(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を受けてフォトキャリアを発生するａ−Ｓｉ：Ｈからなるホトダイオードがアレー状に形成された光電変換層と、
この光電変換層上に形成されたポリイミドの保護膜と、
前記光電変換層上に前記保護膜が形成された後にこの保護膜上に蒸着により形成された後、前記光電変換層を冷却しつつ、熱活性化処理されており、放射線を受けて光を発生するＣｓＩ蒸着結晶のシンチレータ層と、
を備えて構成される放射線検出素子。
【請求項２】
光を受けるとフォトキャリアを発生する光電変換層を形成する工程と、放射線を受けると光を発生するシンチレータ層を前記光電変換層上に直接または保護膜を介して形成する工程と、前記シンチレータ層の活性化温度に耐え得る耐熱性を有しかつ放射線を透過する赤外線吸収膜を前記シンチレータ層上に直接または光反射膜を介して形成する工程と、前記光電変換層を冷却しつつ前記赤外線吸収膜に赤外線を含む光を照射して前記シンチレータ層の活性化を行う工程とを備えた放射線検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ｘ線撮像装置等に装着され、被検体を透過したＸ線像などを電気信号に変換する放射線検出素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なＸ線撮像装置の概略構成は図３に示される。駆動制御部１の制御によりＸ線源２から被検体３へ向けてＸ線が照射される。照射されたＸ線は被検体３を透過し、Ｘ線検出器４には被検体３の所定部分の像が撮像される。この撮像データは電気信号として得られ、モニタ５に写し出される。また、これと同時に撮像データはＡ／Ｄ変換器６によってデジタルデータに変換され、映像記録装置７に記憶される。記憶されたデジタル撮像データは適宜表示装置８に表示される。中央制御装置９は、映像記録装置７に取り込まれた撮像データを基に、Ｘ線源２から被検体３へのＸ線照射量を駆動制御部１を介して制御し、常に適性な撮像データが得られるようにシステムを制御する。また、中央制御装置９は必要に応じて映像記録装置７に取り込まれた撮像データを映像保存装置１０に転送し、撮像データの保存を行う。
【０００３】
上記Ｘ線検出器４の断面構造は図４に示される。被検体３を介して保護膜４１を透過してきたＸ線はシンチレータ４２において光に変換される。変換された光はさらに保護膜４３を介して半導体検出部４４に入射する。この半導体検出部４４の内部構成は図５に示される。つまり、保護膜４３を介して入射してきた光はホトダイオード４５で光電変換され、コンデンサ４６に蓄積される。蓄積された電荷はシフトレジスタ４８によって制御されるＴＦＴトランジスタ４７を介して所定タイミングに読み出される。読み出された撮像データは、モニタ５に写し出され、また、Ａ／Ｄ変換器６によってデジタルデータに変換される。なお、図５は説明の簡単のためにホトダイオード４５を１次元構成として簡略記載しているが、実際は２次元構成になっている。
【０００４】
従来、この種のシンチレータと半導体検出部（光電変換膜）とを組み合わせた構造を持つＸ線検出器は、１次元または２次元の放射線イメージセンサにおいては、主に次の２通りの方法・構造で製造されている。第１は、半導体検出部に粉末蛍光体が塗布された構造を持つものである。この粉末蛍光体は沈降法，遠心法等によって半導体検出部に塗布される。第２は、シンチレータがＣｓＩ蒸着結晶によって形成され、このＣｓＩ蒸着結晶が光電変換膜と組み合わされた構造を持つＸ線検出器である。しかし、ＣｓＩ蒸着結晶は通常３００°Ｃ以上の焼成プロセスを経て形成しないと十分な発光量がかせげない。従って、光電変換膜にａ−Ｓｉ：Ｈが用いられた場合には、このａ−Ｓｉ：Ｈ膜に直接または保護膜を介してＣｓＩが蒸着・焼成されるのが望ましいのであるが、このようなプロセス・構造をもって検出器が形成されると、ＣｓＩ結晶の焼成プロセスにおいてａ−Ｓｉ：Ｈ膜が熱によって劣化してしまう。このため、従来、ＣｓＩ結晶がファイバプレートの上に堆積され、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜と切り離された状態でファイバプレート上のＣｓＩ結晶が焼成されていた。焼成後、ファイバプレートとａ−Ｓｉ：Ｈ光電変換膜とがカップリングされ、放射線イメージセンサが形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体検出部に粉末蛍光体が塗布された構造の放射線検出器においては、粉末蛍光体自体が持つ発光特性により、Ｘ線感度と解像度とが両立した良好なＸ線検出特性は実現されなかった。これに対し、上記従来のＣｓＩ蒸着結晶を用いた放射線検出器においては、このＣｓＩ蒸着結晶自体の特性により発光感度および解像度に優れたＸ線検出特性が実現される。しかし、ファイバプレートを用いて構成されているため次の問題があった。つまり、シンチレータで発生した光はこのファイバプレートを介して光電変換膜に入射するため、このファイバプレートにおいてその一部が反射・吸収されてしまう。このため、光電変換膜に最終的に入射するシンチレーション光の光量が低下し、放射線検出器の検出感度が劣化した。また、ファイバプレートを大きな面積で形成することが難しいことから、放射線検出器自体の大形化が困難であり、大きな被検体を撮像することはできなかった。また、ファイバプレートを用いて構成している分だけ製品コストが高くなってしまうといった問題もあった。
【０００６】
本発明は、光を受けてフォトキャリアを発生するａ−Ｓｉ：Ｈからなるホトダイオードがアレー状に形成された光電変換層と、この光電変換層上に形成されたポリイミドの保護膜と、この光電変換層上に保護膜が形成された後にこの保護膜上に蒸着により形成された後、光電変換層を冷却しつつ、熱活性化処理されており、放射線を受けて光を発生するＣｓＩ蒸着結晶のシンチレータ層と、を備えて構成される放射線検出素子を提供するものである。
【０００７】
また、光を受けるとフォトキャリアを発生する光電変換層を形成する工程と、放射線を受けると光を発生するシンチレータ層を光電変換層上に直接または保護膜を介して形成する工程と、シンチレータ層の活性化温度に耐え得る耐熱性を有しかつ放射線を透過する赤外線吸収膜をシンチレータ層上に直接または光反射膜を介して形成する工程と、光電変換層を冷却しつつ赤外線吸収膜に赤外線を含む光を照射してシンチレータ層の活性化を行う工程とを備えて放射線検出素子を製造するものである。
【０００８】
【作用】
光電変換層が冷却されつつシンチレータ層の活性化が行われるため、ＣｓＩなどからなるシンチレータ層は光電変換層上に直接または保護膜を介して形成される。
【０００９】
【実施例】
図１は本発明の放射線検出素子をＸ線検出器に適用した第１の実施例を示す図である。このＸ線検出器は図３に示されるＸ線撮像装置に用いられる。以下に、この第１の実施例によるＸ線検出器の製造方法について説明する。
【００１０】
光電変換層２１にはａ−Ｓｉ：Ｈからなるホトダイオードがアレー状に形成されており、図５に示される回路と同様な光電変換回路が構成されている。この光電変換層２１上にまずポリイミドからなる保護膜２２が２μｍの厚さに形成される。次に、この保護膜２２上にＣｓＩ蒸着結晶からなるシンチレータ層２３が５００μｍの厚さに形成される。次に、このシンチレータ層２３上にカーボン粉末が６μｍの厚さに塗布され、赤外線吸収層２４が形成される（図１（ａ）参照）。この赤外線吸収層２４は放射線を透過する性質を備え、かつ、後述するシンチレータ層２３の活性化温度に耐え得る耐熱性を有している。
【００１１】
次に、光電変換層２１が熱伝導性の良好な材質からなるパイプ２５に接触して載置される。次に、このパイプ２５中に−４０°Ｃの冷媒が流されて下部の光電変換層２１が冷却される。そして、この冷却が行われつつ、赤外線ランプ２６から赤外光を含む光が上部の赤外線吸収層２４に照射される。照射された光は赤外線吸収層２４に効率良く吸収され、赤外線吸収層２４は加熱される。赤外線吸収層２４の温度上昇はシンチレータ層２３に伝導し、シンチレータ層２３は効率良く３００°Ｃ以上に加熱されて活性化される（同図（ｂ）参照）。
【００１２】
次に、赤外線吸収層２４が除去され、露出したシンチレータ層２３上にポリイミドからなる保護膜２７が形成される。次に、厚さ０．１ｍｍのＡｌシートからなる光反射膜２８が保護膜２７上に覆われ、Ｘ線検出器が完成する（同図（ｃ）参照）。この光反射膜２８はシンチレータ層２３に発生した光が上層部へ洩れるのを防止し、また、迷光が発生するのを防止するものである。
【００１３】
なお、上記実施例ではシンチレータ層２３の活性化処理後に赤外線吸収層２４を除去したが、除去せず、赤外線吸収層２４上に保護膜２７および光反射膜２８を形成するようにしても良い（同図（ｄ）参照）。ただし、このように形成すると、赤外線吸収層２４にシンチレーション光の戻り光が吸収され、光反射膜２８の上記作用は機能しなくなるため、赤外線吸収層２４は除去した方が望ましい。
【００１４】
この第１実施例によれば、上記のように光電変換層２１が冷却されつつシンチレータ層２３の活性化が行われるため、光電変換層２１は赤外線照射による熱の影響を受けない。従って、光電変換層２１の特性が劣化することなく、ＣｓＩからなるシンチレータ層２３は光電変換層２１上に形成されるようになる。このため、ファイバプレートを用いて構成される従来のＸ線検出器が持っていた種々の問題を生じることなく、Ｘ線検出器が構成される。つまり、光電変換層２１に入射するシンチレーション光の光量は低下することなく、Ｘ線検出器の検出感度は向上する。また、ファイバプレートの可能形成面積の制約がないため、放射線イメージセンサ自体の大形化は容易に行える。また、ファイバプレートを用いない分だけ製品コストは低減する。また、シンチレータ層２３はＣｓＩ蒸着結晶から形成されているため、粉末蛍光体を用いた放射線検出器よりもＸ線感度および解像度に優れている。
【００１５】
実際に得られた、この第１実施例によるＸ線検出器のＸ線感度（７０ｋＶｐ，Ｗターゲット評価）は、シンチレータ層２３の加熱前の５倍になった。また、光電変換層２１内のａ−Ｓｉ：Ｈからなるホトダイオードアレー自身の量子効率の低下も実際にみられなかった。
【００１６】
次に、本発明の第２の実施例によるＸ線検出器について説明する。このＸ線検出器の製造方法は図２に示され、以下のように製造される。
【００１７】
光電変換層３１には上記第１実施例と同様にａ−Ｓｉ：Ｈからなるホトダイオードアレーが構成されている。この光電変換層３１上にポリイミドからなる保護膜３２が厚さ２μｍの厚さに形成され、さらに、この保護膜３２上にＣｓＩ蒸着結晶からなるシンチレータ層３３が４００μｍの厚さに形成される。次に、このシンチレータ層３３上にＡｌ蒸着膜からなる光反射膜３４が厚さ０．４μｍの厚さに形成される。この光反射膜３４は上記第１実施例と同様にシンチレータ層３３に発生した光が上層部へ洩れるのを防止し、また、迷光が発生するのを防止するものである。次に、この光反射膜３４上にカーボンがスパッタ法により４μｍの厚さに堆積され、赤外線吸収層３５が形成される（図２（ａ）参照）。この赤外線吸収膜３５は放射線を透過する性質を備え、かつ、後述するシンチレータ層３３の活性化温度に耐え得る耐熱性を有している。
【００１８】
次に、上記第１実施例と同様に、光電変換層３１がパイプ２５に接触して載置される。そして、このパイプ２５中に−４０°Ｃの冷媒が流されて光電変換層３１が冷却される。そして、この冷却が行われつつ、赤外線ランプ２６から赤外光が赤外線吸収層３５に照射される。照射された光により、赤外線吸収層３５は加熱され、この温度上昇は光反射膜３４を介してシンチレータ層３３に伝導し、シンチレータ層３３は効率良く３００°Ｃ以上に加熱されて活性化される（同図  （ｂ）参照）。
【００１９】
次に、赤外線吸収層３５が除去され、露出した光反射膜３４上にポリイミドからなる保護膜３６が形成され、Ｘ線検出器が完成する（同図（ｃ）参照）。
【００２０】
なお、上記実施例ではシンチレータ層３３の活性化処理後に赤外線吸収層３５を除去したが、除去せず、赤外線吸収層３５上に保護膜３６を形成するようにしても良い（同図（ｄ）参照）。本実施例においては、赤外線吸収層３５は光反射膜３４の上層部に形成されるため、赤外線吸収層３５が除去されずに残っていても、シンチレーション光は赤外線吸収層３５に吸収されず、光反射膜３４の機能は十分に達成される。
【００２１】
この第２実施例によっても、光電変換層３１が冷却されつつシンチレータ層３３の活性化が行われるため、光電変換層３１の特性が劣化することなく、ＣｓＩからなるシンチレータ層３３は光電変換層３１上に形成されるようになる。このため、本実施例においても従来のＸ線検出器が持っていた種々の問題は解消され、大面積化が可能なａ−Ｓｉ：Ｈホトダイオードアレー上にａ−Ｓｉ：Ｈホトダイオードの量子効率を損なうことなく、ＣｓＩ蒸着結晶の良好な特性を生かすことが可能になる。
【００２２】
本実施例においても、シンチレータ層３３の加熱前の５倍のＸ線感度が実際に得られた。また、光電変換層３１内のａ−Ｓｉ：Ｈからなるホトダイオードアレー自身の量子効率の低下も実際にみられなかった。
【００２３】
なお、上記各実施例においては光電変換層上に保護膜を形成し、この保護膜上にシンチレータ層を形成するように説明したが、光電変換層上に直接シンチレータ層を形成するようにしても良く、上記各実施例と同様な効果を奏する。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光電変換層が冷却されつつシンチレータ層の活性化が行われるため、ＣｓＩなどからなるシンチレータ層は光電変換層上に直接または保護膜を介して形成される。
【００２５】
このため、ファイバプレートを用いた従来の放射線検出器や粉末蛍光体を用いた従来の放射線検出器が持つ種々の課題は解消され、Ｘ線感度および解像度ともに優れた大面積化可能な放射線検出器が低コストで得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による放射線検出器の製造工程断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例による放射線検出器の製造工程断面図である。
【図３】一般的なＸ線撮像装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【図４】従来のＸ線検出器の構造を示す断面図である。
【図５】Ｘ線検出器の光電変換層内に形成される一般的な光電変換回路の簡略構成を示す回路図である。
【符号の説明】
２１，３１…光電変換層、２２，２７，３２，３６…保護膜、２３，３３…シンチレータ層、２４，３５…赤外線吸収層、２５…パイプ、２６…赤外線ランプ、２８，３４…光反射膜。
【図１】
0003691077.tif 000002
【図２】
0003691077.tif 000003
【図３】
0003691077.tif 000004
【図４】
0003691077.tif 000005
【図５】
0003691077.tif 000006