JP6975079B2

JP6975079B2 - 放射線検出器

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Publication number: JP6975079B2
Application number: JP2018048187A
Authority: JP
Inventors: 怜美田口; 香美丁; 裕子野村; 勲高須; 励長谷川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2021-12-01
Anticipated expiration: 2038-03-15
Also published as: JP2019158751A

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、検出効率の向上が望まれる。

米国特許出願公開第２０１７／０１６８１６６Ａ１号明細書

本発明の実施形態は、検出効率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導電層、第２導電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導電層と前記第２導電層との間に設けられる。前記有機半導体層は、第１領域及び第２領域を含む。前記第２領域は、前記第１領域と前記第２導電層との間に設けられる。前記第２領域は複数の無機粒子を含む。前記第１領域は前記複数の無機粒子を含まない、または、前記第１領域における前記複数の無機粒子の第１重量濃度は前記第２領域における前記複数の無機粒子の第２重量濃度よりも低い。

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２は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。図３は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する電子顕微鏡写真像である。図４は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。図５は、放射線検出器の特性を例示するグラフ図である。図６は、放射線検出器の特性を例示するグラフ図である。図７は、放射線検出器の特性を例示するグラフ図である。図８は、放射線検出器の特性を例示するグラフ図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、放射線検出器の製造方法を例示する模式的断面図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、放射線検出器の製造方法を例示する模式的断面図である。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、放射線検出器の製造方法を例示する模式的断面図である。図１２は、第２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１３は、第２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１４は、実施形態に係る放射線検出器の一部例示する模式的断面図である。図１５は、実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する回路図である。図１６は、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１７は、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。

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、第１実施形態に係る放射線検出器１１０は、第１導電層１０、第２導電層２０及び有機半導体層３０を含む。

この例では、第１基体５１及び第２基体５２がさらに設けられている。第１基体５１と第２基体５２との間に、第１導電層１０が設けられる。第１導電層１０と第２基体５２との間に、第２導電層２０が設けられる。

これらの基体の少なくとも１つは基板でも良い。例えば、第１基体５１は、樹脂基板でも良い。第１基体５１は、例えば、ＰＥＮ及びＰＥＴの少なくともいずれかを含む。例えば、第２基体５２は、例えば、ガラス（ソーダ石灰ガラス、または、無アルカリガラスなど）を含んでも良い。

有機半導体層３０は、第１導電層１０と第２導電層２０との間に設けられる。

有機半導体層３０は、例えば、第１半導体領域を含む。第１半導体領域は、高分子である。第１半導体領域の材料の分子量は、例えば、５，０００以上５，０００，０００以下である。実施形態において、有機半導体層３０は、第２半導体領域をさらに含んでも良い。第２半導体領域は、例えば、低分子である。第２半導体領域の材料の分子量は、例えば、１０以上５，０００未満である。例えば、第１導電形はｐ形であり、第２導電形はｎ形である。

第１半導体領域は、例えば、ポリチオフェンを含む。第１半導体領域は、例えば、Ｐ３ＨＴ（Poly(3-hexylthiophene)）及びＦ８Ｔ２（[Poly[(9,9-dioctyl-9H-fluorene-2,7-diyl)-alt-2,2'-bithiophene]-5,5'-diyl)]]）よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

第２半導体領域は、例えば、フラーレンを含む。第２半導体領域は、例えば、ＰＣＢＭを含む。第２半導体領域は、例えば、ＰＣ_６１ＢＭ（[6,6]-phenyl C６1 butyric acid methyl ester）を含む。

実施形態においては、有機半導体層３０は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を含む。

第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１と第２導電層２０との間に設けられる。

第２領域Ｒ２は複数の無機粒子３５を含む。複数の無機粒子３５は、例えば、Ｂｉ_２Ｏ_３及びＺｎＯよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。複数の無機粒子３５の密度は、例えば、有機半導体の密度よりも高い。複数の無機粒子３５に放射線８１が入射したときに、放射線８１は、無機粒子３５で散乱され易い。

第１領域Ｒ１は複数の無機粒子３５を含まない。または、第１領域Ｒ１における複数の無機粒子３５の濃度（第１重量濃度）は、第２領域Ｒ２における複数の無機粒子３５の濃度（第２重量濃度）よりも低い。

例えば、有機半導体層３０において、複数の無機粒子３５が設けられる領域と、複数の無機粒子３５が実質的に設けられない領域と、が設けられる。

図１に示すように、例えば、放射線８１が、第１導電層１０に、第１導電層１０から第２導電層２０への向きに入射する。第１基体５１は、放射線８１の入射面となる。第１導電層１０に入射した放射線８１は、有機半導体層３０に入射する。放射線８１の少なくとも一部は、有機半導体層３０の第１領域Ｒ１を通過して、第２領域Ｒ２に入射する。第２領域Ｒ２において、放射線８１の少なくとも一部は、複数の無機粒子３５に照射される。複数の無機粒子３５において、後方散乱が生じる。これにより、放射線８１の少なくとも一部は、第２領域Ｒ２に含まれる有機半導体で吸収されるとともに、第１領域Ｒ１に含まれる有機半導体でも吸収される。放射線８１が有機半導体に効率的に吸収される。

有機半導体において、放射線８１のエネルギーにより、移動可能な電荷が生成される。第１導電層１０と第２導電層２０との間にバイアス電圧を印加することで、この電荷が取り出される。

例えば、検出回路７０が設けられる。検出回路７０は、第１導電層１０及び第２導電層２０と電気的に接続される。電気的な接続は、例えば、第１導電層１０と接続された第１配線７１、及び、第２導電層２０と接続された第２配線７２により行われる。検出回路７０は、電荷増幅器を含む。電荷増幅器の入力に前記第１導電層１０（第１配線７１）及び第２導電層２０（第２配線７２）が電気的に接続される。電荷増幅器の出力が、出力信号ＯＳとなる。

実施形態においては、放射線８１の入射側に第１領域Ｒ１が設けられる。放射線８１の下流側に第２領域Ｒ２が設けられる。これにより、第２領域Ｒ２に設けられる複数の無機粒子３５により後方散乱した放射線８１を効率的に有機半導体に入射させることができる。これにより、高い変換効率が得られる。実施形態においては、検出効率を向上できる放射線検出器を提供できる。

図１に示すように、有機半導体層３０は、第１面３０ａ及び第２面３０ｂを含む。第１面３０ａは、第１導電層１０に対向する。第２面３０ｂは、第２導電層２０に対向する。例えば、第１面３０ａは、第１領域Ｒ１の一部である。例えば、第２面３０ｂは、第２領域Ｒ２の一部である。

第１領域Ｒ１の厚さ（第１厚さｔ１）は、第２領域Ｒ２の厚さ（第２厚さｔ２）よりも厚くても良い。これにより、後述するように、高い変換効率が得やすくなる。

第１導電層１０から第２導電層２０への方向を第１方向とする。第１方向をＺ軸方向とする。第１厚さｔ１及び第２厚さｔ２は、第１方向に沿う長さである。

図２は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。
図２は、有機半導体層３０における複数の無機粒子３５の濃度Ｃ０を例示している。図２の横軸は、Ｚ軸方向の位置である。縦軸は、濃度Ｃ０である。

図２に示すように、有機半導体層３０において、濃度Ｃ０が高い領域が第２領域Ｒ２に対応する。濃度Ｃ０が低い領域が第１領域Ｒ１に対応する。有機半導体層３０において、濃度Ｃ０は連続的に変化しても良い。

有機半導体層３０における濃度Ｃ０のピーク（最高値）をピーク濃度Ｃｐ（最高濃度）とする。有機半導体層３０において、ピーク濃度Ｃｐの１／２の濃度を濃度Ｃｐ／２とする。濃度Ｃ０が、濃度Ｃｐ／２となる位置（Ｚ軸方向に沿う位置）が存在する。この位置と、第２面３０ｂと、の間の距離(Ｚ軸方向に沿った距離）が第２厚さｔ２に対応しても良い。この位置と、第１面３０ａと、の間の距離(Ｚ軸方向に沿った距離）が第１厚さｔ１に対応しても良い。

有機半導体層３０において濃度Ｃ０が連続的に変化する場合には、上記のように、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を定めても良い。

有機半導体層３０の厚さは、例えば、第１厚さｔ１及び第２厚さｔ２の和である。有機半導体層３０の厚さは、例えば、１０μｍ以上１０００μｍ以下である。有機半導体層３０の厚さが１０μｍ以上のときに、放射線８１が有機半導体層３０で効果的に吸収される。これにより、例えば、高い検出効率が得られる。有機半導体層３０の厚さは、例えば、１００μｍ以上でも良い。これにより、高い検出効率がより得やすくなる。有機半導体層３０の厚さが１０μｍ以上のときに、例えば、ノイズを抑制できる。

有機半導体層３０の厚さが過度に厚くなると、バイアス電圧が過度に高くなる。有機半導体層３０の厚さが１０００μｍ以下のときに、実用的なバイアス電圧が得られる。有機半導体層３０の厚さが５００μｍ以下のときに、使いやすいバイアス電圧が得られる。

有機半導体層３０の厚さは、例えば、１０μｍ以上５００μｍ以下のときに、ノイズを抑制できる。

有機半導体層を塗布法で形成する方法がある。塗布法においては、例えば、有機半導体を含む粉末が溶媒に溶解される。

厚い有機半導体層を塗布法で形成しようとすると、均一な層を得ることが困難である。例えば、薄い有機半導体層を塗布法で形成し、その上に、さらに別の薄い有機半導体層を積層して形成する方法も考えられる。この場合も、複数の有機半導体層を均一に積層することは、困難である。

さらに、有機半導体層３０が複数の無機粒子３５を含む構造を塗布法で形成しようとする場合、均一性がさらに劣化する。例えば、複数の無機粒子３５の径に応じた分布が形成されやすいことが分かった。例えば、粒径が大きい無機粒子３５が沈み、塗布膜の下側に集まりやすい。平均の粒径が小さい複数の無機粒子３５を用いた場合でも、複数の無機粒子３５の径は分布を有するため、径の分布に応じた不均一性が生じやすい。

一方、有機半導体層３０を圧力成形法（例えば粉末成形法）などにより形成する方法が考えられる。粉末成形法においては、例えば、有機半導体を含む粉末が、圧力により押し固められる。これにより、有機半導体層３０が得られる。この方法においては、複数の無機粒子３５を含む有機半導体層３０を均一に形成することが容易である。複数の無機粒子３５の径に実質的に依存しない、均一な分散性が得られる。実施形態においては、有機半導体層３０は、例えば、粉末成形法により形成されても良い。

以下、実施形態に係る有機半導体層３０の例について説明する。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する電子顕微鏡写真像である。
これらの電子顕微鏡写真像は、ＳＥＭ写真像である。図３（ａ）は、有機半導体層３０の第２面３０ｂを含む領域に対応する。図３（ｂ）は、有機半導体層３０の第１面３０ａを含む領域に対応する。これらの図から、第１面３０ａは比較的フラットであり、第２面３０ｂは凹凸を有することが分かる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）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図である。
これらの図は、有機半導体層３０の第１面３０ａ及び第２面３０ｂの状態を模式的に示している。図４（ａ）に示すように、第１面３０ａは、比較的フラットである。一方、第２面３０ｂは凹凸３０ｄｐを有する。第２面３０ｂの凹凸３０ｄｐは、第１面３０ａの凹凸よりも大きい。

このような構造は、有機半導体層３０を圧力成形法（例えば粉末成形法）などにより形成したときに得られる。例えば、塗布法などにより形成された層は、上面がレベリングされ易い。このため、上面と下面とでフラットネスが実質的に同様になりやすい。

このような有機半導体層３０に導電層が形成されると、導電層の一部は、凹凸３０ｄｐに入る。

図４（ｂ）に示すように、有機半導体層３０は、第２導電層２０に対向する面（第２面３０ｂ）を含む。この面は凹凸３０ｄｐを有する。第２導電層２０の少なくとも一部は、凹凸３０ｄｐの凹部内に設けられる。例えば、有機半導体層３０と第２導電層２０との間の接触面積が大きくなる。例えば、感度が向上する。

後述するように、有機半導体層３０と第２導電層２０との間に別の層（中間層）が設けられても良い。この場合、中間層の一部が、凹部内に設けられても良い。

以下、放射線検出器の特性のシミュレーション結果の例について説明する。
シミュレーションにおいて、モデルを簡単にするために、第２領域Ｒ２は、複数の無機粒子３５だけを含み、有機半導体を含まない、とされる。一方、第１領域Ｒ１は、有機半導体だけを含み、複数の無機粒子３５を含まない、とされる。複数の無機粒子３５がＢｉ_２Ｏ_３の場合と、ＺｎＯの場合と、が検討される。複数の無機粒子３５の層は、図１に例示する第２領域Ｒ２に対応する。有機半導体だけを含む層は、図１に例示する第１領域Ｒ１に対応する。

シミュレーションのモデルにおいては、有機半導体層３０の厚さを３００μｍ一定とする。以下において、厚さ比ｔａをｔ２／（ｔ１＋ｔ２）とする。

第１参考例においては、厚さ比ｔａが０である。第１参考例においては、複数の無機粒子３５の層が設けられない。第１参考例においては、厚さが３００μｍの有機半導体層が設けられる。第１参考例において、シミュレーションにより得られた検出率は、約２０．４％である。

この例では、「検出率」は、有機半導体層に入射した放射線８１（β線）の粒子の数に対する、有機半導体層においてエネルギーデポジットされた粒子の数の比（％）である。

第２参考例においては、第１導電層１０の側に、１５０μｍの厚さの複数の無機粒子３５（Ｂｉ_２Ｏ_３）の層が設けられる。そして、第２導電層２０の側に、１５０μｍの厚さの有機半導体層が設けられる。第２参考例においては、放射線８１（この例ではβ線）は、複数の無機粒子３５の側から入射する。第２参考例において、シミュレーションにより得られた検出率は、約１３．６％である。

第２参考例においては、放射線８１が、まず、複数の無機粒子３５の層に入射する。放射線８１の多くが複数の無機粒子３５の層で、後方散乱されると考えられる。従って、有機半導体層に入射する放射線８１の量が少ないと考えられる。このため、第２参考例においては、検出率が低いと考えられる。

一方、第１参考例においては、３００μｍの有機半導体層に放射線８１が入射する。有機半導体層が厚いため、放射線８１が有機半導体層で吸収されやすい。このため、第１参考例における検出率が、第２参考例における検出率よりも高くなると考えられる。

以下、厚さ比ｔａを変更したときの特性のシミュレーション結果の例について説明する。
図５及び図６は、放射線検出器の特性を例示するグラフ図である。
図５は、複数の無機粒子３５がＢｉ_２Ｏ_３である場合に対応する。図６は、複数の無機粒子３５がＺｎＯの場合に対応する。これらの図の横軸は、厚さ比ｔａである。既に説明したように、厚さ比ｔａは、ｔ２／（ｔ１＋ｔ２）である。縦軸は、放射線８１（この例ではβ線）の検出率ＥＦ１（％）である。これらの図には、第１参考例の特性ＳＰ００も表示されている。

図５に示すように、複数の無機粒子３５がＢｉ_２Ｏ_３である場合、厚さ比ｔａが０．１６以上０．５以下の範囲において、検出率ＥＦ１は２２．８％以上である。厚さ比ｔａが約０．３３のときに、検出率ＥＦ１はピークを示し、約２３．４％である。厚さ比ｔａが約０．３３を超えると、検出率ＥＦ１は低下する傾向がある。

図６に示すように、複数の無機粒子３５がＺｎＯである場合、厚さ比ｔａが０．１６以上０．５以下の範囲において、検出率ＥＦ１は２３．３％以上と高い。厚さ比ｔａが約０．３３のときに、検出率ＥＦ１はピークを示し、約２３．４％である。厚さ比ｔａが約０．３３を超えると、検出率ＥＦ１は僅かに低下する傾向がある。

実施形態において、厚さ比ｔａは、０．５以下であることが好ましい。高い検出率ＥＦ１が得られる。厚さ比ｔａは、０．１６以上であることが好ましい。高い検出率ＥＦ１が得られる。

このように、第１領域Ｒ１の第１厚さｔ１は、第２領域Ｒ２の第２厚さｔ２よりも厚いことが好ましい。

図７は、放射線検出器の特性を例示するグラフ図である。
図７の横軸は、複数の無機粒子３５（この例ではＢｉ_２Ｏ_３）の重量濃度Ｒｗである。重量濃度Ｒｗは、第２領域Ｒ２における、有機半導体層３０に対する複数の無機粒子３５の重量濃度である。重量濃度Ｒｗは、単位体積において、有機半導体層３０に含まれる有機半導体の重量（Ｗ１）と、複数の無機粒子３５の重量（Ｗ２）と、の和に対する複数の無機粒子３５の重量の比（Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２））である。図７の縦軸は、検出率ＥＦ１である。図７の例においては、厚さ比ｔａは０．３３である。

図７から分かるように、重量濃度Ｒｗが高いと、検出率ＥＦ１が高くなる。重量濃度Ｒｗが０．８以上において、検出率ＥＦ１の上昇は飽和する。

実施形態において、第２領域Ｒ２における複数の無機粒子３５の濃度（第２重量濃度）は、０．５以上であることが好ましい。

実施形態において、複数の無機粒子３５の平均の大きさは、１０ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。例えば、放射線８１の後方散乱が効果的に得られる。高い検出率ＥＦ１が得やすくなる。

図８は、放射線検出器の特性を例示するグラフ図である。
図８は、有機半導体層３０に含まれる有機半導体のＸ線回折（ＸＲＤ）分析結果の例を示している。図８に例示される第１〜第４試料ＳＰ０１〜ＳＰ０４は、複数の無機粒子３５を含まない。これらの試料は、第１領域Ｒ１の特性に対応する。第１〜第３試料ＳＰ０１〜ＳＰ０３は、粉末形成法により形成される。これらの試料のそれぞれの厚さは、３００μｍである。第１試料ＳＰ０１は、Ｆ８Ｔ２及びＰＣＢＭを含む。第２試料ＳＰ０２及び第３試料ＳＰ０３は、Ｐ３ＨＴ及びＰＣＢＭを含む。第２試料ＳＰ０２及び第３試料ＳＰ０３は、同じ材料を含む２つの試料である。第４試料ＳＰ０４は、塗布法により形成される。第４試料ＳＰ０４の厚さは、２０μｍである。既に説明したように、塗布法の場合は、厚い層を均一に形成することは困難である。第４試料ＳＰ０４は、Ｐ３ＨＴ及びＰＣＢＭを含む。

図８において、横軸は、ＸＲＤにおける角度２θ（°）である。縦軸は、得られる信号の強度Ｉｎｔ（ｃｐｓ）である。図８において、角度２θが４度以上７度以下の範囲に第１ピークｐ１が観察される。第１ピークｐ１は、Ｐ３ＨＴまたはＰＣＢＭに由来する。角度２θが１８度以上２２度以下の範囲に第２ピークｐ２が観察される。第２ピークｐ２は、ＰＣＢＭに由来する。

図８からわかるように、第４試料ＳＰ０４においては、第２ピークｐ２は明確ではない。第４試料ＳＰ０４においては、第２ピークｐ２の強度Ｉｎｔは、第１ピークｐ１の強度Ｉｎｔの１／４未満である。

一方、第１〜第３試料ＳＰ０１〜ＳＰ０３においては、第２ピークｐ２が明確である。い。第４試料ＳＰ０４においては、第２ピークｐ２の強度Ｉｎｔは、第１ピークｐ１の強度Ｉｎｔの１／２以上である。

このように、塗布法による有機半導体層においては、ＰＣＢＭに由来する第２ピークｐ２が明確ではない。塗布法による有機半導体層においては、塗布処理が、ＰＣＢＭにおける結晶特性に影響を与えていると考えられる。一方、粉末形成法による有機半導体層においては、ＰＣＢＭに由来する第２ピークｐ２が明確である。粉末形成法による有機半導体層においては、ＰＣＢＭにおいて良好な結晶特性が維持されると考えられる。

実施形態においては、例えば、有機半導体層３０のＸ線回折において、第２半導体領域に由来する第２ピークｐ２の強度Ｉｎｔは、第１半導体領域に由来する第１ピークｐ１の強度Ｉｎｔの１／２以上である。第２半導体領域は、例えばＰＣＢＭを含む。第１半導体領域は、例えば、Ｐ３ＨＴ及びＰＣＢＭよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

第１ピークｐ１に対応する第１角度２θは、例えば、４度以上７度以下である。第２ピークｐ２に対応する第２角度２θは、例えば、１８度以上２２度以下である。

ＸＲＤにおけるこのような特性により、例えば、第２半導体領域（例えばＰＣＢＭ）に由来する明確な第２ピークｐ２が得られる。良好な結晶性が得られる。

以下、実施形態に係る放射線検出器の製造方法のいくつかの例について説明する。

図９（ａ）及び図９（ｂ）は、放射線検出器の製造方法を例示する模式的断面図である。
図９（ａ）に示すように、例えば、第１基体５１の上に、第１導電層１０が設けられている。例えば、第１導電層１０の上に、第１半導体領域膜Ｒｆ１を形成する。第１半導体領域膜Ｒｆ１は、例えば、第１有機半導体Ｓｍ１を含む溶液を含む。第１半導体領域膜Ｒｆ１は、例えば塗布法により形成されても良い。

図９（ｂ）に示すように、第１半導体領域膜Ｒｆ１の上に、構造体Ｒｓ２を配置する。構造体Ｒｓ２は、第２有機半導体Ｓｍ２及び複数の無機粒子３５を含む。構造体Ｒｓ２を配置することにより、有機半導体層３０（図１参照）を形成する。有機半導体層３０は、第１半導体領域膜Ｒｆ１から形成される第１領域Ｒ１（図１参照）と、構造体Ｒｓ２と、を含む。

構造体Ｒｓ２は、例えば、粉末形成法により形成される。例えば、構造体Ｒｓ２は、第２有機半導体Ｓｍ２を含む粉体と、複数の無機粒子３５を含む粉体と、を含む。この場合、図９（ｂ）に示すように、構造体Ｒｓ２を配置した後に、第１半導体領域膜Ｒｆ１及び構造体Ｒｓ２に圧力Ｆ１が印加される。これにより、有機半導体層３０が得られる。必用に応じて、圧力Ｆ１の印加において加熱されても良い。第２有機半導体Ｓｍ２は、第１有機半導体Ｓｍ１と同じでも良く、異なっても良い。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、放射線検出器の製造方法を例示する模式的断面図である。
図１０（ａ）に示すように、例えば、第１基体５１の上に、第１導電層１０が設けられている。この例では、第１導電層１０の上に、有機半導体膜３０ｆが形成される。有機半導体膜３０ｆは、図１に例示した第１領域Ｒ１の一部となっても良い。

図１０（ｂ）に示すように、構造体ＳＢ０が準備される。構造体ＳＢ０は、有機半導体層３０を含む。有機半導体層３０は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を含む。第２領域Ｒ２は複数の無機粒子３５を含む。第１領域Ｒ１は、複数の無機粒子３５を含まない。または、第１領域Ｒ１における複数の無機粒子３５の第１重量濃度は、第２領域Ｒ２における複数の無機粒子３５の第２重量濃度よりも低い。

図１０（ｂ）に示すように、第１導電層１０の上に構造体ＳＢ０を配置する。構造体ＳＢ０は、例えば、粉末形成法により形成される。例えば、構造体ＳＢ０は、第１領域Ｒ１となる粉末と、第２領域Ｒ２となる粉末と、を含む。図１０（ｂ）に示すように、構造体ＳＢ０に圧力Ｆ１を加えても良い。これにより、有機半導体層３０が得られる。必用に応じて、圧力Ｆ１の印加において加熱されても良い。

この例において、図１０（ａ）に例示した有機半導体膜３０ｆは、例えば、第１導電層１０及び構造体ＳＢ０の接着の強度を向上される。有機半導体膜３０ｆは、例えば、接着層として機能しても良い。

図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、放射線検出器の製造方法を例示する模式的断面図である。
図１１（ａ）に示すように、例えば、第１基体５１の上に、第１導電層１０が設けられている。例えば、第１導電層１０の上に、第１領域層Ｒｓ１を形成する。第１領域層Ｒｓ１は、第１有機半導体Ｓｍ１を含む。

図１１（ｂ）に示すように、例えば、第１領域層Ｒｓ１の上に、粉末層Ｒｐ２を形成する。粉末層Ｒｐ２は、第２有機半導体Ｓｍ２となる半導体粉末、及び、複数の無機粒子３５と、を含む。

図１１（ｃ）に示すように、粉末層Ｒｐ２に圧力Ｆ１を印加して、第２領域Ｒ２を形成する。第２領域Ｒ２は、第２有機半導体Ｓｍ２及び複数の無機粒子３５を含む。一方、第１領域層Ｒｓ１から第１領域Ｒ１が形成される。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２から有機半導体層３０が形成される。必用に応じて、圧力Ｆ１の印加において加熱されても良い。第２有機半導体Ｓｍ２は、第１有機半導体Ｓｍ１と同じでも良く、異なっても良い。

（第２実施形態）
図１２は、第２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１２に示すように、第２実施形態に係る放射線検出器１１０ａは、第１導電層１０、第２導電層２０及び有機半導体層３０に加えて中間層（この例では、第１中間層４１及び第２中間層４２）を含む。放射線検出器１１０ａにおける中間層以外の構成は、放射線検出器１１０の構成と同様である。以下、中間層の例について説明する。

第１中間層４１は、第１導電層１０と有機半導体層３０との間に設けられる。第２中間層４２は、第２導電層２０と有機半導体層３０との間に設けられる。

第１中間層４１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、Ｐｏｌｙ-ＮＰＤを含む。第１中間層４１の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

第１中間層４１は、例えば、電子ブロッキング膜として機能しても良い。第１中間層４１により、例えば、バイアス電圧が印加されたときに、第２導電層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、暗電流が抑制される。

第２中間層４２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、ＢＣＰ及びＮＢＰｈｎｅよりなる群から選択された少なくとも１つなどを含む。第２中間層４２の厚さは、例えば、1０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

第２中間層４２は、例えば、正孔ブロッキング膜として機能しても良い。有機層ｂにより、例えば、バイアス電圧が印加されたときに、第１導電層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、暗電流が抑制される。

有機膜３５を設けることで、例えば、暗電流が抑制できる。高い感度が得られる。

図１３は、第２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１３は、有機半導体層３０の第２面３０ｂを含む領域を模式的に示している。図１３に示すように、第２面３０ｂに凹凸３０ｄｐが設けられている。有機半導体層３０は、第２導電層２０に対向する面（第２面３０ｂ）を含む。第２面３０ｂは、第２中間層４２に対応する。第２中間層４２の少なくとも一部は、凹凸３０ｄｐの凹部内に設けられる。例えば、有機半導体層３０と第２中間層４２との間の接触面積が大きくなる。例えば、感度が向上する。

以下、実施形態における有機半導体層３０の例について説明する。
図１４は、実施形態に係る放射線検出器の一部例示する模式的断面図である。
図１４に示すように、有機半導体層３０は、第１半導体領域３１と、第２半導体領域３２と、を含む。これらの領域は、混ざり合っている。例えば、有機半導体層３０は、バルクヘテロ接合構造を有しても良い。

第１半導体領域３１は、例えば、Ｐ３ＨＴ、Ｆ８Ｔ２、Ｆ８ＢＴ及びＰＶＫよりなる群から選択された少なくとも１つなどを含んでも良い。

第２半導体領域３２は、例えば、ＰＣ_６１ＢＭ、ＰＣ_７１ＢＭ、ＳｕｂＰＣ及びＳｕｂＮＣよりなる群から選択された少なくとも１つなどを含んでも良い。

第１導電層１０は、例えば、金属の酸化物を含んでも良い。第１導電層１０は、例えばＩＴＯを含んでも良い。

第２導電層２０は、例えば、金属を含む。金属は、例えば、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。

図１５は、実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する回路図である。
図１５は、検出回路７０に設けられる電荷増幅器７５を例示している。電荷増幅器７５の２つの入力端子の一方に、第１配線７１（すなわち、第１導電層１０）が電気的に接続される。電荷増幅器７５の２つの入力端子の他方に、第２配線７２（すなわち、第２導電層２０）が電気的に接続される。電荷増幅器７５の負入力と、電荷増幅器７５の出力端子との間に、キャパシタンス７６が接続される。例えば、第１導電層１０と第２導電層２０との間に生じる電荷に応じた電圧が、出力信号ＯＳとして得られる。

電荷増幅器７５において、キャパシタンス７６と並列に抵抗が設けられてとも良い。参照電圧の入力端子がさらに設けられても良い。

図１６は、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１６に示すように、実施形態に係る放射線検出器１１１においては、第１導電層１０、第２導電層２０、有機半導体層３０、第１基体５１に加えて、封止部材６０がさらに設けられる。第１基体５１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、第１基体５１の外縁と、接合される。第１基体５１及び封止部材６０により囲まれる空間に、第１導電層１０、第２導電層２０及び有機半導体層３０が設けられる。第１導電層１０、第２導電層２０及び有機半導体層３０は、第１基体５１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。

第１導電層１０、第２導電層２０及び有機半導体層３０と、封止部材６０との間には、空間６５が設けられる。この空間６５に、例えば、不活性ガス（例えば窒素ガスなど）が封入される。

図１７は、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１７に示すように、放射線検出器１２０においては、複数の第１導電層１０が設けられる。複数の第１導電層１０は、複数の第１導電層１０の１つから第２導電層２０に向かう第１方向（Ｚ軸方向）に対して交差する平面（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１導電層１０は、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って並ぶ。複数の第１導電層１０は、例えば、マトリクス状に並ぶ。

放射線検出器１２０においては、例えば、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実施形態及び第２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、検出効率を向上できる放射線検出器が提供できる。

実施形態によれば、検出効率を向上できる放射線検出器及びその製造方法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、２つの導体が直接接する状態を含む。電気的に接続される状態は、２つの導体が、別の導体（例えば配線など）により接続される状態を含む。電気的に接続される状態は、２つの導体の間の経路の間にスイッチング素子（トランジスタなど）が設けられ、２つの導体の間の経路に電流が流れる状態が形成可能な状態を含む。

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、導電層、有機半導体層及び無機粒子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及びその製造方法を基にして、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及びその製造方法も、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。

２θ…角度、１０…第１導電層、２０…第２導電層、３０…有機半導体層、３０ｆ…有機半導体膜、３１…第１半導体領域、３２…第２半導体領域、３５…無機粒子、４１、４２…第１、第２中間層、５１、５２…第１第２基体、６０…封止部材、６５…空間、７０…検出回路、７１…第１配線、７２…第２配線、７５…電荷増幅器、７６…キャパシタンス、８１…放射線、１１０、１１１、１２０…放射線検出器、Ｃ０…濃度、Ｃｐ…ピーク濃度、Ｃｐ／２…濃度、ＥＦ１…検出率、Ｆ１…圧力、Ｉｎｔ…強度、ＯＳ…出力信号、Ｒ１、Ｒ２…第１、第２領域、Ｒｆ１…第１半導体領域膜、Ｒｓ１…第１領域層、Ｒｐ２…粉末層、Ｒｓ２…構造体、Ｒｗ…重量濃度、ＳＢ０…構造体、ＳＰ００…特性、ＳＰ０１〜ＳＰ０４…第１〜第４試料、Ｓｍ１、Ｓｍ２…第１、第２有機半導体、ｔ１、ｔ２…第１、第２厚さ、ｔａ…比

Claims

第１導電層と、
第２導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられた有機半導体層であって、前記有機半導体層は、第１領域及び第２領域を含み、前記第２領域は、前記第１領域と前記第２導電層との間に設けられ、前記第２領域は複数の無機粒子を含み、前記第１領域は前記複数の無機粒子を含まないまたは前記第１領域における前記複数の無機粒子の第１重量濃度は前記第２領域における前記複数の無機粒子の第２重量濃度よりも低い、前記有機半導体層と、
を備え、
前記第１領域の厚さは、前記第２領域の厚さよりも厚い、放射線検出器。
前記有機半導体層は、前記第１導電層に対向する第１面と、前記第２導電層に対向する第２面と、を含み、
前記第２面の凹凸は、前記第１面の凹凸よりも大きい、請求項１記載の放射線検出器。
前記有機半導体層は、前記第２導電層に対向する面を含み、
前記面は凹凸を有し、
前記第２導電層の少なくとも一部は、前記凹凸の凹部内に設けられた、請求項１記載の放射線検出器。
前記第２導電層と前記有機半導体層との間に設けられた中間層をさらに含み、
前記有機半導体層は、前記第２導電層に対向する面を含み、
前記面は凹凸を有し、
前記中間層の少なくとも一部は、前記凹凸の凹部内に設けられた、請求項１記載の放射線検出器。
前記有機半導体層は、第１半導体領域、及び、第２半導体領域を含み、
前記第１半導体領域の材料の分子量は、５，０００以上５，０００，０００以下であり、
前記第２半導体領域の材料の分子量は、１０以上５，０００未満であり、
前記第１半導体領域は、第１導電形であり、
前記第２半導体領域は、第２導電形である、請求項１〜４のいずれか１つに記載の放射線検出器。
第１導電層と、
第２導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられた有機半導体層であって、前記有機半導体層は、第１領域及び第２領域を含み、前記第２領域は、前記第１領域と前記第２導電層との間に設けられ、前記第２領域は複数の無機粒子を含み、前記第１領域は前記複数の無機粒子を含まないまたは前記第１領域における前記複数の無機粒子の第１重量濃度は前記第２領域における前記複数の無機粒子の第２重量濃度よりも低い、前記有機半導体層と、
を備え、
前記有機半導体層は、前記第１導電層に対向する第１面と、前記第２導電層に対向する第２面と、を含み、
前記第２面の凹凸は、前記第１面の凹凸よりも大きい、放射線検出器。
第１導電層と、
第２導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられた有機半導体層であって、前記有機半導体層は、第１領域及び第２領域を含み、前記第２領域は、前記第１領域と前記第２導電層との間に設けられ、前記第２領域は複数の無機粒子を含み、前記第１領域は前記複数の無機粒子を含まないまたは前記第１領域における前記複数の無機粒子の第１重量濃度は前記第２領域における前記複数の無機粒子の第２重量濃度よりも低い、前記有機半導体層と、
を備え、
前記有機半導体層は、前記第２導電層に対向する面を含み、
前記面は凹凸を有し、
前記第２導電層の少なくとも一部は、前記凹凸の凹部内に設けられた、放射線検出器。
第１導電層と、
第２導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられた有機半導体層であって、前記有機半導体層は、第１領域及び第２領域を含み、前記第２領域は、前記第１領域と前記第２導電層との間に設けられ、前記第２領域は複数の無機粒子を含み、前記第１領域は前記複数の無機粒子を含まないまたは前記第１領域における前記複数の無機粒子の第１重量濃度は前記第２領域における前記複数の無機粒子の第２重量濃度よりも低い、前記有機半導体層と、
前記第２導電層と前記有機半導体層との間に設けられた中間層と、
を備え、
前記有機半導体層は、前記第２導電層に対向する面を含み、
前記面は凹凸を有し、
前記中間層の少なくとも一部は、前記凹凸の凹部内に設けられた、放射線検出器。
前記複数の無機粒子は、Ｂｉ_２Ｏ_３及びＺｎＯよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１〜８のいずれか１つに記載の放射線検出器。