JPH09127249A - γフォトン検出場におけるスペクトル測定の補正のための方法およびデバイス - Google Patents

γフォトン検出場におけるスペクトル測定の補正のための方法およびデバイス

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JPH09127249A
JPH09127249A JP8243873A JP24387396A JPH09127249A JP H09127249 A JPH09127249 A JP H09127249A JP 8243873 A JP8243873 A JP 8243873A JP 24387396 A JP24387396 A JP 24387396A JP H09127249 A JPH09127249 A JP H09127249A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の強度−立ち上がり時間の相関性を利用
した補正方法においては、半導体結晶の質に依存すると
いう問題があった。 【解決手段】 γフォトンの半導体材料に対する相互作
用に応じて半導体検出器５２により出力される信号の時
間変化を代理する信号またはデータセットを使用するた
めの方法であって、検出器５２により出力される信号の
電子成分、すなわち、信号全体にうちの一成分であって
各γフォトンの半導体材料に対する相互作用に起因する
電子の収集に対応する成分、の立ち上がり時間を代理す
る信号またはデータを作る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体からなる検
出器が使用されているγ線放射の検出場に関するもので
ある。本発明は、また、γ線像のスペクトル測定に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】γ線放射の検出に対しては、多くのタイ
プの検出器が使用されてきている。最近３０年ほどにわ
たっては、γ線放射の検出技術は、固体半導体に基づく
検出器を使用することを主に基本としてきた。
【０００３】半導体をベースとする検出器は、シンチレ
ータの場合における可視フォトンの放出のような中間ス
テップを経ることなく、材料中のγ線放射を直接的にエ
ネルギーに変換する。これは、システム的に効率を低減
させる結合の問題を克服する。半導体中において電子−
ホール対を生成するのに必要なエネルギーは、気体中あ
るいはシンチレータ中におけるよりも、ずっと小さい
（気体中における３０ｅＶおよび光増倍型シンチレータ
システムにおける３００ｅＶに比較して、半導体中にお
いては約４ｅＶ）。したがって、検出された各々のフォ
トンに対して生成される自由電荷の数がより多くなり、
小さなノイズで、より良好なエネルギーの解像度が得ら
れる。さらに、半導体材料の原子番号、および、半導体
材料の高い密度により、気体検出器またはシンチレータ
の検出容積よりも、意義深く小さな検出容積を使用する
ことができる。そして、小さな検出容積であっても、同
じだけの量子検出効率を維持することができる。
【０００４】Ｘ線放射あるいはγ線放射の検出器として
これら半導体材料を使用するということは、２つの電気
的接点が材料表面上に成膜されるべきであること、およ
び、バイアス電圧がこれら接点の端子に印加されなけれ
ばならないことを意味している。電荷担体、すなわち、
γフォトンと材料との相互作用により生成された電子−
ホール対は、電界の作用のもとに分離されることにな
る。つまり、電子は正電極に向けて移動し、ホールは負
電極に向けて移動する。半導体材料内に存在する欠陥に
トラップされることなく電極に向けて移動し得るこれら
電荷担体の能力は、測定されたスペクトルのエネルギー
解像度を左右する。この能力は、電荷担体輸送性とも称
され、電子およびホールの移動度および寿命により測定
される。
【０００５】現在のところ、γ線検出器の性能は、半導
体中にもともと存在する欠陥があることにより制限され
ている。この場合、半導体中にもともと存在する欠陥
は、電荷担体の電極に向けての移動時において電荷担体
をトラップすることにより、電荷担体の寿命を短くし
て、よって、検出器のエネルギー解像度を低下させる。
これら半導体中にもともと存在する欠陥は、半導体材料
の結晶発生時に対称的に出現する。これら欠陥の研究に
ついては非常に多くの文献があり、雰囲気温度で操作可
能なすべての高抵抗半導体の結晶発生に関して、これら
欠陥の除去を十分にうまく制御できないことが示されて
いる。
【０００６】ＣｄＴｅについての欠陥の研究は、Ｍ．Ｓ
ａｍｉｍｉ氏他による”Structualdefects in high res
istivity Cadmium Telluride” と題する Nuclear Inst
ru-ments and Methods in Physics Research A283, 198
9, pages 243-248 において刊行された文献において与
えられている。ＣｄＴｅの場合には、ホールの収集効率
が悪いことが、γ線検出器の検出効率を、主に、悪くし
ている。
【０００７】この課題を図示によりさらに詳細に説明す
るために、図１（ａ）には、それぞれ陽極および陰極を
なす２つの電極６、４間において放射検出器として使用
されている半導体材料２を備えるγ線放射検出器を示
す。入射γ線８は、陰極を通過する。フォトンは、この
材料の内部における異なる位置１０、１２、１４、１６
において、半導体材料と相互作用することができる。
【０００８】まず最初に、γフォトンの吸収により半導
体内で生成された電荷担体（電子およびホール）が、検
出器内において電界を誘起している分極電極に向けての
移動時においてトラップされることがない理想的なケー
スについて説明する。この場合には、電荷担体の生成直
後において、担体の移動が、キャパシタンスの端子にお
いて測定され得る電荷を誘起することになる。測定され
る全体の電荷は、２つの部分から構成される。つまり、
１つは、電子に関連する高速部分であり、他は、ホール
に関連するより低速の部分である。これらの違いは、移
動度の違いに関連している。すなわち、電子の移動度
は、約１０００ｃｍ2 ／Ｖ／秒であり、ホールの移動度
は、約１００ｃｍ2 ／Ｖ／秒である。フォトンの半導体
材料２内における相互作用の位置に依存して、図１
（ｂ）に示すように、２つの部分の一方が支配的とな
る。この場合、曲線の数は、図１（ａ）に示す半導体材
料２に対するフォトンの相互作用の位置に対応してい
る。それでも、相互作用の位置にかかわらず、測定され
る電荷Ｑの総量は、常に同じ（Ｑ0） であって、吸収さ
れたγフォトンのエネルギーに比例する。これら複数の
曲線における違いは、電荷Ｑ0を測定し得る時間のみで
ある。
【０００９】次に、ホールの輸送性が悪いものの電子の
輸送性は良好なままである現実的なケースについて説明
する。この場合には、ホールの収集効率が悪いことが、
いかなる相互作用に対しても観測されるべき理論的電荷
Ｑ0 に到達すことを困難としており、ホール信号が支配
的となる。図１（ｃ）における曲線１０’、１２’、１
４’、１６’は、それぞれ相互作用の位置１０、１２、
１４、１６に対応している。図１（ｃ）においては、正
当なエネルギーＱ0 において測定される数よりも観測数
を少なくさせる信号減衰が見られる。結局、検出効率が
低くなることになる。陰極の近傍で起こる相互作用（図
１（ａ）の位置１０で起こるもので曲線１０’で示す）
については、電子だけが信号に寄与する。電子の輸送性
が優れていることから、観測信号に減衰はなく、理論電
荷Ｑ0 に到達する。陽極の近傍で起こる相互作用につい
ては、ホールだけが信号に寄与する。ホールの輸送性が
悪いことから、信号が減衰し、理論電荷Ｑ0 には遠く及
ばない。
【００１０】これは、原子核検出器にとって損失をもた
らす。原子核検出器の目的は、最良の解像度でもって正
当なエネルギーにおけるフォトンの最大数を検出するこ
とである。
【００１１】電荷担体の移動時における電荷担体のトラ
ップを補償するための方法としては、いくつかのものが
ある。
【００１２】例えば、検出効率を最適化するために、照
射された電極の極性を選択することができる。この場
合、検出器は、検出器内部におけるホールの移動距離を
最小化するために、負電極側から照射されることにな
る。よって、ホールのトラップを制限することができ
る。
【００１３】他の方法は、検出器の幾何形状を、特別な
ものに選択することである。例えば、ホールの移動距離
を制限する半球状構造とすることである。しかしなが
ら、この方法は、実現が容易ではなく、困難かつ高価な
技術ステップを有している。そして、この方法は、２次
元イメージのためのデバイスの作製には使用することが
できない。
【００１４】他の方法においては、担体のトラップを制
限するような、材料に対するフォトンの相互作用が選択
される。これは、照射される電極近傍における相互作用
が選択されることを意味する。この場合の電極において
は、電子の信号が支配的である。電子の輸送性がホール
の輸送性よりも意義深く良好であることから、非常に良
好なエネルギー解像度が得られる。うまくないことに、
これは、検出の量子効率において不利がある。というの
は、この選択は、照射された電極から離れたところで起
こる相互作用を除去するからである。
【００１５】また、ホールの輸送性の悪さを、各相互作
用に対して集積された信号強度と立ち上がり時間との間
に存在する関係を測定することによっても、補償するこ
とができる。この方法は、いくつかのＣｄＴｅ検出器に
対してはこの関係が線形であり、その結果、低い強度お
よび長い立ち上がり時間に対応している正当数は集めら
れなかった”パルス”を補正し得ることを示している。
これに関しては、Ｍ．Ｒｉｃｈｔｅｒ氏他による”Puls
e processing for planar Cadmium Telluridedetectors
”と題する Mat. Res. Soc. Symp. Proc., vol. 302,
1993, p. 195-203 において刊行された文献を参照する
ことができる。我々の知る限りにおいては、これは、現
在のところ、良好なエネルギー解像度および良好な量子
検出効率を有するＣｄＴｅをベースとするγ線検出器を
得るための唯一の方法である。うまくないことに、この
方法は、すべてのタイプのＣｄＴｅ材料に対して適用す
ることはできない（いくつかの結晶引上方法では、強度
−立ち上がり時間の相関性を有していないことによ
る）。そして、すべてのＣｄＴｅ検出器に対して、いく
つかの検出器の物理的性質が必要とされる。
【００１６】最後の方法は、ホールの輸送性の悪さを、
ガス検出において使用されるＦｒｉｓｃｈ格子に基づく
検出構造を作製することにより補償することである。こ
の方法においては、陰極（照射電極）のための固体表面
とともに、陽極のためのストリップとして古典的コンタ
クト（無電解メッキによる金または白金）が成膜され
る。ストリップの半分は、互いに接続されており、同様
に互いに接続された残りの半分のストリップの電位より
も低い電位に接続されている。これら２つの電位の各々
は、陽極に向けての電子移動により生成された電荷が集
積される電荷プリアンプに接続されている。これは、電
子が陽極に到達するまでは、両方のプリアンプにおいて
同じである。しかしながら、２つの陽極電位間の差によ
り、各々のプリアンプに集積される電荷は、電子が陽極
の近傍にあるときには、異なることになる。この幾何学
的レイアウトにおいては、２つのプリアンプに集積され
た２つの信号間の差（＝有効信号）は、フォトンの相互
作用の位置に無関係とすることができる。それは、この
差は、電子が陽極の非常に近くに位置するときにのみ現
れるからである。それでもなお、この方法は、画素ごと
に２つのプリアンプを要するという欠点を有している。
これにより、数千個の画素からなるγ線イメージ測定器
を構成する場合には、電子機器の構成が非常に重装備と
なってしまう。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】上述のすべての方法
は、電界効果、形状的効果、あるいは、強度−立ち上が
り時間の相関性の測定のいずれかにより、ホールのトラ
ップを制限するという目的を有している。この場合、検
出された信号は、ホールの電荷および電子の電荷の合計
である。強度−立ち上がり時間の相関性の測定による場
合には、相関性は、ホールのトラップ率に依存し、した
がって、検出材料の質に依存する。そして、完全に一様
な欠陥分布を備える半導体結晶を使用しなければならな
い。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、γ線のスペク
トル解析のための半導体検出器により出力される信号の
使用方法を提供するものであって、ホールの輸送性が悪
いという問題を克服し得る方法を提供するものである。
【００１９】さらに詳細には、本発明の目的は、γフォ
トンの半導体材料に対する相互作用に応じて半導体検出
器により出力される信号の時間変化を代理する信号また
はデータセットを使用するための方法であって、前記検
出器により出力される信号の電子成分、すなわち、信号
全体にうちの一成分であって各γフォトンの前記半導体
材料に対する相互作用に起因する電子の収集に対応する
成分、の立ち上がり時間を代理する信号またはデータを
作るものである。
【００２０】この方法においては、信号が電子成分とホ
ール成分の両方を含んでいても、ホールの輸送性に対し
て独立な情報を提供することができる。電子成分の立ち
上がり時間を代理するデータまたは信号は、電子の移動
度、検出器厚さ、および、検出器の電極端子間に印加さ
れる電圧のみに依存する。与えられた半導体に対して
（例えば、ＣｄＴｅ製の半導体に対して）、これらのパ
ラメータは、半導体結晶引上方法がある方法から他の方
法に代わった場合でも、ほんのわずかしか変化しない。
このようにして、電子の移動度がホールの移動度よりも
ずっと大きいという利点を活かすことができる。
【００２１】ある特別の実施形態においては、検出され
た電荷全体、または、電荷全体のうちの電子の収集から
くる一部、のいずれかを代理するデータまたは信号が作
られる。
【００２２】このようにして、検出により出力される信
号の強度、または、検出器により出力される信号の電子
成分の強度、のいずれかを代理するデータまたは信号を
得ることができる。
【００２３】同様に、本発明の他の目的は、各々が半導
体検出器により出力される信号の時間変化を代理するも
のでありかつ各々が上記の方法において使用されている
ものである複数の信号または複数のデータセットを使用
するための方法であって、第１に、立ち上がり時間を代
理する第１のデータセットと、第２に、検出された電荷
全体または電荷全体のうちの電子の収集に基づく一部の
いずれかを代理する第２のデータセットと、の間の関係
を確立するものである。
【００２４】これは、信号全体のうちの電子成分の立ち
上がり時間と、電荷全体または電子成分に関連する電荷
のいずれかと、の間の相関性を確立するために使用され
る。
【００２５】この関係または相関性から、電子の最大電
荷、または、第１および第２のデータセットの少なくと
も一部に対応する最大電荷、を代理する少なくとも１つ
のデータまたは信号を決定することができる。
【００２６】よって、第１および第２のデータセットの
少なくとも一部に対して、第１および第２のデータセッ
トの対応する部分に関連した最大電荷、全体電荷、ある
いは、電子電荷が識別される。システムが電荷を電圧と
いう形態で検出することにより、最大電荷または最大電
子電荷は、このシステムにおいては、電圧で出力され
る。この場合、最大電荷自身または最大電子電荷自身
は、γ線放射場におけるエネルギーに対応する。したが
って、第１および第２のデータセットの部分のすべての
データ対（立ち上がり時間、電荷）は、最大電荷に関連
する。ここで、最大電荷は、各フォトンの半導体に対す
る相互作用が、損失なくすなわち本質的にホールの損失
なく起こっている場合には、既に検出されているべき電
荷である。ホールの損失のために、最大電荷よりも小さ
めの電荷が、いくらかの分散をもって検出される。そし
て、結果は、最大電子電荷に対応するピークの低エネル
ギー側におけるエネルギースペクトルの分散に対応す
る。
【００２７】本発明は、また、γ線スペクトロメトリー
における信号を使用するための方法に関するものであっ
て、 −測定されるべきγフォトンの半導体材料に対する相互
作用に応じて半導体検出器により得られた信号の時間変
化を代理する信号またはデータセットに基づいて、 −検出器により出力される信号の電子成分、すなわち、
γフォトンの半導体材料に対する相互作用に起因する電
子の収集に対応する信号成分、の立ち上がり時間を代理
するデータまたは信号を作り、 −検出された電荷全体、あるいは、電荷全体のうちの電
子の収集に起因する一部、のいずれかを代理するデータ
または信号を作り、 −最大電子電荷を、信号の電子成分の立ち上がり時間、
および、検出された電荷全体あるいは電荷全体のうちの
電子の収集に起因する一部における信号またはデータに
対して、上記において確立された関係または相関性を使
用して、決定するものである。
【００２８】したがって、γフォトンの半導体に対する
相互作用に応じて検出された各信号について、本方法
は、システムが無損失で操作された場合に検出されるこ
とになる電荷である最大電荷と、前記信号とを関連させ
るために使用することができる。
【００２９】測定の観点からは、まず最初に、信号のう
ちの電子成分の立ち上がり時間と、実際に測定される電
荷と、の間の相関性が確立される。これに続いて、半導
体とγフォトンとの相互作用に応じた信号が記録され、
最後に、この信号が、電子成分の立ち上がり時間および
対応する電荷を測定することにより処理される。これに
よって、既に決定された相関性を使用してこれら２つの
パラメータから最大電荷が決定される。この最大電荷
は、上述のように、システムが無損失で操作される場合
に、実際に検出されるべきエネルギーに対応している。
【００３０】最大電荷、この最大電荷に対応する立ち上
がり時間、および、実際に測定された立ち上がり時間か
ら測定電荷に対して補正をなすというステップを導入す
ることも、また可能である。
【００３１】本発明は、また、γフォトンの半導体材料
に対する相互作用に応じて半導体検出器により出力され
る信号の時間変化を代理する信号またはデータセットを
使用するためのデバイスに関するものであって、検出器
により出力される信号全体のうちの電子成分、すなわ
ち、各γフォトンの前記半導体材料に対する相互作用に
より発生する電子の収集に対応する信号成分、の立ち上
がり時間を代理するデータまたは信号を作るための手段
を具備している。
【００３２】このデバイスにおいては、上述の操作方法
を行うことができ、上記方法に関するすべての利点を得
ることができる。
【００３３】このデバイスは、また、検出された電荷全
体、または、電荷全体のうち電子の収集に起因する一
部、のいずれかを代理するデータまたは信号を作るため
の手段を具備する。
【００３４】この場合、信号の電子成分の強度または信
号全体の強度を代理するデータまたは信号を作るための
手段を設けることができる。
【００３５】本発明の他の目的は、各々がγフォトンの
半導体材料に対する相互作用に応じて半導体検出器によ
り出力される信号の時間変化を代理するものであるγ線
スペクトロメトリーにおける複数のデータセットを使用
するためのデバイスである。
【００３６】また、このデバイスは、各データセットを
使用するための上述と同様の手段と、第１に、立ち上が
り時間を代理する第１のデータセットと、第２に、検出
された電荷全体または電子の収集に基づく電荷を代理す
る第２のデータセットと、の間の関係または相関性を確
立するための手段とを具備している。
【００３７】また、電子の最大電荷、または、第１およ
び第２のデータセットの少なくとも一部に対応する最大
電荷、を代理する信号またはデータを作るための手段を
具備することができる。
【００３８】また、このようにして得られた最大電荷か
ら、測定電荷を、この最大電荷および測定された立ち上
がり時間を使用して、補正するための手段を設けること
ができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】いずれの形態においても、本発明
の特徴点および利点は、以下の説明により明らかとなる
であろう。説明は、添付図面を参照しつつ、本発明を何
ら限定するものではない実施形態の例について行う。
【００４０】図１（ａ）は、検出デバイスを示す図であ
って、γフォトンの半導体材料に対する相互作用の様々
な位置が示されている。図１（ｂ）は、理想的なケース
について、測定される電荷の時間変化に対応する信号が
示されている。図１（ｃ）は、現実的なケースについ
て、測定される電荷の時間変化が示されている。図２
（ａ）は、信号全体のうちの電子成分の時間変化を示し
ており、図２（ｂ）は、測定された立ち上がり時間と測
定電荷との間の相関性を示している。図３は、γフォト
ン検出器から出力されるパルスの処理システムを示して
いる。図４は、本発明を具体化した処理システムをさら
に詳細に示している。図５〜図８は、立ち上がり時間と
測定強度との間の校正曲線を示している。
【００４１】本発明の原理について、図２（ａ）および
図２（ｂ）を参照して説明する。
【００４２】まず最初に、測定電荷内に、電子信号のみ
がある場合について説明する。この場合には、信号全体
は、信号の電子成分、すなわち各γフォトンの半導体材
料に対する相互作用により生成する電子の収集の結果と
して得られる信号に対応する。この相互作用が半導体材
料２内の異なる位置１０、１２、１４、１６（図１
（ａ）に図示）で起こる限りにおいては、測定される最
大電荷、言い換えれば電子成分の最大強度は、検出器２
の容積内における相互作用位置１０、１２、１４、１６
にのみ依存する。実際、半導体材料内における電子の輸
送性は、電子の検出数に全く影響を与えないほど良好で
あることが考慮される。半導体材料内における各相互作
用位置１０、１２、１４、１６に対して、信号が、電極
４、６間において測定されるあるいは生成される。この
場合、信号は、γフォトンの半導体材料に対する相互作
用による電子によって捕獲された電荷の時間変化を表し
ている。相互作用位置が陽極６に近づくにつれて、生成
される信号の強度すなわち最大電荷は、信号の立ち上が
り時間とともに減少する。ここで、立ち上がり時間を、
例えば、最大強度の到達するまでに要する時間として定
義することができる。この信号を処理および解析するた
めの手段が設けられている。信号を代理するデータは、
また、記録した後引き続き処理することもできる。
【００４３】このようにして得られたデータ対
（τm,i，Ｑm,i）（ｉ＝１０、１２、１４、１６）は、
τm，Ｑm図表上においてプロットすることができる。こ
れにより、立ち上がり時間に対する測定電荷強度を与え
る”２つのパラメータ”スペクトルが与えられる。そし
て、２つのパラメータ間の関係または相関を作ることが
できる。
【００４４】概略的には、同じエネルギーを備えるフォ
トンについては、これらパラメータ間には、ほぼ直線的
な相関性がある。エネルギーは、最大電荷とも称される
最大測定電荷Ｑ0 に対して、直接的に関連している。し
たがって、無損失で操作されているデバイスにより測定
された負荷またはエネルギーに対応する最大電荷または
最大エネルギーは、各相関曲線に対して割り当てること
ができる。相関曲線は、異なるエネルギーのγ線放射に
対してプロットすることができる。これは、既に知られ
ており、各曲線には、対応するエネルギーが付される。
【００４５】相関性は、ホールの輸送性には依存しな
い。したがって、相関性は、使用されている半導体材料
の質には依存しない。この直線的な相関の傾きは、電子
の移動度、検出器の厚さ、および、検出器の電極端子に
対する印加電圧にのみ依存する。与えられた半導体材料
に対して、例えばＣｄＴｅに対して、これら３つのパラ
メータは、半導体結晶引上方法あるいは他の任意の引上
方法が使用された場合でも、非常にわずかしか変化しな
い。
【００４６】強度−立ち上がり時間の相関性のこの体系
的な観測は、上記文献においてＲｉｃｈｔｅｒ氏により
使用された計算的手法においては得られていない。この
計算的手法においては、ホール信号を使用しており、ホ
ール信号は、いくつかの引上方法により得られた結晶の
場合には存在しない。しかも、ホール信号が存在する場
合であっても、ホール信号は、特にホール寿命のような
非常に変化しやすくしたがって再現性に乏しいパラメー
タに依存する。ホールの寿命は、インゴットの引上中心
軸に沿ってかなり変化する。このように再現性が欠落し
ていることにより、検出器の予備的な選択が必要とな
る。そして、このことは、材料および装置の両面におい
て、重装備となり、操作が高価なものとなってしまう。
【００４７】電子信号の強度と立ち上がり時間との間の
相関性に関する知見は、検出器内で引き続いて起こるい
かなる相互作用の補正に際しても使用することができ
る。このタイプの相互作用の後には、半導体端子におけ
る電荷の変化を時間の関数として再現する信号またはデ
ータセットが得られる。信号の立ち上がり時間、すなわ
ち、立ち上がり時間を代理する信号またはデータが作ら
れる。検出電荷Ｑm すなわち信号強度を代理する信号ま
たはデータも、また、作られる。Ｑ，τ平面内にプロッ
トされた曲線のネットワークは、対応する電子成分の最
大電荷Ｑ0 を決定するために使用される。ここで、最大
電荷Ｑ0 は、相互作用を引き起こしたγフォトンのエネ
ルギーに直接的に関連している。実際に測定された最大
電荷Ｑm は、陰極近傍で相互作用が起こる場合に測定さ
れる最大電荷Ｑ0 と同じではないにしても、この最大電
荷Ｑ0 は、Ｑ，τ相関曲線を使用して決定することがで
きる。
【００４８】曲線のネットワークの代わりに、相関に関
するすべてのデータ（曲線、エネルギー）は、例えば従
来より使用されているコンピュータのような蓄積手段に
蓄積することができる。この場合、（Ｑm，τm）測定結
果は、例えば、この目的のために特別にプログラムされ
た従来のコンピュータを使用することにより、コンピュ
ータにより、曲線として与えられ、またエネルギー条件
が付される。また、例えば、グラフィックの形態で、デ
ータ表示手段を設けることもできる。
【００４９】この場合、使用されている電子機器または
コンピュータのいずれかにより、補正を作ることができ
る。したがって、いかなる場合においても、原理として
は、信号の立ち上がり時間および強度を測定し、測定さ
れた電荷と立ち上がり時間との間の関係または相関の知
見を使用して測定されるべき最大強度を得ることであ
る。
【００５０】ここで、確立された相関性が直線的である
場合には、補正により得られた電荷Ｑc は、次式で与え
られる。 Ｑc ＝Ｑmτ0／τm ここで、Ｑm は測定電荷であり、τm は電子成分につい
て測定された立ち上がり時間であり、τ0 は以前に決め
られた関係または相関性を有する測定対（τm ，Ｑm ）
の比較後に得られた最大電荷Ｑ0 に関連する立ち上がり
時間である。
【００５１】上記においては、電子信号の存在のみが考
慮されている半導体材料のケースについて説明した。し
かしながら、上記方法は、たとえ非常に小さいものであ
っても、ホール信号が存在する半導体材料に対しても適
用可能である。この場合には、信号は、第１に、電子の
収集に対応する電子成分と、第２に、ホールの収集に対
応するホール成分とを備えている。電子成分は、例え
ば、通常の区別化またはフィルタリングにより、孤立化
または識別することができる。この場合には、上記ケー
スと同等となり、電子信号のみが存在するのと同等とな
る。電子信号の測定された信号強度Ｑm 、および、測定
された立ち上がり時間τm は、識別され、そしてこれら
の結果は、相関性と比較される。
【００５２】信号雑音比をさらに向上させるために、ま
た、全体信号（電子成分＋ホール成分）の強度、およ
び、電子成分の立ち上がり時間を測定し、そして、これ
らのデータを、全体信号の強度と、全体信号のうちの電
子成分の立ち上がり時間との間において既に確立された
相関性と比較することもできる。この場合には、相関性
は、もはや直線的ではない。しかしながら、既述のよう
に、信号／雑音比が向上する。よって、陰極の近傍にお
いて相互作用が起こった場合に測定されるべき最大全体
電荷が得られる。
【００５３】図３は、γ線スペクトル解析において得ら
れた信号を使用するためのシステムを概略的に示す図で
あって、本発明を具体化し得るものである。図におい
て、符号３０は、実験用照射ベンチを全体的に示してい
る。すなわち、半導体結晶、および、γフォトンの半導
体材料に対する相互作用に応じて信号を検出するよう配
置された電極（陰極および陽極）を全体的に示してい
る。符号３２は、電気信号を読み込んで、増幅して、そ
して成形し得るよう構成されたアセンブリ全体を示して
いる。電気信号の成形時には、検出器の出力時点におい
て得られた信号全体から電子成分を孤立化させるため
に、信号全体のフィルタリングを行うことができる。手
段３４は、入力信号の最大強度あるいはピークを検出す
るための手段である。信号の電子成分が手段３４への入
力として与えられる場合には、電子成分の最大負荷Ｑm
が検出されたときに、手段３４は、出力信号を作ること
になる。この最大電荷および／または対応するデータを
代理する信号は、出力３６において作ることができる。
さらに、選択された信号すなわち電子成分の立ち上がり
時間を測定するために、デバイス３８が、また、設けら
れる。この測定デバイスは、まず立ち上がり開始しきい
値を検出するための手段４０により、そしてピークを検
出するための手段３４により、制御される。これら２つ
の手段３４、４０により出力されるパルスは、時間間隔
を決定する。手段３８は、出力信号、つまり決定された
時間間隔を代理するデータを作る。手段４０は、パルス
または信号を、手段４２に対しても伝達する。手段４２
は、測定シーケンスを初期化し、シーケンスの最後にお
いてピーク検出器３４をゼロにリセットし、新たなシー
ケンスに備える。
【００５４】このデバイスの１つの代替可能な形態にお
いては、信号全体（電子成分＋ホール成分）におけるピ
ークを検出するための手段４４を設けることができる。
この場合、このピーク検出手段４４は、出力４６におい
て、例えば、信号全体の最大強度を代理するような電圧
といったデータを作ることになる。
【００５５】図４に示す図は、本発明の方法を具体化し
たデータ処理システムをさらに詳細に示している。図に
おいて、符号５０は、例えばＣｄＴｅ製検出器のような
半導体製検出器５２に向けてγフォトンを供給する放射
源を示している。他の検出器、特に、半導体をベースと
するようなＩＶタイプ（Ｓｉ、Ｇｅ等）、ＩＩ−ＶＩタ
イプ（ＺｎＳ等）、ＩＩＩ−Ｖタイプ（ＧａＡｓ、Ｉｎ
Ｐ等）、あるいはＩＩ−ＶＩＩタイプ（ＨｇＩ2 等）
を、本発明の範囲内において使用することができる。
【００５６】検出器のバイアスを選択するための手段５
４を、設けることもできる。
【００５７】電荷は、検出器５２をなす半導体材料に対
するγフォトンの相互作用に応じて収集することができ
る。収集された電荷に対応する信号は、例えば、ｅＶ
５０９３型プリアンプのような負荷プリアンプ５６を介
して出力することにより利用される。
【００５８】負荷プリアンプ５６からの出力信号は、ゲ
インを１〜３倍にわたって調節し得る読取プリアンプ５
８へと伝達される。信号極性を調節し得る手段を設ける
こともできる。手段６０は、増幅器とローパスフィルタ
の組合せである。ローパスフィルタは、すべてのＤＣ成
分の通過を阻止する。
【００５９】増幅されかつフィルタリングされた信号
は、その後、ハイパスフィルタ６２に対して入力され
る。このフィルタは、遅い信号、すなわちホールに基づ
く遅い信号成分の通過を阻止する。したがって、出力
は、信号全体のうちの電子成分に対応する信号である。
【００６０】ハイパスフィルタ６２についての時定数
は、ホールの収集時間に比べて非常に短く、かつ、電子
の収集時間に比べてより長くまたは同等であるように選
択される。
【００６１】電子成分のみの時間変化を代理する信号
が、したがって、ピーク検出器６４に対して伝達され
る。ピーク検出器６４の出力側には、信号ピークに向け
ての立ち上がりを識別する立ち上がり識別器６６が接続
されている。立ち上がり識別器においては、例えば、２
Ｎ２８９４型のトランジスタのようなトランジスタが設
けられているとともに、このトランジスタは、信号のピ
ークレベルまでキャパシタを負荷としている。トランジ
スタがキャパシタを負荷としていることを示すコレクタ
抵抗の端子電圧が観測される。信号ピークの通過後に
は、負荷が停止され、コレクタの電位降下がキャンセル
される。
【００６２】識別器６６からの出力時点において得られ
た信号は、信号全体のうちの電子成分の立ち上がり時間
ｔ1 の終端を決定し得る手段６８に対して伝達される。
識別器６６のトランジスタのコレクタ電圧は、比較器に
印加されている。引き続く負荷時においては、すなわち
電子成分の立ち上がり時においては、約２ミリアンペア
の電流が、積分器７０に対する入力として供給される。
積分器の積分能力は、同時に、ハイパスフィルタ６２に
対して一定であるように選択されている。論理信号は、
積分フェイズを制御する。積分器の後段に設けられた増
幅器アダプタ７２は、電子収集時間、すなわち電子成分
の立ち上がり時間の良好な近似をなす高速移動時間に比
例する信号または電圧を出力する。
【００６３】識別器６６の出力信号、あるいは、予備増
幅およびフィルタリングのなされた信号であって手段６
０または６２から取られた信号は、信号立ち上がり開始
しきい値を検出するために、手段７４をトリガーする。
これは、予備増幅およびフィルタリングのなされた信号
を低しきい値と比較することによりなされる。この低し
きい値を超えたときには、積分シーケンスをトリガーし
かつシーケンスの終わりに積分器７０をリセットすると
いう出力信号が、手段７４から手段７６へと伝達され
る。同様に、手段７６は、シーケンスの終了時に、ピー
ク検出器７６に対してリセット信号を伝達する。手段７
６の後段に設けられたアダプタ７８は、同期化信号Ｓy
を生成する。
【００６４】ピーク検出器８０は、増幅器−ローパスフ
ィルタアセンブリ６０の出力側から信号を取り込む。こ
のピーク検出器８０は、検出器６４と同様に構成するこ
とができる。これら検出器６４、８０の各出力側におい
て、アダプタ６５、８１は、信号全体のうちの電子成分
の、あるいは、信号全体自体（電子成分＋ホール成分）
の、強度すなわち電荷を代理する信号を得ることができ
る。
【００６５】図５〜図８は、ＣｄＴｅ検出器の場合に得
られる信号について、電子成分の強度と、立ち上がり時
間との関係を示している。最大強度は、各直線または曲
線として与えられている。さらに、信号強度がγフォト
ンのエネルギーに比例することにより、各曲線は、γフ
ォトンのエネルギーにより構成することができる。
【００６６】図５に示す結果は、０．５μｓのフィルタ
ー定数（フィルター６２）の場合に得られたものであ
る。図６、図７、および、図８においては、この時定数
は、それぞれ、０．２μｓ、０．１μｓ、および、０．
０５μｓとされている。フィルター定数が０．１μｓ以
下である場合には、得られた曲線のいくつかは、回路が
長時間（０．４μｓ以上）にわたって測定できないこと
により、直線とはなっていない。すべての場合におい
て、得られたエネルギーの数値は、近似値（±５％）で
ある。しかしながら、これら相関直線の確立後において
は、半導体検出器に出力側において得られた信号を処理
することができることは明らかである。すなわち、信号
は、電子成分を孤立化させるためにフィルタリングさ
れ、そして、最大強度および電子成分の立ち上がり時間
が測定される。これら２つのパラメータは、対応する強
度−時間曲線上にプロットされ、そして、半導体材料と
相互作用して信号全体を引き起こすγフォトンのエネル
ギーが決定される。
【００６７】したがって、得られたスペクトルを補正す
ることができる。すなわち、半導体材料の内部における
任意位置において半導体材料と相互作用を起こしたγフ
ォトンは、γフォトンの半導体内での軌跡に独立に、独
自のエネルギーを有することになる。この過程の後に、
全体測定電荷、すなわち信号として実際に測定された最
大全体強度は、上記の相関的方法を使用して得られた測
定結果よりも、より小さなエネルギーの測定結果を作り
出すことになる。よって、スペクトル中における対応ピ
ークは、低エネルギー側に広がることになる。
【００６８】ここで、上述のＲｉｃｈｔｅｒ氏による補
正方法と、本発明の方法とを比較する。これら方法は、
２つの異なる引上方法すなわちＴＨＭ（Traveling Heat
erMethod）およびＨＰＢＭ（High Pressure Bridgeman
Method）を使用して引き上げられたＣｄＴｅ材料に対し
て適用される。
【００６９】Ｒｉｃｈｔｅｒ法の場合には、信号全体の
立ち上がり時間をグラフの横軸として、また、信号全体
（電荷全体）の強度をグラフの縦軸として、プロットが
なされる。本発明の方法においては、信号全体のうちの
電子成分の立ち上がり時間が横軸とされ、同じ電子成分
の強度が縦軸とされて、プロットがなされる。すべての
場合において、ポイントの集まりが得られる。すなわ
ち、本発明の方法により得られたポイントは、２つのパ
ラメータ（立ち上がり時間および電荷）に対して直線関
係を示す。これに対して、Ｒｉｃｈｔｅｒ法において
は、ＴＨＭにより得られた材料については、この直線関
係がもっとぼやけており、また、ＨＰＢＭにより得られ
た材料については、この直線関係が存在しない。
【００７０】電子信号成分を使用して検出効率の悪さを
補償することは、多くの応用に対して可能性があり、特
に、原子力診断に可能性がある。半導体をベースとする
γ線カメラ（１００％の検出効率、非常に高いエネルギ
ー解像度）を作るに際しての物理的基準は、非常に厳し
いものであり、既に公知の補正方法は、これら基準を満
足することはできない。要求される検出効率の高さを満
たすには、公知の補正方法を有効に適用し得ない厚い検
出器（約５〜６ｍｍのＣｄＴｅ）を使用する必要があ
る。
【００７１】本発明の場合、直線関係が確率的現象（例
えば、ホールトラッピング）ではなく既知でありかつ一
定であるパラメータ（電子移動度、検出器厚さ、バイア
ス電圧）にのみ依存する限りにおいては、このようなこ
とはない。本発明の場合には、厚い検出器の使用は不利
とはならない。逆に、電子的な観点からは、測定の一層
容易な、より長い立ち上がり時間を測定することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（ａ）は検出デバイスを示す図であり、
図１（ｂ）は理想的なケースについて測定される電荷の
時間変化に対応する信号を示す図であり、そして、図１
（ｃ）は現実的なケースについて測定される電荷の時間
変化が示されている。
【図２】 図２（ａ）は信号全体のうちの電子成分の時
間変化を示しており、図２（ｂ）は測定された立ち上が
り時間と測定電荷との間の相関性を示している。
【図３】 γフォトン検出器から出力されるパルスの処
理システムを示している。
【図４】 本発明を具体化した処理システムをさらに詳
細に示している。
【図５】 立ち上がり時間と測定強度との間の校正曲線
を示している。
【図６】 立ち上がり時間と測定強度との間の校正曲線
を示している。
【図７】 立ち上がり時間と測定強度との間の校正曲線
を示している。
【図８】 立ち上がり時間と測定強度との間の校正曲線
を示している。
【符号の説明】
２ 半導体材料 ８ γフォトン ５２ 半導体検出器 ３８、６８、７０、７２ 検出器により出力される信号
全体のうちの電子成分の立ち上がり時間を代理するデー
タまたは信号を作るための手段 ３４、３６、６４、６５、８０、８１ 検出された電荷
全体、または、電荷全体のうちの電子の収集に起因する
一部、のいずれかを代理するデータまたは信号を作るた
めの手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランソワーズ・マティ フランス・38000・グルノーブル・リュ・ アメデ・モレル・24

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 γフォトン（８）の半導体材料（２）に
    対する相互作用に応じて半導体検出器（５２）により出
    力される信号の時間変化を代理する信号またはデータセ
    ットを使用するための方法であって、 前記検出器により出力される信号の電子成分、すなわ
    ち、信号全体にうちの一成分であって各γフォトンの前
    記半導体材料に対する相互作用に起因する電子の収集に
    対応する成分、の立ち上がり時間を代理する信号または
    データを作ることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 さらに、検出された電荷全体、または、
    電荷全体のうちの電子の収集からくる一部、のいずれか
    を代理するデータまたは信号を作ることを特徴とする請
    求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記検出器により出力される信号の強
    度、または、前記検出器により出力される信号の電子成
    分の強度、のいずれかを代理するデータまたは信号を作
    ることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 各々が半導体検出器により出力される信
    号の時間変化を代理するものでありかつ各々が請求項１
    または２記載の方法において使用されているものである
    多数の信号または多数のデータセットを使用するための
    方法であって、 第１に、電子成分の立ち上がり時間を代理する第１のデ
    ータセットと、第２に、検出された電荷全体または電荷
    全体のうちの電子の収集に基づく一部のいずれかを代理
    する第２のデータセットと、の間の関係または相関性を
    確立することを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 電子の最大電荷、または、前記第１およ
    び第２のデータセットの少なくとも一部に対応する最大
    電荷、を代理するデータまたは信号を決定するまたは作
    ることを特徴とする請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 γ線スペクトロメトリーにおける信号を
    使用するための方法であって、 −測定されるべきγフォトンの半導体材料に対する相互
    作用に応じて半導体検出器により得られた信号の時間変
    化を代理する信号またはデータセットに基づいて、 −前記検出器により出力される信号の電子成分、すなわ
    ち、γフォトンの前記半導体材料に対する相互作用に起
    因する電子の収集に対応する信号成分、の立ち上がり時
    間を代理するデータまたは信号を作り、 −検出された電荷全体、あるいは、電荷全体のうちの電
    子の収集に起因する一部、のいずれかを代理するデータ
    または信号を作り、 −最大電子電荷を、 前記信号の前記電子成分の前記立ち上がり時間、およ
    び、検出された前記電荷全体あるいは前記電荷全体のう
    ちの電子の収集に起因する前記一部における信号または
    データに対して、 請求項４または５において確立された関係または相関性
    を使用して、決定することを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 前記測定電荷は、 −最大電荷、 −該最大電荷に対応する立ち上がり時間、 −および、実際に測定された立ち上がり時間、から出発
    して補正されることを特徴とする請求項６記載の測定方
    法。
  8. 【請求項８】 γフォトン（８）の半導体材料（２）に
    対する相互作用に応じて半導体検出器（５２）により出
    力される信号の時間変化を代理する信号またはデータセ
    ットを使用するためのデバイスであって、 前記検出器により出力される信号全体のうちの電子成
    分、すなわち、各γフォトンの前記半導体材料に対する
    相互作用に起因する電子の収集に対応する信号成分、の
    立ち上がり時間を代理するデータまたは信号を作るため
    の手段（３８、６８、７０、７２）を具備することを特
    徴とするデバイス。
  9. 【請求項９】 さらに、検出された電荷全体、または、
    電荷全体のうち電子の収集に起因する一部、のいずれか
    を代理するデータまたは信号を作るための手段を具備す
    ることを特徴とする請求項８記載のデバイス。
  10. 【請求項１０】 前記信号の電子成分の強度または信号
    全体の強度を代理するデータまたは信号を作るための手
    段を具備することを特徴とする請求項８または９記載の
    デバイス。
  11. 【請求項１１】 各々がγフォトンの半導体材料に対す
    る相互作用に応じて半導体検出器により出力される信号
    の時間変化を代理するものである複数の信号または複数
    のデータセットを使用するためのデバイスであって、 各信号またはデータセットを使用するための請求項８ま
    たは９記載の手段と、 第１に、電子成分の立ち上がり時間を代理する第１のデ
    ータセットと、第２に、検出された電荷全体または電子
    の収集に基づく電荷を代理する第２のデータセットと、
    の間の関係または相関性を確立するための手段とを具備
    することを特徴とするデバイス。
  12. 【請求項１２】 さらに、電子の最大電荷、または、前
    記第１および第２のデータセットの少なくとも一部に対
    応する最大電荷、を代理する信号またはデータを作るた
    めの手段を具備することを特徴とする請求項１１記載の
    デバイス。
  13. 【請求項１３】 測定されるべきγフォトンの半導体材
    料に対する相互作用に応じて半導体検出器により得られ
    た信号の時間変化を代理する信号またはデータセットを
    使用するためのデバイスであって、 −前記検出器により出力される信号の電子成分、すなわ
    ち、γフォトンの前記半導体材料に対する相互作用に起
    因する電子の収集に対応する信号成分、の立ち上がり時
    間を代理するデータまたは信号を作るための手段（３
    ８、６８、７０、７２）と、 −検出された電荷全体、または、電荷全体のうちの電子
    の収集に起因する一部、のいずれかを代理するデータま
    たは信号を作るための手段（３４、３６、６４、６５、
    ８０、８１）と、 −最大電子電荷を、 前記信号の前記電子成分の前記立ち上がり時間、およ
    び、検出された前記電荷全体あるいは前記電荷全体のう
    ちの電子の収集に起因する前記一部における信号または
    データに対して、 請求項１１記載のデバイスを使用して得られた関係また
    は相関性を使用して、決定するための手段とを具備する
    ことを特徴とするデバイス。
  14. 【請求項１４】 さらに、前記測定電荷を、最大電荷、
    該最大電荷に対応する立ち上がり時間、および、実際に
    測定された立ち上がり時間、から出発して補正するため
    の手段を具備することを特徴とする請求項１３記載のデ
    バイス。
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