(57)【要約】      （修正有）【課題】検出装置の表面電極の電場が変化する多量放射線下でも安定した高増幅率が得られるピクセル型電極を提供する。【解決手段】検出素子は、第１面と第１面に対向する第２面とを有する基板であって、基板の厚さ方向の２か所において互いに異なる内径を有する貫通孔が設けられた基板と、貫通孔に配置された貫通電極と、貫通電極と接続し、第１面の上に配置された第１電極１０６と、貫通電極と接続し、第２面側に配置されたパターン電極と、第１面に配置され、第１電極と離隔して配置された第２電極１０４と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と前記第１面に対向する第２面とを有する基板であって、前記基板の厚さ方向の２か所において互いに異なる内径を有する貫通孔が設けられた基板と、
前記貫通孔に配置された貫通電極と、
前記貫通電極と接続し、前記第１面の上に配置された第１電極と、
前記貫通電極と接続し、前記第２面側に配置されたパターン電極と、
前記第１面に配置され、前記第１電極と離隔して配置された第２電極と、を備える検出素子。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記第１面における第１貫通端部と、前記第２面における第２貫通端部とが互いに異なる内径を有する請求項１に記載の検出素子。
【請求項３】
前記貫通孔は、前記基板の厚さ方向に、前記第１面における第１貫通端部の内径および前記第２面における第２貫通端部の内径より小さい内径を有する請求項１または２に記載の検出素子。
【請求項４】
前記第１面における第１貫通端部の内径は、前記第２面における第２貫通端部の内径より小さい請求項１乃至３の何れか１項に記載の検出素子。
【請求項５】
前記第１電極の前記第１面と対向する面の径は、前記第１面における第１貫通端部の内径より小さい請求項１乃至４の何れか１項に記載の検出素子。
【請求項６】
前記貫通孔のアスペクト比は、４以上８以下の範囲である請求項１乃至５の何れか１項に記載の検出素子。
【請求項７】
前記基板は、無アルカリガラスである請求項１乃至６の何れか１項に記載の検出素子。
【請求項８】
前記第１電極の前記第１面と対向する面の径が、１００μｍ以下の範囲である請求項１乃至７の何れか１項に記載の検出素子。
【請求項９】
前記第２電極は、前記第１電極を囲むように開口されている請求項１乃至８の何れか１項に記載の検出素子。
【請求項１０】
前記第１電極と前記貫通電極は複数設けられ、
前記パターン電極は前記複数の貫通電極と接続され、前記複数の貫通電極は前記複数の第１電極とそれぞれ接続され、
前記第２電極と前記パターン電極は複数設けられ、
前記複数の第２電極が延在する方向は、前記複数のパターン電極が延在する方向と異なる請求項１乃至９の何れか１項に記載の検出素子。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載された検出素子を備え、
分解能が１５０μｍ以下であって、第１電極と第２電極間に５３０〜５５０Ｖを印加するときにガス増幅率が１２０００以上であることを特徴とする検出装置。
【請求項１２】
第１面と前記第１面に対向する第２面とを有する基板であって、前記基板の厚さ方向の２か所において互いに異なる内径を有する貫通孔を形成し、
前記貫通孔に貫通電極を形成し、
前記第１面側に、前記貫通電極に接続される第１電極と、前記第１電極と離隔する第２電極と、を形成し、
前記第２面側に、前記貫通電極に接続されるパターン電極を形成することを含む検出素子の製造方法。
【請求項１３】
前記貫通孔を形成することは、
前記基板の第２面側から、前記第２面に対して９１°以上９５°以下の角度をなすテーパ形状を有する貫通孔を形成することを含む請求項１２に記載の検出素子の製造方法。
【請求項１４】
前記貫通孔を形成することは、レーザーを用いることを含む請求項１２又は１３に記載の検出素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１電極を形成することは、
前記第１電極の前記第１面と対向する面の径を、前記貫通孔の前記第１面における第１貫通端部の径より小さく形成することを含む請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の検出素子の製造方法。
【請求項１６】
前記貫通孔を形成することは、アスペクト比を４以上８以下の範囲で形成することを含む請求項１２乃至１５の何れか１項に記載の検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、検出素子、検出素子の製造方法、および検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピクセル型電極によるガス増幅を用いた放射線検出装置の研究が進められている。ピクセル型電極によるガス増幅を用いた放射線検出装置は、従来の検出装置による放射線検出では不十分であった検出領域、特に、画像イメージングにおいて、大面積かつリアルタイムイメージングができるという特徴がある。
【０００３】
ピクセル型電極によるガス増幅を用いた放射線検出装置の構造に関しては、例えば、特許文献１を参照することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１１１０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ピクセル型電極による放射線検出装置において、放射線（荷電粒子）は検出装置内に充填されたガスと相互作用することにより電離電子を生じ、その電離電子をピクセル型電極において捕捉することによって間接的に放射線を検出する。電離電子を捕捉したピクセル型電極の位置と時間を特定することで、放射線の飛跡を検出することができる。特許文献１に開示されているような放射線検出装置（以下「従来の放射線検出装置」という）においては、十分なガス増幅率を得るために、表面に酸化膜を形成したシリコンを基材とした貫通電極を有する検出素子が用いられてきた。しかしながら、放射線量の多い環境放射線の検出用途では、検出素子表面のピクセル型電極の電場が変化してしまい、電離電子の動きが乱れ、所定の位置のピクセル型電極に捕捉されない場合がある。その結果、安定して高いガス増幅率を得ることが難しかった。
【０００６】
本開示の実施形態は、放射線量の多い環境放射線の検出用途でも、安定して高いガス増幅率を得ることができる放射線検出素子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】
【０００７】
本開示の一実施形態に係る検出素子は、第１面と第１面に対向する第２面とを有する基板であって、基板の厚さ方向の２か所において互いに異なる内径を有する貫通孔が設けられた基板と、貫通孔に配置された貫通電極と、貫通電極と接続し、第１面の上に配置された第１電極と、貫通電極と接続し、第２面側に配置されたパターン電極と、第１面に配置され、第１電極と離隔して配置された第２電極と、を備える。
【０００８】
また、貫通孔は、第１面における第１貫通端部と、第２面における第２貫通端部とが互いに異なる内径を有してもよい。
【０００９】
また、貫通孔は、基板の厚さ方向に、第１面における第１貫通端部の内径および第２面における第２貫通端部の内径より小さい内径を有してもよい。
【００１０】
また、第１面における第１貫通端部の内径は、第２面における第２貫通端部の内径より小さくてもよい。
【００１１】
また、第１電極の第１面と対向する面の径は、第１面における第１貫通端部の内径より小さくてもよい。
【００１２】
また、貫通孔のアスペクト比は、４以上８以下の範囲であってもよい。
【００１３】
また、基板は、無アルカリガラスであってもよい。
【００１４】
また、第１電極の第１面と対向する面の径が、１００μｍ以下の範囲であってもよい。
【００１５】
また、第２電極は、第１電極を囲むように開口されていてもよい。１
【００１６】
また、第１電極と貫通電極は複数設けられ、パターン電極は複数の貫通電極と接続され、複数の貫通電極は複数の第１電極とそれぞれ接続され、第２電極とパターン電極は複数設けられ、複数の第２電極が延在する方向は、複数のパターン電極が延在する方向と異なってもよい。
【００１７】
本開示の一実施形態に係る検出装置は、上記検出素子を備え、分解能が１５０μｍ以下であって、第１電極と第２電極間に５３０〜５５０Ｖを印加するときにガス増幅率が１２０００以上である。
【００１８】
本開示の一実施形態に係る検出素子の製造方法は、第１面と第１面に対向する第２面とを有する基板であって、基板の厚さ方向の２か所において互いに異なる内径を有する貫通孔を形成し、貫通孔に貫通電極を形成し、第１面側に、貫通電極に接続される第１電極と、第１電極と離隔する第２電極と、を形成し、第２面側に、貫通電極に接続されるパターン電極を形成することを含む。
【００１９】
また、貫通孔を形成することは、基板の第２面側から、第２面に対して９１°以上９５°以下の角度をなすテーパ形状を有する貫通孔を形成することを含んでもよい。
【００２０】
また、貫通孔を形成することは、レーザーを用いることを含んでもよい。
【００２１】
また、第１電極を形成することは、第１電極の第１面と対向する面の径を、貫通孔の第１面における第１貫通端部の径より小さく形成することを含んでもよい。
【００２２】
また、貫通孔を形成することは、アスペクト比を４以上８以下の範囲で形成してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本開示の一実施形態によると、放射線量の多い環境放射線の検出用途でも、安定して高いガス増幅率を得ることができる放射線検出素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本開示の一実施形態に係る検出素子を備える放射線検出装置の一例を示す図である。
【図２】本開示の一実施形態に係る放射線検出装置の動作原理を示す図である。
【図３】本開示の一実施形態に係る検出素子の一部の平面図である。
【図４】本開示の一実施形態に係る検出素子の一部の断面図である。
【図５】本開示の一実施形態に係る検出素子の製造方法を説明する図である。
【図６】本開示の一実施形態に係る検出素子の製造方法を説明する図である。
【図７】本開示の一実施形態に係る検出素子の製造方法を説明する図である。
【図８】本開示の一実施形態に係る検出素子の一部の平面図である。
【図９】本開示の一実施形態に係る検出素子の一部の断面図である。
【図１０】本開示の一実施形態に係る検出素子の一部の平面図である。
【図１１】本開示の一実施形態に係る検出素子の一部の断面図である。
【図１２】本開示の一実施形態に係る検出素子の一部の平面図である。
【図１３】本開示の一実施形態に係る検出素子の一部の断面図である。
【図１４】本開示の一実施形態に係る放射線検出装置（容器モジュール）の断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本開示の検出素子および検出装置について詳細に説明する。なお、本開示の検出素子および検出装置は以下の実施形態に限定されることはなく、種々の変形を行ない実施することが可能である。全ての実施形態においては、同じ構成要素には同一符号を付して説明する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上、実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。また、説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明するが、例えば、第１部材と第２部材との上下関係が図示と逆になるように配置されてもよい。また、以下の説明で基板の第１面及び第２面は基板の特定の面を指すものではなく、基板の表面方向又は裏面方向を特定するもので、つまり基板に対する上下方向を特定するための名称である。
【００２６】
＜本件発明に至る経緯＞
従来の放射線検出装置においては、表面に酸化膜を形成したシリコンを基材とした貫通電極を有する検出素子が用いられてきた。しかしながら、放射線量の多い環境放射線の検出用途では、基材のケイ素が中性子照射を受けてリンなど他の原子に転換され、導電性を獲得してしまうことが分かった。すなわち、基材のケイ素が導通し、同時に基材表面の酸化膜から電流がリークすることにより、検出素子表面のピクセル電極の電場が乱れやすくなることが判明した。また、表面に酸化膜を形成したシリコンを基材として用いることで、表面の酸化膜による寄生容量がピクセル電極の電場を乱す原因となりうる。さらに、検出装置内に充填されたガスの交換ができない環境下では、絶縁性樹脂からのガス発生に起因する検出装置内のガスの劣化も問題となる。本開示者は、上記の問題を解決するために、鋭意検討した結果、本願発明に至った。
【００２７】
＜第１実施形態＞
［放射線検出装置１００の構成］
図１を用いて、本開示の一実施形態に係る放射線検出素子１０を備える放射線検出装置１００の構成の概要を説明する。本実施形態に係る放射線検出装置１００は、ドリフト電極１１０と、放射線検出素子１０及びチャンバー１１１を備えている。ドリフト電極１１０と、放射線検出素子１０は、チャンバー１１１内に一定のスペースを介して対向して配置される。チャンバー１１１の内部には、アルゴンやキセノンなどの希ガスと、エタンやメタンなどの常温でガスのアルカンもしくは二酸化炭素を含む消光作用を有するガス（クエンチングガス）と、の混合ガスで封入されている。なお、チャンバー１１１の内部にはこれらのガスが単体で封入されていてもよく、二種類以上の混合ガスが封入されていてもよい。
【００２８】
本開示の一実施形態に係る放射線検出素子１０は、絶縁部材１０２、カソード電極１０４、アノード電極１０６、アノードパターン電極１０８及びアノード貫通電極１１２を有している。図１に示すように、カソード電極１０４は、絶縁部材１０２の第１面に複数配置されている。カソード電極１０４は、複数の開口部１０５を有している。カソード電極１０４は、ストリップ状に形成されているので、カソードストリップ電極ともいう。
【００２９】
カソード電極１０４の複数の開口部１０５のそれぞれには、アノード電極１０６が配置される。アノード電極１０６は、カソード電極１０４と離隔して絶縁部材１０２の第１面に露出するように配置される。アノード電極１０６は、アノード貫通電極１１２およびアノードパターン電極１０８と接続される。アノード貫通電極１１２は、絶縁部材１０２の第１面から反対側の第２面まで絶縁部材１０２を接続する貫通孔に配置される。アノードパターン電極１０８は、絶縁部材１０２の第２面に配置される。すなわち、アノード電極１０６は絶縁部材１０２の第1面側においてアノード貫通電極１１２に接続され、アノード貫通電極１１２は絶縁部材１０２の第２面側においてアノードパターン電極１０８に接続される。アノード電極１０６、アノード貫通電極１１２、およびアノードパターン電極１０８の構造については後で詳しく説明する。アノードパターン電極１０８は複数のアノード貫通電極１１２と接続し、複数のアノード貫通電極１１２はそれぞれ複数のアノード電極１０６と接続する。アノードパターン電極１０８は、絶縁部材１０２の第２面に複数配置されている。
【００３０】
本実施形態において、複数のカソード電極１０４が延在する方向と、複数のアノード電極１０６が接続するアノードパターン電極１０８が延在する方向とは概略直交している。アノード電極１０６はカソード電極１０４とアノードパターン電極１０８とが交差する位置に設けられている。換言すると、アノード電極１０６は、カソード電極１０４が延在する方向及びアノードパターン電極１０８が延在する方向に沿ってマトリクス状に配置されている。ここで、本実施形態では、カソード電極１０４が延在する方向及びアノードパターン電極１０８が延在する方向が概略直交している構成を例示したが、この構成に限定されない。カソード電極１０４が延在する方向及びアノードパターン電極１０８が延在する方向は異なればよく、例えば傾斜して交差する構成であってもよい。
【００３１】
絶縁部材１０２の第１面側には、さらにリード配線１２４が設けられている。アノード電極１０６は、アノード貫通電極１１２、アノードパターン電極１０８、層間接続部１２６を介して、このリード配線１２４に接続される。すなわちアノード電極１０６、アノード貫通電極１１２、アノードパターン電極１０８、層間接続部１２６、およびリード配線１２４は、一つの導電体であり、リード配線１２４はアノード電極１０６の接続端子として機能する。なお、本実施形態においては、アノード電極１０６、アノード貫通電極１１２、アノードパターン電極１０８、層間接続部１２６、およびリード配線１２４は別々に設けられ、それぞれが電気的に接続されている形態について説明しているが、これに限定されるわけではない。例えば、アノード電極１０６、アノード貫通電極１１２、アノードパターン電極１０８、層間接続部１２６、およびリード配線１２４の一部又は全部が一体形成されていてもよい。アノードパターン電極１０８は、ストリップ状に形成されているので、アノードストリップパターンともいう。アノード電極１０６を第１電極、カソード電極１０４を第２電極、ドリフト電極１１０を第３電極という場合がある。
【００３２】
本発明の一実施形態に係る絶縁部材１０２としては、ガラス基板を用いることができる。特に、アルカリ金属を含まず、アルカリ土類金属酸化物を主成分とした無アルカリガラスを用いることが好ましい。無アルカリガラスは溶融性があり、加工がしやすく、電気絶縁性にも優れるため絶縁部材１０２の材料として好ましい。絶縁部材１０２にガラスを用いることで、多量の放射線が照射されてケイ素がリンに転換する場合が生じても、酸素を介する結合により絶縁性を維持することができ、安定して高いガス増幅率を得ることができる。絶縁部材１０２にガラスを用いることで、絶縁部材１０２を貫通する貫通孔１０３の内側面の凹凸構造を抑制することができ、後述する貫通孔１０３のアスペクト比を４以上８以下の範囲で形成することができる。また、基板として絶縁部材を用いることで、表面に酸化膜を形成したシリコンを基材を用いたときの酸化膜などによる寄生容量の問題を抑制することができる。さらに絶縁樹脂層を用いないことで、ガスが封入されるチャンバー内での樹脂材料からのガス発生を防ぐことができる。
【００３３】
絶縁部材１０２の厚さは、特に制限はないが、例えば、２００μｍ以上７００μｍ以下の厚さの基板を用いることができる。絶縁部材１０２の厚さは、より好ましくは、３５０μｍ以上４５０μｍ以下であるとよい。上記の基板の厚さの下限よりも基板が薄くなると、基板のたわみが大きくなる。その影響で、製造過程におけるハンドリングが困難になるとともに、基板上に形成する薄膜等の内部応力により基板が反ってしまい、基板が割れる問題が生じる。また、上記の基板の厚さの上限よりも基板が厚くなると貫通孔の形成工程が長くなる。その影響で、製造工程が長期化し、製造コストも上昇してしまう。
【００３４】
本実施形態に係る、カソード電極１０４、アノード電極１０６、アノード貫通電極１１２、アノードパターン電極１０８、層間接続部１２６、およびリード配線１２４の材料は銅（Ｃｕ）であるが、導電性を備えた金属材料ならこれに限定しない。金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、スズ（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等の金属またはこれらを用いた合金などから選択された材料を用いることができる。
【００３５】
リード配線１２４はさらに、第１金属層１２０および第２金属層１２２を有していてもよい。ここで、第１金属層１２０は、外部装置との接続端子として機能する。したがって、外部装置に備えられた接続端子と良好な電気的接続を確保する目的で配置される。第１金属層１２０としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔなどの材料を用いることができる。第２金属層１２２は第１金属層１２０とリード配線１２４との間で各々の金属原子が拡散して混合することを抑制するバリア層として機能する。したがって、第２金属層１２２は第１金属層１２０及びリード配線１２４の各々に用いられる材料の拡散を抑制することができる材料を用いることができる。第２金属層１２２としては、例えば、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｔａ、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）などの材料を用いることができる。
【００３６】
ここで、カソード電極１０４の一部、開口部１０５、アノード電極１０６、絶縁部材１０２の一部を含むピクセル電極の最小繰り返し単位をピクセル電極１とする。ピクセル電極１は概略正方形である。ピクセル電極の一辺の長さをＰとすると、カソード電極１０４の最小繰り返し単位（ピッチ）及びアノード電極１０６の最小繰り返し単位（ピッチ）もＰとなる。図１では１個の放射線検出素子１０に６個のピクセル電極１を示したが、これに限定されない。放射線検出素子１０は、複数のピクセル電極１を有すればよい。放射線検出装置１００は、ピクセル電極１とドリフト電極１１０の間に入射した放射線を、放射線検出素子１０によって検出する。
【００３７】
［放射線検出の原理］
図２を用いて、本発明の一実施形態に係る放射線検出装置の動作原理を説明する。それぞれのカソード電極１０４とアノード電極１０６の間に電圧を印加することで、電場が形成される。カソード電極１０４はグランド（ＧＮＤ）に接続されており、ドリフト電極１１０とカソード電極１０４との間にも電圧が印加され、電場が形成される。
【００３８】
放射線が入射した時、ドリフト電極１１０とカソード電極１０４との間に発生させた電場の影響により、放射線はチャンバー１１１内に存在する気体との相互作用により電子雲を形成する。電子雲の各電子は、アノード電極１０６とカソード電極１０４からなるピクセル電極１の方向へ引き寄せられる。このとき、引き寄せられた電子は気体原子と衝突し、気体原子を電離する。ガス増幅により電離した電子は雪崩的に増殖し、アノード電極１０６で収集される電子群は、電気信号として読み出すことができる程度にまで達する。そして、この電気信号をアノードパターン電極１０８を通して接続端子であるリード配線１２４から外部に読み出すことができる。一方、カソード電極１０４には電子群に誘導された正電荷が生じ、ここから得られる電気信号をカソード電極の接続端子１０４Ａから外部に読みだすことができる。これらの電気信号を時系列に計測することにより、荷電粒子の飛跡を測定することができる。
【００３９】
［ピクセル電極の構成］
次に、図３および図４を用いて、本実施形態に係る放射線検出素子１０が有するピクセル電極１の構成について詳しく説明する。図３は、本開示の一実施形態に係る放射線検出素子１０の一部の平面図である。図４は、本開示の一実施形態に係る放射線検出素子１０の一部の断面図である。図４（Ａ）は、図３のＡ−Ａ’断面図である。
【００４０】
図３および図４（Ａ）に示すように、放射線検出素子１０のピクセル電極１は、絶縁部材１０２、アノード電極１０６（第１電極）、アノード貫通電極１１２、アノードパターン電極１０８、及びカソード電極１０４（第２電極）を有する。図３に示すように、カソード電極１０４には、アノード電極１０６を囲むように開口部１０５が設けられている。カソード電極１０４は、アノード電極１０６と離隔して配置されている。つまり、カソード電極１０４とアノード電極１０６とは絶縁されている。ここで図３では、カソード電極１０４とアノード電極１０６との距離がアノード電極１０６を基準として全方向において一定になるようにカソード電極１０４の開口部１０５内にアノード電極１０６が設けられた構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、アノード電極１０６を基準としてある一定の方向において、他の方向よりもカソード電極１０４とアノード電極１０６との距離が近くてもよい。このようにすることで、上記の一定の方向において検出感度を高めることができる。また、図３では、カソード電極１０４はアノード電極１０６を囲んでいる構成を例示したが、カソード電極１０４の一部が開放されていてもよい。
【００４１】
図４に示すように、アノード電極１０６は、絶縁部材１０２の第１面１０２Ａに露出するように配置される。本実施形態においてアノード電極１０６は、開口部１０５のそれぞれにおいて絶縁部材１０２の第１面１０２Ａから先端が突出している形状を有しているが、開口部１０５のそれぞれにおいて先端が突出しないような形状（先端が絶縁部材１０２の第１面１０２Ａと概略一致する形状、又は先端が絶縁部材１０２の内部に位置する形状）であってもよい。ただし、絶縁部材１０２の第１面１０２Ａ上でのカソード電極１０４とアノード電極１０６の高さを略同一にすることで、カソード電極１０４とアノード電極１０６の上面部間だけでなく側面部間にも電気力線が生じることよりガス増幅率が向上する。
【００４２】
アノード電極１０６は、絶縁部材１０２の第１面１０２Ａ側において、貫通孔１０３に配置されたアノード貫通電極１１２に接続されている。図４では、アノード貫通電極１１２が貫通孔１０３の内部に充填される構成を例示したが、この構成に限定されない。アノード貫通電極１１２はアノード電極１０６と電気的に接続されればよく、例えば、アノード貫通電極１１２は貫通孔１０３の内側面に配置され、アノード貫通電極１１２の内部は空洞または絶縁樹脂などで充填されてもよい。
【００４３】
貫通孔１０３は、絶縁部材１０２の第１面１０２Ａから第２面１０２Ｂまで接続する。本実施形態において、貫通孔１０３およびアノード貫通電極１１２は円柱形である。すなわち、貫通孔１０３は絶縁部材１０２の厚さ方向において略同一の内径を有する。ここで貫通孔１０３の内径とは最大径を示し、貫通孔１０３の絶縁部材１０２の厚さ方向と垂直な断面における貫通孔１０３の輪郭線上の距離が最大になる２点の長さを示す。したがって、貫通孔１０３の第１面１０２Ａ側における第１貫通端部１０３Ａの内径と貫通孔１０３の第２面１０２Ｂ側における第２貫通端部１０３Ｂの内径とは、略同一である。
【００４４】
貫通孔１０３のアスペクト比は、４以上８以下の範囲であることが好ましい。ここで貫通孔１０３のアスペクト比とは、貫通孔１０３の内径（貫通孔１０３が絶縁部材１０２の厚さ方向において異なる内径を有する場合、最大値をとる）に対する貫通孔１０３の深さ（絶縁部材１０２の厚さ）と定義する。貫通孔１０３のアスペクト比が８より大きい場合、後述するアノード貫通電極１１２を形成するときに、貫通孔１０３の内側面に貫通孔１０３の深さ全体に亘って導電層を形成することが困難になる。貫通孔１０３のアスペクト比が４未満である場合、絶縁部材１０２の厚さを一定以上に維持すると放射線検出素子１０に微細なピクセル電極１を形成することが困難になる。
【００４５】
本実施形態において、貫通孔１０３の第１面１０２Ａ側における第１貫通端部１０３Ａの内径と、アノード電極１０６の径１０６Ａとは略同一である。ここでアノード電極１０６の径１０６Ａとは、アノード電極１０６の第１面１０２Ａとは反対側の上面における最大径を示す。しかしながらこれに限定されず、本実施形態の変形例に係る放射線検出素子では、図４（Ｂ）に示すように、アノード電極１０６の径１０６Ａは貫通孔１０３の第１面１０２Ａ側における第１貫通端部１０３Ａの内径より小さくてもよい。図４（Ｃ）に示すように、アノード電極１０６の径１０６Ａは貫通孔１０３の第１面１０２Ａ側における第１貫通端部１０３Ａの内径より大きくてもよい。アノード電極１０６の径１０６Ａが第１貫通端部１０３Ａの内径より大きいことで、例えば、アノード電極１０６の形成時において第１貫通端部１０３Ａとの位置ずれの問題を抑制することができる。アノード電極１０６の径１０６Ａは、１００μｍ以下の範囲であればよい。
【００４６】
アノードパターン電極１０８は、絶縁部材１０２の第２面１０２Ｂ側に配置されている。アノードパターン電極１０８は、絶縁部材１０２の第２面１０２Ｂ側においてアノード貫通電極１１２と接続されている。アノードパターン電極１０８は隣接するアノード貫通電極１１２を連結し、層間接続部１２６を介してリード配線１２４に接続される。アノードパターン電極１０８の幅は、第２貫通端部１０３Ｂより大きければよい。ここでアノードパターン電極１０８の幅とは、アノードパターン電極１０８が延在する方向と垂直な幅を示す。
【００４７】
以上のように、本実施形態に係る検出素子を備える放射線検出装置によると、絶縁部材１０２としてガラスを用いることで、多量の放射線が照射されてケイ素がリンに転換する場合が生じても、酸素を介する結合により絶縁性を維持することができ、安定して高いガス増幅率を得ることができる。絶縁部材１０２にガラスを用いることで、絶縁部材１０２を貫通する貫通孔１０３の内側面の凹凸構造を抑制することができ、貫通孔１０３のアスペクト比を４以上８以下の範囲で形成することができる。また、基板として絶縁部材を用いることで、表面に酸化膜を形成したシリコンを基材を用いたときの酸化膜などによる寄生容量の問題を抑制することができる。さらに絶縁樹脂層を用いないことで、ガスが封入されるチャンバー内での樹脂材料からのガス発生を防ぐことができる。このため放射線検出装置１００内部の反応ガスの交換頻度を低下することができる。
【００４８】
［検出素子の製造方法］
図５から図７を用いて、本実施形態に係る放射線検出素子１０の製造方法を説明する。図５から図７において、図３および図４に示す要素と同じ要素には同一の符号を付した。
【００４９】
図５（Ａ）は、本開示の一実施形態に係る検出素子の製造方法において、絶縁部材１０２に貫通孔１０３を形成する工程を示す図である。絶縁部材１０２に貫通孔１０３を形成する方法としては、フォトリソグラフィを用いたウェットエッチング又はドライエッチング、レーザ照射による昇華又はアブレーション、レーザ照射による変質層形成及びウェットエッチング、サンドブラスト方式などの方法を用いることができる。
【００５０】
図５（Ｂ）は、本開示の一実施形態に係る検出素子の製造方法において、貫通孔１０３にアノード貫通電極１１２および層間接続部１２６を充填する工程を示す図である。図５（Ｂ）に示すように、アノード貫通電極１１２および層間接続部１２６を貫通孔１０３内部に充填させる。アノード貫通電極１１２および層間接続部１２６の充填は電解めっき法や無電解めっき法を用いることができる。ここでは詳細な説明は省略するが、貫通孔１０３の第１貫通端部１０３Ａまたは第２貫通端部１０３Ｂにシード層を形成し、シード層上にめっき層を成長させて貫通孔１０３を塞ぐまでめっき層を成長させる、いわゆる蓋めっきを形成する。そして、当該蓋めっきから貫通孔１０３の他方の貫通端部に向けてめっき層を成長させることで貫通孔１０３を充填するアノード貫通電極１１２および層間接続部１２６を形成することができる。
【００５１】
図５（Ｃ）は、本開示の一実施形態に係る検出素子の製造方法において、絶縁部材１０２の第１面に導電層３２５を形成する工程を示す図である。図５（Ｃ）に示すように、絶縁部材１０２の第１面において、絶縁部材１０２上及びアノード貫通電極１１２上に導電層３２５を形成する。導電層３２５は、後にカソード電極１０４、アノード電極１０６、及びリード配線１２４の一部となる。導電層３２５は、ＰＶＤ法又はＣＶＤ法等により形成することができる。導電層３２５に使用する材料は、後に導電層３２５上に形成するめっき層３２６と同じ材質を選択することができる。導電層３２５は、後の工程でめっき層３２６を形成する際に、電解めっき法におけるシードとして用いられる。ここで、導電層３２５は、好ましくは２０ｎｍ以上１μｍ以下の膜厚で形成するとよい。また、導電層３２５は、より好ましくは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の膜厚で形成するとよい。
【００５２】
図５（Ｄ）は、本開示の一実施形態に係る検出素子の製造方法において、導電層３２５上にレジストパターン３２９を形成する工程を示す図である。図５（Ｄ）に示すように、導電層３２５上にフォトレジストを塗布した後に、露光及び現像を行うことによりレジストパターン３２９を形成する。ここでレジストパターン３２９は、後にカソード電極１０４、アノード電極１０６、及びリード配線１２４を形成する領域を露出する。
【００５３】
図６（Ａ）は、本開示の一実施形態に係る検出素子の製造方法において、レジストから露出された導電層３２５にめっき層３２６を形成する工程を示す図である。図６（Ａ）に示すように、図４に示すカソード電極１０４、アノード電極１０６、及びリード配線１２４のパターンが形成される領域にめっき層３２６を形成する。導電層３２５に通電して電解めっき法を行い、レジストパターン３２９から露出している導電層３２５上にめっき層３２６を形成する。
【００５４】
図６（Ｂ）は、本開示の一実施形態に係る検出素子の製造方法において、レジストパターン３２９を除去する工程を示す図である。図６（Ｂ）に示すように、めっき層３２６を形成した後に、レジストパターン３２９を構成するフォトレジストを有機溶媒により除去する。なお、フォトレジストの除去には、有機溶媒を用いる代わりに、酸素プラズマによるアッシングを用いることもできる。
【００５５】
図６（Ｃ）は、本開示の一実施形態に係る検出素子の製造方法において、アノード電極及びカソード電極を形成する工程を示す図である。図６（Ｃ）に示すように、レジストパターン３２９によって覆われ、上にめっき層３２６が形成されなかった領域の導電層３２５を除去（エッチング）することで、カソード電極１０４、アノード電極１０６、及びリード配線１２４を電気的に分離する。導電層３２５のエッチングによって、めっき層３２６の表面もエッチングされて薄膜化するため、この薄膜化の影響を考慮してめっき層３２６の膜厚を設定することが好ましい。導電層３２５のエッチングとしては、ウェットエッチングやドライエッチングを使用することができる。この工程によって、図４に示すカソード電極１０４、アノード電極１０６、及びリード配線１２４を形成することができる。なお、カソード電極１０４、アノード電極１０６、及びリード配線１２４は、導電層３２５及びめっき層３２６から形成されているが、図では一体として形成された構造を例示した。
【００５６】
図６（Ｄ）は、本開示の一実施形態に係る検出素子の製造方法において、配線端子部を形成する工程を示す図である。図６（Ｄ）に示すように、リード配線１２４上に第２金属層１２２及び第１金属層１２０をさらに形成することで接続端子部を形成してもよい。第２金属層１２２及び第１金属層１２０は、リード配線１２４に通電する電解めっき法によって、リード配線１２４上に選択的に形成することができる。ただし、全面に第２金属層１２２及び第１金属層１２０を形成するための金属層を成膜し、接続端子部に対応する領域をフォトレジストで覆い、その他の領域をエッチングすることで第２金属層１２２及び第１金属層１２０を形成してもよい。
【００５７】
図７（Ａ）は、本開示の一実施形態に係る検出素子の製造方法において、基板の裏面にアノードパターン電極１０８を形成する工程を示す図である。図７（Ａ）に示すように、絶縁部材１０２の第２面側にアノードパターン電極１０８を形成する。上記の製造方法によって、図３および図４に示す放射線検出素子１０の構造を得ることができる。
【００５８】
図７（Ｂ）は、本開示の一実施形態に係る検出素子の製造方法において、ワイヤーボンディング工程を示す図である。図７（Ｂ）に示すように、図７（Ａ）の検出素子を接着層３３０を介してフレーム３４０に固定し、第１金属層１２０とフレーム３４０とをボンディングワイヤ１３２によって接続してもよい。
【００５９】
＜第２実施形態＞
本実施形態に係る放射線検出素子１０ａは、貫通孔１０３ａおよびアノード貫通電極１１２ａが円錐台型であること以外、第１実施形態に係る放射線検出素子１０と同じであるから、ここでは、第１実施形態に係る放射線検出素子１０と相違する部分について説明する。なお、第２実施形態に係る放射線検出素子１０ａにおいて、図３および図４に示した放射線検出素子１０と同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００６０】
［ピクセル電極の構成］
図８および図９を用いて、本開示の第２実施形態に係る放射線検出素子が有するピクセル電極の構成について詳しく説明する。図８は、本開示の一実施形態に係る放射線検出素子１０ａの一部の平面図である。図９は、本開示の一実施形態に係る放射線検出素子１０ａの一部の断面図である。図９（Ａ）は、図８のＢ−Ｂ’断面図である。
【００６１】
図８および図９（Ａ）に示すように、放射線検出素子１０ａのピクセル電極１ａは、絶縁部材１０２ａ、アノード電極１０６ａ（第１電極）、アノード貫通電極１１２ａ、アノードパターン電極１０８ａ、及びカソード電極１０４ａ（第２電極）を有する。アノード電極１０６ａは、絶縁部材１０２ａの第１面１０２Ａａ側において、貫通孔１０３ａに配置されたアノード貫通電極１１２ａに接続されている。アノード貫通電極１１２ａは貫通孔１０３ａの内部に充填されている。
【００６２】
貫通孔１０３ａは、絶縁部材１０２ａの第１面１０２Ａａから第２面１０２Ｂａまで接続する。本実施形態において、貫通孔１０３ａは円錐台型である。すなわち、貫通孔１０３ａは絶縁部材１０２ａの厚さ方向の２か所において異なる内径を有する。貫通孔１０３ａの第１面１０２Ａａ側における第１貫通端部１０３Ａａと、貫通孔１０３ａの第２面１０２Ｂａ側における第２貫通端部１０３Ｂａとは、互いに異なる内径を有する。貫通孔１０３ａは、第１面１０２Ａａ側における第１貫通端部１０３Ａａの内径が、第２面１０２Ｂａ側における第２貫通端部１０３Ｂａの内径より小さい。
【００６３】
ここで、絶縁部材１０２ａの第１面１０２Ａａと貫通孔１０３ａの側壁とのなす角度θは８５°以上８９°以下である。ここで、なす角度θは、好ましくは８６°以上８８°以下であるとよい。また、なす角度θは、より好ましくは８６．５°以上８７．５°以下であるとよい。すなわち、本実施形態に係る貫通孔１０３ａは、絶縁部材１０２ａの第１面１０２Ａａから第２面１０２Ｂａに向かって径が広がるテーパ形状である。
【００６４】
貫通孔１０３ａのアスペクト比は、４以上８以下の範囲であることが好ましい。貫通孔１０３ａのアスペクト比が８より大きい場合、後述するアノード貫通電極１１２ａを形成するときに、貫通孔１０３ａの内側面に貫通孔１０３ａの深さ全体に亘って導電層を形成することが困難になる。貫通孔１０３ａのアスペクト比が４未満である場合、絶縁部材１０２ａの厚さを一定以上に維持すると放射線検出素子１０ａに微細なピクセル電極１ａを形成することが困難になる。
【００６５】
本実施形態において、貫通孔１０３ａの第１面１０２Ａａ側における第１貫通端部１０３Ａａの内径と、アノード電極１０６ａの径１０６Ａａとは略同一である。しかしながらこれに限定されず、本実施形態の変形例に係る検出素子では、図９（Ｂ）に示すように、アノード電極１０６ａの径１０６Ａａは貫通孔１０３ａの第１面１０２Ａａ側における第１貫通端部１０３Ａａの内径より小さくてもよい。図９（Ｃ）に示すように、アノード電極１０６ａの径１０６Ａａは貫通孔１０３ａの第１面１０２Ａａ側における第１貫通端部１０３Ａａの内径より大きくてもよい。アノード電極１０６ａの径１０６Ａａが第１貫通端部１０３Ａａの内径より大きいことで、例えば、アノード電極１０６ａの形成時において第１貫通端部１０３Ａａとの位置ずれの問題を抑制することができる。アノード電極１０６ａの径１０６Ａａは、１００μｍ以下の範囲であればよい。
【００６６】
アノードパターン電極１０８ａは、絶縁部材１０２ａの第２面１０２Ｂａ側においてアノード貫通電極１１２ａと接続されている。アノードパターン電極１０８ａの幅は、第２貫通端部１０３Ｂａより大きければよい。
【００６７】
以上のように、本実施形態に係る検出素子を備える放射線検出装置によると、絶縁部材１０２ａとしてガラスを用いることで、多量の放射線が照射されてケイ素がリンに転換する場合が生じても、酸素を介する結合により絶縁性を維持することができ、安定して高いガス増幅率を得ることができる。絶縁部材１０２ａにガラスを用いることで、絶縁部材１０２ａを貫通する貫通孔１０３ａの内側面の凹凸構造を抑制することができ、貫通孔１０３ａのアスペクト比を４以上８以下の範囲で形成することができる。また、基板として絶縁部材を用いることで、表面に酸化膜を形成したシリコンを基材を用いたときの酸化膜などによる寄生容量の問題を抑制することができる。さらに絶縁樹脂層を用いないことで、ガスが封入されるチャンバー内での樹脂材料からのガス発生を防ぐことができる。このため放射線検出装置１００ａ内部の反応ガスの交換頻度を低下することができる。本実施形態に係る放射線検出素子１０ａは貫通孔１０３ａの第１貫通端部１０３Ａａが第２貫通端部１０３Ｂａより小さいことで、アノード電極１０６ａの径１０６Ａａを小さくすることができ、より高いガス増幅率を得ることができる。貫通孔１０３ａの第１貫通端部１０３Ａａが第２貫通端部１０３Ｂａより小さいことで、第１貫通端部１０３Ａａとカソード電極１０４ａの距離を大きくとることができ、よりカソード電極１０４ａとアノード電極１０６ａ間の電場を安定させることができる。
【００６８】
［検出素子の製造方法］
本実施形態に係る検出素子の製造方法は、絶縁部材１０２ａの第２面１０２Ｂａからレーザ照射によって貫通孔１０３ａを形成すること以外、第１実施形態に係る検出素子の製造方法と同じであることから、ここでは省略する。絶縁部材１０２ａの第２面１０２Ｂａからレーザ照射によって貫通孔１０３ａを形成することで、レーザに近い絶縁部材１０２ａの第２面１０２Ｂａ側の第２貫通端部１０３Ｂａが第１貫通端部１０３Ａａより大きく形成される。貫通孔１０３ａは、絶縁部材１０２ａの第２面１０２Ｂａと貫通孔１０３ａの側壁とのなす角度θが９１°以上９５°以下のテーパ形状に形成する。
【００６９】
＜第３実施形態＞
本実施形態に係る放射線検出素子１０ｂは、貫通孔１０３ｂの第１貫通端部１０３Ａｂおよび第２貫通端部１０３Ｂｂの大きさが入れ替わること以外、第２実施形態に係る放射線検出素子１０aと同じであるから、ここでは、第１実施形態に係る放射線検出素子１０および第２実施形態に係る放射線検出素子１０ａと相違する部分について説明する。なお、第３実施形態に係る放射線検出素子１０ｂにおいて、図３および図４に示した放射線検出素子１０と同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００７０】
［ピクセル電極の構成］
図１０および図１１を用いて、本開示の第３実施形態に係る放射線検出素子が有するピクセル電極の構成について詳しく説明する。図１０は、本開示の一実施形態に係る放射線検出素子１０ｂの一部の平面図である。図１１は、本開示の一実施形態に係る放射線検出素子１０ｂの一部の断面図である。図１１（Ａ）は、図１０のＣ−Ｃ’断面図である。
【００７１】
図１０および図１１（Ａ）に示すように、放射線検出素子１０ｂのピクセル電極１ｂは、絶縁部材１０２ｂ、アノード電極１０６ｂ（第１電極）、アノード貫通電極１１２ｂ、アノードパターン電極１０８ｂ、及びカソード電極１０４ｂ（第２電極）を有する。アノード電極１０６ｂは、絶縁部材１０２ｂの第１面１０２Ａｂ側において、貫通孔１０３ｂに配置されたアノード貫通電極１１２ｂに接続されている。アノード貫通電極１１２ｂは貫通孔１０３ｂの内部に充填されている。
【００７２】
貫通孔１０３ｂは、絶縁部材１０２ｂの第１面１０２Ａｂから第２面１０２Ｂｂまで接続する。本実施形態において、貫通孔１０３ｂは円錐台型である。すなわち、貫通孔１０３ｂは絶縁部材１０２ｂの厚さ方向の２か所において異なる内径を有する。貫通孔１０３ｂの第１面１０２Ａｂ側における第１貫通端部１０３Ａｂと、貫通孔１０３ｂの第２面１０２Ｂｂ側における第２貫通端部１０３Ｂｂとは、互いに異なる内径を有する。貫通孔１０３ｂは、第２面１０２Ｂｂ側における第２貫通端部１０３Ｂｂの内径が、第１面１０２Ａｂ側における第１貫通端部１０３Ａｂの内径より小さい。
【００７３】
ここで、絶縁部材１０２ｂの第１面１０２Ａｂと貫通孔１０３ｂの側壁とのなす角度θは９１°以上９５°以下である。ここで、なす角度θは、好ましくは９２°以上９４°以下であるとよい。また、なす角度θは、より好ましくは９２．５°以上９３．５°以下であるとよい。すなわち、本実施形態に係る貫通孔１０３ｂは、絶縁部材１０２ｂの第２面１０２Ｂｂから第１面１０２Ａｂに向かって径が広がるテーパ形状である。
【００７４】
貫通孔１０３ｂのアスペクト比は、４以上８以下の範囲であることが好ましい。貫通孔１０３ｂのアスペクト比が８より大きい場合、後述するアノード貫通電極１１２ｂを形成するときに、貫通孔１０３ｂの内側面に貫通孔１０３ｂの深さ全体に亘って導電層を形成することが困難になる。貫通孔１０３ｂのアスペクト比が４未満である場合、絶縁部材１０２ｂの厚さを一定以上に維持すると放射線検出素子１０ｂに微細なピクセル電極１ｂを形成することが困難になる。
【００７５】
本実施形態において、貫通孔１０３ｂの第１面１０２Ａｂ側における第１貫通端部１０３Ａｂの内径と、アノード電極１０６ｂの径１０６Ａｂとは略同一である。しかしながらこれに限定されず、本実施形態の変形例に係る検出素子では、図１１（Ｂ）に示すように、アノード電極１０６ｂの径１０６Ａｂは貫通孔１０３ｂの第１面１０２Ａｂ側における第１貫通端部１０３Ａｂの内径より小さくてもよい。図１１（Ｃ）に示すように、アノード電極１０６ｂの径１０６Ａｂは貫通孔１０３ｂの第１面１０２Ａｂ側における第１貫通端部１０３Ａｂの内径より大きくてもよい。アノード電極１０６ｂの径１０６Ａｂが第１貫通端部１０３Ａｂの内径より大きいことで、例えば、アノード電極１０６ｂの形成時において第１貫通端部１０３Ａｂとの位置ずれの問題を抑制することができる。アノード電極１０６ｂの径１０６Ａｂは、１００μｍ以下の範囲であればよい。
【００７６】
アノードパターン電極１０８ｂは、絶縁部材１０２ｂの第２面１０２Ｂｂ側においてアノード貫通電極１１２ｂと接続されている。アノードパターン電極１０８ｂの幅は、第２貫通端部１０３Ｂｂより大きければよい。
【００７７】
以上のように、本実施形態に係る検出素子を備える放射線検出装置によると、絶縁部材１０２ｂとしてガラスを用いることで、多量の放射線が照射されてケイ素がリンに転換する場合が生じても、酸素を介する結合により絶縁性を維持することができ、安定して高いガス増幅率を得ることができる。絶縁部材１０２ｂにガラスを用いることで、絶縁部材１０２ｂを貫通する貫通孔１０３ｂの内側面の凹凸構造を抑制することができ、貫通孔１０３ｂのアスペクト比を４以上８以下の範囲で形成することができる。また、基板として絶縁部材を用いることで、表面に酸化膜を形成したシリコンを基材を用いたときの酸化膜などによる寄生容量の問題を抑制することができる。さらに絶縁樹脂層を用いないことで、ガスが封入されるチャンバー内での樹脂材料からのガス発生を防ぐことができる。このため放射線検出装置１００ｂ内部の反応ガスの交換頻度を低下することができる。本実施形態に係る放射線検出素子１０ｂは貫通孔１０３ｂの第２貫通端部１０３Ｂｂが第１貫通端部１０３Ａｂより小さいことで、アノードパターン電極１０８ｂの幅を小さくすることができ、より微細な配線パターンを形成することができる。
【００７８】
［検出素子の製造方法］
本実施形態に係る検出素子の製造方法は、絶縁部材１０２ｂの第１面１０２Ａｂからレーザ照射によって貫通孔１０３ｂを形成すること以外、第１実施形態に係る検出素子の製造方法と同じであることから、ここでは省略する。絶縁部材１０２ｂの第１面１０２Ａｂからレーザ照射によって貫通孔１０３ｂを形成することで、レーザに近い絶縁部材１０２ｂの第１面１０２Ａｂ側の第１貫通端部１０３Ａｂが第２貫通端部１０３Ｂｂより大きく形成される。貫通孔１０３ｂは、絶縁部材１０２ｂの第１面１０２Ａｂと貫通孔１０３ｂの側壁とのなす角度θが９１°以上９５°以下のテーパ形状に形成する。
【００７９】
＜第４実施形態＞
本実施形態に係る放射線検出素子１０ｃは、貫通孔１０３ｃが、第２実施形態に係る貫通孔１０３aの第１貫通端部１０３Ａa側および第３実施形態に係る貫通孔１０３ｂの第２貫通端部１０３Ｂｂ側の組み合わせであること以外、第１実施形態に係る放射線検出素子１０と同じであるから、ここでは、第１実施形態に係る放射線検出素子１０、第２実施形態に係る放射線検出素子１０a、第３実施形態に係る放射線検出素子１０ｂと相違する部分について説明する。なお、第４実施形態に係る放射線検出素子１０ｃにおいて、図３および図４に示した放射線検出素子１０と同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００８０】
［ピクセル電極の構成］
図１２および図１３を用いて、本開示の第４実施形態に係る放射線検出素子が有するピクセル電極の構成について詳しく説明する。図１２は、本開示の一実施形態に係る放射線検出素子１０ｃの一部の平面図である。図１３は、本開示の一実施形態に係る放射線検出素子１０ｃの一部の断面図である。図１３（Ａ）は、図１０のＤ−Ｄ’断面図である。
【００８１】
図１２および図１３（Ａ）に示すように、放射線検出素子１０ｃのピクセル電極１ｃは、絶縁部材１０２ｃ、アノード電極１０６ｃ（第１電極）、アノード貫通電極１１２ｃ、アノードパターン電極１０８ｃ、及びカソード電極１０４ｃ（第２電極）を有する。アノード電極１０６ｃは、絶縁部材１０２ｃの第１面１０２Ａｃ側において、貫通孔１０３ｃに配置されたアノード貫通電極１１２ｃに接続されている。アノード貫通電極１１２ｃは貫通孔１０３ｃの内部に充填されている。
【００８２】
貫通孔１０３ｃは、絶縁部材１０２ｃの第１面１０２Ａｃから第２面１０２Ｂｃまで接続する。本実施形態において、貫通孔１０３ｃは双円錐台型である。貫通孔１０３ｃは、第２実施形態に係る貫通孔１０３aの第１貫通端部１０３Ａa側および第３実施形態に係る貫通孔１０３ｂの第２貫通端部１０３Ｂｂ側の端部同士（内径の小さい端部同士）を組み合わせた形状である。すなわち、貫通孔１０３ｃは絶縁部材１０２ｃの厚さ方向において異なる内径の２か所を有する。貫通孔１０３ｃは絶縁部材１０２ｃの厚さ方向に、第１貫通端部１０３Ａｃの内径および第２貫通端部１０３Ｂｃの内径より小さい内径を有する。本実施形態において貫通孔１０３ｃの最も小さい内径を有する狭窄部は、第１貫通端部１０３Ａｃと第２貫通端部１０３Ｂｃとの中心に位置する。貫通孔１０３ｃの第１面１０２Ａｃ側における第１貫通端部１０３Ａｃと、貫通孔１０３ｃの第２面１０２Ｂｃ側における第２貫通端部１０３Ｂｃとは、略同一の内径を有する。しかしながらこれに限定されず、貫通孔１０３ｃの狭窄部は、第１貫通端部１０３Ａｃと第２貫通端部１０３Ｂｃの間であればよい。また、第１貫通端部１０３Ａｃ第２貫通端部１０３Ｂｃとは互いに異なる内径を有してもよい。
【００８３】
ここで、絶縁部材１０２ｃの第１面１０２Ａｃと貫通孔１０３ｃの側壁とのなす角度θ１、または第２面１０２Ｂｃと貫通孔１０３ｃの側面とのなす角度θ２はそれぞれ９２°以上９７°以下の範囲である。ここで、なす角度θ１およびθ２は、好ましくは９３°以上９５°以下であるとよい。また、なす角度θ１およびθ２は、より好ましくは９３．５°以上９４．５°以下であるとよい。なす角度θ１およびθ２は略同一であってもよく、異なってもよい。
【００８４】
貫通孔１０３ｃのアスペクト比は、４以上８以下の範囲であることが好ましい。貫通孔１０３ｃのアスペクト比が８より大きい場合、後述するアノード貫通電極１１２ｃを形成するときに、貫通孔１０３ｃの内側面に貫通孔１０３ｃの深さ全体に亘って導電層を形成することが困難になる。貫通孔１０３ｃのアスペクト比が４未満である場合、絶縁部材１０２ｃの厚さを一定以上に維持すると放射線検出素子１０ｃに微細なピクセル電極１ｃを形成することが困難になる。
【００８５】
本実施形態において、貫通孔１０３ｃの第１面１０２Ａｃ側における第１貫通端部１０３Ａｃの内径と、アノード電極１０６ｃの径１０６Ａｃとは略同一である。しかしながらこれに限定されず、本実施形態の変形例に係る検出素子では、図１３（Ｂ）に示すように、アノード電極１０６ｃの径１０６Ａｃは貫通孔１０３ｃの第１面１０２Ａｃ側における第１貫通端部１０３Ａｃの内径より小さくてもよい。図１３（Ｃ）に示すように、アノード電極１０６ｃの径１０６Ａｃは貫通孔１０３ｃの第１面１０２Ａｃ側における第１貫通端部１０３Ａｃの内径より大きくてもよい。アノード電極１０６ｃの径１０６Ａｃが第１貫通端部１０３Ａｃの内径より大きいことで、例えば、アノード電極１０６ｃの形成時において第１貫通端部１０３Ａｃとの位置ずれの問題を抑制することができる。アノード電極１０６ｃの径１０６Ａｃは、１００μｍ以下の範囲であればよい。
【００８６】
アノードパターン電極１０８ｃは、絶縁部材１０２ｃの第２面１０２Ｂｃ側においてアノード貫通電極１１２ｃと接続されている。アノードパターン電極１０８ｃの幅は、第２貫通端部１０３Ｂｃより大きければよい。
【００８７】
以上のように、本実施形態に係る検出素子を備える放射線検出装置によると、絶縁部材１０２ｃとしてガラスを用いることで、多量の放射線が照射されてケイ素がリンに転換する場合が生じても、酸素を介する結合により絶縁性を維持することができ、安定して高いガス増幅率を得ることができる。絶縁部材１０２ｃにガラスを用いることで、絶縁部材１０２ｃを貫通する貫通孔１０３ｃの内側面の凹凸構造を抑制することができ、貫通孔１０３ｃのアスペクト比を４以上８以下の範囲で形成することができる。また、基板として絶縁部材を用いることで、表面に酸化膜を形成したシリコンを基材を用いたときの酸化膜などによる寄生容量の問題を抑制することができる。さらに絶縁樹脂層を用いないことで、ガスが封入されるチャンバー内での樹脂材料からのガス発生を防ぐことができる。このため放射線検出装置１００ｃ内部の反応ガスの交換頻度を低下することができる。本実施形態に係る放射線検出素子１０ｃは貫通孔１０３ｃの第１貫通端部１０３Ａｃが第３実施形態に係る放射線検出素子１０ｂの第１貫通端部１０３Ａｂより小さいことで、アノード電極１０６ｃの径１０６Ａｃを小さくすることができ、より高いガス増幅率を得ることができる。第１貫通端部１０３Ａｃが第３実施形態に係る第１貫通端部１０３Ａｂより小さいことで、第１貫通端部１０３Ａｃとカソード電極１０４ｃの距離を大きくとることができ、よりカソード電極１０４ｃとアノード電極１０６ｃ間の電場を安定させることができる。貫通孔１０３ｃの第２貫通端部１０３Ｂｃが第２実施形態に係る放射線検出素子１０ａの第２貫通端部１０３Ｂａより小さいことで、アノードパターン電極１０８ｃの幅を小さくすることができ、より微細な配線パターンを形成することができる。
【００８８】
［検出素子の製造方法］
本実施形態に係る検出素子の製造方法は、絶縁部材１０２ｃの第１面１０２Ａｃおよび第２面１０２Ｂｃのそれぞれからレーザ照射によって貫通孔１０３ｃを形成すること以外、第１実施形態に係る検出素子の製造方法と同じであることから、ここでは省略する。絶縁部材１０２ｃの第１面１０２Ａｃおよび第２面１０２Ｂｃのそれぞれからレーザ照射によって貫通孔１０３ｃを形成することで、絶縁部材１０２ｃの第１面１０２Ａｃ側の第１貫通端部１０３Ａｃおよび第２面１０２Ｂｃ側の第２貫通端部１０３Ｂｃが間の狭窄部より大きく形成される。貫通孔１０３ｃは、絶縁部材１０２ｃの第１面１０２Ａｃおよび第２面１０２Ｂｃがそれぞれの面と接続する貫通孔１０３ｃの側壁となす角度θが９２°以上９７°以下の双円錐台型に形成する。
【００８９】
＜第５実施形態＞
本実施形態においては、本開示の放射線検出装置の別の例について説明する。第１から第４実施形態と同様の構成を有しているので、同様の構成については改めて説明はしない。なお、放射線検出装置は容器モジュールとも呼ばれる。
【００９０】
図１４に、本実施形態に係る本開示の放射線検出装置１５０の断面斜視図を示す。本実施形態に係る放射線検出装置１５０は、放射線検出素子１０、ドリフト電極１１０及びチャンバー１１１を有している。また、本実施形態に係る放射線検出装置１５０においては、ドリフトケージ１５２ａ及び１５２ｂが設けられている。ドリフトケージ１５２ａ及び１５２ｂは、ドリフト電極１１０とピクセル電極部１０１との間の電界分布を均一化するために設けられている。ここで、本実施形態に係る本開示の放射線検出装置を容器モジュールという。
【実施例】
【００９１】
上述した本開示の一実施形態に係る検出素子を有する放射線検出装置について、より詳細に説明する。
【００９２】
本開示の一実施形態に係る放射線検出素子のガス増幅率を改善し、且つ分解能を維持するために、検出素子の構造を比較検討した。
【００９３】
［実施例１］
第１実施形態に係る放射線検出素子１０を用いた放射線検出装置１００を製造した。実施例１に係る検出素子の各パラメータは以下の通りである。
カソード電極の幅：３５０μｍ
カソード電極の開口径：２５０μｍ
アノード電極の直径：８５μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：８２．５μｍ
カソード電極、アノード電極のピッチ：４００μｍ
貫通孔の第１貫通端部の内径：８５μｍ
貫通孔の第２貫通端部の内径：８５μｍ
絶縁部材の厚さ：４００μｍ
【００９４】
実施例１に係る放射線検出素子１０の分解能は１２０μｍであった。カソード電極とアノード電極間に５３０〜５５０Ｖを印加したとき、ガス増幅率が１２０００であった。
【００９５】
なお、ガス増幅率Ｚは、ガス増幅後の電荷ＱＡ（Ｃ）／放射線１個で生じた1次電子の電荷ＱＢ（Ｃ）で求める。例えば、放射線源がＢａ１３３なら放射線１個で生じた電子（1次電子）の電荷ＱＢ（Ｃ）は以下の式で示すことができる。
ＱＢ（Ｃ）＝（Ｘ線１個のエネルギー／ＡｒのＷ値）×１．６×１０-19Ｃ
＝（３１ｋｅＶ／２６ｅＶ）×１．６×１０-19Ｃ
一方、ガス増幅後の電荷ＱＡ（Ｃ）は、信号処理回路から出力されるアナログ信号1個をオシロスコープで読み取り縦軸波高（ｍＶ）と横軸時間（ナノ秒）と回路の定数から算出して求めることができる。
【００９６】
分解能（空間分解能）は、遮蔽材で構成された幅の異なるスリットを透過してくる放射線を検出することで、独立した２点として検出できる最短距離から求めることができる。
【００９７】
［実施例２］
第２実施形態に係る放射線検出素子１０ａを用いた放射線検出装置１００ａを製造した。実施例２に係る検出素子の各パラメータは以下の通りである。
カソード電極の幅：３５０μｍ
カソード電極の開口径：２５０μｍ
アノード電極の直径：８５μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：８２．５μｍ
カソード電極、アノード電極のピッチ：４００μｍ
貫通孔の第１貫通端部の内径：５０μｍ
貫通孔の第２貫通端部の内径：８５μｍ
絶縁部材の厚さ：４００μｍ
【００９８】
実施例２に係る放射線検出素子１０ａの分解能は１２０μｍであった。カソード電極とアノード電極間に５３０〜５５０Ｖを印加したとき、ガス増幅率が１３０００であった。
【００９９】
［実施例３］
第２実施形態に係る放射線検出素子１０ａを用いた放射線検出装置１００ａを製造した。実施例３に係る検出素子の各パラメータは以下の通りである。
カソード電極の幅：３５０μｍ
カソード電極の開口径：２５０μｍ
アノード電極の直径：６０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：９５μｍ
カソード電極、アノード電極のピッチ：４００μｍ
貫通孔の第１貫通端部の内径：５０μｍ
貫通孔の第２貫通端部の内径：８５μｍ
絶縁部材の厚さ：４００μｍ
【０１００】
実施例３に係る放射線検出素子１０ａの分解能は１２０μｍであった。カソード電極とアノード電極間に５３０〜５５０Ｖを印加したとき、ガス増幅率が１７５００であった。
【０１０１】
［実施例４］
第３実施形態に係る放射線検出素子１０ｂを用いた放射線検出装置１００ｂを製造した。実施例４に係る検出素子の各パラメータは以下の通りである。
カソード電極の幅：３５０μｍ
カソード電極の開口径：２５０μｍ
アノード電極の直径：８５μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：８２．５μｍ
カソード電極、アノード電極のピッチ：４００μｍ
貫通孔の第１貫通端部の内径：８５μｍ
貫通孔の第２貫通端部の内径：５０μｍ
絶縁部材の厚さ：４００μｍ
【０１０２】
実施例４に係る放射線検出素子１０ｂの分解能は１２０μｍであった。カソード電極とアノード電極間に５３０〜５５０Ｖを印加したとき、ガス増幅率が１２０００であった。
【０１０３】
［実施例５］
第４実施形態に係る放射線検出素子１０ｃを用いた放射線検出装置１００ｃを製造した。実施例５に係る検出素子の各パラメータは以下の通りである。
カソード電極の幅：３５０μｍ
カソード電極の開口径：２５０μｍ
アノード電極の直径：６０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：９５μｍ
カソード電極、アノード電極のピッチ：４００μｍ
貫通孔の第１貫通端部の内径：５０μｍ
貫通孔の第２貫通端部の内径：５０μｍ
貫通孔の最も小さい内径：２５μｍ
絶縁部材の厚さ：４００μｍ
【０１０４】
実施例５に係る放射線検出素子１０ｃの分解能は１２０μｍであった。カソード電極とアノード電極間に５３０〜５５０Ｖを印加したとき、ガス増幅率が１７５００であった。
【０１０５】
［比較例１］
従来のシリコンを基材とした放射線検出素子を用いた放射線検出装置を製造した。比較例１に係る検出素子の各パラメータは以下の通りである。
カソード電極の幅：３５０μｍ
カソード電極の開口径：２５０μｍ
アノード電極の直径：６０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：９５μｍ
カソード電極、アノード電極のピッチ：４００μｍ
貫通孔の第１貫通端部の内径：５０μｍ
貫通孔の第２貫通端部の内径：５０μｍ
絶縁部材の厚さ：４００μｍ
【０１０６】
比較例１に係る放射線検出素子の分解能は１２０μｍであった。カソード電極とアノード電極間に５３０〜５５０Ｖを印加したとき、ガス増幅率が１００００であった。
【０１０７】
表１に、実施例１から５および比較例１に係る放射線検出装置のガス増幅率および分解能を示す。それぞれのガス増幅率は、比較例１のガス増幅率を１としたときの相対値で示す。比較例１の放射線検出装置と比べて、実施例１から５の放射線検出装置のガス増幅率はいずれも改善された。実施例１および実施例４と比較して実施例２に係る放射線検出装置は第１貫通端部が小さいことで、カソード電極からの電気力線はアノード電極に集中する。このため、実施例１および実施例４と比較して実施例２に係る放射線検出装置は、より高いガス増幅率を得ることができた。実施例２と比較して実施例３および実施例５の放射線検出装置は、アノード電極が小さいことでアノード電極付近の電気力線の密度が増加し、より高いガス増幅率を得ることができた。
【０１０８】
【表１】
2019148552.tif 000003
【符号の説明】
【０１０９】
１００：放射線検出装置、    １：ピクセル電極、    １０２：絶縁部材、    １０３：貫通孔、    １０３Ａ：第１貫通端部、    １０３Ｂ：第２貫通端部、    １０４：カソード電極、    １０４Ａ：接続端子、    １０５：開口部、    １０６：アノード電極、    １０８：アノードパターン電極、    １１０：ドリフト電極、    １１１：チャンバー、    １１２：アノード貫通電極、    １２０：第１金属層、    １２２：第２金属層、    １２４：リード配線、    １２６：層間接続部、    １３２：ボンディングワイヤ、    １５０：放射線検出装置、    １５２：ドリフトケージ、    ３２５：導電層、    ３２６：めっき層、    ３２９：レジストパターン、    ３３０：接着層、    ３４０：フレーム
【図１】
2019148552.tif 000004
【図２】
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【図３】
2019148552.tif 000006
【図４】
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【図５】
2019148552.tif 000008
【図６】
2019148552.tif 000009
【図７】
2019148552.tif 000010
【図８】
2019148552.tif 000011
【図９】
2019148552.tif 000012
【図１０】
2019148552.tif 000013
【図１１】
2019148552.tif 000014
【図１２】
2019148552.tif 000015
【図１３】
2019148552.tif 000016
【図１４】
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