JPH065719B2 - 軟x線撮像素子 - Google Patents

軟x線撮像素子

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JPH065719B2
JPH065719B2 JP62057194A JP5719487A JPH065719B2 JP H065719 B2 JPH065719 B2 JP H065719B2 JP 62057194 A JP62057194 A JP 62057194A JP 5719487 A JP5719487 A JP 5719487A JP H065719 B2 JPH065719 B2 JP H065719B2
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JP
Japan
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soft
thickness
ray
detectors
detector
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功 松嶋
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は半導体型放射線検出器に関し、特に軟X線像
を電気的に直接撮像する固体撮像素子に関する。
〈従来の技術〉 微少な検出子をマトリックス状に配列し、各検出子の光
電流を順次読み出すことにより撮像を行う固体撮像素子
は半導体メーカー各社から市販されて居り、軽量、小
型、長寿命など数々の特徴があるためビデオカメラ等に
従来の撮像管に代って広く使用される様になってきた。
この固体撮像素子は、検出子を半導体型放射線検出器と
して動作させることにより軟X線用撮像素子として利用
することができる。(たとえば、Louis N.Koppel“Dirc
t soft x-ray response of a charge-coupeled image s
ensor”Rev.Sci.Instrum.,Vol.48,No.6,p669(1977))。
〈発明が解決しようとする問題点〉 このように固体撮像素子により軟X線像の撮像をするこ
とができたが、その分光感度特性は検出子の構造により
決まる特定のものとなり、いわば白黒画面しか見ること
ができない。これでは撮像した軟X線が有する情報の一
部しか得られない。即ち、空間分解能はあっても波長分
解能がないのである。これがもし、空間分解能と波長分
解能の両方を有する素子が出来れば、軟X線計測におい
て得られる情報量は飛躍的に増加する。本発明が解決し
ようとする問題点はここにある。
〈問題点を解決するための手段〉 そこで本発明は軟X線撮像素子として、表面吸収層とデ
プレションレイヤを有し、相互に分光感度特性が異なる
複数の検出子を一組とし、その複数組を集積した素子を
提案する。ここで、異なった分光感度特性を持った検出
子を得るための手段は、以下に述べるような、本発明者
が行った実験、計算、解析の結果に基づくものとする。
まず従来の固体撮像素子の軟X線領域における分光感度
特性がどのようなものになるかを考えてみる。これは表
面吸収層での損失とデプレションレイヤでの変換効率の
積になるものと予想され、この損失と変換効率はそれぞ
れの材料のX線吸収係数と厚さの指数関数として求めら
れるものと考えられる。この計算方法が現実的な素子の
寸法領域において妥当なものであることを、実験結果と
比較して確かめた。この計算方法に拠れば、たとえば検
出子の表面吸収層の材料がシリコン及び酸化シリコン、
厚さ2μmであり、デプレションレイヤは材料がシリコ
ン、厚さ5μmのものを製作すれば、その分光感度特性
は第5図のようになる。次にこの特性について解析す
る。その結果、第5図中のIで示した光子エネルギーが
低い側(すなわちX線波長の長い側)では光子エネルギ
ーが低くなるにつれて表面吸収層の吸収率が増加し、軟
X線の光子が表面吸収層を透過してデプレションレイヤ
において光電変換される割合が低下し、又、第5図中の
IIで示した光子エネルギーが高い側(すなわちX線波長
の短い側)では光子エネルギーの増加に伴いデプレショ
ンレイヤで光電変換されずに貫通してしまう光子の割合
が増加するという特性を有するということが明らかにな
った。
しかし、通常の可視光領域用におけるように、光電変換
用pn接合を構成するに際し、その拡散深さを変えただ
けでは、軟X線撮像用として良好な分光感度特性は得ら
れない。
そこで、さらに検討の結果、放射線領域においてはX線
吸収係数はX線波長により変化し、その変化の仕方と値
は当該X線を吸収する材料に固有するものであるので、
表面吸収層の材料を変えれば分光感度特性も変わるこ
と、ただし実際には、それだけでは十分な変化を得られ
ないこと、等が分かった。
こうしたことから、本発明では、表面吸収層とデプレシ
ョンレイヤの双方の厚さか材質、あるいは厚さと材質を
共に変えることにより、各組ごとの複数の検出子の分光
感度特性を異ならせるようにする。
〈作用〉 前述の手段により作製した各検出子の分光感度特性は計
算によって求められるので、測定対象に最適な検出子の
組合わせを設計することができる。この複数組を集積し
た素子は軟X線に対する波長分解能と、空間分解能をと
もに有するものとなる。即ち、撮像した軟X線像をいわ
ばカラー画面で見ることができる。
〈実施例〉 第3図は本発明に至る過程で考察した検討用素子を示す
もので、可視光のように3つのスペクトルに分解するた
め、相互に分光感度特性が異なる隣接した3つの検出子
1,2,3を一組とし、その複数組を集積したものであ
る。
各検出子1,2,3はシリコン(Si)からなる厚さ5μm
のデプレションレイヤAと、その上に層着した酸化シリ
コン(SiO2)からなる厚さ2μmの表面吸収層Bを有す
る。そして検出子1はその表面吸収層上に厚さ15μm
のベリリウム(原子番号4)の表層C1を有し、又、検出
子2はその表面吸収層上に厚さ15μmのチタン(原子
番号22)の表層C2を有し、検出子3はその表面吸収層上
に厚さ15μmの亜鉛(原子番号30)の表層C3を有す
る。つまり、この実施例では表層の厚さは同厚で、材料
が相違する。
これによって各一組の各検出子1,2,3の分光感度特
性は第4図に示す様に相互に異なり、軟X線に対する波
長分解能と空間分解能をともに有する。
従って、上記検出子1,2,3を一組とし、これを複数
組集積して軟X線撮像素子を構成し、これで軟X線撮像
を撮像すると、それぞれの波長領域における軟X線の空
間強度分布を得ることができ、撮像した軟X線像が有す
るスペクトル情報を得ることが一応は可能となる。ま
た、得られた像をカラーモニター上に写し出すことも可
能にはなるので、軟X線像の有するスペクトル情報を直
感的に理解する場合に大いに有用である。
勿論、表層C1,C2,C3の材料は上記したベリリウム、チ
タン、亜鉛に限定されず、又、厚さも上記に限定される
ものではない。材料と厚さは観測したい波長領域に適合
するよう自由に選定すればよいのであって、その組合わ
せはそれぞれの材料に固有のX線吸収係数を基に最適な
ものを計算によって求めることができる。
しかし、第3図示の検討用の素子は、構造的に簡単なこ
とでは優れているが、各検出子1,2,3のデプレショ
ンレイヤAや表面吸収層Bには何等の相違も与えられて
おらず、選択できる波長は一組の検出子の表面吸収層B
の上に設けた表層C1〜C3に用いる材料の原子番号によっ
てのみ決まるため、任意の波長を選択することができな
い。
さらに、第4図に示される特性を見ても、最大感度を与
えるフオトンエネルギ(周波数に比例する)が近接して
おり、波長選択性も可視のカラーフィルタのように優れ
たものは得ることができないし、検出出力の電気的な処
理を考えると、検出子ごとに感度差があり過ぎることも
好ましくない。
そこで、より良好な特性を得るためには、本発明の教示
に従い、表面吸収層B及びデプレションレイヤAの双方
の厚さか材質、あるいは厚さと材質を各組の各検出子ご
とに変えてそれぞれ所望の分光感度特性を得、それらを
集積する。上記検討用素子におけると同様に、例えば三
つのスペクトルに分解するのであれば、隣り合った一組
三個の検出子の表面吸収層及びデプレションレイヤをい
ずれも別々の材料にして厚さを一定にするか、同じ材料
で厚さを変えるか、材料と厚さの両方共変えるか、一部
が同じ材料の場合にはそれら同じ材料の厚さを変える
か、一部が同じ厚さの場合にはそれらの材料を変える。
もっとも、現実的には異なった材料でデプレションレイ
ヤを作製することは技術的に難しいので、厚さを変更す
る手法を採用するのが実践的である。
第1図はこの方針に従って構成された本発明の実施例素
子を示している。すなわち、第1図示の素子では一組3
個の検出子4,5,6の各デプレションレイヤEは同じ
シリコン(Si)、各表面吸収層Fは同じ酸化シリコン(SiO
2)、表面吸収層の表層Gは同じベリリウムとし、各デプ
レションレイヤEと、表面吸収層Fの厚さを夫々変化さ
せてある。本実施例においては各検出子のデプレション
レイヤEと表面吸収層Fの厚さは、検出子4がともに1
μm、検出子5がともに10μm、検出子6がともに50
μmであり、各検出子の表面吸収層の表層であるベリリ
ウムの厚さは30μmである。
これによりこの実施例の各一組の検出子4,5,6の分
光感度特性は第2図に示す様に相互に異なり、軟X線に
対する波長分解能と、空間分解能をともに有する。
従って、上記検出子4,5,6を一組とし、これを複数
組集積して軟X線撮像素子を構成し、これで軟X線像を
撮像すると、十分なスペクトル情報を得ることができ
る。
なお、第1図示実施例では検出子4,5,6のデプレシ
ョンレイヤの厚さを物理的に変化させてあるが、デプレ
ションレイヤの厚さを変化させる方法としては、その他
にイオンドーピング密度を変えるとか、デプレションレ
イヤに印加する電圧を変化させる等の方法により、等價
的に変化させることもできるので、その様にして等價的
に厚さを変化させてもよい。
〈発明の効果〉 本発明の軟X線撮像素子を用いることにより、従来では
考えられなかった種々の測定が可能になるが、その一例
として超高温物体の温度測定を述べる。
一般に1千万度といった超高温物体の温度をじかに測定
することは不可能である。しかし、本発明の軟X線撮像
素子を用い、上記物体が輻射する軟X線を測定すると、
各波長領域にどの程度の輻射強度があるかにより直ちに
その物体に温度を求めることができ、その上、空間分解
能があるために物体のどの部分の温度が特に高くなって
いるのかといったことまでも判明する。しかも、その変
化を時々刻々とモニターテレビの画面で観察することも
できる。
このように本発明は、これまで不可能であった測定を可
能にし、新しい測定方法を生み出す効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の素子の一実施例の集積した一部の断面
の概念図、第2図は第1図の素子の分光感度特性図、第
3図は、本発明に至る過程で考察した検討用素子の一部
の概念図、第4図は第3図の素子の分光感度特性図、第
5図は従来の固体撮像素子の分光感度特性図である。 図中、1,2,3及び4,5,6は夫々素子を構成する
一組の検出子を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面吸収層及びデプレションレイヤの厚さ
    か材質、または厚さと材質が異なることでそれぞれの分
    光感度特性が互いに異なる半導体型放射線検出子の複数
    個を一組とし、さらにその複数組を集積したこと; を特徴とする軟X線撮像装置。
JP62057194A 1987-03-12 1987-03-12 軟x線撮像素子 Expired - Lifetime JPH065719B2 (ja)

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JPS63224253A JPS63224253A (ja) 1988-09-19
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