(57)【要約】【課題】電磁放射線の検出精度向上を図る。【解決手段】検出素子１０は、厚み方向Ｚに積層された複数の半導体層２０を備える。半導体層２０は、複数の電極領域２４と、半導体領域２６と、を含む。複数の電極領域２４は、厚み方向Ｚに交差する交差方向Ｘに沿って間隔を隔てて配置されている。複数の電極領域２４は、放射線Ｒの照射による光電効果により電荷を発生し、電圧印加により交差方向Ｘの電場を形成する。半導体領域２６は、交差方向Ｘに隣接する電極領域２４間に少なくとも設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に交差する交差方向に沿って間隔を隔てて配置され、放射線の照射による光電効果により電荷を発生し、電圧印加により前記交差方向の電場を形成する複数の電極領域と、前記交差方向に隣接する前記電極領域間に少なくとも設けられた半導体領域と、を含み、前記厚み方向に積層された複数の半導体層、
を備える検出素子。
【請求項２】
３層以上の前記半導体層を積層してなる、
請求項１に記載の検出素子。
【請求項３】
前記半導体領域は、
放射線のエネルギーを電荷に変換する有機半導体領域である、
請求項１または請求項２に記載の検出素子。
【請求項４】
前記半導体層は、絶縁領域を更に備え、
前記電極領域は、前記交差方向に隣接する他の前記電極領域との対向面の少なくとも一部を、前記絶縁領域によって被覆されてなる、
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の検出素子。
【請求項５】
前記電極領域は、前記半導体層内の前記厚み方向に１層配列されてなる、
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の検出素子。
【請求項６】
前記電極領域は、重元素または重元素の合金からなる、
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の検出素子。
【請求項７】
前記電極領域は、互いに異なる電位の第１電極領域と第２電極領域とが前記交差方向に沿って間隔を隔てて交互に配列されてなる、
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の検出素子。
【請求項８】
前記第１電極領域は、前記交差方向に沿った二次元平面に沿って連続する第１電極ラインパターンであり、
前記第２電極領域は、前記二次元平面に沿って連続する第２電極ラインパターンである、
請求項７に記載の検出素子。
【請求項９】
前記第１電極領域と前記第２電極領域とは、構成材料の少なくとも一部が異なる、請求項７または請求項８に記載の検出素子。
【請求項１０】
複数の前記半導体層間の、平面視で重なる位置に配置された前記電極領域の電位は、同電位である、
請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の検出素子。
【請求項１１】
前記半導体層の積層数が互いに異なる複数の半導体ブロックを備え、
複数の前記半導体ブロックは、前記厚み方向に積層され、
前記放射線の入射方向の上流側から下流側に向かって前記半導体層の積層数が大きい前記半導体ブロックが配置されてなる、
請求項１〜請求項１０の何れか１項に記載の検出素子。
【請求項１２】
複数の前記半導体ブロック間に配置された金属層を備える、
請求項１１に記載の検出素子。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２の何れか１項に記載の検出素子と、
前記半導体層の各々の前記電極領域に電圧を印加する電圧印加部と、
前記電極領域から出力される出力信号を検出する検出部と、
を備える、検出器。
【請求項１４】
前記電圧印加部は、
前記複数の半導体層の各々における、前記交差方向に隣接する前記電極領域の電位が互いに異なる値となるように、前記電極領域に電圧を印加する、
請求項１３に記載の検出器。
【請求項１５】
前記電圧印加部は、
前記厚み方向に積層された複数の半導体層間の、平面視で重なる位置に配置された前記電極領域が同電位となるように、前記電極領域に電圧を印加する、
請求項１３または請求項１４に記載の検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、検出素子および検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体層を用いて放射線を電荷に変換する検出素子が知られている。検出素子では、半導体層内に入射した放射線により発生した電荷の動きを出力信号として検出することで、放射線を検出する。このような検出素子において、半導体層に対する透過性の高いＸ線やγ線などの放射線の検出効率向上のために、半導体層の厚みを厚くした構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１５４３４号公報
【特許文献２】特開２０１３−８９６８５号公報
【特許文献３】特開２０１８−１５５５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、一般的に使用される有機半導体層などの半導体層中の電荷移動度は小さい。このため、半導体層を厚くするほど、放射線の吸収により発生した電荷を出力信号として取り出すことが困難となっていた。すなわち、従来では、Ｘ線やγ線などの高エネルギーの放射線である電磁放射線を、高精度に検出することは困難であった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電磁放射線の検出精度向上を図ることができる、検出素子および検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施の形態の検出素子は、厚み方向に交差する交差方向に沿って間隔を隔てて配置され、主に放射線の照射による光電効果により電荷を発生し、電圧印加により前記交差方向の電場を形成する複数の電極領域と、前記交差方向に隣接する前記電極領域間に少なくとも設けられた半導体領域と、を含み、前記厚み方向に積層された複数の半導体層、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】検出器の模式図。
【図２】半導体層の平面図。
【図３】検出器の模式図。
【図４】半導体層の積層数と、照射されたＸ線のエネルギーに対する吸収量と、の関係を示す線図。
【図５】検出器の一例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、本実施の形態の詳細を説明する。なお、本明細書において、同じ部材または同じ機能を示す部分には、同じ符号を付与し、説明を省略する場合がある。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態の検出器１の一例を示す模式図である。
【００１０】
検出器１は、放射線Ｒを検出する装置である。本実施の形態では、検出器１は、特に、放射線Ｒに含まれる電磁放射線を検出する。電磁放射線は、高エネルギーの電磁波（例えば、周波数が３千兆ヘルツを超える電磁波）である。具体的には、電磁放射線は、Ｘ線、およびγ線である。
【００１１】
検出器１は、検出素子１０と、電圧印加部１２と、検出部１４と、を備える。検出素子１０と、電圧印加部１２と、検出部１４とは、電気的に接続されている。
【００１２】
検出素子１０は、複数の半導体層２０の積層体である。複数の半導体層２０は、半導体層２０の厚み方向Ｚに積層されている。厚み方向Ｚは、半導体層２０の層の厚み方向である。
【００１３】
半導体層２０は、基板２２と、電極領域２４と、半導体領域２６と、絶縁領域２８と、を備える。
【００１４】
基板２２は、検出素子１０における基板２２以外の構成部を支持可能な部材である。基板２２は、放射線Ｒを透過し、且つ、上記構成部を支持可能な材料で構成すればよい。放射線Ｒを透過する、とは、入射した放射線Ｒの５０％以上、好ましくは８０％以上を透過することを意味する。例えば、基板２２は、例えば、高分子フィルムであるが、これに限定されない。
【００１５】
電極領域２４は、導電性を有し、放射線Ｒの照射による光電効果により電荷を発生する。電極領域２４は、複数の半導体層２０を厚み方向Ｚに貫通する貫通電極３０を介して、後述する電圧印加部１２および検出部１４へ電気的に接続される。このため、電極領域２４は、電極として機能する。
【００１６】
電極領域２４は、交差方向Ｘに沿って間隔を隔てて複数配列されている。電極領域２４は、電圧印加により交差方向Ｘの電場を形成する。すなわち、間隔を隔てて交差方向Ｘに配列された隣接する電極領域２４間の各々には、電極領域２４に電圧が印加されることで、交差方向Ｘの電場が形成される。
【００１７】
交差方向Ｘとは、厚み方向Ｚに交差する方向である。言い換えると、交差方向Ｘは、半導体層２０の厚み方向Ｚに対して交差する二次元平面（図１中、Ｘ−Ｙ平面）に沿った方向である。本実施の形態では、交差方向Ｘは、厚み方向Ｚに直交する方向である場合を一例として説明する。また、方向Ｙ（Ｙ軸方向）は、交差方向Ｘおよび厚み方向Ｚに直交する方向である場合を一例として説明する。
【００１８】
本実施の形態では、電極領域２４は、平板状の基板２２における、放射線Ｒの入射する二次元平面（Ｘ−Ｙ平面）上に、交差方向Ｘに間隔を隔てて複数配置されている。
【００１９】
半導体層２０内における、交差方向Ｘに沿って配置された複数の電極領域２４の間隔は、全て同じであってもよいし、一部異なっていてもよい。なお、これらの電極領域２４から出力される出力信号の強度が交差方向Ｘにばらつくことを抑制する観点から、複数の電極領域２４の交差方向Ｘの間隔は、半導体層２０内において同じであることが好ましい。
【００２０】
また、半導体層２０内における、交差方向Ｘに沿って間隔を隔てて配列された複数の電極領域２４の各々の幅（交差方向Ｘの長さ）は、全て同じであってもよく、一部異なっていてもよい。なお、これらの電極領域２４から出力される出力信号の強度が交差方向Ｘにばらつくことを抑制する観点から、複数の電極領域２４の各々の交差方向Ｘの長さは、互いに同じであることが好ましい。
【００２１】
電極領域２４は、第１電極領域２４Ａと、第２電極領域２４Ｂと、から構成される。電極領域２４は、第１電極領域２４Ａと第２電極領域２４Ｂとは、交差方向Ｘに沿って間隔を隔てて交互に配列されてなる。
【００２２】
第１電極領域２４Ａと第２電極領域２４Ｂとは、後述する電圧印加部１２によって、互いに異なる電位となる電圧を印加される。このため、電圧印加された状態では、第１電極領域２４Ａと第２電極領域２４Ｂとは、互いに異なる電位となる。
【００２３】
例えば、第１電極領域２４Ａに、第２電極領域２４Ｂより高い電位となるように電圧が印加される。なお、第２電極領域２４Ｂに、第１電極領域２４Ａより高い電位となるように電圧が印加される構成であってもよい。本実施の形態では、第１電極領域２４Ａに、第２電極領域２４Ｂより高い電位となるように電圧（バイアス電圧）が印加される形態を、一例として説明する。
【００２４】
第１電極領域２４Ａと第２電極領域２４Ｂとは、互いに異なる電位となり、且つ、交差方向Ｘに沿って間隔を隔てて交互に配列されていればよく、複数の第１電極領域２４Ａおよび複数の第２電極領域２４Ｂの各々の接続形態は限定されない。
【００２５】
例えば、第１電極領域２４Ａおよび第２電極領域２４Ｂは、それぞれ、交差方向Ｘに沿った二次元平面（Ｘ−Ｙ平面）に沿って連続するラインパターンであってもよい。
【００２６】
図２は、半導体層２０の平面図の一例である。図２のＡ−Ａ’断面が、図１に相当する。
【００２７】
図２に示すように、第１電極領域２４Ａは、二次元平面（Ｘ−Ｙ平面）に沿って連続する第１電極ラインパターンＰ１である。第１電極ラインパターンＰ１は、少なくとも一部の電極領域２４が、第２電極領域２４Ｂと間隔を隔てて交差方向Ｘに沿って交互に配列された構成となるパターンであればよい。
【００２８】
例えば、第１電極ラインパターンＰ１は、ライン領域Ｐ１ａと、複数のライン領域Ｐ１ｂと、から構成される。
【００２９】
ライン領域Ｐ１ａは、交差方向Ｘの一端部が第１貫通電極３０Ａに電気的に接続され、基板２２の二次元平面（Ｘ−Ｙ平面）における交差方向Ｘに沿って延伸されたライン状の電極領域２４である。ライン領域Ｐ１ｂは、ライン領域Ｐ１ａから二次元平面（Ｘ―Ｙ平面）の交差方向Ｘに直交するＹ方向に向かって二次元平面（Ｘ−Ｙ平面）に沿って延伸され、交差方向Ｘに間隔を隔てて配置された複数のライン状の電極領域２４である。このため、この構成の場合、複数のライン領域Ｐ１ｂが、第２電極領域２４Ｂと間隔を隔てて交差方向Ｘに沿って交互に配列された領域となる。
【００３０】
同様に、第２電極領域２４Ｂは、二次元平面（Ｘ−Ｙ平面）に沿って連続する第２電極ラインパターンＰ２である。第２電極ラインパターンＰ２は、少なくとも一部の電極領域２４が、第１電極領域２４Ａと間隔を隔てて交差方向Ｘに沿って交互に配列された構成となるパターンであればよい。
【００３１】
例えば、第２電極ラインパターンＰ２は、ライン領域Ｐ２ａと、複数のライン領域Ｐ２ｂと、から構成される。
【００３２】
ライン領域Ｐ２ａは、交差方向Ｘの一端部が第２貫通電極３０Ｂに電気的に接続され、基板２２の二次元平面（Ｘ−Ｙ平面）における交差方向Ｘに沿って延伸されたライン状の電極領域２４である。ライン領域Ｐ２ｂは、ライン領域Ｐ２ａから二次元平面（Ｘ―Ｙ平面）の交差方向Ｘに直交するＹ方向に向かって二次元平面（Ｘ−Ｙ平面）に沿って延伸され、交差方向Ｘに間隔を隔てて配置された複数のライン状の電極領域２４である。このため、この構成の場合、複数のライン領域Ｐ２ｂが、ライン領域Ｐ１ｂである第１電極領域２４Ａと間隔を隔てて交差方向Ｘに沿って交互に配列された領域となる。
【００３３】
電極領域２４の構成材料は、導電性を有し、且つ、放射線Ｒの照射による光電効果により電荷を発生する材料であればよい。
【００３４】
例えば、電極領域２４の構成材料は、重元素または重元素の合金である。具体的には、電極領域２４は、ビスマス、鉛、金、タングステンなどの重元素からなる群から選択される少なくとも１種、または、これらの合金である。これらの中でも、放射線の吸収と導電性  の観点から、金、ビスマス、ビスマス合金を電極領域２４の構成材料として用いる事が好ましい。
【００３５】
なお、第１電極領域２４Ａと第２電極領域２４Ｂとは、同じ構成材料であってもよいし、少なくとも一部が異なる構成材料であってもよい。但し、第１電極領域２４Ａと第２電極領域２４Ｂとは、構成材料の少なくとも一部が異なる事が好ましい。具体的には、第１電極領域２４Ａと第２電極領域２４Ｂの内、電圧印加部１２からバイアス電圧を印加される電極領域２４は、電子を放出しやすい材料を含む、または、電子を放出しやすい材料によって表面処理されていることが好ましい。
【００３６】
図１に戻り説明を続ける。
【００３７】
次に、半導体領域２６について説明する。半導体領域２６は、放射線Ｒの照射によって電極領域２４で発生した電荷を運ぶための、半導体の領域である。
【００３８】
半導体領域２６の構成材料は、電荷を運ぶ機能を有し、且つ、放射線Ｒを透過する材料であればよい。例えば、半導体領域２６は、公知の化合物半導体、有機半導体、の何れであってもよい。
【００３９】
なお、電極領域２４で発生した電荷を増幅させる観点から、半導体領域２６は、放射線Ｒのエネルギーを電荷に変換する有機半導体領域であることが好ましい。
【００４０】
この場合、Ｘ線およびγ線などの電磁放射線の検出精度および検出感度の向上の観点から、電極領域２４は、放射線Ｒに含まれる、少なくともＸ線およびγ線などの電磁放射線のエネルギーを電荷に変換する構成であることが好ましい。更に、電極領域２４は、Ｘ線またはγ線のエネルギーを電荷に変換する構成であることが特に好ましい。
【００４１】
具体的には、例えば、半導体領域２６は、上記条件を満たす有機材料を主成分とした構成材料である。主成分とする、とは、７０％以上の含有率であること示す。
【００４２】
具体的には、半導体領域２６は、ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）の誘導体、ポリチオフェン系高分子材料、の少なくとも１種から選択される材料から構成されていることが好ましい。
【００４３】
ポリフェニレンビニレンの誘導体は、例えば、ポリ［２−メトキシ，５−（２’−エチル−ヘキシロキシ）−ｐ−フェニレン−ビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）である。ポリチオフェン系高分子材料は、例えば、ポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）などのポリ（３−アルキルチオフェン），ジオクチルフルオレンエン−ビチオフェン共重合体（Ｆ８Ｔ２）である。特に好ましくは、半導体領域２６は、Ｐ３ＨＴ、Ｆ８Ｔ２、を用いればよい。
【００４４】
なお、半導体領域２６は、有機材料と、無機材料と、の混合物であってもよい。この場合例えば、半導体領域２６は、上記有機材料と、フラーレン、フラーレン誘導体、半導体性を有するカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ＣＮＴ化合物、などと、の混合物としてもよい。
【００４５】
フラーレン誘導体は、例えば、［６，６］−フェニル−Ｃ６１−酪酸メチル（ＰＣＢＭ）、フラーレンの二量体、アルカリ金属またはアルカリ土類金属等を導入したフラーレン化合物、などである。ＣＮＴは、例えば、フラーレンまたは金属内包フラーレンを内包したカーボンナノチューブである。また、ＣＮＴは、例えば、ＣＮＴの側壁や先端に、種々の分子を付加したＣＮＴ化合物である。
【００４６】
これらの中でも、電荷増幅の観点から、半導体領域２６は、Ｐ３ＨＴとフラーレン誘導体から構成されていることが好ましい。
【００４７】
なお、半導体領域２６は、交差方向Ｘに隣接する電極領域２４間に少なくとも設けられていればよい。更に、半導体領域２６は、交差方向Ｘに隣接する電極領域２４間を埋めるように設けられていてもよい。また、半導体領域２６は、図１に示すように、交差方向Ｘに隣接する電極領域２４間および交差方向Ｘに隣接する複数の電極領域２４を連続して覆うように、配置されていてもよい。
【００４８】
半導体領域２６の厚み（厚み方向Ｚの長さ）は限定されない。例えば、半導体領域２６の厚み（図１中、厚みＨ２参照）は、該半導体領域２６を備えた半導体層２０内の電極領域２４の厚み（図１中、厚みＨ１参照）の、０．５倍以上１０倍以下であることが好ましく、１倍以上１．５倍以下であることがより好ましい。
【００４９】
次に、絶縁領域２８について説明する。
【００５０】
半導体層２０は、絶縁領域２８を備えた構成であることが好ましい。絶縁領域２８は、交差方向Ｘに隣接する電極領域２４間の対向面の少なくとも一部に配置されていることが好ましい。言い換えると、電極領域２４は、交差方向Ｘに隣接する他の電極領域２４との対向面の少なくとも一部を、絶縁領域２８によって被覆されてなることが好ましい。
【００５１】
半導体層２０に絶縁領域２８を備えた構成とすることで、絶縁領域２８を備えない構成に比べて、電極領域２４に印加するバイアス電圧の電圧値を大きくすることができ、出力信号の信号強度を大きくすることができる。
【００５２】
なお、絶縁領域２８は、図１に示すように、複数の電極領域２４の各々を覆うように、半導体領域２６内に配置されていることが好ましい。
【００５３】
なお、絶縁領域２８を備えた構成とする場合、半導体領域２６は、交差方向Ｘに隣接する電極領域２４間の対向面に配置された絶縁領域２８を介して、該電極領域２４間に配置されていればよい。
【００５４】
絶縁領域２８は、絶縁性を有し、検出素子１０で検出する対象の放射線Ｒの透過を阻害しない材料で構成すればよい。例えば、絶縁領域２８は、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド；Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｓｅｌｆｉｄｅ）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）、ＰＴＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＢＣＰ（ブロックコポリマー）、酸化ケイ素、酸化アルミ、酸化ホウ素などで構成すればよい。これらの中でも、加工性の理由から、ＰＰＳなどの有機絶縁材料を用いる事が好ましい。
【００５５】
次に、複数の半導体層２０の積層構成について説明する。
【００５６】
上述したように、検出素子１０は、複数の半導体層２０を厚み方向Ｚに積層した積層体である。検出素子１０における半導体層２０の積層数は、２層以上であればよい。但し、電磁放射線の検出精度向上の観点から、検出素子１０における半導体層２０の積層数は、３層以上であることが好ましい。
【００５７】
なお、１つの半導体層２０内に配置されている電極領域２４は、該半導体層２０の厚み方向Ｚに１層配列されてなることが好ましい。
【００５８】
厚み方向Ｚに積層された複数の半導体層２０間の、電極領域２４の交差方向Ｘの間隔、電極領域２４の位置、および電極領域２４の大きさは、異なっていてもよいが、互いに同じであることが好ましい。
【００５９】
また、厚み方向Ｚに積層された複数の半導体層２０間の、電極領域２４の位置は、平面視で同じであることが好ましい。平面視で同じである、とは、検出素子１０を厚み方向Ｚから視認したときの位置が同じであることを示す。言い換えると、平面視で同じであるとは、Ｘ−Ｙ二次元平面の二次元座標によって表される位置が同じであることを意味する。
【００６０】
また、厚み方向Ｚに積層された半導体層２０間の、電極領域２４、半導体領域２６、および絶縁領域２８の各々の、厚み、配置、および構成材料は、少なくとも同じ検出単位領域内で同じであることが好ましい。検出単位領域とは、検出素子１０をＸ−Ｙ平面に沿って複数の領域に分割した各領域であり、検出の単位領域である。検出単位領域は、例えば、１画素分の画素領域に相当する。
【００６１】
また、厚み方向Ｚに積層された複数の半導体層２０間に、電位差が発生することを抑制する観点から、半導体層２０間の、電極領域２４、半導体領域２６、および絶縁領域２８の各々の、厚み、配置、および構成材料は同じであることが好ましい。
【００６２】
また、厚み方向Ｚに積層された複数の半導体層２０間の、電極領域２４である第１電極ラインパターンＰ１および第２電極ラインパターンＰ２の形状と位置関係は、同じであることが好ましい。
【００６３】
なお、上述したように、１つの半導体層２０内では、電圧印加により、第１電極領域２４Ａと第２電極領域２４Ｂとは、互いに異なる電位となる。一方、厚み方向Ｚに積層された複数の半導体層２０間の、平面視で重なる位置に配置された電極領域２４の電位は、同電位であることが好ましい。平面視で重なる位置とは、上述した、平面視で同じである、と同じ意味である。このため、平面視で同じ位置に配置された電極領域２４の電位は、半導体層２０間で、同じとなる。
【００６４】
次に、電圧印加部１２について説明する。
【００６５】
電圧印加部１２は、検出素子１０における、厚み方向Ｚに積層された複数の半導体層２０の各々の電極領域２４に、電圧を印加する。
【００６６】
例えば、電圧印加部１２は、第１貫通電極３０Ａと第２貫通電極３０Ｂに電圧を印加する。この電圧の印加により、第１貫通電極３０Ａに電気的に接続された、複数の半導体層２０の各々の第１電極領域２４Ａと、第２貫通電極３０Ｂに電気的に接続された、複数の半導体層２０の各々の第２電極領域２４Ｂと、に電圧が印加される。
【００６７】
なお、第１電極領域２４Ａおよび第２電極領域２４Ｂの一方は、接地されていてもよい。本実施の形態では、第２電極領域２４Ｂが、第２貫通電極３０Ｂを介して接地されているものとして説明する。そして、本実施の形態では、電圧印加部１２は、第１貫通電極３０Ａにバイアス電圧を印加することで、第１電極領域２４Ａにバイアス電圧を印加する。
【００６８】
電圧印加部１２は、厚み方向Ｚに積層された複数の半導体層２０の各々における、交差方向Ｘに隣接する複数の電極領域２４の電位が互いに異なる値となるように、電極領域２４へ電圧を印加する。
【００６９】
詳細には、電圧印加部１２は、第１貫通電極３０Ａと第２貫通電極３０Ｂとが異なる電位となるように、電圧を印加する。本実施の形態では、第２貫通電極３０Ｂは接地されている。そして、電圧印加部１２は、第２貫通電極３０Ｂとは異なる電位となるように、第１貫通電極３０Ａに電圧を印加する。
【００７０】
このため、厚み方向Ｚに積層された複数の半導体層２０の各々における、第１電極領域２４Ａと第２電極領域２４Ｂには、互いに異なる電位となるように電圧が印加される。例えば、電圧印加部１２は、第１電極領域２４Ａの電位が第２電極領域２４Ｂより高い電位となるように、第１電極領域２４Ａに接続された第１貫通電極３０Ａにバイアス電圧を印加する。
【００７１】
このため、複数の半導体層２０の各々における、第１電極領域２４Ａと第２電極領域２４Ｂとは、電圧印加によって互いに異なる電位となる。
【００７２】
なお、電圧印加部１２は、厚み方向Ｚに積層された複数の半導体層２０間の、平面視で重なる位置に配置された電極領域２４が同電位となるように、電極領域２４に電圧を印加することが好ましい。
【００７３】
上述したように、第１貫通電極３０Ａは、複数の半導体層２０を厚み方向Ｚに貫通する貫通電極３０であり、複数の半導体層２０の各々の第１電極領域２４Ａに電気的に接続されている。また、第２貫通電極３０Ｂは、複数の半導体層２０を厚み方向Ｚに貫通する貫通電極３０であり、複数の半導体層２０の各々の第２電極領域２４Ｂに電気的に接続されている。
【００７４】
そして、電圧印加部１２が、第１貫通電極３０Ａにバイアス電圧を印加し、第２貫通電極３０Ｂを接地した構成とする。この構成により、電圧印加部１２は、厚み方向Ｚに積層された複数の半導体層２０間の、平面視で重なる位置に配置された電極領域２４が同電位となるように、電極領域２４に電圧を印加することができる。
【００７５】
検出部１４は、複数の半導体層２０の各々の電極領域２４から出力される出力信号を検出する。
【００７６】
出力信号は、半導体層２０で変換された電荷量を示す信号である。出力信号の大きさは、半導体層２０で検出された、放射線Ｒの検出エネルギーに対応する。電極領域２４は、半導体層２０で検出された電荷の電荷量を、チャージアンプ、あるいは、電流電圧変換アンプなどで計測可能な信号に変換することで、出力信号とする。
【００７７】
なお、本実施の形態では、検出部１４は、第２電極領域２４Ｂから第２貫通電極３０Ｂを介して出力信号を受付けるものとして説明する。なお、検出部１４は、第１電極領域２４Ａから第１貫通電極３０Ａを介して出力信号を受付ける構成であってもよい。
【００７８】
検出部１４は、受付けた出力信号に基づいて、放射線Ｒの検出エネルギーを導出する。検出エネルギーの導出には、公知の方法を用いればよい。
【００７９】
―検出器の作製方法―
次に、検出器１の作製方法の一例を説明する。検出器１の作製方法は限定されない。例えば、検出器１は、以下の手順で作製する。
【００８０】
まず、半導体層２０を作製する。詳細には、基板２２上に電極領域２４を形成する。例えば、基板２２として、高分子フィルムを用いる。そして、基板２２上に、例えば、ビスマスまたはビスマス合金からなる第１電極ラインパターンＰ１および第２電極ラインパターンＰ２を形成する。第１電極ラインパターンＰ１および第２電極ラインパターンＰ２の、交差方向Ｘの端部には、基板２２を含めて貫通する貫通孔を形成する。そして、第１電極ラインパターンＰ１および第２電極ラインパターンＰ２上に、絶縁領域２８を形成した後に、半導体領域２６の構成材料を蒸着する。これらの工程により、１層の半導体層２０を作製する。また、同様にして、複数の半導体層２０を作製する。
【００８１】
そして、作製した複数の半導体層２０を厚み方向Ｚに積層した積層体を作製する。このとき、半導体層２０の各々の貫通孔の位置が、平面視で同じ位置となるように位置合せをした上で、積層体を作製する。そして、ハンダなどを用いて、貫通孔内に導電性の材料を充填することで、貫通電極３０（第１貫通電極３０Ａ、第２貫通電極３０Ｂ）を作製する。この工程により、複数の半導体層２０の電極領域２４が、第１電極領域２４Ａおよび第２電極領域２４Ｂごとに電気的に接続される。
【００８２】
上記工程により、検出素子１０を作製する。
【００８３】
そして、第１貫通電極３０Ａを電圧印加部１２に電気的に接続し、第２貫通電極３０Ｂを検出部１４へ電気的に接続する。これらの工程により、検出器１を作製する。
【００８４】
―検出素子の作用−
次に、検出素子１０の作用について説明する。
【００８５】
検出素子１０に放射線Ｒが入射することで、厚み方向Ｚに積層された半導体層２０の各々に、放射線Ｒが入射する。
【００８６】
半導体層２０内に入射した放射線Ｒが電極領域２４へ到ることで、電極領域２４は、放射線Ｒの照射による光電効果により電子が発生する。電極領域２４から発生した電子は、電極領域２４への電圧印加によって交差方向Ｘに形成された電場により、交差方向Ｘに移動する。詳細には、電極領域２４から発生した電子は、半導体層２０内において、電子―正孔対を発生させる。そして、半導体層２０内で発生した電子正孔対における正孔は、交差方向Ｘの一方側（例えば、第２貫通電極３０Ｂ側）へ移動し、電子は、交差方向Ｘの他方側（例えば、第１貫通電極３０Ａ側）へ移動する。
【００８７】
このように、放射線Ｒの照射により半導体層２０内で発生した電荷は、半導体層２０内を交差方向Ｘに沿って移動する。半導体領域２６を、放射線Ｒのエネルギーを電荷に変換する材料で構成した場合、電極領域２４で発生した電荷を増幅させて交差方向Ｘに移動させることができる。このため、出力信号の強度を増幅させることが可能となる。
【００８８】
検出部１４は、厚み方向Ｚに積層された複数の半導体層２０の各々の電極領域２４から出力された電荷の、電荷量を示す出力信号を検出する。
【００８９】
以上説明したように、本実施の形態の検出素子１０は、厚み方向Ｚに積層された複数の半導体層２０を備える。半導体層２０は、複数の電極領域２４と、半導体領域２６と、を含む。複数の電極領域２４は、厚み方向Ｚに交差する交差方向Ｘに沿って間隔を隔てて配置されている。複数の電極領域２４は、放射線Ｒの照射による光電効果により電荷を発生し、電圧印加により交差方向Ｘの電場を形成する。半導体領域２６は、交差方向Ｘに隣接する電極領域２４間に少なくとも設けられている。
【００９０】
ここで、従来では、放射線Ｒに含まれる、Ｘ線やγ線などの高エネルギーの電磁放射線の検出効率向上のために、放射線Ｒの入射方向の上流側と下流側との各々に配置された電極間の半導体層の厚みを、厚くした構成が知られている。しかし、半導体層を厚くするほど、放射線Ｒの吸収により発生した電荷を出力信号として取り出すことは困難となっていた。すなわち、半導体層の厚みを厚くするほど、厚み方向の各位置の検出感度に差が発生し、検出精度の低下が発生していた。
【００９１】
一方、半導体層の厚みを単に薄くした構成の場合、半導体層の厚み方向の両端部に配置された電極間（すなわち電場方向）の電気容量が大きくなる（電気容量＝面積／厚さ）。電気容量が大きくなると、増幅回路などの検出部の動作が不安定となり、ノイズが増加し、検出精度が低下する場合があった。
【００９２】
一方、本実施の形態の検出素子１０の半導体層２０では、複数の電極領域２４が、厚み方向Ｚに交差する交差方向Ｘに沿って間隔を隔てて配置され、電圧印加により交差方向Ｘの電場を形成する。このため、本実施の形態の検出素子１０では、電場方向に沿って隣接する電極間（第１電極領域２４Ａと第２電極領域２４Ｂとの電極間）の電気容量の抑制を図ることができる。このため、本実施の形態の検出素子１０では、出力信号に含まれるノイズの低減を図ることができる。
【００９３】
また、本実施の形態の検出素子１０は、上記構成の半導体層２０が、厚み方向Ｚに複数積層された積層体である。
【００９４】
このため、本実施の形態の検出素子１０は、Ｘ線やγ線などの高エネルギーの電磁放射線を検出することができると共に、厚み方向Ｚの検出感度に差が発生することを抑制することができる。
【００９５】
従って、本実施の形態の検出素子１０は、電磁放射線の検出精度向上を図ることができる。
【００９６】
また、本実施の形態の検出素子１０は、電磁放射線の検出効率の向上も、図ることができる。
【００９７】
（第２の実施の形態）
本実施の形態では、半導体層２０の積層数が互いに異なる複数の半導体ブロックを、厚み方向Ｚに積層した構成を説明する。
【００９８】
図３は、本実施の形態の検出器１Ｂの一例を示す模式図である。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態と同じ部材または同じ機能を示す部分には、同じ符号を付与し、説明を省略する場合がある。
【００９９】
検出器１Ｂは、検出素子１０Ｂと、電圧印加部１２と、検出部１４と、を備える。検出素子１０Ｂと、電圧印加部１２と、検出部１４とは、電気的に接続されている。電圧印加部１２および検出部１４は、第１の実施の形態と同様である。
【０１００】
検出素子１０Ｂは、複数の半導体ブロック４０を厚み方向Ｚに積層した積層体である。
【０１０１】
図３には、一例として、３つの半導体ブロック４０（半導体ブロック４０Ａ、半導体ブロック４０Ｂ、および半導体ブロック４０Ｃ）を積層した構成を一例として示した。しかし、検出素子１０Ｂを構成する半導体ブロック４０の数は、３つに限定されず、２つ、または４つ以上であってもよい。
【０１０２】
検出器１Ｂを構成する複数の半導体ブロック４０は、各々、複数の半導体層２０を積層した積層体である。複数の半導体ブロック４０の各々に含まれる半導体層２０は、上記第１の実施の形態と同様である。
【０１０３】
これらの複数の半導体ブロック４０は、半導体層２０の積層数が互いに異なる。詳細には、検出素子１０Ｂは、放射線Ｒの入射方向（矢印ＺＡ方向、以下、入射方向ＺＡと称する）の上流側から下流側に向かって、半導体層２０の積層数が大きい半導体ブロック４０が配置されてなる。
【０１０４】
図３には、検出素子１０Ｂにおける、放射線Ｒの入射方向ＺＡの上流側から下流側に向かって、半導体ブロック４０Ａ、半導体ブロック４０Ｂ、および半導体ブロック４０Ｃが、この順に積層された構成を一例として示した。半導体ブロック４０Ａは、２層の半導体層２０の積層体である。半導体ブロック４０Ｂは、４層の半導体層２０の積層体である。半導体ブロック４０Ｃは、半導体ブロック４０Ｂ、８層の半導体層２０の積層体である。
【０１０５】
なお、検出素子１０Ｂは、放射線Ｒの入射方向ＺＡの上流側から下流側に向かって、半導体層２０の積層数が大きい半導体ブロック４０が配置されていればよく、半導体ブロック４０の各々における半導体層２０の積層数は、図３に示す形態に限定されない。
【０１０６】
検出素子１０Ｂは、一対の封止基板４４の間に、複数の半導体ブロック４０が分離基板４６を介して配置された構成であることが好ましい。封止基板４４は、複数の半導体ブロック４０を封止する基板である。封止基板４４は、例えば、基板２２と同様の構成材料から構成すればよい。分離基板４６は、厚み方向Ｚに隣接する半導体ブロック４０間を分離する基板である。分離基板４６は、例えば、基板２２と同様の構成材料から構成すればよい。
【０１０７】
なお、厚み方向Ｚに隣接する半導体ブロック４０の間には、金属層４２を設けた構成とすることが好ましい。
【０１０８】
金属層４２の構成材料は、エネルギーが低い電磁放射線を吸収して、エネルギーが高い電磁放射線を透過するといった機能を有する材料であればよい。例えば、金属層４２は、鉛などの重金属で構成することが好ましい。なお、金属層４２は、接地されているものとする。
【０１０９】
また、本実施の形態では、電圧印加部１２は、第１貫通電極３０Ａに電気的に接続されている。第１貫通電極３０Ａは、複数の半導体ブロック４０の各々の半導体層２０の第１電極領域２４Ａに、電気的に接続されていればよい。
【０１１０】
なお、電圧印加部１２と、複数の半導体ブロック４０（半導体ブロック４０Ａ、半導体ブロック４０Ｂ、半導体ブロック４０Ｃ）の各々と、の間には、半導体ブロック４０ごとに印加電圧を変更可能となるように、可変抵抗を挿入してもよい。
【０１１１】
一方、検出器１Ｂには、半導体ブロック４０ごとに、第２貫通電極３０Ｂ（第２貫通電極３０Ｂ１、第２貫通電極３０Ｂ２、第２貫通電極３０Ｂ３）を備える。これらの第２貫通電極３０Ｂ１、第２貫通電極３０Ｂ２、および第２貫通電極３０Ｂ３は、互いに電気的に絶縁されている。
【０１１２】
第２貫通電極３０Ｂ１は、半導体ブロック４０Ａに含まれる半導体層２０の各々の、第２電極領域２４Ｂに電気的に接続されている。第２貫通電極３０Ｂ２は、半導体ブロック４０Ｂに含まれる半導体層２０の各々の、第２電極領域２４Ｂに電気的に接続されている。第２貫通電極３０Ｂ３は、半導体ブロック４０Ａに含まれる半導体層２０の各々の、第２電極領域２４Ｂに電気的に接続されている。
【０１１３】
検出器１Ｂは、半導体ブロック４０ごとに検出部１４（検出部１４Ａ、検出部１４Ｂ、検出部１４Ｃ）を有する。検出部１４Ａは、半導体ブロック４０Ａに含まれる半導体層２０の第２電極領域２４Ｂに、第２貫通電極３０Ｂ１を介して電気的に接続されている。検出部１４Ｂは、半導体ブロック４０Ｂに含まれる半導体層２０の第２電極領域２４Ｂに、第２貫通電極３０Ｂ２を介して電気的に接続されている。検出部１４Ｃは、半導体ブロック４０Ｃに含まれる半導体層２０の第２電極領域２４Ｂに、第２貫通電極３０Ｂ３を介して電気的に接続されている。
【０１１４】
このため、検出器１Ｂは、半導体ブロック４０ごとに、出力信号を検出可能に構成されている。
【０１１５】
―検出素子の作用−
次に、検出素子１０Ｂの作用について説明する。
【０１１６】
放射線Ｒが検出素子１０Ｂへ照射される。検出素子１０Ｂへ照射された放射線Ｒは、複数の半導体ブロック４０（半導体ブロック４０Ａ、半導体ブロック４０Ｂ、半導体ブロック４０Ｃ）へ順に入射する。
【０１１７】
検出素子１０Ｂには、放射線Ｒの入射方向ＺＡの上流側から下流側に向かって、半導体層２０の積層数が大きい半導体ブロック４０が配置されている。このため、最も半導体層２０の積層数の少ない半導体ブロック４０Ａに、放射線Ｒが最初に入射する。そして、次に、半導体ブロック４０Ａより半導体層２０の積層数の多い半導体ブロック４０Ｂに、放射線Ｒが入射する。そして、最後に、最も半導体層２０の積層数の多い半導体ブロック４０Ｃに、放射線Ｒが入射する。
【０１１８】
このため、放射線Ｒに含まれる、より低いエネルギーの電磁放射線が、放射線Ｒの入射方向ＺＡのより上流側に配置された半導体ブロック４０で検出される（例えば、半導体ブロック４０Ａ）。また、放射線Ｒに含まれる、より高いエネルギーの電磁放射線が、放射線Ｒの入射方向ＺＡのより下流側に配置された半導体ブロック４０で検出される（例えば、半導体ブロック４０Ｃ）。このため、入射方向ＺＡの上流側に配置された半導体ブロック４０Ａから入射方向ＺＡの下流側に配置された半導体ブロック４０Ｃに向かって、順に、より高いエネルギーの電磁放射線が検出されることとなる。
【０１１９】
このため、検出部１４Ａ、検出部１４Ｂ、および検出部１４Ｃのこの順に、より高いエネルギーの電磁放射線の出力信号を検出することができる。
【０１２０】
以上説明したように、本実施の形態の検出素子１０Ｂは、半導体層２０の積層数が互いに異なる複数の半導体ブロック４０を備える。複数の半導体ブロック４０は、厚み方向Ｚに積層され、放射線Ｒの入射方向ＺＡの上流側から下流側に向かって、半導体層２０の積層数が大きい。
【０１２１】
このため、本実施の形態の検出素子１０Ｂは、複数の半導体ブロック４０によって、互いにエネルギーの異なる電磁放射線を検出可能となり、エネルギー分光を可能とすることができる。
【０１２２】
従って、本実施の形態の検出素子１０Ｂは、上記実施の形態の効果に加えて、エネルギー分光を実現することができる。
【０１２３】
図４は、半導体層２０の積層数と、照射されたＸ線のエネルギーに対する吸収量と、の関係を示す線図である。図４の縦軸は、半導体層２０によるＸ線の吸収量を示す。図４の横軸は、半導体層２０に照射されるＸ線のエネルギーを示す。図４には、半導体層２０として、１層あたり１０μｍの半導体層２０を用意した。電極領域２４にはビスマス電極（厚み５００ｎｍ）を用い、半導体領域２６には有機半導体を用いた。半導体領域２６の厚みは、１０μｍとした。
【０１２４】
図４に示すように、小さいエネルギーのＸ線の吸収量は、半導体層２０の積層数が少ない場合であっても大きいことがわかる（矢印Ａ参照）。また、半導体層２０の積層数が大きくなるほど、Ｘ線の吸収量が増大することがわかる（矢印Ｂ参照）。また、一般的にＸ線の検出に用いられるエネルギー領域（矢印Ｃ領域）についても、これらの傾向がみられることがわかる。
【０１２５】
上述したように、本実施の形態の検出素子１０Ｂは、厚み方向Ｚに積層され、放射線Ｒの入射方向ＺＡの上流側から下流側に向かって、半導体層２０の積層数が大きい半導体ブロック４０が配置されてなる。このため、本実施の形態の検出素子１０Ｂは、入射方向ＺＡの上流側に配置された半導体ブロック４０で低エネルギーの電磁放射線を検出し、入射方向ＺＡの下流側に配置された半導体ブロック４０ほど、より高エネルギーの電磁放射線を検出することができる。このため、本実施の形態の検出素子１０Ｂは、エネルギー分光を実現することができる。
【０１２６】
また、上述したように、半導体ブロック４０間には、金属層４２を設ける事が好ましい。金属層４２を設けることで、放射線Ｒの入射方向ＺＡに隣接する半導体ブロック４０の各々に到達する、放射線Ｒに含まれる電磁放射線のエネルギー差を大きくすることができる。このため、放射線Ｒの入射方向ＺＡに隣接する半導体ブロック４０間で検出する、電磁放射線のエネルギー範囲に、差（コントラスト）を付けることができる。
【０１２７】
（変形例）
図５は、検出器１Ｃの一例を示す模式図である。
【０１２８】
検出器１Ｃは、上記実施の形態で説明した検出素子１０を、厚み方向Ｚに直交する二次元平面（Ｘ−Ｙ平面）に沿って複数配列した構成である。なお、検出器１Ｃは、上記実施の形態と同様に、電圧印加部１２および検出部１４を備える（図５では、図示省略）。
【０１２９】
この場合、複数の検出素子１０を、Ｘ−Ｙ平面に沿って複数の領域に分割し、領域ごとに検出部１４を設けてもよい。この領域は、例えば、上述した検出単位領域（例えば、１画素分の画素領域）である。この構成とすることで、検出単位領域ごとに、出力信号を検出可能な構成とすることができる。
【０１３０】
また、この場合、電圧印加部１２と、複数の検出単位領域の各々の第１電極領域２４Ａとの間には、検出単位領域ごとに印加電圧を変更可能となるように、可変抵抗を挿入してもよい。
【０１３１】
なお、検出器１Ｃは、検出素子１０に代えて検出素子１０Ｂを、厚み方向Ｚに直交する二次元平面（Ｘ−Ｙ平面）に沿って複数配列した構成であってもよい。
【０１３２】
以上、本発明の実施の形態および変形例を説明したが、これらの実施の形態および変形例は、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。これら新規な実施の形態および変形例は、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、変更を行うことができる。これら実施の形態および変形例は、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。
【符号の説明】
【０１３３】
１、１Ｂ、１Ｃ  検出器
１０、１０Ｂ  検出素子
２４  電極領域
２４Ａ  第１電極領域
２４Ｂ  第２電極領域
２６  半導体領域
２８  絶縁領域
１２  電圧印加部
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ  検出部
【図１】
2020204516.tif 000003
【図２】
2020204516.tif 000004
【図３】
2020204516.tif 000005
【図４】
2020204516.tif 000006
【図５】
2020204516.tif 000007