(57)【要約】【課題】半導体放射線検出素子のポラリゼーションを解消するために生じる不感時間を減らし、長時間連続的に安定して放射線検出を実施可能にする。【解決手段】バイアス電源１５からのバイアス電圧の、複数のアレイ１１‐１、１１‐２に対する供給を、バイアス電圧供給中の一方のアレイを構成する半導体放射線検出素子２０のポラリゼーション現象発生前に、他方のアレイにバイアス電圧を供給開始するように、バイアス電圧供給用スイッチＳＷ１、ＳＷ２の切り替えを行う。【選択図】図１
2008304420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極および第２の電極を半導体結晶の互いに対向する面にそれぞれ有する複数の半導体放射線検出素子が、基板上面に形成された導電パターン上に前記第２の電極を介して少なくとも２本のアレイ状に搭載され、前記複数の半導体放射線検出素子における第１の電極はアレイごとに電気的に共通接続されて、各一のスイッチを介してバイアス電源に電気的に接続されてなる半導体放射線検出装置であって、前記バイアス電源からのバイアス電圧の各アレイに対する供給が、バイアス電圧供給中の一方のアレイを構成する半導体放射線検出素子のポラリゼーション現象発生前に他方のアレイにバイアス電圧を供給開始するように、前記スイッチの切り替えによって交互に行われるように構成したことを特徴とする半導体放射線検出装置。
【請求項２】
前記半導体放射線検出素子における前記第２の電極が、フォトリソグラフィー手法または機械的切削手法によって、素子の縦または横の１方向、または縦横２方向に分割された複数のピクセル電極に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の半導体放射線検出装置。
【請求項３】
前記半導体放射線検出素子における前記第１の電極および前記第２の電極がともにフォトリソグラフィー手法または機械的切削手法によって、素子の縦または横の１方向、または縦横２方向に分割された複数のピクセル電極に形成され、複数の前記半導体放射線検出素子が前記基板上に少なくとも２以上アレイ状に搭載され、アレイごとに分割された複数の第１の電極が、電気的に共通接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の半導体放射線検出装置。
【請求項４】
前記半導体放射線検出素子が、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）またはテルル化亜鉛カドミウム（ＣｄＺｎＴｅ）であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体放射線検出装置。
【請求項５】
前記半導体放射線検出素子の前記第１の電極および前記第２の電極の両方がオーム型電極であるか、または少なくとも一方がショットキー障壁型電極であることを特徴とする請求項1から請求項４のいずれかに記載の半導体放射線検出装置。
【請求項６】
信号読み出し用の集積回路を有する信号読み出し用集積回路素子を備え、該信号読み出し用集積回路素子の片面に形成された集積回路用電極が、前記第２の電極に接続されるように、前記信号読み出し用集積回路素子と前記半導体放射線検出素子が一体にモジュール化されてなることを特徴とする請求項1に記載の半導体放射線検出装置。
【請求項７】
前記半導体放射線検出素子における前記第１電極および前記第２の電極がともにフォトリソグラフィー手法または機械的切削手法により分割されて複数のピクセル電極に形成され、前記ピクセル電極に対し前記信号読み出し用集積回路素子に形成された信号読み出し用電極にそれぞれ接続されてなることを特徴とする請求項６に記載の半導体放射線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体放射線検出素子を用いた半導体放射線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療用放射線診断や放射線非破壊検査等を実施する場合に放射線撮像装置が広く用いられている。この放射線撮像装置は、撮像オブジェクトに放射線を照射し、その撮像オブジェクト内を透過した放射線のエネルギーまたは強度分布を計測し、さらに画像化することで、撮像オブジェクトの内部構造に関する情報を得ることができる。
【０００３】
この放射線撮像装置内の放射線を検出する部分には、シンチレーターや半導体が使用されることが多いが、半導体を使用した放射線撮像装置は、シンチレーターと比較して放射線検出効率が高く、また解像特性が優れている。このため半導体を使用した半導体放射線検出装置について種々の提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１に記載の放射線検出装置は、高抵抗率をもつＣｄＴｅ結晶ウェハーなどの半導体結晶の互いに対向する上下両面に電極を設けたものからなり、これらの複数の半導体放射線検出素子が、導電パターンを持つ基板上に1次元アレイ状に搭載された構造を持つ。
【０００５】
このような半導体放射線検出素子では、半導体結晶の上下両面に対向するように設けた各電極間にバイアス電圧を印加し、入射放射線の電離作用によって半導体放射線検出素子内に生成された電荷を、両電極間に印加された電界によって掃引、収集することにより、入射する放射線のエネルギーまたは放射線強度に応じた電荷量を電気信号として出力することができる。
【０００６】
半導体放射線検出装置の放射線検出特性に、エネルギー分解能および検出効率が挙げられる。エネルギー分解能が高い検出器は入射する放射線のエネルギー値を精度よく測定できる。一方、検出効率が高い放射線検出装置は、入射する放射線の検出感度が高感度である。
【０００７】
このため、半導体放射線検出素子内において生成される電荷量の損失をできるだけ抑えて、高い効率で収集する必要があり、このために半導体放射線検出素子に高い電圧を印加させることが重要である。
【０００８】
一方、半導体放射線検出素子では放射線入射のない場合においても印加電圧に応じた漏れ電流が生じ、この漏れ電流値が高い場合には、ノイズが大きくなってエネルギー分解能の劣化、検出効率の低下を惹き起こす。
【０００９】
特に、半導体放射線検出素子の第１の電極および第２の電極の両電極が電気的にオーム特性を示す電極で形成された半導体放射線素子の場合、印加電圧に応じて高い漏れ電流が生じるため、印加可能な電圧値が制限される。また、半導体放射線検出素子内に生成された電荷量の収集効率が落ち、十分なエネルギー分解能が得られない。
【００１０】
このような課題に対して、半導体結晶の片面にこのオーム電極に対向する他の片面にショットキー障壁型の電極を形成した半導体放射線検出素子が開発されている。このショットキー障壁型の電極を持つ半導体放射線検出素子の電流電圧特性は整流性を示し、逆バイアスで使用した場合には、漏れ電流を1桁から2桁程度低減させることができる。
【００１１】
このため、オーム電極を持つ半導体放射線検出素子に比べて高いバイアス電圧を印加することが可能となり、従来の半導体放射線検出器に比べて高い検出効率および高いエネルギー分解能を示す。
【００１２】
ところが、ショットキー障壁型の電極を持つ前記半導体放射線検出素子では、高電圧印加後、時間の経過とともに放射線検出特性の劣化現象（特に、エネルギー波高値の低下、エネルギー分解能の劣化、検出効率の低下など）が見られる。この現象はポラリゼーション現象と呼ばれ、原因のひとつに放射線検出素子内で形成された深い準位が関与し、キャリアの放出および空間電荷蓄積に関係している可能性があるといわれている。
【００１３】
このポラリゼーション現象による特性劣化に対する解決策の一つに、半導体放射線検出素子に印加するバイアス電圧を一旦０ボルトまたは０ボルト近傍の値に戻す方法がある。これによれば、半導体放射線検出素子内に蓄積された空間電荷が解放され、放射線検出特性を電圧印加直後の初期状態に回復することが可能になる（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平８−１６６４６１号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５５２４号公報
【特許文献３】特開２００６−１８４１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、前記ポラリゼーション現象による前記特性劣化回避のために、上記バイアス電圧を０ボルトまたは０ボルト近傍の値に戻すという従来方法にあっては、半導体放射線検出素子に印加するバイアス電圧を０ボルトまたは０ボルト近傍の値にしている時間は、放射線検出データを取得することができない（以下、この期間を不感時間と呼ぶ）。この不感時間は、特に長時間連続的に放射線を計測する環境において、放射線の計測作業効率の低下、不便さ、使いにくさなどの問題が生じ、半導体放射線検出装置の利用範囲が限定されるという問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、前記のような半導体放射線検出素子のポラリゼーションを解消するために生じる不感時間をなくし、長時間連続的に安定して放射線検出を実施することができるとともに、利用範囲が限定されることがない半導体放射線検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的達成のために、本発明にかかる半導体放射線検出装置は、第１の電極および第２の電極を半導体結晶の互いに対向する面にそれぞれ有する複数の半導体放射線検出素子が、基板上面に形成された導電パターン上に前記第２の電極を介して少なくとも２本のアレイ状に搭載され、前記複数の半導体放射線検出素子における第１の電極は各アレイごとに電気的に共通接続されて、各一のスイッチを介してバイアス電源に電気的に接続されてなる半導体放射線検出装置であって、前記バイアス電源からのバイアス電圧の各アレイに対する供給が、バイアス電圧供給中の一方のアレイを構成する半導体放射線検出素子のポラリゼーション現象発生前に他方のアレイにバイアス電圧を供給開始するように、前記スイッチの切り替えによって交互に行われることを特徴とする。
【００１７】
この構成により、所定のプログラム制御下で少なくとも２つのアレイに対して交互にバイアス電圧のオン（印加）およびオフ（０ボルトまたは０ボルト近傍の値）を繰り返すこととなり、従って各半導体放射線検出素子内に蓄積された空間電荷を周期的に解放して、前記ポラリゼーション現象を解消しながら、不感時間なしに、連続的に放射線検出および計測を実施することができる。
【００１８】
また、本発明にかかる半導体放射線検出装置は、前記半導体放射線検出素子における前記第２の電極が、フォトリソグラフィー手法または機械的切削手法によって、素子の縦または横の１方向、または縦横２方向に分割された複数のピクセル電極に形成されてなることを特徴とする。
【００１９】
この構成により、ピクセル電極の形状、サイズに応じた高精度の放射線画像測定を簡単に実施することができる。
【００２０】
また、本発明にかかる半導体放射線検出装置は、前記半導体放射線検出素子における前記第１の電極および前記第２の電極が、ともにフォトリソグラフィー手法または機械的切削手法によって、素子の縦または横の１方向、または縦横２方向に分割された複数のピクセル電極に形成され、複数の前記半導体放射線検出素子が前記基板上に少なくとも２つ以上のアレイ状に搭載され、アレイごとに分割された複数の第１の電極が、電気的に共通接続されてなることを特徴とする。
【００２１】
この構成により、分割された複数のピクセル電極に対しても、前記スイッチの切り替えによって、アレイ単位にて同時にバイアス電圧を供給でき、各ピクセル単位で半導体放射線検出素子のポラリゼーション現象の発生を確実に回避することができる。
【００２２】
また、本発明にかかる半導体放射線検出装置は、前記半導体放射線検出素子が、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）またはテルル化亜鉛カドミウム（ＣｄＺｎＴｅ）であることを特徴とする。
【００２３】
この構成により、原子番号が比較的大きい（Ｚ（ｃｄ）＝４８、Ｚ（Ｔｅ）＝５２）ため入射放射線に対する検出効率が高く、高感度の検出器を実現できる。このため、被ばくの低減化、検査時間の短縮化が可能となる。
【００２４】
また、本発明にかかる半導体放射線検出装置は、前記半導体放射線検出素子の前記第１の電極および前記第２の電極の両方がオーム型電極であるか、または少なくとも一方がショットキー障壁型電極であることを特徴とする。
【００２５】
この構成により、ショットキー障壁型電極を用いた前記半導体放射線検出素子の場合、オーム型電極を用いた場合に比べて漏れ電流を１桁以上低減でき、前記半導体検出素子に対してより高いバイアスを印加することができる。また、放射線の高い検出効率及びエネルギー分解能が得られる。
【００２６】
また、本発明にかかる半導体放射線検出装置は、信号読み出し用集積回路を有する信号読み出し用集積回路素子を備え、該信号読み出し用集積回路素子の片面に形成された集積回路用電極が、前記第２の電極に接続されるように、前記信号読み出し用集積回路素子と前記半導体放射線検出素子が一体にモジュール化されてなることを特徴とする。
【００２７】
この構成により、信号読み出し用集積回路素子と半導体放射線検出素子とのユニット化により、各半導体放射線検出素子が出力する放射線検出信号を低損失かつ高感度にて信号処理回路へ送り出すことができる。
【００２８】
また、本発明にかかる半導体放射線検出装置は、前記半導体放射線検出素子における前記第１電極および前記第２の電極がともにフォトリソグラフィー手法または機械的切削手法により分割されて複数のピクセル電極に形成され、前記ピクセル電極に対し前記信号読み出し用集積回路素子に形成された信号読み出し用電極にそれぞれ接続されてなることを特徴とする。
【００２９】
この構成により、ピクセル電極単位で放射線検出信号を第２の電極から対応する各信号読み出し用電極に取り出すことができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、各半導体放射線検出素子内に蓄積された空間電荷を周期的に解放して、ポラリゼーション現象を解消しながら、不感時間なしに連続的に放射線検出および計測、表示を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００３２】
本発明の実施の形態による半導体放射線検出装置は、第１の電極および第２の電極を半導体結晶の互いに対向する面にそれぞれ有する複数の半導体放射線検出素子を、基板上面に形成された導電パターン上に前記第２の電極を介して少なくとも２本のアレイ状に搭載し、前記複数の半導体放射線検出素子における第１の電極は各アレイごとに電気的に共通接続して、各一のスイッチを介してバイアス電源に電気的に接続し、前記バイアス電源からのバイアス電圧の各アレイに対する供給を、バイアス電圧供給中の一方のアレイを構成する半導体放射線検出素子のポラリゼーション現象発生前に、他方のアレイにバイアス電圧を供給開始するように前記スイッチの切り替えによって交互に行うという構成である。
【００３３】
従って、本実施の形態では、所定のプログラム制御下で２つのアレイに対して交互にバイアス電圧のオン（印加）およびオフ（０ボルトまたは０ボルト近傍の値）を繰り返すことで、各半導体放射線検出素子内に蓄積された空間電荷を周期的に開放してポラリゼーション現象を解消し、連続的に放射線検出および計測を行うことが可能になる。
【００３４】
図１は、本実施の形態による半導体放射線検出装置を示すブロック図、図２は、図１における半導体放射線検出素子を示す断面図、図３（ａ）、（ｂ）は、図２における第１の電極および第２の電極のパターンを示す平面図および底面図である。
【００３５】
図１において、半導体放射線検出装置Ａは、半導体放射線検出器１０２とバイアス電圧印加回路１０３とを備える。これらのうち、半導体放射線検出器１０２は、基板１２の上面に形成された複数本の導電パターン（図示省略）上に２本のアレイ１１−１、１１−２を所定間隔をおいて搭載したものからなる。つまり、これらのアレイ１１−１、１１−２は、それぞれ複数の半導体放射線検出素子２０を一列に配列したものからなり、これらの各半導体放射線検出素子２０が前記導電パターン上に接続されている。
【００３６】
これらの半導体放射線検出素子２０は、図２に示すように、半導体結晶２１の対向する上下両面に第１の電極２２および第２の電極２３を設けたものからなる。これらの両電極２２、２３の導電パターンは、半導体結晶２１の上下面と同等の広さを持ち、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すように、矩形をなす。
【００３７】
これらの半導体放射線検出素子２０を構成する第２の電極２３は、前記のように、基板１２上に形成された各一の前記導電パターンに電気的、機械的に接続されている。また、これらの導電パターンはそれぞれ外部の信号処理回路１３−１、１３−２に接続されている。
【００３８】
また、各半導体放射線検出素子２０の第１電極２２は、図１に示すように、各アレイ１１−１、１１−２ごとにそれぞれ金属ワイヤー、導電性接着剤、導電性フィルム、導電性シートなどを介して電気的に共通接続され、さらにバイアス電圧供給制御回路１６を構成する各一のスイッチＳＷ１、ＳＷ２を介して、バイアス電源１５に接続されている。なお、信号処理回路１３−１、１３−２は、半導体放射線検出素子２０から出力される放射線検出信号に基づいて、所定の放射線画像を形成するための信号処理を実行する。
【００３９】
一方、前記バイアス電圧印加回路１０３は、バイアス電源１５と、このバイアス電源１５からのバイアス電圧を、前記アレイ１１−１、１１−２ごとの各半導体放射線検出素子２０に対し交互に切り替え供給する前記スイッチＳＷ１、ＳＷ２と、を備えている。これらのスイッチＳＷ１、ＳＷ２は、これらの交互切り替えを制御する回路（後述の画像表示制御用回路１１６に相当）とともに、バイアス電圧供給制御回路１６を構成している。
【００４０】
図４は、前記半導体放射線検出器１０２およびバイアス電圧印加回路１０３を用いた放射線撮像装置１００を示すブロック図である。この放射線撮像装置１００は、前記半導体放射線検出器１０２およびバイアス電圧印加回路１０３に加えて、放射線発生装置としてのＸ線発生装置１０１と、前記信号処理回路１３−１、１３−２を含む信号処理装置１３と、画像表示装置１０５とを備えている。撮像オブジェクト１０６はＸ線発生装置１０１と半導体放射線検出器１０２との間に配置される。
【００４１】
前記放射線発生装置としては、Ｘ線発生装置１０１のほかに、γ線発生装置や他の放射線発生装置が使用され、また放射線のエネルギー領域も問わない。放射線の照射形態は、連続的な照射でも、周期的なパルス照射でも適用可能である。
【００４２】
この放射線撮像装置１００では、Ｘ線発生装置１０１によって出力されるＸ線を撮像オブジェクト１０６に照射し、撮像オブジェクト１０６内を透過したＸ線の放射線強度を半導体放射線検出器１０２によって計測する。計測された信号は信号処理装置１３で処理された後、画像表示装置１０５によってＸ線撮像画像として出力される。
【００４３】
前記半導体放射線検出器１０２が、複数の半導体放射線検出素子２０を1次元アレイ状に配列した構造を持つ場合には、撮像オブジェクト１０６を1次元アレイ配列の方向と垂直をなす方向に移動させながら計測することで、撮像オブジェクト１０６の２次元のＸ線撮像画像が得られる。なお、撮像オブジェクト１０６の位置を固定し、半導体放射線検出器１０２自体をアレイ配列と垂直をなす方向に移動させてもよい。
【００４４】
図５は、図４に示す半導体放射線検出器１０２を含む半導体放射線検出装置Ａの動作説明図である。なお、図４に示したものと同等の部位には同一符号を付して、その重複する説明を省略する。図５において、１１３−１はアレイ１１−１で取得した画像、１１３−２はアレイ１１２−２で取得した画像、１１４は画像合成装置、１１５は出力画像、１１６は画像表示制御用回路である。画像合成装置１１４および画像表示制御用回路１１６は前記画像表示装置１０５内に設けてもよい。
【００４５】
次に、図５の動作説明図および図６のタイミングチャートを参照しながら、半導体放射線検出装置Ａの動作を説明する。
【００４６】
前述のように、一方のアレイ１１−１上における各半導体放射線検出素子２０の第１電極２２がそれぞれ電気的に共通に接続され、さらにスイッチＳＷ１に電気的に接続されている。他方のアレイ１１−２上における半導体放射線検出素子２０の第１電極２２がそれぞれ電気的に共通に接続され、さらにスイッチSW２に電気的に接続されている。
【００４７】
また、図６において、OPEN、CLOSEは各スイッチＳＷ１、ＳＷ２の開閉を指す。この図６は、各アレイ１１−１、１１−２からの信号を読み出しおよび処理を行う信号処理回路１３−１および信号処理回路１３−２の動作をも示している。
【００４８】
まず、時刻ｔ０では、スイッチＳＷ１、ＳＷ２ともにOPENの状態である。この状態では、アレイ１１−１、アレイ１１−２上のすべての半導体放射線検出素子２０に、電圧は印加されない。従って、放射線を測定していない状態であり、信号処理回路１３−１、１３−２も動作を停止している。
【００４９】
時刻ｔ１では、スイッチＳＷ１がCLOSE、ＳＷ２はOPENの状態で、アレイ１１−１上の放射線検出素子２０のみに対して電圧が印加される。これとほぼ同時に信号処理回路１３−１および信号処理回路１３−２が同時に各半導体放射線検出素子２０からの信号の読み出しを開始し、画像情報１１３−１および１１３−２がそれぞれ取得される。その後、各々の画像情報１１３−１、１１３−２は、画像合成装置１１４で画像合成処理され、最終的に出力画像１１５として出力および表示される。
【００５０】
しかし、スイッチＳＷ１のCLOSE時に取得された画像１１３−２はバイアス電圧が印加されていないアレイ１１−２によって撮像された画像であるため有効ではない。従って、スイッチＳＷ１がＯＰＥＮとなる、例えば期間ｔ１〜ｔ３にバイアス電圧が印加されたアレイ１１−１から取得された画像情報１１３−１のみが、画像合成装置１１４へ出力される。
【００５１】
一方、時刻ｔ１〜ｔ３の途中の時刻ｔ２では、スイッチＳＷ２がＣＬＯＳＥとなり、この状態が時刻ｔ５まで続く。前記時刻ｔ２では、スイッチＳＷ２、ＳＷ１がともにＣＬＯＳＥの状態で、アレイ１１−１、アレイ１１−２がともに動作している状態になる。なお、時刻ｔ２は、アレイ１１−１上の半導体放射線検出素子２０に、ポラリゼーション現象が起きる前の所定時刻、例えば スイッチＳＷ１がＣＬＯＳＥになった後０〜３０分の範囲にある所定時刻に設定されている。
【００５２】
次に、時刻ｔ３では、スイッチＳＷ１のみがOPENの状態になり、この時にアレイ１１−１上の半導体放射線検出素子２０のバイアス電圧が０ボルトまたは０ボルト近傍の値となるが、もう片方のアレイ１１−２上の半導体放射線検出素子２０は、前述のように既に時刻ｔ２からバイアス電圧が印加されている状態である。したがって、これ以後はアレイ１１−２によって放射線が計測される。信号処理回路１３−２はその放射線検出信号を処理し、その処理結果である画像情報１１３−２を画像合成装置１１４へ出力する。
【００５３】
また、この画像合成装置１１４は、その画像情報１１３−２を前記アレイ１１−１からの画像情報１１３−１と合成し、画像表示装置１０５に出力画像１１５として画像表示する。ここで、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の開閉タイミングと画像合成装置１１４における画像情報１１３−1、１１３−２の切り替えタイミングは、画像表示制御用回路１１６によって図６に示すように、同期的に制御される。
【００５４】
その後、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間は、アレイ１１−１ではスイッチＳＷ１がＯＰＥＮであるためバイアス電圧が０ボルトまたは０ボルト近傍の値に保たれる。このため、アレイ１１‐１を構成する各半導体放射線検出素子２０に蓄積された空間電荷の解放が行われ、次にバイアス電圧を印加する時刻ｔ４までに、放射線検出機能を回復することとなる。
【００５５】
次に、時刻ｔ４になると、スイッチＳＷ１はＣＬＯＳＥの状態となり、アレイ１１−１上の半導体放射線検出素子２０にバイアス電圧が印加され、時刻ｔ５に至るまではアレイ１１−１、アレイ１１−２がともに動作している状態になる。この時刻ｔ４は、アレイ１１−２を構成する放射線検出素子２０でポラリゼーション現象が起きる前の所定時刻、例えばスイッチSW２がCLOSEになった後０〜3０分の範囲のある所定時刻に設定されている。
【００５６】
時刻ｔ５になると、スイッチＳＷ２のみがOPENになり、この時にアレイ１１−２を構成する半導体放射線検出素子２０のバイアス電圧が０ボルトまたは０ボルト近傍の値になるが、もう片方のアレイ１１−１上の半導体放射線検出素子２０はすでに時刻ｔ４からバイアス電圧が印加されている状態である。このため、時刻ｔ７まではアレイ１１−１によって放射線が計測される。
【００５７】
信号処理回路１３−１はその放射線検出信号を処理し、その処理によって得た画像情報１３−１を画像合成装置１１４へ出力する。この画像合成装置１１４はその画像情報１１３−１前記アレイ１１−２からの画像情報１１３−２と合成し、画像表示装置１０５に出力画像１１５として画像表示する。以下、前記同様の動作が各アレイ１１−１、１１−２のすべての半導体放射線検出素子２０について、順次かつ繰り返し実行される。
【００５８】
このように、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の交互の開閉制御および各アレイ１１−１、１１−２で取得した画像の合成制御を同期させることで、アレイ１１−１およびアレイ１１−２のいずれかが動作していることになる。従って、放射線測定中のポラリゼーション解消のための不感時間がなくなり、長時間連続的な放射線計測を行うことができる。
【００５９】
なお、前記タイミングチャートによる各時刻ｔ１〜ｔｎ、時間間隔は実際の使用環境（測定環境温度、使用する放射線強度、距離など）に応じて変更が可能である。
【００６０】
また、本実施の形態では、時刻ｔ１以後は、各アレイ１１−１、１１−２にバイアス電圧を印加するか否かに拘らず、信号処理回路１３−１および信号処理回路１３−２がともに連続して信号の読み出しを続ける動作となっている。
【００６１】
これに対し、バイアス電圧が印加されているアレイ１１−１、１１−２の一方側の信号処理回路のみ動作させ、もう片側の信号処理回路を停止させるように、各々がバイアス電圧印加用のスイッチＳＷ１、ＳＷ２の開閉と同期するような動作としてもよい。
【００６２】
例えば、図6において、時刻ｔ１からｔ３までは信号処理回路１３−１のみを動作させ、時刻ｔ２からｔ５までは信号処理回路１３−２のみを動作させる。
【００６３】
また、アレイ１１−１にバイアス電圧を印加し始める時刻ｔ１よりある一定の時間だけ早くまたは遅れて信号処理回路１３−１の動作を開始させるようにしてもよい。もう片側の信号処理回路１３−２についても同様である。これにより、各スイッチＳＷ１、ＳＷ２の切り替え時間の遅延または信号読み出し時間の遅延が生じた場合でも、信号処理時間をオーバーラップさせることで、検出データの取りこぼしを極力減らすことが可能になる。
【００６４】
図７（ａ）〜（ｄ）は前記半導体結晶２１の上下両面に形成される第２の電極２３のパターン例を示す。この第２の電極２３は、フォトリソグラフィー手法または機械的切削手法によって、図７（ａ）に示すように、素子の縦（または横）の１方向、または図７（ｂ）に示すように、縦横２方向に分割することにより、複数のピクセル電極Ｐ１、Ｐ２としたものである。
【００６５】
また、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように前記のピクセル電極Ｐ１、Ｐ２群の周辺部にガードリング電極Ｐ３を形成した導電パターンとしてもよい。これにより、半導体検出素子の側面を流れる漏れ電流を低減でき、ガードリングが形成されていない図７の（ａ）、（ｂ）の素子に比べてさらに１桁程度漏れ電流を低減することができる。このガードリング電極Ｐ３は素子の周辺部でなく、個々のピクセルの周辺部に形成してもよい。これにより個々のピクセル電極間を流れる漏れ電流を低減でき、素子全体の漏れ電流をさらに低減できる。
【００６６】
このように、第２の電極２３を複数のピクセル電極Ｐ１、Ｐ２に分割し、検出情報の多チャネル化を図ることで、半導体放射線検出器２０の空間分解能が向上し、放射線撮像装置Ａとして使用した場合、高い解像度の撮像画像が得られる。
【００６７】
図８は、本実施の形態による他の半導体放射線検出素子２０Ａを示す断面図である。この半導体放射線検出素子２０Ａは、第１の電極２２がフォトリソグラフィー手法または機械的切削手法により、図９に示す位置に形成された溝４３によって、２つの電極２２ａ、２２ｂに分割されたパターンを持つ。
【００６８】
従って、このような半導体放射検出素子２０Aを、基板１２上に一列に並置することによって、図１０に示すように、二列のアレイ１１−１、１１−２を同時に形成することができる。
【００６９】
この場合においても、第２の電極２３については、図７に示したものと同様に、フォトリソグラフィー手法または機械的切削手法によって、素子の縦または横の１方向、または縦横２方向に分割されてなる複数のピクセル電極Ｐ１、Ｐ２を有するものとすることができる。また、ピクセル電極Ｐ１、Ｐ２の周辺部はガードリング電極Ｐ３が形成された導電パターンとすることもできる。なお、このガードリング電極Ｐ３は素子の周辺部でなく、個々のピクセル電極Ｐ１、Ｐ２の周辺部に形成してもよい。
【００７０】
図１１は、第１の電極２２と図７（ａ）〜（ｂ）のようにピクセル状に分割されてなる第２の電極２３とを有する半導体放射線検出素子２０と、信号読出し用の集積回路を有する信号読出集積回路素子６４とを一体化した半導体放射線検出モジュール６０を示す。
【００７１】
この半導体放射線検出モジュール６０では、前記半導体放射線検出素子２０の第２の電極２３にバンプ６６を介して信号読み出し集積回路６４上の第３の電極６５が電気的、機械的に接続されている。そして、この半導体放射線検出モジュール６０の複数個が、例えば図1に示すように、基板１２上に２列に亘ってアレイ状に搭載される。このように半導体放射線検出素子２０と信号読出し用の集積回路を有する信号読出集積回路素子６４とをモジュール化することにより、前記半導体放射線検出素子２０内で生じた微小な電気信号の損失を抑え、信号処理することができる。さらに、前記第２の電極２３は、通常数百から数千以上のピクセル電極に分割されるため、各ピクセルからワイヤーなどを用いて信号を引き出す手法では、各ピクセルから信号処理回路への接続回路数が膨大になりコンパクト化が困難である。しかし、モジュール化によって、装置のコンパクト化が容易になるというメリットが得られる。
【００７２】
図１２は、図１１に示した半導体放射線検出モジュール６０の応用例である。この半導体放射線検出モジュール６０Ａでは、図８に示したものと同様に、第１の電極２２が溝４３によって電極２２ａ、２２ｂに分割されている。この場合において、第２の電極２３を図７に示すようなピクセル電極として構成してもよい。さらに、溝４３によって分割された電極２２ａ、２２ｂに対応するように第２のピクセル電極Ｐ２１、Ｐ２２を２組に分離し、図１３に示すように、これらの２組を数字「８」状のガードリング電極Ｐ４で囲むようにしてもよい。この場合には、例えば図１２の第１の電極２２を構成する電極２２ａと電極２２bの対向する側にピクセル電極Ｐ２１、Ｐ２２の各々が対応しているときには、電極２２ａにのみバイアスを印加した状態では、信号読み出しはピクセル電極Ｐ２１のエリアのみであるため、なるべくピクセル電極Ｐ２２のエリアは影響を受けないことが重要である。そこで、ピクセル電極Ｐ２１とピクセル電極Ｐ２２のエリアの境界にガードリング電極を形成することで、漏れ電流が互いに及ぼす影響を少なくし、安定して動作させることができる。というメリットが得られる。
【００７３】
以上詳述したように、本実施の形態では、第１の電極２２および第２の電極２３を半導体結晶の互いに対向する面にそれぞれ有する複数の半導体放射線検出素子２０が、基板１２上面に形成された導電パターン上に第２の電極２３を介して少なくとも２本のアレイ状に搭載され、複数の半導体放射線検出素子２０における第１の電極２２は各アレイ１１‐１、１１‐２ごとに電気的に共通接続されて、各一のスイッチＳＷ１、ＳＷ２を介してバイアス電源１５に電気的に接続されてなる半導体放射線検出装置Ａであって、前記バイアス電源１５からのバイアス電圧の各アレイ１１‐１、１１‐２に対する供給が、バイアス電圧供給中の一方のアレイを構成する半導体放射線検出素子２０のポラリゼーション現象発生前に他方のアレイにバイアス電圧を供給開始するように、前記スイッチＳＷ１、ＳＷ２の切り替えによって交互に行われるように構成したことで、所定のプログラム制御下で２つのアレイ１１‐１、１１‐２に対して交互にバイアス電圧のオンおよびオフを繰り返すこととなり、従って各半導体放射線検出素子２０内に蓄積された空間電荷を周期的に解放して、前記ポラリゼーション現象を解消しながら、不感時間なしに連続的に、放射線検出および計測の機能を果すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の半導体放射線検出素子は、半導体放射線器検出素子のポラリゼーションを解消するために生じる不感時間を減らし、長時間連続的に安定して放射線検出を実施することができるという効果を有し、半導体放射線検出素子を用いた半導体放射線検出装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施の形態による半導体放射線検出装置を示す構成図である。
【図２】図１における半導体放射線検出素子を示す断面図である。
【図３】図２における第１の電極および第２の電極のパターンを示す説明図である。
【図４】Ｘ線発生装置を含む半導体放射線検出装置の全体を示すブロック図である。
【図５】図４に示す半導体放射線検出装置の動作を示す説明図である。
【図６】図４に示す半導体放射線検出装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】図２における第２の電極の別のパターンを示す説明図である。
【図８】図１における半導体放射線検出素子の別の例を示す断面図である。
【図９】図８における第１の電極の別のパターンを示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態による半導体放射線検出装置を示す他の構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態による半導体放射線検出モジュールを示す断面図である。
【図１２】図１１における半導体放射線検出モジュールの他の例を示す断面図である。
【図１３】図１２における第２の電極のパターンを示す説明図である。
【符号の説明】
【００７６】
１２  基板
１３‐１、１３‐２  アレイ
１５  バイアス電源
１６  バイアス制御用回路
２１  半導体結晶
２２  第１の電極
２２ａ、２２ｂ  電極
２３  第２の電極
４３  溝
６０  半導体放射線検出モジュール
６４  信号読み出し様集積回路素子
６５  第３の電極
６６  バンプ
１００  放射線撮像装置
１０１  Ｘ線発生装置
１０２  半導体放射線検出素子
１０３  バイアス電圧印加回路
１０５  画像表示装置
１１４  画像合成装置
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ２１、Ｐ２２  ピクセル電極
Ｐ３、Ｐ４  ガードリング電極
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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