JPH0442640B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はＸ線、γ線、α線又はβ線などの放射
線を一次元的又は二次元的に検出する蛍光板と、
固体放射線検出素子に関する。

（従来技術） Ｘ線CT（コンピユータトモグラフイ）やポジト
ロンCTで用いられる放射線検出素子、又は放射
線の一次元的もしくは二次元的イメージセンサと
しては、例えば第１図に示されるように、光電子
倍増管１の入射面に単結晶シンチレータ２を接着
した素子を多数配列したものが使用されている。
しかし、この検出素子では、光電子倍増管１の小
型化に限界があるため分解能が数mmと低く、ま
た、大きな空間を必要とする不便な点もある。

他の放射線検出素子の例としては、第２図に示
されるように、多数の単結晶シンチレータ３をし
きい板４を介して接着し、これを光検出素子とし
てのフオトダイオードアレイ５を接着したものも
使用されている。しかし、この検出素子では単結
晶シンチレータ３を１個ずつ接着していかなけれ
ばならないため多くの製造工程を必要とし、ま
た、分解能も低く0.5mm程度が限界である。更に、
このような単結晶シンチレータを二次元的接着す
ることは困難であるという問題もある。

他にも、例えばXe電離箱を使用したものやビ
ジコンもしくは撮像管を使用したものもある。し
かし、前者のXe電離箱を使用したものでは、二
次元化が困難である上、耐電圧及び耐圧力対策も
必要となる。後者のビジコン等を使用したもので
は、高価である上、製作が困難である問題もあ
る。しかも、この場合にも分解能が低く、大型化
する問題もある。

（目的） 本発明は、製作が容易で、小型化が可能であ
り、高い分解能をもつて一次元的又は二次元的イ
メージセンサに使用できる蛍光板と、その蛍光板
を使用した固体放射線検出素子を提供することを
目的とするものである。

（構成） 本発明の蛍光板は、１枚又は２枚以上重ねられ
たシリコン基板を面に垂直な方向の方向性のよい
多数の貫通孔が開けられ、それらの貫通孔に蛍光
体が封入されて構成されたものである。

本発明の蛍光板ではシリコン基板を用いるの
で、異方性エツチング法により貫通孔を方向性よ
く、しかも高密度に開けることが容易である。

また、本発明の放射線検出素子は、上記の蛍光
板に半導体光検出素子が接着されて構成されたも
のである。

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。

（実施例） 第３図は本発明の一実施例の要部を表わし、１
０は蛍光板、２０はその蛍光板１０に接着される
半導体光検出素子である。

蛍光板１０では、シリコン基板１１に表から裏
に貫通する方向性のよい孔１２が多数開けられて
おり、その貫通孔１２にはシンチレータとしての
蛍光板１３が封入されている。

貫通孔１２は方向性をよくするために後述の如
き異方性エツチング法により開口され、そのため
シリコン基板１１は＜100＞の面方位をもつてい
る。

貫通孔１２に封入される蛍光体としては、ZnS
（Ag）、ZnS（Cu）、もしくはGd₂O₂S（Pr，Ce，
Ｆ）などの粉末シンチレータ、又はNaI（Tl）、
CsI（Tl）、CsI（Na）、KI（Tl）、LiI（Eu）もしく
はCsFなどの比較的低融点（m.p.＝500〜700℃）
のシンチレータを溶かし込んだものであつてもよ
い。これらの蛍光体は被測定線種により選択して
使用すればよい。例えば、α線や中性子線には
ZnS（Ag）やLiI（Eu）が適当であり、γ線やＸ線
にはGd₂O₂S（Pr，Ce，Fe）、NaI（Tl）やCsIなど
が適当である。

この蛍光板１０は、第３図のように溝形の貫通
孔１２を一次元的に配列したものであつてもよい
し、第４図のように円形の貫通孔１４を二次元的
に配列したものであつてもよく、更には、他の形
状の貫通孔を一次元的又は二次元的に配列したも
のであつてもよい。

シリコン基板１１の厚さは、α線や中性子線の
ような透過力の小さい放射線を測定する場合には
薄くてもよく、γ線やＸ線のような透過力の大き
い放射線を測定する場合には厚くすればよい。し
かし、シリコン基板１１があまり厚くなると貫通
孔１２，１４を方向性よく開けることが困難にな
るため、適当な厚さのシリコン基板１１を用いて
形成された蛍光板１０を２枚以上接着して重ねて
使用すればよい。

この蛍光板１０を用いて固体の放射線検出素子
を形成するには、、第３図に示されるように、半
導体光検出素子２０を接着剤により接着すればよ
い。

半導体光検出素子２０としては、フオトダイオ
ードをアレイ状に配列したもの、又はCCD型、
MOS型、CID型、SIT型、PCD型、CPD型もし
くはBBD型のイメージセンサを用いることがで
きる。このような半導体光検出素子２０の光検出
部２１は、蛍光板１０の貫孔１２，１４の形状と
配列に対応して、一次元的又は二次元的に配列さ
れている。

接着剤にはエポキシ系、ポリエステル系などの
光透過接着剤を使用すればよい。

本実施例の放射線検出素子では、蛍光板１０に
入射したＸ線等の放射線は、貫通孔１２，１４中
で蛍光体１３にシンチレーシヨン効果を起させて
発光させる。その光が半導体光検出素子２０によ
り検出されることにより、入射放射線の位置と強
度が検出される。

第５図は本発明放射線検出素子の他の実施例を
表わす。蛍光板１０の一方の面には半導体光検出
素子としてＮ型基板２２にＰ層の光検出層２１が
形成されたフオトダイオードアレイ２３が接着剤
３０により接着されており、蛍光板１０の他方の
面、すなわち放射線入射側の面には光反射膜４０
が形成されている。２４はフオトダイオードアレ
イ２３のパツシベーシヨン用SiO₂膜である。

光反射膜４０としてはアルミニユウムや金の蒸
着膜、又はTiO₂やBaSO₄などの白色ペンイトの
塗布膜が適当である。

本実施例では放射線入射により蛍光体１３から
発光された光は、フオトダイオードアレイ２３の
光検出層２１へ向かつて発光された光は勿論のこ
と、光検出層２１と反対方向へ向つて発光された
光も光反射膜４０により反射されて光検出層２１
で受光されるため、放射線検出感度が増大する利
点がある。

第６図は本発明放射線検出素子の更に他の実施
例を表わす。

本実施例では蛍光板１０の両面に半導体光検出
素子としてのフオドダイオードアレイ２３が接着
されている。

この場合、蛍光体１３からの発光はいずれかの
フオトダイオードアレイ２３の光検出層２１で受
光されるので、第５図の実施例と同様に放射線検
出感度の高い利点がある。ただし、この場合蛍光
板１０の放射線入射側にもフオトダイオードアレ
イ２３が接着されているので、γ線やＸ線などの
ような透過力の高い放射線を測定する場合に有効
である。

次に、一実施例の製造方法を第７図により説明
する。

＜100＞の面方位をもつシリコンウエハの基板
１１に、通常の熱酸化法により両表面に酸化膜
（SiO₂）１５を形成する（第７図Ａ）。

次に、貫通孔を開ける部分の酸化膜１５をリソ
グラフイ技法により除去して開口１６を形成する
（同図Ｂ）。この例では後の工程の異方性エツチン
グでサイドエツチングを少なくするために、両表
面の酸化膜１５をエツチングしているが、片面の
酸化膜１５のみをエツチングしてもよい。

次に、パターン化された酸化膜１５をマスクと
してシリコン基板１１に異方性エツチングを施こ
し、貫通孔１２を開ける（同図Ｃ）。異方性エツ
チングは、シリコン基板１１の面に垂直な方向の
エツチング速度が面に平行な方向のエツチング速
度よりも大きいような手段を採用すればよい。異
方性エツチングは、、EPW（エチレンジアミン、
ピロカテコール及び水が適当な割合で混合された
溶液）やアルカリエツチング液（例えばKOH溶
液）などの異方性エツチング液を用いた化学エツ
チング法、又はリアクテイブエツチングなどのド
ライエツチング法により行なえばよい。EPWを
用いたシリコン基板のエツチング速度は面方位に
より異なり、 ＜100＞：＜110＞：＜111＞＝50：３：１ であるので、本実施例のように＜100＞シリコン
基板１１をEPWでエツチングすれば、貫通孔は
面に垂直な方向に方向性のよい貫通孔となる。

このように形成された貫通孔１２に蛍光体１３
を紛末状態で、又は溶かし込むことにより封入す
る（同図Ｄ）。このようにして本発明蛍光板１０
が形成される。

次に、この蛍光板１０に接着剤３０によりフオ
トダイオードアレイ２３のような半導体光検出素
子を接着すれば、本発明放射線検出素子の一実施
例が形成される。

（効果） 本発明の蛍光板はシリコン基板を用いるので、
貫通孔を高密度に、方向性よく開けることがで
き、しかも貫通孔をリングラフイ法により開ける
ことができるのでその工程は容易である。そして
そのような蛍光板を用いた本発明の放射線検出素
子は、高分解能をもち、小型化が容易で、一次元
又は二次元のセンサーとすることも容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ従来の放射線検出
素子を示す断面図、第３図は本発明の蛍光板及び
放射線検出素子の一実施例を示す要部の分解斜視
図、第４図は本発明の蛍光板の他の実施例を示す
斜視図、第５図及び第６図はそれぞれ本発明放射
線検出素子の他の実施例を示す断面図、第７図Ａ
ないし同図Ｅは一実施例の蛍光板及び放射線検出
素子の製造工程を断面図で示す図である。 １０……蛍光板、１１……シリコン基板、１２
……貫通孔、１３……蛍光体、１２……半導体光
検出素子、２３……フオトダイオードアレイ、３
０……接着剤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １枚又は２枚以上重ねられたシリコン基板に
   面に垂直な方向の方向性のよい多数の貫通孔が開
   けられており、該貫通孔には蛍光体が封入されて
   いることを特徴とする蛍光板。 ２ １枚又は２枚以上重ねられたシリコン基板に
   面に垂直な方向の方向性のよい多数の貫通孔が開
   けられており、該貫通孔には蛍光体が封入されて
   いる蛍光板と、 該蛍光板に接着された一次元又は二次元の半導
   体光検出素子と、を備えたことを特徴とする固体
   放射線検出素子。 ３ 前記蛍光板の片面のみに半導体光検出素子が
   接着されている特許請求の範囲第２項に記載の放
   射線検出素子。 ４ 前記蛍光板の面のうち半導体光検出素子が接
   着されていない面には光反射膜が形成されている
   特許請求の範囲第３項に記載の放射線検出素子。 ５ 前記蛍光板の両面に半導体光検出素子が接着
   されている特許請求の範囲第２項に記載の放射線
   検出素子。