JPS63224253A - 軟ｘ線撮像素子 - Google Patents
軟ｘ線撮像素子Info
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- JPS63224253A JPS63224253A JP62057194A JP5719487A JPS63224253A JP S63224253 A JPS63224253 A JP S63224253A JP 62057194 A JP62057194 A JP 62057194A JP 5719487 A JP5719487 A JP 5719487A JP S63224253 A JPS63224253 A JP S63224253A
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Landscapes
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- Light Receiving Elements (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は半導体型放射線検出器に関し、特に軟Ｘ線像
を電気的に直接撮像する固体撮像素子に関する。
を電気的に直接撮像する固体撮像素子に関する。
〈従来の技術〉
微少な検出子をマトリックス状に配列し、各検出子の光
電流を順次読み出すことにより撮像を行う固体撮像素子
は半導体メーカー各社から市阪されて居り、軽量、小型
、長寿命など数々の特徴があるためビデオカメラ等に従
来の撮像管に代って広く使用される様になってきた。
電流を順次読み出すことにより撮像を行う固体撮像素子
は半導体メーカー各社から市阪されて居り、軽量、小型
、長寿命など数々の特徴があるためビデオカメラ等に従
来の撮像管に代って広く使用される様になってきた。
この固体撮像素子は、検出子を半導体型放射線検出器と
して動作させることにより軟Ｘ線用撮像素子として利用
することができる。（たとえば、１、ｏｕｉｓ Ｎ、に
ｏｐｐｅｌ Ｄｉｒｃｔ ５ｏｆｔ ｘ−ｒａｙ ｒ
ｅｓｐｏｎｓｅｏｆ ａ ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｅｌ
ｅｄ ｉｍａｇｅ ５ｅｎｓｏｒ″ Ｒｅｖ。
して動作させることにより軟Ｘ線用撮像素子として利用
することができる。（たとえば、１、ｏｕｉｓ Ｎ、に
ｏｐｐｅｌ Ｄｉｒｃｔ ５ｏｆｔ ｘ−ｒａｙ ｒ
ｅｓｐｏｎｓｅｏｆ ａ ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｅｌ
ｅｄ ｉｍａｇｅ ５ｅｎｓｏｒ″ Ｒｅｖ。
Ｓｃｉ、Ｉｎｓｔｒｕｍ、、Ｖｏｌ、４８．Ｎｏ、６．
ｐ６６９（１９７７）） 。
ｐ６６９（１９７７）） 。
〈発明が解決しようとする問題点〉
このように固体撮像素子により軟ｘｌｌ像の撮像なする
ことができたが、その分光感度特性は検出子の構造によ
り決まる特定のものとなり、いわば白黒画面しか見るこ
とができない。これでは撮像した軟Ｘ線が有する情報の
一部しか得られない。
ことができたが、その分光感度特性は検出子の構造によ
り決まる特定のものとなり、いわば白黒画面しか見るこ
とができない。これでは撮像した軟Ｘ線が有する情報の
一部しか得られない。
即ち、空間分解能はあっても波長分解能がないのである
。これかもし、空間分解能と波長分解能の両方を有する
素子が出来れば、軟Ｘ線計測において得られる情報量は
飛躍的に増加する。本発明が解決しようとする問題点は
ここにある。
。これかもし、空間分解能と波長分解能の両方を有する
素子が出来れば、軟Ｘ線計測において得られる情報量は
飛躍的に増加する。本発明が解決しようとする問題点は
ここにある。
〈問題点を解決するための手段〉
そこで本発明は軟Ｘ線撮像素子として、表面吸酸層とデ
プレションレイヤを有し、相互に分光感度特性が異なる
複数の検出子を一組とし、その複数組を集積したことを
特徴とする。異なった分光感度特性を持った検出子を製
造する方法は、以下に述べるように我々が行なった実験
、計算、解析の結果に基づく。
プレションレイヤを有し、相互に分光感度特性が異なる
複数の検出子を一組とし、その複数組を集積したことを
特徴とする。異なった分光感度特性を持った検出子を製
造する方法は、以下に述べるように我々が行なった実験
、計算、解析の結果に基づく。
まず従来の固体撮像素子の軟Ｘ線領域における分光感度
特性がどのようなものになるかを考えてみる。これは表
面吸収層での損失とデプレションレイヤでの変換効率の
積になるものと予想され、この損失と炙換効率はそれぞ
れの材料のＸ線吸収係数と厚さの指数関数として求めら
れるものと考えられる。この計算方法が現実的な素子の
寸法領域において妥当なものであることを、実験結果と
比較して確かめた。この計算方法に拠れば、たとえば検
出子の表面吸収層の材料がシリコン及び酸化シリコン、
厚さ２４ｍであり、デプレションレイヤは材料がシリコ
ン、厚さ５４ｍのものを製作すれば、その分光感度特性
は第５図のようになる０次にこの特性について解析する
。その結果、第５図中の工で示した光子エネルギーが低
い側（すなわちＸ線波長の長い側）では光子エネルギー
が低くなるにつれて表面吸収層の吸収率が増加し、軟Ｘ
線の光子が表面吸収層を透過してデプレションレイヤに
おいて光電変換される割合が低下し、又、第５図中の■
で示した光子エネルギーが高い側（すなわちＸ線波長の
短い側）では光子エネルギーの増加に伴いデプレション
レイヤーｃ光電変換されずに貫通してしまう光子の割合
が増加するという特性を有するということが明らかにな
った。
特性がどのようなものになるかを考えてみる。これは表
面吸収層での損失とデプレションレイヤでの変換効率の
積になるものと予想され、この損失と炙換効率はそれぞ
れの材料のＸ線吸収係数と厚さの指数関数として求めら
れるものと考えられる。この計算方法が現実的な素子の
寸法領域において妥当なものであることを、実験結果と
比較して確かめた。この計算方法に拠れば、たとえば検
出子の表面吸収層の材料がシリコン及び酸化シリコン、
厚さ２４ｍであり、デプレションレイヤは材料がシリコ
ン、厚さ５４ｍのものを製作すれば、その分光感度特性
は第５図のようになる０次にこの特性について解析する
。その結果、第５図中の工で示した光子エネルギーが低
い側（すなわちＸ線波長の長い側）では光子エネルギー
が低くなるにつれて表面吸収層の吸収率が増加し、軟Ｘ
線の光子が表面吸収層を透過してデプレションレイヤに
おいて光電変換される割合が低下し、又、第５図中の■
で示した光子エネルギーが高い側（すなわちＸ線波長の
短い側）では光子エネルギーの増加に伴いデプレション
レイヤーｃ光電変換されずに貫通してしまう光子の割合
が増加するという特性を有するということが明らかにな
った。
本発明では以上の知見に基づき、さらにＸ線吸収係数は
Ｘ線波長により変化しその変化の仕方と値は材料により
固有のものであることを利用して、相互に分光感度特性
の異なった検出子を得ることを特徴とし、こうして得ら
れた相互に分光感度特性の異なった複数の検出子を一組
とし、その複数組を集積したことを特徴とする。具体的
には表面吸収層の材料を変えるか、厚さを変えるか、デ
プレションレイヤの材料を変えるか、厚さを変えるか、
さらには表面吸収層の上に新たな吸収層を表層として作
るか、あるいは以上の内のいくつか若しくは全てを組合
わせることにより、相互に分光感度特性を異ならせた複
数の検出子を一組とし、その複数組を集積することによ
り波長分解能と空間分解能を共に有することを達成する
。
Ｘ線波長により変化しその変化の仕方と値は材料により
固有のものであることを利用して、相互に分光感度特性
の異なった検出子を得ることを特徴とし、こうして得ら
れた相互に分光感度特性の異なった複数の検出子を一組
とし、その複数組を集積したことを特徴とする。具体的
には表面吸収層の材料を変えるか、厚さを変えるか、デ
プレションレイヤの材料を変えるか、厚さを変えるか、
さらには表面吸収層の上に新たな吸収層を表層として作
るか、あるいは以上の内のいくつか若しくは全てを組合
わせることにより、相互に分光感度特性を異ならせた複
数の検出子を一組とし、その複数組を集積することによ
り波長分解能と空間分解能を共に有することを達成する
。
く作 用〉
前述の手段により作製した各検出子の分光感度特性は計
算によって求められるので、測定対象に最適な検出子の
組合わせを設計することができる。この複数組を集積し
た素子は軟Ｘ線に対する波長分解能と、空間分解能をと
もに有するものとなる。即ち、撮像した軟Ｘ線像をいわ
ばカラー画面で見ることができる。
算によって求められるので、測定対象に最適な検出子の
組合わせを設計することができる。この複数組を集積し
た素子は軟Ｘ線に対する波長分解能と、空間分解能をと
もに有するものとなる。即ち、撮像した軟Ｘ線像をいわ
ばカラー画面で見ることができる。
〈実 施 例〉
第３図は本発明の第１実施例を示すもので、可視光のよ
うに３つのスペクトルに分解するため、相互に分光感度
特性が異なる隣接した３つの検出子１，２．３を一組と
し、その複数組を集積したものである。各検出子の分光
感度を相互に異ならせる手段としては表面吸収層の上に
表層を設け、その表層の材料や厚さを変化させることに
よっている。
うに３つのスペクトルに分解するため、相互に分光感度
特性が異なる隣接した３つの検出子１，２．３を一組と
し、その複数組を集積したものである。各検出子の分光
感度を相互に異ならせる手段としては表面吸収層の上に
表層を設け、その表層の材料や厚さを変化させることに
よっている。
各検出子１，２．３はシリコン（Ｓｉ）からなる厚さ５
ｐｍのデプレションレイヤＡと、その上に層着した酸化
シリコン（Ｓｉ０２）からなる厚さ２ｐＬｍの表面吸収
層Ｂを有する。そして検出子１はその表面吸収層上に厚
さ１５ｇｍのベリリウム（原子番号４）の表層Ｃ１を有
し、又、検出子２はその表面吸収層上に厚さ１５ｇｍの
チタン（原子番号２２）これによって各−組の検出子１
，２．３の分光感度特性は第４図に示す様に相互に異な
り、軟Ｘ線に対する波長分解能と空間分解能をともに有
する。
ｐｍのデプレションレイヤＡと、その上に層着した酸化
シリコン（Ｓｉ０２）からなる厚さ２ｐＬｍの表面吸収
層Ｂを有する。そして検出子１はその表面吸収層上に厚
さ１５ｇｍのベリリウム（原子番号４）の表層Ｃ１を有
し、又、検出子２はその表面吸収層上に厚さ１５ｇｍの
チタン（原子番号２２）これによって各−組の検出子１
，２．３の分光感度特性は第４図に示す様に相互に異な
り、軟Ｘ線に対する波長分解能と空間分解能をともに有
する。
従って、上記検出子１，２．３を一組とし、これを複数
組集積して軟Ｘ線撮像素子を構成し、これで軟Ｘ線像を
撮像すると、それぞれの波長領域における軟Ｘ線の空間
強度分布を得ることができ、撮像した軟Ｘ線像が有する
スペクトル情報を得ることが可能となる。また得られた
像をカラーモニター上に写し出すことは、軟Ｘ線像の有
するスペクトル情報を直感的に理解する場合に大いに有
用である。
組集積して軟Ｘ線撮像素子を構成し、これで軟Ｘ線像を
撮像すると、それぞれの波長領域における軟Ｘ線の空間
強度分布を得ることができ、撮像した軟Ｘ線像が有する
スペクトル情報を得ることが可能となる。また得られた
像をカラーモニター上に写し出すことは、軟Ｘ線像の有
するスペクトル情報を直感的に理解する場合に大いに有
用である。
勿論、表層ＣＩ ＋ ０２ ＋ ｃ３の材料は上記した
ベリリウム、チタン、亜鉛に限定されず、又、厚さも上
記に限定されるものではない、材料と厚さは観測したい
波長領域に適合するよう自由に選定すればよいのであっ
て、その組合わせはそれぞれの材料に固有のＸ線吸収係
数を基に最適なものを計算によって求めることができる
。
ベリリウム、チタン、亜鉛に限定されず、又、厚さも上
記に限定されるものではない、材料と厚さは観測したい
波長領域に適合するよう自由に選定すればよいのであっ
て、その組合わせはそれぞれの材料に固有のＸ線吸収係
数を基に最適なものを計算によって求めることができる
。
上記第１実施例は最も単純であるが、選択できる波長は
一組の検出子の表面吸収層上の表層に用いる材料の原子
番号によって決まるため任意の波長が選択できないと共
に、その波長選択特性も可視のカラーフィルタの様に優
れたものは得にくい。
一組の検出子の表面吸収層上の表層に用いる材料の原子
番号によって決まるため任意の波長が選択できないと共
に、その波長選択特性も可視のカラーフィルタの様に優
れたものは得にくい。
このため−組を構成する複数の検出子の表面吸収層上の
表層だけでなく、表面吸収層そのものの厚さや材料を変
えたり、その各検出子のデプレションレイヤの材料や厚
さを変え、その複数個を集結するのが好ましい。例えば
第１実施例と同様に可視光のように三つのスペクトルに
分解するのであれば、隣あった一組３個の検出子の表面
吸収層や、デプレションレイヤを別々の材料にして厚さ
を一定にするか、同じ材料にして厚さを変えるか、材料
と厚さの両方ともを変えるか、一部が同じ材料の場合に
その厚さを変えるか、一部が同じ厚さの場合にその材料
を変えるかするのである。
表層だけでなく、表面吸収層そのものの厚さや材料を変
えたり、その各検出子のデプレションレイヤの材料や厚
さを変え、その複数個を集結するのが好ましい。例えば
第１実施例と同様に可視光のように三つのスペクトルに
分解するのであれば、隣あった一組３個の検出子の表面
吸収層や、デプレションレイヤを別々の材料にして厚さ
を一定にするか、同じ材料にして厚さを変えるか、材料
と厚さの両方ともを変えるか、一部が同じ材料の場合に
その厚さを変えるか、一部が同じ厚さの場合にその材料
を変えるかするのである。
しかしながら素子の構造上、異なった材料でデプレショ
ンレイヤを作ることは技術的に困難なため第１図の第２
実施例では一組３個の検出子４゜５．６の各デプレショ
ンレイヤＥは同じシリコン（Ｓｉ） 、各表面吸収層Ｆ
は同じ酸化シリコン（ＳｉＯｚ） 、表面吸収層の表層
Ｇは同じベリリウムとし、各デプレションレイヤＥと、
表面吸収層Ｆの厚さを夫々変化させである０本実施例に
おいては各検出子のデプレションレイヤＥと表面吸収層
Ｆの厚さは、検出子４がともにＩｇｍ、検出子５がとも
に１０ｐｍ、検出子６がともに５０ｇｍであり、各検出
子の表面吸収層の表層であるベリリウムの厚さは３０ル
ｍである。
ンレイヤを作ることは技術的に困難なため第１図の第２
実施例では一組３個の検出子４゜５．６の各デプレショ
ンレイヤＥは同じシリコン（Ｓｉ） 、各表面吸収層Ｆ
は同じ酸化シリコン（ＳｉＯｚ） 、表面吸収層の表層
Ｇは同じベリリウムとし、各デプレションレイヤＥと、
表面吸収層Ｆの厚さを夫々変化させである０本実施例に
おいては各検出子のデプレションレイヤＥと表面吸収層
Ｆの厚さは、検出子４がともにＩｇｍ、検出子５がとも
に１０ｐｍ、検出子６がともに５０ｇｍであり、各検出
子の表面吸収層の表層であるベリリウムの厚さは３０ル
ｍである。
これによりこの第２実施例の各−組の検出子４．５．６
の分光感度特性は第２図に示す様に相互に異なり、軟ｘ
１ａに対する波長分解能と、空間分解能をともに有する
。
の分光感度特性は第２図に示す様に相互に異なり、軟ｘ
１ａに対する波長分解能と、空間分解能をともに有する
。
従って、上記検出子４，５．６を一組とし、これを複数
組集積して軟Ｘ線撮像素子を構成し、これで軟Ｘ線像を
撮像すると、第１実施例と同様にスペクトル情報を得る
ことができる。
組集積して軟Ｘ線撮像素子を構成し、これで軟Ｘ線像を
撮像すると、第１実施例と同様にスペクトル情報を得る
ことができる。
上記第２実施例では検出子４，５．６のデプレションレ
イヤの厚さを物理的に変化させであるが、デプレション
レイヤの厚さを変化させる方法としては、その他にイオ
ンドーピング密度を変えるとか、デプレションレイヤに
印加する電圧を変化させる等の方法により、等債的に変
化させることもできるので、その様にして等債的に厚さ
を変化させてもよい。
イヤの厚さを物理的に変化させであるが、デプレション
レイヤの厚さを変化させる方法としては、その他にイオ
ンドーピング密度を変えるとか、デプレションレイヤに
印加する電圧を変化させる等の方法により、等債的に変
化させることもできるので、その様にして等債的に厚さ
を変化させてもよい。
〈発明の効果〉
本発明の軟Ｘ線撮像素子を用いることにより、従来では
考えられなかった種々の測定が可能になるが、その−例
として超高温物体の温度測定を述べる。
考えられなかった種々の測定が可能になるが、その−例
として超高温物体の温度測定を述べる。
一般に１手刀度といった超高温物体の温度をじかに測定
することは不可能である。しかし、本発明の軟Ｘ線撮像
素子を用い、上記物体が輻射する軟Ｘ線を測定すると、
各波長領域にどの程度の輻射強度があるかにより直ちに
その物体の温度を求めることができ、その上、空間分解
能があるために物体のどの部分の温度が特に高くなって
いるのかといったことまでも判明する。しかも、その変
化を時々刻々とモニターテレビの画面で観察することも
できる。
することは不可能である。しかし、本発明の軟Ｘ線撮像
素子を用い、上記物体が輻射する軟Ｘ線を測定すると、
各波長領域にどの程度の輻射強度があるかにより直ちに
その物体の温度を求めることができ、その上、空間分解
能があるために物体のどの部分の温度が特に高くなって
いるのかといったことまでも判明する。しかも、その変
化を時々刻々とモニターテレビの画面で観察することも
できる。
このように本発明は、これまで不可能であった測定を可
能にし、新しい測定方法を生み出す効果がある。
能にし、新しい測定方法を生み出す効果がある。
第１図は本発明の素子の一実施例の集積した一部の断面
の概念図、第２図は第１図の素子の分光感度特性図、第
３図は本発明の素子の他の一実施例の集積した一部の概
念図、第４図は第３図の素子の分光感度特性図、第５図
は従来の固体撮像素子の分光感度特性図である。 図中、１，２．３及び４，５．６は夫々素子を構成する
一組の検出子を示す。 特許出願人 工業技術院長飯塚幸三
の概念図、第２図は第１図の素子の分光感度特性図、第
３図は本発明の素子の他の一実施例の集積した一部の概
念図、第４図は第３図の素子の分光感度特性図、第５図
は従来の固体撮像素子の分光感度特性図である。 図中、１，２．３及び４，５．６は夫々素子を構成する
一組の検出子を示す。 特許出願人 工業技術院長飯塚幸三
Claims (1)
- 半導体型放射線検出器であって、表面吸収層とデプレシ
ョンレイヤを有し、相互に分光感度特性が異なる複数の
検出子を一組とし、その複数組を集積したことを特徴と
する軟Ｘ線撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62057194A JPH065719B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 軟ｘ線撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62057194A JPH065719B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 軟ｘ線撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63224253A true JPS63224253A (ja) | 1988-09-19 |
| JPH065719B2 JPH065719B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=13048675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62057194A Expired - Lifetime JPH065719B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 軟ｘ線撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065719B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5352897A (en) * | 1992-03-16 | 1994-10-04 | Olympus Optical Co., Ltd. | Device for detecting X-rays |
| US5753920A (en) * | 1995-07-26 | 1998-05-19 | California Institute Of Technology | Integrated charge monitor |
| WO2000005876A1 (en) * | 1998-07-23 | 2000-02-03 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | X-ray examination apparatus with a high-resolution image sensor |
| WO2011089398A3 (en) * | 2010-01-22 | 2012-01-05 | The Secretary Of State For Defence | Improved epitaxial layer of an imager device for the detection of two different frequency ranges |
| JP2016524702A (ja) * | 2013-05-16 | 2016-08-18 | アイベックス イノベーションズ リミテッドＩＢＥＸ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ Ｌｔｄ | Ｘ線検出装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6097681A (ja) * | 1983-10-31 | 1985-05-31 | Matsushita Electric Works Ltd | モノリシツク集積回路 |
-
1987
- 1987-03-12 JP JP62057194A patent/JPH065719B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH065719B2 (ja) | 1994-01-19 |
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