(57)【要約】  検出器アレイ(120)が、少なくとも半導体素子(118)を有し、電離放射線を検出して、前記の検出された放射線を示す信号を出力する検出器(112)と、前記半導体素子内部で空間的なパターンを構成する照射分布を生成するため、前記半導体素子の一部のみを選択的に照射するようにバンドギャップ未満の照射放射線を生成して放出する照射システム(120)を有する。
2014519026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも半導体素子を有し、電離放射線を検出して、前記の検出された電離放射線を示す信号を出力する検出器；
前記半導体素子内部で空間的なパターンを構成する照射分布を生成するため、前記半導体素子の一部のみを選択的に照射するようにバンドギャップ未満の照射放射線を生成して放出する、前記照射システム；
を有する検出器アレイ。
【請求項２】
前記半導体素子の照射部分と接続する電気コンタクト；及び、
前記電気コンタクトに電位(V1,V2,V3,…Vn)を印加する電源；
をさらに有する、請求項1に記載の検出器アレイ。
【請求項３】
前記照射が、前記照射部分を第1伝導性から、該第1伝導性よりも高い第2伝導性へ増大させ、
前記第2伝導性は、前記半導体素子の照射されない部分の伝導性よりも高く、かつ、
前記第1伝導性は、前記放射線を照射しない場合の前記半導体素子の照射されない部分の伝導性を超えない、
請求項1又は2に記載の検出器アレイ。
【請求項４】
前記照射システムが、バンドギャップ未満の照射放射線を生成する少なくとも1つの放射線源を有する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項５】
前記放射線の光子が、前記半導体素子のバンドギャップの半分を超えない、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項６】
少なくとも1つの放射線源が、前記半導体素子と、直接又は光透過媒体を介して結合する、請求項4又は5に記載の検出器アレイ。
【請求項７】
前記少なくとも1つの放射線源が赤外放射線源で、かつ、
前記バンドギャップ未満の照射放射線が赤外放射線である、
請求項4乃至6のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項８】
前記半導体素子が、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛、又は、テルル化カドミウム若しくはテルル化カドミウム亜鉛の単結晶のうちの少なくとも1つを有する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項９】
前記少なくとも1つの放射線源と前記半導体素子との間に設けられる光透過媒体をさらに有する請求項1乃至8のいずれか一項に記載の検出器アレイであって、
前記光透過媒体は、前記放射線にパターンを構成させて前記放射線をフィルタリングするように配置されることで、前記空間パターンを構成するバンドギャップ未満の照射放射線を生成する、
検出器アレイ。
【請求項１０】
少なくとも1つの反射体をさらに有する請求項1乃至8のいずれか一項に記載の検出器アレイであって、
前記半導体素子が、前記照射システムと前記少なくとも1つの反射体との間に設けられ、
前記少なくとも1つの反射体は、前記半導体素子を横切る前記放射線を、前記半導体素子へ戻すように反射させる、
検出器アレイ。
【請求項１１】
前記少なくとも1つの反射体が、前記半導体素子の外側と物理的に結合し、かつ、
前記電源が、前記電位を前記少なくとも1つの反射体へ印加する、
請求項10に記載の検出器アレイ。
【請求項１２】
前記放射線が、前記半導体素子の各独立した複数の層のうちの少なくとも1層の一部を照射する、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項１３】
前記電離放射線が、X線、γ線、又は他の電離放射線である、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項１４】
前記電気コンタクトが、前記半導体素子の外側と物理的に隣接し、かつ、前記半導体素子の内部に設けられる、請求項2に記載の検出器アレイ。
【請求項１５】
前記照射部分と接続する前記電気コンタクトが、前記照射部分へのバイアス電圧の印加、前記半導体素子によって検出される電離放射線によって生成される荷電担体の記録、又は、前記の検出された電離放射線を示す信号の読み出しのうちの少なくとも1つに用いられる、請求項2乃至14のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項１６】
空間的なパターンを構成するバンドギャップ未満の照射放射線を、電離放射線を検出する検出器の半導体素子の一部のみに照射する段階；及び、
前記半導体素子の一部のみへ照射するのと同時に前記検出器によって電離放射線を検出する段階；
を有する方法。
【請求項１７】
前記電気コンタクトに電位(V1,V2,V3,…Vn)を印加する段階；
前記照射する段階と前記印加する段階と同時に、前記検出器によって前記電離放射線を検出する段階；
をさらに有する、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記電離放射線によって生成される荷電担体を収集及び記録する段階をさらに有する、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記の印加された電位と前記のパターンを構成した放射線が、前記半導体素子の照射部分を介して実効的に正孔を逃がす、請求項16乃至18のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記半導体素子の空間的なパターンを構成する照射部分に印加される電位が、前記半導体素子内での電場分布の均一性を改善する、請求項17乃至19のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記半導体素子内部での電場と電気伝導性の分布を時間的及び空間的に制御するように、照射パラメータ又は前記の印加された電位のうちの少なくとも1つを制御する段階をさらに有する、請求項17に記載の方法。
【請求項２２】
前記空間的なパターンを構成する放射線が、前記半導体素子内での分極を減少させる、請求項16乃至21のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
コンピュータ可読命令により符号化されるコンピュータ可読媒体であって：
計算機システムのプロセッサによって実行されるときに、前記計算機システムに、照射強度、照射パターン、又は、照射された領域、検出器の半導体素子に接続される電気コンタクトのうちの少なくとも1つを、1回の測定中又は複数回行われる測定と測定の間に、前記検出器へ入射する電離放射線束又は前記電離放射線束を示す検出器信号に依存して、変化させる、
コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、電離放射線の検出に関し、より詳細には半導体放射線検出器に関する。本開示は、コンピュータ断層撮像(CT)への特別な応用によって説明される。しかし本開示は、他の撮像モダリティにも応用可能である。他の撮像モダリティとはたとえば、核医学、デジタルラジオグラフィ(DR)、並びに/又は、防衛、非破壊検査、医療画像、及び/若しくは他の分野に用いられる他のモダリティである。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ断層撮像(CT)スキャナは、概ね静止したガントリーに対して回転可能に設けられる回転ガントリーを有する。回転ガントリーは、X線管、及び、該X線管に対向する回転可能なガントリー上で検査領域にわたって設けられる検出器アレイを支持する。回転ガントリーつまりはX線管及び検出器アレイは、長手軸すなわちz軸を中心として検査領域の周りで回転する。X線管は、検査領域（及び前記検査領域内の対象物の一部）を通り抜ける電離放射線を放出するように構成され、かつ、前記電離放射線を検出器アレイに照射する。検出器アレイは、電離放射線を検出して、前記電離放射線を示す信号を生成する複数の検出器を有する。再構成装置は、検査領域内の対象物の一部を示す体積像データ信号を生成する像を再構成する。
【０００３】
ワイドギャップ半導体検出器は、たとえば防衛、非破壊検査、及び医療画像のような用途向けに電離放射線を検出するのに用いられてきた。残念なことに、係る検出器は、すべての画像化用途に対して十分に適しているとは言えない。例として、スペクトルCTでは、係る検出器の時間分解能と応答均一性は不十分で、係る検出器は電荷捕獲及び分極に悩まされると考えられる。大抵の用途では、係る検出器は、高エネルギーX線及びγ光子を吸収するのに必要な高い阻止能を与える程度に厚いことが求められる。検出器結晶の厚さは、10mmを超えなくてはならない（一般的にCT及びPET用途では3〜5mmである）。面積は、10×10[mm2]〜20×20[mm2]である。そのようなサイズで、組成、欠陥密度、ドーピング等の特性が厳密に制御された欠陥のない検出器結晶を得ることは容易ではない。しかも数百ボルトの電圧が、実効的な電荷分離と収集のために検出器に印加される。
【０００４】
高電圧のバイアス印加と不可避な結晶の欠陥と不完全性によって、その結晶内部で電荷が捕獲され、かつ空間電荷領域の生成が拡大される。その結果検出器結晶内部で電離放射線によって生成される荷電担体の発生と収集が影響を受け、検出器の信号対雑音比とエネルギー分解能が低下する。高線量放射線検出領域での半導体検出器の応用（たとえば医療用CT）の別な障害は、X線束が走査中に劇的に減少することである。その結果、検出器結晶の特性が影響を受け、意図しない効果（たとえば信号のパイルアップ、飽和、電荷捕獲等）が生じる恐れがある。
【０００５】
電荷捕獲と分極を減少させることで放射線検出器の性能を改善する方法は、特許文献1〜7に記載されている。しかし検出器結晶全体を加熱及び照射することで、新たな荷電担体が生成されるため、検出器の電気抵抗が顕著に減少する。その結果、暗電流とノイズレベルが増大して、検出器と結合する電子機器を大きく変更することが求められる。上述した方法に加えて、特許文献7で提案されている検出器に対して不均一だけどパターンを構成しないようにIRを照射するのも、検出器の応答の不均一性を増大させる。
【０００６】
さらに上述した方法は、結晶内部に位置して陰極から離れた検出器領域内で電離放射線によって生成される正孔を実効的に逃がさない。高線量の電離放射線が照射されることで結晶から発生する正孔を迅速に逃がすための有効な機構が存在しないため、電荷の捕獲と分極が起こり、検出器の応答時間が影響を受ける。その結果、係る検出器は、高線量の用途には適さなくなる。しかも画素化した検出器が、陰極から離れた場所に生成される正孔を迅速に逃がすことを意図した操作用電極を陽極上に有する場合、検出器が照射されることで、これらの操作用電極が設けられた陽極の結晶領域の電気伝導性、及び、パッドと操作用電極との間の漏れ電流が最大2桁増大する。これは、検出器の応答時間とエネルギー分解能を改善することが分かっている操作用電極の利用の妨げとなりうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第5248885号明細書
【特許文献２】米国特許第5905772号明細書
【特許文献３】米国特許第7312458号明細書
【特許文献４】米国特許第7514692号明細書
【特許文献５】米国特許第7652258号明細書
【特許文献６】米国特許第7800071号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第2010/0078559号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記観点から、高線量撮像用途における半導体検出器の未解決の欠点を克服する他の方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の態様は、CT等での半導体検出器の応用に関する上述の問題を解決する新規な改善された放射線検出方法を提供する。
【００１０】
一の態様では、検出器アレイが、電離放射線を検出して、前記の検出された放射線を示す信号を出力する検出器を有する。前記検出器は少なくとも、半導体素子と照射システムを有する。前記照射システムは、前記半導体素子内部で空間的なパターンを構成する照射分布を生成するため、前記半導体素子の一部のみを選択的に照射するようにバンドギャップ未満の照射放射線を生成して放出する。
【００１１】
他の態様では、方法は、空間的なパターンを構成するバンドギャップ未満の照射放射線を、検出器の半導体素子の一部のみに照射する段階、及び、前記半導体素子の一部のみへ照射するのと同時に前記検出器によって電離放射線を検出する段階を有する。
【００１２】
他の態様では、コンピュータ可読媒体が、コンピュータ可読命令により符号化される。当該コンピュータ可読媒体は、システムに、照射強度、照射パターン、又は、照射された領域、検出器の半導体素子に接続される電気コンタクトのうちの少なくとも1つを、1回の測定中又は複数回行われる測定と測定の間に、前記検出器へ入射する電離放射線束又は前記検出器の出力信号に依存して、変化させる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】典型的な撮像システムを概略的に表している。
【図２】照射システム及び電源と接続する典型的な検出器の上面図を概略的に表している。
【図３】照射システム及び電源と接続する典型的な検出器の側面図を概略的に表している。
【図４】別な照射システムと接続する典型的な検出器を概略的に表している。
【図５】別な照射システムと接続する典型的な検出器を概略的に表している。
【図６】典型的な検出器、照射システム、及び電源による方法を表している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図1は、たとえばコンピュータ断層撮像(CT)スキャナのような撮像システム100を概略的に表している。他の実施例では、撮像システムは、デジタルラジオグラフィ(DR)用装置、核医学用装置、及び/又は、電離放射線を検出する他の装置を有する。
【００１５】
図示された撮像システム100は静止ガントリー102及び回転ガントリー104を有する。回転ガントリー104は、静止ガントリー102によって回転可能なように支持される。回転ガントリー104は、長手軸すなわちz軸を中心として検査領域106の周りで回転する。放射線源108−たとえばX線管−は、検査領域106を取り囲むように位置する回転ガントリー104によって支持され、かつ、回転ガントリー104によって回転する。放射線源108は、検査領域106を通り抜ける略扇形、楔形、又は錐体形状の放射線ビームを生成するようにコリメートされた電離放射線を放出する。
【００１６】
検出器のアレイ110（ここでは検出器アレイ110とも呼ばれる）は、検査領域106を通り抜ける電離放射線を検出して、その電離放射線を示す電気信号を出力する1つ以上の検出器画素を備える1次元又は2次元の検出器モジュール111を有する。図示されているように、検出器アレイ110は、少なくとも1つの検出器モジュール111につき、照射システム120及び電源122を有する。電源122及び照射システム120はまた、共通電源及び他の検出器モジュールの照射源としても機能しうる。少なくとも1つの検出器モジュール111、照射システム120、及び電源122は共に、検出装置113と呼ばれる。
【００１７】
図示された検出器モジュール111は、テルル化カドミウム(CdTe)、テルル化カドミウム亜鉛(CdZnTe又はCZT)等の半導体素子118上に陰極114と陽極116を有する半導体検出器112を有する。照射システム120は、半導体素子118を照射する、不均一で、空間的なパターンを構成して、動的に変化するバンドギャップ未満の放射線121を生成する。電源122は、半導体素子118の表面上の1つ以上の電気コンタクトへのバイアス電圧を一定又は時間的に変化させるのに用いられる。
【００１８】
以降で詳述するように、バンドギャップ未満の放射線121及びバイアス電圧は、半導体素子118内での電場と伝導性分布を制御し、放射線源108からの電離放射線（信号となる荷電担体）により生成される荷電担体の生成及び収集への空間電荷の影響を緩和し、遅い荷電担体（正孔）の実効的なドレインを供し、かつ、検出器112に高線量の電離放射線が照射されて、検出器112が高線量の電離放射線を検出するときに、信号となる荷電担体の収集を改善するのに用いられて良い。一の実施例では、これによって、検出器112の応答時間と、エネルギー分解能と空間分解能と、複数の画素を備える検出器の応答の安定性と均一性が改善され、信号対雑音比が向上し、かつ、熱ノイズと暗電流を増大させることなくクロストークが減少する。
【００１９】
電荷に敏感な増幅器とパルス整形装置124は、検出器画素の信号出力を処理し、かつ、検出された光子を示すパルス（たとえば電圧又は電流）を生成する。光子計数スペクトルCTの用途では、エネルギー弁別装置126が、ピーク電圧に基づいてパルスを弁別する。この例では、弁別装置126は複数の比較装置を有する。前記複数の比較装置はそれぞれ、パルスの振幅と、各異なるエネルギー準位に対応する1つ以上の閾値とを比較する。比較装置は、閾値レベルを超える振幅に応じて（たとえば高い又は低い）出力信号を生成する。カウンタ128は、各閾値出力信号を計数する。エネルギー蓄積装置130は、エネルギー閾値と別なエネルギー閾値との間の範囲に対応するエネルギー範囲にカウンタ128により計数されたカウント数を蓄積させる。蓄積されたデータは、検出された光子のエネルギーのエネルギー分解に利用される。非光子計数スペクトルCTでは、パルス整形装置124の出力が処理される。
【００２０】
再構成装置132は、検出されたX線光子のエネルギー分布と線束に基づいて像を再構成する。一の実施例では、蓄積されたデータは、各異なるX線吸収特性を有する各異なる種類の材料（たとえば骨、脂肪、造影剤等）を分離するのに用いられて良い。患者支持体134−たとえばカウチ−は、検査領域106内で対象物を支持する。汎用計算機システムが、オペレータ用コンソール136として機能し、かつ、出力装置−たとえばディスプレイ−及び入力装置−たとえばキーボード、マウス等−を有する。コンソール136上で用いられるソフトウエアによって、オペレータは、システム100の動作を制御することが可能となる。それによりたとえば、オペレータは、照射装置122を用いる撮像プロトコルの選択、走査の初期化等を行うことが可能となる。
【００２１】
図2と図3は、照射システム120及び電源122と接続する典型的な検出器を概略的に表している。図2は、陽極116から見た内部の上面図を表している。図3は、図2の線A-Aから見た検出器112の内部の側面図を表している。
【００２２】
図示された陽極116は、操作用電極の存在しない画素化された陽極である。簡明を期すため、画素化された陽極116の図示された部分は、2次元(2D)アレイを構成するように配置された4つの画素200のみを有する。ここで各画素200は、陽極パッドではない領域203によって取り囲まれている陽極パッド202を有する。しかし画素化された陽極116は、4以外の個数の画素200−たとえば20×20のアレイ、16×32のアレイ、又は他の配置をとる画素200−を有しても良いことに留意して欲しい。他の実施例では、画素化された陽極116はまた、画素化された陽極116はまた、各画素用の（複数の）操作用電極を有しても良い。他の実施例では、陽極116は画素化されなくても良い。
【００２３】
この例では、画素200は約1mm2で、かつ、対応するパッド202は約0.5mm2〜0.9mm2の範囲である。ピッチ(“P”)−これは2つのパッド202間の中心間の距離として定義される−は約1mmである。半導体素子118の幅(“W”)は、画素数、画素の幾何学的配置、及びピッチの関数である。図示された半導体素子118は、約3mm〜7mmの範囲−たとえば5mm−の厚さ、深さ、又は高さ(“H”)を有する。上述の幾何学的配置は、説明目的で供されるのであって限定目的ではない。他の幾何学的配置も考えられる。
【００２４】
照射システム120は、線源2031と2032を有する（これらの線源をまとめて照射源と呼ぶことにする）。一の線源は、半導体素子118の第1面2041を介して半導体素子118を照射するように位置設定される。他の線源は、半導体素子118の第2面2042を介して半導体素子118を照射するように位置設定される。線源2031と2032は、バンドギャップ未満の照射放射線1211と1212を放出すなわち照射するように構成される。（たとえばX線、γ線、紫外線等の電離放射線を検出する図示された検出器112用の）係る照射源の例は赤外(IR)線源−たとえば固体レーザー、発光ダイオード(LED)、フィルタリングされた広帯域IR源等−を有する。
【００２５】
一の実施例では、線源2031と2032は、CdTe及びCZT用に300〜800μmの範囲の波長の放射線を放出するように構成される。他の実施例では、照射波長の選択は、照射される光子のエネルギーが半導体素子のバンドギャップの半分を超えないようになされて良い。光子のエネルギーが半導体素子のバンドギャップの半分を超えると、放射線の照射による電子正孔対の生成が、効率の良くない3段階過程に変換され、さらには陰極から陽極へ向かい方向での半導体の伝導度と検出器の暗電流が増大してしまう恐れがある。
【００２６】
半導体素子118は概して照射された放射線に対して透明である。そのため照射された放射線は半導体素子118を顕著に励起させない。つまり照射された放射線は、半導体素子118の価電子帯から伝導体へ電子を励起させることによって電子正孔対を生成しないので、欠陥の電離及び/又は荷電担体のデトラッピングを除いて、半導体素子118の内部では吸収されない。照射された領域の伝導性の増大は大抵、深い欠陥準位からの荷電担体のデトラッピングによって供される。
【００２７】
図示された照射システム120はさらにコリメータ2061と2062を有する。コリメータ2061と2062は、半導体素子118と線源2031と2032との間に設けられ、かつ、それぞれ放射線1211と1212をコリメートすることで、半導体素子118へ向かうコリメートされた放射線2081と2082を生成する。図示された照射システム120はさらにパターンを構成するコリメータ2101と2102を有する。コリメータ2101と2102は、半導体素子118とコリメータ2061と2062との間に設けられ、かつ、ビーム2081と2082を選択的にコリメートすることで、各独立するビーム2121と2122で構成されるパターンを生成する。
【００２８】
パターンを構成するコリメータ2101と2102の各々は、半導体素子の横方向に沿って光減衰領域2161と2162と交互に配置される材料の存在しない領域2141と2142、及び、半導体素子の縦方向に沿って光減衰領域2161と2162と交互に配置される材料の存在しない領域2141と2142からなる2次元(2D)グリッドを有する。他の実施例では、パターンを構成するコリメータ2101と2102はコリメータ2061と2062の一部である。他の実施例では、コリメータ2101と2102は半導体素子118に固定されている。他の実施例では、後述するように、横方向に沿った材料の存在しない領域2141と2142は1つの材料の存在しない領域を含む。1つの材料の存在しない領域は、多数の各独立するビームの代わりにビームスライスを生成する。
【００２９】
複数のマスク2181と2182は、半導体素子118とパターンを構成するコリメータ2101と2102との間に設けられ、かつ、面2041と2042上で、半導体素子118の縦方向に沿って互いに分離した状態で、半導体素子118の横方向に沿って延びている。マスク2181と2182の各々は、光を透過させることのできる光透過領域2201と2202、及び、光を阻止又は減衰させる不透明領域2211と2212を有する。図示された実施例では、光透過領域2201と2202と材料の存在しない領域2141と2142は、実質的に幾何学的配置が一致し、同様の幾何学配置を有する。他の実施例では、光透過領域2201と2202と材料の存在しない領域2141と2142は、同一の幾何学的配置を有していなくて良い。たとえば光透過領域2201と2202は、材料の存在しない領域2141と2142よりも小さくて良い。
【００３０】
図示された実施例では、マスク2181と2182は半導体素子118に固定される。マスク2181と2182は、接合剤によって半導体素子118に固定されて良く、半導体素子118上でパターニングされて良く、かつ/あるいは、半導体素子118に固定されても良い。他の実施例では、マスク2181と2182はパターンを構成するコリメータマスク2101と2102の一部である。他の実施例では、マスク2181と2182は検出器112と接続して設けられる。他の実施例では、マスク2181と2182は省略される。他の実施例では、マスク2181と2182は、パターンを構成するコリメータマスク2101と2102の代わりに用いられる。
【００３１】
この例については、図2に図示されているように、3つのそれぞれ独立するビーム2121が水平方向に延び、3つのそれぞれ独立するビーム2122が垂直方向に延び、かつ、ビーム2121と2122はそれぞれ、半導体素子118内部の経路2221と2222を横切る。図3に図示されているように、各独立するビーム2121と2122は半導体素子118内部の経路2221と2222に沿って3つの分離する層2241を横切り、かつ、各層は、半導体素子118の縦方向に沿って延びる高さを有する。図示された実施例は3つの層2241を有する。しかし、他の実施例は3以外の層数の層2241を有して良く、かつ、ビーム2121と2122は、それぞれ異なる層を横切るが、必ずしも互いに交差する必要はない。一般的には、設けられうる層2241の層数は層の厚さに依存する。層の厚さは、可能な限り小さくて均一に構成されることが好ましい。
【００３２】
複数の反射体2261と2262（たとえばミラー、反射膜等）は、面2041に対向する面上で、半導体素子118の高さ方向に沿って互いに分離した状態で、半導体素子118の横方向に沿って延びている。パターンを構成する放射線は、面2041を介して半導体素子118へ入射する。反射体2261と2262は、その反射体に衝突するビーム2121と2122の一部を反射させて、経路2221と2222及び層224へ戻す。これにより、経路2221と2222及び層224に沿ってより均一な面内又は線内の照射強度分布を与えることが容易になりうる。
【００３３】
例として、半導体素子118へ入射する2121と2122の初期強度が、反射体2261と2262でのビーム2121と2122の強度よりも大きくなるように、ビーム2121と2122の強度が経路2221と2222に沿って減衰する場合、反射部分がビーム2121と2122の強度の強度に加わることで、経路2221と2222に沿った照射強度分布はより均一になる。図示された実施例では、反射体2261と2262は半導体素子118に固定される。これは、接合剤、金属結合等によって実現されて良い。他の実施例では、反射体2261と2262は半導体素子118に隣接して保持される。
【００３４】
伝導性コンタクト（図示されていない）は、マスク2181と2182及び/若しくは反射体2261と2262に固定されるか、又は、一体化される。係るコンタクトは、厚さ数十nmのオーダーの膜で、かつ、金、プラチナ、及び/又は他の伝導性材料を有して良い。係るコンタクトは、図示された半導体素子の一部から正孔を実効的に逃がし、かつ、ビーム2121と2122に対して透明（インジウムスズ酸化物のように）又は半透明である。
【００３５】
コンタクトはまた、金、プラチナ等によって半導体素子118の照射部分とも電気的に結合されて良く、又は、照射する放射線に対して透明又は半透明となりうる櫛状アレイを構成する（照射される放射線の波長よりも）狭い金属細片の形態をとる素子上に堆積されて良い。他の実施例では、電気伝導性コンタクトは半導体素子118の内部である。電気コンタクトは、半導体素子118及び/若しくは半導体素子118の照射された部分へバイアス印加するため、並びに/又は、半導体素子118によって検出される電離放射線によって生成される荷電担体の信号読みだし、収集、及び/若しくは記録のために用いられて良い。
【００３６】
図3に図示されているように、電源122は、電位V1,V2,V3をそれぞれ、反射体2261と2262に印加する。図示された実施例では、電位の絶対値は、陰極114から陽極パッド202の順で一次関数的に減少するように変化する。つまり、V1>V2>V3>Vcathode<0、かつ、V1’>V2’>V3’>Vcathode<0である。図示された実施例では、V1とV1’、V2とV2’、及びV3とV3’は厳密には等しくない。他の実施例では、V1=V1’、V2=V2’、及びV3=V3’である。この例で論じられた6つの電位は説明目的であり、限定目的ではなく、他の実施例では、V1,…Vn（ここでnは整数である）の電位は、半導体素子118の照射された層又は他の部分に印加されて良いことに留意して欲しい。
【００３７】
本明細書で述べた検出器半導体素子のパターンを構成する選択的なバンドギャップ未満の放射線の照射の際には、素子の照射された部分に電位が印加されても良いし、又は、素子の照射された部分に電位が印加されなくても良い。他の構成（簡明を期すために図示されていない）では、本明細書で述べた検出器半導体素子のパターンを構成する選択的なバンドギャップ未満の放射線の照射が起こることで、半導体素子の特性及び動作を様々な改善が実現可能となる。たとえば本明細書で述べた検出器半導体素子のパターンを構成する選択的なバンドギャップ未満の放射線の照射は、隣接する画素間でのクロストークを減少させるのに用いられて良い。
【００３８】
変化型について検討する。
【００３９】
図4は、複数の層又は（各独立するビーム2121に代わる）照射される放射線402のスライスが、半導体素子118の横方向に沿って延び、かつ、半導体素子118内部で選択された層404を照射するのに用いられる変化型を表している。この構成によって、1つの照射源203は、半導体素子118内の選択された領域404を照射するのに用いられて良い。本明細書で述べたが図4には図示されていない他の構成部材については、簡明を期すために省略した。
【００４０】
図5は、（図2,3に図示されているように）経路に沿って延びる各独立する光ビーム2121及び2122と、（図4に図示されているように）横方向に沿って延びる1つ以上の光ビーム402の両方が同時に、半導体素子118内部で選択された経路224及び/又は層404を照射するのに用いられる。本明細書で述べた他の構成部材も含まれるが、簡明を期すために図5には図示されていない。
【００４１】
図示された実施例では、照射システム120は各独立する線源2031及び/又は2032を有する。線源2031及び/又は2032はそれぞれ単一の点源である。変化型では、線源2031及び/又は2032のうちの少なくとも1つは、2つ以上の点及び/又は線源から照射可能な多数の点及び/又は多数の線源である。
【００４２】
図示された実施例では、線源2031及び/又は2032は、半導体素子118から分離した状態で図示されている。変化型では、線源2031及び/又は2032は、半導体素子118へ直接（又は光を伝える媒体を介して）結合されて良い。
【００４３】
他の変化型では、線源2031及び/又は2032は、コリメータ2061と2062、パターンを構成するコリメータ2101と2102、マスク2181と2182、反射体、ミラー、及び/又は、半導体素子118内部での不均一な照射分布のパターンを生成することが可能な他の媒体と結合して良い。
【００４４】
他の変化型では、線源2031,2032及び  半導体素子118と結合する光ファイバ又は導波路は、半導体素子118及び層2241へビーム2121と2122の光路を与える。
【００４５】
他の変化型では、検出器122は、シリコンやガリウム砒素(GaAs)に基づくもの、又は他の半導体検出器である。
【００４６】
図6は本開示による方法を表す。
【００４７】
記載されている方法の処理の順序は限定されないことに留意して欲しい。そのため他の順序も考えられ得る。それに加えて、1つ以上の処理が省略されても良いし、かつ/あるいは、1つ以上の処理が追加されても良い。
【００４８】
602では、照射源が、電離放射線を検出する検出器の半導体素子に照射されるバンドギャップ未満の照射放射線を生成する。
【００４９】
604では、バンドギャップ未満の照射放射線が、グリッドやパターンを構成するコリメータ等によってコリメートされ、及びパターンを有するように操作されることで、半導体素子内部において不均一でかつ空間的なパターンを構成する照射分布が生成される。たとえば照射領域は、各独立するビームの形態を有して良いし、一部の実施例では、グリッド及び/又は層を構成して良い。
【００５０】
606では、放射線ビームは、半導体素子の一部のみを選択的に照射するのに用いられる。
【００５１】
608では、バイアス電圧が照射領域に印加される。この処理は、処理602-606の前、後、又は同時に行われて良い。
【００５２】
610では、放射線ビームとバイアス電圧は、本明細書に記載されているように、半導体素子の内部の物理的特性に所定の変化を生じさせるように制御される。
【００５３】
612では、検出器112は、放射線ビームが照射されてバイアス電圧が印加された状態で、電離放射線を検出するのに用いられる。
【００５４】
上記は、たとえば物理メモリのようなコンピュータ可読媒体上で符号化又は実施される1つ以上のコンピュータ可読命令を実行する1つ以上のプロセッサによって実装されてよい。前記1つ以上のコンピュータ可読命令は、前記1つ以上のプロセッサに、様々な処理並びに/又は他の機能及び/若しくは処理を実行させる。それに加えて又はその代わりに、前記1つ以上のプロセッサは、一時的な媒体−たとえば信号又は搬送波−によって伝わる命令を実行しても良い。
【００５５】
一般的には、パターンを構成するバンドギャップ未満の照射放射線2121と2122は、層2241及び隣接する半導体素子領域の電場分布と伝導性を制御するのに用いられて良い。放射線2121と2122及びバイアス電圧V1,V2,  V3,…Vnを適切に変化させることによって、半導体素子118の面内及び全体でのより均一な電場分布が実現されうる。その結果、電荷の収集が良好になり、信号対雑音比、エネルギー分解能、及び検出器応答の均一性が改善される。これらは、材料の品質の不足や不均一性、空間電荷効果、及び電荷捕獲を補償しうる。
【００５６】
それに加えて、パターンを構成するバンドギャップ未満の照射放射線2121と2122は、陰極114及び操作用電極から離れた位置に設けられる半導体素子118の深い層から、電離放射線によって生成される正孔を実効的に逃がすことが可能となる。これにより、陰極−陽極方向での半導体の伝導性と、熱ノイズ、暗電流を顕著に増大させずに、分極と電荷捕獲を減少させることで、検出器の応答時間が改善される。
【００５７】
さらに抵抗のはるかに小さな（最大2桁）層2241の厚さは、相対的に小さく、かつ、素子全体の厚さの5〜10%未満に保たれて良い。そのため、全体のパッドと陰極との間の抵抗は顕著に減少せず、信号対雑音比は減少しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年11月12日(2013.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも半導体素子を有し、電離放射線を検出して、前記の検出された電離放射線を示す信号を出力する検出器；
前記半導体素子内部で空間的なパターンを構成する照射分布を生成するため、前記半導体素子の一部のみを選択的に照射するようにバンドギャップ未満の照射放射線を生成して放出する、前記照射システム；
を有する検出器アレイ。
【請求項２】
前記半導体素子の照射部分と接続する電気コンタクト；及び、
前記電気コンタクトに電位(V1,V2,V3,…Vn)を印加する電源；
をさらに有する、請求項1に記載の検出器アレイ。
【請求項３】
前記照射が、前記照射部分を第1伝導性から、該第1伝導性よりも高い第2伝導性へ増大させ、
前記第2伝導性は、前記半導体素子の照射されない部分の伝導性よりも高く、かつ、
前記第1伝導性は、前記放射線を照射しない場合の前記半導体素子の照射されない部分の伝導性を超えない、
請求項1又は2に記載の検出器アレイ。
【請求項４】
前記照射システムが、バンドギャップ未満の照射放射線を生成する少なくとも1つの放射線源を有する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項５】
前記放射線の光子が、前記半導体素子のバンドギャップの半分を超えない、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項６】
少なくとも1つの放射線源が、前記半導体素子と、直接又は光透過媒体を介して結合する、請求項4又は5に記載の検出器アレイ。
【請求項７】
前記少なくとも1つの放射線源が赤外放射線源で、かつ、
前記バンドギャップ未満の照射放射線が赤外放射線である、
請求項4乃至6のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項８】
前記半導体素子が、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛、又は、テルル化カドミウム若しくはテルル化カドミウム亜鉛の単結晶のうちの少なくとも1つを有する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項９】
前記少なくとも1つの放射線源と前記半導体素子との間に設けられる光透過媒体をさらに有する請求項1乃至8のいずれか一項に記載の検出器アレイであって、
前記光透過媒体は、前記放射線にパターンを構成させて前記放射線をフィルタリングするように配置されることで、前記空間パターンを構成するバンドギャップ未満の照射放射線を生成する、
検出器アレイ。
【請求項１０】
少なくとも1つの反射体をさらに有する請求項1乃至8のいずれか一項に記載の検出器アレイであって、
前記半導体素子が、前記照射システムと前記少なくとも1つの反射体との間に設けられ、
前記少なくとも1つの反射体は、前記半導体素子を横切る前記放射線を、前記半導体素子へ戻すように反射させる、
検出器アレイ。
【請求項１１】
前記少なくとも1つの反射体が、前記半導体素子の外側と物理的に結合し、かつ、
前記電源が、前記電位を前記少なくとも1つの反射体へ印加する、
請求項10に記載の検出器アレイ。
【請求項１２】
前記放射線が、前記半導体素子の各独立した複数の層のうちの少なくとも1層の一部を照射する、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項１３】
前記電離放射線が、X線、γ線、又は他の電離放射線である、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項１４】
前記電気コンタクトが、前記半導体素子の外側と物理的に隣接し、かつ、前記半導体素子の内部に設けられる、請求項2に記載の検出器アレイ。
【請求項１５】
空間的なパターンを構成するバンドギャップ未満の照射放射線を、電離放射線を検出する検出器の半導体素子の一部のみに照射する段階；及び、
前記半導体素子の一部のみへ照射するのと同時に前記検出器によって電離放射線を検出する段階；
を有する方法。
【国際調査報告】
2014519026.tif 000009
2014519026.tif 000010
2014519026.tif 000011
2014519026.tif 000012