(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を検出可能な化合物半導体からなる半導体基板と、
前記半導体基板の表面に設けられ、前記表面側から前記半導体基板の内部に向けて徐々に幅が狭まる、断面にてＶ字形状を有する溝と、
前記半導体基板の前記表面の平坦な領域に設けられる表面電極と、前記半導体基板の前記表面の反対側の裏面に設けられる裏面電極とを備え、
前記溝は、前記表面電極を分割し前記裏面電極を分割しない溝であり、前記裏面電極は１つであり、前記溝の最も長い部分の幅は、分割された前記表面電極の幅より狭い
ことを特徴とする放射線検出素子。
【請求項２】
前記化合物半導体が、ＣｄＴｅ又はＣｄＴｅＺｎである請求項１に記載の放射線検出素子。
【請求項３】
前記表面電極が、前記半導体基板の前記表面の平坦な領域側からＩｎ層とＴｉ層とを有して構成され、
前記裏面電極が、Ｐｔから構成される請求項１または２のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
【請求項４】
化合物半導体からなる半導体基板を準備する半導体基板準備工程と、
前記半導体基板の表面に１つの表面電極を形成する表面電極形成工程と、
前記半導体基板の裏面に１つの裏面電極を形成する裏面電極形成工程と、
先端に向けて断面幅が徐々に狭まる、先端部分が断面にてＶ字形状のブレードを前記表面電極に接触させ、前記表面側から前記半導体基板の内部に向けて徐々に幅が狭まる、断面にてＶ字形状を有する溝であって、前記表面電極を分割し前記裏面電極を分割しない溝を前記半導体基板の表面に形成する溝形成工程とを備え、
前記溝形成工程において、前記溝の最も長い部分の幅を、分割された前記表面電極の幅より狭くする放射線検出素子の製造方法。
【請求項５】
前記化合物半導体が、ＣｄＴｅ又はＣｄＴｅＺｎである請求項４に記載の放射線検出素子の製造方法。
【請求項６】
前記表面電極形成工程が、前記半導体基板の表面側からＩｎ層、Ｔｉ層を形成し、
前記裏面電極形成工程が、前記半導体基板の裏面にＰｔ層を形成する請求項４または５のいずれか１項に記載の放射線検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出素子、及び放射線検出素子の製造方法に関する。特に、本発明は、γ線、Ｘ線等の放射線を検出する放射線検出素子、及び放射線検出素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の放射線検出器として、一つの検出素子に、チャンネルをなす検出部が一の方向に沿って三つ以上設けられた放射線検出器であって、検出素子の端部に位置する検出部は、その体積が、隣接する検出部の体積よりも大きい放射線検出器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の放射線検出器においては、複数のアノード電極により複数のチャンネルの信号読出電極が構成され、一つのカソード電極でバイアス印加電極が構成されている。そして、アノード電極間に、アノード電極を分割する電極分割溝が形成されている。
【０００３】
特許文献１に記載の放射線検出器によれば、複数チャンネルの検出感度を一様化することができる放射線検出器を提供できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５９８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１に係る放射線検出器は、アノード電極を分割する電極分割溝の断面形状が略矩形状である。電極分割溝の断面形状が矩形状の場合、この電極分割溝の直下の領域で発生した電子及びホールを電極に収集させることができず、当該領域は放射線を検出することのできない不感領域になり得る。不感領域は、放射線の検出感度の向上の観点からは低減させることが望まれる。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、放射線の検出感度を向上させることができる放射線検出素子、及び放射線検出素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するため、放射線を検出可能な化合物半導体からなる半導体基板と、半導体基板の表面に設けられ、表面側から半導体基板の内部に向けて徐々に幅が狭まる溝と、半導体基板の表面の平坦な領域と半導体基板の表面の反対側の面とのそれぞれに設けられる電極とを備える放射線検出素子が提供される。
【０００８】
また、上記放射線検出素子において、化合物半導体が、ＣｄＴｅ又はＣｄＴｅＺｎであってもよい。
【０００９】
また、上記放射線検出素子において、溝が、断面にてＶ字形状又はＵ字形状を有することが好ましい。
【００１０】
また、上記放射線検出素子において、半導体基板の表面の平坦な領域に設けられる電極が、半導体基板の表面の平坦な領域側からＩｎ層とＴｉ層とを有して構成され、半導体基板の表面の反対側の面に設けられる電極が、Ｐｔから構成されてもよい。
【００１１】
また、本発明は、上記目的を達成するため、化合物半導体からなる半導体基板を準備する半導体基板準備工程と、半導体基板の表面に表面電極を形成する表面電極形成工程と、半導体基板の裏面に裏面電極を形成する裏面電極形成工程と、先端に向けて断面幅が徐々に狭まるブレードを表面電極に接触させ、表面側から半導体基板の内部に向けて徐々に幅が狭まる溝を半導体基板の表面に形成する溝形成工程とを備える放射線検出素子の製造方法が提供される。
【００１２】
また、上記放射線検出素子の製造方法において、化合物半導体が、ＣｄＴｅ又はＣｄＴｅＺｎであってもよい。
【００１３】
また、上記放射線検出素子の製造方法において、ブレードの先端部分が、断面にてＶ字形状又は円弧形状を有していてもよい。
【００１４】
また、上記放射線検出素子の製造方法において、表面電極形成工程が、半導体基板の表面側からＩｎ層、Ｔｉ層を形成し、裏面電極形成工程が、半導体基板の裏面にＰｔ層を形成してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る放射線検出素子、及び放射線検出素子の製造方法によれば、放射線の検出感度を向上させることができる放射線検出素子、及び放射線検出素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る放射線検出素子を備える放射線検出器の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る放射線検出素子の斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施の形態に係る放射線検出素子の溝の断面の概要を拡大して示し、（ｂ）は従来技術に係る放射線検出素子の溝の断面の概要を拡大して示す。
【図４】本発明の実施の形態に係る放射線検出素子の製造工程の流れを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の変形例に係る放射線検出素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係る放射線検出素子を備える放射線検出器の斜視図の一例を示す。
【００１８】
（放射線検出器１の構成の概要）
本実施の形態に係る放射線検出素子１０を備える放射線検出器１は、カード型の形状を呈し、γ線、Ｘ線等の放射線を検出する放射線検出器である。図１において放射線２００は、紙面の上方から下方に沿って入射してくる。すなわち、放射線２００は、放射線検出器１の放射線検出素子１０からカードホルダ３０及びカードホルダ３１に向かう方向に沿って伝搬して放射線検出器１に到達する。そして、放射線検出器１は、放射線検出素子１０の側面（つまり、図１の上方に面している面）に放射線２００が入射する。したがって、放射線検出素子１０の側面が放射線２００の入射面となっている。このように、放射線検出素子１０の側面を放射線２００の入射面とする放射線検出器を、本実施の形態ではエッジオン型の放射線検出器と称する。なお、放射線検出器１は、特定の方向（例えば、放射線検出器１に向かう方向）に沿って入射してくる放射線２００が通過する複数の開口を有するコリメータを介して放射線２００を検出する複数の放射線検出器１が並べられて構成される放射線検出装置用の放射線検出器１として用いることができる。
【００１９】
具体的に、放射線検出器１は、放射線２００を検出可能な一対の放射線検出素子１０と、薄い基板２０と、一対の放射線検出素子１０の隣接部分にて基板２０を挟み込むことにより基板２０を支持するカードホルダ３０及びカードホルダ３１とを備える。そして、一例として、一対の放射線検出素子１０が４組、基板２０を挟み込む位置において基板２０に固定される。すなわち、各組の一対の放射線検出素子１０は、基板２０の一方の面と他方の面とのそれぞれに基板２０を対称面として対称の位置に固定される。
【００２０】
また、基板２０はカードホルダ３０とカードホルダ３１とに挟み込まれて支持される。カードホルダ３０とカードホルダ３１とはそれぞれ同一形状を有して形成され、カードホルダ３０が有する溝付穴３４にカードホルダ３１が有する突起部３６が嵌め合うと共に、カードホルダ３１が有する溝付穴３４（図示しない）にカードホルダ３０が有する突起部３６（図示しない）が嵌め合うことにより基板２０を支持する。
【００２１】
また、弾性部材実装部３２及び凹部３２ａは、複数の放射線検出器１を支持する放射線検出器立てに放射線検出器１が挿入された場合に、放射線検出器１を放射線検出器立てに押し付けて固定する板ばね等の弾性部材が設けられる部分である。なお、放射線検出器立てはカードエッジ部２９が挿入されるコネクタを有しており、放射線検出器１は、カードエッジ部２９がコネクタに挿入され、コネクタとパターン２９ａとが電気的に接続することにより外部の電気回路としての制御回路、外部からの電源線、グランド線等に電気的に接続される。
【００２２】
また、放射線検出器１は、一対の放射線検出素子１０の基板２０の反対側に、各放射線検出素子１０の電極と複数の基板端子２２とのそれぞれを電気的に接続する配線パターン（放射線検出素子１０の基板２０の反対側の素子表面の電極、及びフレキシブル基板４０の放射線検出素子１０側の配線パターン等は図示しない）を有するフレキシブル基板４０を更に備える。
【００２３】
フレキシブル基板４０は、一対の放射線検出素子１０の一方の放射線検出素子１０側、及び他方の放射線検出素子１０側の双方に設けられる（本実施の形態においては、４組の一対の放射線検出素子１０の一方の放射線検出素子１０側のそれぞれと、他方の放射線検出素子１０側のそれぞれとの双方に、フレキシブル基板４０がそれぞれ設けられる）。そして、フレキシブル基板４０の複数の配線パターンの一端はそれぞれ基板端子２２に電気的に接続する。なお、基板端子２２は、基板２０の表面に設けられており、基板２０の配線パターンに電気的に接続される。
【００２４】
（基板２０の詳細）
基板２０は、金属導体等の導電性材料からなる導電性薄膜（例えば、銅箔）が表面に形成された薄肉基板（例えば、ＦＲ４等のガラスエポキシ基板）を、ソルダーレジスト等の絶縁材料からなる絶縁層で挟んで可撓性を有して形成される。基板２０は、一例として、０．２ｍｍ以下の厚さを有して形成される。また、基板２０は、放射線検出素子１０の電極に電気的に接続する配線パターンを有する。配線パターンの表面の一部の領域には導電性を有する銀ペーストが設けられ、放射線検出素子１０の電極は銀ペーストを介して配線パターンに電気的に接続される。
【００２５】
また、放射線検出素子１０の電極に電気的に接続する基板２０の配線パターンは、カードエッジ部２９のパターン２９ａに電気的に接続するように形成される。また、基板２０は、基板端子２２とカードエッジ部２９のパターン２９ａとを電気的に接続する配線パターンを有する。これにより、基板２０において、放射線検出素子１０の基板２０側の面の電極（後述する表面電極１１６）は、基板２０の配線パターンによりカードエッジ部２９のパターン２９ａに電気的に接続される。また、放射線検出素子１０の基板２０側の反対側の面の電極（後述する裏面電極１１８）は、フレキシブル基板４０の配線パターンと、基板端子２２と、基板２０の配線パターンとを経由してカードエッジ部２９のパターン２９ａに電気的に接続される。ここで、例えば、放射線検出素子１０の基板２０側の電極をアノード電極とし、放射線検出素子１０の基板２０側の反対側の面の電極をカソード電極とする。この場合、アノード電極からの信号とカソード電極からの信号とはそれぞれ、カードエッジ部２９のパターン２９ａに導かれ、パターン２９ａを介して外部の電気回路へ出力される。
【００２６】
（放射線検出素子１０の詳細）
図２は、本発明の実施の形態に係る放射線検出素子の斜視図の一例を示す。
【００２７】
化合物半導体から主として構成される放射線検出素子１０は、略直方体状に形成される。つまり、放射線検出素子１０は、平面視にて略四角状に形成される。また、放射線検出素子１０の放射線が入射する面に垂直な一の表面である素子表面１０ａに、複数の溝１２０が設けられる。ここで、溝１２０は、素子表面１０ａ側から放射線検出素子１０の内部に向けて徐々に幅が狭まる形状を有して設けられる。例えば、溝１２０は、断面視にてＶ字形状を有して形成される。溝１２０の幅（最も長い部分の幅）は、０．２ｍｍ程度である。
【００２８】
そして、放射線が入射する放射線検出素子１０の面であって、各溝１２０から、溝１２０が設けられている面の反対側の面（つまり、素子表面１０ｂ）への仮想的な垂線により区切られる領域、及び当該仮想的な垂線と放射線検出素子１０の端部とで区切られる領域をピクセル領域と称する。放射線検出素子１０が、（ｎ−１）個の溝１２０を有することによりｎ個のピクセル領域が構成される。また、複数の溝１２０間の平坦な領域としての複数の素子表面１０ａそれぞれに表面電極１１６が設けられ、素子表面１０ｂに裏面電極１１８が設けられる。なお、複数のピクセル領域それぞれが、放射線を検出する１つの画素（ピクセル）に対応する。これにより、一の放射線検出素子１０は、複数の画素を有することになる。
【００２９】
一例として、１つの放射線検出器１が８つの放射線検出素子１０（４組の一対の放射線検出素子１０）を備え、１つの放射線検出素子１０がそれぞれ８つのピクセル領域を有する場合、１つの放射線検出器１は、６４ピクセルの解像度を有することになる。溝１２０の数を増減させることにより、一の放射線検出素子１０のピクセル数を増減させることができる。なお、一例として、放射線検出素子１０の幅は１．２ｍｍ程度、長さは１１．２ｍｍ程度、高さは５ｍｍ程度である。
【００３０】
放射線検出素子１０を構成する化合物半導体としては、例えば、ＣｄＴｅを用いることができる。また、γ線等の放射線を検出できる限り、放射線検出素子１０はＣｄＴｅ素子に限られない。例えば、放射線検出素子１０として、ＣｄＺｎＴｅ（ＣＺＴ）素子、ＨｇＩ２素子等の化合物半導体素子を用いることもできる。
【００３１】
図３の（ａ）は、本発明の実施の形態に係る放射線検出素子の溝の断面の概要を拡大して示し、（ｂ）は、従来技術に係る放射線検出素子の溝の断面の概要を拡大して示す。
【００３２】
図３の（ａ）に示すように、本実施の形態に係る放射線検出素子１０の素子表面１０ａには、上述のとおり、表面電極１１６が設けられる。具体的に、表面電極１１６は、素子表面１０ａの平坦な領域側から第１電極１１２と第２電極１１４とをこの順に有して構成される。表面電極１１６は、放射線検出素子１０に対し、ショットキー接合する材料から構成することができる。第１電極１１２は、例えば、Ｉｎ層から構成でき、第２電極１１４は、例えば、Ｔｉ層から構成することができる。また、素子表面１０ｂには、裏面電極１１８が設けられる。裏面電極１１８は、放射線検出素子１０にオーミック接合する材料から構成される。例えば、裏面電極１１８は、Ｐｔから構成することができる。
【００３３】
ここで、表面電極１１６と裏面電極１１８との間に電界を発生させると、素子表面１０ａから素子表面１０ｂに向かう電界１３０ａと、素子表面１０ａから溝１２０の側面に沿いつつ素子表面１０ｂに向かう電界１３０ｂとが発生する。すなわち、素子表面１０ａから素子表面１０ｂに向かうにつれて幅が徐々に狭まる断面形状を溝１２０が有しているので、溝１２０の近傍を通過する電界１３０ｂは、素子表面１０ａから素子表面１０ｂへ直線的に向かう向きではなく、溝１２０の側面に沿った向きになる。
【００３４】
そして、溝１２０の側面に沿った向きの電界１３０ｂの存在により、放射線２００の入射によって溝１２０の下部近傍若しくは直下に発生した電子３００は表面電極１１６側へ伝搬し、放射線２００の入射によって発生したホール３１０は裏面電極１１８側へ伝搬する。これにより、放射線２００によって溝１２０の下部近傍若しくは直下に発生した電子３００及びホール３１０を表面電極１１６及び裏面電極１１８に適切に収集させることができ、放射線２００の検出感度が向上する。
【００３５】
一方、図３の（ｂ）に示すように、断面形状が矩形状の溝１２２の場合、溝１２２の幅は素子表面１０ａから溝１２２の底部まで略一定である。そして、溝１２２の断面形状が矩形状の場合、素子表面１０ａから素子表面１０ｂに向かう電界１３０ａは直線的であり、溝１２２近傍の電界１３０ｃも溝１２２の側面にはほとんど沿うことがない。したがって、溝１２２の直下に電界はほとんど存在しない。つまり、溝１２２の断面形状が矩形状の場合には、溝１２２の直下の領域は放射線２００を検出することのできない不感領域４００になる。不感領域４００に放射線２００が入射した場合、放射線２００の入射により発生した電子３００及びホール３１０は表面電極１１６及び裏面電極１１８によって収集されない場合がある。しかしながら、本実施の形態に係る放射線検出素子１０は、断面がＶ字状の溝１２０を有するので、溝の断面形状が矩形の場合に比べ、放射線２００を検出することのできない領域を低減できる。
【００３６】
（放射線検出素子１の製造方法）
図４は、本発明の実施の形態に係る放射線検出素子の製造工程の流れの一例を示す。
【００３７】
まず、例えば、放射線を検出可能なＣｄＴｅ等の化合物半導体からなる半導体基板１００を準備する（半導体基板準備工程、図４の（ａ））。次に、半導体基板１００の表面としての素子表面１０ａに表面電極１１６を形成する（表面電極形成工程、図４の（ｂ））。表面電極形成工程は、一例として、半導体基板１００の素子表面１０ａ側からＩｎ層と、Ｔｉ層とをこの順に形成する。更に、半導体基板１００の裏面としての素子表面１０ｂに裏面電極１１８を形成する（裏面電極形成工程、図４の（ｂ））。裏面電極形成工程は、一例として、Ｐｔ層を裏面電極１１８として形成する。なお、表面電極形成工程、及び裏面電極形成工程は、蒸着法、スパッタ法等により実施できる。
【００３８】
続いて、先端に向けて断面幅が徐々に狭まるブレード５０を表面電極１１６に接触させ、素子表面１０ａ側から化合物半導体からなる半導体基板１００の内部に向けて徐々に幅が狭まる溝１２０を半導体基板１００の素子表面１０ａに形成する（溝形成工程、図４（ｃ））。ここで、ブレードの先端５０ａは、例えば、断面にてＶ字形状を有する。更に、半導体基板１００の予め定められた位置において素子表面１０ａから素子表面１０ｂまでをカット（すなわち、フルカット）することにより（素子分離工程）、半導体基板１００から複数の放射線検出素子１を製造することができる。
【００３９】
（実施の形態の効果）
本発明の実施の形態に係る放射線検出素子１０は、表面電極１１６を分割する溝として断面がＶ字状の溝１２０を有するので、素子表面１０ａから素子表面１０ｂへの電界の向きを溝１２０の側面に沿って曲げることができる。これにより、放射線を検出することのできない不感領域を低減できるので、放射線検出素子１０の放射線の検出感度を向上させることができる。
【００４０】
また、本発明の実施の形態に係る放射線検出素子１０は、先端に向けて断面幅が徐々に狭まるブレードの先端５０ａを有したブレード５０を用いて半導体基板１００に溝１２０を形成する。ブレードの先端が平面状の場合、ブレードの回転中にブレードの先端の側面が半導体基板１００に接触し、半導体基板１００にストレスが蓄積しやすい。これに対し、本実施の形態では、ブレードの先端５０ａの断面幅が先端に向けて徐々に狭まる形状であるので、ブレードの先端５０ａの側面と半導体基板１００との間でストレスが発生しにくい。これにより、溝１２０の領域に機械的なストレスが蓄積することを抑制できる。したがって、製造される放射線検出素子１０にクラック等のダメージが生じることを抑制でき、放射線検出素子１０の検出感度の低下を抑制できる。
【００４１】
［実施の形態の変形例］
図５は、本発明の実施の形態の変形例に係る放射線検出素子の断面の概要を示す。
【００４２】
実施の形態の変形例に係る放射線検出素子１ａにおいては、溝１２０ａの断面形状が異なる点を除き、実施の形態に係る放射線検出素子１０と略同一の構成及び機能を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【００４３】
すなわち、溝１２０ａは、素子表面１０ａ側から放射線検出素子１ａの内部に向けて徐々に幅が狭まる形状であって、曲面を有して形成される。例えば、溝１２０ａは、断面視にてＵ字形状を有して形成される。溝１２０ａは、一例として、断面にて円弧形状の先端を有するブレードを用いて形成することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００４５】
１  放射線検出器
１ａ  放射線検出素子
１０  放射線検出素子
１０ａ、１０ｂ  素子表面
２０  基板
２２  基板端子
２９  カードエッジ部
２９ａ  パターン
３０、３１  カードホルダ
３２  弾性部材実装部
３２ａ  凹部
３４  溝付穴
３６  突起部
４０  フレキシブル基板
５０  ブレード
５０ａ  ブレードの先端
１００  半導体基板
１１２  第１電極
１１４  第２電極
１１６  表面電極
１１８  裏面電極
１２０、１２０ａ  溝
１２２  溝
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ  電界
２００  放射線
３００  電子
３１０  ホール
４００  不感領域
【図１】
0005654793.tif 000002
【図２】
0005654793.tif 000003
【図３】
0005654793.tif 000004
【図４】
0005654793.tif 000005
【図５】
0005654793.tif 000006