JP7090145B1 - 放射線検出器および放射線検出器製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】読み出される信号のＳＮ比悪化を抑制することができる放射線検出器を提供する。【解決手段】放射線検出器１Ａは、ＴｌＢｒ結晶体３０に第１電極１０Ａおよび第２電極２０Ａが設けられたものである。第１電極１０Ａは第１層１２および第２層１６を備える。ＴｌＢｒ結晶体３０の第１電極形成面上に形成された第１層１２は、タリウム金属またはタリウム合金を含む。第１層１２上に形成された第２層１６は、第１金属と第２金属との合金を含む。第２層１６は、第１層１２より低抵抗である。第２層１６中の第１金属と第２金属との合金の層におけるＴｌ金属元素の拡散係数は、第２金属の層におけるＴｌ金属元素の拡散係数より小さい。【選択図】図１
Description
本発明は、放射線検出器および放射線検出器製造方法に関するものである。
放射線検出器は、Ｘ線やガンマ線等の放射線を検出するものであって、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）装置、ガンマカメラ、コンプトンカメラおよびイメージングスペクトロメータ等において用いられ得る。
放射線検出器として、ハロゲン化タリウム結晶（例えば、臭化タリウム、ヨウ化タリウム、塩化タリウム、及びそれらの混晶）を用いたものが知られており、一例として第１電極と第２電極との間に臭化タリウム（ＴｌＢｒ）結晶体が設けられた平行平板状の構成のものが知られている（特許文献１，２を参照）。第１電極および第２電極のうち一方はアノード電極として用いられ、他方はカソード電極として用いられる。ＴｌＢｒ結晶を用いた放射線検出器は、安価かつ容易に製造することができ、感度が高いという利点を有する。尚、第１電極と第２電極との間に、電解を制御するため又は電界を静電遮蔽するために更に一つ以上の電極が設けられる場合もある。
特許文献１に記載された放射線検出器は、電極としてタリウム（Ｔｌ）金属のみからなるタリウム金属電極を用いている。タリウム金属電極を用いることで、ＴｌＢｒ結晶の分極化を抑制することができて、放射線検出器の長期安定動作が可能であるとされている。
放射線検出器の電極としてタリウム金属電極を用いると、そのタリウム金属電極が大気中において急速に腐食して劣化し、放射線検出器の特性が劣化してしまう。これは、タリウム金属電極上に例えば金等の金属層を蒸着形成した場合にも生じてしまう。この劣化を抑制するには、放射線検出器を作製した後にタリウム金属電極を樹脂等で封止して、耐湿性を向上させるとともに、酸化や大気雰囲気との反応を防止する必要がある。
しかし、例えば放射線検出器を２次元検出器として読出回路基板上に実装する場合には、樹脂による封止により、放射線検出器の電極と読出回路基板の電極パッドとの間の電気的導通が得られなくなる。このことは、ＴｌＢｒ結晶を用いた放射線検出器の実用化の妨げとなる。
このような問題を解消し得る発明が特許文献２に開示されている。この文献に開示された放射線検出器の電極は、タリウム金属と他の金属（例えば鉛、銀、ビスマスまたはインジウム）との合金層を備え、また、この合金層上に設けられた低抵抗金属層（例えば金）を備える。電極がタリウム合金層を備えることにより、ＴｌＢｒ結晶の分極化による検出器特性の劣化を抑制することができるとともに、大気中における電極の腐食を抑制することができる。
本発明者らは、特許文献２に開示された放射線検出器が次のような問題点を有することを見出した。すなわち、特許文献２に開示された放射線検出器の電極と読出回路基板の電極パッドとを導電性接着剤で電気的に接続して、放射線検出器から読出回路基板へ信号を読み出すと、その読み出された信号のＳＮ比が悪い場合があった。電極を構成するタリウム合金層および低抵抗金属層の双方とも抵抗値は十分に低いことから、読み出された信号のＳＮ比悪化の原因は、低抵抗金属層の表面または表面近傍領域にあると考えられた。そこで、本発明者らは、低抵抗金属層の表面または表面近傍領域をＸ線により分析することにより、読み出された信号のＳＮ比悪化の原因を解明し、その原因を除去すべく鋭意研究を行って本発明を想到するに至った。
本発明は、読み出される信号のＳＮ比悪化を抑制することができる放射線検出器を提供することを目的とする。また、このような放射線検出器を製造することができる方法を提供することを目的とする。
本発明の放射線検出器は、臭化タリウム結晶体に第１電極および第２電極が設けられてなる放射線検出器であって、臭化タリウム結晶体において第１電極または第２電極が形成されるべき電極形成面上に形成されタリウム金属またはタリウム合金を含む第１層と、第１層上に形成され第１金属と第２金属との合金を含む第２層と、を備え、第２層中の第１金属と第２金属との合金の層におけるタリウム金属元素の拡散係数は、第２金属の層におけるタリウム金属元素の拡散係数より小さい。
本発明の放射線検出器において、第１層は、タリウム金属またはタリウム合金を含むタリウム層と、このタリウム層の上に第１金属を含む第１金属層と、が積層されているのが好適である。また、第１層は、タリウム合金としてタリウム金属と第１金属との合金を含むのが好適であり、さらに、第１金属を過剰に含むのが好適である。
本発明の放射線検出器において、第１層は、タリウム合金として鉛、銀、ビスマスおよびインジウムのうちの何れか１種以上の金属とタリウム金属との合金を含むのが好適である。第１金属は、ビスマス、鉛、錫およびアンチモンのうちの何れかであるのが好適である。第２金属は、金および白金のうちの何れかであるのが好適である。
本発明の放射線検出器は、第１層と第２層との間に設けられ、第１層と第２層との付着力を高める導電性の中間層を備えるのが好適である。この中間層は、クロム、ニッケルおよびチタンのうちの何れかの金属を含むのが好適である。
本発明の放射線検出器は、臭化タリウム結晶体の電極形成面と第１層との間に設けられ、臭化タリウム結晶体の電極形成面と第１層との付着力を高める導電性の下地層を備えるのが好適である。この下地層は、クロム、ニッケルおよびチタンのうちの何れかの金属を含むのが好適である。
本発明の検出器モジュールは、上記の本発明の放射線検出器と、放射線検出器の第１電極または第２電極と電気的に接続され放射線検出器から放射線の検出に応じて出力される信号を入力して該信号を処理する回路が設けられた読出回路基板と、を備える。
本発明の検出器モジュールは、放射線検出器の第１電極または第２電極と読出回路基板上の電極パッドとが導電性接着剤により互いに電気的に接続されているのが好適であり、放射線検出器と読出回路基板との間の空間が樹脂により充填されているのが好適であり、読出回路基板上の放射線検出器が樹脂により覆われているのが好適である。
本発明の放射線検出器製造方法は、臭化タリウム結晶体に第１電極および第２電極が設けられてなる放射線検出器を製造する方法であって、臭化タリウム結晶体において第１電極または第２電極が形成されるべき電極形成面上にタリウム金属またはタリウム合金を含む第１層を形成する第１層形成工程と、第１層上に第１金属と第２金属との合金を含む第２層を形成する第２層形成工程と、を備え、第２層形成工程で形成される第２層中の第１金属と第２金属との合金の層におけるタリウム金属元素の拡散係数を、第２金属の層におけるタリウム金属元素の拡散係数より小さくする。
本発明の放射線検出器製造方法において、第１層形成工程で、タリウム金属またはタリウム合金を含むタリウム層と、このタリウム層の上に第１金属を含む第１金属層と、が積層された第１層を形成し、第２層形成工程で、第１層上に第２金属の層を形成した後に加熱することにより、第１層から拡散してきた第１金属と第２金属とを合金化して第２層を形成するのが好適である。また、第１層形成工程で、タリウム合金としてタリウム金属と第１金属との合金を含む第１層を形成し、第２層形成工程で、第１層上に第２金属の層を形成した後に加熱することにより、第１層から拡散してきた第１金属と第２金属とを合金化して第２層を形成するのが好適である。この場合、第１層形成工程で、タリウム合金としてタリウム金属と第１金属との合金を含むとともに第１金属を過剰に含む第１層を形成するのが好適である。
本発明の放射線検出器製造方法において、第１層形成工程で、タリウム合金として鉛、銀、ビスマスおよびインジウムのうちの何れか１種以上の金属とタリウム金属との合金を含む第１層を形成するのが好適である。第１金属は、ビスマス、鉛、錫およびアンチモンのうちの何れかであるのが好適である。第２金属は、金および白金のうちの何れかであるのが好適である。
本発明の放射線検出器製造方法は、第１層形成工程の後であって第２層形成工程の前に、第１層と第２層との付着力を高める導電性の中間層を形成する中間層形成工程を備えるのが好適である。この中間層は、クロム、ニッケルおよびチタンのうちの何れかの金属を含むのが好適である。
本発明の放射線検出器製造方法は、第１層形成工程の前に、臭化タリウム結晶体の電極形成面と第１層との付着力を高める導電性の下地層を形成する下地層形成工程を備えるのが好適である。この下地層は、クロム、ニッケルおよびチタンのうちの何れかの金属を含むのが好適である。
本発明によれば、読み出される信号のＳＮ比悪化を抑制することができる放射線検出器を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の放射線検出器１Ａの断面構成を示す図である。放射線検出器１Ａは、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）結晶体３０に第１電極１０Ａおよび第２電極２０Ａが設けられた平板形状のものである。ＴｌＢｒ結晶体３０の互いに平行な２つの面のうち、一方の面（第１電極形成面）上に第１電極１０Ａが例えば蒸着により形成されており、他方の面（第２電極形成面）上に第２電極２０Ａが例えば蒸着により形成されている。
図１は、第１実施形態の放射線検出器１Ａの断面構成を示す図である。放射線検出器１Ａは、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）結晶体３０に第１電極１０Ａおよび第２電極２０Ａが設けられた平板形状のものである。ＴｌＢｒ結晶体３０の互いに平行な２つの面のうち、一方の面（第１電極形成面）上に第１電極１０Ａが例えば蒸着により形成されており、他方の面（第２電極形成面）上に第２電極２０Ａが例えば蒸着により形成されている。
第１電極１０Ａは第１層１２および第２層１６を備える。ＴｌＢｒ結晶体３０の第１電極形成面上に形成された第１層１２は、タリウム金属またはタリウム合金を含む。第１層１２上に形成された第２層１６は、第１金属と第２金属との合金を含む。第２層１６は、第１層１２より低抵抗である。
第２電極２０Ａは第１層２２および第２層２６を備える。ＴｌＢｒ結晶体３０の第２電極形成面上に形成された第１層２２は、タリウム金属またはタリウム合金を含む。第１層２２上に形成された第２層２６は、第１金属と第２金属との合金を含む。第２層２６は、第１層２２より低抵抗である。
第１層１２，２２の厚みは例えば数十ｎｍ～数百ｎｍである。第１層１２，２２がタリウム合金（Ｔｌ合金）を含む場合、そのＴｌ合金はタリウム金属（Ｔｌ金属）と他の金属との合金である。Ｔｌ金属とともにＴｌ合金を構成する他の金属元素は、任意でよいが、好適には鉛（Ｐｂ）、銀（Ａｇ）、ビスマス（Ｂｉ）およびインジウム（Ｉｎ）のうちから選ばれる１種以上の元素である。
Ｔｌ合金は、例えば、Ｔｌ-Ｐｂ、Ｔｌ-Ａｇ、Ｔｌ-Ｂｉ、Ｔｌ-Ｉｎ、Ｔｌ-Ｐｂ-Ｂｉ、Ｔｌ-Ｐｂ-Ｉｎ等である。Ｔｌ合金は、Ｔｌを金属として含むものであって、Ｔｌを化合物（例えば、酸化Ｔｌ、フッ化Ｔｌ、硝酸Ｔｌ等）としてのみ含むものではない。Ｔｌ合金におけるＴｌ金属の含有比は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）法による分析によりＴｌ金属が検出されるレベルである。なお、Ｔｌ合金層の表面は空気に触れて酸化する場合があるが、Ｔｌ合金層の内部は酸化しない。
第１電極１０Ａおよび第２電極２０Ａのうち一方はアノード電極として用いられ、他方はカソード電極として用いられる。ハロゲン化タリウム結晶はイオン伝導性を示すので、ＴｌＢｒ結晶体３０に電圧が印加されると、Ｔｌ＋イオンがカソード電極下へ蓄積し、Ｂｒ－イオンがアノード電極下へ蓄積する。放射線検出器１Ａは、入射放射線によって生成される電子正孔対が印加電圧によって移動することにより両電極の間に流れる電流により放射線入射を検出することができる。
アノード電極下に蓄積したＢｒ－イオンは、そのアノード電極に含まれるＴｌ金属と結合してＴｌＢｒとなり、そのときに電子が放出される。カソード電極下に蓄積したＴｌ＋イオンは、その放出された電子と結合してＴｌ金属となる。これらの反応により生成されるＴｌ金属およびＴｌＢｒは、イオンではなく、電荷を持たない。したがって、ＴｌＢｒ結晶体３０の分極化を抑制することができる。
第２層１６，２６の厚みは例えば数十ｎｍ～数百ｎｍである。第２層１６，２６の合金を構成する第１金属は好適にはビスマス（Ｂｉ）、鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）およびアンチモン（Ｓｂ）のうちの何れかであり、また、第２金属は好適には金（Ａｕ）および白金（Ｐｔ）のうちの何れかである。第２層１６，２６において、第２金属と、第１金属と第２金属との合金とが、混在していてもよい、或いは、第２金属の層と、第１金属と第２金属との合金の層と、が積層されていてもよい。第２層１６，２６において、第１金属と第２金属との合金の層は、第２金属の層の上に形成されていてもよいし、第２金属の層の下に形成されていてもよいし、第２金属の層に挟まれて形成されていてもよい。
第２層１６，２６中の第１金属と第２金属との合金の層におけるＴｌ金属元素の拡散係数は、第２金属の層におけるＴｌ金属元素の拡散係数より小さい。これにより、作製直後に第１層１２，２２に存在していたＴｌ金属元素が時間経過とともに拡散したとしても、第２層１６，２６中の第１金属と第２金属との合金の層によりＴｌ金属元素の拡散が抑制され、第２層１６，２６の表面へのＴｌ金属元素の析出が抑制される。
仮に第２層１６，２６の表面にＴｌ金属元素が析出すると、その析出したＴｌ金属が酸化して酸化タリウム（ＴｌＯ２）が生成され、その酸化タリウムが大気中の水分と反応して腐食性が高い強塩基の水酸化タリウム（ＴｌＯＨ）が生成される。これが、読み出される信号のＳＮ比悪化の要因となる。
しかし、本実施形態の放射線検出器１Ａでは、第２層１６，２６の表面へのＴｌ金属元素の析出が抑制され、第１電極１０Ａおよび第２電極２０Ａの腐食が抑制されるので、読み出される信号のＳＮ比悪化が抑制され得る。
図２は、第１実施形態の変形例の放射線検出器１Ｂの断面構成を示す図である。放射線検出器１Ｂは、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）結晶体３０に第１電極１０Ｂおよび第２電極２０Ｂが設けられた平板形状のものである。ＴｌＢｒ結晶体３０の互いに平行な２つの面のうち、一方の面（第１電極形成面）上に第１電極１０Ｂが例えば蒸着により形成されており、他方の面（第２電極形成面）上に第２電極２０Ｂが例えば蒸着により形成されている。
第１電極１０Ｂは、下地層１１、第１層１２、中間層１５および第２層１６を備える。第２電極２０Ｂは、下地層２１、第１層２２、中間層２５および第２層２６を備える。放射線検出器１Ａ（図１）の構成と比較すると、放射線検出器１Ｂ（図２）の構成は、第１電極１０Ｂが下地層１１および中間層１５を更に備えている点で相違し、第２電極２０Ｂが下地層２１および中間層２５を更に備えている点で相違する。
下地層１１は、ＴｌＢｒ結晶体３０の第１電極形成面と第１層１２との付着力を高めるために挿入される。下地層２１は、ＴｌＢｒ結晶体３０の第２電極形成面と第１層２２との付着力を高めるために挿入される。下地層１１，２１は導電性を有する。下地層１１，２１は島状構造の薄膜であり、下地層１１，２１の厚みは例えば数ｎｍ～数十ｎｍである。下地層１１，２１の材料は、任意でよいが、好適にはクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）およびチタン（Ｔｉ）のうちの何れかの金属からなる。
中間層１５は、第１層１２と第２層１６との付着力を高めるために挿入される。中間層２５は、第１層２２と第２層２６との付着力を高めるために挿入される。中間層１５，２５は導電性を有する。中間層１５，２５の厚みは例えば数ｎｍ～数百ｎｍである。中間層１５，２５の材料は、任意でよいが、好適にはクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）およびチタン（Ｔｉ）のうちの何れかの金属からなる。
放射線検出器１Ｂ（図２）は、放射線検出器１Ａ（図１）と同様の作用効果を奏する他、下地層１１，２１および中間層１５，２５が設けられていることにより、第１電極１０Ｂおよび第２電極２０Ｂそれぞれの膜構造がより安定したものとなる。
次に、放射線検出器１Ｂ（図２）を製造する方法の一例について説明する。図３は、放射線検出器製造方法を説明するフローチャートである。この放射線検出器製造方法は、ＴｌＢｒ結晶体作製工程Ｓ１、下地層形成工程Ｓ２、第１層形成工程Ｓ３、中間層形成工程Ｓ４および第２層形成工程Ｓ５を備え、これらを順に行うことで放射線検出器１Ｂ（図２）を製造することができる。
ＴｌＢｒ結晶体作製工程Ｓ１では、ＴｌＢｒ結晶のウェハを適当なサイズ（例えば一辺の長さが１０ｍｍ～２０ｍｍ程度の長方形）に切断してＴｌＢｒ結晶体３０とし、このＴｌＢｒ結晶体３０の表面を研磨する。ウェハを研磨した後に切断してもよい。また、ＴｌＢｒ結晶体３０を脱脂洗浄する。
下地層形成工程Ｓ２では、Ｃｒ，ＮｉおよびＴｉのうちの何れかの金属を蒸発源として用いて、ＴｌＢｒ結晶体３０の研磨された表面（第１電極形成面）上に蒸着により下地層１１を薄く形成する。下地層１１を設けることで、ＴｌＢｒ結晶体３０の第１電極形成面と第１層１２との付着力を高めることができる。
第１層形成工程Ｓ３では、下地層１１上に蒸着により、Ｔｌ金属またはＴｌ合金を含む第１層１２を形成する。Ｔｌ合金を含む第１層１２を形成する場合、予め、原材料としてＴｌ金属および他の金属を適当な重量比でタングステン製ボートまたはアルミナ製坩堝に入れ、１０－３Ｐａ以下まで減圧した真空槽内で加熱して、Ｔｌ金属および他の金属を合金化させておく。そして、この合金を蒸発源として用いて、下地層１１上に蒸着により第１層１２を形成する。第１層１２を蒸着する前後または蒸着中の段階においてＴｌＢｒ結晶体３０を加熱することで、第１層１２の付着力や電気的安定性を向上させることができる。
中間層形成工程Ｓ４では、第１層１２まで形成されたＴｌＢｒ結晶体３０を冷却した後に、Ｃｒ，ＮｉおよびＴｉのうちの何れかの金属を蒸発源として用いて、第１層１２上に蒸着により中間層１５を薄く形成する。中間層１５を設けることで、第１層１２と第２層１６との付着力を高めることができる。
第２層形成工程Ｓ５では、予め用意しておいた第１金属と第２金属との合金を蒸発源として用いて、中間層１５上に蒸着により第２層１６を形成する。或いは、中間層１５上に蒸着により、第１金属の層と、第１金属と第２金属との合金の層とを積層することで、第２層１６を形成してもよい。
以上でＴｌＢｒ結晶体３０の一方の面（第１電極形成面）上に第１電極１０Ｂを形成する。第１電極１０Ｂが形成されたＴｌＢｒ結晶体３０を十分に冷却した後に、第１電極１０Ｂが形成された面に対向するＴｌＢｒ結晶体３０の他の研磨された表面（第２電極形成面）上に、同様にして、下地層２１、第１層２２、中間層２５および第２層２６を順次に形成して、第２電極２０Ｂを形成する。以上のようにして放射線検出器１Ｂ（図２）を製造することができる。
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態の放射線検出器１Ｃの断面構成を示す図である。放射線検出器１Ｃは、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）結晶体３０に第１電極１０Ｃおよび第２電極２０Ｃが設けられた平板形状のものである。ＴｌＢｒ結晶体３０の互いに平行な２つの面のうち、一方の面（第１電極形成面）上に第１電極１０Ｃが例えば蒸着により形成されており、他方の面（第２電極形成面）上に第２電極２０Ｃが例えば蒸着により形成されている。
図４は、第２実施形態の放射線検出器１Ｃの断面構成を示す図である。放射線検出器１Ｃは、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）結晶体３０に第１電極１０Ｃおよび第２電極２０Ｃが設けられた平板形状のものである。ＴｌＢｒ結晶体３０の互いに平行な２つの面のうち、一方の面（第１電極形成面）上に第１電極１０Ｃが例えば蒸着により形成されており、他方の面（第２電極形成面）上に第２電極２０Ｃが例えば蒸着により形成されている。
第１電極１０Ｃは第１層１３および第２層１６を備える。ＴｌＢｒ結晶体３０の第１電極形成面上に形成された第１層１３は、タリウム金属またはタリウム合金を含むタリウム層１８と、このタリウム層１８の上に第１金属を含む第１金属層１９と、が積層されている。第１層１３上に形成された第２層１６は、第１金属と第２金属との合金を含む。第２層１６は、第１層１３より低抵抗である。
第２電極２０Ｃは第１層２３および第２層２６を備える。ＴｌＢｒ結晶体３０の第２電極形成面上に形成された第１層２３は、タリウム金属またはタリウム合金を含むタリウム層２８と、このタリウム層２８の上に第１金属を含む第１金属層２９と、が積層されている。第１層２３上に形成された第２層２６は、第１金属と第２金属との合金を含む。第２層２６は、第１層２３より低抵抗である。
放射線検出器１Ａ（図１）の構成と比較すると、放射線検出器１Ｃ（図４）の構成は、第１電極１０Ｃの第１層１３においてタリウム層１８と第１金属層１９とが積層されている点で相違し、第２電極２０Ｃの第１層２３においてタリウム層２８と第１金属層２９とが積層されている点で相違する。
タリウム層１８，２８および第１金属層１９，２９の厚みは例えば数十ｎｍ～数百ｎｍである。タリウム層１８，２８は、放射線検出器１Ａ（図１）の構成における第１層１２，２２と同様のものである。第１金属層１９，２９に含まれる第１金属は、第１実施形態で説明した第１金属と同様のものである。放射線検出器１Ｃ（図４）の構成における第２層１６，２６は、放射線検出器１Ａ（図１）の構成における第２層１６，２６と同様のものである。
放射線検出器１Ｃにおいても、第２層１６，２６中の第１金属と第２金属との合金の層におけるＴｌ金属元素の拡散係数は、第２金属の層におけるＴｌ金属元素の拡散係数より小さい。これにより、作製直後に第１層１３，２３に存在していたＴｌ金属元素が時間経過とともに拡散したとしても、第２層１６，２６中の第１金属と第２金属との合金の層によりＴｌ金属元素の拡散が抑制され、第２層１６，２６の表面へのＴｌ金属元素の析出が抑制される。そして、第１電極１０Ｃおよび第２電極２０Ｃの腐食が抑制されるので、読み出される信号のＳＮ比悪化が抑制され得る。
図５は、第２実施形態の変形例の放射線検出器１Ｄの断面構成を示す図である。放射線検出器１Ｄは、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）結晶体３０に第１電極１０Ｄおよび第２電極２０Ｄが設けられた平板形状のものである。ＴｌＢｒ結晶体３０の互いに平行な２つの面のうち、一方の面（第１電極形成面）上に第１電極１０Ｄが例えば蒸着により形成されており、他方の面（第２電極形成面）上に第２電極２０Ｄが例えば蒸着により形成されている。
第１電極１０Ｄは、下地層１１、第１層１３、中間層１５および第２層１６を備える。第２電極２０Ｄは、下地層２１、第１層２３、中間層２５および第２層２６を備える。放射線検出器１Ｃ（図４）の構成と比較すると、放射線検出器１Ｄ（図５）の構成は、第１電極１０Ｄが下地層１１および中間層１５を更に備えている点で相違し、第２電極２０Ｄが下地層２１および中間層２５を更に備えている点で相違する。
放射線検出器１Ｄ（図５）の構成における下地層１１，２１は、放射線検出器１Ｂ（図２）の構成における下地層１１，２１と同様のものである。放射線検出器１Ｄ（図５）の構成における中間層１５，２５は、放射線検出器１Ｂ（図２）の構成における中間層１５，２５と同様のものである。
放射線検出器１Ｄ（図５）は、放射線検出器１Ｃ（図４）と同様の作用効果を奏する他、下地層１１，２１および中間層１５，２５が設けられていることにより、第１電極１０Ｄおよび第２電極２０Ｄそれぞれの膜構造がより安定したものとなる。
次に、放射線検出器１Ｄ（図５）を製造する方法の一例について説明する。放射線検出器１Ｄ（図５）も、図３のフローチャートに示された各工程を順に行うことで製造することができる。ただし、放射線検出器１Ｂ（図２）の製造方法と比較すると、放射線検出器１Ｄ（図５）の製造方法では、ＴｌＢｒ結晶体作製工程Ｓ１、下地層形成工程Ｓ２および中間層形成工程Ｓ４それぞれの内容は同様であるが、第１層形成工程Ｓ３および第２層形成工程Ｓ５それぞれの内容は相違する。
第１層形成工程Ｓ３では、下地層１１上に蒸着により、Ｔｌ金属またはＴｌ合金を含むタリウム層１８を形成し、続いて第１金属層１９を形成することで、タリウム層１８と第１金属層１９とが積層された第１層１３を形成する。Ｔｌ合金を含むタリウム層１８を形成する場合、予め、原材料としてＴｌ金属および他の金属を適当な重量比でタングステン製ボートまたはアルミナ製坩堝に入れ、１０－３Ｐａ以下まで減圧した真空槽内で加熱して、Ｔｌ金属および他の金属を合金化させておく。そして、この合金を蒸発源として用いて、下地層１１上に蒸着によりタリウム層１８を形成する。また、タリウム層１８を蒸着する前後または蒸着中の段階においてＴｌＢｒ結晶体３０を加熱することで、タリウム層１８の付着力や電気的安定性を向上させることができる。
第２層形成工程Ｓ５では、中間層１５上に蒸着により第２金属の層を形成した後に加熱をする。例えば、温度１４０℃で３時間に亘って加熱を行う。この加熱により、第１層１３の第１金属層１９から拡散してきた第１金属と、蒸着した第２金属とを合金化して、第１金属と第２金属との合金を含む第２層１６を形成する。
以上でＴｌＢｒ結晶体３０の一方の面（第１電極形成面）上に第１電極１０Ｄを形成する。第１電極１０Ｄが形成されたＴｌＢｒ結晶体３０を十分に冷却した後に、第１電極１０Ｄが形成された面に対向するＴｌＢｒ結晶体３０の他の研磨された表面（第２電極形成面）上に、同様にして、下地層２１、第１層２３、中間層２５および第２層２６を順次に形成して、第２電極２０Ｄを形成する。以上のようにして放射線検出器１Ｄ（図５）を製造することができる。
なお、第２層形成工程Ｓ５では、中間層１５，２５の双方の上に蒸着により第２金属の層を形成した後に加熱をしてもよい。この加熱により、第２層１６，２６の双方において同時に第１金属と第２金属との合金を形成することができる。
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態の放射線検出器１Ｅの断面構成を示す図である。放射線検出器１Ｅは、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）結晶体３０に第１電極１０Ｅおよび第２電極２０Ｅが設けられた平板形状のものである。ＴｌＢｒ結晶体３０の互いに平行な２つの面のうち、一方の面（第１電極形成面）上に第１電極１０Ｅが例えば蒸着により形成されており、他方の面（第２電極形成面）上に第２電極２０Ｅが例えば蒸着により形成されている。
図６は、第３実施形態の放射線検出器１Ｅの断面構成を示す図である。放射線検出器１Ｅは、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）結晶体３０に第１電極１０Ｅおよび第２電極２０Ｅが設けられた平板形状のものである。ＴｌＢｒ結晶体３０の互いに平行な２つの面のうち、一方の面（第１電極形成面）上に第１電極１０Ｅが例えば蒸着により形成されており、他方の面（第２電極形成面）上に第２電極２０Ｅが例えば蒸着により形成されている。
第１電極１０Ｅは第１層１４および第２層１６を備える。ＴｌＢｒ結晶体３０の第１電極形成面上に形成された第１層１４は、タリウム金属と第１金属との合金を含む。第１層１４は、タリウム金属と第１金属との合金の化学量論組成より過剰に第１金属を含むのが好適である。第１層１４上に形成された第２層１６は、第１金属と第２金属との合金を含む。第２層１６は、第１層１４より低抵抗である。
第２電極２０Ｅは第１層２４および第２層２６を備える。ＴｌＢｒ結晶体３０の第２電極形成面上に形成された第１層２４は、タリウム金属と第１金属との合金を含む。第１層２４は、タリウム金属と第１金属との合金の化学量論組成より過剰に第１金属を含むのが好適である。第１層２４上に形成された第２層２６は、第１金属と第２金属との合金を含む。第２層２６は、第１層２４より低抵抗である。
放射線検出器１Ａ（図１）の構成と比較すると、放射線検出器１Ｅ（図６）の構成は、第１層１４，２４がタリウム金属と第１金属との合金を含むとともに第１金属を過剰に含む点で相違する。
第１層１４，２４の厚みは例えば数十ｎｍ～数百ｎｍである。第１層１４，２４は、タリウム金属と第１金属との合金を含むとともに、この合金の化学量論組成より過剰に第１金属を含む。第１層１４，２４に含まれる第１金属は、第１実施形態で説明した第１金属と同様のものである。放射線検出器１Ｅ（図６）の構成における第２層１６，２６は、放射線検出器１Ａ（図１）の構成における第２層１６，２６と同様のものである。
放射線検出器１Ｅにおいても、第２層１６，２６中の第１金属と第２金属との合金の層におけるＴｌ金属元素の拡散係数は、第２金属の層におけるＴｌ金属元素の拡散係数より小さい。これにより、作製直後に第１層１４，２４に存在していたＴｌ金属元素が時間経過とともに拡散したとしても、第２層１６，２６中の第１金属と第２金属との合金の層によりＴｌ金属元素の拡散が抑制され、第２層１６，２６の表面へのＴｌ金属元素の析出が抑制される。そして、第１電極１０Ｅおよび第２電極２０Ｅの腐食が抑制されるので、読み出される信号のＳＮ比悪化が抑制され得る。
図７は、第３実施形態の変形例の放射線検出器１Ｆの断面構成を示す図である。放射線検出器１Ｆは、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）結晶体３０に第１電極１０Ｆおよび第２電極２０Ｆが設けられた平板形状のものである。ＴｌＢｒ結晶体３０の互いに平行な２つの面のうち、一方の面（第１電極形成面）上に第１電極１０Ｆが例えば蒸着により形成されており、他方の面（第２電極形成面）上に第２電極２０Ｆが例えば蒸着により形成されている。
第１電極１０Ｆは、下地層１１、第１層１４、中間層１５および第２層１６を備える。第２電極２０Ｆは、下地層２１、第１層２４、中間層２５および第２層２６を備える。放射線検出器１Ｅ（図６）の構成と比較すると、放射線検出器１Ｆ（図７）の構成は、第１電極１０Ｆが下地層１１および中間層１５を更に備えている点で相違し、第２電極２０Ｆが下地層２１および中間層２５を更に備えている点で相違する。
放射線検出器１Ｆ（図７）の構成における下地層１１，２１は、放射線検出器１Ｂ（図２）の構成における下地層１１，２１と同様のものである。放射線検出器１Ｆ（図７）の構成における中間層１５，２５は、放射線検出器１Ｂ（図２）の構成における中間層１５，２５と同様のものである。
放射線検出器１Ｆ（図７）は、放射線検出器１Ｅ（図６）と同様の作用効果を奏する他、下地層１１，２１および中間層１５，２５が設けられていることにより、第１電極１０Ｆおよび第２電極２０Ｆそれぞれの膜構造がより安定したものとなる。
次に、放射線検出器１Ｆ（図７）を製造する方法の一例について説明する。放射線検出器１Ｆ（図７）も、図３のフローチャートに示された各工程を順に行うことで製造することができる。ただし、放射線検出器１Ｂ（図２）の製造方法と比較すると、放射線検出器１Ｆ（図７）の製造方法では、ＴｌＢｒ結晶体作製工程Ｓ１、下地層形成工程Ｓ２および中間層形成工程Ｓ４それぞれの内容は同様であるが、第１層形成工程Ｓ３および第２層形成工程Ｓ５それぞれの内容は相違する。
第１層形成工程Ｓ３では、下地層１１上に蒸着により、タリウム金属と第１金属との合金を含むとともに第１金属を過剰に含む第１層１４を形成する。この蒸着に際して、予め、原材料としてＴｌ金属および第１金属を適当な重量比（タリウム金属と第１金属との合金を形成する上で必要な合金比率より第１金属が過剰な量となるような重量比）でタングステン製ボートまたはアルミナ製坩堝に入れ、１０－３Ｐａ以下まで減圧した真空槽内で加熱して、Ｔｌ金属と第１金属との合金および過剰な第１金属を用意する。そして、この合金および過剰な第１金属を蒸発源として用いて、下地層１１上に蒸着により第１層１４を形成する。また、第１層１４を蒸着する前後または蒸着中の段階においてＴｌＢｒ結晶体３０を加熱することで、第１層１４の付着力や電気的安定性を向上させることができる。
第２層形成工程Ｓ５では、中間層１５上に蒸着により第２金属の層を形成した後に加熱をする。例えば、温度１４０℃で３時間に亘って加熱を行う。この加熱により、第１層１４から拡散してきた第１金属と、蒸着した第２金属とを合金化して、第１金属と第２金属との合金を含む第２層１６を形成する。
以上でＴｌＢｒ結晶体３０の一方の面（第１電極形成面）上に第１電極１０Ｆを形成する。第１電極１０Ｆが形成されたＴｌＢｒ結晶体３０を十分に冷却した後に、第１電極１０Ｆが形成された面に対向するＴｌＢｒ結晶体３０の他の研磨された表面（第２電極形成面）上に、同様にして、下地層２１、第１層２４、中間層２５および第２層２６を順次に形成して、第２電極２０Ｆを形成する。以上のようにして放射線検出器１Ｆ（図７）を製造することができる。
なお、第２層形成工程Ｓ５では、中間層１５，２５の双方の上に蒸着により第２金属の層を形成した後に加熱をしてもよい。この加熱により、第２層１６，２６の双方において同時に第１金属と第２金属との合金を形成することができる。
（検出器モジュールの実施形態）
図８は、検出器モジュール２の概略構成を示す斜視図である。検出器モジュール２は、１または複数の放射線検出器１００と読出回路基板２００とを備える。放射線検出器１００は、上述した放射線検出器１Ａ～１Ｆの何れかと同様の構成を有する。読出回路基板２００は、放射線検出器１００の電極と電気的に接続され、放射線検出器１００による放射線（例えばガンマ線）の検出に応じて放射線検出器１００から出力される信号を入力して該信号を処理する回路が設けられている。
図８は、検出器モジュール２の概略構成を示す斜視図である。検出器モジュール２は、１または複数の放射線検出器１００と読出回路基板２００とを備える。放射線検出器１００は、上述した放射線検出器１Ａ～１Ｆの何れかと同様の構成を有する。読出回路基板２００は、放射線検出器１００の電極と電気的に接続され、放射線検出器１００による放射線（例えばガンマ線）の検出に応じて放射線検出器１００から出力される信号を入力して該信号を処理する回路が設けられている。
図９は、検出器モジュール２の構成を示す断面図である。読出回路基板２００は、基板２０１の第１面に１または複数の放射線検出器１００を搭載し、基板２０１の第２面に１または複数の信号処理回路２０２を搭載している。また、読出回路基板２００は、基板２０１の第１面に１または複数のコネクタ２０４を搭載している。基板２０１は、例えばフレキシブルなプリント回路基板である。基板２０１の第１面に電極パッドが設けられており、この電極パッドは放射線検出器１００の電極と電気的に接続されている。基板２０１は、この電極パッドと信号処理回路２０２とを電気的に接続する貫通電極を有する。信号処理回路２０２は、放射線検出器１００から出力され貫通電極を経て到達した信号を入力して該信号を処理する。コネクタ２０４は、基板２０１上に形成された配線を介して信号処理回路２０２と電気的に接続されている。コネクタ２０４は、信号処理回路２０２の動作を制御するための制御信号を外部から入力するとともに、信号処理回路２０２の処理により得られた信号を外部へ出力する。
図１０は、検出器モジュール２の要部構成を示す断面図である。図１１は、放射線検出器１００の斜視図である。図１２は、読出回路基板２００の一部斜視図である。以下では、図１０～図１２を用いて検出器モジュール２の構成について説明する。
放射線検出器１００は、第１層１１２および第２層１１６を含む第１電極１１０と、第１層１２２および第２層１２６を含む第２電極１２０と、ＴｌＢｒ結晶体１３０と、を備える。図に示される構成では、１個の放射線検出器１００において、ＴｌＢｒ結晶体１３０の下面（読出回路基板２００に対向する面）に４×４個の第１電極１１０が２次元アレイ状に設けられ、ＴｌＢｒ結晶体１３０の上面に共通の１個の第２電極１２０が設けられている。第２電極１２０は、ＴｌＢｒ結晶体１３０の上面の殆ど全体を覆うように設けられているのが好ましい。１個の放射線検出器１００の画素数は、第１電極１１０の個数と同じ１６である。ＴｌＢｒ結晶体１３０の上面に設けられた第２電極１２０には、バイアス線３２０が導電性接着剤３１２により電気的に接続されている。このバイアス線３２０は、ワイヤ状のものであってもよいし、フィルム状のものであってもよい。
読出回路基板２００は、基板２０１の上面（放射線検出器１００に対向する面）に４×４個の電極パッド２０３が２次元アレイ状に設けられ、基板２０１の下面に信号処理回路２０２が設けられている。放射線検出器１００の第１電極１１０と読出回路基板２００の電極パッド２０３とは、導電性接着剤３１１により１対１で互いに電気的に接続されている。
導電性接着剤３１１，３１２は、ＴｌＢｒ結晶の融点が低く熱膨張率が大きいことから、温度１６０℃以下の低温加熱硬化型のものであるのが好適である。導電性接着剤３１１，３１２として、例えば、Ｎｉフィラー型導電性接着剤、Ａｇフィラー型導電性接着剤、Ｃフィラー型導電性接着剤または低温ハンダペーストＳｎ-Ｂｉ型などを用いることができる。導電性接着剤３１１，３１２の塗布は、ディスペンサまたは印刷法により行うことができる。
放射線検出器１００と読出回路基板２００との間の空間は絶縁性のアンダーフィル材３３１により充填されている。アンダーフィル材３３１は、放射線検出器１００の第１電極１１０、読出回路基板２００の電極パッド２０３および導電性接着剤３１１を覆う。このアンダーフィル材３３１は、検出器モジュール２の強度および耐温度特性の向上の為に設けられる。アンダーフィル材３３１は、低熱膨張のものであるのが好適である。アンダーフィル材３３１は、シリカを含むものであってもよいし、シリカを含まずエポキシのみを含むものであってもよい。
読出回路基板２００上の放射線検出器１００は絶縁性の保護膜３３２により覆われている。保護膜３３２は、読出回路基板２００の上面の全体を覆うのが好ましい。この保護膜３３２は、防湿の為に設けられる。保護膜３３２は、例えば厚さ１０μｍ～２００μｍの薄膜状に塗布することができるものであるのが好ましく、また、常温または１００℃以下の温度で硬化するものであるのが好ましい。保護膜３３２として、例えば、アクリル系樹脂、ポリオレフィン樹脂、ウレタン系樹脂またはシリコーン製樹脂などを用いることができる。
放射線検出器１００は、アンダーフィル材３３１および保護膜３３２により覆われており、大気との接触が防止される。これにより、検出器モジュール２は、強度および耐温度特性が向上するだけでなく、長期信頼性が確保される。
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１層にＴｌ-Ｂｉ合金層を形成する際に、予め作製したＴｌとＢｉとの合金を蒸着源として用いて蒸着することによりＴｌ-Ｂｉ合金層を形成することに替えて、ＴｌおよびＢｉのうちの一方を先に蒸着し続いて他方を蒸着した後に加熱することによりＴｌ-Ｂｉ合金層を形成してもよい。また、第２層にＡｕ-Ｂｉ合金層を形成する際に、予め作製したＡｕとＢｉとの合金を蒸着源として用いて蒸着することによりＡｕ-Ｂｉ合金層を形成することに替えて、ＡｕおよびＢｉのうちの一方を先に蒸着し続いて他方を蒸着した後に加熱することによりＡｕ-Ｂｉ合金層を形成してもよい。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１層にＴｌ-Ｂｉ合金層を形成する際に、予め作製したＴｌとＢｉとの合金を蒸着源として用いて蒸着することによりＴｌ-Ｂｉ合金層を形成することに替えて、ＴｌおよびＢｉのうちの一方を先に蒸着し続いて他方を蒸着した後に加熱することによりＴｌ-Ｂｉ合金層を形成してもよい。また、第２層にＡｕ-Ｂｉ合金層を形成する際に、予め作製したＡｕとＢｉとの合金を蒸着源として用いて蒸着することによりＡｕ-Ｂｉ合金層を形成することに替えて、ＡｕおよびＢｉのうちの一方を先に蒸着し続いて他方を蒸着した後に加熱することによりＡｕ-Ｂｉ合金層を形成してもよい。
第１電極および第２電極の何れか一方は、例えば金または白金などの低抵抗金属のみの層により構成されていてもよい。図８～図１２に示される検出器モジュール２において、使用方法によっては、共通電極である第２電極１２０は、例えばＡｕまたはＰｔなどの低抵抗金属のみの層により構成されていてもよい。
（第１実施例）
次のようなサンプルＡ～Ｄを作製して組成分析を行った。図１３は、サンプルＡの積層構造を示す図である。サンプルＡは、ＴｌＢｒ結晶体を模擬するガラス基板上にＴｌＢｉ合金層および金（Ａｕ）層が順に形成されたものである。サンプルＡでは、ＴｌＢｉ合金層とＡｕ層との間にビスマス（Ｂｉ）層が設けられていない。図１４は、サンプルＢ～Ｄの積層構造を示す図である。サンプルＢ～Ｄは、ＴｌＢｒ結晶体を模擬するガラス基板上にＴｌＢｉ合金層，ビスマス（Ｂｉ）層および金（Ａｕ）層が順に形成されたものである。
次のようなサンプルＡ～Ｄを作製して組成分析を行った。図１３は、サンプルＡの積層構造を示す図である。サンプルＡは、ＴｌＢｒ結晶体を模擬するガラス基板上にＴｌＢｉ合金層および金（Ａｕ）層が順に形成されたものである。サンプルＡでは、ＴｌＢｉ合金層とＡｕ層との間にビスマス（Ｂｉ）層が設けられていない。図１４は、サンプルＢ～Ｄの積層構造を示す図である。サンプルＢ～Ｄは、ＴｌＢｒ結晶体を模擬するガラス基板上にＴｌＢｉ合金層，ビスマス（Ｂｉ）層および金（Ａｕ）層が順に形成されたものである。
各サンプルの組成分析に際しては、微小部Ｘ線光電子分光（microprobeX-ray photoelectron spectroscopy、μＸＰＳ）装置およびＸ線回折（X-ray diffraction、ＸＲＤ）装置を用いた。μＸＰＳ装置は、Ｘ線をサンプルに入射させたときにサンプル表面から放出される光電子のエネルギを測定することにより、サンプルの組成および化学結合状態に関する情報を得ることができる。また、μＸＰＳ装置は、例えばＡｒスパッタ装置とともに用いることにより、サンプルの深さ方向の各位置において組成および化学結合状態に関する情報を得ることができる。ＸＲＤ装置は、既知の波長のＸ線をサンプルに入射させたときに発生する回折光について回折角と回折強度との関係を求め、これからサンプルの組成を分析することができる。
図１５は、Ｂｉ層が設けられていないサンプルＡについてμＸＰＳ分析結果を示すグラフである。このグラフの横軸はＡｒスパッタ時間（すなわち、サンプルの深さ方向位置）を表し、縦軸は組成比（atom％）を表す。このサンプルＡでは、Ａｕ層表面に、Ｔｌ金属元素が多く析出しており、また、酸素（Ｏ）元素が多く存在している。Ａｕ層表面に析出したＴｌ金属が酸化して酸化タリウム（ＴｌＯ２）が生成され、その酸化タリウムが大気中の水分と反応して腐食性が高い強塩基の水酸化タリウム（ＴｌＯＨ）が生成される。これが、読み出される信号のＳＮ比悪化の要因となる。
図１６は、Ｂｉ層が設けられているサンプルＢについてＡｕ蒸着後に加熱を行わなかった場合のＡｕ蒸着直後のμＸＰＳ分析結果を示すグラフである。このサンプルＢでは、Ａｕ蒸着直後においてＡｕ層表面へのＴｌ金属元素析出量は多くない。
図１７は、Ｂｉ層が設けられているサンプルＣについてＡｕ蒸着後に加熱を行わなかった場合の１週間経過後のμＸＰＳ分析結果を示すグラフである。サンプルＢ（Ａｕ蒸着直後）のμＸＰＳ分析結果（図１６）と、サンプルＣ（１週間経過後）のμＸＰＳ分析結果（図１７）とを対比すると、サンプルＣでは、Ａｕ蒸着から１週間経過する間に、Ａｕ層表面にＴｌ金属元素が多く析出している。したがって、このサンプルＣでも、サンプルＡと同様に、水酸化タリウム（ＴｌＯＨ）が生成されて、これが、読み出される信号のＳＮ比悪化の要因となる。
図１８は、Ｂｉ層が設けられているサンプルＤについてＡｕ蒸着後に加熱を行った場合の１週間経過後のμＸＰＳ分析結果を示すグラフである。サンプルＤは、温度１４０℃で３時間に亘って加熱されることで、Ｂｉ層から拡散したＢｉとＡｕとの合金が形成された。サンプルＣ（加熱なし、１週間経過後）のμＸＰＳ分析結果（図１７）と、サンプルＤ（加熱あり、１週間経過後）のμＸＰＳ分析結果（図１８）とを対比すると、サンプルＤでは、Ａｕ蒸着から１週間経過しても、Ａｕ層表面へのＴｌ金属元素析出量は多くない。したがって、このサンプルＤでは、水酸化タリウム（ＴｌＯＨ）の生成が抑制されて、読み出される信号のＳＮ比悪化が抑制される。
なお、サンプルＣ，ＤのμＸＰＳ分析は、Ａｕ蒸着後に減圧雰囲気中で１週間に亘って保管された後に行われた。この１週間の保管の間にＡｕ層表面へのＴｌ金属元素析出が安定し、以降のＡｕ層表面におけるＴｌ金属元素析出量の変化が小さいからである。また、サンプルＤは、ＴｌＢｒ結晶体上に第１層（ＴｌＢｉ合金層およびＢｉ層）ならびに第２層（Ａｕ層）が形成された加熱後の放射線検出器１Ｃ（図４）を模擬したものである。
図１９は、Ｂｉ層が設けられているサンプルＣ，ＤについてＡｕ蒸着から１週間経過後のＸＲＤ分析結果を示すグラフである。このグラフの横軸は回折角を表し、縦軸は回折強度（光電子の計数値）を表す。サンプルＣ（加熱なし）およびサンプルＤ（加熱あり）の何れについても、Ｂｉ金属およびＴｌ金属を加熱溶融して作製した合金を蒸発源として用いてガラス基板上に蒸着したことから、ＢｉとＴｌとの合金（Ｂｉ２Ｔｌ）の存在が同程度に認められる。しかし、サンプルＣ（加熱なし）と比べると、サンプルＤ（加熱あり）では、単一元素としてのＢｉ元素およびＡｕ元素の量が少なくなっている一方で、加熱によりＢｉとＡｕとの合金（Ａｕ２Ｂｉ）が生成されていることが分かる。
サンプルＡ～ＤそれぞれのμＸＰＳ分析結果（図１５～図１８）およびサンプルＣ，ＤのＸＲＤ分析結果（図１９）から、ＴｌＢｒ結晶体上に第１層（ＴｌＢｉ合金層およびＢｉ層）ならびに第２層（Ａｕ層）が形成された加熱後の放射線検出器１Ｃ（図４）において、第２層に合金（Ａｕ２Ｂｉ）が生成されていることにより、第２層表面へのＴｌ金属元素の析出が抑制されて、電極の腐食が抑制されるので、読み出される信号のＳＮ比悪化が抑制され得ることが分かる。このことは、放射線検出器１Ｃ（図４）だけでなく他の構成の放射線検出器１Ａ（図１）、放射線検出器１Ｂ（図２）、放射線検出器１Ｄ（図５）、放射線検出器１Ｅ（図６）および放射線検出器１Ｆ（図７）においても同様である。
（第２実施例）
次のような検出器モジュールを作製して不良率を求めた。作製した検出器モジュールは、読出回路基板に４個の放射線検出器が搭載されたものであって、個々の放射線検出器において６４個（＝８×８）の第１電極が形成されたものであり、合計画素数が２５６であった。個々の放射線検出器において、ＴｌＢｒ結晶体は２０ｍｍ×２０ｍｍの平板形状であり、第１電極は２.５ｍｍピッチであった。個々の放射線検出器の構成は放射線検出器１Ｃ（図４）と同様のものであった。第２層形成工程でＡｕ蒸着後に加熱を行ってＢｉとＡｕとの合金を形成した場合の検出器モジュールの不良率は、Ａｕ蒸着後に加熱を行わなかった場合の検出器モジュールの不良率と比較して、約１／４に低減した。
次のような検出器モジュールを作製して不良率を求めた。作製した検出器モジュールは、読出回路基板に４個の放射線検出器が搭載されたものであって、個々の放射線検出器において６４個（＝８×８）の第１電極が形成されたものであり、合計画素数が２５６であった。個々の放射線検出器において、ＴｌＢｒ結晶体は２０ｍｍ×２０ｍｍの平板形状であり、第１電極は２.５ｍｍピッチであった。個々の放射線検出器の構成は放射線検出器１Ｃ（図４）と同様のものであった。第２層形成工程でＡｕ蒸着後に加熱を行ってＢｉとＡｕとの合金を形成した場合の検出器モジュールの不良率は、Ａｕ蒸着後に加熱を行わなかった場合の検出器モジュールの不良率と比較して、約１／４に低減した。
１Ａ～１Ｆ…放射線検出器、２…検出器モジュール、１０Ａ～１０Ｆ…第１電極、１１…下地層、１２～１４…第１層、１５…中間層、１６…第２層、１８…タリウム層、１９…第１金属層、２０Ａ～２０Ｆ…第２電極、２１…下地層、２２～２４…第１層、２５…中間層、２６…第２層、２８…タリウム層、２９…第１金属層、３０…臭化タリウム（ＴｌＢｒ）結晶体、１００…放射線検出器、１１０…第１電極、１１２…第１層、１１６…第２層、１２０…第２電極、１２２…第１層、１２６…第２層、１３０…臭化タリウム（ＴｌＢｒ）結晶体、２００…読出回路基板、２０１…基板、２０２…信号処理回路、２０３…電極パッド、２０４…コネクタ、３１１，３１２…導電性接着剤、３２０…バイアス線、３３１…アンダーフィル材、３３２…保護膜。
Claims (26)
- 臭化タリウム結晶体に第１電極および第２電極が設けられてなる放射線検出器であって、
前記臭化タリウム結晶体において前記第１電極または前記第２電極が形成されるべき電極形成面上に形成されタリウム金属またはタリウム合金を含む第１層と、
前記第１層上に形成され第１金属と第２金属との合金を含む第２層と、
を備え、
前記第１層は、タリウム金属またはタリウム合金を含むタリウム層と、このタリウム層の上に第１金属を含む第１金属層と、が積層されており、
前記第２層中の第１金属と第２金属との合金の層におけるタリウム金属元素の拡散係数は、第２金属の層におけるタリウム金属元素の拡散係数より小さい、
放射線検出器。 - 臭化タリウム結晶体に第１電極および第２電極が設けられてなる放射線検出器であって、
前記臭化タリウム結晶体において前記第１電極または前記第２電極が形成されるべき電極形成面上に形成されタリウム金属またはタリウム合金を含む第１層と、
前記第１層上に形成され第１金属と第２金属との合金を含む第２層と、
を備え、
前記第１層は、前記タリウム合金としてタリウム金属と第１金属との合金を含み、
前記第２層中の第１金属と第２金属との合金の層におけるタリウム金属元素の拡散係数は、第２金属の層におけるタリウム金属元素の拡散係数より小さい、
放射線検出器。 - 前記第１層は、前記タリウム合金としてタリウム金属と第１金属との合金を含むとともに第１金属を過剰に含む、
請求項２に記載の放射線検出器。 - 前記第１金属は、ビスマス、鉛、錫およびアンチモンのうちの何れかである、
請求項１～３の何れか１項に記載の放射線検出器。 - 臭化タリウム結晶体に第１電極および第２電極が設けられてなる放射線検出器であって、
前記臭化タリウム結晶体において前記第１電極または前記第２電極が形成されるべき電極形成面上に形成されタリウム金属またはタリウム合金を含む第１層と、
前記第１層上に形成され第１金属と第２金属との合金を含む第２層と、
を備え、
前記第１金属は、ビスマス、鉛、錫およびアンチモンのうちの何れかであり、
前記第２層中の第１金属と第２金属との合金の層におけるタリウム金属元素の拡散係数は、第２金属の層におけるタリウム金属元素の拡散係数より小さい、
放射線検出器。 - 前記第１層は、前記タリウム合金として鉛、銀、ビスマスおよびインジウムのうちの何れか１種以上の金属とタリウム金属との合金を含む、
請求項１～５の何れか１項に記載の放射線検出器。 - 前記第２金属は、金および白金のうちの何れかである、
請求項１～６の何れか１項に記載の放射線検出器。 - 前記第１層と前記第２層との間に設けられ、前記第１層と前記第２層との付着力を高める導電性の中間層を備える、
請求項１～７の何れか１項に記載の放射線検出器。 - 前記中間層は、クロム、ニッケルおよびチタンのうちの何れかの金属を含む、
請求項８に記載の放射線検出器。 - 前記臭化タリウム結晶体の前記電極形成面と前記第１層との間に設けられ、前記臭化タリウム結晶体の前記電極形成面と前記第１層との付着力を高める導電性の下地層を備える、
請求項１～９の何れか１項に記載の放射線検出器。 - 前記下地層は、クロム、ニッケルおよびチタンのうちの何れかの金属を含む、
請求項１０に記載の放射線検出器。 - 請求項１～１１の何れか１項に記載の放射線検出器と、
前記放射線検出器の前記第１電極または前記第２電極と電気的に接続され、前記放射線検出器から放射線の検出に応じて出力される信号を入力して該信号を処理する回路が設けられた読出回路基板と、
を備える検出器モジュール。 - 前記放射線検出器の前記第１電極または前記第２電極と前記読出回路基板上の電極パッドとが導電性接着剤により互いに電気的に接続されている、
請求項１２に記載の検出器モジュール。 - 前記放射線検出器と前記読出回路基板との間の空間が樹脂により充填されている、
請求項１２または１３に記載の検出器モジュール。 - 前記読出回路基板上の前記放射線検出器が樹脂により覆われている、
請求項１２～１４の何れか１項に記載の検出器モジュール。 - 臭化タリウム結晶体に第１電極および第２電極が設けられてなる放射線検出器を製造する方法であって、
前記臭化タリウム結晶体において前記第１電極または前記第２電極が形成されるべき電極形成面上にタリウム金属またはタリウム合金を含む第１層を形成する第１層形成工程と、
前記第１層上に第１金属と第２金属との合金を含む第２層を形成する第２層形成工程と、
を備え、
前記第１層形成工程で、タリウム金属またはタリウム合金を含むタリウム層と、このタリウム層の上に第１金属を含む第１金属層と、が積層された第１層を形成し、
前記第２層形成工程で、前記第１層上に第２金属の層を形成した後に加熱することにより、前記第１層から拡散してきた第１金属と第２金属とを合金化して第２層を形成し、
前記第２層形成工程で形成される第２層中の第１金属と第２金属との合金の層におけるタリウム金属元素の拡散係数を、第２金属の層におけるタリウム金属元素の拡散係数より小さくする、
放射線検出器製造方法。 - 臭化タリウム結晶体に第１電極および第２電極が設けられてなる放射線検出器を製造する方法であって、
前記臭化タリウム結晶体において前記第１電極または前記第２電極が形成されるべき電極形成面上にタリウム金属またはタリウム合金を含む第１層を形成する第１層形成工程と、
前記第１層上に第１金属と第２金属との合金を含む第２層を形成する第２層形成工程と、
を備え、
前記第１層形成工程で、前記タリウム合金としてタリウム金属と第１金属との合金を含む第１層を形成し、
前記第２層形成工程で、前記第１層上に第２金属の層を形成した後に加熱することにより、前記第１層から拡散してきた第１金属と第２金属とを合金化して第２層を形成し、
前記第２層形成工程で形成される第２層中の第１金属と第２金属との合金の層におけるタリウム金属元素の拡散係数を、第２金属の層におけるタリウム金属元素の拡散係数より小さくする、
放射線検出器製造方法。 - 前記第１層形成工程で、前記タリウム合金としてタリウム金属と第１金属との合金を含むとともに第１金属を過剰に含む第１層を形成する、
請求項１７に記載の放射線検出器製造方法。 - 前記第１金属は、ビスマス、鉛、錫およびアンチモンのうちの何れかである、
請求項１６～１８の何れか１項に記載の放射線検出器製造方法。 - 臭化タリウム結晶体に第１電極および第２電極が設けられてなる放射線検出器を製造する方法であって、
前記臭化タリウム結晶体において前記第１電極または前記第２電極が形成されるべき電極形成面上にタリウム金属またはタリウム合金を含む第１層を形成する第１層形成工程と、
前記第１層上に第１金属と第２金属との合金を含む第２層を形成する第２層形成工程と、
を備え、
前記第１金属は、ビスマス、鉛、錫およびアンチモンのうちの何れかであり、
前記第２層形成工程で形成される第２層中の第１金属と第２金属との合金の層におけるタリウム金属元素の拡散係数を、第２金属の層におけるタリウム金属元素の拡散係数より小さくする、
放射線検出器製造方法。 - 前記第１層形成工程で、前記タリウム合金として鉛、銀、ビスマスおよびインジウムのうちの何れか１種以上の金属とタリウム金属との合金を含む第１層を形成する、
請求項１６～２０の何れか１項に記載の放射線検出器製造方法。 - 前記第２金属は、金および白金のうちの何れかである、
請求項１６～２１の何れか１項に記載の放射線検出器製造方法。 - 前記第１層形成工程の後であって前記第２層形成工程の前に、前記第１層と前記第２層との付着力を高める導電性の中間層を形成する中間層形成工程を備える、
請求項１６～２２の何れか１項に記載の放射線検出器製造方法。 - 前記中間層は、クロム、ニッケルおよびチタンのうちの何れかの金属を含む、
請求項２３に記載の放射線検出器製造方法。 - 前記第１層形成工程の前に、前記臭化タリウム結晶体の前記電極形成面と前記第１層との付着力を高める導電性の下地層を形成する下地層形成工程を備える、
請求項１６～２４の何れか１項に記載の放射線検出器製造方法。 - 前記下地層は、クロム、ニッケルおよびチタンのうちの何れかの金属を含む、
請求項２５に記載の放射線検出器製造方法。
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