JPS59122988A - 放射線計測素子 - Google Patents

放射線計測素子

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JPS59122988A
JPS59122988A JP57230153A JP23015382A JPS59122988A JP S59122988 A JPS59122988 A JP S59122988A JP 57230153 A JP57230153 A JP 57230153A JP 23015382 A JP23015382 A JP 23015382A JP S59122988 A JPS59122988 A JP S59122988A
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JP
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film
radiation
scintillator
measuring element
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Shotaro Oka
正太郎 岡
Ryoichi Sawada
沢田 良一
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Shimadzu Corp
Shimazu Seisakusho KK
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Shimadzu Corp
Shimazu Seisakusho KK
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/20Measuring radiation intensity with scintillation detectors
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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】 この発明は、放射線計測素子に関する。さらに詳しくは
、放射線エネルギーを効率良くかつ高空間分解能で検知
でき、さらに集積化、小形化、軽量化及びハイブリッド
化された放射線計測素子に関する。
近年、OT等の放射線を用いた医療機器や各種放射線測
定機器の技術の進歩に伴ない、放射線の強度分布の測定
が重要な課題となっている。かような放射線の強度分布
の測定器としては多数の区画構成された電離箱を組み合
せて各区画ごとの放射線強度を測定するものが知られて
いるが、これらは振動に弱くさらにその構造が複雑でか
つ重く、取扱い上や製造上不利であった。
従って、より小型化、軽量化された分布測定しうる放射
線計測素子が望まれていた。
この点に関し、この発明の発明者らは半導体光検出素子
に注目した。半導体光検出素子は従来可視光の検出素子
として知られているが、放射線に対しても若干の感度を
有する。そしてその感応部分は、半導体光検出素子作製
の際に容易にアレー状に分画形成できるため、強度分布
の測定器としては適切なものと考えられる。しかしなが
ら、かようなアレー型の半導体光検出素子を用いた場合
に得られる放射線測定感度はやはり不充分なものであっ
た。
さらに、上記アレー型半導体光検出素子の測定感度を向
上させるために、その放射線入射面に、通常のシンチレ
ーションカウンターで用いられるような螢光体(シンチ
レータ)層を接着剤で接合させて放射線の一部又は大部
分を半導体光検出素子の感度良好な可視光に変換し、測
定感度を上昇させることも考えられる。しかしこのよう
にアレー型半導体′光検出素子にシンチレータを単に組
合せた場合には、シンチレータからの変換された可視光
はクロスト−キング現象(入射した放射線の入射方向か
ら側方に変換可視光が分散される)によって、入射位置
に対応するフォトダイオードの感応部分に効率良く入射
せず、結局強度分布の測定においては不鮮明となり実用
に供し得ないものであった。また、この点を改善するた
めシンチレータ層に多数の区画板(例えば、重金属板等
)を入れてクロスト−キング現象を防ぐことも考えられ
るが、形成する区画板自体の幅の薄さにも限度があり、
デッドスペースが多く分解能が若干上昇しても全体とし
ての検知効率は不充分であるし、第一、製作上困難を極
め、実用に供し得ないものである。
この発明はかような従来の問題点を解消すべくなされた
ものである。この発明の発明者らは、アレー型半導体光
検出素子に、微細針状区画構造を有するシンチレータ薄
層を形成できる事実を見出し、ざらにこのようなシンチ
レータ薄膜を用いたものは区画板等を用いることなく分
解能が顕著に改善され、さらに放射線計測素子の小型化
、軽量化が可能となる事実を見出しこの発明に到達した
かくしてこの発明によれば、p型(又はn型)半導体基
体の表面に複数のn型(又はp型)半導体領域を分画形
成してなるアレー型半導体光検知素子の上に、電磁波透
過性膜を介して、略垂直状にのびる多数の微細針状区画
構造を有するシンチレータ膜を密着形成してなることを
特徴とする放射線計測素子が提供される。
この発明の最も特徴とする点は、アレー型半導体光検出
素子と特定の構造を有するシンチレータ膜とを組合せた
ことにある。上記特定の構造、すなわち略垂直状にのび
る多数の微細針状区画構造を有するシンチレータ膜は、
X線像強管等の高品質テレビジョン受像管における発光
スクリーンとして用いられることは知られている(特公
昭55−19029号公報参照)が、この発明のごとき
半導体素子に直接組合せたことはそれ自身新規なものと
いえる。
以下、添付図面に従いこ9発明の放射線計測素子につい
て詳説する。
第1図は、この発明の具体例である放射線計測素子(1
)を示す模式的構成説明図である。図において、この発
明の放射線計測素子(1)は、p型半導体基体(2)の
表面にリン、ヒ素等のドーピングにより4つのn型半導
体領域(3)を分画形成してなるアレー型半導体光検出
素子、たとえばフォトダイオードの上に、放射線及び可
視光を良好に透過する厚み約0.1μmの5in=蒸着
膜(4)を介して、厚み約160μmのOsI (TI
)からなるシンチレータ膜(5)を密着形成してなり、
さらにシンチレータ膜(5)の外面を保護すべく、かつ
内部発生螢光を反射すべく全体が、アルミニウム蒸着保
護膜(6)によって被覆されてなる。そして、上記シン
チレータ膜(5)は、アレー型半導体光検出素子に対し
て略垂直状にのびる多数の微細針状区画(511が集積
されたcsI(TJ?)結晶から構成されてなる。なお
アレー型半導体光検出素子の各n型半導体領域はそれぞ
れ放射線計測の別チャンネルと機能すべく構成されてお
り指示計器に接続されている。
上記構成の放射線計測素子(1)において、矢印の方向
に進むX椅等の放射線は、保護膜(6)を透過して内部
に入射する。この際、放射線の一部はシンチレータ膜(
5)を通過してアレー型フォトダイオードに入射し、他
の一部はシンチレータ膜(5)内でシンチレーションに
よって可視光に変換されアレー型半導体光検出素子に入
射するため、アレー型半導体光検出素子においては放射
線及び変換可視光の両方について検知することとなる。
従って、シンチレータ膜を有していないものに比して検
知効率は改善されている。
さらにシンチレータ膜(5)は、略垂直状にのびる多数
の微細針状区画151)からなるため、シンチレーショ
ンによって生ずる可視光は、第2図に示すごとくその区
画内で反射されつつ入射方向に対応する半導体光検出素
子の感応部分(例えは、n型半導体領域)に効率良く導
びかれ、クロスト−キング現象を生ずることもない。従
って、フォトダイオードの感応部分間の干渉もほとんど
生じることなく分解能の優れた放射線強度の分布が測定
されしてはpn接合型のものを用いたがPIN接合型で
も、金属−半導体接触を利用したいわゆる表面障壁型の
ものでもよい。半導体もシリコンに限らず、ゲルマニウ
ム、各種の化合物半導体等の他の材料濃度をできるだけ
少なくL、pn接合付近に生じる空乏層をできるだけ厚
くするものが好ましい。
上記アレー型半導体光検出素子の一ヒにシンチレータ膜
が密着形成される。
この発明のシンチレータ膜の材質としては、通常のシン
チレーションカウンターに用いられる無機シンチレータ
、例えば、NaI (Tff) 、OsI (Tl)、
KI (’11’)、7nS (Ou)、CdWO4等
が挙げられ、場合によっては有機シンチレータを用いて
もよい。
この発明の特定構造のシンチレータ膜は、例えば、半導
体光検出素子の表面に、放射線や可視光を透過しうるs
 iOz膜のような電磁波透過性膜を蒸着等で形成した
後、この上に所望のシンチレータを加熱状態で蒸着形成
して造膜し、そののち自然冷却させて5102膜の熱膨
張率とシンチレータ膜のそれとの差によって垂直方向の
亀裂を生じせしめることにより得られる。より具体的に
は、例えば0.1〜1μm程度の薄い5iOsfflを
形成させた電磁波検知ダイオードを予め200°Cに加
熱して右き、これを真空下で200°C4こ保持しつつ
厚み20〜500μm程度のシンチレータ膜を蒸着によ
って形成させ、その後、自然冷却することにより、幅5
〜20μm程度の多数の微細針状区画構造を亀裂によっ
て生じせしめることにより得られる。
この発明の上記シンチレータ膜の外面は通常、湿気等の
影響を防ぐための前記のような保護膜を形成させること
が好ましいが、この保護膜としては被測定放射線を透過
しうるちのが必要であり、さらに外部からの可視光を反
射する膜を用いるのが放射線の測定誤差を減少できる点
より好ましい。
また、別の観点から該保護膜は、シンチレータ膜内での
シンチレーションによる変換可視晃′〆部への散乱を防
止すべく可視光反−射性のものを用(Xるのが好望しい
かような点から、シンチレータ膜の外面には、前記のご
ときアルミニウムのような低密度金属の蒸着薄膜を形成
させるのが最も好ましい。
なお、放射線計測に当って、放射線の照射面は、通常第
1図矢印の如くシンチレータ膜側とされるが、逆に半導
体光検出素子の底面側に設定してもよく、同様な放射線
計測を行なうことができる。
以上述べた如く、この発明の放射線計測素子+i、アレ
ー型半導体光検出素子と特定の構造のシンチレータ膜を
組合せているため、°放射線検知効率も改善され、分解
能も優れたものである。さら番こ従来のシンチレーショ
ンカウンターのよ引こ1.5〜3mのシンチレータ層を
必要とせずかつ半導体素子と一体に形成されているため
、小型、軽量であり製造、取り扱い上も便利である。そ
してアレー型電磁波検知ダイオードのアレーはリソグラ
フィーで容易に分画形成できかつ多数形成できこれによ
り分解能を適宜上昇させることができる。従って高い空
間分解能を必要とするOT 、 X線イメージ検出器等
の放射線の強度分布の測定における計測素子として極め
て有用なものである。
以下、この発明を実施例により説明する。
実施例1 第1図に示すような微細針状区画構造の0sI(T11
)シンチレータ膜(160μm厚)を形成したこの発明
の放射線計測器を用いて種々のエネルギーのX線の計測
を行ないそのチャンネル当りの出力を調べた。なお、ミ
ンチレータ膜を形成していない同様なフォトダイオード
についても出力を調べ比較を行なった。
その結果を第3図に示す。図においてAはこの発明の放
射線計測器による出力を示し、BはC5工(’l’l結
晶接合前の出力(比較例)を示す。また第3図のデータ
を基にした出力比(A/B)の変化を第4図に示す。
これらの図に示されるように、X線管法i[Ev= 5
0 kVでの出力はシンチレータ膜を有してぃflイも
のに比しテ1.35倍、V = 100 kV テは2
.8倍となっており、放射線検知、効率の向上に基づく
感度の上昇が認められ、ことに硬X線において顕著な感
度上昇が見られる。
実施例2 放射線検知部間すなわちフォトダイオードのアレーの隣
接エレメント間の干渉を調べた。まず、第5図のごとく
、間隔0.3闘の2つのn型半導体領域(3a)(3b
)間の干渉を調べるべく4闘厚の鉛板(8)を約1鰭の
間隔で放射線受光面に位置して遮断し、その遮断位置を
C及びDに設定して遮断されたn型半導体領域(3a)
に対する遮断効果を測定器(7)で測定し、シンチレー
タ膜内でのクロスト−キング現象の程度を調べた。その
結果、いずれの遮断状態においてもn型半導体領域(3
a)への影響はほとんど見られず、シンチレータ膜内で
のクロスト−キング現象はほとんど見られないことが判
明した。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の放射線計測素子の具体例を示す模
式的構成説明図、第2図は第1図の要部拡大図、第3図
及び第4図は、この発明の放射線計測素子による放射線
検知出力を比峻例と共に示すグラフ、第5図はこの発明
の放射線計測素子に8けるシンチレータ膜の効果の測定
方法を例示する模式的構成説明図である。 (1)・・・放射線計測素子、(2)・・・p型半導体
基体、(3)、(3a)、(3b)−n型半導体領域、
f41− S iOB蒸着膜、  (5)・・シンチレ
ータ膜、61)・・微細針状区画、 (6)・保護膜、
(7)・・測定器、    (8)−鉛板。 代理人 弁理士  野 河信天部 第1図 第3図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)p型(又はn型)半導体基体の表面に複数のn型
    (又はp型)半導体領域を分画形成してなるアレー型半
    導体光検知素子の上に、電磁波透過性膜を介して、略垂
    直状にのびる多数の微細針状区画構造を有するシンチレ
    ータ膜を密着形成してなることを特徴とする放射線計測
    素子。
  2. (2)  シンチレータ膜の外面に、被測定放射線を透
    過しうる保護膜が被覆形成されてなる特許請求の範囲第
    1項記載の計測素子。
  3. (3)  シンチレータ膜の外曲に、シンチレーション
    による可視光を反射しつる保護膜が被覆形成されてなる
    特許請求の範囲第1項又は第2項記載の計測素子。
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