JPH01240887A - 放射線検出器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＸ線ＣＴ装置に利用される放射線検出素子に係
り、特に素子間の検出感度ばらつきや素子内放射線入射
位置により感度ばらつきが少く、隣接チャネルとのクロ
ストークが少く高Ｓ／Ｎで実装の容易な放射線検出素子
に関する６〔従来の技術〕 ＣＴ用固体検出素子の代表的なものとしてシンチレータ
とＰＤを組合わせたものがある。その実装例として例え
ば特開昭５８−１１８９７７などがある。

また近年非晶質材料の応用研究の進歩により該ＰＤとし
て非晶質シリコンＰＤを用いることもできる。これに関
する例として例えば特開昭６２−７１８８１や特開昭６
２−４３５８５がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

非晶質シリコンを用いた上記従来技術は以下の点で配慮
がなされておらず問題があった。

（１）多数素子を精度良く効率的に実装する点について
配慮がなされておらず隣接素子間の位置ずれがおこる場
合が多い。この結果この検出をＣＴ装置に用いるとＣＴ
両画像アーチファクトが生じたり、画質劣化がおきる。

（２）隣接素子間のクロストークに関して配慮がされて
おらず、この結果ＣＴ両画像アーチファクトが生じたり
、画像のコントラスト分解能の低下、空間分解能の劣化
を招く。

（３）実装工程が複雑でかつ隣接素子間で高い位置精度
を必要とするので、実装に高度な熟練技術を要し、製造
コストが著しく高くなり、また歩止めも悪い。

一方、結晶シリコンフォトダイオードをシンチレータに
張り合わせた従来の固体検出素子の実装方法では、支持
板は結晶ＰＤの支持板、もしくは単にシンチレータ素子
の固定としてのみ用いられていだので、非晶質ＰＤを用
いた集積化固体検出器にそのまま利用しようとしても集
積化検出器全体としての性能向上や実装工程の簡略化に
寄与しなかった。

本発明の目的は、非晶質ＰＤ、シンチレータ。

及び支持体の位置関係及び形状を最適化し、集積化検出
器としての利点を十分発揮し、前記問題点、すなわち、
隣接素子間の位置ずれ、隣接素子間のクロストーク、複
雑な実装工程を、有しない高性能、低価格、実装の容易
な放射線検出器を提供することにある。

〔８題を解決するための手段〕 上記目的は少くとも複数のシンチレータ素子、複数のＰ
Ｄ、１つ以上の支持体からなり、該複数のシンチレータ
素子は検出すべき放射線の入射力面と直交して１次元あ
るいは２次元的に配列されている放射線検出器において
、少くともＦ　Ｄとして非晶質ＰＤを用い、該非晶質Ｐ
Ｄを、該シンチレータ素子群が互いに隣接する面を除い
たシンチレータ面のうち最大面積を有する面の少くとも
１つのシンチレータ面に直接形成し、該最大面積を有す
るシンチレータ面の該非晶質ＰＤ形成面、もしくは該面
以外の最大面積を有するシンチレータ面を支持体と密着
固定し、かつ支持体のシンチレータと接する該面もしく
は該面と平行な面に該非晶質ＰＤの出力信号を検出する
配線をほどこし、該配線と該非晶質ＰＤを電気的に接続
し、かつ該複数のシンチレータ間に光もしくは放射線遮
蔽層を配することにより達成される。

〔作用〕

（１）シンチレータ素子を支持する支持体を、該シンチ
レータ素子群が互いに接する面を除いたシンチレータ面
で接触支持するので、大面積シンチレータを支持体に張
り合わせたあとに、該シンチレータを溝切りし、複数個
のシンチレータ素子群を形成できる。このため隣接素子
間の位置精度が切削のみで決まり、位置精度が向上する
。また実装工程が簡略化できる。

また、上記シンチレータと支持体の接触支持面としてシ
ンチレータ素子の最大面積を有する面を用いるので上記
切削工程におけるシンチレータの機械強度が増し、切削
中のシンチレータの割れ、ひび等を未然に防げ歩ｔｈり
が向上する。

（２）シンチレータの最大面積を有する面上に非晶質フ
ォトダイオードを直接形成しているので、シンチレータ
からの光の検出幾何効率が極めて高く、Ｓ／Ｎが向上す
る。またシンチレータ面上にＰＤが直接形成されている
ので、結晶ＰＤのような、シンチレータＰＤの張り合わ
せ工程がなく実装が著しく簡略化できる。

（３）非晶質ＰＤの信号取出し面と支持板の信号取り出
し配線は互いに平行な面に形成されているので接続が容
易であり、実装工程が簡略化される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図（ａ）において、シンチレータ素子１は直方体で
ありその大きさは例えば３０　＋ｎｍ　Ｘ　１　、２ｍ
　Ｘ　１　、　Ｏｍｍである。このシンチレータ素子は
３０ｍｍＸ１．２＋ｍの面で他のシンチレータ素子と近
接している。シンチレータ素子のＸ線入射方向の長さは
ｘｌＩＡ吸収率により決定され、素子列の方向の長さは
ＣＴ装置の要求空間分解能により決定される。素子列と
直交する方向の長さはＣＴ撮像の際にスライス厚さによ
り規定される。

このシンチレータ素子の、シンチレータ素子群が隣接す
る面を除いた面のうち最大面積を有する而（３０ｎｎＸ
１．Ｏｍｍの面積を有する）に非晶質ＰＤ２が直接形成
さおでいる。非晶質ＰＤは、直接Ｘ線人射によるＳ／Ｎ
の低下、Ｘ線劣化をさける目的で、Ｘ線入射面と逆側の
面に形成しである。

これにより、Ｘ線が直接ＰＤに入射する量は１／１０〜
１／１００に減少する。また、該面と対向する面（Ｘ線
入射面；同一面積を有する）にはシンチレータ素子群を
支持する支持体３が密着している。ここで、支持体３は
、低Ｘ線吸収を有する物質もしくは形状であり、例えば
、アルミナ、ガラス、エポキシ、その他セラミック材の
薄板（例えば厚さｉｎｎ〜３ｍｍ）である。ＰＤ２の出
力信号は、接続線５２例えばＡＱ、Ａｕ線により支持体
上に形成された配線４により取り出される。この配線４
は例えば、セラミック製支持体３面上にプリント配線さ
れたＡ　ｕ配線や、ＡＱ配線などで良い。またシンチレ
ータ素子間にはセパレータ板６が存在し、素子間クロス
トークを除去している。

次に第１図（ｂ）を用いて非晶質ＰＤ部を詳述する。非
晶質ＰＤ２は１例えば非晶質５ｉ（ａ−８ｉと略記）か
らなるＰＩＮ構造ＰＤを用いる。

その構造はシンチレータ上に直接形成された透明保護膜
７．透明電極８＋Ｐ型ａ−８ｉ（アモルファスシリコン
）層９．ｉ型ａ−Ｓｉ層１０．ｎ型ａ−３ｉ層１１．電
極１２から成る。信号は透明電極８．電極１２間を流れ
る電流として得る。各シンチレータ素子を光学的もしく
は放射線的に分離するためのセパレータ板６がセパレー
タ板挿入用溝１３に挿入固定されている。

本構造によればＰＤが露出されているので、第２図（ａ
）の如く形成された素子（２０１〜２０３）の感度分布
を個々の放射線検出素子ごとに測定し、この結果に（第
２図（ｂ））基づいて例えばレーザートリミング法によ
りＰＤを第２図（ｃ）の如く削り、同図（ｄ）の如く上
記感度分布が一様になるように調整することが可能であ
る。

本実施例では、検出器実装状態において非晶質ＰＤ部が
露出しているので、検出器実装状態での検出器素子間感
度ばらつき、素子内感度ばらつきを測定し、この測定結
果に基いて、該ばらつきをなくすようにＰＤ形状の変更
が容易に行える。すなわち実装後に感度微調整ができる
。この結果上記両ばらつきのまったくない極めて理想的
なＣＴ検出器になる。

次に前述の実施例の製造方法の一実施例を第３図を用い
て説明する。

（ａ）複数素子分２例えば８素子分の大きさを有するシ
ンチレータ、例えばＧｄｚＯｚＳ系セラミックシンチレ
ータの一面を鏡面研磨し、この面に透明保護膜７１例え
ば５ｉＯｚを形成する。次に透明電極８２例えば５ｎＯ
ｘやＩＴＯ，あるいはＳｎｏｗ／ＩＴｏ２ｆｆ膜を形成
する０次にｐ型ａ−８ｉ膜９７例えば膜厚０．０１ｐｍ
のａ−ＳｉＣ：Ｈ膜、ｉ型ａ−８ｉ膜１０．例えば膜厚
１．５　μｍのａ−３ｉ：Ｈ膜、ｎ型ａ　　Ｓｔ膜１１
２例えば膜厚０．０３　　μｍのｐｃ−８ｉ：Ｈ膜を順
次形成する。次に電極１２２例えばＡＩ２蒸着膜を電極
形成用マスクを用いて形成する。電極形成後プラズマエ
ツチングにより電極形成部以外の非晶質膜を除去する。

（ｂ）上記シンチレータ／非晶質Ｐ　Ｄを支持体３゜例
えばアルミナセラミック基板、マシナブルセラミック基
板、ガラスエポキシ基板などに、例えばＡｕプリント配
線がほどこされた支持体に。

例えばエポキシ系接着材により強固に接着する。

大面積にわたって支持体と強固に接着する。大面積にわ
たって支持体と強固に接着した結果、シンチレータの機
械強度は著しく向上する。

（ｃ）シンチレータ上に形成された非晶質ＰＤ素子の分
割に沿ってシンチレータを切削しセパレータ板挿入用溝
６を形成する。溝形成は例えばダイヤモンドカッター、
ワイヤソーを用い溝幅は挿入すべきセパレータ板よりわ
ずかに、例えば１０〜２０μｍ大きく設定する。各々の
溝はシンチレータを完全に切断し支持板を一定の、例え
ば３０μｍ−１００μｍまで削るように形成される。

本工程においては、シンチレータは既に支持体により機
械強度が増しであるので、シンチレータの制泡、ひび割
れ等を生じることはない。この溝にセパレータ板を挿入
固定する。セパレータ板は例えばモリブデン板等に金属
反射膜、例えばＡＱ蒸着膜を形成したものを用いること
ができる。セパレータ板の固定は例えばエポキシ系接着
材を用いる。

接着後の様子の一例を第４図に示した。接着材１４とし
て遮光性のものを用いると、シンチレーション光の隣接
チャネルへのもれが無くなりクロストーク発生を防止で
きる。接着材１４を単にセパレータ板の固定にのみ用い
るのでなく、ＰＤ全全体おおうように形成しても良い。

この場合外部から光のもれがなく検出信号のＳ／Ｎを向
上できる。

また接着材１４に光反射性粉体を混入しても良い。この
効果としては、シンチレータからの光のうち、Ｐ［ｉ）
非形成部から漏れ出した光を該反射材により再びシンチ
レータ内に戻しＰＤで検出することができるので光検出
信号が増大しＳ／Ｎが向上する。

次に本発明の他の一実施例を第５図を用いて説明する。

本発明が第１．第３の実施例と異なる点は、シンチレー
タ素子１の支持体接着側の面に光反射層１５を形成した
ことにある。光反射層１５は例えば、ＡＱ蒸着膜や、Ａ
ｕ膜、Ａｇ膜、Ｃｒ膜などで良い。シンチレータ面は鏡
面にしておくと光反射率が向上する。セラミックシンチ
レータを用いる場合、鏡面研磨を行っても完全には平担
にならないことがあるので、このときには、透明膜、例
えば５ｉ０２．Ｓｎ○２．ＳｉＮ４．ＰＩＱなどをシン
チレータ面上に形成し、平担面を形成しその上に光反射
膜を形成することにより光反射効率を向上することがで
きる。

本実施例では、シンチレータの発光のうち上面に放出さ
れる光も光反射層により反射されフォトダイオード面に
入射し信号成分となるので光感度が著しく向上する。

本実施例で述べた構造は第６図及び第８図に示した実施
例に於いても採用しており、その効果は極めて大きい。

次に本発明の他の実施例を第６図を用いて説明する。本
実施例の特徴は、隣接するＰＤの間に光反射層を設けた
ことにある。第６図（ａ）では、透明保護膜７９例えば
Ｓｉ○２形成後光皮射膜１９、例えばλＱ、Ｃｒ、Ａｕ
、Ａｇなどを例えば蒸着法によりパターン形成する。そ
の後透明電極８２例えば５ｎＯｚ、ＩＴＯなどを形成し
、ａ−８ｉ膜９，１０，１１．金属電極１２を形成し。

ＰＤ２とする。透明電極８は図の如くパターン状に形成
しても全面に形成しても良い。

本実施例においては、ＰＤ形成面のＰＤが形成されてい
ない部分に光反射膜が配したので該面からのシンチレー
タ光の漏れ出しがなく、検出光量が増大するので信号Ｓ
／Ｎが増す。また隣接素子への光のまわれ込みも防げる
のでクロストークが減少する。

第６図（ｂ）は光反射層１９を透明電極８ａ形成後に形
成した実施例を示す。

第６図（ｃ）はＰＤ２を形成した後、全体を絶縁保護膜
２０１例えば５ｉＯｚ、ＰＴＱなどで被覆し、その後光
反射膜１９を形成した実施例である１本実施例では、光
反射膜１９は、シンチレータ光を反射する機能の他に、
外部光のＰＤ２への漏れ込みを防ぐ機能を果たしている
。

第６図（ｄ）は第６図（、ｌ）の実施例に於いて。

最終工程として遮光材層２１を設けた場合を示している
。この遮光材はＰＤ２への外部からの光の進入を防ぐと
ともに機械的強度を増大させる役目を果している。

上記（ａ）〜（ｄ）の実施例に於いてシンチレータ面に
は第５図を用いて説明した実施例と同様に、透明膜１８
、例えば５ｉＯｚやＰＩＱを介して光反射膜１７９例え
ばＡＱ蒸着膜が形成されており、シンチレータ上面での
光反射を効率的に行いフォトダイオードの光検出光量を
増やすように工夫されている。

また、セパレータ板の形成方法は第３図を用いて説明し
た実施例と同様の方法で容易に形成できる。

次に第７図を用いて支持体とシンチレータブロックの接
着方法について説明する。図においてＸ線は支持体３側
から入射する。

支持体３は例えばセラミック類（アルミナ、マシナブル
セラミックなど）で例えば厚さ０．５〜３ｍである。該
厚さは少くともＸ線が入射する面積範囲においては均一
であることが望ましい。

支持体面上には信号取出し線４が例えばＡ　ｕ　。

ＡＱプリント配線で形成されている。プリント配線は例
えば厚さ０．１〜１μｍ、縮幅２００〜５００μｍであ
る。

シンチレータは例えばＧｄ２Ｏ２Ｓ：　ＰＮ、Ｃｅ、Ｆ
セラミックシンチレータであり、例えば厚さ１〜２ｗ１
１でシンチレータ面上にａ−８ｉＰＤが形成されている
。ＰＤ面積は例えば１　＋ｎａ　Ｘ　２５　ｍであり素
子間隔は例えば１５０μｍ〜３００μｍである。

該素子と前記支持体上の配線部は例えばＡｕ、ＡＱのワ
イヤボンディングにより電気的に結合している。該ワイ
ヤ径は例えば２５μφで良い。またボンディング用パッ
ドの面積は例えば１００μｍ口〜５００μｍ口で良い。

シンチレータと支持体は接着材９例えばエポキシ系接着
材により結合しである。接着材厚さは例えば５〜３０μ
ｍである。

接着後ＰＤ素子長手方向と平行にかつ高位置精度で溝１
３を形成する。また端部は同じく高精度でシンチレータ
、支持体を切り落とす。こうして高位置精度の素子ブロ
ックが容易に形成される。

溝形成後、該溝にセパレータ板を挿入固定する。

最後にじゃ光性樹脂で素子全体をおおう。

該素子ブロックを必要数平面もしくは曲面的に並べてＣ
Ｔ用検出器とする６ 第８図は支持体形状及びＰＤ倍信号り出し部を説明する
ものである。

第８図（ａ）で、支持体はｘａ入射部のみ著しくてあり
支持体によりＸａ吸収を減らしである。

ＰＤ部倍信号取出部おいて、透明電極側は透明電極上に
、ＡＱ、ＮｉＣｒ、などの金属膜を形成しである。

第８図（ｂ）が（ａ）と異なる点は支持体のシンチレー
タはり合わせ部が、信号取出線形成部に対してわずかに
高くなっていることである。この厚さは例えば３０μｍ
−２００μｍ程度である。

本構造によれば、セパレータ板挿入用溝１３の形成時に
アース電極などを切断することがないので支持体上での
プリント配線の自由度が増すことにある。

即ち、本構造の支持体段差の大きさを。

（支持体への溝入れ深さ）＋（配線パターン厚さ）以上
とすれば、本実施例で述べた効果が得られる。

第９図は支持体形状の他の実施例を示したものである。

本実施例ではＰＤ部と支持体面上信号取出配線がは片間
−平面上に存在するのでボンディングが行いやすいとい
う特徴がある。

以上の実施例ではセパレータ板の高さ、長さはシンチレ
ータ厚さ、長さより大きい寸法であれば良く１寸法精度
を著しく厳しくする必要がないため、セパレータ板の製
造が容易になる特徴がある。

第１０図に検出器のＣＴ表装置の実装例を示した。支持
体は取付ネジによりＣＴ装置検出器部筐体に高位置精度
で取付けられている。シンチレータ、フォトダイオード
部は筐体により完全に外部としゃ断されており、温気や
外部からのもれ光に対して保護されている。筐体は例え
ばＡＱ製やセラミック製である。必要に応じて、５を体
と支持体の接触面、及び支持体のＸ線入射面には、湿気
や光漏れを除ぐためのフィルムを設置しても良い６〔発
明の効果〕 本発明によれば、シンチレータ上に非晶質ＰＤを直接形
成し、シンチレータ支持体に配した配線により非晶質Ｐ
Ｄの出力信号を取り出すことができ、かつ支持体とシン
チレータ、非晶＊ＰＤのイ装置関係を最適化することが
容易になるので、高Ｓ／Ｎ、高位置精度、かつ実装の容
易な放射線検出器を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す放射線検出器の要部見
地および横断面図、第２図は本発明の実施例の放射線検
出装置の要部横断面図、および検出感度特性図、第３図
は本発明の実施例の放射線検出器の製造工程を閉す横断
面図、第４図、第５図、第６図および第８図は本発明の
実施例の放射線検出器の横断面図、第７図は本発明の実
施例のシンチレータと支持体の接着部を示す）Ｔ１面図
および側断面図、第９図はシンチレータ支持体の形状を
示す横断面図、第１０図は本発明の実施例の検出器の実
装態様を示すＸ線ＣＴ装置の要部横断面図　　１　　区 （、ｃＬ） （ｂ） ３　　刊ンオ身イオく　　　　　　乙　　　仁バし−７
木反ＫＺ　　　図 り　３　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少くとも複数のシンチレータ素子、複数のフォトダ
   イオード（ＰＤと略記する）、１つ以上の支持体からな
   り、該複数のシンチレータ素子は検出すべき放射性の入
   射方向と直交して１次元あるいは２次元的に配列されて
   いる放射性検出器において、少くとも上記ＰＤとして非
   晶質ＰＤを用い、該非晶質ＰＤを、該シンチレータ素子
   群が互いに隣接する面を除いたシンチレータ面のうち最
   大面積を有する面の少くとも１つのシンチレータ面に直
   接形成し、該最大面積を有するシンチレータ面の該非晶
   質ＰＤ形成面、もしくは該面以外の最大面積を有するシ
   ンチレータ面を支持体と密着固定し、かつ支持体のシン
   チレータと接する該面、もしくは該面と平行な面に該非
   晶質ＰＤの出力信号を検出する配線をほどこし、該配線
   と該非晶質ＰＤを電気的に接続し、かつ該複数のシンチ
   レータ間に光もしくは放射線遮蔽層を配したことを特徴
   とする放射線検出器。 ２、特許請求の範囲第１項の放射性検出器を製造する際
   に、前記光もしくは放射線遮蔽層形成工程を、少くとも
   シンチレータの非晶質ＰＤ形成工程および、支持体上の
   配線工程および、シンチレータと支持体張り合わせ工程
   の後に行うことを特徴とする放射線検出器製造方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、シンチレータの非
   晶質ＰＤ形成面がＸ線入射面と対向する面であることを
   特徴とする放射線検出器。 ４、特許請求の範囲第３項において、支持体はシンチレ
   ータのＸ線入射面に接着されており、支持体は低Ｘ線吸
   収を有する物質、もしくは形状であることを特徴とする
   放射線検出器。 ５、特許請求の範囲第１項においては、支持体及び支持
   体上に配された配線は、それぞれ、セラミック板、プリ
   ント配線であることを特徴とする放射線検出器。 ６、特許請求の範囲第１項において、非晶質ＰＤと支持
   体上配線の電気的接続はワイヤボンディング法であるこ
   とを特徴とする放射線検出器。 ７、特許請求の範囲第１項において、シンチレータの非
   晶質ＰＤ形成面以外の少なくとも１つの面に透明保護層
   を介して光反射膜が形成されていることを特徴とする放
   射線検出器。 ８、特許請求の範囲第７項において、光反射膜は金属薄
   膜からなることを特徴とする放射線検出器。 ９、特許請求の範囲第１項において、シンチレータの非
   晶質ＰＤ形成面において、少くとも非晶質光導電膜が形
   成されない部分に光反射膜を形成することを特徴とする
   放射線検出器。 １０、特許請求の範囲第９項において光反射膜は金属薄
   膜であることを特徴とする放射線検出器。 １１、特許請求の範囲第１項において、支持体のシンチ
   レータ接着面のうち、シンチレータ接着部分が他の部分
   よりわずかに凸になっており、他の部分に信号取出し用
   プリント配線がなされていることを特徴とする放射線検
   出器。 １２、特許請求の範囲第１項において、シンチレータ及
   び非晶質ＰＤ部が外部から光学的、温度的に遮断されて
   いることを特徴とする放射線検出器。