のソース電極14およびドレイン電極15がそれぞれ形成されている。これらソース電極14およびドレイン電極15は、互いに絶縁され電気的に接続されていない。また、これらソース電極14およびドレイン電極15は、ゲート電極12上の両側に設けられており、これらソース電極14およびドレイン電極15の一端部が半絶縁膜22上に積層されている。 An island-shaped source electrode 14 and drain electrode 15 are formed on the insulating film 21 including the semi-insulating film 22. The source electrode 14 and the drain electrode 15 are insulated from each other and are not electrically connected. The source electrode 14 and the drain electrode 15 are provided on both sides of the gate electrode 12, and one ends of the source electrode 14 and the drain electrode 15 are laminated on the semi-insulating film 22.
図５に示すように、各薄膜トランジスタ５のゲート電極12は、同じ行に位置する他の薄膜トランジスタ５のゲート電極12とともに共通の制御電極11に電気的に接続されている。さらに、これら各薄膜トランジスタ５のソース電極14は、同じ列に位置する他の薄膜トランジスタ５のソース電極14とともに共通の読出電極13に電気的に接続されている。 As shown in FIG. 5, the gate electrode 12 of each thin film transistor 5 is electrically connected to the common control electrode 11 together with the gate electrodes 12 of the other thin film transistors 5 located in the same row. Further, the source electrode 14 of each thin film transistor 5 is electrically connected to the common read electrode 13 together with the source electrode 14 of another thin film transistor 5 located in the same column.
図１に示すように、電荷蓄積用キャパシタ６は、支持基板３上に形成された島状の下部電極23を備えている。この下部電極23を含む支持基板３上には絶縁膜21が積層されて形成されている。この絶縁膜21は、各薄膜トランジスタ５のゲート電極12上から各下部電極23上まで延長している。さらに、この絶縁膜21上には、島状の上部電極24が積層されて形成されている。この上部電極24は、下部電極23に対向して配設されており、これら各下部電極23を覆っている。すなわち、これら各上部電極24は、各下部電極23上に絶縁膜21を介して設けられている。そして、この上部電極24を含む絶縁膜21上にはドレイン電極15が積層されて形成されている。このドレイン電極15は、他端部が上部電極24上に積層されて、この上部電極24に電気的に接続されている。 As shown in FIG. 1, the charge storage capacitor 6 includes an island-shaped lower electrode 23 formed on the support substrate 3. An insulating film 21 is laminated and formed on the supporting substrate 3 including the lower electrode 23. The insulating film 21 extends from above the gate electrode 12 of each thin film transistor 5 to above each lower electrode 23. Further, an island-shaped upper electrode 24 is laminated and formed on the insulating film 21. The upper electrode 24 is arranged so as to face the lower electrodes 23 and covers each of the lower electrodes 23. That is, each of these upper electrodes 24 is provided on each of the lower electrodes 23 via the insulating film 21. Then, the drain electrode 15 is laminated and formed on the insulating film 21 including the upper electrode 24. The other end of the drain electrode 15 is laminated on the upper electrode 24 and electrically connected to the upper electrode 24.
各薄膜トランジスタ５の半絶縁膜22、ソース電極14およびドレイン電極15と、各電荷蓄積用キャパシタ６の上部電極24とのそれぞれを含む絶縁膜21上には、絶縁層25が積層されて形成されている。この絶縁層25は、酸化珪素(ＳｉＯ２)等にて形成されており、各画素電極７を取り囲むように形成されている。 An insulating layer 25 is laminated and formed on the insulating film 21 including the semi-insulating film 22, the source electrode 14 and the drain electrode 15 of each thin film transistor 5, and the upper electrode 24 of each charge storage capacitor 6. There is. The insulating layer 25 is formed of silicon oxide (SiO 2) or the like, and is formed so as to surround each pixel electrode 7.
この絶縁層25の一部には、薄膜トランジスタ５のドレイン電極15に連通したコンタクトホールとしてのスルーホール26が開口形成されている。このスルーホール26を含む絶縁層25上には、島状の画素電極７が積層されて形成されている。この画素電極７は、スルーホール26にて薄膜トランジスタ５のドレイン電極15に電気的に接続されている。 A through hole 26 as a contact hole communicating with the drain electrode 15 of the thin film transistor 5 is formed in a part of the insulating layer 25. On the insulating layer 25 including the through holes 26, the island-shaped pixel electrodes 7 are laminated and formed. The pixel electrode 7 is electrically connected to the drain electrode 15 of the thin film transistor 5 through the through hole 26.
各画素電極７上には、可視光を電気信号に変換するフォトダイオード等の光電変換素子８が積層されて形成されている。 A photoelectric conversion element 8 such as a photodiode for converting visible light into an electric signal is laminated and formed on each pixel electrode 7.
また、光電変換基板２の光電変換素子８が形成された表面に、放射線としてのＸ線を可視光に変換するシンチレータ層31が形成されている。このシンチレータ層31は、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の気相成長法で、高輝度蛍光物質であるヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等のハロゲン化合物やガドリニウム硫酸化物（ＧＯＳ）等の酸化物系化合物等の蛍光体を、光電変換基板２上に柱状に堆積させて成膜されている。そして、シンチレータ層31は、光電変換基板２の面方向に複数の短冊状の柱状結晶32が形成された柱状結晶構造に形成されている。 Further, a scintillator layer 31 that converts X-rays as radiation into visible light is formed on the surface of the photoelectric conversion substrate 2 on which the photoelectric conversion elements 8 are formed. The scintillator layer 31 is formed by a vapor deposition method such as a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, or a CVD method, and is a halogen compound such as cesium iodide (CsI) which is a high-intensity fluorescent substance, or an oxide such as gadolinium sulfate (GOS). A phosphor such as a compound is columnarly deposited on the photoelectric conversion substrate 2 to form a film. The scintillator layer 31 has a columnar crystal structure in which a plurality of strip-shaped columnar crystals 32 are formed in the surface direction of the photoelectric conversion substrate 2.
また、シンチレータ層31上にはシンチレータ層31で変換された可視光の利用効率を高めるための反射層41が積層されて形成され、この反射層41上にはシンチレータ層31を大気中の水分から保護する保護層42が積層されて形成され、この保護層42上には絶縁層43が積層されて形成されている。この絶縁層43上には画素４間を遮蔽する格子状のＸ線グリッド44が形成されている。 Further, on the scintillator layer 31, a reflective layer 41 for increasing the utilization efficiency of the visible light converted by the scintillator layer 31 is laminated and formed, and the scintillator layer 31 is formed on the reflective layer 41 from moisture in the atmosphere. A protective layer 42 for protection is formed by laminating, and an insulating layer 43 is laminated on the protective layer 42. A grid-like X-ray grid 44 is formed on the insulating layer 43 to shield the pixels 4.
そして、このように構成されたＸ線検出器１において、シンチレータ層31へと入射した放射線としてのＸ線51はこのシンチレータ層31の柱状結晶32にて可視光52に変換される。 Then, in the X-ray detector 1 configured as described above, the X-rays 51 as the radiation incident on the scintillator layer 31 are converted into visible light 52 by the columnar crystals 32 of the scintillator layer 31.
この可視光52は柱状結晶32内を通じて光電変換基板２の光電変換素子８に到達して電気信号に変換される。光電変換素子８で変換された電気信号は画素電極７に流れ、画素電極７に接続された薄膜トランジスタ５のゲート電極12が駆動状態となるまで、画素電極７に接続された電荷蓄積用キャパシタ６へと移動して保持されて蓄積される。 The visible light 52 reaches the photoelectric conversion element 8 of the photoelectric conversion substrate 2 through the columnar crystal 32 and is converted into an electric signal. The electric signal converted by the photoelectric conversion element 8 flows to the pixel electrode 7 and is supplied to the charge storage capacitor 6 connected to the pixel electrode 7 until the gate electrode 12 of the thin film transistor 5 connected to the pixel electrode 7 is driven. It moves and is retained and accumulated.
このとき、制御電極11の１つを駆動状態にすると、この駆動状態となった制御電極11に接続された１行の薄膜トランジスタ５が駆動状態となる。 At this time, when one of the control electrodes 11 is driven, the one row of thin film transistors 5 connected to the control electrode 11 in the driven state is driven.
この駆動状態となったそれぞれの薄膜トランジスタ５に接続された電荷蓄積用キャパシタ６に蓄積された電気信号が読出電極13へと出力される。 The electric signals stored in the charge storage capacitors 6 connected to the respective thin film transistors 5 in the driven state are output to the read electrode 13.
この結果、Ｘ線画像の特定の行の画素４に対応する信号が出力されるため、制御電極11の駆動制御によって、全てのＸ線画像の画素４に対応する信号を出力でき、この出力信号がデジタル画像信号に変換されて出力される。 As a result, a signal corresponding to the pixel 4 in a specific row of the X-ray image is output, so that the drive control of the control electrode 11 can output a signal corresponding to all the pixels 4 in the X-ray image. Is converted into a digital image signal and output.
次に、図２を参照してＸ線検出器１の第２の構造例を説明する。なお、Ｘ線検出器１の第１の構造例と同じ符号を用い、同様の構成および作用の説明は省略する。 Next, a second structural example of the X-ray detector 1 will be described with reference to FIG. The same reference numerals as those of the first structural example of the X-ray detector 1 are used, and the description of the same configuration and operation is omitted.
光電変換基板２の構造および作用は第１の構造例と同じである。 The structure and operation of the photoelectric conversion substrate 2 are the same as in the first structural example.
光電変換基板２上に接合層61を介してシンチレータパネル62が接合されている。シンチレータパネル62は、Ｘ線51を透過する支持基板63を有し、この支持基板63上に光を反射する反射層41が形成され、この反射層41上に短冊状の複数の柱状結晶32を有するシンチレータ層31が形成され、このシンチレータ層31上にシンチレータ層31を密閉する保護層42が積層されて形成されている。さらに、支持基板63上に画素４間を遮蔽する格子状のＸ線グリッド44が形成されている。 A scintillator panel 62 is bonded onto the photoelectric conversion substrate 2 via a bonding layer 61. The scintillator panel 62 has a support substrate 63 that transmits X-rays 51, a reflection layer 41 that reflects light is formed on the support substrate 63, and a plurality of strip-shaped columnar crystals 32 are formed on the reflection layer 41. The scintillator layer 31 is formed, and the protective layer 42 that seals the scintillator layer 31 is laminated on the scintillator layer 31. Further, a grid-shaped X-ray grid 44 that shields the pixels 4 is formed on the support substrate 63.
そして、このように構成されたＸ線検出器１において、シンチレータパネル62のシンチレータ層31へと入射したＸ線51はこのシンチレータ層31の柱状結晶32にて可視光52に変換される。 Then, in the X-ray detector 1 configured as described above, the X-rays 51 incident on the scintillator layer 31 of the scintillator panel 62 are converted into visible light 52 by the columnar crystals 32 of the scintillator layer 31.
この可視光52は柱状結晶32内を通じて光電変換基板２の光電変換素子８に到達して電気信号に変換され、上述したようにデジタル画像信号に変換されて出力される。 The visible light 52 reaches the photoelectric conversion element 8 of the photoelectric conversion substrate 2 through the columnar crystal 32, is converted into an electric signal, is converted into a digital image signal as described above, and is output.
次に、図３を参照してＸ線検出器１の第３の構造例を説明する。図１に示したＸ線検出器１の第１の構造例において、シンチレータ層31が柱状結晶32をなしていないだけで、他の構成は同様である。 Next, a third structural example of the X-ray detector 1 will be described with reference to FIG. In the first structural example of the X-ray detector 1 shown in FIG. 1, the scintillator layer 31 does not form columnar crystals 32, but the other structure is the same.
次に、図４を参照してＸ線検出器１の第４の構造例を説明する。図２に示したＸ線検出器１の第２の構造例において、シンチレータ層31が柱状結晶32をなしていないだけで、他の構成は同様である。 Next, a fourth structural example of the X-ray detector 1 will be described with reference to FIG. In the second structural example of the X-ray detector 1 shown in FIG. 2, the scintillator layer 31 does not form columnar crystals 32, but the other structure is the same.
そして、図１ないし図４に示される構造のＸ線検出器１において、シンチレータ層31は、ハロゲン化物であるＣｓＩにＴｌを賦活剤として含有する蛍光体であり、さらに次の(1)(2)(3)(4)の特徴を有している。 Then, in the X-ray detector 1 having the structure shown in FIGS. 1 to 4, the scintillator layer 31 is a phosphor containing Tl as an activator in CsI which is a halide, and further, the following (1) (2 ) (3) (4) has the characteristics.
(1)：蛍光体中の賦活剤の濃度はシンチレータ層31の膜厚方向に分布が存在する。すなわち、シンチレータ層31の膜厚方向におけるＸ線51の入射側を入射側領域Ａ、入射側領域Ａとは反対側（シンチレータ層31で変換した可視光52の出力側）を非入射側領域Ｂ、入射側領域Ａおよび非入射側領域Ｂ以外の領域であって入射側領域Ａと非入射側領域Ｂとの間を中間領域Ｃとすると、入射側領域Ａおよび非入射側領域Ｂにおけるそれぞれの蛍光体中の賦活剤の濃度は０．２mass％±０．１５mass％、中間領域Ｃにおける蛍光体中の賦活剤の濃度は１．６mass％±０．４mass％である。さらに、シンチレータ層31は、入射側領域Ａ、中間領域Ｃおよび非入射側領域Ｂの賦活剤の濃度領域のみで構成され、入射側領域Ａ、中間領域Ｃおよび非入射側領域Ｂ以外の賦活剤の濃度領域は存在しない。 (1): The concentration of the activator in the phosphor has a distribution in the film thickness direction of the scintillator layer 31. That is, the incident side of the X-ray 51 in the film thickness direction of the scintillator layer 31 is the incident side area A, and the side opposite to the incident side area A (the output side of the visible light 52 converted by the scintillator layer 31) is the non-incident side area B. , An area other than the incident-side area A and the non-incident-side area B and between the incident-side area A and the non-incident-side area B is an intermediate area C, the incident-side area A and the non-incident-side area B respectively The concentration of the activator in the phosphor is 0.2 mass% ± 0.15 mass%, and the concentration of the activator in the phosphor in the intermediate region C is 1.6 mass% ± 0.4 mass%. Further, the scintillator layer 31 is composed only of the activator concentration regions of the incident side region A, the intermediate region C and the non-incident side region B, and the activator other than the incident side region A, the intermediate region C and the non-incident side region B. Does not exist.
(2)：シンチレータ層31の膜厚方向における入射側領域Ａおよび非入射側領域Ｂがそれぞれ占める割合は１０％以上である。 (2): The ratio of the incident side region A and the non-incident side region B in the film thickness direction of the scintillator layer 31 is 10% or more.
(3)：シンチレータ層31は、入射側領域Ａ、中間領域Ｃおよび非入射側領域Ｂ内におけるそれぞれの単位膜厚２００nm以下の領域において、面内方向および膜厚方向のそれぞれの賦活剤の濃度分布が±１５％以下であり、均一性が維持されている。 (3): The scintillator layer 31 has a concentration of each activator in the in-plane direction and the film thickness direction in each of the unit-side film thicknesses of 200 nm or less in the incident side region A, the intermediate region C, and the non-incident side region B. The distribution is ± 15% or less, and the uniformity is maintained.
(4)：シンチレータ層31は、ＣｓＩとＴｌＩの２つの蒸発源（材料源）を用いた真空蒸着法により形成され、かつ好ましくは短冊状の柱状結晶32の構造を有している。 (4): The scintillator layer 31 is formed by a vacuum vapor deposition method using two evaporation sources (material sources) of CsI and TlI, and preferably has a structure of strip-shaped columnar crystals 32.
ここで、図１に示される第１の構造例のＸ線検出器１において、シンチレータ層31の膜厚：６００μm、シンチレータ層31の母材：ＣｓＩ、賦活剤：Ｔｌとし、シンチレータ層31中のＴｌ濃度と各特性の相関を試験した結果を図６ないし図８に示す。 Here, in the X-ray detector 1 of the first structural example shown in FIG. 1, the thickness of the scintillator layer 31 is 600 μm, the base material of the scintillator layer 31 is CsI, and the activator is Tl. The results of testing the correlation between the Tl concentration and each characteristic are shown in FIGS. 6 to 8.
図６はシンチレータ層31中のＴｌ濃度と感度比との相関である。試験条件は、入射Ｘ線：７０kV−０．００８７mGy、感度比：シンチレータ層31中のＴｌ濃度が０．１mass％の場合の感度を基準（１．０）とした比率であり、各試験サンプルのシンチレータ層形成条件（シンチレータ層31中のＴｌ濃度を除く）は同一である。そして、図６に示すように、シンチレータ層31中のＴｌ濃度が１．４mass％〜１．８mass％近辺において最も感度が向上した。 FIG. 6 shows the correlation between the Tl concentration in the scintillator layer 31 and the sensitivity ratio. The test conditions were: incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy, sensitivity ratio: ratio with the sensitivity when the Tl concentration in the scintillator layer 31 was 0.1 mass% as a reference (1.0), and for each test sample The scintillator layer forming conditions (excluding the Tl concentration in the scintillator layer 31) are the same. Then, as shown in FIG. 6, the sensitivity was most improved when the Tl concentration in the scintillator layer 31 was in the vicinity of 1.4 mass% to 1.8 mass%.
図７はシンチレータ層31中のＴｌ濃度と解像度であるＭＴＦ比との相関である。試験条件は、入射Ｘ線：７０kV−０．００８７mGy、ＭＴＦ比：シンチレータ層31中のＴｌ濃度が０．１mass％の場合のＭＴＦ（at 2Lp/mm）を基準（１．０）とした比率であり、各試験サンプルのシンチレータ層形成条件（シンチレータ層31中のＴｌ濃度を除く）は同一である。そして、図７に示すように、シンチレータ層31中のＴｌ濃度が２．０mass％付近までは略一定となった。 FIG. 7 shows the correlation between the Tl concentration in the scintillator layer 31 and the MTF ratio which is the resolution. The test conditions are as follows: incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy, MTF ratio: MTF (at 2 Lp / mm) when the Tl concentration in the scintillator layer 31 is 0.1 mass%, as a reference (1.0). Yes, the scintillator layer forming conditions (excluding the Tl concentration in the scintillator layer 31) of each test sample are the same. Then, as shown in FIG. 7, the Tl concentration in the scintillator layer 31 was substantially constant up to around 2.0 mass%.
図８はシンチレータ層31中のＴｌ濃度と残像比との相関である。試験条件は、（ｎ−１）回目とｎ回目のＸ線画像の入射Ｘ線の線量差を（ｎ−１）＞ｎとし、（ｎ−１）回目のＸ線画像では入射Ｘ線：７０kV−０．８７mGy、被写体：鉛板（板厚３mm）、Ｘ線画像取得間隔：６０secとし、ｎ回目のＸ線画像では入射Ｘ線：７０kV−０．００８７mGy、被写体：無し、Ｘ線画像取得間隔：６０secとする。さらに、残像比：シンチレータ層31中のＴｌ濃度が０．１mass％の場合の残像を基準（１．０）とした比率であり、各試験サンプルのシンチレータ層形成条件（シンチレータ層31中のＴｌ濃度を除く）は同一である。そして、図８に示すように、シンチレータ層31中のＴｌ濃度が１．６mass％近辺において残像が最小レベルとなった。さらに、残像比が０．５（好ましくは０．４）以下の領域であって、シンチレータ層31中のＴｌ濃度が１．６mass％±０．４mass％の領域では、残像が確認されなかった。 FIG. 8 shows the correlation between the Tl concentration in the scintillator layer 31 and the afterimage ratio. The test conditions were that the dose difference of the incident X-rays of the (n-1) th and the nth X-ray images was (n-1)> n, and the incident X-rays were 70 kV in the (n-1) th X-ray image. -0.87 mGy, subject: lead plate (thickness 3 mm), X-ray image acquisition interval: 60 sec, incident n-ray X-ray image: 70 kV-0.0087 mGy, subject: none, X-ray image acquisition interval : 60 sec. Further, the afterimage ratio is a ratio with the afterimage when the Tl concentration in the scintillator layer 31 is 0.1 mass% as a reference (1.0), and is the scintillator layer forming condition (Tl concentration in the scintillator layer 31) of each test sample. Are the same). Then, as shown in FIG. 8, the afterimage reached the minimum level when the Tl concentration in the scintillator layer 31 was around 1.6 mass%. Further, no afterimage was observed in the region where the afterimage ratio was 0.5 (preferably 0.4) or less, and the Tl concentration in the scintillator layer 31 was 1.6 mass% ± 0.4 mass%.
そして、図８に示すように、シンチレータ層31である蛍光体中の賦活剤の濃度が１．６mass％近辺において残像が最小レベルとなり、残像比が０．５（好ましくは０．４）以下となる１．６mass％±０．４mass％の領域では残像が確認されず、また、図６および図７に示すように、１．６mass％±０．４mass％の領域では感度およびＭＴＦの各特性も良好であるため、シンチレータ層31の残像特性も含めた総合的な特性を改善するには、賦活剤の濃度は１．６mass％±０．４mass％の領域が好ましい。 Then, as shown in FIG. 8, the afterimage becomes the minimum level when the concentration of the activator in the phosphor that is the scintillator layer 31 is around 1.6 mass%, and the afterimage ratio is 0.5 (preferably 0.4) or less. In the area of 1.6 mass% ± 0.4 mass%, the afterimage is not confirmed, and as shown in FIGS. 6 and 7, the characteristics of sensitivity and MTF are also in the area of 1.6 mass% ± 0.4 mass%. Since it is good, the concentration of the activator is preferably in the range of 1.6 mass% ± 0.4 mass% in order to improve the overall characteristics including the afterimage characteristics of the scintillator layer 31.
また、図１に示される第１の構造例のＸ線検出器１において、シンチレータ層31の膜厚：６００μm、シンチレータ層31の母材：ＣｓＩ、賦活剤：Ｔｌとし、シンチレータ層31中のＴｌ濃度を一定とした場合のシンチレータ層31の積層周期｛単位膜厚（基板１回転当りの形成膜厚）の形成周期｝と各特性との相関を試験した結果を図９ないし図１１に示す。 In the X-ray detector 1 of the first structural example shown in FIG. 1, the scintillator layer 31 has a film thickness of 600 μm, the scintillator layer 31 has a base material of CsI, and an activator of Tl. 9 to 11 show the results of testing the correlation between the lamination period of the scintillator layer 31 (formation period of unit film thickness (formed film thickness per rotation of the substrate)) and each characteristic when the concentration is constant.
図９はシンチレータ層31の積層周期と感度比との相関である。試験条件は、入射Ｘ線：７０kV−０．００８７mGy、シンチレータ層31中のＴｌ濃度：０．１mass％、感度比：シンチレータ層31の積層周期が２００nmの場合の感度を基準（１．０）とした比率であり、各試験サンプルのシンチレータ層形成条件（シンチレータ層31中のＴｌ濃度を除く）は同一である。 FIG. 9 shows the correlation between the lamination period of the scintillator layer 31 and the sensitivity ratio. The test conditions are: incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy, Tl concentration in the scintillator layer 31: 0.1 mass%, sensitivity ratio: sensitivity when the stacking period of the scintillator layer 31 is 200 nm as a standard (1.0) The scintillator layer forming conditions (excluding the Tl concentration in the scintillator layer 31) of each test sample are the same.
図１０はシンチレータ層31の積層周期とＭＴＦ比との相関である。試験条件は、入射Ｘ線：７０kV−０．００８７mGy、シンチレータ層31中のＴｌ濃度：０．１mass％、ＭＴＦ比：シンチレータ層31の積層周期が２００nmの場合のＭＴＦ（at 2Lp/mm）を基準（１．０）とした比率であり、各試験サンプルのシンチレータ層形成条件（シンチレータ層31中のＴｌ濃度を除く）は同一である。 FIG. 10 shows the correlation between the stacking period of the scintillator layers 31 and the MTF ratio. The test conditions are: incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy, Tl concentration in scintillator layer 31: 0.1 mass%, MTF ratio: MTF (at 2 Lp / mm) when the stacking period of the scintillator layer 31 is 200 nm. The scintillator layer forming conditions (excluding the Tl concentration in the scintillator layer 31) of each test sample are the same.
図１１はシンチレータ層31の積層周期と残像比との相関である。試験条件は、（ｎ−１）回目とｎ回目のＸ線画像の入射Ｘ線の線量差を（ｎ−１）＞ｎとし、（ｎ−１）回目のＸ線画像では入射Ｘ線：７０kV−０．８７mGy、被写体：鉛板（板厚３mm）、Ｘ線画像取得間隔：６０secとし、ｎ回目のＸ線画像では入射Ｘ線：７０kV−０．００８７mGy、被写体：無し、Ｘ線画像取得間隔：６０secとする。さらに、シンチレータ層31中のＴｌ濃度：０．１mass％、残像比：シンチレータ層31の積層周期が２００nmの場合の残像を基準（１．０）とした比率であり、各試験サンプルのシンチレータ層形成条件（シンチレータ層31中のＴｌ濃度を除く）は同一である。 FIG. 11 shows the correlation between the stacking period of the scintillator layers 31 and the afterimage ratio. The test conditions were that the dose difference of the incident X-rays of the (n-1) th and the nth X-ray images was (n-1)> n, and the incident X-rays were 70 kV in the (n-1) th X-ray image. -0.87 mGy, subject: lead plate (thickness 3 mm), X-ray image acquisition interval: 60 sec, incident n-ray X-ray image: 70 kV-0.0087 mGy, subject: none, X-ray image acquisition interval : 60 sec. Furthermore, the Tl concentration in the scintillator layer 31 is 0.1 mass%, the afterimage ratio is a ratio with the afterimage when the stacking period of the scintillator layer 31 is 200 nm as a reference (1.0), and scintillator layer formation of each test sample. The conditions (excluding the Tl concentration in the scintillator layer 31) are the same.
そして、図９ないし図１１に示すように、シンチレータ層31の積層周期が２００nm以上の領域では、各特性が劣化する傾向となった。 Then, as shown in FIGS. 9 to 11, in the region where the stacking period of the scintillator layer 31 is 200 nm or more, the respective characteristics tend to deteriorate.
これは、シンチレータ層31の発光波長のピ−ク波長は５５０nm付近であるが、シンチレータ層31の母材であるＣｓＩの屈折率が１．８であるため、シンチレータ層31内を伝播する発光波長のピ−ク波長をλ1とすると、屈折率と波長との関係から、λ1＝５５０nm／１．８＝３０６nmと見なせるため、シンチレータ層31の積層周期がλ1よりも大きい場合は、シンチレータ層31の結晶性のばらつき、およびシンチレータ層31中のＴｌ濃度のばらつき等に伴う光学特性の劣化（散乱・減衰等）の影響を受ける可能性が高くなることと合致するからである。 This is because the peak wavelength of the emission wavelength of the scintillator layer 31 is around 550 nm, but since the refractive index of CsI, which is the base material of the scintillator layer 31, is 1.8, the emission wavelength propagating in the scintillator layer 31. If the peak wavelength of the scintillator layer 31 is larger than λ1, it can be regarded as λ1 = 550 nm / 1.8 = 306 nm from the relationship between the refractive index and the wavelength. This is because the possibility of being affected by the deterioration of the optical characteristics (scattering, attenuation, etc.) due to the fluctuation of the crystallinity and the fluctuation of the Tl concentration in the scintillator layer 31 is increased.
また、図６ないし図８に示されるように、シンチレータ層31中のＴｌ濃度が１．６mass％±０．４mass％の領域では、各特性が安定状態に近いため、シンチレータ層31中のＴｌ濃度が変動（±１５％程度）しても、各特性の変動は小さいこととなる。 Further, as shown in FIGS. 6 to 8, in the region where the Tl concentration in the scintillator layer 31 is 1.6 mass% ± 0.4 mass%, each characteristic is close to a stable state, and therefore, the Tl concentration in the scintillator layer 31 is small. Even if the value fluctuates (about ± 15%), the fluctuation of each characteristic is small.
蛍光体中の賦活剤の濃度が１．６mass％±０．４mass％の領域にあっても、蛍光体の面内方向および膜厚方向における賦活剤の濃度分布に大きな偏りがあれば、各特性が大きく変動してしまいやすいので、蛍光体の面内方向および膜厚方向における賦活剤の濃度分布が±１５％以内にあることが好ましい。この賦活剤の濃度分布が±１５％程度の変動範囲内であれば、各特性の変動は小さく影響は少ない。 Even if the concentration of the activator in the phosphor is in the range of 1.6 mass% ± 0.4 mass%, if there is a large deviation in the concentration distribution of the activator in the in-plane direction and the film thickness direction of the phosphor, each characteristic Is likely to fluctuate greatly, so it is preferable that the concentration distribution of the activator in the in-plane direction and the film thickness direction of the phosphor is within ± 15%. If the concentration distribution of the activator is within the fluctuation range of about ± 15%, the fluctuation of each characteristic is small and the influence is small.
したがって、シンチレータ層31の残像特性も含めた総合的な特性を改善するには、蛍光体中の賦活剤の濃度は１．６mass％±０．４mass％で、かつ蛍光体の面内方向および膜厚方向における賦活剤の濃度分布が±１５％以内であることが好ましい。さらに、蛍光体の少なくとも単位膜厚２００nm以下の領域において、蛍光体の面内方向および膜厚方向における賦活剤の濃度分布に大きな偏りがあれば、各特性が大きく変動してしまいやすいので、単位膜厚２００nm以下の領域においても蛍光体の面内方向および膜厚方向における賦活剤の濃度分布が±１５％以内であることが好ましい。 Therefore, in order to improve the overall characteristics including the afterimage characteristics of the scintillator layer 31, the concentration of the activator in the phosphor is 1.6 mass% ± 0.4 mass%, and the in-plane direction of the phosphor and the film. The activator concentration distribution in the thickness direction is preferably within ± 15%. Further, if there is a large deviation in the concentration distribution of the activator in the in-plane direction and the film thickness direction of the phosphor, at least in the region where the unit film thickness of the phosphor is 200 nm or less, each characteristic is likely to vary greatly. Even in the region where the film thickness is 200 nm or less, the concentration distribution of the activator in the in-plane direction and the film thickness direction of the phosphor is preferably within ± 15%.
次に、図１に示される第１の構造例のＸ線検出器１において、シンチレータ層31の母材：ＣｓＩ、賦活剤：Ｔｌ、シンチレータ層31の積層周期：１５０nmとし、シンチレータ層31の膜厚と各特性との相関を試験した結果を図１２および図１３に示す。 Next, in the X-ray detector 1 of the first structural example shown in FIG. 1, the base material of the scintillator layer 31: CsI, the activator: Tl, the lamination period of the scintillator layer 31: 150 nm, and the film of the scintillator layer 31 is formed. The results of examining the correlation between the thickness and each characteristic are shown in FIGS. 12 and 13.
図１２はシンチレータ層31の膜厚と残像比との相関を示す。試験条件は、（ｎ−１）回目とｎ回目のＸ線画像の入射Ｘ線の線量差を（ｎ−１）＞ｎとし、（ｎ−１）回目のＸ線画像では入射Ｘ線：７０kV−０．８７mGy、被写体：鉛板（板厚３mm）、Ｘ線画像取得間隔：６０secとし、ｎ回目のＸ線画像では入射Ｘ線：７０kV−０．００８７mGy、被写体：無し、Ｘ線画像取得間隔：６０secとする。さらに、シンチレータ層31中のＴｌ濃度が０．１mass％、残像比：シンチレータ層31の膜厚が６００μmの場合の残像を基準（１．０）とした比率であり、各試験サンプルのシンチレータ層形成条件（シンチレータ層31中のＴｌ濃度を除く）は同一である。そして、図１２に示すように、シンチレータ層31の膜厚が薄い程、残像も小さくなった。これは、シンチレータ層31の膜厚が薄くなると、Ｘ線吸収率（ＤＱＥ）の低下に伴い感度低下が発生するが、残像特性はシンチレータ層31の発光特性の１つであるため、感度低下（入射Ｘ線により励起される光の減少）に伴い相対的に残像も減少すると考えられる。 FIG. 12 shows the correlation between the film thickness of the scintillator layer 31 and the afterimage ratio. The test conditions were that the dose difference of the incident X-rays of the (n-1) th and the nth X-ray images was (n-1)> n, and the incident X-rays were 70 kV in the (n-1) th X-ray image. -0.87 mGy, subject: lead plate (thickness 3 mm), X-ray image acquisition interval: 60 sec, incident n-ray X-ray image: 70 kV-0.0087 mGy, subject: none, X-ray image acquisition interval : 60 sec. Further, the Tl concentration in the scintillator layer 31 is 0.1 mass%, and the afterimage ratio is a ratio based on the afterimage when the film thickness of the scintillator layer 31 is 600 μm as a reference (1.0), and scintillator layer formation of each test sample. The conditions (excluding the Tl concentration in the scintillator layer 31) are the same. Then, as shown in FIG. 12, the thinner the scintillator layer 31, the smaller the afterimage. This is because when the film thickness of the scintillator layer 31 becomes thin, the sensitivity decreases as the X-ray absorptance (DQE) decreases, but since the afterimage characteristic is one of the light emission characteristics of the scintillator layer 31, the sensitivity decrease ( It is considered that the afterimage relatively decreases with the decrease in the light excited by the incident X-ray.
図１３はシンチレータ層31中のＴｌ濃度とＸ線耐性（Ｘ線照射によるダメージに伴うシンチレータ層31の感度減衰）との相関を示す。試験条件は、入射Ｘ線：７０kV−０．００８７mGy、Ｘ線耐性における積算照射線量：通常のＸ線画像診断における３年間使用相当、感度減衰比：シンチレ−タ層中のＴｌ濃度が０．１mass%の場合のＸ線耐性後の感度減衰率を基準（１．０）とした比率であり、各試験サンプルのシンチレータ層形成条件（シンチレータ層31中のＴｌ濃度を除く）は同一である。そして、図１３に示すように、シンチレータ層31中のＴｌ濃度が一定の閾値である０．４mass%よりも少ないと、Ｘ線耐性の劣化が少なく、また、シンチレータ層31中のＴｌ濃度が一定の閾値である０．４mass%以上になると、Ｘ線耐性の劣化が顕著となり、さらにＴｌ濃度が一定の閾値である１．０mass%以上になると、Ｘ線耐性の劣化傾向が鈍化した。 FIG. 13 shows the correlation between the Tl concentration in the scintillator layer 31 and X-ray resistance (sensitivity decay of the scintillator layer 31 due to damage by X-ray irradiation). The test conditions are: incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy, cumulative irradiation dose for X-ray resistance: equivalent to 3 years use in normal X-ray image diagnosis, sensitivity attenuation ratio: 0.1 mass Tl concentration in the scintillator layer. In the case of%, the sensitivity decay rate after X-ray resistance is a standard (1.0), and the scintillator layer forming conditions (excluding the Tl concentration in the scintillator layer 31) of each test sample are the same. Then, as shown in FIG. 13, when the Tl concentration in the scintillator layer 31 is less than a constant threshold value of 0.4 mass%, the X-ray resistance is less deteriorated, and the Tl concentration in the scintillator layer 31 is constant. When the threshold value is 0.4 mass% or more, the deterioration of the X-ray resistance becomes remarkable, and when the Tl concentration is 1.0 mass% or more, which is a constant threshold value, the deterioration tendency of the X-ray resistance is slowed.
これは、一般的に物質が高エネルギーの照射（Ｘ線等）を受けた場合、物質を構成する原子間の結合にダメージ（結合が切れる等）が生じることに由来し、特に光を透過する蛍光体等においては、高エネルギーの照射（Ｘ線等）を受けた場合、ダメージによる着色（カラーセンター）が発生するためと考えられる（前記非特許文献２参照）。また、一般的に、物質が高エネルギーの照射（Ｘ線等）を受けた場合、高エネルギーの照射によるダメージは物質の結晶状態に依存し、不純物濃度が高い場合や結晶の歪が大きい場合は、不純物濃度が低い場合や結晶の歪が小さい場合に対してダメージが大きくなることが考えられる。 This is because, generally, when a substance is irradiated with high energy (such as X-rays), the bond between the atoms that form the substance is damaged (the bond is broken), and particularly the light is transmitted. It is considered that the phosphor or the like is colored (color center) due to damage when it is irradiated with high energy (X-ray or the like) (see Non-Patent Document 2). In general, when a substance is irradiated with high energy (such as X-ray), the damage due to the high energy irradiation depends on the crystal state of the substance, and when the impurity concentration is high or the strain of the crystal is large. It is conceivable that the damage is increased when the impurity concentration is low or when the crystal strain is small.
ここで、ハロゲン化物であるＣｓＩにＴｌを賦活剤として含有する蛍光体で構成されるシンチレータ層31においては、賦活剤は不純物であることから、シンチレータ層31中のＴｌ濃度が高い程、入射Ｘ線によるダメージが顕著となるため、図１３に示されるシンチレータ層31中のＴｌ濃度とＸ線耐性（感度減衰比）の相関とも合致することになる。 Here, in the scintillator layer 31 made of a phosphor containing Tl as an activator in CsI which is a halide, since the activator is an impurity, the higher the Tl concentration in the scintillator layer 31, the incident X Since the damage due to the rays becomes significant, the correlation between the Tl concentration in the scintillator layer 31 and the X-ray resistance (sensitivity attenuation ratio) shown in FIG. 13 also matches.
したがって、シンチレータ層31のＸ線耐性を改善するには、蛍光体中の賦活剤の濃度は０．４mass%以下が好ましいが、図６および図８に示されるように、蛍光体中の賦活剤の濃度が０．０５mass%以下（０mass%では発光しない）では、感度および残像の劣化傾向が顕著となる。すなわち、シンチレータ層31に顕著な特性劣化を起こさずにＸ線耐性を改善するには、蛍光体中の賦活剤の濃度は０．２mass％±０．１５mass％以内であること好ましい。 Therefore, in order to improve the X-ray resistance of the scintillator layer 31, the concentration of the activator in the phosphor is preferably 0.4 mass% or less, but as shown in FIGS. 6 and 8, the activator in the phosphor is When the density is less than 0.05 mass% (no light emission at 0 mass%), the sensitivity and the afterimage tend to deteriorate significantly. That is, in order to improve the X-ray resistance without causing the characteristic deterioration of the scintillator layer 31, it is preferable that the concentration of the activator in the phosphor is within 0.2 mass% ± 0.15 mass%.
次に、図１４(a)はシンチレータ層31を示す模式図、図１４(b)はシンチレータ層31に入射するＸ線51の線質が硬い場合のＸ線吸収量を示す模式図、図１４(c)はシンチレータ層31に入射するＸ線51の線質が柔らかい場合のＸ線吸収量を示す模式図である。また、シンチレータ層31の母材をＣｓＩとした場合におけるシンチレータ層31の膜厚と各特性との相関を試験した結果を図１５および図１６に示す。 Next, FIG. 14 (a) is a schematic diagram showing the scintillator layer 31, and FIG. 14 (b) is a schematic diagram showing the X-ray absorption amount when the quality of the X-ray 51 incident on the scintillator layer 31 is hard, FIG. (c) is a schematic diagram showing an X-ray absorption amount when the quality of X-rays 51 incident on the scintillator layer 31 is soft. 15 and 16 show the results of testing the correlation between the film thickness of the scintillator layer 31 and each characteristic when the base material of the scintillator layer 31 is CsI.
図１４(a)(b)(c)に示されるように、シンチレータ層31に入射したＸ線51はシンチレータ層31で吸収および可視光に変換されることから、入射Ｘ線のエネルギーはシンチレータ層31の膜厚方向ｚに沿って順次減衰するため、シンチレータ層31の発光レベルも膜厚方向ｚに沿って順次減衰することとなる。 As shown in FIGS. 14 (a) (b) (c), the X-ray 51 incident on the scintillator layer 31 is absorbed by the scintillator layer 31 and converted into visible light. Since the light emission level of the scintillator layer 31 is sequentially attenuated along the film thickness direction z of 31, the light emission level of the scintillator layer 31 is also sequentially decreased along the film thickness direction z.
このため、シンチレータ層31にＸ線51が入射した場合、シンチレータ層31の発光特性は、Ｘ線入射側のシンチレータ層31の特性に依存することとなる。 Therefore, when the X-ray 51 is incident on the scintillator layer 31, the light emission characteristics of the scintillator layer 31 depend on the characteristics of the scintillator layer 31 on the X-ray incident side.
図１５はＸ線吸収率５０％におけるシンチレータ層31の膜厚とＸ線の線質｛Ｘ線発生源（Ｘ線管）の管電圧｝との相関｛ＮＩＳＴ（米国立標準技術研究所）の材料データより概算｝である。試験条件は、入射Ｘ線：単一線（単一の線質で形成されるＸ線）、シンチレータ層31のＸ線吸収率：５０％である。 FIG. 15 shows the correlation between the film thickness of the scintillator layer 31 at an X-ray absorption rate of 50% and the X-ray quality {tube voltage of the X-ray source (X-ray tube)} {NIST (National Institute of Standards and Technology) Approximate from material data}. The test conditions are: incident X-ray: single ray (X-ray formed with a single radiation quality), X-ray absorption rate of the scintillator layer 31: 50%.
図１６は管電圧７０kVにおけるシンチレータ層31の膜厚とＸ線吸収率との相関である。試験条件は、入射Ｘ線：単一線、Ｘ線の線質（管電圧）：７０kVである。 FIG. 16 shows the correlation between the film thickness of the scintillator layer 31 and the X-ray absorption rate at a tube voltage of 70 kV. The test conditions were: incident X-ray: single ray, X-ray quality (tube voltage): 70 kV.
そして、図１４(b)(c)、図１５および図１６から分かるように、Ｘ線は線質が硬い｛Ｘ線発生源（Ｘ線管）の管電圧が高い｝程、物質の透過性が高いため、シンチレータ層31にＸ線が入射した場合、Ｘ線の線質が硬い程、シンチレータ層31の膜厚方向ｚに沿って生じる減衰は小さくなる。 As can be seen from FIGS. 14 (b) and (c), FIGS. 15 and 16, the higher the X-ray quality, the higher the tube voltage of the X-ray generation source (X-ray tube). Therefore, when X-rays are incident on the scintillator layer 31, the harder the quality of the X-rays, the smaller the attenuation that occurs along the film thickness direction z of the scintillator layer 31.
しかし、Ｘ線発生源であるＸ線管の特性上、発生するＸ線は単一線では無く、設定された線質よりも軟らかい線質｛Ｘ線発生源（Ｘ線管）の管電圧が低い｝が多く含まれるため、一般的なＸ線画像を用いた診断においては、シンチレータ層31の発光特性はよりＸ線入射側のシンチレータ層31の特性に依存することとなる。 However, due to the characteristics of the X-ray tube that is the X-ray source, the generated X-rays are not single rays, and the softness is softer than the set quality (the tube voltage of the X-ray source (X-ray tube) is low. } Are included in a large amount, the light emission characteristics of the scintillator layer 31 will depend on the characteristics of the scintillator layer 31 on the X-ray incident side more in the diagnosis using a general X-ray image.
例えば、シンチレータ層31の母材をＣｓＩ、シンチレータ層31の膜厚を５００μm、入射Ｘ線の管電圧を７０kV（単一線）とした事例の場合、シンチレータ層31のＸ線吸収率は約５０％であり、かつシンチレータ層31のＸ線の入射側の領域（シンチレータ層31の膜厚の１／１０の領域）において、シンチレータ層31に吸収されたＸ線全体のうちの１５％以上が吸収されることとなる。 For example, in the case where the base material of the scintillator layer 31 is CsI, the film thickness of the scintillator layer 31 is 500 μm, and the tube voltage of the incident X-ray is 70 kV (single line), the X-ray absorption rate of the scintillator layer 31 is about 50%. In the region of the scintillator layer 31 on the X-ray incidence side (region of 1/10 of the film thickness of the scintillator layer 31), 15% or more of the entire X-rays absorbed by the scintillator layer 31 are absorbed. The Rukoto.
さらに、Ｘ線発生源であるＸ線管から発生されるＸ線は単一線では無く、設定された線質よりも軟らかい線質が多く含まれるため、前記事例の場合、シンチレータ層31のＸ線入射側の領域（シンチレータ層31の膜厚の１／１０程度の領域）において、シンチレータ層31に吸収されたＸ線全体のうちの少なくとも２５％以上が吸収されると考えられる。 Further, since the X-ray generated from the X-ray tube which is the X-ray generation source is not a single ray and contains a lot of softer quality than the set quality, in the case above, the X-ray of the scintillator layer 31 is included. It is considered that at least 25% or more of all X-rays absorbed by the scintillator layer 31 are absorbed in the incident side region (a region of about 1/10 of the film thickness of the scintillator layer 31).
一般的な間接方式のＸ線平面画像検出器においては、不要な被曝を軽減するため、シンチレータ層31のＸ線吸収率が少なくとも５０％以上となるようなシンチレータ層31の膜厚を選択することが多く、例えば、管電圧を７０kV付近として使用されることが多い一般撮影用途のＸ線平面画像検出器の場合、シンチレータ層31の膜厚は５００μm以上とすることが一般的である。 In a general indirect X-ray flat panel image detector, in order to reduce unnecessary exposure, the scintillator layer 31 should have a film thickness such that the X-ray absorption rate of the scintillator layer 31 is at least 50% or more. For example, in the case of an X-ray flat panel image detector for general imaging which is often used with a tube voltage of around 70 kV, the film thickness of the scintillator layer 31 is generally 500 μm or more.
このため、一般的な間接方式のＸ線平面画像検出器は、シンチレータ層31のＸ線の入射側の領域（シンチレータ層31の膜厚の１／１０程度の領域）において、シンチレータ層31の発光全体のうちの２５％以上が発生すると考えられる。 Therefore, a general indirect X-ray flat panel image detector emits light from the scintillator layer 31 in a region on the X-ray incidence side of the scintillator layer 31 (a region of about 1/10 of the film thickness of the scintillator layer 31). It is thought that 25% or more of the whole will occur.
したがって、ハロゲン化物であるＣｓＩにＴｌを賦活剤として含有する蛍光体で構成されるシンチレータ層31において、シンチレータ層31のＸ線入射側の領域（シンチレータ層31の膜厚の１／１０程度の領域）をＸ線耐性が良好なＴｌ濃度とし、かつ残りのＸ線非入射側の領域のＴｌ濃度を最適化すれば、残像特性の改善とＸ線耐性の改善との両立が可能となる。 Therefore, in the scintillator layer 31 composed of a phosphor containing Tl as an activator in CsI which is a halide, a region on the X-ray incidence side of the scintillator layer 31 (a region of about 1/10 of the film thickness of the scintillator layer 31). ) Is a Tl concentration with good X-ray resistance, and the Tl concentration in the remaining region on the X-ray non-incidence side is optimized, it is possible to improve both the afterimage characteristics and the X-ray resistance.
また、図１および図３に示されるように、光電変換基板２上にシンチレータ層31が直接的に形成される場合、シンチレータ層31はＸ線非入射側から形成されるため、Ｘ線非入射側の光電変換基板２に近い領域がシンチレータ層31の形成開始領域となる。 Further, as shown in FIGS. 1 and 3, when the scintillator layer 31 is directly formed on the photoelectric conversion substrate 2, the scintillator layer 31 is formed from the X-ray non-incident side, so that the X-ray non-incident is not incident. A region near the photoelectric conversion substrate 2 on the side is a formation start region of the scintillator layer 31.
一般的な気相成長法による結晶形成においては、形成初期の結晶状態が結晶全体の結晶性に大きな影響を及ぼすため、形成初期の結晶状態が良い程、結晶全体の結晶性も良いこととなり、かつ結晶全体の結晶性が良い程、結晶の特性も良いこととなる。 In the crystal formation by a general vapor phase growth method, the crystal state in the initial stage of formation has a great influence on the crystallinity of the whole crystal, and therefore, the better the crystal state in the initial stage of formation, the better the crystallinity of the whole crystal, Moreover, the better the crystallinity of the whole crystal, the better the crystal characteristics.
例えば，ハロゲン化物であるＣｓＩにＴｌを賦活剤として含有する蛍光体から成るシンチレータ層31においては、賦活剤は不純物であることからシンチレータ層31中のＴｌ濃度が低い程、ＣｓＩの単結晶に近い結晶状態（結晶性の良い状態）となる。 For example, in the scintillator layer 31 made of a phosphor containing Tl as an activator in CsI, which is a halide, the activator is an impurity, and thus the lower the Tl concentration in the scintillator layer 31, the closer to a CsI single crystal. It becomes a crystalline state (state with good crystallinity).
一般的にシンチレータ層31の結晶性が良い程、シンチレータ層31の光学特性（透過・減衰等）も良好であるが、一般的な間接方式のＸ線平面画像検出器においては、受光素子である光電変換基板２に近い領域のシンチレータ層31の光学特性がＸ線平面画像検出器の特性（特に解像度）に大きな影響を及ぼすため、光電変換基板２に近い領域のシンチレータ層31の結晶性が良い程、Ｘ線平面画像検出器の特性劣化（特に解像度）が生じ難くなる。 Generally, the better the crystallinity of the scintillator layer 31, the better the optical characteristics (transmission, attenuation, etc.) of the scintillator layer 31, but in a general indirect X-ray plane image detector, it is a light receiving element. Since the optical characteristics of the scintillator layer 31 in the area near the photoelectric conversion substrate 2 have a great influence on the characteristics (especially the resolution) of the X-ray flat panel image detector, the crystallinity of the scintillator layer 31 in the area near the photoelectric conversion substrate 2 is good. As a result, characteristic deterioration (especially resolution) of the X-ray flat image detector is less likely to occur.
しかし、シンチレータ層31のＸ線入射側の領域（シンチレータ層31の膜厚の１／１０程度の領域）をＸ線耐性が良好なＴｌ濃度し、かつ残りのＸ線非入射側の領域のＴｌ濃度を最適化した場合、Ｘ線非入射側の領域のＴｌ濃度が高くなるため、シンチレータ層31の形成開始領域の結晶性が悪くなり、Ｘ線平面画像検出器の特性劣化（解像度等）を招く可能性が生じる。 However, the region of the scintillator layer 31 on the X-ray incidence side (region of about 1/10 of the film thickness of the scintillator layer 31) has a Tl concentration with good X-ray resistance, and the remaining Tl of the region on the X-ray non-incidence side. When the concentration is optimized, the Tl concentration in the region on the X-ray non-incident side becomes high, so that the crystallinity of the formation start region of the scintillator layer 31 becomes poor, and the characteristic deterioration (resolution, etc.) of the X-ray flat panel image detector is reduced. There is a possibility of inviting.
入射Ｘ線のエネルギーはシンチレータ層31の膜厚方向に沿って順次減衰することから、シンチレータ層31の発光レベルも膜厚方向に沿って順次減衰するため、シンチレータ層31の光電変換基板２に近い領域（シンチレータ層31の膜厚の１／１０程度の領域）は残像特性およびＸ線耐性への影響が殆ど無いと考えられる。 Since the energy of the incident X-rays is gradually attenuated along the film thickness direction of the scintillator layer 31, the emission level of the scintillator layer 31 is also sequentially attenuated along the film thickness direction, and thus is close to the photoelectric conversion substrate 2 of the scintillator layer 31. It is considered that the region (region of about 1/10 of the film thickness of the scintillator layer 31) has almost no influence on the afterimage characteristic and the X-ray resistance.
このため、シンチレータ層31のＸ線非入射側の光電変換基板２に近い領域（シンチレータ層31の膜厚の１／１０程度の領域）をシンチレータ層31のＸ線入射側の領域（シンチレータ層31の膜厚の１／１０程度の領域）と同様にＸ線耐性が良好なＴｌ濃度し、かつ残りの領域のＴｌ濃度を最適化すれば、残像特性とＸ線耐性の両立が可能となり、かつシンチレータ層31の特性劣化（解像度等）を防止することができる。 Therefore, the region near the photoelectric conversion substrate 2 on the X-ray non-incident side of the scintillator layer 31 (region of about 1/10 of the film thickness of the scintillator layer 31) is the region on the X-ray incident side of the scintillator layer 31 (the scintillator layer 31). (A region of about 1/10 of the film thickness), the Tl concentration with good X-ray resistance is optimized, and the Tl concentration of the remaining region is optimized, and it is possible to achieve both the afterimage characteristics and the X-ray resistance. It is possible to prevent characteristic deterioration (resolution and the like) of the scintillator layer 31.
また、図２および図４に示されるように、光電変換基板２上に接合層61を介してシンチレータパネル62が形成される場合、シンチレータパネル62のシンチレータ層31において、Ｘ線非入射側の領域（シンチレータ層31の膜厚の１／１０程度の領域）をＸ線入射側の支持基板63に近い領域（シンチレータ層31の膜厚の１／１０程度の領域）と同様にＸ線耐性が良好なＴｌ濃度とし、かつ残りの領域のＴｌ濃度を最適化すれば、残像特性とＸ線耐性の両立が可能となり、かつシンチレータ層31の特性劣化（解像度等）を防止することができる。 Further, as shown in FIGS. 2 and 4, when the scintillator panel 62 is formed on the photoelectric conversion substrate 2 via the bonding layer 61, in the scintillator layer 31 of the scintillator panel 62, a region on the X-ray non-incident side. The region (about 1/10 of the film thickness of the scintillator layer 31) has good X-ray resistance similarly to the region near the support substrate 63 on the X-ray incidence side (region of about 1/10 of the film thickness of the scintillator layer 31). If the Tl concentration is set to a proper value and the Tl concentration in the remaining region is optimized, the afterimage characteristic and the X-ray resistance can be compatible, and the characteristic deterioration (resolution etc.) of the scintillator layer 31 can be prevented.
次に、図１７にシンチレータ層31の一般的な形成方法の模式図を示す。真空チャンバ71内に基板72（光電変換基板２または支持基板63に該当する）を配置し、この基板72を回転させながら、真空チャンバ71内に設置されているＣｓＩの蒸発源73からの蒸発粒73aとＴｌＩの蒸発源74からの蒸発粒74aを基板72の積層面に蒸着する真空蒸着法により、シンチレータ層31を積層形成する。 Next, FIG. 17 shows a schematic diagram of a general method for forming the scintillator layer 31. A substrate 72 (corresponding to the photoelectric conversion substrate 2 or the support substrate 63) is arranged in the vacuum chamber 71, and while the substrate 72 is rotated, the evaporation particles from the evaporation source 73 of CsI installed in the vacuum chamber 71. The scintillator layer 31 is laminated by a vacuum vapor deposition method in which 73a and evaporation particles 74a from the evaporation source 74 of TlI are vapor-deposited on the lamination surface of the substrate 72.
このとき、基板72の回転周期とＣｓＩおよびＴｌＩの蒸発とを制御すれば、シンチレータ層31の積層周期当りの面内方向および膜厚方向のＴｌ濃度分布を任意に制御することができる。そのため、シンチレータ層31の形成時において、シンチレータ層31の積層周期当りの面内方向および膜厚方向のＴｌ濃度分布の均一性を確保すれば、シンチレータ層31の全体の面内方向および膜厚方向のＴｌ濃度分布の均一性も確保されることとなる。 At this time, by controlling the rotation cycle of the substrate 72 and the evaporation of CsI and TlI, the Tl concentration distribution in the in-plane direction and the film thickness direction per stacking cycle of the scintillator layer 31 can be arbitrarily controlled. Therefore, when the scintillator layer 31 is formed, if the uniformity of the Tl concentration distribution in the in-plane direction and the film thickness direction per stacking period of the scintillator layer 31 is ensured, the entire in-plane direction and the film thickness direction of the scintillator layer 31. The uniformity of the Tl concentration distribution of is also ensured.
さらに、図１８(a)(b)にシンチレータ層31の本実施形態の形成方法の模式図を示す。真空チャンバ71内に、ＣｓＩの蒸発源73、必要とされるＴｌ濃度に対応したＴｌＩの２つの蒸発源74-1，74-2が配置されている。そして、真空チャンバ71内に基板72（光電変換基板２または支持基板63に該当する）を配置し、この基板72を回転させながら、ＣｓＩの蒸発源73からの蒸発粒73aと、必要とされるＴｌ濃度によって切り換えられるＴｌＩの蒸発源74-1，74-2からの蒸発粒74a-1，74a-2とを基板72の積層面に蒸着する真空蒸着法により、シンチレータ層31を積層形成する。これにより、シンチレータ層31の膜厚方向のＴｌ濃度分布を変化させることが可能となる。すなわち、シンチレータ層31の入射側領域をＡ、中間領域をＣ、非入射側領域をＢとした場合、蛍光体中の賦活剤の膜厚方向の濃度および濃度分布をＣ＞Ａ、Ｃ＞Ｂとし、かつ入射側領域Ａ、中間領域Ｃおよび非入射側領域Ｂの賦活剤の濃度領域のみで構成し、入射側領域Ａ、中間領域Ｃおよび非入射側領域Ｂ以外の賦活剤の濃度領域は存在しないように形成することが可能となる。 Further, FIGS. 18 (a) and 18 (b) are schematic views showing a method of forming the scintillator layer 31 of this embodiment. In the vacuum chamber 71, a CsI evaporation source 73 and two TlI evaporation sources 74-1 and 74-2 corresponding to a required Tl concentration are arranged. Then, a substrate 72 (corresponding to the photoelectric conversion substrate 2 or the supporting substrate 63) is placed in the vacuum chamber 71, and while the substrate 72 is rotated, the evaporation particles 73a from the evaporation source 73 of CsI and required The scintillator layer 31 is laminated by a vacuum vapor deposition method in which vaporized particles 74a-1 and 74a-2 from vapor sources 74-1 and 74-2 of TlI which are switched according to the Tl concentration are vapor-deposited on the laminated surface of the substrate 72. This makes it possible to change the Tl concentration distribution in the thickness direction of the scintillator layer 31. That is, when the incident side region of the scintillator layer 31 is A, the intermediate region is C, and the non-incident side region is B, the concentration and concentration distribution of the activator in the phosphor in the film thickness direction are C> A, C> B. In addition, the activator concentration regions of the incident side region A, the intermediate region C, and the non-incident side region B are only formed, and the activator concentration regions other than the incident side region A, the intermediate region C, and the non-incident side region B are It can be formed so that it does not exist.
以上のことから、ハロゲン化物であるＣｓＩにＴｌを賦活剤として含有する蛍光体で構成されるシンチレータ層31において、シンチレータ層31の入射側領域Ａおよび非入射側領域ＢをＸ線耐性が良好なＴｌ濃度とし、かつ残りの中間領域Ｃを残像特性が良好なＴｌ濃度に最適化すれば、残像特性の改善とＸ線耐性の改善との両立が可能となる。すなわち、入射側領域Ａおよび非入射側領域Ｂにおける蛍光体中の賦活剤の濃度は０．２mass％±０．１５mass％、非入射側領域Ｂにおける蛍光体中の賦活剤の濃度は１．６mass％±０．４mass％とすることにより、残像特性の改善とＸ線耐性の改善との両立が可能となる。 From the above, in the scintillator layer 31 composed of a phosphor containing Tl as an activator in CsI which is a halide, the incident side region A and the non-incident side region B of the scintillator layer 31 have good X-ray resistance. If the Tl concentration is set and the remaining intermediate region C is optimized to a Tl concentration having a good afterimage characteristic, both improvement in the afterimage characteristic and improvement in X-ray resistance can be achieved. That is, the concentration of the activator in the phosphor in the incident side area A and the non-incident side area B is 0.2 mass% ± 0.15 mass%, and the concentration of the activator in the phosphor in the non-incident side area B is 1.6 mass. % ± 0.4 mass% makes it possible to improve both the afterimage characteristics and the X-ray resistance.
しかも、入射側領域Ａおよび非入射側領域Ｂにおける蛍光体中の賦活剤の濃度と中間領域Ｃにおける蛍光体中の賦活剤の濃度との間の濃度領域は、入射側領域Ａおよび非入射側領域Ｂに比べてＸ線耐性が低下し、中間領域Ｃに比べて残像特性が低下するため、入射側領域Ａ、中間領域Ｃおよび非入射側領域Ｂの賦活剤の濃度領域のみで構成し、入射側領域Ａ、中間領域Ｃおよび非入射側領域Ｂ以外の賦活剤の濃度領域は存在しないものとすることにより、高いレベルでの残像特性の改善とＸ線耐性の改善との両立が可能となる。 Moreover, the concentration region between the concentration of the activator in the phosphor in the incident side region A and the non-incident side region B and the concentration of the activator in the phosphor in the intermediate region C is the incident side region A and the non-incident side. Since the X-ray resistance is lower than that of the region B and the afterimage characteristic is lower than that of the intermediate region C, the regions are formed only by the activator concentration regions of the incident side region A, the intermediate region C, and the non-incident side region B, Since the activator concentration regions other than the incident side region A, the intermediate region C, and the non-incident side region B do not exist, it is possible to improve both the afterimage characteristics at a high level and the X-ray resistance. Become.
さらに、シンチレータ層31の膜厚方向における入射側領域Ａおよび非入射側領域Ｂがそれぞれ占める割合を１０％以上とすれば、残像特性の改善とＸ線耐性の改善との両立が可能となる。例えば、シンチレータ層31の膜厚方向における入射側領域Ａおよび非入射側領域Ｂがそれぞれ占める割合が１０％よりも小さいと、各特性の改善バランスが崩れることとなる。 Furthermore, if the ratio of the incident side region A and the non-incident side region B in the film thickness direction of the scintillator layer 31 is set to 10% or more, it is possible to improve both the afterimage characteristics and the X-ray resistance. For example, if the proportion of the incident side region A and the non-incident side region B in the film thickness direction of the scintillator layer 31 is smaller than 10%, the balance of improvement of each characteristic will be lost.
さらに、シンチレータ層31は、入射側領域Ａ、中間領域Ｃおよび非入射側領域Ｂ内におけるそれぞれの単位膜厚２００nm以下の領域において、面内方向および膜厚方向のそれぞれの賦活剤の濃度分布が±１５％以下であり、均一性が維持されていることにより、安定した各特性が得られる。 Further, the scintillator layer 31 has a concentration distribution of the activator in each of the in-plane direction and the film thickness direction in the region with a unit film thickness of 200 nm or less in each of the incident side region A, the intermediate region C, and the non-incident side region B. Since it is ± 15% or less and the uniformity is maintained, stable characteristics can be obtained.
さらに、シンチレータ層31は、ＣｓＩとＴｌＩの２つの蒸発源74-1，74-2を用いた真空蒸着法により形成され、かつ好ましくは短冊状の柱状結晶32の構造を有している。 Further, the scintillator layer 31 is formed by a vacuum vapor deposition method using two evaporation sources 74-1 and 74-2 of CsI and TlI, and preferably has a structure of strip-shaped columnar crystals 32.
故に、ハロゲン化物であるＣｓＩにＴｌを賦活剤として含有する蛍光体で構成されるシンチレータ層31に上記(1)〜(4)の特徴を付与すれば、シンチレータ層31の特性改善（残像特性およびＸ線耐性を含めた総合的な改善）が可能となる。 Therefore, if the characteristics of (1) to (4) above are given to the scintillator layer 31 composed of a phosphor containing Tl as an activator in the halide CsI, the characteristics of the scintillator layer 31 are improved (afterimage characteristics and Comprehensive improvement including X-ray resistance) is possible.
また、図１に示される第１の構造例のＸ線検出器１の実施例について説明する。この実施例では、シンチレータ層31の母材：ＣｓＩ、賦活剤：Ｔｌ、シンチレータ層31の積層周期：１５０nm、シンチレータ層31の面内方向および膜厚方向の賦活剤の濃度分布：±１５％とし、シンチレータ層31の膜厚方向の濃度分布の有無、シンチレータ層31中の賦活剤の濃度をそれぞれ異ならせたサンプルＩ、II、III、IV、Ｖを作成する。図１９(a)(b)(c)(d)(e)にはサンプルＩ、II、III、IV、Ｖのシンチレータ層31の模式図を示す。 Further, an embodiment of the X-ray detector 1 of the first structural example shown in FIG. 1 will be described. In this example, the base material of the scintillator layer 31: CsI, the activator: Tl, the lamination period of the scintillator layer 31: 150 nm, the concentration distribution of the activator in the in-plane direction and the film thickness direction of the scintillator layer 31: ± 15% Samples I, II, III, IV, and V having different concentrations of the scintillator layer 31 in the film thickness direction and different concentrations of the activator in the scintillator layer 31 are prepared. 19 (a) (b) (c) (d) (e) show schematic views of the scintillator layer 31 of Samples I, II, III, IV and V.
サンプルＩは、シンチレータ層31の膜厚方向の濃度分布：一定、シンチレータ層31の膜厚：６００μm、シンチレータ層31中の賦活剤の濃度：０．１mass％である。 In Sample I, the concentration distribution in the film thickness direction of the scintillator layer 31 is constant, the film thickness of the scintillator layer 31 is 600 μm, and the activator concentration in the scintillator layer 31 is 0.1 mass%.
サンプルIIは、シンチレータ層31の膜厚方向の濃度分布：一定、シンチレータ層31の膜厚：６００μm、シンチレータ層31中の賦活剤の濃度：１．２mass％である。 In Sample II, the concentration distribution in the film thickness direction of the scintillator layer 31 is constant, the film thickness of the scintillator layer 31 is 600 μm, and the activator concentration in the scintillator layer 31 is 1.2 mass%.
サンプルIIIは、シンチレータ層31の入射側領域をＡ、非入射側領域をＢ、および中間領域をＣとし、入射側領域Ａおよび非入射側領域Ｂでは膜厚：６０μm、および賦活剤の濃度：０．１mass％であり、中間領域Ｃでは膜厚：４８０μm、および賦活剤の濃度：１．２mass％である。 In Sample III, the incident side region of the scintillator layer 31 is A, the non-incident side region is B, and the intermediate region is C, and the incident side region A and the non-incident side region B have a film thickness of 60 μm and an activator concentration: In the intermediate region C, the film thickness is 480 μm, and the activator concentration is 1.2 mass%.
サンプルIVは、シンチレータ層31の膜厚方向の濃度分布：一定、シンチレータ層31の膜厚：６００μm、シンチレータ層31中の賦活剤の濃度：１．６mass％である。 In Sample IV, the concentration distribution in the film thickness direction of the scintillator layer 31 is constant, the film thickness of the scintillator layer 31 is 600 μm, and the activator concentration in the scintillator layer 31 is 1.6 mass%.
サンプルＶは、シンチレータ層31の入射側領域をＡ、非入射側領域をＢ、および中間領域をＣとし、入射側領域Ａおよび非入射側領域Ｂでは膜厚：６０μm、および賦活剤の濃度：０．１mass％であり、中間領域Ｃでは膜厚：４８０μm、および賦活剤の濃度：１．６mass％である。 In sample V, the incident side region of the scintillator layer 31 is A, the non-incident side region is B, and the intermediate region is C, and the incident side region A and the non-incident side region B have a film thickness of 60 μm and an activator concentration: In the intermediate region C, the film thickness is 480 μm, and the activator concentration is 1.6 mass%.
これら５つのサンプルＩ、II、III、IV、Ｖについて、それぞれＸ線検出器１を構成し、特定の撮影条件下にて被写体を撮影し、所定の画像処理条件にて撮影画像を処理した場合のＸ線画像（ｎ回目）を図２０(a)(b)(c)(d)(e)に示すとともに、特性の結果を図２１の表に示す。 When the X-ray detector 1 is configured for each of these five samples I, II, III, IV, and V, the subject is photographed under specific photographing conditions, and the photographed images are processed under predetermined image processing conditions. 20 (a) (b) (c) (d) (e), and the results of the characteristics are shown in the table of FIG.
図２１において、感度比、ＭＴＦ比、残像比は、シンチレータ層31中のＴｌ濃度が０．１mass％の場合を基準（１．００）とした比率である。感度減衰比は、シンチレ−タ層中のＴｌ濃度が０．１mass%の場合のＸ線耐性後の感度減衰率を基準（１．００）とした比率である。 In FIG. 21, the sensitivity ratio, the MTF ratio, and the afterimage ratio are ratios when the Tl concentration in the scintillator layer 31 is 0.1 mass% as a reference (1.00). The sensitivity attenuation ratio is a ratio based on the sensitivity attenuation ratio after X-ray resistance when the Tl concentration in the scintillator layer is 0.1 mass% as a reference (1.00).
感度比およびＭＴＦ比の試験条件は、入射Ｘ線：７０kV−０．００８７mGyとする。残像比の試験条件は、（ｎ−１）回目とｎ回目のＸ線画像の入射Ｘ線の線量差を（ｎ−１）＞ｎとし、（ｎ−１）回目のＸ線画像では入射Ｘ線：７０kV−０．８７mGy、被写体：鉛板（板厚３mm）、Ｘ線画像取得間隔：６０secとし、ｎ回目のＸ線画像では入射Ｘ線：７０kV−０．００８７mGy、被写体：無し、Ｘ線画像取得間隔：６０secとする。Ｘ線耐性の試験条件は、入射Ｘ線：７０kV−０．００８７mGy、積算照射線量：通常のＸ線画像診断における３年間使用相当とする。 The test conditions for the sensitivity ratio and MTF ratio are: incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy. The test condition of the afterimage ratio is that the dose difference between the incident X-rays of the (n-1) th and the nth X-ray images is (n-1)> n, and the incident X-ray is the incident X-ray image in the (n-1) th X-ray image. Line: 70 kV-0.87 mGy, subject: lead plate (thickness 3 mm), X-ray image acquisition interval: 60 sec, X-ray image of the nth time incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy, subject: none, X-ray Image acquisition interval: 60 sec. The X-ray resistance test conditions are as follows: incident X-ray: 70 kV-0.0087 mGy, cumulative irradiation dose: equivalent to 3 years of use in normal X-ray image diagnosis.
画像処理条件は、フラットフィールド補正（Flat Field Correction）：有り、ウィンドウ処理：有り（画像のヒストグラム平均値±１０％）とする。 The image processing conditions are flat field correction: Yes, window processing: Yes (image histogram average value ± 10%).
そして、図２０(a)に示すように、賦活剤の濃度が０．１mass％のサンプルＩでは、図中破線で囲む範囲に残像が確認された。一方、図２０(b)(c)(d)(e)に示すように、サンプルII、III、IV、Ｖでは、図中破線で囲む範囲に残像は確認されなかった。 Then, as shown in FIG. 20 (a), in Sample I in which the concentration of the activator was 0.1 mass%, an afterimage was confirmed in the range surrounded by the broken line in the figure. On the other hand, as shown in FIGS. 20 (b) (c) (d) (e), in Samples II, III, IV and V, an afterimage was not confirmed in the range surrounded by the broken line in the figure.
図２１に示すように、サンプルＩは、Ｘ線耐性（感度減衰比）が最も優れるが、感度比が低下するとともに、残像比が高くなって上述のように残像が確認されるようになる。 As shown in FIG. 21, the sample I has the best X-ray resistance (sensitivity attenuation ratio), but the sensitivity ratio decreases and the afterimage ratio increases, and the afterimage is confirmed as described above.
サンプルIIは、サンプルＩに比べて、感度比および残像比が改善されたが、Ｘ線耐性（感度減衰比）の低下が確認された。 Sample II was improved in sensitivity ratio and afterimage ratio as compared with Sample I, but a decrease in X-ray resistance (sensitivity attenuation ratio) was confirmed.
サンプルIIIは、サンプルIIに比べて、感度比および残像比がわずかに低下するもののＸ線耐性（感度減衰比）の改善が確認された。 It was confirmed that Sample III was improved in X-ray resistance (sensitivity attenuation ratio), although the sensitivity ratio and the afterimage ratio were slightly lower than those of Sample II.
サンプルIVは、サンプルＩ、II、IIIに比べて、感度比および残像比の改善が確認されたが、Ｘ線耐性（感度減衰比）の低下が確認された。 Sample IV was confirmed to have improved sensitivity ratio and afterimage ratio as compared with Samples I, II, and III, but a decrease in X-ray resistance (sensitivity attenuation ratio) was confirmed.
サンプルＶは、サンプルIIIに比べて、Ｘ線耐性（感度減衰比）はほとんど変わらず、感度比および残像比の改善が確認された。さらに、サンプルＶは、サンプルIVに比べて、感度比および残像比がわずかに低下するものの、Ｘ線耐性（感度減衰比）の改善が確認された。 In Sample V, the X-ray resistance (sensitivity attenuation ratio) was almost the same as that of Sample III, and it was confirmed that the sensitivity ratio and the afterimage ratio were improved. Furthermore, although the sensitivity ratio and the afterimage ratio of Sample V were slightly lower than those of Sample IV, improvement in X-ray resistance (sensitivity attenuation ratio) was confirmed.
したがって、シンチレータ層31に本実施形態で規定される上記(1)〜(4)の特徴を付与すれば、感度やＭＴＦも良好な状態で、残像特性の改善とＸ線耐性の改善との両立ができるため、Ｘ線検出器１の高性能化と信頼性の向上が可能となる。 Therefore, if the scintillator layer 31 is provided with the characteristics (1) to (4) defined in the present embodiment, both the improvement of the afterimage characteristics and the improvement of the X-ray resistance can be achieved with good sensitivity and MTF. Therefore, it is possible to improve the performance and reliability of the X-ray detector 1.
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。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the scope equivalent thereto.
１ 放射線検出器としてのＸ線検出器
２ 光電変換基板
31 シンチレータ層
51 放射線としてのＸ線
Ａ 入射側領域
Ｂ 非入射側領域
Ｃ 中間領域
1 X-ray detector as a radiation detector 2 Photoelectric conversion substrate
31 Scintillator layer
51 X-rays as radiation A Incident side area B Non-incident side area C Intermediate area
Claims (6)
前記光電変換基板に接して外部から入射した放射線を光に変換するシンチレータ層と
を具備し、
前記シンチレータ層は、
ハロゲン化物であるＣｓＩにＴｌを賦活剤として含有する蛍光体であり、
前記シンチレータ層の膜厚方向における前記放射線の入射側を入射側領域、前記入射側領域とは反対側を非入射側領域、および前記入射側領域と前記非入射側領域との間を中間領域とすると、前記入射側領域および前記非入射側領域におけるそれぞれの前記蛍光体中の前記賦活剤の濃度は０．２mass％±０．１５mass％であり、前記中間領域における前記蛍光体中の前記賦活剤の濃度は１．６mass％±０．４mass％である
ことを特徴とする放射線検出器。 A photoelectric conversion substrate for converting light into an electric signal,
A scintillator layer which is in contact with the photoelectric conversion substrate and converts radiation incident from the outside into light,
The scintillator layer is
A phosphor containing CsI which is a halide and Tl as an activator,
An incident side region on the incident side of the radiation in the film thickness direction of the scintillator layer, a non-incident side region on the side opposite to the incident side region, and an intermediate region between the incident side region and the non-incident side region. Then, the concentration of the activator in each of the phosphors in the incident side region and the non-incident side region is 0.2 mass% ± 0.15 mass%, and the activator in the phosphor in the intermediate region. The radiation detector has a concentration of 1.6 mass% ± 0.4 mass%.
ことを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。 The radiation detector according to claim 1, wherein the scintillator layer is configured only by the concentration regions of the activator in the incident side region, the intermediate region, and the non-incident side region.
ことを特徴とする請求項１または２記載の放射線検出器。 The radiation detector according to claim 1 or 2, wherein the incident side region and the non-incident side region each occupy 10% or more of the scintillator layer in the film thickness direction.
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の放射線検出器。 The scintillator layer has a concentration distribution of the activator in the in-plane direction and the film thickness direction of ± in a region having a unit film thickness of 200 nm or less in each of the incident side region, the intermediate region, and the non-incident side region. The radiation detector according to claim 1, wherein the radiation detector is 15% or less.
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の放射線検出器。 The radiation detector according to any one of claims 1 to 4, wherein the scintillator layer has a columnar crystal structure.
前記シンチレータ層は、ハロゲン化物であるＣｓＩにＴｌを賦活剤として含有する蛍光体であり、
前記シンチレータ層の膜厚方向における前記放射線の入射側を入射側領域、前記入射側領域とは反対側を非入射側領域、および前記入射側領域と前記非入射側領域との間を中間領域とすると、前記入射側領域および前記非入射側領域におけるそれぞれの前記蛍光体中の前記賦活剤の濃度は０．２mass％±０．１５mass％、前記中間領域における前記蛍光体中の前記賦活剤の濃度は１．６mass％±０．４mass％となるように、前記ＣｓＩと前記Ｔｌとを材料源とした気相成長法により前記シンチレータ層を形成する
ことを特徴とする放射線検出器の製造方法。 A photoelectric conversion substrate for converting light into an electric signal, and a method for manufacturing a radiation detector comprising a scintillator layer for converting radiation incident from the outside into contact with the photoelectric conversion substrate into light,
The scintillator layer is a phosphor containing Tl as an activator in CsI which is a halide,
An incident side region on the incident side of the radiation in the film thickness direction of the scintillator layer, a non-incident side region on the side opposite to the incident side region, and an intermediate region between the incident side region and the non-incident side region. Then, the concentration of the activator in each of the phosphors in the incident side region and the non-incident side region is 0.2 mass% ± 0.15 mass%, and the concentration of the activator in the phosphor in the intermediate region. Is formed by the vapor phase growth method using the CsI and the Tl as a material source so that the concentration becomes 1.6 mass% ± 0.4 mass%.
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