(57)【要約】      （修正有）【課題】感度の向上が可能な光電変換素子及び放射線検出器を提供する。【解決手段】光電変換素子は、第１導電層１０と、第２導電層２０と、前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられた中間層３０と、を含む。前記中間層は、ｎ形の第１半導体領域３１及びｐ形の第２半導体領域３２を含む。前記第１半導体領域は、フラーレン及びフラーレン誘導体よりなる群から選択される少なくとも１つを含む。前記第２半導体領域は、キナクリドン及びキナクリドン誘導体よりなる群から選択される少なくとも１つを含む。前記中間層の単位体積あたりの前記第１半導体領域の重量に対する、前記単位体積あたりの前記第２半導体領域の重量の比は、５よりも高い。【選択図】図１
2019102668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電層と、
第２導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられた中間層と、
を備え、
前記中間層は、ｎ形の第１半導体領域及びｐ形の第２半導体領域を含み、
前記第１半導体領域は、フラーレン及びフラーレン誘導体よりなる群から選択される少なくとも１つを含み、
前記第２半導体領域は、キナクリドン及びキナクリドン誘導体よりなる群から選択される少なくとも１つを含み、
前記中間層の単位体積あたりの前記第１半導体領域の重量に対する、前記単位体積あたりの前記第２半導体領域の重量の比は、５よりも高い、光電変換素子。
【請求項２】
第１導電層と、
第２導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられた中間層と、
を備え、
前記中間層は、ｎ形の第１半導体領域及びｐ形の第２半導体領域を含み、
前記第１半導体領域は、第１最高被占軌道及び第１最低空軌道を有し、
前記第２半導体領域は、第２最高被占軌道及び第２最低空軌道を有し、
前記第２最高被占軌道と前記第１最低空軌道との差の絶対値は、１．０ｅＶ以上であり、
前記第２最低空軌道と前記第１最低空軌道との差の絶対値は、１．３ｅＶ以上であり、
前記中間層の単位体積あたりの前記第１半導体領域の重量に対する、前記単位体積あたりの前記第２半導体領域の重量の比は、５よりも高い、光電変換素子。
【請求項３】
前記比は、１００以上５００以下である、請求項１または２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
基板をさらに備え、前記第１導電層は前記基板と前記中間層との間に設けられた、請求項１〜３のいずれか１つに記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記第１導電層と前記中間層との間に設けられた第１層をさらに備え、
前記第１層の導電率は、前記中間層の導電率よりも高い、請求項１〜４のいずれか１つに記載の光電変換素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の光電変換素子を備えた、放射線検出器。
【請求項７】
シンチレータをさらに備え、
前記シンチレータから前記中間層に向かう方向は、前記第１導電層から前記第２導電層に向かう方向に沿う、請求項６記載の放射線検出器。
【請求項８】
前記第１導電層及び前記第２導電層と電気的に接続された検出回路をさらに備え、
前記検出回路は、前記光電変換素子に入射する放射線の強度に応じた信号を出力する、請求項６または７に記載の放射線検出器。
【請求項９】
前記放射線は、β線を含む、請求項８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、光電変換素子及び放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、有機半導体材料を用いた光電変換素子がある。光電変換素子を用いた放射線検出器がある。光電変換素子において、感度の向上が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−５９６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、感度の向上が可能な光電変換素子及び放射線検出器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、光電変換素子は、第１導電層と、第２導電層と、前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられた中間層と、を含む。前記中間層は、ｎ形の第１半導体領域及びｐ形の第２半導体領域を含む。前記第１半導体領域は、フラーレン及びフラーレン誘導体よりなる群から選択される少なくとも１つを含む。前記第２半導体領域は、キナクリドン及びキナクリドン誘導体よりなる群から選択される少なくとも１つを含む。前記中間層の単位体積あたりの前記第１半導体領域の重量に対する、前記単位体積あたりの前記第２半導体領域の重量の比は、５よりも高い。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る光電変換素子を例示する模式図である。
【図２】第１実施形態に係る光電変換素子の特性を例示する模式図である。
【図３】光電変換素子の特性を例示するグラフ図である。
【図４】光電変換素子の特性を例示するグラフ図である。
【図５】第１実施形態に係る別の光電変換素子を例示する模式図である。
【図６】第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。
【図７】第２実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する回路図である。
【図８】第２実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。
【図９】第２実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。
【図１０】第２実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の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。
【０００８】
（第１実施形態）  
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る光電変換素子を例示する模式図である。
図１（ａ）は、断面図である。図１（ｂ）は、光電変換素子の一部を例示する模式的断面図である。
【０００９】
図１（ａ）に示すように、第１実施形態に係る光電変換素子１１０は、第１導電層１０、第２導電層２０、及び中間層３０を含む。
【００１０】
中間層３０は、第１導電層１０及び第２導電層２０の間に設けられる。この例では、基板５０が設けられている。第１導電層１０は、基板５０と中間層３０との間に位置する。
【００１１】
第１導電層１０から第２導電層２０に向かう方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向は、第１導電層１０、中間層３０、及び第２導電層２０の積層方向である。これらの層は、Ｚ軸方向に対して実質的に垂直な平面に沿って広がる。
【００１２】
図１（ｂ）に示すように、中間層３０は、有機半導体材料を含む。中間層３０は、ｎ形の第１半導体領域３１と、ｐ形の第２半導体領域３２と、を含む。
【００１３】
例えば、第１半導体領域３１及び第２半導体領域３２は、互いに混合されている。中間層３０は、例えば、バルクヘテロ接合構造を有する。
【００１４】
第１半導体領域３１は、例えば、フラーレン及びフラーレン誘導体よりなる群から選択される少なくとも１つを含む。第１半導体領域３１は、例えば、フラーレン（Ｃ６０）を含む。第２半導体領域３２は、例えば、キナクリドン及びキナクリドン誘導体よりなる群から選択される少なくとも１つを含む。第２半導体領域３２は、例えば、ジメチルキナクリドン（ＤＭＱＡ）を含む。中間層３０の他の例については、後述する。
【００１５】
実施形態において、中間層３０の単位体積あたりの第１半導体領域３１の重量（Ｃ１）に対する、中間層３０の単位体積あたりの第２半導体領域３２の重量（Ｃ２）の比Ｃ２／Ｃ１は、５よりも高い。
【００１６】
このような重量比において、例えば、高い光電変換効率が得られる。例えば、外部量子効率が１００％を超える。例えば、増倍現象が生じる。実施形態によれば、感度の向上が可能な光電変換素子を提供することができる。
【００１７】
例えば、比Ｃ２／Ｃ１が過度に低い（例えば１）のときは、第１半導体領域３１の濃度（重量濃度）が、第２半導体領域３２の濃度（重量濃度）と同じである。この場合、これらの半導体領域には正孔と電子のチャネルがそれぞれ形成され、このチャネルを通して電荷が電極まで運ばれるため、増倍現象が生じ難いと考えられる。
【００１８】
これに対して、比Ｃ２／Ｃ１が高くなる（例えば５よりも高い）ときは、第１半導体領域３１の濃度（重量濃度）が、第２半導体領域３２の濃度（重量濃度）に比べて低い。この場合、半導体領域には電子のチャネルが形成されず、電子は半導体領域にトラップされて移動することが困難である。トラップされた電子と外部からの印加電圧により、半導体と電極の界面に大きな電界強度がかかるため、大量の正孔が注入される。このため、増倍現象が生じ易いと考えられる。比Ｃ２／Ｃ１が高いと、増倍現象が生じ易いと考えられる。
【００１９】
実施形態において、中間層３０の、単位体積あたりの第１半導体領域３１の重量に対する、単位体積あたりの第２半導体領域３２の重量の比は、１００以上５００以下でも良い。
【００２０】
以下、第１半導体領域３１及び第２半導体領域３２の特性について説明する。まず、第１半導体領域３１が、フラーレン誘導体であり、第２半導体領域３２がキナクリドン誘導体である場合について説明する。
【００２１】
図２は、第１実施形態に係る光電変換素子の特性を例示する模式図である。  
図２に示すように、第１半導体領域３１は、第１最高被占軌道ＨＯＭＯ１及び第１最低空軌道ＬＵＭＯ１を有する。第２半導体領域３２は、第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２及び第２最低空軌道ＬＵＭＯ２を有する。例えば、第１最高被占軌道ＨＯＭＯ１の値は、第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２の値よりも大きい。第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２の値は、第１最低空軌道ＬＵＭＯ１の値よりも大きい。第１最低空軌道ＬＵＭＯ１の値は、第２最低空軌道ＬＵＭＯ２の値よりも大きい。
【００２２】
例えば、第１半導体領域３１がＣ６０を含む場合、第１最高被占軌道ＨＯＭＯ１は６．１ｅＶであり、第１最低空軌道ＬＵＭＯ１は４．５ｅＶである。第２半導体領域３２がＤＭＱＡを含む場合、第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２は５．５ｅＶであり、第２最低空軌道ＬＵＭＯ２は３．２ｅＶである。このとき、第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２と第１最低空軌道ＬＵＭＯ１との差ΔＥ１の絶対値は、１．０ｅＶである。第２最低空軌道ＬＵＭＯ２と第１最低空軌道ＬＵＭＯ１との差ΔＥ２の絶対値は、１．３ｅＶである。
【００２３】
実施形態において、第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２と第１最低空軌道ＬＵＭＯ１との差ΔＥ１の絶対値は、１．０ｅＶ以上である。第２最低空軌道ＬＵＭＯ２と第１最低空軌道ＬＵＭＯ１との差ΔＥ２の絶対値は、１．３ｅＶ以上である。このような関係を有する材料を用いた場合に、例えば、高い光電変換効率が得られる。例えば、暗電流を抑制できる。以下、これに関する実験結果について説明する。
【００２４】
第１実験では、第１〜第３試料ＳＰ１〜ＳＰ３が作製される。
【００２５】
第１試料ＳＰ１においては、第１半導体領域３１として、Phenyl-C71-Butyric-Acid-Methyl Ester（ＰＣ７１ＢＭ）が用いられ、第２半導体領域３２として、poly(3-hexylthiophene)（Ｐ３ＨＴ）が用いられる。第１試料ＳＰ１において、第１最高被占軌道ＨＯＭＯ１は６．０ｅＶであり、第１最低空軌道ＬＵＭＯ１は４．３ｅＶである。第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２は５．１ｅＶであり、第２最低空軌道ＬＵＭＯ２は２．９ｅＶである。第１試料ＳＰ１において、第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２と第１最低空軌道ＬＵＭＯ１との差ΔＥ１の絶対値は、０．８ｅＶである。第２最低空軌道ＬＵＭＯ２と第１最低空軌道ＬＵＭＯ１との差ΔＥ２の絶対値は、１．４ｅＶである。
【００２６】
第２試料ＳＰ２においては、第１半導体領域３１として、フラーレン（Ｃ６０）が用いられ、第２半導体領域３２として、Boron subphthalocyanine chloride（ＳｕｂＰＣ）が用いられる。第２試料ＳＰ２において、第１最高被占軌道ＨＯＭＯ１は６．１ｅＶであり、第１最低空軌道ＬＵＭＯ１は４．５Ｖである。第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２は５．６ｅＶであり、第２最低空軌道ＬＵＭＯ２は３．６ｅＶである。第２試料ＳＰ２において、第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２と第１最低空軌道ＬＵＭＯ１との差ΔＥ１の絶対値は、１．１ｅＶである。第２最低空軌道ＬＵＭＯ２と第１最低空軌道ＬＵＭＯ１との差ΔＥ２の絶対値は、０．９ｅＶである。
【００２７】
第３試料ＳＰ３においては、第１半導体領域３１として、フラーレン（Ｃ６０）が用いられ、第２半導体領域３２として、N,N'-Dimethylquinacridone（ＤＭＱＡ）が用いられる。第３試料ＳＰ３において、第１最高被占軌道ＨＯＭＯ１は６．１ｅＶであり、第１最低空軌道ＬＵＭＯ１は４．５ｅＶである。第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２は５．５ｅＶであり、第２最低空軌道ＬＵＭＯ２は３．２ｅＶである。第３試料ＳＰ３において、第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２と第１最低空軌道ＬＵＭＯ１との差ΔＥ１の絶対値は、１．０ｅＶである。第２最低空軌道ＬＵＭＯ２と第１最低空軌道ＬＵＭＯ１との差ΔＥ２の絶対値は、１．３ｅＶである。
【００２８】
第１〜第３試料ＳＰ１〜ＳＰ３において、単位体積あたりの第１半導体領域３１の重量（Ｃ１）に対する、単位体積あたりの第２半導体領域３２の重量（Ｃ２）の比Ｃ２／Ｃ１は、１００である。
【００２９】
上記の第１〜第３試料ＳＰ１〜ＳＰ３について、外部量子効率ＥＱＥ及び暗電流が評価測定される。
【００３０】
図３は、光電変換素子の特性を例示するグラフ図である。  
図３において、横軸は、印加電圧ＡＶ（Ｖ）である。縦軸は、外部量子効率ＥＱＥ（％）である。
【００３１】
図３に示すように、第３試料ＳＰ３では、第１試料ＳＰ１及び第２試料ＳＰ２に比べて、印加電圧ＡＶの絶対値が大きいときに高い外部量子効率ＥＱＥが得られる。この例では、印加電圧ＡＶの絶対値が所定の値以上になると、第３試料ＳＰ３の外部量子効率ＥＱＥが第１試料ＳＰ１の外部量子効率ＥＱＥ及び第２試料ＳＰ２の外部量子効率ＥＱＥよりも高くなる。この例では、上記の値は、約５Ｖである。この例では、印加電圧ＡＶの絶対値が所定の値（この例では約８Ｖ）以上のときに、第３試料ＳＰ３の外部量子効率ＥＱＥが１００％を超える。例えば、増倍現象が生じる。第３試料ＳＰ３では、Ｃ６０とＤＭＱＡとが組み合わされる。この組み合わせでは、第２最低空軌道ＬＵＭＯ２と第１最低空軌道ＬＵＭＯ１との差ΔＥ２の絶対値が大きい。これにより、第１半導体領域において、電子がトラップされ易く、増倍現象が生じ易いと考えられる。例えば、高い外部量子効率ＥＱＥが得られると考えられる。
【００３２】
例えば、差ΔＥ２の絶対値が小さいと、例えば、電子がトラップされにくく、例えば、増倍現象が生じ難いと考えられる。
【００３３】
図４は、光電変換素子の特性を例示するグラフ図である。  
図４において、横軸は印加電圧ＡＶ（Ｖ）であり、縦軸は電流密度ＣＤ（Ａ／ｃｍ２）である。電流密度ＣＤは、遮光下（光または放射線を照射しないとき）において流れる電流の密度である。
【００３４】
図４に示すように、第３試料ＳＰ３では、第１試料ＳＰ１に比べて、電流密度ＣＤが低い。第３試料ＳＰ３では、例えば、暗電流が抑制される。第３試料ＳＰ３では、Ｃ６０とＤＭＱＡとが組み合わされる。この組み合わせでは、第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２と第１最低空軌道ＬＵＭＯ１との差ΔＥ１の絶対値が大きい。これにより、中間層３０において、電荷（例えば電子）が発生しにくく、暗電流を抑制できると考えられる。
【００３５】
このように、実施形態によれば、例えば、高い光電変換効率が得られる。暗電流を抑制できる。実施形態によれば、感度の向上が可能な光電変換素子を提供することができる。
【００３６】
上記の中間層３０における、単位体積あたりの第１半導体領域３１の重量に対する、単位体積あたりの第２半導体領域３２の重量の比は、例えば、以下のようにして得られる。例えば、中間層３０となる材料を有機溶媒に溶解させ、液体クロマトグラフィーで第１半導体領域３１となる材料と第２半導体領域３２となる材料に分取した後、有機溶媒を蒸発させて残った材料をそれぞれ秤量することで、重量の比を得ることができる。
【００３７】
上記の第１最高被占軌道ＨＯＭＯ１、第１最低空軌道ＬＵＭＯ１、第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２、及び第２最低空軌道ＬＵＭＯ２に関する情報は、例えば、以下のようにして得られる。例えば、中間層３０が、クロロベンゼン等の溶剤によって溶解される。これによって得られた溶液が乾燥され、固形物が得られる。この固形物が、複数の溶剤によって、溶解度の違いを利用して、第１半導体領域３１及び第２半導体領域３２の２つの成分に分離される。２つの成分のそれぞれの膜が基板上に形成される。膜の形成には、例えば塗布などの手法が用いられる。２つの成分が、吸収スペクトル、または、核磁気共鳴スペクトルの測定により、解析される。２つの成分の膜を光電子分光法により解析することで、第１最高被占軌道ＨＯＭＯ１及び第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２のエネルギー準位が得られる。一方、２つの成分の膜のそれぞれの吸収スペクトルの吸収波長から、エネルギーギャップが算出される。１つの膜に関して、第１最高被占軌道ＨＯＭＯ１のエネルギー準位の値と、エネルギーギャップと、の和から、第１最低空軌道ＬＵＭＯ１が導出される。別の膜に関して、第２最高被占軌道ＨＯＭＯ２のエネルギー準位の値と、エネルギーギャップと、の和から、第２最低空軌道ＬＵＭＯ２が導出される。
【００３８】
実施形態において、第１半導体領域３１は、例えば、フラーレン及びフラーレン誘導体よりなる群から選択される少なくとも１つを含む。第１半導体領域３１は、例えば、フラーレン（Ｃ６０）、フラーレン（Ｃ７０）、Phenyl-C61-Butyric-Acid-Methyl Ester（ＰＣ６１ＢＭ）、及びＰＣ７１ＢＭよりなる群から選択される少なくとも１つを含む。
【００３９】
実施形態において、第２半導体領域３２は、例えば、キナクリドン及びキナクリドン誘導体よりなる群から選択される少なくとも１つを含む。第２半導体領域３２は、例えば、ジメチルキナクリドン（ＤＭＱＡ）、ジブチルキナクリドン、ジヘキシルキナクリドン、及びジオクチルキナクリドンよりなる群から選択される少なくとも１つを含む。
【００４０】
実施形態において、第１導電層１０及び第２導電層２０は、例えば、金属酸化物膜を含む。これらの導電層は、例えば、放射線を透過する金属膜を含んでも良い。これらの導電層は、例えば、可視光を透過する金属膜を含んでも良い。これらの導線層は、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、及び、フッ素を含む酸化スズ（ＦＴＯ）からなる群から選択された少なくとも１つを含む。これらの導電層は、例えば、金、白金、銀、銅及びアルミニウムからなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。これらの導電層は、金、白金、銀、銅及びアルミニウムからなる群から選択された少なくとも１つを含む合金を含んでも良い。
【００４１】
実施形態において、基板５０は、例えば、ガラス、樹脂及び金属からなる群から選択された少なくともいずれかを含む。基板５０は、放射線を透過しても良い。基板５０は、可視光を透過しても良い。基板５０の厚さは、例えば、１０μｍ以上１０ｃｍ以下である。
【００４２】
例えば、基板５０の上に第１導電層１０を形成し、その上に中間層３０となる材料を例えば塗布する。この後、この材料を固体化する。これにより、中間層３０が得られる。中間層３０の形成は、例えば、蒸着により行われても良い。この中間層３０の上に、第２導電層２０を形成する。これにより、光電変換素子１１０が得られる。
【００４３】
図５は、第１実施形態に係る別の光電変換素子を例示する模式図である。  
図５に示すように、光電変換素子１１１は、第１導電層１０、第２導電層２０、及び中間層３０を含む。この例では、第１導電層１０と中間層３０との間には、第１層４０が設けられている。
【００４４】
実施形態において、第１層４０は、例えば、第１導電層１０と接する。第１層４０は、例えば、第１導電層１０と電気的に接続されている。第１層４０は、例えば、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）とポリ（スチレンスルホン酸）との混合物（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）を含んでも良い。第１層４０は、例えば、ポリチオフェン系ポリマー及び導電性材料よりなる群から選択される少なくとも１つを含んでも良い。例えば、第１層４０の導電率は、中間層３０の導電率よりも高い。
【００４５】
（第２実施形態）  
図６は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。  
図６に示すように、第２実施形態に係る放射線検出器１２０は、光電変換素子１１０を含む。光電変換素子１１０は、第１導電層１０、第２導電層２０、中間層３０、及び基板５０を含む。
【００４６】
図６に示すように、放射線検出器１２０は、検出回路７０を含む。検出回路７０は、第１導電層１０及び第２導電層２０と電気的に接続される。例えば、第１配線７１の一端が、第１導電層１０に電気的に接続される。第１配線７１の他端が、検出回路７０に接続される。例えば、第２配線７２の一端が、第２導電層２０に電気的に接続される。第２配線７２の他端が、検出回路７０に接続される。これらの配線は、光電変換素子１１０に含まれても良い。検出回路７０は、第１導電層１０と第２導電層２０との間にバイアス電圧を印加する。
【００４７】
光電変換素子１１０に放射線８１が入射する。第１導電層１０及び第２導電層２０の少なくとも一方は、放射線８１に対する透過性を有する。この例では、第２導電層２０を介して、放射線８１が中間層３０に入射する。放射線８１による励起により、中間層３０において、移動可能な電荷が生じる。この電荷が、バイアス電圧により、第１導電層１０または第２導電層２０に向けて移動する。検出回路７０において、電荷の移動に伴う信号（例えば電流信号）が検出される。検出回路７０は、光電変換素子１１０に入射する放射線８１の強度に応じた信号７０ｓを出力可能である。
【００４８】
放射線８１は、例えば、α線、β線、及びγ線の少なくともいずれかを含む。
【００４９】
図７は、第２実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する回路図である。  
図７は、検出回路７０に設けられる電荷増幅器７５を例示している。電荷増幅器７５の２つの入力端子の一方に、第１配線７１（第１導電層１０）が電気的に接続される。電荷増幅器７５の２つの入力端子の他方に、第２配線７２（第２導電層２０）が電気的に接続される。電荷増幅器７５の負入力と、電荷増幅器７５の出力端子との間に、キャパシタンス７６が接続される。例えば、第１導電層１０と第２導電層２０との間に生じる電荷に応じた電圧が、信号７０ｓとして得られる。
【００５０】
電荷増幅器７５において、キャパシタンス７６と並列に抵抗が設けられても良い。参照電圧の入力端子がさらに設けられても良い。
【００５１】
図８は、第２実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。  
図８に示すように、放射線検出器１２１は、光電変換素子１１０及びシンチレータ９０を含む。光電変換素子１１０は、第１導電層１０、第２導電層２０、中間層３０、及び基板５０を含む。シンチレータ９０から中間層３０に向かう方向は、第１導電層１０から第２導電層２０に向かう方向に沿う。
【００５２】
実施形態において、シンチレータ９０は、例えば、無機シンチレータ、プラスチックシンチレータ、及び液体シンチレータよりなる群から選択される少なくとも１つを含む。
【００５３】
放射線検出器１２１では、放射線８１は、シンチレータ９０により、光信号に変換される。この光信号は、光電変換素子１１０により、電荷の移動に伴う信号（例えば電流信号）に変換される。
【００５４】
図９は、第２実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。  
図９に示すように、放射線検出器１２２は、光電変換素子１１０に加えて、封止部材６０をさらに含む。光電変換素子１１０は、第１導電層１０、第２導電層２０、中間層３０、及び基板５０を含む。基板５０及び封止部材６０には、例えば、ガラスが用いられる。封止部材６０の外縁が、基板５０の外縁と、接合される。基板５０及び封止部材６０により囲まれる空間に、第１導電層１０、第２導電層２０、及び中間層３０が設けられる。第１導電層１０、第２導電層２０、及び中間層３０は、基板５０及び封止部材６０により、気密に封止される。これにより、安定した特性が得やすくなる。高い信頼性が得られる。
【００５５】
第１導電層１０、第２導電層２０、及び中間層３０と、封止部材６０との間には、空間６５が設けられる。この空間６５に、例えば、不活性ガス（例えば窒素ガスなど）が封入される。
【００５６】
図１０は、第２実施形態に係る別の放射線検出器を例示する模式的断面図である。  
図１０に示すように、放射線検出器１２３は、光電変換素子１１０を含む。光電変換素子１１０は、第１導電層１０、第２導電層２０、中間層３０、及び基板５０を含む。図１０においては、図の見やすさのために、放射線検出器１２３に含まれる要素の一部が互いに離されて描かれている。
【００５７】
放射線検出器１２３においては、複数の第１導電層１０が設けられる。複数の第１導電層１０は、複数の第１導電層１０の１つから第２導電層２０に向かう方向（Ｚ軸方向）に対して交差する平面（例えばＸ−Ｙ平面）に沿って並ぶ。Ｘ−Ｙ平面は、Ｚ軸方向に対して垂直である。
【００５８】
複数の第１導電層１０は、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って並ぶ。複数の第１導電層１０は、例えば、マトリクス状に並ぶ。
【００５９】
実施形態に係る放射線検出器は、例えば、β線検出器として利用できる。β線検出器においては、例えば、β線が電荷に変換される。
【００６０】
実施形態によれば、感度の向上が可能な放射線検出器を提供することができる。
【００６１】
本願明細書において、電気的に接続される状態は、２つの導体が直接接する状態を含む。電気的に接続される状態は、２つの導体が、別の導体（例えば配線など）により接続される状態を含む。電気的に接続される状態は、２つの導体の間の経路の間にスイッチング素子（トランジスタなど）が設けられ、２つの導体の間の経路に電流が流れる状態が形成可能な状態を含む。
【００６２】
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【００６３】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、放射線検出器に含まれる導電層、中間層、基板、第１半導体領域、第２半導体領域及び検出回路などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【００６４】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００６５】
その他、本発明の実施の形態として上述した光電変換素子及び放射線検出器を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての光電変換素子及び放射線検出器も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００６６】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００６７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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】
【００６８】
１０…第１導電層、  ２０…第２導電層、  ３０…中間層、  ３１…第１半導体領域、  ３２…第２半導体領域、  ４０…第１層、  ５０…基板、  ６０…封止部材、  ６５…空間、  ７０…検出回路、  ７０ｓ…信号、  ７１…第１配線、  ７２…第２配線、
７５…電荷増幅器、  ７６…キャパシタンス、  ８１…放射線、  ９０…シンチレータ、  １１０、１１１…光電変換素子、  １２０、１２１、１２２、１２３…放射線検出器、  ＡＶ…印加電圧、  ＣＤ…電流密度、  ΔＥ１、ΔＥ２…差、  ＥＱＥ…外部量子効率、  ＨＯＭＯ１、２…第１、第２最高被占軌道、  ＬＵＭＯ１、２…第１、第２最低空軌道
【図１】
2019102668.tif 000003
【図２】
2019102668.tif 000004
【図３】
2019102668.tif 000005
【図４】
2019102668.tif 000006
【図５】
2019102668.tif 000007
【図６】
2019102668.tif 000008
【図７】
2019102668.tif 000009
【図８】
2019102668.tif 000010
【図９】
2019102668.tif 000011
【図１０】
2019102668.tif 000012