JPH07209431A - Ｘ線検出素子及び該素子の作動方法 - Google Patents
Ｘ線検出素子及び該素子の作動方法Info
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- JPH07209431A JPH07209431A JP6323247A JP32324794A JPH07209431A JP H07209431 A JPH07209431 A JP H07209431A JP 6323247 A JP6323247 A JP 6323247A JP 32324794 A JP32324794 A JP 32324794A JP H07209431 A JPH07209431 A JP H07209431A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
Abstract
(57)【要約】
【目的】 比較的高い効率でＸ線ビームを電気信号に変
換することができ、局所的解析が可能で製造が容易なＸ
線検出器を提供すること。 【構成】 光電抵抗としての小板状の結晶性半導体基体
と、１対の電極と、電極へ定電圧を供給する定電圧源
と、前記光電抵抗を通って流れる光電流を検出する測定
装置とを有し、前記半導体はＧａＡｓ，ｃｄＴｅ，ｃｄ
Ｓｅ，ＨｇＴｅ，ＣｕＩｎXＧａ1−XＳｅ2−2yＳ2y（１
≧ｘ，ｙ≧０）等からなり、前記電極対は、前記半導体
基体の相対向する表面上に設けられ、該半導体基体は前
記電極の直接下方にそれぞれ１つの扁平の高濃度ドープ
層領域を有し、前記定電圧源は前記電極に接続させる。
換することができ、局所的解析が可能で製造が容易なＸ
線検出器を提供すること。 【構成】 光電抵抗としての小板状の結晶性半導体基体
と、１対の電極と、電極へ定電圧を供給する定電圧源
と、前記光電抵抗を通って流れる光電流を検出する測定
装置とを有し、前記半導体はＧａＡｓ，ｃｄＴｅ，ｃｄ
Ｓｅ，ＨｇＴｅ，ＣｕＩｎXＧａ1−XＳｅ2−2yＳ2y（１
≧ｘ，ｙ≧０）等からなり、前記電極対は、前記半導体
基体の相対向する表面上に設けられ、該半導体基体は前
記電極の直接下方にそれぞれ１つの扁平の高濃度ドープ
層領域を有し、前記定電圧源は前記電極に接続させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線検出素子及び該素
子の作動方法に関する。
子の作動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ断層撮影用のＸ線検出素子
には種々異なる要求が課せられる。Ｘ線ビームは比較的
高い感度でできるだけ障害を受けずに電気信号に変換さ
れるべきである。またＸ線強度と電気信号レベルとの間
では可及的に良好な比例特性を備えた感度に広いダイナ
ミックレンジが求められる。このダイナミックレンジの
時間的な応答特性は迅速たるべきであり、また測定信号
は約１ｍｓ後には十分に減衰されるべきである。その他
にも検出素子の長期的安定性も求められる。
には種々異なる要求が課せられる。Ｘ線ビームは比較的
高い感度でできるだけ障害を受けずに電気信号に変換さ
れるべきである。またＸ線強度と電気信号レベルとの間
では可及的に良好な比例特性を備えた感度に広いダイナ
ミックレンジが求められる。このダイナミックレンジの
時間的な応答特性は迅速たるべきであり、また測定信号
は約１ｍｓ後には十分に減衰されるべきである。その他
にも検出素子の長期的安定性も求められる。
【０００３】これまでに使用されてきたコンピュータ断
層撮影用のＸ線検出素子にはＸ線ビーム検出のための種
々異なる物理的原理が用いられている。例えばガスの充
填された電離箱においてはＸ線ビームのイオン化特性が
用いられる。イオン化ガス中に生ぜしめられた電荷は直
接検出することができる。
層撮影用のＸ線検出素子にはＸ線ビーム検出のための種
々異なる物理的原理が用いられている。例えばガスの充
填された電離箱においてはＸ線ビームのイオン化特性が
用いられる。イオン化ガス中に生ぜしめられた電荷は直
接検出することができる。
【０００４】シンチレータ方式により作動する検出器に
おいては種々異なる結晶性螢光体の発光特性が用いられ
る。この螢光体はＸ線ビームを可視にする。これにより
Ｘ線ビームは肉眼又は光電膜又は光検出器に対して可視
となる。
おいては種々異なる結晶性螢光体の発光特性が用いられ
る。この螢光体はＸ線ビームを可視にする。これにより
Ｘ線ビームは肉眼又は光電膜又は光検出器に対して可視
となる。
【０００５】電気信号へのＸ線ビームの直接変換は例え
ば単結晶ゲルマニウム半導体材料からなるｐｎ−ダイオ
ードを用いて行うことができる。Ｘ線ビームの直接検出
のために光起電力効果を利用することは既に提案されて
いる。
ば単結晶ゲルマニウム半導体材料からなるｐｎ−ダイオ
ードを用いて行うことができる。Ｘ線ビームの直接検出
のために光起電力効果を利用することは既に提案されて
いる。
【０００６】電離箱による局所分解能のＸ線検出器は製
造プロセスに手間がかかり、Ｘ線ビームを電気パルスに
変換する際の効率もほんの僅かである。これは検査すべ
き患者に対する放射線の負担を大きくする。
造プロセスに手間がかかり、Ｘ線ビームを電気パルスに
変換する際の効率もほんの僅かである。これは検査すべ
き患者に対する放射線の負担を大きくする。
【０００７】螢光体は基本的には良好にマッチするが、
しかしながら装置化にはコストがかかる。またシンチレ
ータとその検出に要する光検出器との間の障害を被り易
い接続によっても新たな問題が生じる。この場合はそれ
に加えて変換の際の電気的な損失も甘受せざるを得な
い。
しかしながら装置化にはコストがかかる。またシンチレ
ータとその検出に要する光検出器との間の障害を被り易
い接続によっても新たな問題が生じる。この場合はそれ
に加えて変換の際の電気的な損失も甘受せざるを得な
い。
【０００８】ゲルマニウムからなる半導体ダイオードは
液体窒素による冷却を必要とする。なぜならゲルマニウ
ムのバンド（エネルギ）ギャップが比較的僅かなため熱
雑音が高まるからである。この冷却は特に個々のＸ線検
出器の検出アレイを、透過すべき被検体の回りで移動さ
せなければならないコンピュータ断層撮影の場合には多
大なコストと手間がかかる。
液体窒素による冷却を必要とする。なぜならゲルマニウ
ムのバンド（エネルギ）ギャップが比較的僅かなため熱
雑音が高まるからである。この冷却は特に個々のＸ線検
出器の検出アレイを、透過すべき被検体の回りで移動さ
せなければならないコンピュータ断層撮影の場合には多
大なコストと手間がかかる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
したような公知Ｘ線検出器の欠点を解消し、比較的高い
効率でＸ線ビームを電気信号に変換することができ、か
つ局所分解能が可能で製造も容易なＸ線検出器を提供す
ることである。
したような公知Ｘ線検出器の欠点を解消し、比較的高い
効率でＸ線ビームを電気信号に変換することができ、か
つ局所分解能が可能で製造も容易なＸ線検出器を提供す
ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば上記課題
は、光電抵抗としての小板状で結晶性の半絶縁性半導体
基体と、１対の電極と、電極へ定電圧を供給する定電圧
源と、前記光電抵抗を通って流れる光電流を検出する測
定装置とを有し、前記半導体はＧａＡｓ，ｃｄＴｅ，ｃ
ｄＳｅ，ＨｇＴｅ，ＣｕＩｎXＧａ1−XＳｅ2−2yＳ
2y（１≧ｘ，ｙ≧０）等からなり、前記電極対は、前記
半導体基体の相対向する表面上に設けられ、該半導体基
体は前記電極の直ぐ下方にそれぞれ１つの扁平の高濃度
ドープ層領域を有しており、前記定電圧源は前記電極に
接続されるように構成されて解決される。
は、光電抵抗としての小板状で結晶性の半絶縁性半導体
基体と、１対の電極と、電極へ定電圧を供給する定電圧
源と、前記光電抵抗を通って流れる光電流を検出する測
定装置とを有し、前記半導体はＧａＡｓ，ｃｄＴｅ，ｃ
ｄＳｅ，ＨｇＴｅ，ＣｕＩｎXＧａ1−XＳｅ2−2yＳ
2y（１≧ｘ，ｙ≧０）等からなり、前記電極対は、前記
半導体基体の相対向する表面上に設けられ、該半導体基
体は前記電極の直ぐ下方にそれぞれ１つの扁平の高濃度
ドープ層領域を有しており、前記定電圧源は前記電極に
接続されるように構成されて解決される。
【００１１】本発明の別の有利な実施例は従属請求項に
記載される。
記載される。
【００１２】化合物半導体はゲルマニウムに比べて有利
な荷電キャリヤ特性（ｋｅｒｎｌａｄｕｎｇｓｖｅｒｈ
ａｅｌｔｎｉｓ）を有しており、そのためＸ線ビームの
吸収率が高い。また化合物半導体は単結晶で比較的高い
品質と純度で製造され得る。有利な単結晶半導体におい
ては吸収したＸ線ビームによって生成される荷電キャリ
ヤが最長の寿命と最大の運動能力を有する。これによ
り、印加された電場における多数電荷キャリヤが事前の
再結合なしに分離され、電極において測定可能な電流と
して読出されることが保証される。Ｘ線ビームの高い吸
収効率と電気信号への直接的な変換はＳ／Ｎ比が１０3
よりも大きい半導体によっても得ることができる。本発
明による検出素子は半導体のバンド（エネルギ）ギャッ
プがゲルマニウムよりも高いため室温でも使用可能であ
る。
な荷電キャリヤ特性（ｋｅｒｎｌａｄｕｎｇｓｖｅｒｈ
ａｅｌｔｎｉｓ）を有しており、そのためＸ線ビームの
吸収率が高い。また化合物半導体は単結晶で比較的高い
品質と純度で製造され得る。有利な単結晶半導体におい
ては吸収したＸ線ビームによって生成される荷電キャリ
ヤが最長の寿命と最大の運動能力を有する。これによ
り、印加された電場における多数電荷キャリヤが事前の
再結合なしに分離され、電極において測定可能な電流と
して読出されることが保証される。Ｘ線ビームの高い吸
収効率と電気信号への直接的な変換はＳ／Ｎ比が１０3
よりも大きい半導体によっても得ることができる。本発
明による検出素子は半導体のバンド（エネルギ）ギャッ
プがゲルマニウムよりも高いため室温でも使用可能であ
る。
【００１３】半導体は内部において高純度であり、ほと
んど補償的なドーピングしかされていないが、しかしな
がら電極下方にはそれぞれ１つの扁平な高ドーピング領
域を有している。このことは半導体と電極との間の良好
なオーム接点と、半導体全体に亘って均一で安定した電
場を補償する。それにより空間的に限定されたショット
キ−接点又はｐｎ−接合部よりも高い荷電キャリヤのド
リフト−集電効率が可能となる。なぜなら前者では電荷
搬送に対する拡散の関与の度合いがほんの僅かな弱い電
場領域が存在しているからである。その他にも少数電荷
キャリアの短寿命が光起電力方式における半導体におい
ては臨界的となる。
んど補償的なドーピングしかされていないが、しかしな
がら電極下方にはそれぞれ１つの扁平な高ドーピング領
域を有している。このことは半導体と電極との間の良好
なオーム接点と、半導体全体に亘って均一で安定した電
場を補償する。それにより空間的に限定されたショット
キ−接点又はｐｎ−接合部よりも高い荷電キャリヤのド
リフト−集電効率が可能となる。なぜなら前者では電荷
搬送に対する拡散の関与の度合いがほんの僅かな弱い電
場領域が存在しているからである。その他にも少数電荷
キャリアの短寿命が光起電力方式における半導体におい
ては臨界的となる。
【００１４】典型的には光電抵抗モードにおいて抵抗率
ρ＝１０7〜１０9Ω・ｃｍの半絶縁性半導体を用いると
有利である。なぜならこの半導体には帯電可能な障害個
所がほとんど含まれていないからである。このような障
害個所の電荷キャリアによっては内部の電場変化や過度
に長い電荷補償作用が引き起こされる。
ρ＝１０7〜１０9Ω・ｃｍの半絶縁性半導体を用いると
有利である。なぜならこの半導体には帯電可能な障害個
所がほとんど含まれていないからである。このような障
害個所の電荷キャリアによっては内部の電場変化や過度
に長い電荷補償作用が引き起こされる。
【００１５】本発明による検出素子の別の重要な特徴は
定電圧源である。この定電圧源は、測定信号が光電抵抗
の電極の印加電圧に依存するため重要である。電圧の変
化は測定信号の変化も引き起こし、それと共にノイズが
高まる。あるいは有効なＳ／Ｎ比を悪化させることとな
る。
定電圧源である。この定電圧源は、測定信号が光電抵抗
の電極の印加電圧に依存するため重要である。電圧の変
化は測定信号の変化も引き起こし、それと共にノイズが
高まる。あるいは有効なＳ／Ｎ比を悪化させることとな
る。
【００１６】前記定電圧源としては例えば十分な電流容
量のバッテリか又は蓄電池が適している。光電抵抗の電
極に印加する電圧は例えば８Ｖ〜３０Ｖの範囲にするこ
とができる。いずれにせよ降伏電圧以下におかれる。検
出素子の短絡を回避するために光電抵抗はバイアス抵抗
と直列に接続される。この場合前記バイアス抵抗は有利
には光電抵抗と同じオーダを有している。測定装置は光
電抵抗に並列に接続され、暗電流の分離のためにこの抵
抗と容量結合される。大きく変動する光電流のもとで安
定した電位を維持するために電圧源に対して付加的にコ
ンデンサが並列に接続される。
量のバッテリか又は蓄電池が適している。光電抵抗の電
極に印加する電圧は例えば８Ｖ〜３０Ｖの範囲にするこ
とができる。いずれにせよ降伏電圧以下におかれる。検
出素子の短絡を回避するために光電抵抗はバイアス抵抗
と直列に接続される。この場合前記バイアス抵抗は有利
には光電抵抗と同じオーダを有している。測定装置は光
電抵抗に並列に接続され、暗電流の分離のためにこの抵
抗と容量結合される。大きく変動する光電流のもとで安
定した電位を維持するために電圧源に対して付加的にコ
ンデンサが並列に接続される。
【００１７】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。
明する。
【００１８】有利な半導体材料としてはガリウムヒ素Ｇ
ａＡｓが選択される。このガリウムヒ素はその元素のオ
ーダ数からＸ線ビームの吸収に対してはゲルマニウムと
比較可能である。しかしながらガリウムヒ素は１.４３
ｅＶのバンドギャップを有しているため、室温のもとで
の検出器の作動に対してはゲルマニウムに比べて非常に
良好に適合する。有効な結晶品質に関してもガリウムヒ
素は比較可能な化合物半導体の中でも上級のものであ
る。
ａＡｓが選択される。このガリウムヒ素はその元素のオ
ーダ数からＸ線ビームの吸収に対してはゲルマニウムと
比較可能である。しかしながらガリウムヒ素は１.４３
ｅＶのバンドギャップを有しているため、室温のもとで
の検出器の作動に対してはゲルマニウムに比べて非常に
良好に適合する。有効な結晶品質に関してもガリウムヒ
素は比較可能な化合物半導体の中でも上級のものであ
る。
【００１９】検査装置に対しては厚さ０.６ｍｍのガリ
ウムヒ素ウエハが選定される。このウエハは２.２×１
０7Ｏｈｍ・ｃｍの抵抗率を有する。
ウムヒ素ウエハが選定される。このウエハは２.２×１
０7Ｏｈｍ・ｃｍの抵抗率を有する。
【００２０】図１：第１のステップでは半導体構成体１
として用いられるガリウムヒ素ウエハの両側に、電極と
して用いられる層がオームコンタクト７として被着され
る。それに対してまず扁平な高濃度ドープ領域２がウエ
ハ表面の両側に生成される。それにより例えば深さ約２
００ｎｍのｎ+−ドーピングが拡散か又は移植によって
生ぜしめられる。この領域は良好な荷電キャリヤの収集
とオームコンタクトへの次のステップの容易化のために
用いられる。これは本来の金属電極層に対する拡散領域
３を表わしている。それに対して例えば厚さ１３ｎｍの
ゲルマニウム層が高濃度ドープ層領域２上にデポジット
される。次に第１の金属接点層４（例えば厚さ２７ｎｍ
のゴールド層）がそれに続く。さらに別の拡散障壁層５
（例えば厚さ１０ｎｍのニッケル層）が続く。最後に本
来の電極層（これは例えば厚さ３００ｎｍのゴールド接
触層からなる）が続く。
として用いられるガリウムヒ素ウエハの両側に、電極と
して用いられる層がオームコンタクト７として被着され
る。それに対してまず扁平な高濃度ドープ領域２がウエ
ハ表面の両側に生成される。それにより例えば深さ約２
００ｎｍのｎ+−ドーピングが拡散か又は移植によって
生ぜしめられる。この領域は良好な荷電キャリヤの収集
とオームコンタクトへの次のステップの容易化のために
用いられる。これは本来の金属電極層に対する拡散領域
３を表わしている。それに対して例えば厚さ１３ｎｍの
ゲルマニウム層が高濃度ドープ層領域２上にデポジット
される。次に第１の金属接点層４（例えば厚さ２７ｎｍ
のゴールド層）がそれに続く。さらに別の拡散障壁層５
（例えば厚さ１０ｎｍのニッケル層）が続く。最後に本
来の電極層（これは例えば厚さ３００ｎｍのゴールド接
触層からなる）が続く。
【００２１】オームコンタクト層７のデポジットに対し
ては慣用の薄膜技術を用いてもよい（例えば蒸着、スパ
ッタリング、電気的又は非電気的金属化手法等）。ここ
において選択されたオームコンタクト層７に対する層組
合せは既にガリウムヒ素からなるマイクロ波−電子構成
素子用の接点として公知である。もちろんその他の電極
材料を使用することも可能である。しかしながら良好で
かつ長期的にも安定したオームコンタクトを半導体に対
して構成し、長期的作動の場合にも半導体特性が拡散に
よって損なわれないようにすることが前提とされる。
ては慣用の薄膜技術を用いてもよい（例えば蒸着、スパ
ッタリング、電気的又は非電気的金属化手法等）。ここ
において選択されたオームコンタクト層７に対する層組
合せは既にガリウムヒ素からなるマイクロ波−電子構成
素子用の接点として公知である。もちろんその他の電極
材料を使用することも可能である。しかしながら良好で
かつ長期的にも安定したオームコンタクトを半導体に対
して構成し、長期的作動の場合にも半導体特性が拡散に
よって損なわれないようにすることが前提とされる。
【００２２】前記したようなオームコンタクトを備えた
ウエハからは約１.５ｃｍ2の大きさのサンプルが光電抵
抗８として選択され、切断される。この光電抵抗８には
まず電気的接点が設けられ、さらに図２に示されている
ような測定回路に接続される。それに対して光電抵抗８
は定電圧源９としての１８Ｖのバッテリに接続され、バ
イアス抵抗（１ＭΩ）１０に直列に接続される。電圧源
９に並列に電界コンデンサ１１（４μＦ）が接続され、
さらにこれに対して並列に別のコンデンサ１２（１００
ｎＦ）が接続される。測定器１４は光電抵抗８に並列に
接続され、第３のコンデンサ１３（１μＦ）を介して切
換回路に結合される。
ウエハからは約１.５ｃｍ2の大きさのサンプルが光電抵
抗８として選択され、切断される。この光電抵抗８には
まず電気的接点が設けられ、さらに図２に示されている
ような測定回路に接続される。それに対して光電抵抗８
は定電圧源９としての１８Ｖのバッテリに接続され、バ
イアス抵抗（１ＭΩ）１０に直列に接続される。電圧源
９に並列に電界コンデンサ１１（４μＦ）が接続され、
さらにこれに対して並列に別のコンデンサ１２（１００
ｎＦ）が接続される。測定器１４は光電抵抗８に並列に
接続され、第３のコンデンサ１３（１μＦ）を介して切
換回路に結合される。
【００２３】この回路は給電部と光電抵抗を含めて１つ
のケーシング内に組み込まれる。このケーシングは例え
ば０.５ｍｍのアルミニウム板からなり、光電抵抗８を
外部からの電気的な障害や光の侵入から保護するために
用いられる。
のケーシング内に組み込まれる。このケーシングは例え
ば０.５ｍｍのアルミニウム板からなり、光電抵抗８を
外部からの電気的な障害や光の侵入から保護するために
用いられる。
【００２４】測定器１４としては１０μＶ／ｃｍの最小
入力感度で１ＭΩの入力抵抗を有するオシロスコープが
用いられる。
入力感度で１ＭΩの入力抵抗を有するオシロスコープが
用いられる。
【００２５】ここにおいて装置は抵抗検出器の端面から
電極７に対して平行にＸ線ビームを照射される。
電極７に対して平行にＸ線ビームを照射される。
【００２６】サンプルとして前記装置において約１ＭΩ
の暗抵抗が示される。それに応じて約１０2Ｖ／ｃｍの
試験電界強度のもとで約１０μＡの暗電流が生じる。生
ぜしめられたＸ線パルスは４５ｍｓのシーケンスの中で
２ｍｓの持続時間を有している。Ｘ線管は光電抵抗に対
して２５ｃｍの間隔を空けて配置され、さらに８ｍｍ厚
のアルミニウム薄片でフィルタリングされる。Ｘ線発生
器の出力は被透過体の種々異なる吸収率をシミュレーシ
ョンするために２０ｋＶ〜５５ｋＶの間で変えられる。
オシロスコープにおける試験信号は０.１ｍＶ〜２Ｖの
間で測定される。これは２×１０4のダイナミックレン
ジに相応する。
の暗抵抗が示される。それに応じて約１０2Ｖ／ｃｍの
試験電界強度のもとで約１０μＡの暗電流が生じる。生
ぜしめられたＸ線パルスは４５ｍｓのシーケンスの中で
２ｍｓの持続時間を有している。Ｘ線管は光電抵抗に対
して２５ｃｍの間隔を空けて配置され、さらに８ｍｍ厚
のアルミニウム薄片でフィルタリングされる。Ｘ線発生
器の出力は被透過体の種々異なる吸収率をシミュレーシ
ョンするために２０ｋＶ〜５５ｋＶの間で変えられる。
オシロスコープにおける試験信号は０.１ｍＶ〜２Ｖの
間で測定される。これは２×１０4のダイナミックレン
ジに相応する。
【００２７】オシロスコープ１４において観察される測
定信号の形状はほぼ矩形である。これはＸ線ビームの照
射中断の際の光電抵抗の良好な応働と光電流の迅速な減
衰に結び付く。信号電流と暗電流の商から形成される信
号対雑音比は出力５５ｋＶのＸ線発生源のもとでは７×
１０3となる。
定信号の形状はほぼ矩形である。これはＸ線ビームの照
射中断の際の光電抵抗の良好な応働と光電流の迅速な減
衰に結び付く。信号電流と暗電流の商から形成される信
号対雑音比は出力５５ｋＶのＸ線発生源のもとでは７×
１０3となる。
【００２８】前記したガリウムヒ素光電抵抗と同じ様な
形式でさらにオームコンタクトを備えた別の化合物半導
体サンプルに、同じような測定装置における光電抵抗８
としてパルス状Ｘ線ビームを印加してもよい。光電抵抗
８に対して選定された半導体材料の変化特性データに応
じて測定回路中の特性量も変化する。以下の表はその場
合に得られた測定値に関するデータを表わすものであ
る。
形式でさらにオームコンタクトを備えた別の化合物半導
体サンプルに、同じような測定装置における光電抵抗８
としてパルス状Ｘ線ビームを印加してもよい。光電抵抗
８に対して選定された半導体材料の変化特性データに応
じて測定回路中の特性量も変化する。以下の表はその場
合に得られた測定値に関するデータを表わすものであ
る。
【００２９】
【表１】
【００３０】これは本発明による検出素子が他の半導体
材料からなる光電抵抗を用いてもＸ線ビームの検出の際
にはそれぞれ１０3よりも大きい信号対雑音比を有して
いることを表わしている。その他の前記表には示されて
いない二元又は三元の化合物半導体に対しても同様に当
てはまる。
材料からなる光電抵抗を用いてもＸ線ビームの検出の際
にはそれぞれ１０3よりも大きい信号対雑音比を有して
いることを表わしている。その他の前記表には示されて
いない二元又は三元の化合物半導体に対しても同様に当
てはまる。
【００３１】高いＳ／Ｎ比（これは高感度のしるしであ
る）のために本発明による検出素子は特に人体のＸ線検
査に適している。本発明による検出素子は吸収したＸ線
ビームを直接変換するので、測定された変換効率（７
％）も理論的な変換効率も検出素子の効果が公知のＸ線
検出器に比べてが２０％以上アップする。それにより例
えばシンチレーション検出器の場合変換効率だけで４％
まで測定される。またＳ／Ｎ比もＳｉ−ダイオードを有
するシンチレータの場合よりも向上する。
る）のために本発明による検出素子は特に人体のＸ線検
査に適している。本発明による検出素子は吸収したＸ線
ビームを直接変換するので、測定された変換効率（７
％）も理論的な変換効率も検出素子の効果が公知のＸ線
検出器に比べてが２０％以上アップする。それにより例
えばシンチレーション検出器の場合変換効率だけで４％
まで測定される。またＳ／Ｎ比もＳｉ−ダイオードを有
するシンチレータの場合よりも向上する。
【００３２】医療用のＸ線検査用検出素子を例えばコン
ピュータ断層撮影装置に用いるならば、検出素子の幾何
学的な大きさが可及的に完全なＸ線の吸収と所望の分解
能に関して最適となる。入射するＸ線ビームのエネルギ
に応じて吸収長さ、すなわちＸ線ビームが完全に吸収さ
れる範囲の長さは例えばガリウムヒ素に対しては２ｍｍ
となりカドミウムテルライドに対しては１ｍｍとなる。
従って適切な検出素子が半導体構成体上に組み込まれ
る。この構成体の、入射Ｘ線ビームに平行な方向で測定
された“深度”をいくらか上回る。小板形状の半導体構
成体の厚さは所望の分解能に応じて選定される。公知の
コンピュータ断層撮影では解像グリッドは約１ｍｍであ
る。これは本発明による検出素子に対しても求められる
ものである。
ピュータ断層撮影装置に用いるならば、検出素子の幾何
学的な大きさが可及的に完全なＸ線の吸収と所望の分解
能に関して最適となる。入射するＸ線ビームのエネルギ
に応じて吸収長さ、すなわちＸ線ビームが完全に吸収さ
れる範囲の長さは例えばガリウムヒ素に対しては２ｍｍ
となりカドミウムテルライドに対しては１ｍｍとなる。
従って適切な検出素子が半導体構成体上に組み込まれ
る。この構成体の、入射Ｘ線ビームに平行な方向で測定
された“深度”をいくらか上回る。小板形状の半導体構
成体の厚さは所望の分解能に応じて選定される。公知の
コンピュータ断層撮影では解像グリッドは約１ｍｍであ
る。これは本発明による検出素子に対しても求められる
ものである。
【００３３】コンピュータ断層撮影においては個々の検
出器は、検出器ライン又は検出器アレイに対して平行に
配設される。個々のＸ線量子が複数の検出器に感応する
ことを避けるために、個々の検出素子のビーム密な分離
が必要である。これは個々の検出器間の吸収性の高い分
離手段によって達成され得る。例えば重金属からなる分
離板が良好に適する。この場合は非能動的な検出器面に
対する能動的に使用可能な検出器面の比を最適化するこ
とが図られる。なぜならこれは検出素子の感度に対する
絶対格子寸法の他に重要だからである。
出器は、検出器ライン又は検出器アレイに対して平行に
配設される。個々のＸ線量子が複数の検出器に感応する
ことを避けるために、個々の検出素子のビーム密な分離
が必要である。これは個々の検出器間の吸収性の高い分
離手段によって達成され得る。例えば重金属からなる分
離板が良好に適する。この場合は非能動的な検出器面に
対する能動的に使用可能な検出器面の比を最適化するこ
とが図られる。なぜならこれは検出素子の感度に対する
絶対格子寸法の他に重要だからである。
【００３４】本発明による検出素子を用いたＸ線検査は
例えば連続動作の中で行われる。前記測定回路ないし前
記測定条件を用いれば、入射するＸ線ビームの変化が測
定可能である。しかしながらＸ線検査がパルス動作で実
施されるならばさらに有利である。この場合は補償によ
って入射ビームの強さに対する絶対値を検出することが
できる。この値はデジタルＸ線画像撮影に対して必要で
ある。
例えば連続動作の中で行われる。前記測定回路ないし前
記測定条件を用いれば、入射するＸ線ビームの変化が測
定可能である。しかしながらＸ線検査がパルス動作で実
施されるならばさらに有利である。この場合は補償によ
って入射ビームの強さに対する絶対値を検出することが
できる。この値はデジタルＸ線画像撮影に対して必要で
ある。
【００３５】基本的には測定が位相と同期して行われる
限り、あるいは光電抵抗の電圧供給がトリガによって正
しい位相で行われる限り、直流電源（例えば蓄電池）を
用いた作動の他に交流電源を用いることも可能である。
限り、あるいは光電抵抗の電圧供給がトリガによって正
しい位相で行われる限り、直流電源（例えば蓄電池）を
用いた作動の他に交流電源を用いることも可能である。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、比較的高い効率でＸ線
ビームを電気信号に変換することができ、局所解析が可
能でかつ製造が容易なＸ線検出器が得られる。
ビームを電気信号に変換することができ、局所解析が可
能でかつ製造が容易なＸ線検出器が得られる。
【図１】本発明によるＸ線ビーム用検出素子の概略的な
横断面図である。
横断面図である。
【図２】検出素子の駆動のための回路を示した図であ
る。
る。
１ 半導体構成体 ２ 高濃度ドープ領域 ３ 拡散領域 ４ 金属接点層 ５ 拡散障壁層 ６ 電極層 ７ オームコンタクト ８ 光電抵抗 ９ 定電圧源 １０ バイアス抵抗 １１ 電解コンデンサ １２ コンデンサ １４ 測定装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック ヒェミスキー ドイツ連邦共和国 ハール ディアナシュ トラーセ 76 (72)発明者 ラルフ−ディーター シュネル ドイツ連邦共和国 ミュンヘン リーネッ カーシュトラーセ ７
Claims (11)
- 【請求項１】 Ｘ線を検出するための素子において、 光電抵抗（８）として小板状で結晶性の半絶縁性半導体
基体（１）と、 １対の電極（７）と、 電極へ定電圧を供給する定電圧源（９）と、 前記光電抵抗（８）を通って流れる光電流を検出する測
定装置とを有し、 前記半導体はＧａＡｓ，ｃｄＴｅ，ｃｄＳｅ，ＨｇＴ
ｅ，ＣｕＩｎXＧａ1−XＳｅ2−2yＳ2y（１≧ｘ，ｙ≧
０）等からなり、 前記電極対（７）は、前記半導体基体（１）の相対向す
る表面上に設けられ、該半導体基体（１）は前記電極の
直ぐ下方にそれぞれ１つの扁平の高濃度ドープ層領域
（２）を有しており、 前記定電圧源（９）は前記電極（７）に接続されている
ことを特徴とする、Ｘ線検出素子。 - 【請求項２】 前記測定装置は光電抵抗（８）と容量結
合された高抵抗測定装置（１４）を有し、前記光電抵抗
（８）は該光電抵抗の暗抵抗とほぼ同じオーダのバイア
ス抵抗（１０）に直列に接続されている、請求項１記載
のＸ線検出素子。 - 【請求項３】 前記定電圧源（９）に対して並列にコン
デンサ（１１，１２）が接続されている、請求項１又は
２記載のＸ線検出素子。 - 【請求項４】 前記半絶縁性半導体基体（１）は１０7
Ω・ｃｍよりも大きい抵抗率を有している、請求項１〜
３いずれか１項に記載のＸ線検出素子。 - 【請求項５】 前記Ｘ線を検出するための素子は室温に
おいて１０3よりも大きいＳ／Ｎ比を有している、請求
項１〜４いずれか１項に記載のＸ線検出素子。 - 【請求項６】 前記半導体基体（１）はドーピングされ
ていない単結晶ＧａＡｓからなる、請求項１〜５いずれ
か１項に記載のＸ線検出素子。 - 【請求項７】 前記電極（７）は、半導体基体（１）上
にｎ+ＧａＡｓ／Ｇｅ／Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕ（２，３，
４，５，６）からなる層列を含んでいる、請求項６記載
のＸ線検出素子。 - 【請求項８】 請求項１記載のＸ線検出素子の作動方法
において、 前記半導体（１）の電極（７）を入射Ｘ線ビームに対し
て平行になるように整列（アライメント）させ、前記電
極に約８〜３０Ｖの定電圧を印加し、前記半導体におい
て生ぜしめられた光電流を前記光電抵抗（８）に並列に
接続されている容量結合された測定装置（１４）を介し
て検出することを特徴とする、Ｘ線検出素子作動方法。 - 【請求項９】 分断されたＸ線ビームが用いられる請求
項８記載の方法。 - 【請求項１０】 前記光電抵抗（８）を室温にて作動さ
せる、請求項８又は９記載の方法。 - 【請求項１１】 前記検出素子をコンピュータ断層撮影
における検出アレイにおいて用いる、請求項８記載の方
法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4344252A DE4344252A1 (de) | 1993-12-23 | 1993-12-23 | Röntgendetektorelement mit Direktkonversion |
| DE4344252.8 | 1993-12-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07209431A true JPH07209431A (ja) | 1995-08-11 |
| JP4037917B2 JP4037917B2 (ja) | 2008-01-23 |
Family
ID=6506063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32324794A Expired - Fee Related JP4037917B2 (ja) | 1993-12-23 | 1994-12-26 | Ｘ線検出素子及び該素子の作動方法 |
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| JP (1) | JP4037917B2 (ja) |
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| DE (1) | DE4344252A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8754413B2 (en) | 2010-12-29 | 2014-06-17 | Samsung Display Co., Ltd. | X-ray detection device |
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| US6255708B1 (en) * | 1997-10-10 | 2001-07-03 | Rengarajan Sudharsanan | Semiconductor P-I-N detector |
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| FI20021255A (fi) * | 2002-06-27 | 2003-12-28 | Metorex Internat Oy | Suoraan konversioon perustuva kuvaava röntgendetektori |
| DE102005037900A1 (de) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Siemens Ag | Kollimator und Detektoranordnung mit einem derartigen Kollimator |
| DE102009037463B4 (de) * | 2009-08-13 | 2015-08-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Röntgendetektormodul und Verfahren zu seiner Herstellung |
| DE102010006452B4 (de) * | 2010-02-01 | 2012-01-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Strahlenwandlermaterial, Strahlenwandler, Strahlendetektor, Verwendung eines Strahlenwandlermaterials und Verfahren zur Herstellung eines Strahlenwandlermaterials |
| DE102011003454A1 (de) * | 2011-02-01 | 2012-08-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Strahlungsdirektkonverter, Strahlungsdetektor, medizintechnisches Gerät und Verfahren zum Erzeugen eines Strahlungsdirektkonverters |
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1993
- 1993-12-23 DE DE4344252A patent/DE4344252A1/de not_active Ceased
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1994
- 1994-12-21 US US08/361,101 patent/US5512756A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-12-23 CN CN94119203A patent/CN1040253C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1994-12-26 JP JP32324794A patent/JP4037917B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US5512756A (en) | 1996-04-30 |
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