JP2015133408A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストークの発生を抑えた放射線検出器を提供する。【解決手段】Ｘ線ストリップ検出器１において、Ｘストリップ５側およびＹストリップ７側における、入射したＸ線に感応して電荷を生成する感応半導体膜４Ａの面であって、少なくとも変換膜３の有感領域全体Ａの全面には、接合用半導体膜４Ｂが形成されている。接合用半導体膜４Ｂは、感応半導体膜４Ａよりも高抵抗である。そのため、感応半導体膜４Ａで生成された電荷がＸストリップ５およびＹストリップ７に収集される際に、各々、隣接するストリップ電極５，７への電荷の移動が抑えられる。したがって、隣接するストリップ電極５，７へ電荷が漏れるクロストークを抑えることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、放射線に感応して電荷を生成する変換膜を備えた放射線検出器に関する。

従来、放射線検出器の一例として、Ｘ線検出器がある（例えば、特許文献１参照）。Ｘ線検出器は、Ｘ線管と共に、Ｘ線透視装置などに設けられている。

Ｘ線検出器は、Ｘ線検出方式として、間接変換型と直接変換型の２つの方式がある。間接変換型は、入射したＸ線をシンチレータで別の光に変換し、その光をフォトダイオード又はＣＣＤで電荷に変換することによりＸ線を検出する。一方、直接変換型は、入射したＸ線を半導体膜で電荷に変換することによりＸ線を検出する。

間接変換型では、シンチレータのＸ線の反応位置と、フォトダイオードが捕らえた位置とで位置ずれが生じる。これに対し、直接変換型では、半導体膜において、Ｘ線の反応位置から直接電荷（電子またはホール）が収集用の電極に向かってドリフトするので、間接変換型よりも優れた位置分解能を得ることができる。

このようなＸ線検出器は、一般的に、ピクセル検出器が用いられる。ピクセル検出器は、ピクセルに対応する数の、Ｘ線を検出するＸ線検出素子を多数平面状に配置したものである。また、ピクセル検出器の読み出し方式は、Ｘ線から変換された電荷を蓄積容量に一定期間で貯めた後、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチング素子で、貯めた電荷を読み出すという積分型である。この積分型に対し、近年、フォトンカウンティング型の検出器が普及しつつあり、一部の医用機器においても使用され始めている。

フォトンカウンティング型の検出器として、図９のような、ストリップ検出器１０１がある。ストリップ検出器１０１は、入射したＸ線に感応して電荷を生成するｎ型の半導体膜１０３と、半導体膜１０３を挟み込むように設けられたＸ方向およびＹ方向に長手のストリップ電極１０５，１０７とを備えている。ストリップ電極１０５，１０７は、細長い板状の電極である。複数のストリップ電極１０５，１０７は、並列に配置される。

なお、図９のストリップ検出器１０１において、Ｘ方向に長手のストリップ電極１０５と半導体膜１０３との間には、Ｘ方向に長手のｐ^＋層１７１が設けられている。また、Ｙ方向に長手のストリップ電極１０７と半導体膜１０３との間には、Ｙ方向に長手のｎ^＋層１７３が設けられており、隣接する２つのｎ^＋層１７３の間には、ｐ^＋層１７５が設けられている。半導体膜１０３のストリップ電極１０５，１０７が形成されないところでは、絶縁層（例えばＳｉＯ_２：二酸化ケイ素）１７７が形成されている。

ストリップ検出器は、例えば、産業機器における非破壊検査装置でのマイクロフォーカスＸ線管を用いた微小観察に用いられる。すなわち、マイクロフォーカスＸ線管を用い、また、２次元センサの有感領域が狭いときは、あまりＸ線が来ないので、ストリップ検出器が用いられる。

なお、特許文献２，３には、シリコン貫通電極（ＴＳＶ：through silicon via）技術を用いて、シリコンウェーハにフォトダイオード・アレイを形成する方法が記載されている。

特開２００５−０１９５４３号公報 特開２０１３−１４０９６２号公報 特開２０１３−１４０９７５号公報

しかしながら、従来のストリップ検出器において、微細なストリップ電極１０５，１０７を変換膜１０３に形成する場合には、次のような問題が生じる。すなわち、入射Ｘ線によって発生した電荷をストリップ電極１０５，１０７へ収集する際、各々、隣接するストリップ電極１０５，１０７へ電荷が漏れるクロストークが発生する。これにより、空間分解能や感度の低下が起こる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、クロストークの発生を抑えた放射線検出器を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る放射線検出器は、入射した放射線を電荷に変換する変換膜と、前記変換膜の放射線入射反対面に複数で並列に設けられた、第１方向に長手の第１ストリップ電極と、前記変換膜の放射線入射面および放射線入射反対面側のいずれか一方に複数で並列に設けられた、前記第１方向と交わる第２方向に長手の第２ストリップ電極とを備え、前記変換膜は、入射した放射線に感応して電荷を生成する感応半導体膜と、前記第１ストリップ電極側および前記第２ストリップ電極側の前記感応半導体膜の面であって、少なくとも前記変換膜の有感領域全体の全面に形成された、前記感応半導体膜よりも高抵抗である接合用半導体膜とを有することを特徴とするものである。

本発明に係る放射線検出器によれば、第１ストリップ電極側および第２ストリップ電極側における、入射した放射線に感応して電荷を生成する感応半導体膜の面であって、少なくとも変換膜の有感領域全体の全面には、接合用半導体膜が形成されている。接合用半導体膜は、感応半導体膜よりも高抵抗である。そのため、感応半導体膜で生成された電荷が第１ストリップ電極および第２ストリップ電極に収集される際に、各々、隣接するストリップ電極への電荷の移動が抑えられる。したがって、隣接するストリップ電極へ電荷が漏れるクロストークを抑えることができ、空間分解能や感度の低下を改善させることができる。

また、本発明に係る放射線検出器において、前記第１ストリップ電極および前記第２ストリップ電極は、前記変換膜の有感領域全体をマトリクス状に分割するように、分断されており、分断された前記第１ストリップ電極および前記第２ストリップ電極により読み出された前記電荷に基づき、マトリクス状に分割された分割有感領域ごとに、放射線の入射位置を特定する入射位置特定部をさらに備えていることが好ましい。

第１ストリップ電極および第２ストリップ電極は、変換膜の有感領域全体をマトリクス状に分割するように、分断されている。そのため、入射位置特定部は、分断された第１ストリップ電極および第２ストリップ電極により読み出された電荷に基づき、マトリクス状に分割された分割有感領域ごとに、放射線の入射位置を特定する。すなわち、読み出し時間内に２以上の放射線が入射しても、異なる分割有感領域に入射すれば、放射線の入射位置を特定できる。そのため、読み出し時間内に検出できる放射線数を増やすことができるので、照射線量の上限を上げることができ、十分な放射線数をカウントするまでの計測時間を短縮することができる。

また、本発明に係る放射線検出器において、前記接合用半導体膜は、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、Ｓｂ_２Ｓ_３および、これらの混合結晶のいずれかで構成されていることが好ましい。これにより、接合用半導体を感応半導体膜よりも高抵抗にすることができる。

また、本発明に係る放射線検出器において、前記感応半導体膜は、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅおよび、これらの混合結晶のいずれかで構成されていることが好ましい。高感度で高効率な放射線検出器を実現できる。

また、本発明に係る放射線検出器において、前記感応半導体膜には、ハロゲン元素が添加されていることが好ましい。これにより、感応半導体膜の結晶内のキャリアの走行性を改善させることができる。

なお、本明細書は、次のような放射線検出器に係る発明も開示している。

本発明に係る放射線検出器の一例は、前記第２ストリップ電極は、前記変換膜の放射線入射反対面内で、前記第１方向および前記第２方向に並ぶ複数のピクセル電極と、前記第２方向に並ぶ前記ピクセル電極の列ごとに、前記第２方向に並ぶ前記ピクセル電極の各々と接続するピクセル電極接続部とを有し、前記第１ストリップ電極は、前記変換膜の放射線入射反対面内に、前記第１方向に並ぶ前記ピクセル電極の列と交互に設けられていることである。

この構成により、変換膜の放射線入射反対面の片面読み出しで両サイド型のストリップ検出器と同等の機能を有することができる。この場合、第１ストリップ電極側および第２ストリップ電極（ピクセル電極およびピクセル電極接続部）側は共に、変換膜の放射線入射反対面側となり、放射線入射反対面側に接合用半導体膜が形成される。これにより、感応半導体膜で生成された電荷が第１ストリップ電極およびピクセル電極に収集される際に、各々、隣接するストリップ電極への電荷の移動が抑えられる。したがって、隣接するストリップ電極へ電荷が漏れるクロストークを抑えることができる。

本発明に係る放射線検出器によれば、第１ストリップ電極側および第２ストリップ電極側における、入射した放射線に感応して電荷を生成する感応半導体膜の面であって、少なくとも前記変換膜の有感領域全体の全面には、接合用半導体膜が形成されている。接合用半導体膜は、感応半導体膜よりも高抵抗である。そのため、感応半導体膜で生成された電荷が第１ストリップ電極および第２ストリップ電極に収集される際に、各々、隣接するストリップ電極への電荷の移動が抑えられる。したがって、隣接するストリップ電極へ電荷が漏れるクロストークを抑えることができ、空間分解能や感度の低下を改善させることができる。

実施例１に係るＸ線ストリップ検出器を示す縦断面図である。 変換膜と、Ｘ方向およびＹ方向のストリップ電極を示す斜視図である。 （ａ）は、４つの分割有感領域でＸ線入射位置の特定する構成を示す図であり、（ｂ）は、有感領域全体でＸ線入射位置の特定する構成を示す図である。 （ａ）は、下部インターポーザの平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅ部分の縦断面図である。 実施例１に係るＸ線ストリップ検出器を示すブロック図である。 実施例２に係るＸ線ストリップ検出器を示す縦断面図である。 有感領域全体でＸ線入射位置の特定する構成に係る、変換膜のＸ線入射反対面側から見た図である。 ４つの分割有感領域でＸ線入射位置の特定する構成に係る、変換膜のＸ線入射反対面側から見た図である。 従来の両サイド型のストリップ検出器の斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例１を説明する。放射線検出器の一例として、Ｘ線ストリップ検出器について説明する。図１は、実施例１に係るＸ線ストリップ検出器を示す縦断面図であり、図２は、変換膜と、Ｘ方向およびＹ方向のストリップ電極を示す斜視図である。なお、図１中の符号ＸＲは、Ｘ線照射を示している。また、本実施例における「接続」とは、原則、電気的に接続されることを示す。

＜変換膜とストリップ電極＞
図１または図２を参照する。Ｘ線ストリップ検出器１は、入射したＸ線を電荷に変換する変換膜（変換層ともいう）３を備えている。

変換膜３のＸ線入射面３ａ内には、Ｘ方向に長手のＸ方向ストリップ電極（以下適宜、「Ｘストリップ」と称する）５が設けられている。複数のＸストリップ５は、並列に配置されている。一方、変換膜３のＸ線入射反対面３ｂには、Ｘ方向と直交する（交わる）Ｙ方向に長手のＹ方向ストリップ電極（以下適宜、「Ｙストリップ」と称する）７が設けられている。複数のＹストリップ７は、並列に配置されている。Ｘストリップ５およびＹストリップ７は、他の角度（例えば８８度等のほぼ直交）で交わってもよい。また、Ｘストリップ５およびＹストリップ７は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）等の導電性材料で構成される。また、Ｘストリップ５およびＹストリップ７は、細長い板状の電極である。

また、Ｘストリップ５には、バイアス電圧Ｖｈが印加されるようになっている。そのため、Ｘストリップ５とＹストリップ７との間に電圧が加えられるので、変換膜３内に電場が形成される。これにより、変換膜３で変換された電子およびホールを反対方向にドリフトさせて、Ｘストリップ５およびＹストリップ７の各々で電子またはホールを読み出すことができる。

なお、Ｘ線入射面３ａは、本発明の放射線入射面に相当し、Ｘ線入射反対面３ｂは、本発明の放射線入射反対面に相当する。また、Ｙストリップ７は、本発明の第１ストリップ電極に相当し、Ｘストリップ５は、本発明の第２ストリップ電極に相当する。また、Ｙ方向が本発明の第１方向に相当し、Ｘ方向が本発明の第２方向に相当する。

また、変換膜３は、次のような特徴を有して構成されている。すなわち、図１および図２のように、変換膜３は、入射した放射線に感応して電荷を生成する感応半導体膜４Ａと、感応半導体膜４Ａよりも高抵抗である接合用半導体膜４Ｂとを備えている。接合用半導体膜４Ｂは、感応半導体膜４Ａとヘテロ接合している。

感応半導体膜４Ａは、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）および、これらの混合結晶｛例えば、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化亜鉛カドミウム）｝のいずれかで構成されている。これにより、高感度で高効率な放射線検出器を実現できる。なお、感応半導体膜４Ａは、Ｓｉ（シリコン）およびＰｂＩ_２（ヨウ化鉛）等の半導体膜のいずれかであってもよい。

感応半導体膜４Ａには、Ｃｌ（塩素）、Ｆ（フッ素）、Ｂｒ（臭素）、Ｉ（ヨウ素）のいずれかのハロゲン元素が添加されている。これにより、感応半導体膜４Ａの結晶内のキャリアの走行性を改善させることができる。

接合用半導体膜４Ｂは、ＣｄＳ（硫化カドミウム）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）、Ｓｂ_２Ｓ_３（硫化アンチモン）等および、これらの混合結晶のいずれかで構成されている。これにより、接合用半導体４Ｂを感応半導体膜４Ａよりも高抵抗にすることができる。接合用半導体４Ｂを高抵抗にすることで、生成された電荷が接合用半導体４Ｂを通過する際に、Ｘストリップ５およびＹストリップ７が並べられる方向（図２のＸＹ方向参照）への電荷の移動を抑えることができる。また、接合用半導体膜４Ｂは、面抵抗（シート抵抗）が１０^１２Ω／□以上であることが好ましい。

接合用半導体膜４Ｂは、図１および図２のように、Ｘストリップ５側およびＹストリップ７側の感応半導体膜４Ａの面の全面またはほぼ全面に形成されている。すなわち、接合用半導体膜４Ｂは、感応半導体膜４Ａの面であって少なくとも変換膜３の有感領域全体（センサ面積）Ａの全面に形成されている。有感領域全体（センサ面積）Ａは、図３（ａ）の太字の二点鎖線で囲む領域である。図３（ａ）においては、有感領域全体は、Ｘストリップ５の一群およびＹストリップ７の一群を各々１本の線で取り囲む領域である。すなわち、有感領域全体Ａは、センサとして機能する有効な読み出し領域であり、画像として出力される領域である。なお、隣接するＸ・Ｙストリップ５，７の間を塗り潰すように接合用半導体膜４Ｂが形成される。

＜変換膜の有感領域全体の分割＞
次に、変換膜３の有感領域全体Ａの分割に伴う構成について説明する。図３（ａ）は、４つの分割有感領域Ａ１〜Ａ４でＸ線入射位置の特定する構成を示す図である。上述のように、Ｘストリップ５およびＹストリップ７は、変換膜３の両面３ａ，３ｂ（図２参照）に交差して設けられている。図３（ａ）において、有感領域全体Ａは、変換膜３の一部の領域であるが、変換膜３の全部の領域であってもよい。

本発明では、Ｘストリップ５およびＹストリップ７は、変換膜３の有感領域全体Ａをマトリクス状に分割するように、分断されている。すなわち、図３（ａ）において、Ｘストリップ５は、境界線ＢＸで分断されている。分断後のＸストリップ５は、Ｘ方向に並ぶ２つのＸストリップ５ａ，５ｂで示される。一方、Ｙストリップ７は、境界線ＢＹで分断されている。分断後のＹストリップ７は、Ｙ方向に並ぶ２つのＹストリップ７ａ，７ｂで示される。これにより、図３（ａ）では、２行×２列に分割された４つの分割有感領域Ａ１〜Ａ４の各々でＸ線の入射位置を特定することができる。

＜プリント基板とインターポーザ＞
次に、変換膜３で変換された電荷（電子およびホール）を読み出すための構成について説明する。図１に戻る。Ｘストリップ５およびＹストリップ７で読み出した電荷は、上部プリント基板９および下部プリント基板１１に送られる。なお、上部プリント基板９は、変換膜３の有感領域全体Ａ（図３参照）を覆わないように、開口部を有して構成されている。また、上部プリント基板９および下部プリント基板１１を区別しない場合は、プリント基板９，１１として説明する。

プリント基板９，１１は、一般的に、バンプ接続できる配線ピッチが約１００μｍ程度である。そのため、Ｘストリップ５およびＹストリップ７のピッチが例えば１０ｕｍなど、プリント基板９，１１の配線ピッチよりも細かく（狭く）なると、Ｘストリップ５と上部プリント基板９との間、およびＹストリップ７と下部プリント基板１１との間を直接バンプ接続できない。

そこで、上部インターポーザ１３および下部インターポーザ１５を介して、配線ピッチを拡大させている。これにより、Ｘストリップ５と上部プリント基板９との間、およびＹストリップ７と下部プリント基板１１との間を接続させることができる。なお、上部インターポーザ１３および下部インターポーザ１５を区別しない場合は、インターポーザ１３，１５として説明する。

インターポーザ１３，１５の構成を、下部インターポーザ１５を一例に説明する。図４（ａ）は、下部インターポーザ１５の平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＥ−Ｅ部分の縦断面図である。

図４（ｂ）のように、下部インターポーザ１５は、Ｓｉ（シリコン）等の基板１７を備えている。基板１７のＹストリップ７側の面１７ａには、配線（または電極）１９ａが形成され、基板１７の下部プリント基板１１側の面１７ｂには、配線（または電極）１９ｂが形成されている。この基板１７を挟み込む２つの配線１９ａ，１９ｂは、シリコン貫通電極（以下適宜、「ＴＳＶ」とする）２１により接続されている。ＴＳＶ２１は、基板１７に設けられた貫通穴に、Ａｌ等の導電性材料を充填させて形成したものである。Ｙストリップ７と配線１９ａは、半田などの導電性材料で構成されるバンプ２３により接続される。同様に、配線１９ｂと下部プリント基板１１の配線１１ａは、半田などの導電性材料で構成されるバンプ２５により接続される。

下部インターポーザ１５は、図４（ａ）のように、Ｙストリップ７のピッチＰ１を下部プリント基板１１の配線１１ａのピッチＰ２となるように拡大して、Ｙストリップ７と下部プリント基板１１の配線１１ａとを接続させている。同様に、上部インターポーザ１３は、Ｘストリップ５のピッチＰ１を上部プリント基板９の配線９ａのピッチＰ２となるように拡大して、Ｘストリップ５と上部プリント基板９の配線９ａとを接続させている。なお、Ｘストリップ５のピッチＰ１と、Ｙストリップ７のピッチＰ１は、同じ長さであってもよいし異なる長さであってもよい。また、上部プリント基板９の配線９ａのピッチＰ２と、下部プリント基板１１の配線１１ａのピッチＰ２は、同じ長さであってもよいし異なる長さであってもよい。

＜入射位置特定回路等＞
次に、Ｘストリップ５およびＹストリップ７によって読み出された、変換膜３で変換された電荷を処理する構成について説明する。図５は、実施例１に係るＸ線ストリップ検出器１を示すブロック図である。図５において、プリント基板９，１１およびインターポーザ１３，１５を省略して説明する。

Ｘストリップ５およびＹストリップ７の各々の出力側には、アレイアンプ回路３１、マルチプレクサ３３およびＡ／Ｄ変換器３５が順番に接続されている。アレイアンプ回路３１は、Ｘストリップ５（５ａ，５ｂ）およびＹストリップ７（７ａ，７ｂ）の各々で読み出された電荷を電圧信号に変換する。マルチプレクサ３３は、複数の電圧信号から１つの電圧信号を選択して出力する。Ａ／Ｄ変換器３５は、電圧信号をアナログからディジタルに変換する。

また、Ａ／Ｄ変換器３５の出力側には、さらに、入射位置特定回路３７およびデータ収集部３９が設けられている。入射位置特定回路３７は、分断されたＸストリップ５ａ，５ｂおよびＹストリップ７ａ，７ｂにより読み出された電荷に基づき、マトリクス状に分割された４つの分割有感領域Ａ１〜Ａ４ごとに、Ｘ線の入射位置を特定する。データ収集部３９は、４つの分割有感領域Ａ１〜Ａ４ごとに特定したＸ線入射位置と、そのＸ線入射個数のデータを収集する。

アレイアンプ回路３１、マルチプレクサ３３、Ａ／Ｄ変換器３５、入射位置特定回路３７およびデータ収集部３９等は、検出器制御部４１により統轄的に制御される。検出器制御部４１は、予め設定された読み出し時間（０＜ｔ≦約１μｓ程度）で電荷を繰り返し読み出すように制御する。データ収集部３９は、収集した、Ｘ線入射位置およびＸ線入射個数のデータに基づき、Ｘ線画像を出力する。これにより、Ｘ線ストリップ検出器１は、Ｘ線画像を出力する。なお、入射位置特定回路３７は、本発明の入射位置特定部に相当する。

なお、プリント基板９，１１または、プリント基板９，１１の後段に、アレイアンプ回路３１、マルチプレクサ３３、Ａ／Ｄ変換器３５、入射位置特定回路３７、データ収集部３９および検出器制御部４１の少なくともいずれかが設けられている。

＜Ｘ線ストリップ検出器の動作＞
次に、Ｘ線ストリップ検出器１の動作を説明する。図１を参照する。Ｘ線ストリップ検出器１のＸストリップ５には、予め設定されたバイアス電圧Ｖｈが印加されている。Ｘ線管（図示せず）から被検体（図示せず）にＸ線を照射し、被検体を透過したＸ線をＸ線ストリップ検出器１で検出する。

Ｘ線ストリップ検出器１の変換膜３（感応半導体膜４Ａ）にＸ線が入射すると、変換膜３内で光電効果を起こし、電子−ホール対が生成される。Ｘストリップ５には、バイアス電圧Ｖｈにより変換膜３に電場が形成されているので、電子とホールは反対方向にドリフトして、例えば、Ｘストリップ５には、電子が読み出され、Ｙストリップ７には、ホールが読み出される。

Ｘストリップ５で読み出された電子は、上部インターポーザ１３を通って上部プリント基板９に送られる。一方、Ｙストリップ７で読み出されたホールは、下部インターポーザ１３を通って下部プリント基板１５に送られる。

また、分断されたＸストリップ５ａ，５ｂまたはＹストリップ７ａ，７ｂで読み出された電子またはホールは、図５のように、出力側に設けられたアレイアンプ回路３１により電子またはホールを電圧信号に変換する。すなわち、分断されたＸストリップ５ａ，５ｂおよびＹストリップ７ａ，７ｂごとに、電圧信号が生成される。複数の電圧信号は、マルチプレクサ３３により１つの電圧信号が選ばれて出力される。Ａ／Ｄ変換器３５は、電圧信号をアナログからディジタルに変換する。ディジタル変換された電気信号は、入射位置特定回路３７に送られる。

入射位置特定回路３７は、複数のＸストリップ５に対応する電圧信号の強度から、Ｘストリップ５におけるＸ線入射位置を特定する。同様に、入射位置特定回路３７は、複数のＹストリップ７に対応する電圧信号の強度から、Ｙストリップ５におけるＸ線入射位置を特定する。なお、Ｘ線入射により変換された電荷は、複数のＸストリップ５および複数のＹストリップ７の少なくともいずれかに跨っているので、入射位置特定回路３７は、例えば、電圧信号の最大値をＸ線入射位置として、Ｘストリップ５およびＹストリップ７の各々で特定する。

入射位置特定回路３７は、例えば、図３（ａ）のように、矢印ＬＸのＸストリップ５ａでＸ線入射位置であると特定し、矢印ＬＹのＹストリップ７ａでＸ線入射位置であると特定する。これにより、１本のＸ線が、矢印ＬＸ，ＬＹのＸストリップ５ａとＹストリップ７ａとが交わる交点ＲでＸ線入射したと特定する。

また、読み出し時間（０＜ｔ≦約１μｓ程度）内に、例えば図３（ａ）中の位置Ｒ，ＳにＸ線が入射しても、異なる分割有感領域Ａ１，Ａ４に入射すれば、入射位置特定部３７は、Ｘストリップ５とＹストリップ７とが分断して構成された分割有感領域Ａ１〜Ａ４ごとに入射位置を特定する。

ここで、図３（ｂ）について説明する。図３（ｂ）は、図３（ａ）のように、Ｘストリップ５とＹストリップ７とが分断されていない。図３（ｂ）において、読み出し時間内に２つの位置Ｒ，ＳにＸ線が入射すると、位置Ｒ，Ｓの他に、実際に入射していない位置Ｔ，Ｕも入射位置の候補に挙がってしまう。そのため、Ｘ線の入射位置を特定できない問題が生じる。この場合、Ｘ線入射のイベントが使用できなくなる。２以上のＸ線が入射し、Ｘ線入射のイベントが使用できなくことを抑えるためには、照射線量の上限を下げなければならない。また、２以上のＸ線が入射してしまうことは、有感領域の面積が大きいほど起こりやすい。

そこで、図３（ａ）のように、Ｘストリップ５とＹストリップ７とを分断して分割有感領域Ａ１〜Ａ４ごとに入射位置を特定することで、図３（ｂ）のように、位置Ｒ，Ｓの他に、実際にＸ線が入射していない位置Ｔ，Ｕが入射位置の候補に挙がることがない。そのため、入射位置を特定できなくて、使用できないＸ線入射のイベントを減らすことができる。すなわち、読み出し時間内に検出できるＸ線数を増やすことができるので、照射線量の上限を上げることができ、十分なＸ線数をカウントするまでの計測時間を短縮することができる。

また、Ｘ線入射位置と、その位置におけるＸ線入射数のデータは、データ収集部３９で収集される。データ収集部３９、すなわちＸ線ストリップ検出器１は、Ｘ線入射位置と、その位置におけるＸ線入射数のデータに基づきＸ線画像を出力する。出力されたＸ線画像は、必要な画像処理が行われる。そして、Ｘ線画像は、液晶モニタなどの表示部（図示しない）に表示され、記憶部（図示しない）に記憶される。

本実施例によれば、Ｘストリップ５側およびＹストリップＹ側における、入射したＸ線に感応して電荷を生成する感応半導体膜４Ａの面であって、少なくとも変換膜３の有感領域全体Ａの全面には、接合用半導体膜４Ｂが形成されている。接合用半導体膜４Ｂは、感応半導体膜４Ａよりも高抵抗である。そのため、感応半導体膜４Ａで生成された電荷がＸストリップ５およびＹストリップ７に収集される際に、各々、隣接するＸストリップ５およびＹストリップ７への電荷の移動が抑えられる。したがって、隣接するＸストリップ５およびＹストリップ７へ電荷が漏れるクロストークを抑えることができる。その結果、空間分解能や感度の低下を改善させることができる。

また、Ｘストリップ５およびＹストリップ７は、変換膜３の有感領域全体Ａをマトリクス状に分割するように、分断されている。そのため、入射位置特定回路３７は、分断されたＸストリップ５およびＹストリップ７により読み出された電荷に基づき、マトリクス状に分割された分割有感領域Ａ１〜Ａ４ごとに、Ｘ線の入射位置を特定する。すなわち、読み出し時間内に２以上のＸ線が入射しても、異なる分割有感領域Ａ１〜Ａ４に入射すれば、Ｘ線の入射位置を特定できる。そのため、読み出し時間内に検出できるＸ線数を増やすことができるので、照射線量の上限を上げることができ、十分なＸ線数をカウントするまでの計測時間を短縮することができる。

また、インターポーザ１３，１５の変換膜３側の配線１９ａは、Ｘストリップ５およびＹストリップ７とバンプ接続する。バンプ接続することにより、ワイヤーボンディングで配線を引き出さないので、単純な回路構成で読み出すことができる。

次に、図面を参照して本発明の実施例２を説明する。なお、実施例１と重複する説明は省略する。

実施例１では、２次元のＸ線入射位置を特定するために、変換膜３のＸ線入射面３ａおよびＸ線入射反対面３ｂの両側で電荷を読み出していた。これに伴い、感応半導体膜４Ａの両側に接合用半導体膜４Ｂが形成されていた。そこで、実施例２では、感応半導体膜４Ａの片側に接合用半導体膜４Ｂが形成される構成を説明する。

図６は、実施例２に係るＸ線ストリップ検出器を示す縦断面図であり、図７は、有感領域全体でＸ線入射位置の特定する構成に係る、変換膜のＸ線入射反対面側から見た図である。すなわち、図７は、図６中のＤ方向から見た図である。実施例２のＸ線ストリップ検出器５１において、図６のように、接合用半導体膜４Ｂは、変換膜３のＸ線入射反対面３ｂ側のみに形成されている。

＜共通電極、ピクセル電極およびＹ方向ストリップ電極＞
図６のＸ線ストリップ検出器５１において、変換膜３のＸ線入射面３ａには、Ｘ線入射面３ａを覆うように、共通電極５３が設けられている。共通電極５３は、変換膜３のＸ線入射面３ａのほぼ全面に設けられている。一方、変換膜３のＸ線入射反対面３ｂ内には、ピクセル電極５５と、Ｙストリップ７とが設けられている。

ピクセル電極５５は、図７のように、複数で構成されており、変換膜３の放射線入射反対面３ｂ内で、互いに直交する（交わる）Ｘ方向およびＹ方向に並んでいる。すなわち、複数のピクセル電極５５は、マトリクス状に配置されている。Ｙストリップ７は、変換膜３の放射線入射反対面３ｂ内に、Ｙ方向に並ぶピクセル電極５５の列と交互に設けられている。共通電極５３、ピクセル電極５５は、導電性材料で構成され、例えば、ピクセル電極５５は、Ａｌ（アルミニウム）で構成されている。

また、共通電極５３には、バイアス電圧Ｖｈが印加されるようになっている。そのため、共通電極５３と、ピクセル電極５５およびＹストリップ７との間に、電圧が加えられると、変換膜３内に電場が形成される。これにより、変換膜３で変換された電子およびホールを反対方向にドリフトさせて、変換膜３の片面に設けられたピクセル電極５５およびＹストリップ７の各々で、電子またはホールを読み出せるようになっている。なお、１本のＸ線が変換膜３（感応半導体膜４Ａ）に入射すると、１千から１万個程度の電子−ホール対が生成される。図７の符号ＥＨのように、ピクセル電極５とＹストリップ７とに跨って電荷（電子またはホール）が読み出される。

＜プリント基板とインターポーザ＞
また、Ｘ線ストリップ検出器５１は、図７のように、Ｘ方向に並ぶピクセル電極５５の列ごとに、Ｘ方向に並ぶピクセル電極５５の各々と接続するピクセル電極接続部５７を備えている。ピクセル電極接続部５７は、Ｘ方向に並ぶピクセル電極５５の各々と接続することにより、Ｙストリップ７と交わるＸストリップ５として機能する。そのため、互いに交わるＹストリップ７およびピクセル電極接続部５７により、Ｘ線の入射位置を特定することができる。なお、ピクセル電極５５およびピクセル電極接続部５７と、Ｙストリップ７とは、電気的に絶縁状態にある。また、ピクセル電極５５およびピクセル電極接続部５７は、本発明の第２ストリップ電極に相当する。

ピクセル電極接続部５７は、例えば、図６のように、インターポーザ５９内に形成されている。また、Ｘ線ストリップ検出器５１は、電荷を読み出すための配線６１ａが形成されたプリント基板６１を備えている。インターポーザ５９は、変換膜３とプリント基板６１と間でかつ、変換膜３のＸ線入射反対面３ｂを覆うように設けられている。変換膜３とプリント基板６１との間に、ピクセル電極接続部５７を有するインターポーザ５９を設けることにより、ピクセル電極接続部５７などの回路構成の単純化を実現させることができる。

インターポーザ５９の変換膜３側の配線１９ａは、ピクセル電極５５およびＹストリップ７の各々と接続している。配線１９ａと、ピクセル電極５５およびＹストリップ７との接続は、バンプ２３によりバンプ接続される。バンプ接続により、ピクセル電極５５とＹストリップ７と等が細かいピッチで形成されていても配線を引き出すことができる。また、配線１９ａとピクセル電極接続部５７は、ＴＳＶ２１で接続されている。

図６において、Ｙストリップ７と接続する配線１９ａは、図示しないＴＳＶにより、反対側の配線１９ｂと接続する。また、ピクセル電極接続部５７は、さらに、図示しないＴＳＶにより、配線１９ｂと接続する。配線１９ｂと、プリント基板６１の配線６１ａとは、バンプ２３によりバンプ接続される。このような構成により、ピクセル電極５５およびＹストリップ７で読み出した電荷を、さらにプリント基板６１に読み出すことができる。

インターポーザ５９は、図６のように、変換膜３とプリント基板１３と間に介在している。そのため、上述のように、ピクセル電極５５とＹストリップ７との間等のピッチＰ１を、プリント基板６１の配線６１ａのピッチＰ２となるように拡大して、ピクセル電極５５およびＹストリップ７と、配線１３ａとを接続させることができる。これにより、ピクセル電極５５とＹストリップ７との間のピッチＰ１が細かい場合であっても、ピクセル電極５５およびＹストリップ７と、プリント基板１３の配線１３ａとを接続できる。

＜変換膜の有感領域全体の分割＞
次に、図６の構成の有感領域全体Ａを分割し、２行×２列の４つの分割有感領域Ａ１〜Ａ４ごとにＸ線入射位置を特定する構成について説明する。

図８は、変換膜３のＸ線入射反対面３ｂから見た図である。Ｙストリップ７は、変換膜３の有感領域全体Ａをマトリクス状に分割するように、分断されている。図８において、Ｙストリップ７は、境界線ＢＹで分断されている。分断後のＹストリップ７は、Ｙ方向に並ぶ２つのＹストリップ７ａ，７ｂで示される。

一方、ピクセル電極接続部５７は、同様に、変換膜３の有感領域全体Ａをマトリクス状に分割するように、分断されている。図８において、ピクセル電極接続部５７は、境界線ＢＸで分断されている。すなわち、Ｘ方向に並ぶピクセル電極５５の列は、境界線ＢＸで分割して、変換膜３の有感領域全体Ａをマトリクス状に分割するように、２つ（複数）のピクセル電極接続部５７ａ，５７ｂで接続されている。このように、図８では、２行×２列に分割された４つの分割有感領域Ａ１〜Ａ４の各々でＸ線の入射位置が特定される。

本実施例によれば、変換膜３のＸ線入射面３ａには、共通電極５３が設けられており、Ｘ線入射反対面３ｂ内には、ピクセル電極５５およびＹストリップ７が設けられている。複数のピクセル電極５５は、互いに交わるＸ方向およびＹ方向に並んでいる。Ｘ方向に並ぶピクセル電極５５の各々は、Ｘ方向に並ぶピクセル電極５５の列ごとに、ピクセル電極接続部５７で接続される。一方、複数のＹストリップ７は、Ｙ方向に長手であり、Ｙ方向に並ぶピクセル電極５５の列と交互に設けられている。ピクセル電極５５およびピクセル電極接続部５７は、Ｘ方向に長手のＸ方向ストリップ電極として機能する。それらにより、変換膜３のＸ線入射反対面３ｂの片面読み出しで両サイド型のストリップ検出器と同等の機能を有することができる。

また、両サイド型のストリップ検出器では、放射線入射面３ａ側にも読み出し回路等の構成が必要になり、回路構成が複雑になる。しかしながら、本発明によれば、片面読み出しの構成とすることで、読み出し回路を放射線入射反対面３ｂに集約することができ、回路構成を単純化することができる。

また、本実施例の構成によれば、変換膜３の放射線入射反対面３ｂの片面読み出しで両サイド型のストリップ検出器（図１参照）と同等の機能を有することができる。この場合、Ｙストリップ７側並びに、ピクセル電極５５およびピクセル電極接続部５７側は、変換膜３のＸ線入射反対面３ｂ側となり、Ｘ線入射反対面３ｂ側に接合用半導体膜４Ｂが形成される。これにより、感応半導体膜４Ａで生成された電荷がＹストリップ７およびピクセル電極５５に収集される際に、各々、隣接するＹストリップ７およびピクセル電極５５への電荷の移動が抑えられる。したがって、隣接するＹストリップ７およびピクセル電極５５へ電荷が漏れるクロストークを抑えることができる。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例１において、例えば、２つの接続用半導体膜４Ｂは、同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。また、各実施例において、接続用半導体膜４Ｂは、暗電流の影響を抑えるために、ｐ型半導体またはｎ型半導体で構成されていてもよい。例えば、実施例１において、例えば、Ｘストリップ５が形成される接続用半導体膜４Ｂは、Ｓｂ_２Ｓ_３等の高抵抗なｐ型半導体で構成されていてもよい。一方、Ｙストリップ７が形成される接続用半導体膜４Ｂは、Ｓｂ_２Ｓ_３等の高抵抗なｎ型半導体で構成されていてもよい。

（２）上述した各実施例および変形例（１）では、有感領域全体Ａを２行×２列に分割させていたが、２行×１列、１行×２列、２行×３列、３行×２列、および３行以上×３列以上であってもよい。３行以上×３列以上の場合は、インターポーザ１１を設けることで、有感領域全体Ａの端部に位置しない、有感領域全体Ａの真ん中の分割有感領域からも電荷を読み出すことが容易にできる。

（３）上述した各実施例および各変形例では、検出対象の放射線としてＸ線が例示されていたが、例えばガンマ線や赤外線等であってもよい。なお、本発明の放射線は、フォトンを含み、フォトンは、Ｘ線、ガンマ線および赤外線等の電磁波を含むものとする。

（４）上述した各実施例および各変形例では、第１方向はＹ方向であり、第２方向はＸ方向であったが、これに限られない。すなわち、第１方向はＸ方向であり、第２方向はＹ方向と逆であってもよい。また、第１方向と第２方向とが交わって（ほぼ直交して）いれば、Ｘ方向およびＹ方向でなくてもよい。

（５）上述した各実施例および各変形例では、図７および図８において、Ｙストリップ７と、Ｙ方向に並ぶピクセル電極５５の列は、１列ごとに交互に設けられていた。この点、例えば、２列のＹストリップ７と、Ｙ方向に並ぶピクセル電極５５の２列とが交互に設けられていてもよい。また、１列のＹストリップ７と、Ｙ方向に並ぶピクセル電極５５の２列とが交互に設けられていてもよい。

１，５１… Ｘ線ストリップ検出器
３ … 変換膜
３ａ … Ｘ線入射面
３ｂ … Ｘ線入射反対面
４Ａ … 感応半導体膜４Ａ
４Ｂ … 接合用半導体膜４Ｂ
５ … Ｘ方向ストリップ電極（Ｘストリップ）
７ … Ｙ方向ストリップ電極（Ｙストリップ）
３７ … 入射位置特定回路
５５ … ピクセル電極（Ｘストリップの一部）
５７ … ピクセル電極接続部（Ｘストリップの一部）
Ａ … 有感領域全体
Ａ１〜Ａ４… 分割有感領域

Claims (5)

1. 入射した放射線を電荷に変換する変換膜と、
   前記変換膜の放射線入射反対面に複数で並列に設けられた、第１方向に長手の第１ストリップ電極と、
   前記変換膜の放射線入射面および放射線入射反対面側のいずれか一方に複数で並列に設けられた、前記第１方向と交わる第２方向に長手の第２ストリップ電極とを備え、
   前記変換膜は、入射した放射線に感応して電荷を生成する感応半導体膜と、
   前記第１ストリップ電極側および前記第２ストリップ電極側の前記感応半導体膜の面であって、少なくとも前記変換膜の有感領域全体の全面に形成された、前記感応半導体膜よりも高抵抗である接合用半導体膜とを有することを特徴とする放射線検出器。
2. 請求項１に記載の放射線検出器において、
   前記第１ストリップ電極および前記第２ストリップ電極は、前記変換膜の有感領域全体をマトリクス状に分割するように、分断されており、
   分断された前記第１ストリップ電極および前記第２ストリップ電極により読み出された前記電荷に基づき、マトリクス状に分割された分割有感領域ごとに、放射線の入射位置を特定する入射位置特定部をさらに備えていることを特徴とする放射線検出器。
3. 請求項１または２に記載の放射線検出器において、
   前記接合用半導体膜は、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、Ｓｂ_２Ｓ_３および、これらの混合結晶のいずれかで構成されていることを特徴とする放射線検出器。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出器において、
   前記感応半導体膜は、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅおよび、これらの混合結晶のいずれかで構成されていることを特徴とする放射線検出器。
5. 請求項４に記載の放射線検出器において、
   前記感応半導体膜には、ハロゲン元素が添加されていることを特徴とする放射線検出器。
   
   

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