WO2006115249A1 - ガス電子増幅器、その製造方法及びガス電子増幅器を使用した放射線検出器 - Google Patents

ガス電子増幅器、その製造方法及びガス電子増幅器を使用した放射線検出器 Download PDF

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gas
electronic amplifier
insulating layer
electrode
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PCT/JP2006/308584
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Inventor
Hideki Hamagaki
Toru Tamagawa
Ryoichi Motoda
Original Assignee
The University Of Tokyo
Riken
Scienergy Co., Ltd.
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/02—Ionisation chambers

Definitions

  • Gas electronic amplifier method of manufacturing the same, and radiation detection using the gas electronic amplifier
  • the present invention relates to a gas electronic amplifier, a manufacturing method thereof, and an improvement of a radiation detector using the gas electronic amplifier.
  • a gas electron amplifier (abbreviated as GEM) has been used as a device for detecting ionizing radiation such as charged particles, gamma rays, X-rays, neutrons or ultraviolet light.
  • GEM gas electron amplifier
  • the gas electronic amplifier performs electron amplification by the avalanche effect to detect the radiation.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view of a schematic configuration example of a radiation detector using a conventional gas electronic amplifier.
  • a plate-like multilayer body 10 is arranged between a drift electrode 100 and a collection electrode 102.
  • the plate-like multilayer body 10 functions as a gas electronic amplifier that performs charge multiplication by the avalanche effect, and a planar electrode layer 14 covered on both sides of the plate-like insulating layer 12 and the plate-like insulating layer 12. It consists of 16 and.
  • the plate-like multilayer body 10 is formed with a plurality of through-hole structures 18 for bundling electric fields.
  • a predetermined detection gas is filled in the chamber 104 that accommodates these components.
  • An electric field E is generated between the pole 102 and the electrode 102. As shown in Figure 7, inside the through-hole structure 18
  • the avalanche effect is produced by the convergence of the electric field E and acceleration of the electrons that have entered the field.
  • JP 2001-508935 A and JP 2005-32634 A also disclose examples of gas electronic amplifiers.
  • the protruding portion 24 exists on the inner wall of the through-hole structure 18 formed in the plate-like multilayer body 10 used in the gas electronic amplifier. .
  • the protrusion 24 causes a taper on the inner wall of the through-hole structure 18, and positive ions accumulate on the tapered surface as the operation time of the gas electronic amplifier elapses. For this reason, if the operation of the gas electronic amplifier is continued for a certain period of time, the charge charged in the deposit is irregularly discharged, and the operation of the gas electronic amplifier becomes unstable and may be damaged. It was.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to use a gas electronic amplifier that operates stably even if the operation is continued for a long time, a manufacturing method thereof, and a gas electronic amplifier. It is to provide a radiation detector.
  • the present invention provides a gas electronic amplifier, which is a chamber filled with a detection gas, and is housed in the chamber, and includes both a plate-like insulating layer and the plate-like insulating layer.
  • a plate-like multilayer body constituted by a planar electrode layer coated on the surface, and a through-hole structure provided on the plate-like multilayer body and having an inner wall perpendicular to the plane of the electrode layer.
  • the inner wall of the tube structure has a surface roughness of 4 m or less, and the height force of the protrusion that causes the inner wall to taper is 15% or less with respect to the thickness of the plate-like insulating layer. It is preferred that there be.
  • the present invention is a radiation detector using the gas electronic amplifier.
  • the present invention is a method of manufacturing a gas electronic amplifier, wherein a planar electrode layer is coated on both surfaces of a plate-like insulating layer, the electrode layer is etched in a predetermined pattern,
  • the plate-like insulating layer is 40% of the thickness of the plate-like insulating layer perpendicular to the plane of the electrode layer.
  • Plasma etching is performed to a certain extent, laser irradiation is performed to remove the remaining etched portion of the plate-like insulating layer, and a through hole having a wall perpendicular to the plane of the electrode layer is formed. To do.
  • FIG. 1 is a sectional view of a schematic configuration example of a radiation detector using a gas electronic amplifier according to the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of protrusions generated in a plate-like insulating layer constituting the inner wall of the through-hole structure shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of a comparison test of the stability of the electronic amplification degree between the gas electronic amplifier according to the present invention and a conventional gas electronic amplifier.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a configuration example of an X-ray two-dimensional image detector using a gas electronic amplifier according to the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a configuration example of a photodetector using a gas electronic amplifier according to the present invention.
  • FIG. 6 is a process diagram of a method for manufacturing a gas electronic amplifier according to the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a schematic configuration example of a radiation detector using a conventional gas electronic amplifier.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a schematic configuration example of a radiation detector using a gas electronic amplifier according to the present invention, and the same elements as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals.
  • a plate-like multilayer body 10 is arranged between a drift electrode 100 and a collecting electrode 102.
  • the plate-like multilayer body 10 functions as a gas electron amplifier that performs electron amplification by the avalanche effect, and the plate-like insulating layer 12 and the planar electrode layers 14 and 16 coated on both surfaces of the plate-like insulating layer 12. It consists of and.
  • the material of the plate-like insulating layer 12 is not particularly limited as long as it has an insulating property desired as the insulating layer, but it can be used as an insulating layer, for example.
  • Examples include fats and ceramics.
  • a resin such as polyimide is preferable from the viewpoint of handleability and cacheability.
  • the material of the electrode layers 14 and 16 is not particularly limited as long as it has a desired conductivity as an electrode.
  • a metal material such as copper or aluminum, or a conductive material may be used.
  • a polymer etc. can be mention
  • the plate-like multilayer body 10 is formed with a plurality of through-hole structures 18 for bundling an electric field.
  • a predetermined detection gas is filled in the chamber 104 that accommodates these components.
  • the detection gas a combination of rare gas and quencher gas is generally used. Examples of rare gases include He, Ne, Ar, and Xe. Also, as a tenant gas, for example, CO
  • the mixing amount of quencher gas is preferably 5-30%.
  • a predetermined voltage is applied from the power supply unit 20 to the electrode layers 14 and 16 and the drift electrode 100, and an electric field is applied between the drift electrode 100 and the electrode layer 14.
  • E1 force An electric field E2 is generated inside the through-hole structure 18, and an electric field E3 is generated between the electrode layer 16 and the collecting electrode 102.
  • the electrons multiplied in the through-hole structure 18 of the plate-like multilayer body 10 are detected by the collecting electrode 102, the detection signal is received by the detection unit 22, and various detection data are calculated.
  • a characteristic point in the present embodiment is that the inner wall of the through-hole structure 18 is formed perpendicular to the plane (surface) of the electrode layers 14 and 16. As a result, accumulation of cations on the inner wall of the through-hole structure 18 can be suppressed, and irregular discharge of accumulated charges can be avoided, so that stable operation is possible even when the gas electronic amplifier is used for a long time. Can be made.
  • the inner wall of the through-hole structure 18 is less likely to cause deposits as the surface becomes smoother. Therefore, it is preferable that the surface roughness force m of the inner wall of the through-hole structure 18 is not more than m.
  • the protrusion 24 may occur in the plate-like insulating layer 12 constituting the inner wall of the through-hole structure 18.
  • the protrusion 24 generates a taper that accumulates cations on the inner wall of the through-hole structure 18. Therefore, in the present embodiment, the through-hole structure 18 is formed so that the height of the projecting portion 24 is not more than a predetermined value.
  • FIG. 2 shows an explanatory view of the protrusion 24 generated in the plate-like insulating layer 12 constituting the inner wall of the through-hole structure 18.
  • plate insulation When the thickness of the layer 12 is a, and the height of the protrusion 24, that is, the distance from the end of the through-hole structure 18 formed in the plate-like insulating layer 12 to the top of the protrusion 24, b is b.
  • the through-hole structure 18 is processed so that it is 15% or less of a.
  • FIG. 3 shows a gas electronic amplifier according to the present embodiment in which the inner wall of the through-hole structure 18 is formed perpendicular to the plane of the electrode layers 14 and 16, and a conventional gas in which the inner wall of the through-hole structure 18 has a taper.
  • the through hole structure 18 is a cylindrical through hole.
  • the horizontal axis is the elapsed time after applying a high voltage to the electrode layers 14 and 16 of the plate-like multilayer body 10 constituting the gas electronic amplifier, that is, the operating time of the gas electronic amplifier, and the vertical axis is This is the relative degree of electronic amplification.
  • the degree of electron amplification is calculated from the ratio of the initial amount of electrons when X-rays are photoelectrically absorbed using a known standard X-ray source (Fe55) and the ratio to the amount of charge after amplification. 7
  • the electron amplification degree of the gas electronic amplifier is not stable, the measurement accuracy of the radiation rays and the like is lowered, and the charge charged to the deposit is discharged irregularly at a certain point in time, and the operation of the gas electronic amplifier is also impaired. Become stable.
  • the inner wall taper of the through-hole structure 18 is low and the surface roughness of the inner wall is low, so that deposits having charge accumulation properties do not occur. For this reason, as shown in FIG. 3, the electronic amplification is stable even after the operation time has elapsed. Therefore, it is possible to increase the measurement accuracy of radiation and the like, and to avoid the unstable operation of the gas electronic amplifier due to the discharge of the charge charged in the deposit.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of a configuration example of an X-ray two-dimensional image detector using the gas electronic amplifier according to the present embodiment.
  • a plate-like multilayer body 10 is arranged between the drift electrode 100 and the collecting electrode 102, and the copper electrode layers 14, 16 constituting the drift electrode 100 and the plate-like multilayer body 10 are A predetermined voltage is applied from the power supply unit 20.
  • the detection unit 22 includes a thin film transistor (TFT) 25 for each pixel, and outputs a detection signal for each pixel. It has a configuration.
  • the chamber 104 that accommodates each of the above-described components is filled with a mixed gas in which argon (Ar) is mixed with 30% carbon dioxide (CO) as a detection gas.
  • X-rays when X-rays enter the chamber 104, they act on the detection gas and generate electrons.
  • the electrons are accelerated by the plate-like multilayer body 10, and are amplified by the avalanche effect from about 100 times to about 100,000 times and detected by the detection unit 22.
  • the X-ray two-dimensional image detector according to this embodiment can be applied to, for example, a medical X-ray imaging apparatus, a CT apparatus, a detector mounted on a dose monitor, and the like.
  • FIGS. 5 (a) and 5 (b) are cross-sectional views of a configuration example of a photodetector using the gas electronic amplifier that is useful in the present embodiment, and the same elements as those in FIG. Is attached.
  • each plate-like multilayer body 10 is arranged in the direction of electric field generation.
  • a photoelectric layer 26 is formed on the electrode layer 14 of the plate-like multilayer body 10.
  • photoelectrons are generated by the photoelectric layer 26, and electron amplification is performed in the electric field inside the through-hole structure 18 formed in the plate-like multilayer body 10.
  • the amplified electrons are detected by the detector 22 as in the case of FIG.
  • each plate-like multilayer body 10 is arranged so that the axes of the through-hole structures 18 substantially coincide.
  • the photoelectric layer 26 is formed on the inner side surface of the incident window.
  • the force in which two layers of the plate-like multilayer body 10 are formed can be made one layer.
  • FIGS. 6 (a) to 6 (e) show process diagrams of a method of manufacturing a gas electronic amplifier that is useful in the present embodiment.
  • a planar electrode layer 14, 16 is coated on both sides of a polyimide insulating plate 12 made of polyimide having a thickness of 50 microns, for example, and the surface of the electrode layers 14, 16 is pretreated. Then, a resist layer 28 is formed.
  • the electrode layers 14 and 16 are made of, for example, copper.
  • a dry film resist (AQ2558 manufactured by Asahi Kasei Corporation) can be used.
  • the resist layer 28 is patterned according to the arrangement of the through-hole structure 18, and then the electrode layers 14 and 16 are also opened according to the pattern.
  • the patterning can be performed, for example, by using a mask for exposure with a predetermined pattern, performing vacuum contact exposure with an exposure amount of 60 mjZcm2, and then developing with 1% sodium carbonate.
  • the electrode layers 14 and 16 are made of copper, the openings of the electrode layers 14 and 16 can be formed, for example, by etching with a salty ferric solution.
  • the resist layer 28 is removed with, for example, a 3% sodium hydroxide aqueous solution, and in FIG. 6 (d), the plate-like insulating layer 12 is formed by plasma etching. Etch to about 40% of thickness to form holes. At this time, the etching is controlled so that the wall of the hole formed by the etching is perpendicular to the plane (surface) of the electrode layers 14 and 16.
  • the plasma etching conditions are as follows: gas ratio SF: 0.05, N: 0. 10, O: 1.0, RF output 2
  • a laser beam such as a CO laser is irradiated so that the upper surface of the plate-like insulating layer 12 is irradiated.
  • the remaining etched portion is removed and penetrated to form a through-hole structure 18.
  • the laser beam is irradiated in a direction in which the wall of the through-hole structure 18 is perpendicular to the plane of the electrode layers 14 and 16.
  • the through-hole structure 18 is formed in the processing steps shown in FIGS. 6 (d) and (e)
  • the wall of the through-hole structure 18 can be made perpendicular to the plane of the electrode layers 14 and 16
  • the occurrence of taper shown in FIG. 7 can be suppressed, and so-called overhang in which the plate-like insulating layer 12 is scraped to the lower side of the electrode layers 14 and 16 can be avoided.
  • the wall of the through-hole structure 18 formed in FIG. 6 (e) is improved in surface roughness by a surface finishing process. Thereby, it is possible to further suppress the generation of charge accumulation deposits on the wall of the through-hole structure 18 during the operation of the gas electronic amplifier.
  • the surface finishing step first, plasma etching is performed for 3 minutes from the front and back under the same conditions as in FIG. 6 (d) to remove the hook-like substance attached to the wall of the through-hole structure 18.
  • This cage-like material is irradiated with laser light for forming a through-hole in the plate-like insulating layer 12 in the step of FIG. 6 (e). May occur due to shooting.
  • the surface of the wall of the through-hole structure 18 is treated with a permanganate-based solution or an aqueous solution of sodium hydroxide and sodium hydroxide to improve the smoothness of the surface.
  • the surface roughness of the wall of the through-hole structure 18 is 4 m or less.
  • the surface treatment with the permanganate solution or the sodium hydroxide aqueous solution can be performed, for example, by Meltec Enplate MLB hole cleaning process.
  • the surface roughness of the inner wall of the through-hole structure 18 can be 4 m or less. Further, even if the protruding portion 24 is formed on the inner wall of the through-hole structure 18, the height thereof can be 15% or less of the thickness of the plate-like insulating layer 12.
  • the inner wall of the through-hole structure 18 provided in the plate-like multilayer body 10 is formed perpendicular to the plane of the electrode layers 14 and 16, or the through-hole structure Even if the protruding portion 24 is formed on the inner wall 18, accumulation of cations can be suppressed by setting the height to 15% or less of the thickness of the plate-like insulating layer 12. Therefore, it is possible to achieve a gas electronic amplifier that operates stably even if the operation is continued for a long time.

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  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

　ドリフト電極（１００）と捕集電極（１０２）との間には、板状多層体（１０）が配置されており、この板状多層体（１０）は、電子なだれ効果により電子増幅を行うガス電子増幅器として機能し、板状絶縁層（１２）とこの板状絶縁層（１２）の両面に被覆された平面状の電極層（１４）、（１６）とで構成されている。また、板状多層体（１０）には、電極層（１４）、（１６）の平面に垂直な壁を有し、電界を集束させるための貫通孔構造（１８）が複数形成されている。また、これらの構成要素を収容するチャンバ（１０４）内には、所定の検出用ガスが充填されている。チャンバ（１０４）内に侵入した電子は、貫通孔構造（１８）において増幅され、捕集電極（１０２）で検出されて検出信号を検出部（２２）が受け取る。これにより、長時間動作を継続しても安定して動作するガス電子増幅器、その製造方法及びガス電子増幅器を使用した放射線検出器を実現できる。

Description

ガス電子増幅器、その製造方法及びガス電子増幅器を使用した放射線 検出
技術分野
[0001] 本発明は、ガス電子増幅器、その製造方法及びガス電子増幅器を使用した放射線 検出器の改良に関する。
背景技術
[0002] 従来より、荷電粒子、ガンマ線、 X線、中性子または紫外光等の電離放射線を検出 する装置としてガス電子増幅器（Gas Electorn Multiplier 略して GEM)が使用 されている。これらの検出装置は、検出対象の放射線がチャンバ内に侵入すると、ガ ス電子増幅器が電子なだれ効果による電子増幅を行 ヽ、放射線を検出する構成とな つている。
[0003] 図 7には、従来のガス電子増幅器を使用した放射線検出器の概略構成例の断面 図が示される。図 7において、放射線検出器はドリフト電極 100と捕集電極 102との 間に、板状多層体 10が配置されている。この板状多層体 10は、電子なだれ効果に より電荷増倍を行うガス電子増幅器として機能し、板状絶縁層 12とこの板状絶縁層 1 2の両面に被覆された平面状の電極層 14、 16とで構成されている。また、板状多層 体 10には、電界 ^^束させるための貫通孔構造 18が複数形成されている。また、こ れらの構成要素を収容するチャンバ 104内には、所定の検出用ガスが充填されてい る。
[0004] このような放射線検出器においては、電源部 20から電極層 14、 16及びドリフト電極 100に所定の電圧が印可され、ドリフト電極 100と電極層 14との間に電界 E1が、貫 通孔構造 18の内部（電極層 14と電極層 16との間）に電界 E力 電極層 16と捕集電
2
極 102との間に電界 Eが発生する。図 7に示されるように、貫通孔構造 18の内部で
3
電界 Eが収束され、ここに侵入した電子が加速されることにより電子なだれ効果が生
2
じる。これにより増倍された電子を捕集電極 102で検出し、検出信号を検出部 22が 受け取って、各種検出データを演算する。 [0005] 例えば、特表 2001— 508935号公報及び特開 2005— 32634号公報にも、ガス 電子増幅器の例が開示されている。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] しかし、上記従来の技術においては、図 7に示されるように、ガス電子増幅器に使 用される板状多層体 10に形成された貫通孔構造 18の内壁に突出部 24が存在する 。この突出部 24により貫通孔構造 18の内壁にテーパが生じ、このテーパ面には、ガ ス電子増幅器の動作時間の経過に伴い、陽イオンが蓄積する。このため、ある時間 ガス電子増幅器の動作を継続すると、上記堆積物にチャージされた電荷が不規則に 放電され、ガス電子増幅器の動作が不安定になり、破損する可能性もあるという問題 かあつた。
[0007] 本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、長時間動作を 継続しても安定して動作するガス電子増幅器、その製造方法及びガス電子増幅器を 使用した放射線検出器を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0008] 上記目的を達成するために、本発明は、ガス電子増幅器であって、検出用ガスが 充填されたチャンバと、前記チャンバに収容され、板状絶縁層とこの板状絶縁層の両 面に被覆された平面状の電極層とにより構成された板状多層体と、前記板状多層体 に設けられ、前記電極層の平面に垂直な内壁を有する貫通孔構造と、を備えることを 特徴とする。
[0009] また、上記管構造の内壁は、表面粗度が 4 m以下であり、且つ内壁にテーパを生 じさせる突出部の高さ力 板状絶縁層の厚さに対して 15%以下であることが好適で ある。
[0010] また、本発明は、上記ガス電子増幅器を使用した放射線検出器であることを特徴と する。
[0011] また、本発明は、ガス電子増幅器の製造方法であって、板状絶縁層の両面に平面 状の電極層を被覆し、前記電極層を所定パターンでエッチングし、前記パターンに 従って、前記板状絶縁層を、前記電極層の平面に垂直に板状絶縁層の厚さの 40% 程度までプラズマエッチングを行い、レーザ光を照射して、前記板状絶縁層の上記 エッチングした残りの部分を除去し、前記電極層の平面に垂直な壁を有する貫通孔 を形成することを特徴とする。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]本発明にかかるガス電子増幅器を使用した放射線検出器の概略構成例の断 面図である。
[図 2]図 1に示された貫通孔構造の内壁を構成する板状絶縁層に生じた突出部の説 明図である。
[図 3]本発明にかかるガス電子増幅器と従来におけるガス電子増幅器との電子増幅 度の安定性の比較試験の結果を示す図である。
[図 4]本発明にかかるガス電子増幅器を使用した X線の二次元画像検出器の構成例 の断面図である。
[図 5]本発明にかかるガス電子増幅器を使用した光検出器の構成例の断面図である
[図 6]本発明にかかるガス電子増幅器の製造方法の工程図である。
[図 7]従来におけるガス電子増幅器を使用した放射線検出器の概略構成例の断面 図である。
発明を実施するための最良の形態
[0013] 以下、本発明を実施するための最良の形態 (以下、実施形態という）を、図面に従 つて説明する。
[0014] 図 1には、本発明にかかるガス電子増幅器を使用した放射線検出器の概略構成例 の断面図が示され、図 7と同一要素には同一符号が付されている。図 1において、放 射線検出器はドリフト電極 100と捕集電極 102との間に、板状多層体 10が配置され ている。この板状多層体 10は、電子なだれ効果により電子増幅を行うガス電子増幅 器として機能し、板状絶縁層 12とこの板状絶縁層 12の両面に被覆された平面状の 電極層 14、 16とで構成されている。
[0015] ここで、上記板状絶縁層 12の材質としては、絶縁層として所望される絶縁性を有す るものであれば特に限定されるものではな 、が、例えば絶縁層として利用可能な榭 脂やセラミックス等をあげることができる。これらの中では、取扱性やカ卩ェ性の観点か らポリイミド等の樹脂が好適である。
[0016] また、上記電極層 14、 16の材質としては、電極として所望される導電性を有するも のであれば特に限定されるものではないが、例えば銅、アルミニウム等の金属材料や 導電性のポリマーなどをあげることができる。
[0017] また、板状多層体 10には、電界 ^^束させるための貫通孔構造 18が複数形成さ れている。また、これらの構成要素を収容するチャンバ 104内には、所定の検出用ガ スが充填されている。この検出用ガスとしては、一般に希ガス +クェンチヤ一ガスの 組合せが使用される。希ガスとしては、例えば He、 Ne、 Ar、 Xe等がある。また、タエ ンチヤーガスとしては、例えば CO
2、 CH
4、 C H
2 6、 CF等がある。また、希ガス中への
4
クェンチヤ一ガスの混合量は、 5〜30%が好適である。
[0018] 本実施形態にカゝかる放射線検出器においても、電源部 20から電極層 14、 16及び ドリフト電極 100に所定の電圧が印可され、ドリフト電極 100と電極層 14との間に電 界 E1力 貫通孔構造 18の内部に電界 E2が、電極層 16と捕集電極 102との間に電 界 E3が発生する。また、板状多層体 10の貫通孔構造 18において増倍された電子 は、捕集電極 102で検出し、検出信号を検出部 22が受け取って、各種検出データを 演算する構成となっている。
[0019] 本実施形態において特徴的な点は、貫通孔構造 18の内壁が、電極層 14、 16の平 面 (表面）に垂直に形成されている点である。これにより、貫通孔構造 18の内壁に陽 イオンが蓄積されることを抑制でき、蓄積された電荷の不規則な放電を回避できるの で、ガス電子増幅器を長時間使用しても安定して動作させることができる。
[0020] また、上記貫通孔構造 18の内壁は、表面が滑らかなほど堆積物が生じにくい。そこ で、貫通孔構造 18の内壁の表面粗度力 m以下であることが好適である。
[0021] なお、貫通孔構造 18の内壁を構成する板状絶縁層 12には、突出部 24が生じる場 合がある。この突出部 24は、貫通孔構造 18の内壁に、陽イオンを蓄積させるテーパ を生じさせる。そこで、本実施形態においては、この突出部 24の高さが所定の値以 下となるように貫通孔構造 18を形成する。図 2には、貫通孔構造 18の内壁を構成す る板状絶縁層 12に生じた突出部 24の説明図が示される。図 2において、板状絶縁 層 12の厚さを aとし、突出部 24の高さすなわち板状絶縁層 12に形成された貫通孔 構造 18の出入口の端部から突出部 24の頂上までの距離を bとすると、 bが aの 15% 以下となるように貫通孔構造 18の加工を行う。
[0022] 図 3には、貫通孔構造 18の内壁を電極層 14、 16の平面に垂直に形成した本実施 形態のガス電子増幅器と、貫通孔構造 18の内壁にテーパが存在する従来のガス電 子増幅器との電子増幅度の安定性の比較試験の結果が示される。なお、本実施形 態のガス電子増幅器においては、貫通孔構造 18は円筒形の貫通孔とした。図 3にお いて、横軸はガス電子増幅器を構成する板状多層体 10の電極層 14、 16に高電圧 を印可してからの経過時間すなわちガス電子増幅器の動作時間であり、縦軸は相対 的な電子増幅度である。ここで、電子増幅度は、公知の標準 X線源 (Fe55)を用い、 X線が光電吸収したときの初期の電子の数を計算で求め、増幅後の電荷量との比か ら算出し 7こ。
[0023] 図 3から分力るように、従来のガス電子増幅器では、動作時間の経過に伴い電子増 幅度が徐々に高く変化している。これは、動作時間の経過とともに貫通孔構造 18の 内壁のテーパ部分に陽イオンが蓄積し、貫通孔構造 18内の電界強度が徐々に上昇 するためと考えられる。このため、ガス電子増幅器の電子増幅度が安定せず、放射 線等の測定精度が低下するとともに、ある時点で堆積物にチャージされた電荷が不 規則に放電されてガス電子増幅器の動作も不安定になる。
[0024] 一方、本実施形態に力かるガス電子増幅器では、貫通孔構造 18の内壁のテーパ がなぐし力も内壁の表面粗度も低いので、電荷蓄積性を有する堆積物が生じない。 このため、図 3に示されるように、動作時間が経過しても、電子増幅度が安定している 。従って、放射線等の測定精度を高くできるとともに、堆積物にチャージされた電荷 の放電によりガス電子増幅器の動作が不安定となることも回避できる。
[0025] 図 4には、本実施形態にカゝかるガス電子増幅器を使用した X線の二次元画像検出 器の構成例の断面図が示される。図 4において、ドリフト電極 100と捕集電極 102との 間に、板状多層体 10が配置されており、ドリフト電極 100と板状多層体 10を構成する 銅製の電極層 14、 16とには、電源部 20から所定の電圧が印可される。また、検出部 22は、各画素毎に薄膜トランジスタ (TFT) 25を備え、画素毎の検出信号を出力する 構成となっている。また、上記各構成要素を収容するチャンバ 104内には、検出用ガ スとして、アルゴン (Ar)中に二酸化炭素（CO ) 30%を混合した混合ガスが充填され
2
ている。
[0026] 本実施形態においては、 X線がチャンバ 104内に侵入すると、検出用ガスに作用し て電子が発生する。この電子が板状多層体 10で加速され、電子なだれ効果により 1 00倍から 10万倍程度に電子増幅されて検出部 22で検出される。これにより、 X線の 高!、検出効率と鮮明な画像を達成できる。本実施形態にかかる X線の二次元画像検 出器は、例えば医療用 X線撮影装置、 CT装置、線量モニタに搭載される検出器等 に適用できる。
[0027] 図 5 (a)、 (b)には、本実施形態に力かるガス電子増幅器を使用した光検出器の構 成例の断面図が示され、図 4と同一要素には同一符号が付されている。
[0028] 図 5 (a)において、ドリフト電極 100と捕集電極 102との間には、板状多層体 10が電 界発生方向に 1層または複数層配置されており、ドリフト電極 100側の板状多層体 1 0の電極層 14上には、光電層 26が形成されている。チャンバ 104中に紫外光または 可視光等の光が侵入すると、この光電層 26により光電子が発生し、板状多層体 10に 形成された貫通孔構造 18の内部の電界で電子増幅が行われる。増幅された電子は 、図 4の場合と同様に、検出部 22で検出される。なお、板状多層体 10が複数層配置 されている場合には、各板状多層体 10は、貫通孔構造 18の軸が略一致するように 配置されるのが好適である。
[0029] また、図 5 (b)に示された例では、光電層 26が入射窓の内側面に形成されている。
チャンバ 104中に紫外光または可視光等の光が侵入すると、この光電層 26により光 電子が発生し、その後図 5 (a)と同様な原理により増幅された電子が検出部 22で検 出される。
[0030] 以上に述べた図 5 (a)、 (b)の例では、板状多層体 10が 2層形成されていた力 こ れを 1層とすることもできる。
[0031] 図 6 (a)〜 (e)には、本実施形態に力かるガス電子増幅器の製造方法の工程図が 示される。図 6 (a)において、例えば 50ミクロン厚みのポリイミド製の板状絶縁層 12の 両面に平面状の電極層 14、 16を被覆し、電極層 14、 16の表面に前処理を施してか らレジスト層 28を形成する。なお、電極層 14、 16は例えば銅により形成する。また、 レジスト層 28としては、例えばドライフィルムレジスト (旭化成株式会社製 AQ2558) を使用することができる。
[0032] 次に、図 6 (b)において、レジスト層 28を貫通孔構造 18の配置に合わせてパターン ユングし、次いで電極層 14、 16にも上記パターンに合わせて開口する。上記パター ンユングは、例えば所定のパターンの露光用マスクを用い、露光量 60mjZcm2で 真空密着露光を行い、その後 1%の炭酸ソーダを用いて現像を行うことにより実施で きる。また、電極層 14、 16の開口の形成は、電極層 14、 16が銅製である場合、例え ば塩ィ匕第二鉄液にてエッチングすることにより実施できる。
[0033] 次に、図 6 (c)において、例えば 3%の水酸ィ匕ナトリウム水溶液等でレジスト層 28を 除去し、図 6 (d)において、プラズマエッチング法により板状絶縁層 12を、厚さの 40 %程度までエッチングして孔を形成する。この際、エッチングにより形成される孔の壁 は、電極層 14、 16の平面 (表面）に垂直になるようにエッチングを制御する。また、上 記プラズマエッチングの条件は、ガス比 SF : 0. 05、 N : 0. 10、 O : 1. 0、RF出力 2
6 2 2
. lkWにて表裏 30分ずつ実施する。
[0034] 次に、図 6 (e)において、 COレーザ等のレーザ光を照射して、板状絶縁層 12の上
2
記エッチングした残りの部分を除去して貫通させ、貫通孔構造 18を形成する。レーザ 光により貫通させる場合にも、貫通孔構造 18の壁が電極層 14、 16の平面に垂直に なる方向にレーザ光を照射する。このように、図 6 (d)、（e)に示される加工工程で貫 通孔構造 18を形成すると、貫通孔構造 18の壁を電極層 14、 16の平面に垂直とする ことができ、図 7に示されたテーパの発生を抑制できるとともに、電極層 14、 16の下 側まで板状絶縁層 12が削られてしまういわゆるオーバハングも回避できる。
[0035] さらに、図 6 (e)で形成された貫通孔構造 18の壁は、表面仕上げ工程により表面粗 度を向上させるのが好適である。これにより、ガス電子増幅器の動作中に貫通孔構 造 18の壁に電荷蓄積性の堆積物が発生することをさらに抑制できる。
[0036] 上記表面仕上げ工程は、まず図 6 (d)と同様の条件でプラズマエッチングを表裏よ り 3分ずつ行い、貫通孔構造 18の壁に付着した煤状の物質を除去する。この煤状の 物質は、図 6 (e)の工程で、板状絶縁層 12に貫通孔を形成するためのレーザ光の照 射等により発生する場合がある。
[0037] 次に、過マンガン酸系溶液または水酸ィ匕ナトリウム水溶液等で貫通孔構造 18の壁 の表面を処理し、表面の平滑度を向上させる。この場合の貫通孔構造 18の壁の表 面粗度は 4 m以下となる。この過マンガン酸系溶液または水酸ィ匕ナトリウム水溶液 による表面処理は、例えばメルテック社製ェンプレート MLBホールクリーニングプロ セスにて実施できる。
[0038] 以上に述べた本実施形態に力かるガス電子増幅器の製造方法によれば、貫通孔 構造 18の内壁の表面粗度を 4 m以下とできる。また、貫通孔構造 18の内壁に突出 部 24が生じても、その高さを板状絶縁層 12の厚さの 15%以下とすることができる。 産業上の利用可能性
[0039] 以上説明したように、本発明においては、板状多層体 10に設けられた貫通孔構造 18の内壁を、電極層 14、 16の平面に垂直に形成することにより、または貫通孔構造 18の内壁に突出部 24が生じても、その高さを板状絶縁層 12の厚さの 15%以下とす ることにより、陽イオンの蓄積を抑制することができる。このため、長時間動作を継続し ても安定して動作するガス電子増幅器を達成できる。

Claims

請求の範囲
[1] 検出用ガスが充填されたチャンバと、
前記チャンバに収容され、板状絶縁層とこの板状絶縁層の両面に被覆された平面 状の電極層とにより構成された板状多層体と、
前記板状多層体に設けられ、前記電極層の平面に垂直な内壁を有する貫通孔構 造と、
を備えることを特徴とするガス電子増幅器。
[2] 請求の範囲第 1項に記載のガス電子増幅器において、前記管構造の内壁は、表面 粗度が 以下であり、且つ前記内壁にテーパを生じさせる突出部の高さが、前記 板状絶縁層の厚さに対して 15%以下であることを特徴とするガス電子増幅器。
[3] 請求の範囲第 1項に記載のガス電子増幅器を使用した放射線検出器。
[4] 請求の範囲第 2項に記載のガス電子増幅器を使用した放射線検出器。
[5] ガス電子増幅器の製造方法であって、
板状絶縁層の両面に平面状の電極層を被覆し、
前記電極層を所定パターンでエッチングし、
前記パターンに従って、前記板状絶縁層を、前記電極層の平面に垂直に板状絶 縁層の厚さの 40%程度までプラズマエッチングを行い、
レーザ光を照射して、前記板状絶縁層の上記エッチングした残りの部分を除去し、 前記電極層の平面に垂直な壁を有する貫通孔を形成することを特徴とするガス電子 増幅器の製造方法。
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