JP7342722B2 - 電子増幅器、検出素子及び検出装置 - Google Patents

電子増幅器、検出素子及び検出装置 Download PDF

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Description

本開示の実施形態は、電子増幅器、電子増幅器を備える検出素子、及び検出素子を備える検出装置に関する。
荷電粒子、ガンマ線、Ｘ線、中性子または紫外光等の電離放射線を検出する検出装置として、ガス電子増幅型の検出装置が知られている。検出装置においては、例えば特許文献１に開示されているように、電子増幅器（Gas Electron Multiplier : 略してGEM）が使用されている。特許文献１の電子増幅器は、絶縁性を有し、複数の貫通孔が設けられている基材と、基材の両面に位置する電極と、を備えている。検出対象の放射線が検出装置のチャンバ内に侵入すると、ガスの電子が電離される。電子増幅器が電子なだれ効果による電子増幅を行い、得られた電気信号を読み取ることにより、放射線を検出することができる。
特開２００６－３０２８４４号公報
検出装置における放射線の検出精度を高める方法として、電子増幅器の電極の間に生じる電場を増加させて電子の増幅率を高めることが考えられる。しかしながら、電場を増加させると、負側の電極において放電が生じ易くなる。放電によって負側の電極から電子が発生すると、放射線の検出精度が低下してしまう。
放電は、突起などの局所的な変形部が電子増幅器の基材や電極に形成されている場合に特に発生し易くなると考えられる。従って、電場を増加させた場合に放電が生じることを抑制するためには、基材や電極に変形部が存在しないように電子増幅器を製造することが好ましい。しかしながら、変形部が無い電子増幅器を製造するには、高精度の製造技術が求められる。また、製造時の加工にはばらつきが不可避であるため、変形部が無い電子増幅器を製造するには、良品を選別することも求められる。これらのことにより、製造コストが上昇するという課題が生じる。
本開示の実施形態は、このような課題を効果的に解決し得る電子増幅器、検出素子及び検出装置を提供することを目的とする。
本開示の一実施形態は、
表面及び前記表面とは反対側に位置する裏面を含み、前記表面から前記裏面に至る複数の貫通孔が設けられている基材と、
前記基材の前記裏面に位置する第１電極と、
前記基材の前記表面に位置し、前記基材の厚み方向において前記第１電極と少なくとも部分的に重なる第２電極と、を備え、
前記基材は、前記第１電極に電気的に接続されている第１誘電体層と、前記第１誘電体層と前記第２電極との間に位置し、前記第１誘電体層に電気的に接続されている第２誘電体層と、を含み、
前記第１誘電体層の比誘電率εｒ１と前記第２誘電体層の比誘電率εｒ２とが下記の関係を満たしている、
εｒ１＜εｒ２
電子増幅器である。
本開示の一実施形態は、
表面及び前記表面とは反対側に位置する裏面を含み、前記表面から前記裏面に至る複数の貫通孔が設けられている基材と、
前記基材の前記裏面に位置する第１電極と、
前記基材の前記表面に位置し、前記基材の厚み方向において前記第１電極と少なくとも部分的に重なる第２電極と、を備え、
前記基材は、前記第１電極に電気的に接続されている第１誘電体層と、前記第１誘電体層と前記第２電極との間に位置し、前記第１誘電体層に電気的に接続されている第２誘電体層と、を含み、
前記第１誘電体層の比誘電率εｒ１及び導電率σ１と前記第２誘電体層の比誘電率εｒ２及び導電率σ２とが下記の関係を満たしている、
εｒ１／σ１＞εｒ２／σ２
電子増幅器である。
本開示の一実施形態による電子増幅器において、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層との間の界面は、前記表面よりも前記裏面に近接していてもよい。
本開示の一実施形態による電子増幅器において、前記第１誘電体層の厚みは、前記第２誘電体層の厚みよりも小さくてもよい。
本開示の一実施形態は、
上記記載の電子増幅器と、
前記電子増幅器の前記基材の前記裏面側に位置する収集電極基板と、を備え、
前記収集電極基板は、前記基材の厚み方向において前記貫通孔と少なくとも部分的に重なる複数の収集電極を含む、検出素子である。
本開示の一実施形態は、
表面及び前記表面とは反対側に位置する裏面を含み、前記表面から前記裏面に至る複数の貫通孔が設けられている基材と、
前記基材の前記貫通孔に位置する複数の第１電極と、
前記基材の前記表面に位置する第２電極と、
前記基材の前記表面側に位置し、前記第１電極に接続されている複数の収集電極と、を備え、
前記基材は、前記第１電極に電気的に接続されている第１誘電体層と、前記第１誘電体層と前記第２電極との間に位置し、前記第１誘電体層に電気的に接続されている第２誘電体層と、を含み、
前記第１誘電体層の比誘電率εｒ１と前記第２誘電体層の比誘電率εｒ２とが下記の関係を満たしている、
εｒ１＜εｒ２
検出素子である。
本開示の一実施形態は、
表面及び前記表面とは反対側に位置する裏面を含み、前記表面から前記裏面に至る複数の貫通孔が設けられている基材と、
前記基材の前記貫通孔に位置する複数の第１電極と、
前記基材の前記表面に位置する第２電極と、
前記基材の前記表面側に位置し、前記第１電極に接続されている複数の収集電極と、を備え、
前記基材は、前記第１電極に電気的に接続されている第１誘電体層と、前記第１誘電体層と前記第２電極との間に位置し、前記第１誘電体層に電気的に接続されている第２誘電体層と、を含み、
前記第１誘電体層の比誘電率εｒ１及び導電率σ１と前記第２誘電体層の比誘電率εｒ２及び導電率σ２とが下記の関係を満たしている、
εｒ１／σ１＞εｒ２／σ２
検出素子である。
本開示の一実施形態による検出素子において、前記第１誘電体層は、前記貫通孔の壁面に沿って前記基材の厚み方向に広がっていてもよい。
本開示の一実施形態による検出素子において、前記第２誘電体層は、前記第１誘電体層の前記表面側の面と前記第２電極との間に位置していてもよい。この場合、前記基材の面内方向における前記第２誘電体層の端部が前記第１電極から離れていてもよい。若しくは、前記基材の面内方向における前記第２誘電体層の端部が前記第１電極に接していてもよい。
本開示の一実施形態は、
表面及び前記表面とは反対側に位置する裏面を含む基材と、
前記基材の前記表面に位置し、第１方向に並ぶ複数の第１電極と、
前記基材の前記表面に位置し、前記第１方向において隣り合う２つの前記第１電極の間に位置する第２電極と、を備え、
前記基材は、前記第１電極に電気的に接続されている第１誘電体層と、前記第１誘電体層と前記第２電極との間に位置し、前記第１誘電体層に電気的に接続されている第２誘電体層と、を含み、
前記第１誘電体層の比誘電率εｒ１と前記第２誘電体層の比誘電率εｒ２とが下記の関係を満たしている、
εｒ１＜εｒ２
検出素子である。
本開示の一実施形態は、
表面及び前記表面とは反対側に位置する裏面を含む基材と、
前記基材の前記表面に位置し、第１方向に並ぶ複数の第１電極と、
前記基材の前記表面に位置し、前記第１方向において隣り合う２つの前記第１電極の間に位置する第２電極と、を備え、
前記基材は、前記第１電極に電気的に接続されている第１誘電体層と、前記第１誘電体層と前記第２電極との間に位置し、前記第１誘電体層に電気的に接続されている第２誘電体層と、を含み、
前記第１誘電体層の比誘電率εｒ１及び導電率σ１と前記第２誘電体層の比誘電率εｒ２及び導電率σ２とが下記の関係を満たしている、
εｒ１／σ１＞εｒ２／σ２
検出素子である。
本開示の一実施形態による検出素子において、前記第２誘電体層は、前記第１誘電体層の前記表面側の面と前記第２電極との間に位置していてもよい。
本開示の一実施形態は、
上記記載の検出素子と、
前記検出素子の前記基材の前記表面側に位置するドリフト電極と、を備える、検出装置である。
本開示の実施形態によれば、第２電極において放電が生じることを抑制しながら、電子の増幅率を高めることができる。
第１の実施形態に係る検出装置を示す断面図である。 検出装置の電子増幅器の一例を示す斜視図である。 検出装置の電子増幅器のその他の例を示す斜視図である。 電子増幅器と収集電極基板とを備える検出素子の一例を示す斜視図である。 検出装置の動作原理を説明するための図である。 図１の検出装置の電子増幅器を拡大して示す断面図である。 図６の検出素子に生じる電場の一例を示す図である。 第１の実施形態の第１変形例に係る検出装置を示す断面図である。 第２の実施形態に係る検出装置を示す断面図である。 図９の検出装置の検出素子を示す平面図である。 図９の検出装置の検出素子を拡大して示す断面図である。 検出素子の製造工程を示す図である。 検出素子の製造工程を示す図である。 検出素子の製造工程を示す図である。 第２の実施形態の第１変形例に係る検出素子を示す断面図である。 第２の実施形態の第２変形例に係る検出装置を示す断面図である。 図１６の検出装置の検出素子を拡大して示す断面図である。 第２の実施形態の第３変形例に係る検出装置を示す断面図である。 図１８の検出装置の検出素子を拡大して示す断面図である。 検出素子の製造工程を示す図である。 検出素子の製造工程を示す図である。 第３の実施形態に係る検出装置を示す断面図である。 図２２の検出装置の検出素子を示す平面図である。 図２２の検出装置の検出素子を拡大して示す断面図である。 第３の実施形態の第１変形例に係る検出素子を示す断面図である。
第１の実施の形態
以下、本開示の第１の実施形態に係る検出装置１０の構成について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本開示の実施形態の一例であって、本開示はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本明細書において、「基板」、「基材」、「シート」や「フィルム」など用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。例えば、「基板」や「基材」は、シートやフィルムと呼ばれ得るような部材も含む概念である。更に、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」や「直交」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
以下、本開示の実施の形態について説明する。まず、検出装置１０の概要について説明する。図１は、検出装置１０を示す断面図である。
検出装置１０は、チャンバ１２と、チャンバ１２内に位置するドリフト電極１５及び検出素子２０と、を備える。チャンバ１２の内部には、アルゴンやキセノンなどの希ガスが少なくとも収容されている。チャンバ１２の内部には、希ガスに加えて、二酸化炭素やメタンなどの消光作用を有するクエンチングガスが収容されていてもよい。
検出素子２０は、電子増幅器３０及び収集電極基板４０を備える。電子増幅器３０は、基材３５、第１電極３１及び第２電極３２を備える。図１に示すように、基材３５は、ドリフト電極１５側に位置する表面３５１と、表面３５１の反対側に位置する裏面３５２と、を含む。基材３５には、表面３５１から裏面３５２に至る複数の貫通孔３８が設けられている。第１電極３１は、基材３５の裏面３５２に位置している。第２電極３２は、基材３５の表面３５１に位置している。
図２は、電子増幅器３０の一例を示す斜視図である。複数の貫通孔３８は、基材３５の面内方向における第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿って並んでいてもよい。第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１とは異なる方向であり、例えば第１方向Ｄ１に直交する方向である。
電子増幅器３０の第１電極３１及び第２電極３２との間には電圧が印加され、これにより、第１電極３１側から第２電極３２側へ向かう電場Ｅ１が生じる。この場合、第１電極３１と第２電極３２との間に位置する基材３５は、誘電体として機能する。
第１電極３１と第２電極３２とは、基材３５の厚み方向において少なくとも部分的に重なっている。図２に示すように、第２電極３２は、基材３５の表面３５１において、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に並ぶ複数の貫通孔３８を平面視で囲うように連続的に広がっていてもよい。同様に、第１電極３１も、基材３５の裏面３５２において、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に並ぶ複数の貫通孔３８を平面視で囲うように連続的に広がっていてもよい。
図３は、電子増幅器３０のその他の例を示す斜視図である。図３に示すように、第２電極３２は、第１方向Ｄ１に並ぶ複数の貫通孔３８を平面視で囲うように第１方向Ｄ１に延びていてもよい。また、複数の第２電極３２が第２方向Ｄ２に並んでいてもよい。同様に、第１電極３１も、第１方向Ｄ１に並ぶ複数の貫通孔３８を平面視で囲うように第１方向Ｄ１に延びていてもよい。また、複数の第１電極３１が第２方向Ｄ２に並んでいてもよい。
基材３５の表面３５１と裏面３５２とは、判別可能に構成されていてもよい。例えば図２及び図３に示すように、基材３５の表面３５１には第１マーク３９１が形成され、基材３５の裏面３５２には第２マーク３９２が形成されていてもよい。第１マーク３９１と第２マーク３９２とは、互いに異なる要素を含んでいる。例えば、第１マーク３９１及び第２マーク３９２は、異なる文字を含んでいる。このため、使用者は、基材３５の表面３５１と裏面３５２とを判別することができる。
図示はしないが、基材３５は、第１マーク３９１を含むが第２マーク３９２を含んでいなくてもよい。この場合、使用者は、第１マーク３９１が存在する側の面を表面３５１として判別することができる。また、基材３５は、第２マーク３９２を含むが第１マーク３９１を含んでいなくてもよい。この場合、使用者は、第２マーク３９２が存在する側の面を裏面３５２として判別することができる。
第１マーク３９１及び第２マーク３９２の構造は任意である。例えば、第１マーク３９１は、第２電極３２をエッチング加工することによって形成された要素であってもよい。同様に、第２マーク３９２は、第１電極３１をエッチング加工することによって形成された要素であってもよい．
図４は、電子増幅器３０と収集電極基板４０とを備える検出素子２０の一例を示す斜視図である。図４に示すように、収集電極基板４０は、電子増幅器３０の基材３５の裏面３５２側に位置している。収集電極基板４０は、電子増幅器３０の基材３５の厚み方向において貫通孔３８と少なくとも部分的に重なる複数の収集電極４１を含んでいてもよい。電子増幅器３０の貫通孔３８において増幅された電子は、収集電極４１によって検出される。
貫通孔３８と収集電極４１との対応関係は任意である。例えば、１つの貫通孔３８につき１つの収集電極４１が存在していてもよく、複数の貫通孔３８につき１つの収集電極４１が存在していてもよい。複数の収集電極４１は、支持基板４２によって支持されていてもよい。
図５は、検出装置１０の動作原理を説明するための図である。検出素子２０の第２電極３２の電位はドリフト電極１５の電位よりも高い。このため、ドリフト電極１５と検出素子２０の第２電極３２との間には、図５に示す電場Ｅ２が生じる。ドリフト電極１５と検出素子２０との間には、チャンバ１２内に侵入した放射線Ｌとガスとの相互作用により電子雲が形成される。電子雲の各電子は、電場Ｅ２により検出素子２０側へ引き寄せられる。
また、第１電極３１の電位は第２電極３２の電位よりも高い。このため、第１電極３１と第２電極３２との間には、図５に示す電場Ｅ１が生じる。検出素子２０に引き寄せられた電子は、電子増幅器３０の第１電極３１と第２電極３２の間の電場Ｅ１により、第１電極３１側へ引き寄せられる。貫通孔３８内の電場Ｅ１は、ドリフト電極１５と第２電極３２との間の電場Ｅ２よりも強い。
引き寄せられた電子はガスと衝突し、ガスを電離させる。電離された電子は、貫通孔３８の内部の電場Ｅ１により雪崩的に増幅しながら、電子群として第１電極３１側に引き寄せられる。貫通孔３８を通過した電子は、収集電極４１によって収集され、電気信号として読み出される。電気信号は、例えば、収集電極４１に接続された図示しない配線基板を介してチャンバ１２の外部に読み出される。
チャンバ１２内を放射線が通過すると、例えば図５に示すように、チャンバ１２内の各位置で電子ｅ１～ｅ４が順に発生する。電子ｅ１～ｅ４はそれぞれ、対応する貫通孔３８で増幅された後、対応する収集電極４１によって収集される。各収集電極４１において読み出される電気信号に基づいて、例えば、基材３５の面内方向における放射線Ｌの飛跡を算出することができる。
ところで、検出素子２０における電子の増幅率は、第１電極３１と第２電極３２との間の電場が強いほど高くなる。一方、電場を増加させると、第２電極３２において放電が生じ易くなる。放電によって第２電極３２から電子が発生し、この電子が検出素子２０によって検出されると、放射線Ｌに起因する電子の検出精度が低下してしまう。
このような課題を考慮し、本実施の形態においては、少なくとも２種類の誘電体層を用いて基材３５を構成することを提案する。これにより、第１電極３１と第２電極３２との間に発生する電場の強さを位置に応じて調整することが可能になる。例えば、第１電極３１の周囲における電場を、第２電極３２の周囲における電場に比べて強くすることができる。これにより、第２電極３２において放電が発生することを抑制しながら、第１電極３１の周囲において電子を雪崩的に増幅させて、電子の増幅率を高めることができる。
以下、本実施の形態に係る検出素子２０について詳細に説明する。図６は、検出素子２０の電子増幅器３０を拡大して示す断面図である。
図６に示すように、検出素子２０の電子増幅器３０の基材３５は、基材３５の厚み方向において積層されている第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７を少なくとも含んでいる。第１誘電体層３６は、第１電極３１に電気的に接続されている。第１誘電体層３６は、第１電極３１に接していてもよい。若しくは、図示はしないが、第１誘電体層３６と第１電極３１との間に導電層が介在されていてもよい。
第２誘電体層３７は、基材３５の厚み方向において第１誘電体層３６と第２電極３２との間に位置している。第２誘電体層３７は、第１誘電体層３６に電気的に接続されている。第２誘電体層３７は、第１誘電体層３６に接していてもよい。若しくは、図示はしないが、第２誘電体層３７と第１誘電体層３６との間に導電層が介在されていてもよい。この場合の導電層は、外部から電位が供給されていないフローティング状態の導電層である。
以下の説明において、第１誘電体層３６の比誘電率を符号εｒ１で表し、第２誘電体層３７の比誘電率を符号εｒ２で表す。本実施の形態においては、下記の式（１）で表される関係が満たされている。
εｒ１＜εｒ２・・・（１）
図７は、図６の検出素子２０の貫通孔３８に生じる電場Ｅ１の一例を示す断面図である。図７の点線は等電位面を表している。電場Ｅ１は、等電位面の間隔が狭いほど強くなる。
一般に、電場は、電気力線の密度である電束密度Ｄと下記の関係を有する。
Ｅ＝Ｄ／ε
εは、２つの電極の間に位置する誘電体の誘電率である。
本実施の形態においては、上述の式（１）のとおり、第１誘電体層３６の比誘電率εｒ１が第２誘電体層３７の比誘電率εｒ２よりも小さい。このため、図７に示すように、貫通孔３８の内部においては、第１誘電体層３６によって囲まれている空間の電場Ｅ１が、第２誘電体層３７によって囲まれている空間の電場Ｅ１に比べて強くなる。これにより、第１誘電体層３６が接続されている第１電極３１の周囲において電子を雪崩的に増幅させることができる。このため、例えば、基材３５が単一の誘電体層によって構成されている従来の電子増幅器３０と比較して、第１電極３１と第２電極３２の間の電位差が同一であったとしても、電子の増幅率を高くすることができる。また、第２電極３２側に位置する第２誘電体層３７の比誘電率εｒ２を大きくすることにより、第２電極３２の周囲における電場Ｅ１を抑制することができる。これらのことにより、本実施の形態によれば、第２電極３２において放電が生じることを抑制しながら、電子の検出精度を向上させることができる。
また、本実施の形態においては、第２電極３２において放電が生じることを抑制できるので、従来の電子増幅器３０と比較して、第１電極３１と第２電極３２の間の電位差を大きく設定することができる。これにより、電子の増幅率を更に高めることができる。
以下、検出素子２０の具体的な構造の例について説明する。
（基材）
図６において、符号Ｔ１及びＴ２はそれぞれ第１誘電体層３６の厚み及び第２誘電体層３７の厚みを表している。また、符号Ｔは、基材３５全体の厚みを表している。好ましくは、第１誘電体層３６の厚みＴ１は、第２誘電体層３７の厚みＴ２よりも小さい。これにより、第１誘電体層３６と第２誘電体層３７との間の界面を、基材３５の表面３５１よりも裏面３５２に近接させることができる。すなわち、界面と裏面３５２との間の距離を、界面と表面３５１との間の距離よりも小さくすることができる。これにより、貫通孔３８において電場が強められる空間を第２電極３２から遠ざけることができる。このため、第２電極３２において放電が生じることを抑制することができる。
基材３５の厚みＴは、３０μｍ以上であってもよく、５０μｍ以上であってもよい。また、基材３５の厚みＴは、１ｍｍ以下であってもよく、１００μｍ以下であってもよい。基材３５の厚みＴは、例えば５０μｍである。
第１誘電体層３６の厚みＴ１は、１μｍ以上であってもよく、１０μｍ以上であってもよい。また、第１誘電体層３６の厚みＴ１は、９００μｍ以下であってもよく、９０μｍ以下であってもよい。第１誘電体層３６の厚みＴ１は、例えば１０μｍである。
第２誘電体層３７の厚みＴ２は、１μｍ以上であってもよく、１０μｍ以上であってもよい。また、第２誘電体層３７の厚みＴ２は、９００μｍ以下であってもよく、９０μｍ以下であってもよい。第２誘電体層３７の厚みＴ２は、例えば４０μｍである。
第１誘電体層３６の厚みＴ１に対する第２誘電体層３７の厚みＴ２の比であるＴ２／Ｔ１は、１以上であってもよく、１を超えていてもよい。これにより、放電が生じることを抑制することができる。また、Ｔ２／Ｔ１が大きくなるにしたがって、第１電極３１の周囲における電場を強くすることができる。また、Ｔ２／Ｔ１は、１以下であってもよく、１未満であってもよい。この場合も、放電が生じることを抑制することができる。また、Ｔ２／Ｔ１が小さくなるにしたがって、動きの遅いガス元素イオンを速やかに元の元素に戻すことができる。Ｔ２／Ｔ１は、例えば４である。
第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７は、絶縁性を有する様々な材料により構成され得る。第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７の材料は、有機材料であってもよく、無機材料であってもよく、両者の組み合わせであってもよい。
無機材料としては、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(Si3N4)、酸窒化シリコン(SiON)、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、シリコンカーバイト(SiC)、窒化シリコンカーバイト(SiCN)、炭素添加シリコンオキサイド(SiCO)、ホウ珪酸ガラス、石英ガラスなどを用いることができる。
有機材料としては、ポリイミド、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ポリアミドイミド、ポリベンゾオキサゾール、シアネート樹脂、アラミド樹脂、ポリオレフィン、ポリエステル、BTレジン、FR-4、FR-5、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、シンジオタクチック・ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテルポリサルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミドなどを用いることができる。また、これらの有機材料の層の中に、ガラス、タルク、マイカ、シリカ、アルミナ等の無機材料からなるフィラーが包含されていてもよい。
第１誘電体層３６の比誘電率εｒ１は、１以上であってもよく、３以上であってもよい。また、第１誘電体層３６の比誘電率εｒ１は、６以下であってもよく、４以下であってもよい。
第２誘電体層３７の比誘電率εｒ２は、２以上であってもよく、４以上であってもよい。また、第２誘電体層３７の比誘電率εｒ２は、１０以下であってもよく、８以下であってもよい。
第１誘電体層３６の比誘電率εｒ１と第２誘電体層３７の比誘電率εｒ２の差は、０．５以上であってもよく、１．０以上であってもよく、１．５以上であってもよい。また、第１誘電体層３６の比誘電率εｒ１と第２誘電体層３７の比誘電率εｒ２の差は、１０以下であってもよく、５以下であってもよく、３以下であってもよい。
第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７の構成の具体例を以下に示す。
・第１誘電体層：厚み１０μｍのポリイミド、比誘電率εｒ１＝３．２
・第２誘電体層：厚み４０μｍのエポキシ樹脂、比誘電率εｒ２＝４．８
第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７の比誘電率を測定する測定器としては、インピーダンスアナライザなどを利用でき、例えばキーサイト社製のE4990Aを用いることができる。また、第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７の厚みを測定する測定器としては、分光干渉計などを利用でき、例えばキーエンス社製SI-Tシリーズを用いることができる。
図６に示すように、基材３５の第２誘電体層３７は第２電極３２に接していてもよい。若しくは、図示はしないが、基材３５は、第２誘電体層３７と第２電極３２との間に位置するその他の誘電体層を含んでいてもよい。後述する第２の実施の形態及び第３の実施の形態においても同様である。
基材３５の面内方向における貫通孔３８の寸法は、１０μｍ以上であってもよく、３０μｍ以上であってもよい。また、貫通孔３８の寸法は、２００μｍ以下であってもよく、１００μｍ以下であってもよい。貫通孔３８の寸法は、例えば７０μｍである。また、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に並ぶ複数の貫通孔３８のピッチは、例えば１４０μｍである。
（第１電極及び第２電極）
第１電極３１及び第２電極３２は、導電性を有する様々な材料により構成され得る。第１電極３１及び第２電極３２の材料としては、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、タンタル(Ta)等の金属またはこれらを用いた合金などを用いることができる。また、第１電極３１及び第２電極３２の材料として、導電性ポリマーなどの有機導電体、カーボンナノチューブ(CNT)などの導電繊維などを用いることもできる。
第１電極３１及び第２電極３２の厚みは、１μｍ以上であってもよく、５μｍ以上であってもよい。また、第１電極３１及び第２電極３２の厚みは、５０μｍ以下であってもよく、２０μｍ以下であってもよい。第１電極３１及び第２電極３２の厚みは、例えば５μｍである。
第１電極３１の材料や厚みなどの構成は、第２電極３２の材料や厚みなどの構成と同一であってもよく、異なっていてもよい。
なお、上述した第１の実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、必要に応じて図面を参照しながら、変形例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、第１の実施の形態と同様に構成され得る部分について、第１の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。また、第１の実施の形態において得られる作用効果が変形例においても得られることが明らかである場合、その説明を省略することもある。
（第１変形例）
図８は、第１変形例に係る検出装置１０を示す断面図である。検出素子２０は、ドリフト電極１５と収集電極基板４０との間に並ぶ複数の電子増幅器３０を備えていてもよい。例えば図８に示すように、検出素子２０は、第１の電子増幅器３０と、第１の電子増幅器３０と収集電極基板４０との間に位置する第２の電子増幅器３０と、を備えていてもよい。図８に示すように、第１の電子増幅器３０の貫通孔３８と第２の電子増幅器３０の貫通孔３８とは、基材３５の厚み方向において重なっていてもよい。これにより、第１の電子増幅器３０の貫通孔３８を通った電子が、第２の電子増幅器３０の貫通孔３８に侵入し易くなる。第１の電子増幅器３０の構成と第２の電子増幅器３０の構成とは、同一であってもよく、異なっていてもよい。例えば、第１の電子増幅器３０を構成する第１誘電体層及び第２誘電体層の材料又は厚みは、第２の電子増幅器３０を構成する第１誘電体層及び第２誘電体層の材料又は厚みと同一であってもよく、異なっていてもよい。
（第２変形例）
上述の実施の形態においては、上述の式（１）のとおり、第１誘電体層３６の比誘電率εｒ１が第２誘電体層３７の比誘電率εｒ２よりも小さい例を示した。本変形例においては、第１誘電体層３６の比誘電率εｒ１及び導電率σ１と第２誘電体層３７の比誘電率εｒ２及び導電率σ２とが下記の式（２）の関係を満たしている場合について説明する。
εｒ１／σ１＞εｒ２／σ２・・・（２）
なお、本変形例に係る検出装置１０の、図面に現れる構成は、上述の第１の実施の形態に係る検出装置１０の場合と同一である。
εｒ１／σ１とεｒ２／σ２が異なっている場合、Maxwell－Wagner効果により、第１誘電体層３６と第２誘電体層３７との間の界面に電荷が溜まる。上述の式（２）が満たされ、且つ第１電極３１の電位が第２電極３２の電位よりも高い場合、第１誘電体層３６と第２誘電体層３７との間の界面には負の電荷が溜まる。この結果、界面に電荷が溜まっていない場合に比べて、第１誘電体層３６での電場Ｅ１が強められる。このことは、上述の第１の実施の形態の場合と同様に、第１誘電体層３６の実効的な誘電率が小さくなり、第２誘電体層３７の実効的な誘電率が大きくなったことに相当する。
本変形例においても、上述の式（２）を満たすことにより、貫通孔３８の内部においては、第１誘電体層３６によって囲まれている空間の電場Ｅ１が、第２誘電体層３７によって囲まれている空間の電場Ｅ１に比べて強くなる。これにより、第１誘電体層３６が接続されている第１電極３１の周囲において電子を雪崩的に増幅させて、電子の増幅率を高くすることができる。このため、本変形例においても、第２電極３２において放電が生じることを抑制しながら、電子の検出精度を向上させることができる。
誘電体層の比誘電率は、誘電体層に添加されている副次的な材料によってはあまり変化しない。一方、誘電体層の導電率は、誘電体層に添加されている副次的な材料によって大きく変化し得る。例えば、第１誘電体層３６の導電率は、第１誘電体層３６を構成する有機材料の層の中に包含されている導電性フィラー、導電性高分子、導電性金属微粒子、イオンなどによって大きく変化し得る。第２誘電体層３７も同様である。このため、上述の式（２）を満たすように第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７を構成することの方が、上述の式（１）を満たすように第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７を構成することに比べて容易であり得る。
第１誘電体層３６の導電率σ１は、第２誘電体層３７の導電率σ２よりも小さいことが好ましい。第１誘電体層３６の導電率σ１は、１×１０－１８Ｓ／ｍ以上であってもよく、１×１０－１７Ｓ／ｍ以上であってもよい。また、第１誘電体層３６の導電率σ１は、１×１０－１０Ｓ／ｍ以下であってもよく、１×１０－１５Ｓ／ｍ以下であってもよい。
第２誘電体層３７の導電率σ２は、１×１０－１５Ｓ／ｍ以上であってもよく、１×１０－１４Ｓ／ｍ以上であってもよい。また、第２誘電体層３７の導電率σ２は、１×１０－１０Ｓ／ｍ以下であってもよく、１×１０－１２Ｓ／ｍ以下であってもよい。
第１誘電体層３６の比誘電率εｒ１と第２誘電体層３７の比誘電率εｒ２とは、同一であってもよく、異なっていてもよい。例えば、第１誘電体層３６の比誘電率εｒ１と第２誘電体層３７の比誘電率εｒ２の差は、２以下であってもよく、１以下であってもよく、０．５以下であってもよい。
第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７の構成の具体例を以下に示す。
・第１誘電体層：厚み１０μｍの液晶ポリマー、比誘電率εｒ２＝３．３、導電率σ２＝３×１０－１７Ｓ／ｍ
・第２誘電体層：厚み４０μｍのポリイミド、比誘電率εｒ１＝３．２、導電率σ１＝１×１０－１４Ｓ／ｍ
第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７の導電率を測定する測定器としては、例えば日置電機製の超絶縁計SM7110を用いることができる。
本変形例においては、上述の式（２）に加えて上述の式（１）が満たされていてもよい。若しくは、上述の式（２）は満たされているが上述の式（１）は満たされていなくてもよい。
なお、上述の第１の実施の形態においては、上述の式（１）に加えて上述の式（２）が満たされていてもよい。若しくは、上述の式（１）は満たされているが上述の式（２）は満たされていなくてもよい。
なお、上述した第１の実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
第２の実施の形態
次に、本開示の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。また、第１の実施の形態において得られる作用効果が本実施の形態においても得られることが明らかである場合、その説明を省略することもある。
図９は、検出装置１０を示す断面図である。検出素子２０は、基材３５、複数の第１電極３１、複数の第２電極３２、複数の裏面配線３３及び複数の収集電極４１を備える。第１電極３１は、基材３５の貫通孔３８に位置している。第２電極３２は、基材３５の表面３５１に位置している。裏面配線３３は、基材３５の裏面３５２側に位置し、第１電極３１の裏面３５２側の端部に電気的に接続されている。収集電極４１は、基材３５の表面３５１側に位置し、第１電極３１の表面３５１側の端部に電気的に接続されている。基材３５の面内方向において、収集電極４１の寸法は、第１電極３１の寸法よりも大きくてもよい。
本実施の形態においても、第１の実施の形態の場合と同様に、第１電極３１の電位は第２電極３２の電位よりも高い。このため、第１電極３１と第２電極３２との間には、第１電極３１側から第２電極３２側に向かう電場が生じる。ドリフト電極１５と第２電極３２との間の電場により検出素子２０に引き寄せられた電子は、第１電極３１と第２電極３２との間の電場により、第１電極３１側へ引き寄せられて収集電極４１に到達する。
図１０は、図９の検出素子２０を表面３５１側から見た場合を示す平面図である。図１０に示すように、複数の第２電極３２は、第１方向Ｄ１に並んでいてもよい。第２電極３２には、第２方向Ｄ２に並ぶ複数の開口３２１が形成されていてもよい。複数の収集電極４１及び収集電極４１に接続されている第１電極３１は、平面視において第２電極３２の開口３２１に位置していてもよい。
図１０において、基材３５の裏面３５２側に位置する裏面配線３３が点線で示されている。複数の裏面配線３３は、第２方向Ｄ２に並んでいてもよい。図９及び図１０に示すように、裏面配線３３は、第１方向Ｄ１に並ぶ複数の第１電極３１に電気的に接続されていてもよい。
図１０に示すように、複数の収集電極４１及び収集電極４１に接続されている第１電極３１は、第２電極３２が延びる第２方向Ｄ２及び裏面配線３３が延びる第１方向Ｄ１に沿ってマトリクス状に並んでいる。この場合、複数の第２電極３２の電気信号及び複数の裏面配線３３の電気信号をそれぞれ読み出すことにより、各位置の収集電極４１に到達する電子を検出することができる。
図１１は、図９の検出素子２０を拡大して示す断面図である。本実施の形態においても、第１の実施の形態の場合と同様に、基材３５は、第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７を少なくとも含んでいる。図１１に示すように、第１誘電体層３６は、貫通孔３８の壁面に沿って基材３５の厚み方向に広がっている。第１誘電体層３６は、第１電極３１に電気的に接続されている。第１誘電体層３６は、第１電極３１に接していてもよい。若しくは、図示はしないが、第１誘電体層３６と第１電極３１との間に導電層が介在されていてもよい。
第２誘電体層３７は、平面視において貫通孔３８及び第１誘電体層３６を囲うように構成されている。第２誘電体層３７の面が、基材３５の表面３５１及び裏面３５２を構成していてもよい。
第２誘電体層３７は、第１誘電体層３６に電気的に接続されている。第２誘電体層３７は、第１誘電体層３６に接していてもよい。若しくは、図示はしないが、第２誘電体層３７と第１誘電体層３６との間に導電層が介在されていてもよい。この場合の導電層は、外部から電位が供給されていないフローティング状態の導電層である。
第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７は、第１の実施の形態の場合と同様に、上述の式（１）を満たしていてもよい。また、第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７は、第１の実施の形態の第２変形例の場合と同様に、上述の式（２）を満たしていてもよい。第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７は、上述の式（１）及び式（２）の両方を満たしていてもよく、いずれか一方のみを満たしていてもよい。
本実施の形態においても、上述の式（１）又は（２）を満たすことにより、第１誘電体層３６の周囲の電場を、第２誘電体層３７の周囲の電場に比べて強くすることができる。これにより、第１誘電体層３６が接続されている第１電極３１の周囲において電子を雪崩的に増幅させて、電子の増幅率を高くすることができる。このため、本実施の形態においても、第２電極３２において放電が生じることを抑制しながら、電子の検出精度を向上させることができる。
以下、検出素子２０の具体的な構造の例について説明する。なお、特に断らない限り、本実施の形態の検出素子２０の各構成要素においても、第１の実施の形態の検出素子２０の各構成要素と同様の材料及び寸法が採用され得る。
図１１において、符号Ｗ１は、基材３５の面内方向における第１誘電体層３６の幅を表す。第１誘電体層３６の幅Ｗ１は、５μｍ以上であってもよく、１０μｍ以上であってもよい。また、第１誘電体層３６の幅Ｗ１は、２００μｍ以下であってもよく、２０μｍ以下であってもよい。第１誘電体層３６の幅Ｗ１は、例えば１０μｍである。
図１１において、符号Ｓ１は、基材３５の面内方向における第１電極３１と第２電極３２との間の距離を表す。第１電極３１と第２電極３２との間の距離Ｓ１は、第１誘電体層３６の幅Ｗ１よりも大きくてもよい。第１電極３１と第２電極３２との間の距離Ｓ１は、５０μｍ以上であってもよく、８０μｍ以上であってもよい。また、第１電極３１と第２電極３２との間の距離Ｓ１は、５００μｍ以下であってもよく、２００μｍ以下であってもよい。第１電極３１と第２電極３２との間の距離Ｓ１は、例えば９５μｍである。
第２誘電体層３７の厚みＴ２は、１００μｍ以上であってもよく、４００μｍ以上であってもよい。また、第２誘電体層３７の厚みＴ２は、２ｍｍ以下であってもよく、１ｍｍ以下であってもよい。第２誘電体層３７の厚みＴ２は、例えば４００μｍである。
第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７の構成の具体例を以下に示す。
（式（１）を満たす例）
・第１誘電体層：幅１０μｍのポリイミド、比誘電率εｒ１＝３．２
・第２誘電体層：厚み４００μｍのエポキシ樹脂、比誘電率εｒ２＝４．８
（式（２）を満たす例）
・第１誘電体層：幅１０μｍのポリイミド、比誘電率εｒ１＝３．２、導電率σ１＝１×１０－１４Ｓ／ｍ
・第２誘電体層：厚み４００μｍのホウ珪酸ガラス、比誘電率εｒ２＝５．８、導電率σ２＝２．５×１０－１３Ｓ／ｍ
（検出素子の製造方法）
次に、検出素子２０の製造方法について説明する。図１２～図１４は、検出素子２０の製造工程の一例を示す図である。
まず、板状の第２誘電体層３７を準備する。続いて、図１２に示すように、第２誘電体層３７を加工して貫通孔３８を形成する。貫通孔３８を形成する方法としては、ドライエッチング法、ウェットエッチング法、レーザー加工法、メカニカルドリル加工法などを用いることができる。
続いて、図１３に示すように、第２誘電体層３７の表面、裏面及び貫通孔３８の壁面に第１誘電体層３６を形成する。第１誘電体層３６を形成する方法としては、コーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などを用いることができる。
続いて、図１４に示すように、第２誘電体層３７の表面及び裏面に位置する第１誘電体層３６を除去する。第１誘電体層３６を除去する方法としては、機械的研磨法、ドライエッチング法、ウェットエッチング法、あるいはこれら方式を組み合せた加工方法などを用いることができる。これによって、第２誘電体層３７と、第２誘電体層３７の貫通孔３８の壁面に沿って厚み方向に広がる第１誘電体層３６と、を含む基材３５を得ることができる。
その後、基材３５に上述の第１電極３１、第２電極３２、裏面配線３３及び収集電極４１を形成する。このようにして、検出素子２０を製造することができる。
なお、上述した第２の実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、必要に応じて図面を参照しながら、変形例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、第２の実施の形態と同様に構成され得る部分について、第２の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。また、第２の実施の形態において得られる作用効果が変形例においても得られることが明らかである場合、その説明を省略することもある。
（第１変形例）
上述した第２の実施の形態においては、第１電極３１が、基材３５の貫通孔３８に充填されている導電材料を含む、いわゆるフィルドビアである例を示した。しかしながら、第１電極３１が貫通孔３８の壁面に沿って基材３５の厚み方向に広がる限りにおいて、第１電極３１の具体的な構造は特には限られない。例えば図１５に示すように、第１電極３１は、貫通孔３８の壁面に沿って広がる導電層を含んでいてもよい。
（第２変形例）
図１６は、第２変形例に係る検出装置１０を示す断面図である。図１７は、図１６の検出装置１０の検出素子２０を拡大して示す断面図である。図１６及び図１７に示すように、基材３５は、複数の貫通孔３８が設けられている第１誘電体層３６と、第１誘電体層３６の表面に位置する第２誘電体層３７と、を含んでいてもよい。第１誘電体層３６の貫通孔３８には第１電極３１が位置している。第１電極３１の表面３５１側の端部には収集電極４１が電気的に接続されている。第２誘電体層３７上には第２電極３２が位置している。言い換えると、第２誘電体層３７は、第１誘電体層３６の表面３５１側の面と第２電極３２との間に位置している。図１６に示すように、基材３５の面内方向における第２誘電体層３７の端部は、平面視において第１電極３１及び収集電極４１から離れている。
本変形例においても、上述の式（１）又は（２）を満たすことにより、第１誘電体層３６の周囲の電場を、第２誘電体層３７の周囲の電場に比べて強くすることができる。これにより、第１誘電体層３６が接続されている第１電極３１の周囲において電子を雪崩的に増幅させて、電子の増幅率を高くすることができる。このため、本変形例においても、第２電極３２において放電が生じることを抑制しながら、電子の検出精度を向上させることができる。
図１７に示すように、第１誘電体層３６の厚みＴ１は、第２誘電体層３７の厚みＴ２よりも大きくてもよい。
第１誘電体層３６の厚みＴ１は、１００μｍ以上であってもよく、４００μｍ以上であってもよい。また、第１誘電体層３６の厚みＴ１は、２ｍｍ以下であってもよく、１ｍｍ以下であってもよい。第１誘電体層３６の厚みＴ１は、例えば４００μｍである。
第２誘電体層３７の厚みＴ２は、５μｍ以上であってもよく、１０μｍ以上であってもよい。また、第２誘電体層３７の厚みＴ２は、２００μｍ以下であってもよく、２０μｍ以下であってもよい。第２誘電体層３７の厚みＴ２は、例えば１０μｍである。
第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７の構成の具体例を以下に示す。
（式（１）を満たす例）
・第１誘電体層：厚み４００μｍのポリイミド、比誘電率εｒ１＝３．２
・第２誘電体層：厚み１０μｍのエポキシ樹脂、比誘電率εｒ２＝４．８
（式（２）を満たす例）
・第１誘電体層：厚み４００μｍの液晶ポリマー、比誘電率εｒ１＝３．３、導電率σ１＝３×１０－１７Ｓ／ｍ
・第２誘電体層：厚み１０μｍのポリイミド、比誘電率εｒ２＝３．２、導電率σ２＝１×１０－１４Ｓ／ｍ
（第３変形例）
第２変形例においては、基材３５の面内方向における第２誘電体層３７の端部が平面視において第１電極３１及び収集電極４１から離れている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、基材３５の面内方向における第２誘電体層３７の端部が平面視において第１電極３１又は収集電極４１に接していてもよい。図１８は、第３変形例に係る検出装置１０を示す断面図である。図１９は、図１８の検出装置１０の検出素子２０を拡大して示す断面図である。
図１８及び図１９に示すように、基材３５は、第１誘電体層３６と、第１誘電体層３６の表面３５１側の面に位置する第２誘電体層３７と、を含んでいてもよい。また、貫通孔３８は、第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７を貫通するように設けられていてもよい。これにより、基材３５の面内方向における第２誘電体層３７の端部が、貫通孔３８に位置する第１電極３１に接することができる。
本変形例においても、上述の式（１）又は（２）を満たすことにより、第１誘電体層３６の周囲の電場を、第２誘電体層３７の周囲の電場に比べて強くすることができる。これにより、第１誘電体層３６が接続されている第１電極３１の周囲において電子を雪崩的に増幅させて、電子の増幅率を高くすることができる。このため、本変形例においても、第２電極３２において放電が生じることを抑制しながら、電子の検出精度を向上させることができる。
図１９に示すように、第１誘電体層３６の厚みＴ１は、第２誘電体層３７の厚みＴ２よりも大きくてもよい。
第１誘電体層３６の厚みＴ１は、１００μｍ以上であってもよく、４００μｍ以上であってもよい。また、第１誘電体層３６の厚みＴ１は、２ｍｍ以下であってもよく、１ｍｍ以下であってもよい。第１誘電体層３６の厚みＴ１は、例えば４００μｍである。
第２誘電体層３７の厚みＴ２は、５μｍ以上であってもよく、１０μｍ以上であってもよい。また、第２誘電体層３７の厚みＴ２は、２００μｍ以下であってもよく、２０μｍ以下であってもよい。第２誘電体層３７の厚みＴ２は、例えば１０μｍである。
第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７の構成の具体例を以下に示す。
（式（１）を満たす例）
・第１誘電体層：厚み４００μｍのポリイミド、比誘電率εｒ１＝３．２
・第２誘電体層：厚み１０μｍのエポキシ樹脂、比誘電率εｒ２＝４．８
（式（２）を満たす例）
・第１誘電体層：厚み４００μｍの液晶ポリマー、比誘電率εｒ１＝３．３、導電率σ１＝３×１０－１７Ｓ／ｍ
・第２誘電体層：厚み１０μｍのポリイミド、比誘電率εｒ２＝３．２、導電率σ２＝１×１０－１４Ｓ／ｍ
（検出素子の製造方法）
次に、検出素子２０の製造方法について説明する。図２０及び図２１は、検出素子２０の製造工程の一例を示す図である。
まず、板状の第１誘電体層３６を準備する。続いて、図２０に示すように、第１誘電体層３６の表面３５１側の面に第２誘電体層３７を形成する。第２誘電体層３７を形成する方法としては、コーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などを用いることができる。また、第１誘電体層３６の表面３５１側の面にフィルムをラミネート加工するなどにより、第２誘電体層３７を構成してもよい。
続いて、図２１に示すように、第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７の積層体を加工して貫通孔３８を形成する。これによって、図１８及び図１９に示す検出素子２０の基材３５を得ることができる。
その後、基材３５に上述の第１電極３１、第２電極３２、裏面配線３３及び収集電極４１を形成する。このようにして、検出素子２０を製造することができる。本変形例によれば、上述の第２変形例の場合に比べて少ない工程で検出素子２０を製造することができる。
なお、上述した第２の実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
第３の実施の形態
次に、本開示の第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態において、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。また、第１の実施の形態において得られる作用効果が本実施の形態においても得られることが明らかである場合、その説明を省略することもある。
図２２は、検出装置１０を示す断面図である。検出素子２０は、基材３５、複数の第１電極３１、及び複数の第２電極３２を備える。第１電極３１及び第２電極３２はいずれも、基材３５の表面３５１に位置している。
図２３は、図２２の検出素子２０を表面３５１側から見た場合を示す平面図である。図２３に示すように、複数の第１電極３１は、第１方向Ｄ１に並び、第２方向Ｄ２に延びていてもよい。また、第２電極３２は、第１方向Ｄ１において隣り合う２つの第１電極３１の間に位置していてもよい。
本実施の形態においても、第１の実施の形態の場合と同様に、第１電極３１の電位は第２電極３２の電位よりも高い。このため、第１電極３１と第２電極３２との間には、第１電極３１側から第２電極３２側に向かう電場が生じる。ドリフト電極１５と第２電極３２との間の電場により検出素子２０に引き寄せられた電子は、第１電極３１と第２電極３２との間の電場により、第１電極３１側へ引き寄せられて第１電極３１に到達する。本実施の形態においては、第１電極３１が収集電極４１としても機能する。
図２４は、図２２の検出素子２０を拡大して示す断面図である。本実施の形態においても、第１の実施の形態の場合と同様に、基材３５は、第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７を少なくとも含んでいる。
第１誘電体層３６は、第１電極３１に電気的に接続されている。例えば、第１誘電体層３６の表面３５１側の面に第１電極３１が位置している。第１誘電体層３６は、第１電極３１に接していてもよい。若しくは、図示はしないが、第１誘電体層３６と第１電極３１との間に導電層が介在されていてもよい。
第２誘電体層３７は、第１誘電体層３６の表面３５１側の面に位置している。第２誘電体層３７上には第２電極３２が位置している。言い換えると、第２誘電体層３７は、第１誘電体層３６の表面３５１側の面と第２電極３２との間に位置している。図２４に示すように、基材３５の面内方向における第２誘電体層３７の端部は、平面視において第１電極３１から離れている。
第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７は、第１の実施の形態の場合と同様に、上述の式（１）を満たしていてもよい。また、第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７は、第１の実施の形態の第２変形例の場合と同様に、上述の式（２）を満たしていてもよい。第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７は、上述の式（１）及び式（２）の両方を満たしていてもよく、いずれか一方のみを満たしていてもよい。
本実施の形態においても、上述の式（１）又は（２）を満たすことにより、第１誘電体層３６が接続されている第１電極３１の周囲の電場を、第２電極３２の周囲の電場に比べて強くすることができる。これにより、第１電極３１の周囲において電子を雪崩的に増幅させて、電子の増幅率を高くすることができる。このため、本実施の形態においても、第２電極３２において放電が生じることを抑制しながら、電子の検出精度を向上させることができる。
以下、検出素子２０の具体的な構造の例について説明する。なお、特に断らない限り、本実施の形態の検出素子２０の各構成要素においても、第１の実施の形態の検出素子２０の各構成要素と同様の材料及び寸法が採用され得る。
図２３に示すように、第１方向Ｄ１において、第１電極３１の幅Ｗ３は、第２電極３２の幅Ｗ４よりも小さくてもよい。
第１電極３１の幅Ｗ３は、２μｍ以上であってもよく、５μｍ以上であってもよい。また、第１電極３１の幅Ｗ３は、２０μｍ以下であってもよく、１０μｍ以下であってもよい。第１電極３１の幅Ｗ３は、例えば５μｍである。
第２電極３２の幅Ｗ４は、５０μｍ以上であってもよく、１００μｍ以上であってもよい。また、第２電極３２の幅Ｗ４は、５００μｍ以下であってもよく、２００μｍ以下であってもよい。第２電極３２の幅Ｗ４は、例えば１５０μｍである。
図２４に示すように、第１誘電体層３６の厚みＴ１は、第２誘電体層３７の厚みＴ２よりも大きくてもよい。
第１誘電体層３６の厚みＴ１は、１００μｍ以上であってもよく、４００μｍ以上であってもよい。また、第１誘電体層３６の厚みＴ１は、２ｍｍ以下であってもよく、１ｍｍ以下であってもよい。第１誘電体層３６の厚みＴ１は、例えば１ｍｍである。
第２誘電体層３７の厚みＴ２は、５μｍ以上であってもよく、１０μｍ以上であってもよい。また、第２誘電体層３７の厚みＴ２は、２００μｍ以下であってもよく、２０μｍ以下であってもよい。第２誘電体層３７の厚みＴ２は、例えば１０μｍである。
基材３５の面内方向における第１電極３１と第２電極３２との間の距離Ｓ１は、第２誘電体層３７の厚みＴ２よりも大きくてもよい。第１電極３１と第２電極３２との間の距離Ｓ１は、１０μｍ以上であってもよく、２０μｍ以上であってもよい。また、第１電極３１と第２電極３２との間の距離Ｓ１は、１００μｍ以下であってもよく、５０μｍ以下であってもよい。
第１誘電体層３６及び第２誘電体層３７の構成の具体例を以下に示す。
（式（１）を満たす例）
・第１誘電体層：厚み１ｍｍのポリイミド、比誘電率εｒ１＝３．２
・第２誘電体層：厚み４００μｍのエポキシ樹脂、比誘電率εｒ２＝４．８
（式（２）を満たす例）
・第１誘電体層：厚み４００μｍの液晶ポリマー、比誘電率εｒ１＝３．３、導電率σ１＝３×１０－１７Ｓ／ｍ
・第２誘電体層：厚み１０μｍのポリイミド、比誘電率εｒ２＝３．２、導電率σ２＝１×１０－１４Ｓ／ｍ
なお、上述した第３の実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、必要に応じて図面を参照しながら、変形例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、第３の実施の形態と同様に構成され得る部分について、第３の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。また、第３の実施の形態において得られる作用効果が変形例においても得られることが明らかである場合、その説明を省略することもある。
（第１変形例）
上述した第３の実施の形態においては、第１誘電体層３６の厚みＴ１が第２誘電体層３７の厚みＴ２よりも大きい例を示した。例えば、第１誘電体層３６が基材３５の大部分を占めている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、第２誘電体層３７の厚みＴ２が第１誘電体層３６の厚みＴ１よりも大きくてもよい。例えば、第２誘電体層３７が基材３５の大部分を占めていてもよい。
図２５は、第１変形例に係る検出素子２０を示す断面図である。図２５に示すように、第１誘電体層３６は、第２誘電体層３７の表面３５１側の面に位置していてもよい。第１誘電体層３６上には第１電極３１が位置していてもよい。言い換えると、第１誘電体層３６は、第２誘電体層３７の表面３５１側の面と第１電極３１との間に位置していてもよい。
図２５に示すように、第２誘電体層３７の表面３５１側の面に第２電極３２が位置していてもよい。図２５に示すように、基材３５の面内方向における第１誘電体層３６の端部は、平面視において第２電極３２から離れている。
本変形例においても、上述の式（１）又は（２）を満たすことにより、第１誘電体層３６の周囲の電場を、第２誘電体層３７の周囲の電場に比べて強くすることができる。これにより、第１誘電体層３６が接続されている第１電極３１の周囲において電子を雪崩的に増幅させて、電子の増幅率を高くすることができる。このため、本変形例においても、第２電極３２において放電が生じることを抑制しながら、電子の検出精度を向上させることができる。
１０ 検出装置
１２ チャンバ
１５ ドリフト電極
２０ 検出素子
３０ 電子増幅器
３１ 第１電極
３２ 第２電極
３３ 裏面配線
３５ 基材
３５１ 表面
３５２ 裏面
３６ 第１誘電体層
３７ 第２誘電体層
３８ 貫通孔
３９１ 第１マーク
３９２ 第２マーク
４０ 収集電極基板
４１ 収集電極
４２ 支持基板

Claims (15)

  1. 表面及び前記表面とは反対側に位置する裏面を含み、前記表面から前記裏面に至る複数の貫通孔が設けられている基材と、
    前記基材の前記裏面に位置する第１電極と、
    前記基材の前記表面に位置し、前記基材の厚み方向において前記第１電極と少なくとも部分的に重なる第２電極と、を備え、
    前記基材は、前記第１電極に電気的に接続されている第１誘電体層と、前記第１誘電体層と前記第２電極との間に位置し、前記第１誘電体層に電気的に接続されている第２誘電体層と、を含み、
    前記第１誘電体層の比誘電率εｒ１と前記第２誘電体層の比誘電率εｒ２とが下記の関係を満たしている、
    εｒ１＜εｒ２
    電子増幅器。
  2. 表面及び前記表面とは反対側に位置する裏面を含み、前記表面から前記裏面に至る複数の貫通孔が設けられている基材と、
    前記基材の前記裏面に位置する第１電極と、
    前記基材の前記表面に位置し、前記基材の厚み方向において前記第１電極と少なくとも部分的に重なる第２電極と、を備え、
    前記基材は、前記第１電極に電気的に接続されている第１誘電体層と、前記第１誘電体層と前記第２電極との間に位置し、前記第１誘電体層に電気的に接続されている第２誘電体層と、を含み、
    前記第１誘電体層の比誘電率εｒ１及び導電率σ１と前記第２誘電体層の比誘電率εｒ２及び導電率σ２とが下記の関係を満たしている、
    εｒ１／σ１＞εｒ２／σ２
    電子増幅器。
  3. 前記第１誘電体層と前記第２誘電体層との間の界面は、前記表面よりも前記裏面に近接している、請求項１又は２に記載の電子増幅器。
  4. 前記第１誘電体層の厚みは、前記第２誘電体層の厚みよりも小さい、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子増幅器。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子増幅器と、
    前記電子増幅器の前記基材の前記裏面側に位置する収集電極基板と、を備え、
    前記収集電極基板は、前記基材の厚み方向において前記貫通孔と少なくとも部分的に重なる複数の収集電極を含む、検出素子。
  6. 表面及び前記表面とは反対側に位置する裏面を含み、前記表面から前記裏面に至る複数の貫通孔が設けられている基材と、
    前記基材の前記貫通孔に位置する複数の第１電極と、
    前記基材の前記表面に位置する第２電極と、
    前記基材の前記表面側に位置し、前記第１電極に接続されている複数の収集電極と、を備え、
    前記基材は、前記第１電極に電気的に接続されている第１誘電体層と、前記第１誘電体層と前記第２電極との間に位置し、前記第１誘電体層に電気的に接続されている第２誘電体層と、を含み、
    前記第１誘電体層の比誘電率εｒ１と前記第２誘電体層の比誘電率εｒ２とが下記の関係を満たしている、
    εｒ１＜εｒ２
    検出素子。
  7. 表面及び前記表面とは反対側に位置する裏面を含み、前記表面から前記裏面に至る複数の貫通孔が設けられている基材と、
    前記基材の前記貫通孔に位置する複数の第１電極と、
    前記基材の前記表面に位置する第２電極と、
    前記基材の前記表面側に位置し、前記第１電極に接続されている複数の収集電極と、を備え、
    前記基材は、前記第１電極に電気的に接続されている第１誘電体層と、前記第１誘電体層と前記第２電極との間に位置し、前記第１誘電体層に電気的に接続されている第２誘電体層と、を含み、
    前記第１誘電体層の比誘電率εｒ１及び導電率σ１と前記第２誘電体層の比誘電率εｒ２及び導電率σ２とが下記の関係を満たしている、
    εｒ１／σ１＞εｒ２／σ２
    検出素子。
  8. 前記第１誘電体層は、前記貫通孔の壁面に沿って前記基材の厚み方向に広がっている、請求項６又は７に記載の検出素子。
  9. 前記第２誘電体層は、前記第１誘電体層の前記表面側の面と前記第２電極との間に位置している、請求項６又は７に記載の検出素子。
  10. 前記基材の面内方向における前記第２誘電体層の端部が前記第１電極から離れている、請求項９に記載の検出素子。
  11. 前記基材の面内方向における前記第２誘電体層の端部が前記第１電極に接している、請求項９に記載の検出素子。
  12. 表面及び前記表面とは反対側に位置する裏面を含む基材と、
    前記基材の前記表面に位置し、第１方向に並ぶ複数の第１電極と、
    前記基材の前記表面に位置し、前記第１方向において隣り合う２つの前記第１電極の間に位置する第２電極と、を備え、
    前記基材は、前記第１電極に電気的に接続されている第１誘電体層と、前記第１誘電体層と前記第２電極との間に位置し、前記第１誘電体層に電気的に接続されている第２誘電体層と、を含み、
    前記第１誘電体層の比誘電率εｒ１と前記第２誘電体層の比誘電率εｒ２とが下記の関係を満たしている、
    εｒ１＜εｒ２
    検出素子。
  13. 表面及び前記表面とは反対側に位置する裏面を含む基材と、
    前記基材の前記表面に位置し、第１方向に並ぶ複数の第１電極と、
    前記基材の前記表面に位置し、前記第１方向において隣り合う２つの前記第１電極の間に位置する第２電極と、を備え、
    前記基材は、前記第１電極に電気的に接続されている第１誘電体層と、前記第１誘電体層と前記第２電極との間に位置し、前記第１誘電体層に電気的に接続されている第２誘電体層と、を含み、
    前記第１誘電体層の比誘電率εｒ１及び導電率σ１と前記第２誘電体層の比誘電率εｒ２及び導電率σ２とが下記の関係を満たしている、
    εｒ１／σ１＞εｒ２／σ２
    検出素子。
  14. 前記第２誘電体層は、前記第１誘電体層の前記表面側の面と前記第２電極との間に位置している、請求項１２又は１３に記載の検出素子。
  15. 請求項５乃至１４のいずれか一項に記載の検出素子と、
    前記検出素子の前記基材の前記表面側に位置するドリフト電極と、を備える、検出装置。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000285791A (ja) 1999-03-31 2000-10-13 Canon Inc 電子放出素子及びその製造方法とそれを用いた電子源，撮像装置，画像形成装置
JP2002541488A (ja) 1999-04-14 2002-12-03 エックスカウンター アーベー 放射線検出器及びラジオグラフィーに使用する装置
JP2007234485A (ja) 2006-03-02 2007-09-13 Institute Of Physical & Chemical Research ガス電子増幅器およびそれに用いるガス電子増幅フォイルの製造方法ならびにガス電子増幅器を使用した放射線検出器
WO2010123887A2 (en) 2009-04-20 2010-10-28 Integrated Sensors, Llp Plasma panel based ionizing-particle radiation detector
JP2018142543A (ja) 2015-10-08 2018-09-13 大日本印刷株式会社 検出素子
US20200096653A1 (en) 2017-05-03 2020-03-26 Heikki Sipila Oy A gas drift detector

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000285791A (ja) 1999-03-31 2000-10-13 Canon Inc 電子放出素子及びその製造方法とそれを用いた電子源，撮像装置，画像形成装置
JP2002541488A (ja) 1999-04-14 2002-12-03 エックスカウンター アーベー 放射線検出器及びラジオグラフィーに使用する装置
JP2007234485A (ja) 2006-03-02 2007-09-13 Institute Of Physical & Chemical Research ガス電子増幅器およびそれに用いるガス電子増幅フォイルの製造方法ならびにガス電子増幅器を使用した放射線検出器
WO2010123887A2 (en) 2009-04-20 2010-10-28 Integrated Sensors, Llp Plasma panel based ionizing-particle radiation detector
JP2018142543A (ja) 2015-10-08 2018-09-13 大日本印刷株式会社 検出素子
US20200096653A1 (en) 2017-05-03 2020-03-26 Heikki Sipila Oy A gas drift detector

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