JPS6320874A - 放射線検出装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、光電吸収効果を利用した放射線検出装置に係
り、特に放射線エネルギーの分析を行ない得る装置に関
する。

（従来の技術） 従来、放射線のエネルギー分析を行う方法としては例え
ば、半導体膜！）１線検出素子を複数個積層して、各検
出素子の出力分布を測定する方法が知られている。複数
個積層された検出素子での族０４線の減衰に伴う各素子
の出力の減衰曲線を求めることにより、入射！ｌｉ射腺
のエネルギーを知ることができる。

しかしこの様な従来技術には次のような問題があった。

半導体放射線検出素子は半導体層内での放射線吸収を利
用するものであるから、実用上十分な検出感度を寿るた
めには例えばシリコンを用いた場合で数層の厚みを必要
とする。このような検出素子を多数個重ねると、装置は
大型になる。

また放射線検出素子を多段に臣ねるためには、各素子の
間に絶縁体や接着剤等を介在させる必要がある。入射放
射線はこれら絶縁体や接着剤によっても減衰するから、
正確な放射線エネルギーの分析が不可能になる。また単
結晶半導体を用いた放射線検出素子は高価であり、それ
ぞれ独立に形成した複数の検出素子を組立てなければな
らないため製造工程も複雑であり、装置形状の選択性も
乏しい。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように従来の放射線エネルギー分析を行う！ｉ５
を置は、小型化が雑しく、高価であり、正確なエネルギ
ー分析も難しく、製造工程も複雑である、といった問題
があった。

本発明はこの様な問題を解決した、放射線エネルギー分
析を可能とした放射線検出装置を提供することを目的と
する。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明にかかる故ｔＡ線検出装置は、金属膜と半導体膜
とが交互に複数層積層形成された構造を有し、かつ複数
層の金属膜は一層おきに共通接続され、残りの複数層の
金属膜はそれぞれ独立の出力端子に接続されていること
を特徴とする。ここで用いる金属膜は光電吸収効果の大
きい金属、好ましくは原子番号３０以上の金属とし、そ
の膜厚は放射線入射虻より生成される光電子の電子飛程
より薄く設定される。

（作用） 本発明にかかる放射線検出ｆｉ置は、敢ＩＸＪ５１入射
による光電効果で金属膜内で高エネルギーの光電子を生
成し、この光電子を半導体膜に入射させて、半導体膜で
電子正孔対を生成する、という動作原理を利用する。金
属膜での光電吸収で入射数ｉｌ線のエネルギーは一部消
滅するが、残りは殆ど減衰することなく半導体膜を透過
して次の金属膜に入射して再び光電吸収により光電子を
生成し、これが次の半導体膜に入射して電子正孔対を生
成する。以下同様にして、金属膜での光電吸収による光
電子の生成と、この金１ｇｌからの光電子による半導体
膜での電子正孔対の生成を繰返す。そしてこの場合、複
数の金属膜を一層おきに共通接続し、残りの複数層の金
属膜はそれぞれ独立の出力端子に接続することによって
、その複数の出力端子には指数関数的に減衰する電気的
出力信号を得ることができる。出力信号の減衰は入射放
射線の主として金属膜での光電吸収によるものであるか
ら、減衰曲線は金属の種類と１９みおよび入射放射線の
エネルギーにより決まる指数関数曲線である。

従って、金８１１の種類および厚みが決まれば、上記の
減衰曲線を基に入射放射線のエネルギーを知ることがで
きる。

本発明では金属の光電吸収を主どして利用するので、こ
の意味で原子番号の大きいもの、特に３０以上の金属を
用いることが好ましい。またこの場合、光電吸収により
生成された光電子が十分なエネルギーをもったまま半導
体膜に入射されることが必要であり、この点で金属膜の
膜厚は光電子の電子飛程より薄いことが必要である。そ
して金属膜と半導体膜を交互に多数積層することにより
、金属膜が順次放射線吸収−電子放出部として、また半
導体層で生成されたキャリアの収集型Ｉとして機能する
ことになる。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は一実施例の放射線検出装置である。

１１は絶縁性基板であり、この実施例では石英ガラス基
板を用いている。この基板１１上に、第１の金属膜とし
てＭ　Ｏ枳１２、半導体膜としてアンドープのアモルフ
ァスＳ　ｉ　（ａ−８ｉ　）摸１３、第２の金属膜とし
てＡｕ膜１４をこの順に積層形成し、以下同様の積層構
造を繰返し形成している。

絶縁性基板１１表面は密着性を高めるため粗面にしてい
る、　Ｍｏｌ　１２１ｔａ−８ｉ　ｖＡｌ　３とオーミ
ック接触し、Ａｕ膜１４はａ−８ｉ摸１３との間にショ
ットキー障壁を形成する。これらＭＯ膜１２およびＡｕ
模１４はスパッタ法や真空蒸着法により形成ざ　る。ま
たａ−３ｉ模１３は、ＳｉＨ４，５ｉ２）−１ｓ等のグ
ロー１１肩分解や光励起分解により形成される。各膜の
膜厚は例えば、Ｍｏ１１２は２μｍ、ａ−３ｉ膜１３は
２５ｕｍ。

Ａｕ膜１４は１μ雇とする。

Ｍｏ股１２は全て共通接続されて端子Ｂとして導出され
ている。ＡＵ膜１４はそれぞ机独立に出力端子Ａｒ　、
　Ａ２　、・・・、ＡＮにＩｌｉされている。

この実施例では出力端子Ａｌ、Ａ２　、・・・、ＡＮは
更にスイッチ１５を介してそれぞれ独立に端子ａｌ　、
　ａ２　、・・・、ａＮに、又は共通に端子ａｆｉに接
続されるようになっている。

このように構成された放ｔｉＡ線検出装置の動作を次に
説明する。いま第１図に示すように、この検出装置の上
部からＸ線が入射する場合を考える。

ｘＩ！ｉ！フォトンはまず最上部のＭ　Ｏ膜１２に入射
するとここでＭＯと相互作用を起こし、主として充電吸
収により高いエネルギーの光電子を生成する。

ＭＯ膜１２の膜厚を生成された光電子の電子飛程との関
係で十分薄く設定しておけば、生成された光電子はこの
Ｍｏ１１２からａ−８ｉ膜１３に放出される。そしてａ
−８ｉ膜１３において、高エネルギーの光電子に励起さ
れて電子正孔対が生成される。Ｍ　Ｏｖｉとの相互作用
で少しエネルギを失ったＸ線は、ａ−３ｉ　１１３内を
殆どエネルギーを失うことなく透過し、次の金属膜であ
るＡｕ膜１４に入射される。このＡｕ膜１４内で先のＭ
Ｏ膜１２内におけると同様に光電吸収により光電子が生
成され、これが次のａ−８ｉｌｌ１１３に入射してここ
で電子正孔対が生成される。このＡｕ１ｍでエネルギー
を少し失ったＸＳＳは更に次のａ−８ｉ膜１３を透過し
て次のＭＯ膜１２に入射される。

以下、同様の振舞いを繰返して、Ｘ線は各金属膜での光
電子生成により次第にエネルギーを失いながら、ａ−８
ｉ膜での電子正孔対に置換されていく。

前述したように、Ａ　ｕ　ＲＱ　１４はａ−８ｉｌ１３
との間にショットキー障壁を形成し、〜１０膜１２はａ
−３ｉ膜１３とオーミック接触をなすから、電気的には
Ａｕ１ＥＪ　１４７ａ−ｓ　ｉ　ｖＡｌ　３−Ｍ０ＩＱ
１２の組が一つのショットキーダイオードを構成、して
いる。従って第１図の放射線検出装置の構成を電気的等
価回路で示すと、第２図のように複数の検出素子を多段
に接続した形になる。そして各ａＮ８ｉ膜１３で生成さ
れた電子正孔対は、第２図に矢印で示したように出力電
流として各出力端子Ａ１．Ａ２　、・・・、ＡＮに取出
されることになる。

第３図は、出力端子Ａ１．Ａ２　、・・・、八Ｎに１９
られる出力電流の特性例を示す。入ｆ：ｉＩ　Ｘ　礫は
前述のように金属膜で吸収されて次第にエネルギーを失
うから、出力電流値は図のような減衰曲線を描く。例え
ば入ｑ４Ｘ線が単一波長の場合、各出力端子の出力信号
を結ぶ曲線は、その波長と全冗漫の種類および！Ｉｉ　
＊　＊ににり特定される指数ｉ！１故曲線曲線る。従っ
てこの曲線から、入射Ｘ：Ｓａのエネルギーを知ること
ができる。

以上のようにこの実施例によれば、単結晶シリコンを用
いた故ｒＪＪ線検出素子を複数個重ねる場合に比べて、
小型で放射線エネルギーの分析を行ない得る検出装置が
得られる。これは本発明での放！）１線検出の原理が従
来の半導体放射線検出素子のそれと基本的に異なり、今
風の光電吸収を利用す菖ものであって、各ａ−３ｉ１［
Ｑは薄いものでよいからである。そしてこの実施例の場
合、単結晶シリコンを用いた放射線検出素子を複数個重
ねる従来例と異なり、接着剤や絶縁体を間に介在させる
ことなく金属とａ−３ｉを積層形成して構成されるから
、無駄な放射線吸収がなく、従って正確に放射線エネル
ギーを知ることができる。製造工程的にも、スパッタ法
やグロー放電分解法等の薄膜形成技術の繰返しであるか
ら簡単であり、大面積化や任意の形状を得ることも容易
である。

本発明は上記実施例に限られるものではなく、以下に列
挙するように種々変形して実施することができる。

（ａ）　　金属膜としては、Ａｕ、ＭＯの他に適当な金
属を用い得る。特に原子番号が３０以上の大きいものが
好ましい。金属膜が異種の金属膜の積ｇ構造であっも良
い。

（ｂ）　　半導体膜はアンド−プロ−８ｉに限らない。

実施例の場合、アンド−プロ−３ｉを用い、これとショ
ットキー障壁を構成するＡｕ膜の組合わせを用いている
が、ｐ型やｎ型のａ−３ｉを用いることもできる。また
ｐｎ、ｐｉｎ、ｐｉ。

ｎｌなどの構造を利用すれば、金属膜はオーミック接触
するものだけとしてもよい。

アモルファス半導体として、Ｓｌの他に３ｅ。

Ｇｅ、　Ｇａなどを用いることもできる。更にアモルフ
ァス半導体は完全なアモルファス相である必要はなく、
アモルファス相と微結晶相の組合わせでもよい。

（Ｃ）　　絶縁性基板は石英ガラスの他、各種ガラス基
板やアルミナ基板、サファイア基板等を用い得る。

（ｄ）　　実施例では、検出素子のアノード電極となる
Ａｕ膜をそれぞれ独立に出力端子として導出して１それ
ぞれの出力信号レベルを測定する場合を説明したが、必
要に応じてこの出力端子を複数個ずつまとめて使用する
こともできる。出力端子数を多くすれば、それだけ減衰
曲線を正確に求めることができるが、各単位検出素子出
力が小さい場合には出力信号レベルの測定精度が低くな
る。

従って入射放射線強度が小さい場合には、出力端子を複
数個ずつまとめて、各測定出力信号を大きくすることが
有効である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、金属の光電吸収効果
とその結果生成される光電子による半導体のキャリア励
起を利用して、小型で安洒に製造できる、エネルギー分
析が可能な放射線検出装置を青ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の放射線検出￥Ａ置を示す図
、第２図はその等圃回路を示す図、第３図は同じく出力
特性を示す図である。 １１・・・絶縁性基板、１２・・・Ｍｏ躾、１３・・・
ａ−８ｉ膜、１４−Ａ　ｕ膜、１５　・・・スイッチ、
Ａｓ　、　Ａ２　、・・・、ＡＮ・・・出力端子、Ｂ・
・・共通端子。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 品１図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属膜と半導体膜が交互に複数層積層形成され、
   複数層の金属膜は一層おきに共通接続され、残りの複数
   層の金属膜はそれぞれ独立の出力端子に接続されている
   ことを特徴とする放射線検出装置。
2. （２）前記金属膜は、その膜厚が光電吸収効果により生
   成される光電子の電子飛程より薄く設定されている特許
   請求の範囲第１項記載の放射線検出装置。
3. （３）前記金属膜は、原子番号３０以上の金属からなる
   特許請求の範囲第１項記載の放射線検出装置。
4. （４）前記半導体膜は、アモルファス半導体からなる特
   許請求の範囲第１項記載の放射線検出装置。
5. （５）前記半導体膜は、真性半導体、ｐ型半導体、ｎ型
   半導体のいずれか又はこれらの組合わせからなる特許請
   求の範囲第１項記載の放射線検出装置。
6. （６）前記金属膜は、異なる種類の金属膜の積層構造か
   らなる特許請求の範囲第１項記載の放射線検出装置。