JP6985824B2 - シンチレータプレート、放射線撮像装置およびシンチレータプレートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シンチレータプレート、放射線撮像装置およびシンチレータプレートの製造方法に関する。

医療画像診断や非破壊検査などで放射線撮影に用いられるフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）として、被写体を通過した放射線をシンチレータで光に変換し、シンチレータが発した光を受光素子で検出する間接変換方式のＦＰＤがある。放射線を光に変換するシンチレータには、発した光を受光素子に効率よく伝達するために、ヨウ化セシウムなどのハロゲン化アルカリ金属化合物の針状結晶群が、広く用いられている。針状結晶群は、それぞれの針状結晶間に空隙が形成され、結晶と空気の屈折率の違いによって、結晶中で光が全反射を繰り返し、効果的に発した光を受光素子に導波しうる。

特許文献１には、シンチレータを蒸着によって形成する際に、シンチレータ材の蒸着源の鉛直上方側に、鉛直軸に対して斜めとなるように基板を設置することによって、形成される針状結晶が細くなりシンチレータの解像度特性が向上することが示されている。特許文献２には、ヨウ化セシウムに対して融点の異なる複数の付活材を含む原材料を用いることによって、シンチレータの発光輝度が向上することが示されている。

国際公開２０１３／０８９０１５号公報 特許５４０７１４０号公報

本発明は、シンチレータの解像度を向上し且つ輝度特性を向上するのに有利な技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係るシンチレータプレートは、基板の表面の上に、表面と向かい合う第１の面と前記第１の面とは反対の側の第２の面とを有するシンチレータが配されたシンチレータプレートであって、シンチレータは、母材としてハロゲン化アルカリ金属化合物、賦活剤としてヨウ化タリウム、添加剤として銅および銀のうち少なくとも１つを含む複数の針状結晶を含み、添加材は、第２の面において０．０４モル％以上かつ０．５モル％以下の濃度で含まれ、添加材の濃度が、第２の面よりも第１の面の方が高く、針状結晶のうち表面に平行な面における最も大きい部分の太さが、針状結晶のうち第１の面から第２の面の方向に１０μｍの高さでの表面に平行な面の太さの１倍以上かつ９倍以下であることを特徴とする。

上記手段によって、シンチレータの解像度を向上し且つ輝度特性を向上するのに有利な技術を提供する。

本発明の実施形態に係るシンチレータを形成する装置の構成例を示す図。 本発明の実施形態に係るシンチレータの径の測定方法を示す図。 本発明の実施形態に係るシンチレータの表面の観察像。 本発明の実施形態の比較例のシンチレータの表面の観察像。 本発明の実施形態に係るシンチレータを用いた放射線撮像装置の構成例を示す図。 本発明の実施形態に係るシンチレータの実施例および比較例の特性を示す図。

以下、本発明に係る放射線撮像装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。なお、本発明における放射線には、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども含みうる。

図１〜６を参照して、本発明の実施形態によるシンチレータプレートおよび放射線撮像装置の構成および製造方法について説明する。図１は、本実施形態におけるシンチレータ１０１を有するシンチレータプレート１００を形成するための成膜装置１１０の構成例を示す図である。シンチレータプレート１００は、図１に示すような、真空排気が可能なチャンバ１０５の中に、材料供給源１０３とシンチレータ１０１を成膜するための基板１０２とを配す。次いで、基板１０２の表面１０８の上に蒸着法などの成膜方法を用いて、シンチレータ１０１を形成することによって、シンチレータプレート１００が形成される。シンチレータ１０１は、基板１０２の表面１０８と向かい合う第１の面１０６と、第１の面１０６とは反対の側の第２の面１０７とを有する。材料供給源１０３は、後述する複数の蒸着材料１０４を１つの材料供給源１０３に入れて蒸着してもよいし、図１に示すように蒸着材料１０４ａ〜１０４ｃごとに、それぞれ別の材料供給源１０３ａ〜１０３ｃに入れて蒸着を行ってもよい。

本実施形態において、シンチレータ１０１は、ハロゲン化アルカリ金属化合物を母材としヨウ化タリウムを付活材とした複数の針状結晶を含む。針状結晶を形成可能なハロゲン化アルカリ金属化合物として、例えばヨウ化セシウムや臭化セシウムなどが選択可能である。また、本実施形態において、付活材としてヨウ化タリウムが用いられ、タリウムが、シンチレータ１０１全体に対して０．２モル％以上かつ３．２モル％以下、含まれることによって、タリウムが発光中心として機能し、十分な発光が得られるようになる。

さらに、本実施形態において、シンチレータ１０１の針状結晶は、銅および銀のうち少なくとも１つの添加元素を含む。添加元素は、シンチレータ１０１の第２の面１０７において、０．０４モル％以上かつ０．５モル％以下の濃度で含まれる。添加元素は、銅だけであってもよいし、銀だけであってもよいし、銅と銀との両方であってもよい。添加元素をシンチレータ１０１に添加するための添加元素材料として、銅や銀の単体の金属を用いてもよいし、ヨウ化銅、臭化銅、ヨウ化銀、臭化銀など、銅や銀を含む化合物を用いてもよい。

ハロゲン化アルカリ金属化合物、ヨウ化タリウム、添加元素材料のそれぞれの蒸着材料１０４は、上述のように、それぞれ別の材料供給源１０３に入れられ、蒸着に用いられてもよい。また、融点の近い材料同士を混合して同じ材料供給源１０３に入れて蒸着することも可能である。例えば、母材としてヨウ化セシウム（融点６２１℃）、添加元素材料としてヨウ化銅（融点６０５℃）を選択した場合、ヨウ化セシウムと添加元素のヨウ化銅とを決められた濃度で混合したものを１つの材料供給源１０３に入れて蒸着してもよい。また例えば、母材としてヨウ化セシウム（融点６２１℃）と添加元素材料としてヨウ化銀（融点５５２℃）とを、決められた濃度で混合したものを１つの材料供給源１０３に入れて蒸着してもよい。

上述のようにハロゲン化アルカリ金属化合物と添加元素材料とを予め混合して蒸着する場合、添加元素材料の融点が母材のハロゲン化アルカリ金属化合物の融点よりも低い。このため、成膜初期は、シンチレータ１０１に含まれる添加元素の濃度が高く、成膜後期には濃度が低くなる。つまり、添加元素の濃度が、シンチレータ１０１の第２の面１０７よりも第１の面１０６の方が高くなる。結果として、添加元素によってシンチレータ１０１に光吸収を引き起こす着色が生じた場合でも、次のような放射線撮像装置の構成とすれば、シンチレータ１０１での発光の減衰を防ぐことができ、センサパネルの側へ光を導きやすくなる。本実施形態におけるシンチレータプレート１００を用いた放射線撮像装置の構成を図５に示す。放射線撮像装置５００において、シンチレータプレート１００は、センサパネル５０１の受光面５０２の側にシンチレータ１０１が配され、受光面５０２から離れた側に基板１０２が配される間接型でありうる。シンチレータ１０１で発光した光を十分に受光面５０２で得るために、放射線撮像装置５００において、シンチレータ１０１の第２の面１０７の側の添加元素の濃度を、シンチレータ１０１に対して０．０４モル％以上かつ０．５モル％以下と低く制御する。これによって、添加元素に起因する着色の影響を抑制し、センサパネル５０１の受光面５０２で受光する際の効率の低下を抑制することができる。放射線５０３は、図５に示すように、センサパネル５０１に対して、シンチレータプレート１００の側から入射させてもよいし、シンチレータプレート１００とは反対の側から入射させてもよい。

また、上述のように、ハロゲン化アルカリ金属化合物と添加元素材料とを予め混合して蒸着する。この場合、シンチレータ１０１中での添加元素の濃度が、シンチレータ１０１の第２の面１０７から第１の面１０６に向かって、徐々に、連続的に高くなりうる。一方、ハロゲン化アルカリ金属化合物と添加元素材料とを混合せずに蒸着する場合も考えられる。この場合、添加元素の濃度がシンチレータ１０１の第２の面１０７の側から第１の面１０６の側に向かって連続的または段階的に高くなるように、添加元素材料が入る材料供給源１０３を制御してもよい。例えば、添加元素材料を蒸着材料１０４として入れた材料供給源１０３のシャッターの開度や温度などを制御する。これによって、シンチレータ１０１に含まれる添加元素の濃度を、シンチレータ１０１の成膜初期の第１の面の側から成膜後期の第２の面の側まで、連続的または段階的に制御することができる。

シンチレータ１０１で発光した光をセンサパネル５０１に効率良く伝達させるためには、針状結晶のシンチレータ１０１の基板１０２と向かい合う第１の面１０６の側から第２の面１０７の側への長手方向への導波特性を高めることが重要である。そのために、針状結晶そのものの基板１０２の表面１０８に平行な方向の太さ（径）や、膜厚方向における太さ（径）の変化を制御することが重要になってくる。一般的にハロゲン化アルカリ金属化合物であるヨウ化セシウム針状結晶の蒸着工程では、成膜初期に微細な結晶核（初期核）が基板上に形成される。また、基板温度や圧力、成膜レートを適宜選択することで、結晶核は＜１００＞方位に優先的に成長して針状結晶となり、成膜後期（第２の面１０７の側）には、針状結晶の基板１０２の表面１０８に平行な方向の太さがより大きくなる。そのため、シンチレータの分解能を向上するには、針状結晶を微細化し、針状結晶のサイズを抑制することが求められる。シンチレータ１０１を蒸着によって成膜する際、上述のように、添加元素を供給することで、特に成膜初期の針状結晶の結晶性が向上し、針状結晶の基板１０２の表面１０８に平行な方向の太さをより細くすることができると考えられる。一方で、添加元素の濃度をシンチレータ１０１の第２の面１０７の側で低くすることによって、添加元素に起因する発光の減衰を抑制できる。

また、導波性を高めるため、針状結晶の成膜初期と成膜後期との間で、針状結晶の基板１０２の表面１０８に平行な方向の太さの変化が小さいことが必要となる。そこで、針状結晶のうち基板１０２の表面１０８に平行な面における最も大きい部分の太さが、針状結晶のうち第１の面１０６から第２の面１０７の方向に１０μｍの高さでの基板１０２の表面１０８に平行な面の太さの１倍以上かつ９倍以下となるようにする。後述する実施例および比較例に示すように、シンチレータ１０１の基板１０２の表面１０８に平行な面の太さの変化（増大率）を上述の範囲に収めることによって、分解能（解像度）と輝度とを両立することが可能となる。また、針状結晶の最も大きい部分の太さは、４μｍ以下でありうる。針状結晶の最も大きい部分の太さは、例えば、センサパネル５０１に配される受光素子の大きさよりも小さくてもよい。

ここで、シンチレータ１０１の針状結晶の太さ（径）とは、図２に示すように、シンチレータ１０１の針状結晶の基板１０２の表面１０８に平行な面２０１を包含する最小の面積の楕円２０２の長軸２０４の長さであってもよい。また、シンチレータ１０１の針状結晶の太さ（径）とは、シンチレータ１０１の針状結晶の基板１０２の表面１０８に平行な面２０１に外接する円の直径の長さであってもよい。シンチレータ１０１の針状結晶の太さや太さの変化の評価は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などでシンチレータ１０１の第２の面１０７や側面の形状を観察することによって測定可能である。なお、図２において、２０３は、楕円２０２の短軸である。

図３に添加元素を加えて蒸着した場合のシンチレータ１０１の表面のＳＥＭ像を、図４に添加元素を加えずに蒸着した場合のシンチレータ１０１の表面のＳＥＭ像を、それぞれ示す。添加剤を加えることによって、シンチレータ１０１の針状結晶の太さが小さくなり、分解能を向上させることができる。また、図３、４中の白線で囲まれる楕円は、図２に示されるような、シンチレータ１０１の針状結晶の基板１０２の表面１０８に平行な面２０１を包含する最小の面積の楕円２０２を示す。

また、シンチレータ１０１の分解能の特性の評価は、変調伝達関数（ＭＴＦ）を測定することによって定量的に比較することができる。シンチレータ１０１の輝度の特性の評価は、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）など、様々な受光素子やカメラなどの光検出器を用いることで評価可能である。上述したシンチレータ１０１に含まれる添加元素の濃度などの化学組成は、例えば蛍光Ｘ線分析や誘導結合プラズマ分析で評価可能である。シンチレータ１０１の結晶性は、例えばＸ線回折分析で評価が可能である。

次に、シンチレータ１０１を蒸着によって成膜する際の基板１０２の温度について説明する。蒸着時の基板１０２の温度は、成膜する基板１０２表面上へ到達した蒸着粒子の表面拡散長の観点から、成膜初期が低温であることが針状結晶の太さ（径）を微細化する上で重要である。後述する実施例および比較例に示すように、蒸着を開始する際の基板温度は、１００℃以下であってもよい。さらに、蒸着を開始する際の基板温度は、７０℃以下であってもよい。蒸着を行う際の初期の基板１０２の温度が１３０℃よりも高くなると、蒸着粒子の表面拡散長が長くなる。このため、初期核同士の間隔が広がり、後述する比較例に示されるように、針状結晶の結晶サイズがシンチレータ１０１の第２の面１０７の側で肥大化し、結晶構造が乱れる場合や、針状結晶間の隙間が維持できなくなる場合がある。結果として、十分な分解能特性が得られなくなる。

一方、シンチレータ１０１の針状結晶を成長させる際の基板１０２の温度が低いと、輝度特性の観点から発光中心となる付活材の活性化が不十分になる可能性がある。例えば、シンチレータ１０１の針状結晶が成長する際の基板１０２の温度が４０℃以下と低いと、シンチレータ１０１の針状結晶の幅（径）が極端に微細になり、シンチレータ１０１の表面積が非常に大きくなる。シンチレータ１０１の母材であるハロゲン化アルカリ金属化合物は潮解性を示すため、表面積が大きくなると、後述の防湿するための保護膜を用いた保護が不完全となり、シンチレータ１０１の湿度劣化を防ぐことがより困難となりうる。シンチレータ１０１の保護が不完全な場合、シンチレータ１０１の潮解性によって、各々の針状結晶同士が融着し、分解能が低下しうる。

したがって、本実施形態において、蒸着によってシンチレータ１０１を形成する際の基板１０２温度が、５０℃から２００℃の間で成膜することで、針状結晶を微細化しつつ、湿度劣化を防ぐことができる。換言すると、蒸着を開始する際の基板温度が、１００℃以下であり、蒸着を終了する際の基板温度が、５０℃以上かつ２００℃以下であってもよい。また、蒸着を終了する際の基板温度が、７０℃以上かつ１５０℃以下であってもよい。また、発光輝度が不十分となる場合、蒸着を開始した後、成膜後期に、針状結晶構造が崩れない程度まで基板１０２の温度を上昇させ、発光中心となる付活材を活性化することによって、発光輝度を向上させることが可能である。また例えば、蒸着工程の後、成膜装置１１０内や、成膜装置１１０からシンチレータ１０１の形成された基板１０２を外部装置に移動し、２００℃以下で熱処理することで、針状結晶の構造を維持したまま、高い分解能と輝度特性とを維持することが可能である。

シンチレータ１０１は、上述したように潮解性を示すため、シンチレータ１０１の針状結晶を防湿するための保護膜が、シンチレータ１０１を覆うように形成される。保護膜として、パリレンやフッ素樹脂、ＴＥＯＳ膜などが用いられうる。これらの保護膜は、スプレー法、塗布法、ＣＶＤ法などの各種のコーティング法で形成することが可能である。例えば、基板１０２上にシンチレータ１０１が形成されたシンチレータプレート１００を成膜装置１１０から取り出した後、直ちにスプレー法を用いて、シンチレータ１０１を覆うパリレンを用いた保護膜を成膜してもよい。

以下、本実施形態の実施例および比較例について説明する。図６は、以下に説明する実施例および比較例におけるシンチレータ１０１の特性をまとめたものである。先に、比較例から説明する。

第１の比較例
本比較例において、図１に示す成膜装置１１０を用いて、ヨウ化セシウムを母材とし、ヨウ化タリウムを付活材とする針状結晶構造のシンチレータ１０１を形成した。まず、蒸着材料１０４ａとしてヨウ化セシウムを充填した材料供給源１０３ａ、蒸着材料１０４ｂとしてヨウ化タリウムを充填した材料供給源１０３ｂ、基板１０２を成膜装置１１０内に配置した。基板１０２は、シリコン基板にアルミニウムの反射層を厚さ１００ｎｍ、二酸化ケイ素を厚さ５０ｎｍ積層したものを用いた。材料供給源１０３ａ、１０３ｂは、それぞれタンタル製の円筒型のものを用いた。

成膜装置１１０内を０．０１Ｐａ以下になるまで真空排気した後、各々の材料供給源１０３ａ、１０３ｂに電流を徐々に流して加熱した。材料供給源１０３ａ、１０３ｂが設定温度に達したところで、基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとの間に設けられたシャッター（不図示）を開けることで蒸着によるシンチレータ１０１の成膜を開始した。このとき、基板１０２の温度を４０℃、基板１０２の回転速度は毎分３０回転とした。成膜の様子を確認しつつ蒸着材料１０４ａ、１０４ｂが無くなる前にシャッターを閉じ、シンチレータ１０１の成膜を終了した。基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとを室温まで冷却後、基板１０２を取り出し、ＳＥＭで観察すると、針状結晶群の形成が確認できた。得られたシンチレータ１０１の膜厚は、８３７μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の基板１０２の表面１０８と平行な面における最も大きい部分の太さは、１．７μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の成膜初期の第１の面１０６から第２の面１０７の方向に１０μｍの高さでの基板１０２の表面１０８に平行な面の太さは、１．２μｍであった。上述の結果より、シンチレータ１０１の針状結晶の太さの増大率は、約１．４倍であった。ここで、シンチレータ１０１の第１の面１０６から第２の面１０７の方向に１０μｍの高さにおいて、シンチレータ１０１は、初期核から針状に成長した針状結晶となっていた。また、シンチレータ１０１の針状結晶の太さは、図２に示すように、シンチレータ１０１の針状結晶の基板１０２の表面１０８に平行な面２０１を包含する最小の面積の楕円２０２の長軸２０４を測定した。以下に説明する各実施例および各比較例においても同様であった。

シンチレータ１０１の第２の面１０７をＣＭＯＳ光検出器にＦｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｐｌａｔｅ（ＦＯＰ）を介して密着させ、基板１０２の側から国際規格の線質ＲＱＡ５に準じたＸ線を照射した。このとき得られた輝度値を１００とし、後述する各実施例および各比較例と相対比較した。また、シンチレータの分解能の指標であるＭＴＦ値として、空間周波数が１ｍｍ当たり２ラインペアー（２Ｌｐ／ｍｍ）に相当する値を、タングステン製のナイフエッジを用いたエッジ法によって求めた。このときのＭＴＦ値を１００とし、後述する各実施例および各比較例と相対比較した。

第２の比較例
本比較例において、図１に示す成膜装置１１０を用いて、ヨウ化セシウムを母材、ヨウ化タリウムを付活材とする針状結晶構造のシンチレータ１０１を形成した。まず、蒸着材料１０４ａとしてヨウ化セシウムを充填した材料供給源１０３ａ、蒸着材料１０４ｂとしてヨウ化タリウムを充填した材料供給源１０３ｂ、基板１０２を成膜装置１１０内に配置した。基板１０２は、シリコン基板にアルミニウムの反射層を厚さ１００ｎｍ、二酸化ケイ素を厚さ５０ｎｍ積層したものを用いた。材料供給源１０３ａ、１０３ｂは、それぞれタンタル製の円筒型のものを用いた。

成膜装置１１０内を０．０１Ｐａ以下になるまで真空排気した後、各々の材料供給源１０３ａ、１０３ｂに電流を徐々に流して加熱した。材料供給源１０３ａ、１０３ｂが設定温度に達したところで、基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとの間に設けられたシャッター（不図示）を開けることで蒸着によるシンチレータ１０１の成膜を開始した。このとき、基板１０２の温度を１３０℃、基板１０２の回転速度は毎分３０回転とした。成膜の様子を確認しつつ蒸着材料１０４ａ、１０４ｂが無くなる前にシャッターを閉じ、シンチレータ１０１の成膜を終了した。基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとを室温まで冷却後、基板１０２を取り出し、ＳＥＭで観察すると、針状結晶群の形成が確認できた。得られたシンチレータ１０１の膜厚は、８５３μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の基板１０２の表面１０８と平行な面における最も大きい部分の太さは、９．５μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の成膜初期の第１の面１０６から第２の面１０７の方向に１０μｍの高さでの基板１０２の表面１０８に平行な面の太さは、１．０μｍであった。したがって、シンチレータ１０１の針状結晶の太さの増大率は、９．５倍であった。

シンチレータ１０１の第２の面１０７をＣＭＯＳ光検出器にＦＯＰを介して密着させ、基板１０２の側から線質ＲＱＡ５に準じたＸ線を照射し、得られた輝度値は、第１の比較例と比較して１２９であった。また、シンチレータの分解能の指標であるＭＴＦ値は、第１の比較例と比較して８９であった。

本比較例において、蒸着によってシンチレータ１０１の成膜を行う際の基板１０２の温度を、上述の第１の比較例よりも高くしたため、発光中心となる付活材が活性化され、輝度は向上した。しかしながら、結晶成長初期の温度が高かったため、シンチレータ１０１の第２の面１０７の側で針状結晶が、基板１０２の表面１０８と平行方向に大きく成長した。結果として、シンチレータ１０１の針状結晶の太さの増大率が９．５倍と９倍よりも大きくなることで、上述の第１の比較例よりも分解能の特性は低下した。

第３の比較例
本比較例において、図１に示す成膜装置１１０を用いて、ヨウ化セシウムを母材、ヨウ化タリウムを付活材、銅を添加元素とする針状結晶構造のシンチレータ１０１を形成した。まず、ヨウ化セシウムと、ヨウ化セシウムに対して０．２重量％の添加元素材料としてヨウ化銅（ＣｕＩ）と、を混合した蒸着材料を準備し、材料供給源１０３ａに充填した。この材料供給源１０３ａ、蒸着材料１０４ｂとしてヨウ化タリウムを充填した材料供給源１０３ｂ、基板１０２を成膜装置１１０内に配置した。基板１０２は、シリコン基板にアルミニウムの反射層を厚さ１００ｎｍ、二酸化ケイ素を厚さ５０ｎｍ積層したものを用いた。材料供給源１０３ａ、１０３ｂは、それぞれタンタル製の円筒型のものを用いた。

成膜装置１１０内を０．０１Ｐａ以下になるまで真空排気した後、各々の材料供給源１０３ａ、１０３ｂに電流を徐々に流して加熱した。材料供給源１０３ａ、１０３ｂが設定温度に達したところで、基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとの間に設けられたシャッター（不図示）を開けることで蒸着によるシンチレータ１０１の成膜を開始した。このとき、基板１０２の温度を４０℃、基板１０２の回転速度は毎分３０回転とした。成膜の様子を確認しつつ蒸着材料１０４ａ、１０４ｂが無くなる前にシャッターを閉じ、シンチレータ１０１の成膜を終了した。基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとを室温まで冷却後、基板１０２を取り出し、ＳＥＭで観察すると、針状結晶群の形成が確認できた。得られたシンチレータ１０１の膜厚は、７６４μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の基板１０２の表面１０８と平行な面における最も大きい部分の太さは、０．４０μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の成膜初期の第１の面１０６から第２の面１０７の方向に１０μｍの高さでの基板１０２の表面１０８に平行な面の太さは、０．１６μｍであった。したがって、シンチレータ１０１の針状結晶の太さの増大率は、２．５倍であった。

蛍光Ｘ線分析によって、シンチレータ１０１を基板１０２から剥がして、シンチレータ１０１に含まれる銅の濃度を測定した。銅の濃度は、シンチレータ１０１の基板１０２と向かい合う第１の面１０６で２．２４モル％、第２の面１０７で１．２２モル％であった。シンチレータ１０１の第２の面１０７に含まれる添加元素の濃度よりも、その反対側の面である第１の面１０６に含まれる添加元素の濃度の方が、高いことがわかった。また、添加元素の濃度は、シンチレータ１０１の第２の面１０７から第１の面１０６に向かって、徐々に高くなっていた。

シンチレータ１０１の第２の面１０７をＣＭＯＳ光検出器にＦＯＰを介して密着させ、基板１０２の側から線質ＲＱＡ５に準じたＸ線を照射し、得られた輝度値は、第１の比較例と比較して９．５であった。また、シンチレータの分解能の指標であるＭＴＦ値は、第１の比較例と比較して１３１であった。

本比較例において、添加元素として銅をシンチレータ１０１に添加することによって、針状結晶の太さを上述の第１および第２の比較例よりも著しく小さくすることができた。このため、分解能は、上述の第１の比較例および第２の比較例よりも向上した。一方、添加元素の濃度が、シンチレータ１０１の表面の側においても１．２２モル％と高く、シンチレータ１０１が、添加元素によって着色されてしまったため、輝度値は、上述の第１の比較例および第２の比較例よりも著しく低下した。

第４の比較例
本比較例において、図１に示す成膜装置１１０を用いて、ヨウ化セシウムを母材、ヨウ化タリウムを付活材、銅を添加元素とする針状結晶構造のシンチレータ１０１を形成した。まず、ヨウ化セシウムと、ヨウ化セシウムに対して０．２重量％の添加元素材料としてヨウ化銅（ＣｕＩ）と、を混合した蒸着材料を準備し、材料供給源１０３ａに充填した。この材料供給源１０３ａ、蒸着材料１０４ｂとしてヨウ化タリウムを充填した材料供給源１０３ｂ、基板１０２を成膜装置１１０内に配置した。基板１０２は、シリコン基板にアルミニウムの反射層を厚さ１００ｎｍ、二酸化ケイ素を厚さ５０ｎｍ積層したものを用いた。材料供給源１０３ａ、１０３ｂは、それぞれタンタル製の円筒型のものを用いた。

成膜装置１１０内を０．０１Ｐａ以下になるまで真空排気した後、各々の材料供給源１０３ａ、１０３ｂに電流を徐々に流して加熱した。材料供給源１０３ａ、１０３ｂが設定温度に達したところで、基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとの間に設けられたシャッター（不図示）を開けることで蒸着によるシンチレータ１０１の成膜を開始した。このとき、基板１０２の温度を１３０℃、基板１０２の回転速度は毎分３０回転とした。成膜の様子を確認しつつ蒸着材料１０４ａ、１０４ｂが無くなる前にシャッターを閉じ、シンチレータ１０１の成膜を終了した。基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとを室温まで冷却後、基板１０２を取り出し、ＳＥＭで観察すると、針状結晶群の形成が確認できた。得られたシンチレータ１０１の膜厚は、５５６μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の基板１０２の表面１０８と平行な面における最も大きい部分の太さは、４０μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の成膜初期の第１の面１０６から第２の面１０７の方向に１０μｍの高さでの基板１０２の表面１０８に平行な面の太さは、１．０μｍであった。したがって、シンチレータ１０１の針状結晶の太さの増大率は、４０倍であった。

蛍光Ｘ線分析によって、シンチレータ１０１を基板１０２から剥がして、シンチレータ１０１に含まれる銅の濃度を測定した。銅の濃度は、シンチレータ１０１の第２の面１０７で０．１７モル％であった。

シンチレータ１０１の第２の面１０７をＣＭＯＳ光検出器にＦＯＰを介して密着させ、基板１０２の側から線質ＲＱＡ５に準じたＸ線を照射し、得られた輝度値は、第１の比較例と比較して１２０であった。また、シンチレータの分解能の指標であるＭＴＦ値は、第１の比較例と比較して４５であった。

本比較例において、蒸着によってシンチレータ１０１の成膜を行う際の基板１０２の温度を第３の比較例よりも高くしたため、発光中心となる付活材のタリウムが活性化され、輝度は向上した。しかしながら、結晶成長初期の温度が高かったため、シンチレータ１０１の第２の面１０７で針状結晶が、基板１０２の表面１０８と平行な方向に大きく成長した。結果として、シンチレータ１０１の針状結晶の太さの増大率が４０倍と大きくなることで、分解能の特性は、著しく低下した。

第１の実施例
以下、本実施形態の４つの実施例を説明する。本実施例は、図１に示す成膜装置１１０を用いて、ヨウ化セシウムを母材、ヨウ化タリウムを付活材、銅を添加元素とする針状結晶構造のシンチレータ１０１を形成した。まず、ヨウ化セシウムと、ヨウ化セシウムに対して０．２重量％の添加元素材料としてヨウ化銅（ＣｕＩ）と、を混合した蒸着材料を準備し、材料供給源１０３ａに充填した。この材料供給源１０３ａ、蒸着材料１０４ｂとしてヨウ化タリウムを充填した材料供給源１０３ｂ、基板１０２を成膜装置１１０内に配置した。基板１０２は、シリコン基板にアルミニウムの反射層を厚さ１００ｎｍ、二酸化ケイ素を厚さ５０ｎｍ積層したものを用いた。材料供給源１０３ａ、１０３ｂは、それぞれタンタル製の円筒型のものを用いた。

成膜装置１１０内を０．０１Ｐａ以下になるまで真空排気した後、各々の材料供給源１０３ａ、１０３ｂに電流を徐々に流して加熱した。材料供給源１０３ａ、１０３ｂが設定温度に達したところで、基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとの間に設けられたシャッター（不図示）を開けることで蒸着によるシンチレータ１０１の成膜を開始した。このとき、基板１０２の温度を７０℃、基板１０２の回転速度は毎分３０回転とした。成膜の様子を確認しつつ蒸着材料１０４ａ、１０４ｂが無くなる前にシャッターを閉じ、シンチレータ１０１の成膜を終了した。

蒸着によるシンチレータ１０１の成膜後、シンチレータ１０１と基板１０２とを含むシンチレータプレート１００を２００℃以下で熱処理した。具体的には、成膜装置１１０内に配置したランプ加熱装置（不図示）で、基板１０２を１５０℃に昇温して熱処理を行った。熱処理を行った後、基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとを室温まで冷却し、基板１０２を取り出した。シンチレータ１０１をＳＥＭで観察すると、針状結晶群の形成が確認できた。得られたシンチレータ１０１の膜厚は、７９５μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の基板１０２の表面１０８と平行な面における最も大きい部分の太さは、２．１μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の成膜初期の第１の面１０６から第２の面１０７の方向に１０μｍの高さでの基板１０２の表面１０８に平行な面の太さは、０．３０μｍであった。したがって、シンチレータ１０１の針状結晶の太さの増大率は、７．０倍であった。

蛍光Ｘ線分析によって、シンチレータ１０１を基板１０２から剥がして、シンチレータ１０１に含まれる銅の濃度を測定した。銅の濃度は、シンチレータ１０１の第２の面１０７で０．２８モル％であった。

シンチレータ１０１の第２の面１０７をＣＭＯＳ光検出器にＦＯＰを介して密着させ、基板１０２の側から線質ＲＱＡ５に準じたＸ線を照射し、得られた輝度値は、第１の比較例と比較して１２９であった。また、シンチレータの分解能の指標であるＭＴＦ値は、第１の比較例と比較して１３３であった。

本実施例において、ヨウ化セシウムに対して添加元素として銅を適切な量、添加する。また、蒸着によるシンチレータ１０１の成膜を開始する際の基板１０２の温度、および、蒸着中から蒸着が終了するまでの基板１０２温度を適切な温度に制御する。また、シンチレータ１０１の蒸着後に、適切な温度で熱処理を行う。これによって、形成されたシンチレータ１０１は、高い分解能を有し、また、輝度も向上することがわかった。

第２の実施例
本実施例は、図１に示す成膜装置１１０を用いて、ヨウ化セシウムを母材、ヨウ化タリウムを付活材、銅を添加元素とする針状結晶構造のシンチレータ１０１を形成した。まず、ヨウ化セシウムと、ヨウ化セシウムに対して０．２重量％の添加元素材料としてヨウ化銅（ＣｕＩ）と、を混合した蒸着材料を準備し、材料供給源１０３ａに充填した。この材料供給源１０３ａ、蒸着材料１０４ｂとしてヨウ化タリウムを充填した材料供給源１０３ｂ、基板１０２を成膜装置１１０内に配置した。基板１０２は、シリコン基板にアルミニウムの反射層を厚さ１００ｎｍ、二酸化ケイ素を厚さ５０ｎｍ積層したものを用いた。材料供給源１０３ａ、１０３ｂは、それぞれタンタル製の円筒型のものを用いた。

成膜装置１１０内を０．０１Ｐａ以下になるまで真空排気した後、各々の材料供給源１０３ａ、１０３ｂに電流を徐々に流して加熱した。材料供給源１０３ａ、１０３ｂが設定温度に達したところで、基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとの間に設けられたシャッター（不図示）を開けることで蒸着によるシンチレータ１０１の成膜を開始した。このとき、基板１０２の温度を７０℃、基板１０２の回転速度は毎分３０回転とした。成膜の様子を確認しつつ蒸着材料１０４ａ、１０４ｂが無くなる前にシャッターを閉じ、シンチレータ１０１の成膜を終了した。

蒸着によるシンチレータ１０１の成膜後、シンチレータ１０１の成膜された基板１０２を成膜装置１１０から取り出し、赤外線アニール炉（不図示）を用いて、窒素雰囲気中にて１６０℃の熱処理を行った。熱処理を行った後、基板１０２を室温まで冷却し、基板１０２を取り出した。シンチレータ１０１をＳＥＭで観察すると、針状結晶群の形成が確認できた。得られたシンチレータ１０１の膜厚は、７７７μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の基板１０２の表面１０８と平行な面における最も大きい部分の太さは、３．５μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の成膜初期の第１の面１０６から第２の面１０７の方向に１０μｍの高さでの基板１０２の表面１０８に平行な面の太さは、０．４０μｍであった。したがって、シンチレータ１０１の針状結晶の太さの増大率は、約８．８倍であった。

蛍光Ｘ線分析によって、シンチレータ１０１を基板１０２から剥がして、シンチレータ１０１に含まれる銅の濃度を測定した。銅の濃度は、シンチレータ１０１の第２の面１０７で０．２４モル％であった。

シンチレータ１０１の表面をＣＭＯＳ光検出器にＦＯＰを介して密着させ、基板１０２の側から線質ＲＱＡ５に準じたＸ線を照射し、得られた輝度値は、第１の比較例と比較して１５５であった。また、シンチレータの分解能の指標であるＭＴＦ値は、第１の比較例と比較して１３７であった。

本実施例においても、上述の第１の実施例と同様に、ヨウ化セシウムに対して添加剤として銅を適切な量、添加する。また、蒸着を開始する際の基板温度、および、蒸着中から蒸着が終了するまでの基板温度を適切な温度に制御する。また、シンチレータ１０１の蒸着後に、適切な温度で熱処理を行う。これによって、形成されたシンチレータ１０１は、高い分解能を有し、また、輝度も向上することがわかった。

第３の実施例
本実施例は、図１に示す成膜装置１１０を用いて、ヨウ化セシウムを母材、ヨウ化タリウムを付活材、銅を添加元素とする針状結晶構造のシンチレータ１０１を形成した。まず、ヨウ化セシウムと、ヨウ化セシウムに対して０．１重量％の添加元素材料としてヨウ化銅（ＣｕＩ）と、を混合した蒸着材料を準備し、材料供給源１０３ａに充填した。この材料供給源１０３ａ、蒸着材料１０４ｂとしてヨウ化タリウムを充填した材料供給源１０３ｂ、基板１０２を成膜装置１１０内に配置した。基板１０２は、シリコン基板にアルミニウムの反射層を厚さ１００ｎｍ、二酸化ケイ素を厚さ５０ｎｍ積層したものを用いた。材料供給源１０３ａ、１０３ｂは、それぞれタンタル製の円筒型のものを用いた。

成膜装置１１０内を０．０１Ｐａ以下になるまで真空排気した後、各々の材料供給源１０３ａ、１０３ｂに電流を徐々に流して加熱した。材料供給源１０３ａ、１０３ｂが設定温度に達したところで、基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとの間に設けられたシャッター（不図示）を開けることで蒸着によるシンチレータ１０１の成膜を開始した。このとき、基板１０２の回転速度は毎分３０回転とした。成膜の様子を確認しつつ蒸着材料１０４ａ、１０４ｂが無くなる前にシャッターを閉じ、シンチレータ１０１の成膜を終了した。

本実施例において、上述の各実施例および各比較例と異なり、基板１０２の温度は特に制御していないが、成膜後に基板に張り付けた感熱テープにて確認したところ、到達温度は約１５０℃であることがわかった。つまり、蒸着を開始する際の基板１０２の温度は室温だが、蒸着が開始されると、材料供給源１０３ａ、１０３ｂから基板１０２に熱が伝わることによって、基板１０２が１５０℃まで加熱される。結果として、成膜初期の初期核の形成後、１５０℃または１５０℃に近い温度において、シンチレータ１０１の成膜が行われたと考えられる。ここで、室温とは、１０℃以上かつ３０℃以下でありうる。また、室温とは１５℃以上かつ２５℃以下でありうる。また例えば、室温とは３００Ｋ（２７℃）であってもよい。

基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとを室温まで冷却後、基板１０２を取り出し、ＳＥＭで観察すると、針状結晶群の形成が確認できた。得られたシンチレータ１０１の膜厚は、５１３μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の基板１０２の表面１０８と平行な面における最も大きい部分の太さは、２．２μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の成膜初期の第１の面１０６から第２の面１０７の方向に１０μｍの高さでの基板１０２の表面１０８に平行な面の太さは、０．３０μｍであった。したがって、シンチレータ１０１の針状結晶の太さの増大率は、約７．３倍であった。

蛍光Ｘ線分析によって、シンチレータ１０１を基板１０２から剥がして、シンチレータ１０１に含まれる銅の濃度を測定した。銅の濃度は、シンチレータ１０１の第２の面１０７で０．０４モル％であった。

シンチレータ１０１の第２の面１０７をＣＭＯＳ光検出器にＦＯＰを介して密着させ、基板１０２の側から線質ＲＱＡ５に準じたＸ線を照射し、得られた輝度値は、第１の比較例と比較して１４３であった。また、シンチレータの分解能の指標であるＭＴＦ値は、第１の比較例と比較して１３５であった。

本実施例において、ヨウ化セシウムに対して添加剤として銅を適切な量、添加する。また、蒸着を開始する際の基板１０２の温度、および、蒸着中から蒸着が終了するまでの基板１０２温度を適切な温度にする。これによって、形成されたシンチレータ１０１は、高い分解能を有し、また、輝度も向上することがわかった。

第４の実施例
本実施例は、図１に示す成膜装置１１０を用いて、ヨウ化セシウムを母材、ヨウ化タリウムを付活材、銀を添加元素とする針状結晶構造のシンチレータを形成したものである。を添加元素とする針状結晶構造のシンチレータ１０１を形成した。まず、ヨウ化セシウムと、ヨウ化セシウムに対して０．２５重量％の添加元素材料としてヨウ化銀（ＡｇＩ）と、を混合した蒸着材料を準備し、材料供給源１０３ａに充填した。この材料供給源１０３ａ、蒸着材料１０４ｂとしてヨウ化タリウムを充填した材料供給源１０３ｂ、基板１０２を成膜装置１１０内に配置した。基板１０２は、シリコン基板にアルミニウムの反射層を厚さ１００ｎｍ、二酸化ケイ素を厚さ５０ｎｍ積層したものを用いた。材料供給源１０３ａ、１０３ｂは、それぞれタンタル製の円筒型のものを用いた。

成膜装置１１０内を０．０１Ｐａ以下になるまで真空排気した後、各々の材料供給源１０３ａ、１０３ｂに電流を徐々に流して加熱した。材料供給源１０３ａ、１０３ｂが設定温度に達したところで、基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとの間に設けられたシャッター（不図示）を開けることで蒸着によるシンチレータ１０１の成膜を開始した。このとき、基板１０２の回転速度は毎分３０回転とした。成膜の様子を確認しつつ蒸着材料１０４ａ、１０４ｂが無くなる前にシャッターを閉じ、シンチレータ１０１の成膜を終了した。本実施例においても、第３の実施例と同様に基板１０２の温度は特に制御していない。

基板１０２と材料供給源１０３ａ、１０３ｂとを室温まで冷却後、基板１０２を取り出し、ＳＥＭで観察すると、針状結晶群の形成が確認できた。得られたシンチレータ１０１の膜厚は、４６４μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の基板１０２の表面１０８と平行な面における最も大きい部分の太さは、３．０μｍであった。シンチレータ１０１の針状結晶の成膜初期の第１の面１０６から第２の面１０７の方向に１０μｍの高さでの基板１０２の表面１０８に平行な面の太さは、０．５８μｍであった。したがって、シンチレータ１０１の針状結晶の太さの増大率は、約５．２倍であった。

蛍光Ｘ線分析によって、シンチレータ１０１を基板１０２から剥がして、シンチレータ１０１に含まれる銅の濃度を測定した。銅の濃度は、シンチレータ１０１の第２の面１０７で０．４２モル％であった。

シンチレータ１０１の第２の面１０７をＣＭＯＳ光検出器にＦＯＰを介して密着させ、基板１０２の側から線質ＲＱＡ５に準じたＸ線を照射し、得られたシンチレータの分解能の指標であるＭＴＦ値は、第１の比較例と比較して１６３であった。

本実施例において、ヨウ化セシウムに対して添加剤として銀を適切な量、添加する。また、蒸着を開始する際の基板１０２の温度、および、蒸着中から蒸着が終了するまでの基板１０２温度を適切な温度にする。これによって、形成されたシンチレータ１０１は、添加元素に銀を用いた場合であっても、針状結晶の径の微細化が可能で、高い分解能を実現可能であることがわかった。

本実施形態および各実施例において、シンチレータ１０１は、ハロゲン化アルカリ金属化合物であるヨウ化セシウムを母材およびヨウ化タリウムを付活材とした針状結晶によって構成され、銅および銀のうち少なくとも１つの添加元素を含む。このとき、添加元素は、シンチレータ１０１の第２の面１０７の側において０．０４モル％以上かつ０．５モル％以下の濃度で含まれる。さらに、添加元素の濃度が、シンチレータ１０１の第２の面１０７の側よりも第１の面１０６の側の方が高くなるように、シンチレータ１０１を形成する。また、シンチレータ１０１を成膜するための蒸着材料として、ハロゲン化アルカリ金属化合物であるヨウ化セシウムと、ヨウ化セシウムに対して０．１重量％以上かつ０．３重量％以下の添加元素材料と、を混合した蒸着材料を準備する。この蒸着材料を用いてシンチレータ１０１の成膜を開始する際の基板１０２の温度を１００℃以下にし、蒸着を終了する際の基板１０２の温度を５０℃以上かつ２００℃以下にする。上述の各実施例では、蒸着中および蒸着を終了する際の基板１０２の温度を７０℃以上かつ１５０℃以下とした。これによって、針状結晶の基板１０２の表面１０８に平行な面の最も大きい部分の太さが、第１の面１０６から１０μｍの高さでの基板１０２の表面１０８に平行な面の太さの１倍以上かつ９倍以下になるように、シンチレータ１０１を成膜する。また、このとき、針状結晶の最も大きい部分の太さは、４μｍ以下となるようにシンチレータ１０１を成膜する。結果として、形成されたシンチレータ１０１は、高い分解能を有し、また、輝度も向上し、分解能（解像度）と輝度とを両立することが可能となる。

以上、本発明に係る実施形態および実施例を示したが、本発明はこれらの実施形態および実施例に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態および実施例は適宜変更、組み合わせが可能である。

１００：シンチレータプレート、１０１：シンチレータ、１０２：基板、１０６：第１の面、１０７：第２の面、１０８：表面

Claims (11)

1. 基板の表面の上に、前記表面と向かい合う第１の面と前記第１の面とは反対の側の第２の面とを有するシンチレータが配されたシンチレータプレートであって、
   前記シンチレータは、母材としてハロゲン化アルカリ金属化合物、付活材としてヨウ化タリウム、添加元素として銅および銀のうち少なくとも１つを含む複数の針状結晶を含み、
   前記添加元素は、前記第２の面において０．０４モル％以上かつ０．５モル％以下の濃度で含まれ、
   前記添加元素の濃度が、前記第２の面よりも前記第１の面の方が高く、
   前記針状結晶のうち前記表面に平行な面における最も大きい部分の太さが、前記針状結晶のうち前記第１の面から前記第２の面の方向に１０μｍの高さでの前記表面に平行な面の太さの１倍以上かつ９倍以下であることを特徴とするシンチレータプレート。
2. 前記針状結晶のうち前記最も大きい部分の太さが、４μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のシンチレータプレート。
3. 前記ハロゲン化アルカリ金属化合物が、ヨウ化セシウムであることを特徴とする請求項１または２に記載のシンチレータプレート。
4. 前記添加元素の濃度が、前記第２の面から前記第１の面に向かって、連続的または段階的に高くなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のシンチレータプレート。
5. 前記太さが、前記針状結晶の前記表面に平行な面を包含する最小の面積の楕円の長軸の長さであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のシンチレータプレート。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のシンチレータプレートと、
   前記シンチレータから発せられた光を受光するためのセンサパネルと、
   を含む放射線撮像装置。
7. 前記シンチレータプレートは、前記センサパネルの受光面の側に前記シンチレータが配され、前記受光面から離れた側に前記基板が配されることを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像装置。
8. シンチレータプレートの製造方法であって、
   ヨウ化セシウムと、ヨウ化タリウムと、前記ヨウ化セシウムに対して０．１重量％以上かつ０．３重量％以下の添加元素材料と、を準備する準備工程と、
   基板に前記ヨウ化セシウムと前記ヨウ化タリウムと前記添加元素材料とを蒸着し、シンチレータを形成する蒸着工程と、を含み、
   前記添加元素材料は、ヨウ化銅、臭化銅、ヨウ化銀および臭化銀のうち少なくとも１つを含み、
   前記蒸着工程において、
   蒸着を開始する際の前記基板の温度が、１００℃以下であり、
   蒸着を終了する際の前記基板の温度が、５０℃以上かつ２００℃以下であることを特徴とする製造方法。
9. 前記蒸着工程において、蒸着を終了する際の前記基板の温度が、７０℃以上かつ１５０℃以下であることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
10. 前記ヨウ化セシウムと前記添加元素材料とが、予め混合して材料供給源に充填されていることを特徴とする請求項８または９に記載の製造方法。
11. 前記蒸着工程の後、前記シンチレータプレートを２００℃以下で熱処理することを特徴とする請求項８乃至１０の何れか１項に記載の製造方法。

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