JPS62151781A - 放射線検出器 - Google Patents

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】 ［発明の技術分野］ 本発明は放射線検出器、特にコンピュータ断層倣形装置
（Ｘ線ＣＴ装置）に用いられる放射線検出器に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 放射線検出器かＸ線源と共に被検体のまわりを回転する
いわゆる第３世代のＸ線ＣＴ装置においては、空間分解
能を高めるために放射線検出器を多数（例えば５１２個
）可能なかぎり密接させて組み立てるようにしている。

またコントラスト分解能を高めるため、これらの放射線
検出器に入射するＸ線の吸収効率をできるだり高める工
夫がなされるのが通常である。

ところで従来より、この種のＸ線検出器としては、高圧
のＸｅガスがＸ線により比例的に電離するという原理、
すなわち、所定の間隔を隔てて平行配置した一対のタン
グステン板間に設定された電界によって＞＜ｅガスの電
離による電荷が収集され、この収集電荷はＸｅガス中に
吸収されたＸ線の数に比例するという原理を用いている
。

このような原理に基づ＜Ｘｅガスを用いた電離Ｎ型放射
線検出器は次に述べるような改善すべき問題点を含んで
いる。以下に掲げたものは、その問題点を列記したもの
である。

■　Ｘ線吸収効率が悪いこと。

■　タングステン板からなる電極に高電圧が印加されて
おり、しかもその電極が撮動するためマイクロッオニツ
ク雑音が発生すること。

■　Ｘｅガスを高圧で封入するため、圧力容器が必要と
なり、形状が大型化し＠最も増ｈｎＬしかもコスト高に
なること。

■　このような放射線検出器では、Ｘｅガスの封入が終
了し、かつ、数百個分すべての組み立てが終了するまで
動作の良否が不明であり、しかも、１個でも不良があれ
ば全体を分解した後、再度組み立て作業を行わなければ
ならない。

上述した■〜■の問題点は固体方式の放射線検出器の採
用により一応の解決を図る事ができる。

この固体方式を採用する場合には、主にシンチレータ素
子とフォトダイオードとを組み会わせたものが用いられ
るのが通常である。しかし、Ｘ線の吸収に伴なってシン
チレータ素子内で発生する光は吸収と散乱とにより、そ
の何割かが減衰しフォトダイオードまで有効に到達しな
い事が多い。

従って、固体方式の放射線検出器においてもシンチレー
タ内で発生した光を有効に取り出すような構造が望まれ
ている。

一方、Ｘ線源が被検体のまわりを回転するいわゆる第４
世代のＸ線ＣＴ装置においては、数十個（例えば２３０
／Ｎ囚）の放射線検出器を円形状に組み立てる。この場
合、実際にはシンチレータ素子とフォトダイオードとを
光学的に透明な接着剤により接合して数十個ごとの検出
器パックを構成し、これらを円形状に組み立てるように
している。

しかし、この場合においても以下に掲げるような改善す
べき問題点を有している。

イ、シンチレータ素子とフォトダイオードとを前記接着
剤により接合する工程は繁雑であり、歩留りが悪くしか
も位置決め精度が悪い。

ロ、シンチレータ素子とフォトダイオードとの光学的結
合状態は周囲の温度変化により、しばしば不均一に変動
すること。

ハ、シンチレータ素子とフォトダイオードとの間に接着
剤が存在するため隣接チャンネル間のクロストークの原
因となること。

二、フォトダイオードは通常単結晶であるため高価であ
る。

ホ、シンチレータ素子内で発生する光が前述した第３世
代のＸ線ＣＴ装置の場合と同様に、吸収と散乱とにより
減衰すること。

へ、上記ホの問題点を解決すべく光反射層を設ける場合
も多いが、この光反射層を均一な厚みで形成することは
困難であり、しばしばフォトダイオードとのピッチずれ
を生じるとともに検出感度のバラツギ及びクロストーク
の原因となること。

ト、光反射層を設けてもその反射率を１００［％］とす
ることは困難であり、依然として光の減衰を伴なうこと
。

上述したイ〜トに掲げたような問題点は、シンチレータ
に数々のＣＶＤ（ｃｈｍｉｃａｌ　　ｖａｐｏｕｒ　　
ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術を用いて、薄膜充電変換素
子を直接密着形成することにより解決することが可能で
ある。しかしながら、この種の検出器構造では、前記薄
膜光電変換素子部分で電荷のリークが発生し易く、この
発生した光電流を効率良く信号として取り出すことがで
きない。

さらに、第１１図に光電変換素子２の等価回路を示すよ
うに、リーク抵抗ＲＪに伴なう並列抵抗Ｒ８ｈが小さく
なり、キャリアの熱的散乱に伴なう熱雑音電流が大きく
なる等の問題があった。

［発明の目的］ 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、発生す
る光電流を信号として高効率で取り出す事が可能な放射
線検出器の提供を目的とする。

［発明の概要］ 上記目的を達成するための本発明の概要は、放射線源か
ら被検体に対して放射線を曝射することにより得られる
放射線透過情報を収集し、これを電気信号に変換する放
射線検出器において、放射線信号を入射しこれを光信号
に変換するシンチレータと、このシンチレータの少なく
とも放射線信号の入射面と対向する面に形成され前記光
信号を電気信号に変換する薄膜型の光電変換素子と、こ
の前記光電変換素子の一部表面に設Ｃブられた絶縁層と
を有することを特徴とするものである。

し発明の実施例］ 以下に本発明の第１の実施例を第１図乃至第５図を参照
して詳細に説明する。

第１図に示す放射線検出器は、シンチレータ１のＸ線入
射面と対向する面に表面障壁型のフォトダイオード２を
直接形成し、かつ、前記フォトダイオード２を形成した
面を除く他の面に光反射層６を形成することにより構成
されている。前記フォトダイオード２はシンチレータ１
に直接接触配置の酸化インジウム錫膜（以下ｒＩＴｏ膜
」という。

）３と、このＩＴＯ膜３上に積層された非晶質シリコン
膜４と、非晶質シリコン膜４上に形成された電極５とを
有する。そして、このフォトダイオード２の露出面（外
周面）には電荷のリークを防止する絶縁層２０が形成さ
れている。前記ＩＴＯｖ３は第３図に示すようにシンチ
レータ１の例えば上面１１まで延在して形成され、この
部分が透明電極１２として機能するようになっている。

そして、この透明電極１２は第４図に示すように基板１
３に多数の放射線検出器を密着配置に組み込んだ状態で
はこの基板１３に予め形成した信号線パターンと接触し
かつ導電性の接着剤で固められてフォトダイオード２で
生じた電気信号を信号線パターンを介して外部に導出す
るようになっている。

尚、前記透明電極１２からの電気信号の取り出しは、基
板１３側に予め添設した細いリード線を介して行なうよ
うにしてもよい。

ここで、前記シンチレータ１の一方の面にフォトダイオ
ード２及び絶縁層２０とを直接形成する工程について説
明する。

第１工程 シンチレータ１の洗浄を行う。この場合、シンチレータ
１が化学的に安定でおれば有機溶剤で洗浄し、また化学
的に不安定でおれば例えば希ガス等のグロー放電場を利
用して洗浄する。

第２工程 シンチレータ１上にスパッタリング法を用いてＩＴＯ膜
３を積層する。

第３工程 ＩＴＯ膜３上にモノシランガス（Ｓ！　Ｈ＝１　）及び
希ガス（例えばＡｒ）を用いたグロー放電分解法による
非晶質シリコン膜４を積層する。

第４工程 非晶質シリコン膜４上に真空蒸着法により電極５を付け
る。

第５工程 フォトダイオード２が形成されている面及び電極面とを
除く他の面に光反射層６を形成する。

第６エ程 前記工程により形成された非晶質シリコン膜４の図示表
面上にプラズマ酸化若しくはプラズマ窒化によりＳｉＯ
２あるいはＳｉ３Ｎ４からなる絶縁層を形成する。この
時、電極５及び他の部分はマスキングを施して絶縁層が
形成されないようにする。

以上の工程により、第１図に示す放射線検出器を構成す
ることができ、この放射線検出器を第５図に示すような
円形配置に多数密着配列することにより、第３世代又は
第４世代用の放射線検出器として用いることかできる。

以上の第１の実施例の説明は表面障壁型のフォトダイオ
ード２をシンチレータ１に形成した場合であったが、第
２図に示すようなＰ−Ｉ−Ｎ接合型のフォトダイオード
２ａをシンチレータ１の一方の面に形成したものを用い
ることができる。

このフォトダイオード２ａの形成工程も前記フォトダイ
オード２の形成工程とほぼ同様でおる。

すなわち、洗浄工程を終了したシンチレータ１の一方の
面にまず金属電極７を５０μ７ｎ程度の幅に、かつ、前
記ＩＴＯ膜３の場合と同様に形成するとともにこの面の
他の領域には前記Ｓ　ｉ　０２のような保護層８を形成
し、次にシランガス、ジボランガス（８２Ｈａ　）及び
希ガスの混合カスを用いたグロー放電分解法によりＰ型
止晶質シリコンＦＪ　９を積層し、ざらに、５ｒｔ−＋
とカス及び希ガスの混合ガスの、グロー放電分解法によ
りＩ型（ノンドープ）シリコン膜を積層し、ざらにフォ
スフインガス（Ｐｆ−ｈ）、シランカス及び希カスの混
合カスを用いたグロー放電分解法によりＮ型非晶貿シリ
コン！Ｉ！１０を積層してＰＩＮ接合を作る。その後は
前述した第４工程〜第６エ程と同様な工程を実施して第
２図に示す放射線検出器を構成する。

尚、この第２図に示す放射線検出器における電気信号の
導出の仕方は第１図に示す放射線検出器の場合と同様で
あり、また、その配列の仕方も第５図に示すようにする
ことはいうまでもない。

第５図に示すように配列された本実施例の放射線検出器
によれば、以下のような特有の作用効果を発揮する。

先ず、第３世代のＸ線ＣＴ装置用の放射線検出器として
数百細円形状に配列した場合には、各放射線検出器に入
射するＸ線は固体素子であるシンチレータ１により光に
変換されるものであり、この場合のＸ線吸収効率は極め
て良好であるとともに発生した光を有効にフォトダイオ
ードに導くことができる。ざらに、このフォトダイオー
ドの外周にＳ　ｉ　０２からなる絶縁層を形成したので
リーク抵抗Ｒ１を大とすることができ、この部分より電
荷がリークすることを防止できるので、発生した光電流
を高効率で信号として外部回路に導出させることかでき
る。ざらに、前記第１１図に示す並列抵抗Ｒｓｈの抵抗
値を増加させることができるのでキャリアの熱的散乱に
共なう熱６４を音電流を防止できる。

又、高電圧を印加するための対向電極が存在しないため
マイクロッオニツク雑音が生じることがない。ざらに、
各放射線検出器はいずれも同一の固体的な構成であるた
め、小型軽伍かつ安価に構成でき全体としても組み立て
や分解保守が容易である。

また、第４世代のＸ線ＣＴ装置用の放射線検出器として
数千細円形状に配列した場合には、従来の放射線検出器
のような接着剤層が存在しないため位置精度の悪化を招
かず、組立て精度が向上を図りつつ製造工程を簡略化で
きるとともに、検出感度の温度依存性のバラツキがすく
なく発生した光を有効にフォトダイオード２に導いて電
気信号に変換することができる。

第２図に示す放射線検出器を用いた場合も同様な作用効
果を発揮する。

次に、本発明の第２の実施例を第６図乃至第１０図を参
照して説明する。尚、第２の実施例において第１の実施
例と同一の機能を有するものには同一の符号を付し、そ
の詳細な説明は省略する。

第６図に示す放射線検出器が第１図に示す放射線検出器
と異なる点は、前記フォトダイオード２と同様なフォト
ダイオード２Ｃをシンチレータ１のＸ線入射面を除く他
の全ての面に直接形成したことでおる。

但し、電気信号を取り出すために第８図に示すようにシ
ンチレータ１の上面の一部に必要最小限の面積を占める
ようなＩＴＯ膜３を露出させ、これを透明電極１２とし
て第１実施例の場合と同様な方法で第９図に示すような
基板１２の信号線パターンに接続している。

本実施例におけるフォトダイオード２Ｇの形成工程は第
１実施例のフォトダイオード２の場合と全く同様である
。

また、この第２実施例の場合にも第７図に示すＰＩ’Ｎ
接合型のフォトダイオード２ｄをシンチレータ１のＸ線
入射面を除く他の全ての面に直接形成したものを用いる
ことができる。この第７図に示す放射線検出器のフォト
ダイオード２ｄの形成工程は第２図に示す放射線検出器
のフォトダイオード２ａの形成工程と同様でおる。尚、
この場合にも金属電極７の一部をこの放射線検出器の表
面に露出させることはいうまでもない。

そして、このフォトダイオード２ｄはその厚さが数μｒ
ｎ程度に形成できるため、シンチレータ１の側面に形成
してもＸ線フォトンを吸収する面積と吸収しない面積と
の比（ｐｈｏｔｏｎ　　ｃａｐｔｕｒｅ　　ｅｆｆｉｃ
ｉｅｎｃｙ）はほとんど変ることはない。

第１０図は第６図に示す放射線検出器を多数円形状に密
接して配置しＸ線ＣＴ装置用の放射線検出器を構成した
状態を示すものである。この場合、各放射線検出器間に
散乱線遮蔽用の薄いの鉛板１４を配置して隣接チＶンネ
ル間における光散乱の影響を防止している。

また、各放射線検出器のＸ　、ｊシ、Ｆ、入射面側にお
いても、フォトダイオード２の部分が露出しないように
光電０［６ａを設けている。第７図に示すＰＮ接合型の
フォトダイオード２ｄを用いた放射線検出器の場合も同
様な配列状態とすることはいうまでもない。

このにうな配列状態で第３世代用及び第４世代用の放射
線検出器を構成した場合にも、それぞれ第１実施例の場
合と同様な作用効果を発揮する。

そして、この第２実施例の放射線検出器の場合、光反射
層６はシンチレータ１のＸ線入射面のみに設ければよく
、その形成工程の簡略化を図ることができる。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなくその
要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

□”　　　　　　例えば、前述した絶縁層の形成工程は
本実施例では最終工程として記載したが、非晶質シリコ
ンを形成した後、電極を形成する前に絶縁層を形成する
ようにしてもよい。尚、この場合においても絶縁Ｈを形
成する曲以外の面にはマスキングを行うようにする。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によると、放射線源から被検
体に対して放射線を曝射することにより得られる放射線
透過情報を収集し、これを電気信号に変換する放射線検
出器において、放射線信号を入射しこれを光信号に変換
するシンチレータと、このシンチレータの少なくとも放
射線信号の入射面と対向する面に形成され前記光信号を
電気信号に変換する薄Ｖ型の光電変換素子と、この前記
光電変換素子の一部表面に設けられた絶縁層とを有する
ことにより、発生する光電流を信号として高効率で取り
出す事が可能であり、熱雑音電流の小ざな放射線検出器
の提供ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における放射線検出器素
子の断面図、第２図は第１の実施例の変形例の断面図、
第３図は第１図に示す放射線検出器素子の一部省略斜視
図、第４図は第１図の実施例の放射線検出器素子を多数
基板に配列した状態を示す断面図、第５図は第１図に示
す実施例の放射線検出器素子を多数円形状に配列した状
態を示す断面図、第６図は本発明の第２実施例における
放射線検出素子の断面図、第７図は第２の実施例の変形
例の断面図、第８図は第６図に示す放射線検出器素子の
一部省略斜視図、第９図は第２の実施例の放射線検出素
子を多数基板に配列した状態を示す斜視図、第１０図は
第２の実施例の放射線検出器素子を多数円形状に配列し
た状態を示す断面図、第１１図はフォトダイオードの等
価回路図である。 １・・・シンチレータ、 ２．２ａ、２ｃ、２ｄ−・・光電変換素子、３・・・Ｉ
ＴＯ膜、４・・・非晶質シリコン膜、５・・・電極、６
・・・光反射層、７金属電極、８・・・保護層、１２透
明電極、１３・・・基板、１４・・・鉛板、２０・・・
絶縁層。 Ｘ′＃炙 ぷ ＸＰ 第　　６　図 第７図 　ａ 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 放射線源から被検体に対して放射線を曝射することによ
   り得られる放射線透過情報を収集し、これを電気信号に
   変換する放射線検出器において、放射線信号を入射しこ
   れを光信号に変換するシンチレータと、このシンチレー
   タの少なくとも放射線信号の入射面と対向する面に形成
   され前記光信号を電気信号に変換する薄膜型の光電変換
   素子と、この光電変換素子の一部表面に設けられた絶縁
   層とを有することを特徴とする放射線検出器。