(57)【要約】【課題】信頼性を向上させることができる放射線検出器を提供することである。【解決手段】実施形態に係る放射線検出器は、基部と、前記基部の一方の側に設けられ、複数の光電変換素子を有する光電変換部と、前記基部と、前記光電変換部との間に設けられ、周端面が、前記光電変換部の周端面よりも前記光電変換部の中心側に位置する接合部と、前記接合部により接合された前記基部および前記光電変換部を一体に覆う保護膜と、前記保護膜の上であって、平面視において、前記複数の光電変換素子が設けられた領域を覆うシンチレータと、を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部の一方の側に設けられ、複数の光電変換素子を有する光電変換部と、
前記基部と、前記光電変換部との間に設けられ、周端面が、前記光電変換部の周端面よりも前記光電変換部の中心側に位置する接合部と、
前記接合部により接合された前記基部および前記光電変換部を一体に覆う保護膜と、
前記保護膜の上であって、平面視において、前記複数の光電変換素子が設けられた領域を覆うシンチレータと、
を備えた放射線検出器。
【請求項２】
前記基部は、前記接合部が設けられる側の面に開口する凹部をさらに有し、
平面視において、前記凹部は、前記光電変換部の周端面に沿って設けられている請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記凹部は、前記接合部の周端面よりは外側に設けられている請求項１または２に記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記基部と、前記光電変換部との間に設けられた支持部をさらに備えた請求項１〜３のいずれか１つに記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記保護膜は、透光性を有する樹脂を含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線検出器の一例にＸ線検出器がある。Ｘ線検出器には、基部と、基部の上に設けられた光電変換部と、光電変換部の上に設けられたシンチレータと、が設けられる場合がある。シンチレータは、入射したＸ線を蛍光に変換する。シンチレータを用いるＸ線検出器は、間接変換型のＸ線検出器と呼ばれている。光電変換部は、Ｘ線から変換された蛍光を信号電荷に変換する。光電変換部には、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子を用いることができる。
【０００３】
この場合、光電変換部の上にシンチレータを直接形成すると、光電変換部の表面に設けられた電極などが、シンチレータの材料に含まれているヨウ素などと化学反応をおこし腐食が発生する場合がある。腐食が発生すると光電変換部が正常に動作しなくなるおそれがある。そのため、光電変換部が接合された基部を保護膜で一体に覆い、保護膜で覆われた光電変換部の上にシンチレータを形成する場合がある。
【０００４】
ここで、基部は金属などから形成される。これに対し、光電変換部は、主に、シリコンなどの半導体材料を含んでいる。また、真空蒸着法などを用いてシンチレータを形成する場合には、基部および光電変換部が加熱される。また、Ｘ線検出器が高温の環境に設置される場合もある。基部と光電変換部の温度が上昇すると、熱膨張率の違いにより熱膨張差が生じ、基部と光電変換部を覆う保護膜に応力が発生する。保護膜に応力が発生すると、保護膜に破れ、剥がれ、亀裂、孔などが生じるおそれがある。この場合、保護膜にシンチレータの材料が付着していると、シンチレータの材料が保護膜の破れなどから保護膜の内側に侵入する場合がある。破れなどの位置が、光電変換部の電極などに近いと、電極などが腐食して、Ｘ線検出器の信頼性が低下するおそれがある。  
そこで、Ｘ線検出器の信頼性を向上させることができる技術の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３０６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、信頼性を向上させることができる放射線検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る放射線検出器は、基部と、前記基部の一方の側に設けられ、複数の光電変換素子を有する光電変換部と、前記基部と、前記光電変換部との間に設けられ、周端面が、前記光電変換部の周端面よりも前記光電変換部の中心側に位置する接合部と、前記接合部により接合された前記基部および前記光電変換部を一体に覆う保護膜と、前記保護膜の上であって、平面視において、前記複数の光電変換素子が設けられた領域を覆うシンチレータと、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施の形態に係るＸ線検出器を例示するための模式平面図である。
【図２】図１におけるＸ線検出器のＡ−Ａ線方向の模式断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、比較例に係る接合部を例示するための模式断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係る接合部を例示するための模式断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、他の実施形態に係る基部を例示するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
本実施の形態に係る放射線検出器は、Ｘ線のほかにもγ線などの各種放射線に適用させることができる。ここでは、一例として、放射線の中の代表的なものとしてＸ線に係る場合を例にとり説明をする。したがって、以下の実施形態の「Ｘ線」を「他の放射線」に置き換えることにより、他の放射線にも適用させることができる。  
また、Ｘ線検出器１は、例えば、一般医療などに用いることができる。ただし、Ｘ線検出器１の用途は、一般医療に限定されるわけではない。
【００１０】
図１は、本実施の形態に係るＸ線検出器１を例示するための模式平面図である。  
なお、図１は、Ｘ線検出器１の一部を切り欠いた模式平面図である。  
図２は、図１におけるＸ線検出器１のＡ−Ａ線方向の模式断面図である。  
図１および図２に示すように、Ｘ線検出器１には、基部１０、光電変換部２０、接合部３０、保護膜４０、シンチレータ５０、反射層６０、および防湿部７０が設けられている。
【００１１】
基部１０は、例えば、板状を呈するものとすることができる。基部１０の平面形状は、例えば、四角形とすることができる。基部１０の一方の面には、複数の電極１１が設けられている。複数の電極１１は、基部１０の一辺に沿って並べて設けられている。複数の電極１１には、フレキシブルプリント基板などが電気的に接続され、フレキシブルプリント基板などを介して外部の機器と接続できるようになっている。基部１０は、例えば、アルミニウム合金やステンレスなどの金属、セラミックスなどから形成することができる。基部１０が金属などの導電体から形成される場合には、基部１０の表面に絶縁層を設けることができる。
【００１２】
光電変換部２０は、シンチレータ５０によりＸ線から変換された蛍光（可視光）を信号電荷に変換する。光電変換部２０は、基部１０の上に設けられている。光電変換部２０は、基部１０の、複数の電極１１が設けられる側に設けられている。光電変換部２０は、基部１０の中央領域に設けられている。光電変換部２０は、シリコンなどの半導体材料を含み、板状を呈している。光電変換部２０は、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子とすることができる。
【００１３】
光電変換部２０の、基部１０側とは反対側の面には複数の光電変換素子２１が設けられている。複数の光電変換素子２１は、一列、もしくはマトリクス状に並べられている。図１に例示をした複数の光電変換素子２１は、マトリクス状に並べられている。なお、１つの光電変換素子２１は、Ｘ線画像の１つの画素（pixel）に対応する。
【００１４】
また、光電変換部２０の、基部１０側とは反対側の面には複数の電極２２が設けられている。複数の電極２２は、光電変換部２０の一辺に沿って並べて設けられている。平面視において（Ｘ線の入射方向から見て）、複数の電極２２は、複数の電極１１と対峙している。複数の電極２２は、複数の光電変換素子２１と電気的に接続され、複数の光電変換素子２１により変換された信号電荷を読み出すことができるようになっている。１つの電極２２は、配線２３を介して１つの電極１１と電気的に接続されている。
【００１５】
光電変換部２０の、基部１０側とは反対側の面であって、複数の光電変換素子２１と、複数の電極２２との間には、回路部２４を設けることができる。回路部２４は、複数の光電変換素子２１と、複数の電極２２とに電気的に接続されている。回路部２４は、例えば、信号電荷（画像データ信号）を読み出すための回路とすることができる。回路部２４は、読み出された画像データ信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換する回路をさらに備えることもできる。
【００１６】
接合部３０は、基部１０と光電変換部２０を接合する。接合部３０は、基部１０と光電変換部２０との間に設けられている。接合部３０は、例えば、接着剤が硬化することで形成されたものとすることができる。
【００１７】
保護膜４０は、接合部３０により接合された光電変換部２０と基部１０を覆っている。保護膜４０は、光電変換部２０と基部１０を連続的かつ一体的に覆っている。保護膜４０は、シンチレータ５０の材料により、電極１１や電極２２などが腐食するのを抑制するために設けられている。保護膜４０は、光電変換部２０に設けられた配線２３などの要素を保護したり絶縁したりする機能をも有することができる。また、保護膜４０は、シンチレータ５０において発生した蛍光を透過させることができる。そのため、保護膜４０は、絶縁性、水蒸気遮断性、蛍光に対する透光性、シンチレータ５０の材料に対する耐食性を有する材料から形成することができる。保護膜４０は、例えば、ポリパラキシリレンから成る樹脂から形成することができる。保護膜４０は、例えば、ＣＶＤ法などにより形成することができる。
【００１８】
シンチレータ５０は、保護膜４０の上に設けられている。平面視において、シンチレータ５０は、複数の光電変換素子２１が設けられた領域（有効画素領域）を覆っている。シンチレータ５０は、入射したＸ線を蛍光に変換する。シンチレータ５０は、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）：タリウム（Ｔｌ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）：タリウム（Ｔｌ）、あるいは臭化セシウム（ＣｓＢｒ）：ユーロピウム（Ｅｕ）などを用いて形成することができる。シンチレータ５０は、真空蒸着法を用いて形成することができる。真空蒸着法を用いてシンチレータ５０を形成すれば、複数の柱状結晶の集合体からなるシンチレータ５０が形成される。シンチレータ５０の厚みは、例えば、６００μｍ程度とすることができる。
【００１９】
また、シンチレータ５０は、例えば、テルビウム賦活硫酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ／Ｔｂ、又はＧＯＳ）などを用いて形成することもできる。この場合、複数の光電変換素子２１ごとに四角柱状のシンチレータ５０が設けられるように、マトリクス状の溝部を設けることができる。
【００２０】
反射層６０は、蛍光の利用効率を高めて感度特性を改善するために設けられている。すなわち、反射層６０は、シンチレータ５０において生じた蛍光のうち、光電変換素子２１が設けられた側とは反対側に向かう光を反射させて、光電変換素子２１に向かうようにする。ただし、反射層６０は、必ずしも必要ではなく、Ｘ線検出器１に求められる感度特性などに応じて設けるようにすればよい。
【００２１】
反射層６０は、シンチレータ５０のＸ線の入射側に設けることができる。反射層６０は、少なくともシンチレータ５０の上面を覆っている。反射層６０は、シンチレータ５０の側面をさらに覆うこともできる。例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）などからなる光散乱性粒子と、樹脂と、溶媒とを混合した材料をシンチレータ５０上に塗布し、これを乾燥することで反射層６０を形成することができる。
【００２２】
また、例えば、銀合金やアルミニウムなどの光反射率の高い金属からなる層をシンチレータ５０上に成膜することで反射層６０を形成することができる。  
また、例えば、表面が銀合金やアルミニウムなどの光反射率の高い金属からなるシートや、光散乱性粒子を含む樹脂シートなどをシンチレータ５０上に接合することで反射層６０とすることもできる。この場合、例えば、両面テープなどを用いて、シートとシンチレータ５０とを接合することができる。
【００２３】
防湿部７０は、空気中に含まれる水分により、反射層６０の特性やシンチレータ５０の特性が劣化するのを抑制するために設けられている。防湿部７０は、シンチレータ５０と反射層６０を覆っている。防湿部７０の材料は、例えば、保護膜４０の材料と同じとすることができる。防湿部７０の材料と保護膜４０の材料が同じであれば、熱膨張差に基づく応力の発生を抑制することができる。そのため、防湿部７０と保護膜４０の間の界面における接合強度の低下を抑制することができる。
【００２４】
防湿部７０は、ハット形状を呈し、アルミニウムなどの金属から形成されたものとすることもできる。ハット形状を呈する防湿部７０の場合には、つば部を光電変換部２０に接着することができる。  
防湿部７０は、金属などの防湿性を有するシートとすることもできる。シート状の防湿部７０の場合には、シートの周縁を光電変換部２０に接着することができる。
【００２５】
前述したように、基部１０は、金属やセラミックスなどから形成される。これに対し、接合部３０により基部１０に接合される光電変換部２０は、主に、シリコンなどの半導体材料を含んでいる。また、真空蒸着法などを用いてシンチレータ５０を形成する場合には、基部１０および光電変換部２０が加熱される。また、Ｘ線検出器１が高温の環境に設置される場合もある。そのため、基部１０と光電変換部２０の温度が上昇すると、熱膨張率の違いにより熱膨張差が生じ、基部１０と光電変換部２０を覆う保護膜４０に応力が発生する。
【００２６】
図３（ａ）、（ｂ）は、比較例に係る接合部１３０を例示するための模式断面図である。図３（ａ）は、保護膜４０を形成した直後の状態を表している。図３（ｂ）は、シンチレータ５０を形成した直後の状態、すなわち、基部１０、光電変換部２０、および接合部１３０が加熱された状態を表している。
【００２７】
図３（ａ）に表した状態の基部１０、光電変換部２０、および接合部１３０が加熱されると、図３（ｂ）に示すように、基部１０、光電変換部２０、および接合部１３０が膨張する。この際、金属などから形成された基部１０の熱膨張量は、シリコンなどの半導体材料を含む光電変換部２０の熱膨張量よりも大きくなる。そのため、保護膜４０には、形成された部位により、形成された部位の熱膨張に伴う応力印加や変形が発生する。しかしながら、保護膜４０の、基部１０及び光電変換部２０と密着している部分は、基部１０及び光電変換部２０と共に膨張するため、保護膜４０の変形は小さく、保護膜４０に破れ、剥がれ、亀裂、孔等が生じる可能性は低くなる。
【００２８】
ところが、保護膜４０の、接合部１３０の周端面（側面）１３０ａと密着している部分は、基部１０と光電変換部２０との間の熱膨張差により大きく変形する。そのため、図３（ｂ）の「Ｂ」に示すように、保護膜４０が引っ張られることで、接合部１３０の周端面１３０ａの位置にある保護膜４０に破れ、剥がれ、亀裂、孔などが生じる場合がある。この場合、保護膜４０の上には防湿部７０が設けられるので、保護膜４０に生じた亀裂などは防湿部７０により覆うことができる。
【００２９】
しかしながら、シンチレータ５０を形成した際に、シンチレータ５０の材料が保護膜４０の表面に付着している場合がある。そのため、保護膜４０の表面に付着しているシンチレータ５０の材料が保護膜４０の破れた部分などから保護膜４０の内側に侵入する場合がある。この場合、接合部１３０の周端面１３０ａは、光電変換部２０の周端面（側面）２０ａとほぼ同じ位置にある。また、光電変換部２０の周端面２０ａの近傍には、電極２２や光電変換素子２１などが設けられている。そのため、破れなどが生じた位置と電極２２などとの間の距離が短く、破れなどから侵入したシンチレータ５０の材料が電極２２などに到達し易くなる。シンチレータ５０の材料が電極２２などに到達すると、電極２２などが腐食して、Ｘ線検出器１の信頼性が低下するおそれがある。
【００３０】
図４（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係る接合部３０を例示するための模式断面図である。図４（ａ）は、保護膜４０を形成した直後の状態を表している。図４（ｂ）は、シンチレータ５０を形成した直後の状態、すなわち、基部１０、光電変換部２０、および接合部３０が加熱された状態を表している。
【００３１】
図４（ａ）に表した状態の基部１０、光電変換部２０、および接合部３０が加熱されると、図４（ｂ）に示すように、基部１０、光電変換部２０、および接合部３０が膨張する。この際、図３（ｂ）に例示をしたものと同様に、保護膜４０の、接合部３０の周端面（側面）３０ａと密着している部分は、基部１０と光電変換部２０との間の熱膨張差により大きく変形する。そのため、図４（ｂ）の「Ｃ」に示すように、保護膜４０が引っ張られることで、接合部３０の周端面３０ａの位置にある保護膜４０に破れ、剥がれ、亀裂、孔などが生じる場合がある。そのため、保護膜４０の表面に付着しているシンチレータ５０の材料が保護膜４０の破れた部分などから保護膜４０の内側に侵入する場合がある。
【００３２】
しかしながら、図４（ａ）に示すように、接合部３０の周端面３０ａは、光電変換部２０の周端面２０ａよりも光電変換部２０の中心側に位置している。すなわち、接合部３０の周端面３０ａと、光電変換部２０の周端面２０ａとの間には距離Ｌが設けられている。そのため、破れなどが生じた位置と電極２２などとの間の距離が長くなるので、破れなどから侵入したシンチレータ５０の材料が電極２２などに到達し難くなる。その結果、電極２２などが腐食するのを抑制することができるので、Ｘ線検出器１の信頼性を向上させることができる。
【００３３】
また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、基部１０と光電変換部２０の間に支持部３１を設けることができる。支持部３１を設ければ、基部１０と光電変換部２０の間の距離を一定にするのが容易となるので、接合部３０の厚み、ひいては周端面３０ａの位置がばらつくのを抑制することができる。
【００３４】
図５（ａ）、（ｂ）は、他の実施形態に係る基部１０ａを例示するための模式断面図である。図５（ａ）は、保護膜４０を形成した直後の状態を表している。図５（ｂ）は、シンチレータ５０を形成した直後の状態、すなわち、基部１０ａ、光電変換部２０、および接合部３０が加熱された状態を表している。
【００３５】
図５（ａ）に表した状態の基部１０ａ、光電変換部２０、および接合部３０が加熱されると、図５（ｂ）に示すように、基部１０ａ、光電変換部２０、および接合部３０が膨張する。この際、図３（ｂ）に例示をしたものと同様に、保護膜４０の、接合部３０の周端面３０ａと密着している部分は、基部１０ａと光電変換部２０との間の熱膨張差により大きく変形する。そのため、図５（ｂ）の「Ｄ」に示すように、保護膜４０が引っ張られることで、接合部３０の周端面３０ａの位置にある保護膜４０に破れ、剥がれ、亀裂、孔などが生じる場合がある。そのため、保護膜４０の表面に付着しているシンチレータ５０の材料が保護膜４０の破れた部分などから保護膜４０の内側に侵入する場合がある。
【００３６】
しかしながら、図４（ａ）に例示をしたものと同様に、接合部３０の周端面３０ａは、光電変換部２０の周端面２０ａよりも光電変換部２０の中心側に位置している。すなわち、接合部３０の周端面３０ａと、光電変換部２０の周端面２０ａとの間には距離Ｌ１が設けられている。そのため、破れなどが生じた位置と電極２２などとの間の距離が長くなるので、破れなどから侵入したシンチレータ５０の材料が電極２２などに到達し難くなる。その結果、電極２２などが腐食するのを抑制することができるので、Ｘ線検出器１の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、基部１０ａには、接合部３０が設けられる側の面に開口する凹部１０ａ１を設けることができる。平面視において、凹部１０ａ１は、光電変換部２０の周端面２０ａに沿って設けることができる。この場合、凹部１０ａ１は、連続的に設けることもできるし、断続的に設けることもできる。また、凹部１０ａ１は、接合部３０の周端面３０ａよりは外側に設けることが好ましい。
【００３８】
ここで、シンチレータ５０を形成した際に飛散した材料が、基部１０ａの上にある保護膜４０の表面に付着する場合がある。平面視において、光電変換部２０の周端面２０ａの近傍に付着したシンチレータ５０の材料は、保護膜４０の破れなどが発生した位置の近くにあることになる。しかしながら、凹部１０ａ１が設けられていれば、飛散したシンチレータ５０の材料を、凹部１０ａ１の内面に設けられた保護膜４０の表面に付着させることができる。そのため、シンチレータ５０の材料が付着した位置と、保護膜４０の破れなどが発生した位置との間の、基部１０ａの面に垂直な方向における距離を長くすることができる。その結果、シンチレータ５０の材料が保護膜４０の破れなどから侵入するのを抑制することができる。  
なお、凹部１０ａ１の幅、深さ、配置、形状、数などは、実験やシミュレーションなどを行うことで適宜決定することができる。
【００３９】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  Ｘ線検出器、１０  基部、１０ａ  基部、１０ａ１  凹部、２０  光電変換部、２０ａ  周端面、２１  光電変換素子、２２  電極、３０  接合部、３０ａ  周端面、３１  支持部、４０  保護膜、５０  シンチレータ、６０  反射層、７０  防湿部
【図１】
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【図２】
2020134239.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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