(57)【要約】【課題】光照射によって分割電極を備えた放射線検出器に発生する電界を安定化させることにより、感度変動のない放射線検出器を提供する。【解決手段】面発光プレート１１から光を照射することにより、放射線入射前の状態でも、光によって発生した電荷のうち一方が分割電極３間のスペースの領域にすでに溜まっている（符号Ａで示す）。したがって、半導体厚膜７中に点線矢印で示すように電気力線が歪み、有感面積は最初から（ａ＋ｂ）×（ｙ＋ｚ）となる。移動する電荷は、電気力線に沿って分割電極３に到達し、分割電極３間のスペースにさらに電荷が溜まることがないので、電気力線の状態も有感面積も変化せず感度変動は起こらない。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線有感な半導体の一方の側に共通電極を形成してバイアス電圧を印加し、他方の側に複数個の分割電極を形成して、放射線入射によって前記半導体内部に発生する電荷を、各々の分割電極から電気信号として取り出すことによって入射放射線の空間分布を検出する放射線検出器において、少なくとも放射線の検出中に光を照射する光照射機構を備えたことを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線検出器において、前記照射する光の波長が、使用する半導体のバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも短いことを特徴とする放射線検出器。
【請求項３】
請求項１に記載の放射線検出器において、照射する光の波長が、使用する半導体の透過率半減波長よりも短く、かつ、バンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長いことを特徴とする放射線検出器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出器において、前記半導体は、ノンドープのＳｅもしくはノンドープのＳｅ化合物のアモルファス体、ＡｓまたはＴｅをドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体、アルカリ金属をドープしたＳｅもしくはアルカリ金属をドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、ハロゲンをドープしたＳｅもしくはハロゲンをドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、Ａｓ、Ｔｅ、アルカリ金属、ハロゲンを組み合わせて複数ドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体のいずれかであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出器において、前記半導体は、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＴｌＢｒ、ＧａＡｓの化合物半導体のいずれかの多結晶体、またはハロゲンをドープした前記化合物半導体の多結晶体であることを特徴とする放射線検出器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の放射線検出器において、前記光照射機構は、面状導光手段と、その端部に取り付けられた線状発光手段とを備えていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項７】
請求項６に記載の放射線検出器において、前記面状導光手段は、光拡散シートと、光反射シートと、これらに挟持された透明板とを備え、前記光拡散シートを前記分割電極側に備えていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項８】
請求項６または７に記載の放射線検出器において、前記線状発光手段は、特定波長の光を直接的に放射する直接発光デバイスであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項９】
請求項６または７に記載の放射線検出器において、前記線状発光手段は、蛍光体と組み合わされて蛍光体に応じた特定波長の光を間接的に放射する間接発光デバイスであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１０】
請求項１から５のいずれかに記載の放射線検出器において、前記光照射機構は、面状発光手段を備えていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の放射線検出器において、前記面状発光手段は、特定波長の光を直接的に放射する直接発光デバイスを面状に配置してなることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の放射線検出器において、前記面状発光手段は、透明基板に直接的に形成されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１３】
請求項１０に記載の放射線検出器において、前記面状発光手段は、蛍光体と組み合わされて蛍光体に応じた特定波長の光を間接的に放射する間接発光デバイスであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の放射線検出器において、前記面状発光手段は、その発光面が基板であり、前記面状発光手段の上面に前記分割電極が形成され、さらにその上に前記半導体が形成されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１５】
放射線有感な半導体の一方の側に共通電極を形成してバイアス電圧を印加し、他方の側に複数個の分割電極を形成して、放射線入射によって前記半導体内部に発生する電荷を、各々の分割電極から電気信号として取り出すことによって入射放射線の空間分布を検出する放射線検出器において、少なくとも前記半導体と前記分割電極との間にキャリア選択性の中間層を形成するとともに、少なくとも放射線の検出中に前記中間層に光を照射する光照射機構を備えたことを特徴とする放射線検出器。
【請求項１６】
請求項１５に記載の放射線検出器において、前記照射する光の波長は、前記中間層の透過率半減波長よりも短いことを特徴とする放射線検出器。
【請求項１７】
請求項１６に記載の放射線検出器において、前記照射する光の波長は、前記中間層に対する透過率が１０％となる波長よりも短いことを特徴とする放射線検出器。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれかに記載の放射線検出器において、前記中間層は、ノンドープのＳｅもしくはノンドープのＳｅ化合物のアモルファス体、ＡｓまたはＴｅをドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体、アルカリ金属をドープしたＳｅもしくはアルカリ金属をドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、ハロゲンをドープしたＳｅもしくはハロゲンをドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、Ａｓ、Ｔｅ、アルカリ金属、ハロゲンを組み合わせて複数ドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体のいずれかであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１９】
請求項１５から１７のいずれかに記載の放射線検出器において、前記中間層は、Ｓｂ２Ｓ３、ＣｅＯ２、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＴｌＢｒ、ＧａＡｓの化合物半導体のいずれかの多結晶体、またはハロゲンをドープした前記化合物半導体の多結晶体、またはこれらの多結晶体を組み合わせて多層にしたもののいずれかであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２０】
請求項１８に記載の放射線検出器において、前記半導体は、ノンドープのＳｅもしくはノンドープのＳｅ化合物のアモルファス体、ＡｓまたはＴｅをドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体、アルカリ金属をドープしたＳｅもしくはアルカリ金属をドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、ハロゲンをドープしたＳｅもしくはハロゲンをドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、Ａｓ、Ｔｅ、アルカリ金属、ハロゲンを組み合わせて複数ドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体のうち、前記中間層とは異なるアモルファス体であることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２１】
請求項１９に記載の放射線検出器において、前記半導体は、ノンドープのＳｅもしくはノンドープのＳｅ化合物のアモルファス体、ＡｓまたはＴｅをドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体、アルカリ金属をドープしたＳｅもしくはアルカリ金属をドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、ハロゲンをドープしたＳｅもしくはハロゲンをドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、Ａｓ、Ｔｅ、アルカリ金属、ハロゲンを組み合わせて複数ドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体のいずれかであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２２】
請求項１９に記載の放射線検出器において、前記半導体は、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＴｌＢｒ、ＧａＡｓの化合物半導体のいずれかの多結晶体、またはハロゲンをドープした前記化合物半導体の多結晶体のうち、前記中間層とは異なる多結晶体であることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２３】
請求項１５に記載の放射線検出器において、少なくとも前記分割電極が形成される半導体表面に、前記半導体の透過率半減波長とバンドギャップエネルギーに対応する波長との間に透過限界波長を持つ材料を用いて、中間層を形成することを特徴とする放射線検出器。
【請求項２４】
請求項２３に記載の放射線検出器において、前記半導体は、ノンドープのＳｅもしくはノンドープのＳｅ化合物のアモルファス体、ＡｓまたはＴｅをドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体、アルカリ金属をドープしたＳｅもしくはアルカリ金属をドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、ハロゲンをドープしたＳｅもしくはハロゲンをドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、Ａｓ、Ｔｅ、アルカリ金属、ハロゲンを組み合わせて複数ドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体のいずれかであり、かつ、前記中間層は、Ｓｂ２Ｓ３、ＣｅＯ２、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＴｌＢｒ、ＧａＡｓの化合物半導体のいずれかの多結晶体、またはハロゲンをドープした前記化合物半導体の多結晶体、またはこれらの多結晶体を組み合わせて多層にしたもののいずれかであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２５】
請求項１５から２４のいずれかに記載の放射線検出器において、前記光照射機構は、面状導光手段と、その端部に取り付けられた線状発光手段とを備えていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２６】
請求項２５に記載の放射線検出器において、前記面状導光手段は、光拡散シートと、光反射シートと、これらに挟持された透明板とを備え、前記光拡散シートを前記分割電極側に備えていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２７】
請求項２５または２６に記載の放射線検出器において、前記線状発光手段は、特定波長の光を直接的に放射する直接発光デバイスであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２８】
請求項２５または２６に記載の放射線検出器において、前記線状発光手段は、蛍光体と組み合わされて蛍光体に応じた特定波長の光を間接的に放射する間接発光デバイスであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２９】
請求項１５から２４のいずれかに記載の放射線検出器において、前記光照射機構は、面状発光手段を備えていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３０】
請求項２９に記載の放射線検出器において、前記面状発光手段は、特定波長の光を直接的に放射する直接発光デバイスを面状に配置してなることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３１】
請求項２９または３０に記載の放射線検出器において、前記面状発光手段は、透明基板に直接的に形成されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３２】
請求項２９に記載の放射線検出器において、前記面状発光手段は、蛍光体と組み合わされて蛍光体に応じた特定波長の光を間接的に放射する間接発光デバイスであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３３】
請求項３２に記載の放射線検出器において、前記面状発光手段は、その発光面が基板であり、前記面状発光手段の上面に前記分割電極が形成され、さらにその上に前記中間層及び前記半導体が形成されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３４】
請求項１から３３のいずれかに記載の放射線検出器において、前記半導体は、透明基板上に薄膜トランジスタスイッチと、電荷蓄積コンデンサと、分割電極とが形成されたＴＦＴ基板上に形成されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３５】
請求項３４に記載の放射線検出器において、前記分割電極は、前記照射光の光の波長にて透明もしくは半透明であることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３６】
請求項１５から３３のいずれかに記載の放射線検出器において、前記半導体及び前記中間層は、透明基板上に薄膜トランジスタスイッチと、電荷蓄積コンデンサと、分割電極とが形成されたＴＦＴ基板上に形成されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３７】
請求項３６に記載の放射線検出器において、前記分割電極は、前記照射光の光の波長にて透明もしくは半透明であることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３８】
請求項１から３７のいずれかに記載の放射線検出器において、前記光照射機構は、オン／オフスイッチによって光照射が制御されることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３９】
請求項３８に記載の放射線検出器において、前記光照射機構の光照射は、制御部によって制御されることを特徴とする放射線検出器。
【請求項４０】
請求項３９に記載の放射線検出器は、前記制御部は、放射線の入射にかかわらず、連続的にまたはパルス的に光を照射するように前記光照射機構を制御することを特徴とする放射線検出器。
【請求項４１】
請求項３９に記載の放射線検出器において、前記制御部は、放射線の入射中にのみ光を照射するように前記光照射機構を制御することを特徴とする放射線検出器。
【請求項４２】
請求項３９に記載の放射線検出器において、前記制御部は、放射線の入射終了直後から次の入射開始までの間に光を照射するように前記光照射機構を制御することを特徴とする放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、医療分野、工業分野、原子力分野等の放射線の空間分布を計測するための放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線有感な半導体の一方の側に共通電極を形成してバイアス電圧を印加し、他方の側に複数個の分割電極を形成して、放射線入射によって前記半導体内部に発生する電荷を、各々の分割電極から電気信号として取り出すことによって入射放射線の空間分布を検出する放射線検出器の製造方法には、大きく分けて次の三通りの方法がある。
【０００３】
一に、予め分割電極を形成した基板に半導体膜を形成し、その上に共通電極を形成したもの、二に、予め共通電極を形成した基板に半導体膜を形成し、その上に分割電極を形成したもの、三に、半導体結晶基板の一方の面に共通電極を、他方の面に分割電極を形成したものである。
【０００４】
一のものは分割電極側に基板があり、後の二つの場合でも、一般的には、信号を処理するための電子回路基板に分割電極側を接続して使用する。よって、以上三つのいずれの場合においても分割電極側に基板があるため、従来の放射線検出器は、放射線を共通電極側から入射させて検出するものが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、上述した従来の放射線検出器では、分割電極間のスペースの領域に電界によって移動した電荷が掃き出される電極がなく、放射線によって発生した電荷が溜まりやすいという性質がある。その結果、電気力線が歪んで実効的な有感面積が変化し、感度が変動するという現象が起こる。また、その場合、放射線入射が停止したあとでも、分割電極間のスペースの領域に溜まった電荷が徐々に掃き出されて、残留出力が発生するという現象も起こるという問題がある。
【０００６】
さらに、電荷の掃き出しスピードよりも高レートの放射線が入射する場合には、分割電極を形成した領域にも電荷が溜まり、半導体中の電位プロファイルが歪んで分割電極近傍の電位が上昇する。特に、複数個の分割電極と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成された基板上にアモルファス・セレン（ａ−Ｓｅ）および共通電極を形成して、ＴＦＴのスイッチング動作によって信号を順次読み出す構造の場合、ａ−Ｓｅには高バイアスを印加して使用する必要があるため、分割電極近傍の電位上昇はＴＦＴのスイッチング動作に影響を及ぼす程度に大きくなる。その結果、読み取り動作が緩慢になる等の現象が起こり、感度変動や残留出力の原因となる。
【０００７】
以下、上記二つの現象について、それぞれ図１８、図１９を参照しながら具体的に説明する。なお、図１８および図１９は、従来例に係る放射線検出器の内部の様子を模式的に説明した断面図である。
【０００８】
図１８（ａ）は放射線入射前の状態を表す模式図であり、半導体厚膜５１内を電気力線が全て平行に走り、分割電極５３の幅をａ、奥行き方向の長さをｙとすると、有感面積はａ×ｙとなる。この状態から放射線が入射した場合を表す模式図が図１８（ｂ）である。分割電極５３間のスペースの領域で発生した電荷（電子・正孔）のうち、分割電極５３側に移動する電荷（図１８（ｂ）の場合は正孔）は、掃き出されるべき電極がないので、半導体厚膜５１表面付近で捕獲され滞留する（符号５５）。こうして徐々に正孔が溜まっていき、半導体厚膜５１内の電気力線が歪んでしまう。この場合の有感面積は、分割電極５３間のスペースの幅をｂ（奥行き方向のスペース幅をｚ）とすると、（ａ＋ｂ）×（ｙ＋ｚ）となる。よって、分割電極５３間のスペースの領域に電荷が溜まってしまうまでの間、感度がａ×ｙから（ａ＋ｂ）×（ｙ＋ｚ）まで変動（増加）していくことになる。
【０００９】
また、複数個の分割電極６１と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）スイッチが形成された基板６３上にアモルファス・セレン（ａ−Ｓｅ）６５および共通電極６７を形成して、ＴＦＴスイッチのスイッチング動作によって信号を順次読み出す構造の場合が図１９である。なお、アモルファス・セレンの厚みをｄで表している。放射線入射前の模式図に示すように図１９（ａ）では、分割電極６１近傍の電位は十分小さい。しかし、電荷の掃き出しスピードよりも高レートの放射線が入射すると、分割電極６１近傍に電荷が溜まり、図１９（ｂ）に示すように、電位プロファイルが歪んで分割電極６１近傍の電位が上昇する。アモルファス・セレンの場合は高バイアスを印加して使用する必要があるため、電位上昇はＴＦＴスイッチを誤動作させるに十分な値となり、読み取り動作が緩慢になる等の現象が起こって、感度変動や残留出力を引き起こす。
【００１０】
上述したような感度変動が生じると、定量的な放射線検出ができないだけでなく、動画像検出器として使用する場合、徐々に輝度が変化していく現象や、入射する放射線量によって感度変動のカーブが異なるために、前フレームの画像が残像として残るといった現象が起こる。
【００１１】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光照射によって分割電極を備えた放射線検出器に発生する電界を安定化させることにより、感度変動のない放射線検出器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
【００１３】
すなわち、請求項１に記載の発明は、放射線有感な半導体の一方の側に共通電極を形成してバイアス電圧を印加し、他方の側に複数個の分割電極を形成して、放射線入射によって前記半導体内部に発生する電荷を、各々の分割電極から電気信号として取り出すことによって入射放射線の空間分布を検出する放射線検出器において、少なくとも放射線の検出中に光を照射する光照射機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
（作用・効果）この発明の放射線検出器の場合、分割電極側に光を照射する光照射機構を有し、放射線の検出動作中は光を照射することにより、放射線入射前の状態でも図２に示すように、光によって発生した電荷のうち一方（共通電極９に正バイアスを印加する場合は正孔）が分割電極３間のスペースの領域にすでに溜まっている。したがって、電気力線が歪み、有感面積は最初から（ａ＋ｂ）×（ｙ＋ｚ）となる。この状態で放射線が入射しても、図３に示すように分割電極３間のスペースの領域で発生した電荷のうち、分割電極３側に移動する電荷は、電気力線に沿って分割電極３に到達し、分割電極３間のスペースにさらに電荷が溜まることがないので、電気力線の状態も有感面積も変化せず、感度変動は起こらない。また、放射線入射が停止した後にまで光の照射を継続すると、分割電極３間のスペースの領域に溜まった電荷が徐々に掃き出されていくことはなく、残留出力は発生しない。
【００１５】
なお、ここでいう光を照射するとは、放射線の検出中は光を照射し続けたり、断続的に光を照射したりする等、光照射による本発明の作用を奏する照射形態を含むものである。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放射線検出器において、前記照射する光の波長が、使用する半導体のバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも短いことを特徴とするものである。
【００１７】
（作用・効果）照射する光の波長が、使用する半導体のバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも短いため、照射光が半導体内部にまで侵入することはなく、分割電極を形成した側の極近傍だけに作用するため、光によって発生する電荷が溜まる領域が分割電極を形成した側の極近傍だけに限定されるため、不感領域を低減することができる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の放射線検出器において、照射する光の波長が、使用する半導体の透過率半減波長よりも短く、かつ、バンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長いことを特徴とするものである。
【００１９】
（作用・効果）照射する光の波長が、使用する半導体の透過率半減波長よりも短く、かつ、バンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長いため、照射光が一部半導体内部深くにまで侵入して不感領域が広がるが、逆に、バンドギャップエネルギーよりも照射光のエネルギーが小さいため、照射光による半導体の損傷（結晶欠陥の発生）や、照射光自体による電荷検出に起因する暗電流の増加はなくなる。照射光による半導体の損傷作用は、アモルファス・セレン（ａ−Ｓｅ）のようなアモルファス半導体において大きいため、アモルファス半導体を用いた放射線検出器では、本請求項は特に有効である。
【００２０】
また、前記半導体は、ノンドープのＳｅもしくはノンドープのＳｅ化合物のアモルファス体、ＡｓまたはＴｅをドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体、アルカリ金属をドープしたＳｅもしくはアルカリ金属をドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、ハロゲンをドープしたＳｅもしくはハロゲンをドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、Ａｓ、Ｔｅ、アルカリ金属、ハロゲンを組み合わせて複数ドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体のいずれかであることが好ましい（請求項４）。
【００２１】
また、前記半導体は、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＴｌＢｒ、ＧａＡｓの化合物半導体のいずれかの多結晶体、またはハロゲンをドープした前記化合物半導体の多結晶体であることが好ましい（請求項５）。
【００２２】
また、前記光照射機構は、面状導光手段と、その端部に取り付けられた線状発光手段とを備えていることが好ましく（請求項６，２５）、前記面状導光手段は、光拡散シートと、光反射シートと、これらに挟持された透明板とを備え、前記光拡散シートを前記分割電極側に備えていることが好ましい（請求項７，２６）。
【００２３】
また、前記線状発光手段は、特定波長の光を直接的に放射する直接発光デバイスや（請求項８，２７）、蛍光体と組み合わされて蛍光体に応じた特定波長の光を間接的に放射する間接発光デバイスであることが好ましい（請求項９，２８）。
【００２４】
また、前記光照射機構は、面状発光手段を備えていることが好ましく（請求項１０）、面状発光手段としては、特定波長の光を直接的に放射する直接発光デバイスを面状に配置してなることが好ましい（請求項１１）。また、面状発光手段は、透明基板に直接的に形成されていることが好ましい（請求項１２）。さらに、面状発光手段は、蛍光体と組み合わされて蛍光体に応じた特定波長の光を間接的に放射する間接発光デバイスであることが好ましく（請求項１３）、また、その発光面が基板であり、前記面状発光手段の上面に前記分割電極が形成され、さらにその上に前記半導体が形成されていることが好ましい（請求項１４）。
【００２５】
また、請求項１５に記載の発明は、放射線有感な半導体の一方の側に共通電極を形成してバイアス電圧を印加し、他方の側に複数個の分割電極を形成して、放射線入射によって前記半導体内部に発生する電荷を、各々の分割電極から電気信号として取り出すことによって入射放射線の空間分布を検出する放射線検出器において、少なくとも前記半導体と前記分割電極との間にキャリア選択性の中間層を形成するとともに、少なくとも放射線の検出中に前記中間層に光を照射する光照射機構を備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
このように中間層を備えた構成であっても、上述した請求項１の発明と同様の作用・効果を奏する。
【００２７】
また、前記照射する光の波長は、前記中間層の透過率半減波長よりも短いことが好ましく（請求項１６）、より好ましくは、前記中間層に対する透過率が１０％となる波長よりも短い（請求項１７）。
【００２８】
（作用・効果）半導体層よりも中間層の方が欠陥が多くて電荷が溜まりやすい場合には、中間層内部にのみ電界の曲がりが生ずる。したがって、分割電極側に中間層がある場合も、分割電極側から中間層へ光を照射することによって、分割電極間のスペース領域に溜まる電荷の影響で感度変動や残留出力が発生することはなくなる。また、照射する光の波長を中間層の透過率半減波長よりも短くすることで、中間層によって大部分の照射光が吸収されるので、半導体にまで到達する照射光を少なくできる。したがって、中間層による暗電流の抑制に加えて、照射光に起因する半導体における暗電流をより抑制することができる。
【００２９】
また、前記中間層は、ノンドープのＳｅもしくはノンドープのＳｅ化合物のアモルファス体、ＡｓまたはＴｅをドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体、アルカリ金属をドープしたＳｅもしくはアルカリ金属をドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、ハロゲンをドープしたＳｅもしくはハロゲンをドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、Ａｓ、Ｔｅ、アルカリ金属、ハロゲンを組み合わせて複数ドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体のいずれかであることが好ましい（請求項１８）。
【００３０】
また、前記中間層は、Ｓｂ２Ｓ３、ＣｅＯ２、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＴｌＢｒ、ＧａＡｓの化合物半導体のいずれかの多結晶体、またはハロゲンをドープした前記化合物半導体の多結晶体、またはこれらの多結晶体を組み合わせて多層にしたもののいずれかであることが好ましい（請求項１９）。
【００３１】
また、前記半導体は、ノンドープのＳｅもしくはノンドープのＳｅ化合物のアモルファス体、ＡｓまたはＴｅをドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体、アルカリ金属をドープしたＳｅもしくはアルカリ金属をドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、ハロゲンをドープしたＳｅもしくはハロゲンをドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、Ａｓ、Ｔｅ、アルカリ金属、ハロゲンを組み合わせて複数ドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体のうち、前記中間層とは異なるアモルファス体であることが好ましい（請求項２０）。
【００３２】
また、前記半導体は、ノンドープのＳｅもしくはノンドープのＳｅ化合物のアモルファス体、ＡｓまたはＴｅをドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体、アルカリ金属をドープしたＳｅもしくはアルカリ金属をドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、ハロゲンをドープしたＳｅもしくはハロゲンをドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、Ａｓ、Ｔｅ、アルカリ金属、ハロゲンを組み合わせて複数ドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体のいずれかであることが好ましく（請求項２１）、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＴｌＢｒ、ＧａＡｓの化合物半導体のいずれかの多結晶体、またはハロゲンをドープした前記化合物半導体の多結晶体のうち、前記中間層とは異なる多結晶体であることが好ましい（請求項２２）。
【００３３】
（作用・効果）中間層を設けるのは、キャリア選択性を利用して暗電流を低減するためである。なお、ここでいうキャリア選択性とは、半導体中の電荷移動媒体（キャリア）である電子と正孔とで、電荷移動作用への寄与率が著しくことなる性質のことをいう。
【００３４】
キャリア選択性の大きい材料としては、例えば、電子の寄与が大きいものとしてｎ型半導体であるＣｅＯ２、ＣｄＳ、ＣｄＳｅのような多結晶体や、アルカリ金属や、Ａｓ、Ｔｅをドープして正孔の寄与を低下させたアモルファスＳｅ等のアモルファス体がある。
【００３５】
また、正孔の寄与が大きいものとしては、ｐ型半導体であるＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳのような多結晶体や、ハロゲンをドープして電子の寄与率を低下させたアモルファスＳｅ等のアモルファス体がある。
【００３６】
さらに、Ｓｂ２Ｓ３、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＴｌＢｒや、ノンドープのアモルファスＳｅまたはＳｅ化合物のように、成膜条件によって電子の寄与が大きくなったり、正孔の寄与が大きくなったりするものもある。
【００３７】
中間層と半導体層がともにアモルファス体である場合には、例えば、次のような組み合わせが考えられる。
【００３８】
すなわち、共通電極に正バイアスを印加する場合には、分割電極側の中間層に正孔の寄与率が大きいアモルファス体を使用する。これにより、分割電極からの電子の注入が阻止され、暗電流を低減することができる。この場合、共通電極側にも電子の寄与が大きい中間層を設けることで、共通電極からの正孔の注入も阻止でき、さらに暗電流を低減することができる。
【００３９】
また、共通電極に負バイアスを印加する場合は、分割電極側の中間層に電子の寄与が大きいアモルファス体を使用する。これにより、分割電極からの正孔の注入が阻止され、暗電流を低減することができる。この場合、共通電極側にも正孔の寄与が大きい中間層を設けることで、共通電極からの電子の注入も阻止することができ、さらに暗電流を低減することができる。
【００４０】
また、半導体層がアモルファス体で、かつ中間層が多結晶体ある場合には、例えば、次のような組み合わせが考えられる。
【００４１】
共通電極に正バイアスを印加する場合は、分割電極側の中間層に正孔の寄与が大きい多結晶体を使用する。また、共通電極に負バイアスを印加する場合は、分割電極側の中間層に電子の寄与が大きい多結晶体を使用する。これらの場合、共通電極側に中間層を設けることで、さらに暗電流を低減することができる。
【００４２】
また、中間層と半導体層がともに多結晶体である場合には、例えば、次のような組み合わせが考えられる。
【００４３】
共通電極に正バイアスを印加する場合は、分割電極側の中間層に正孔の寄与が大きい多結晶体を使用する。また、共通電極側に負バイアスを印加する場合は、分割電極側の中間層に電子の寄与が大きい多結晶体を使用する。これらの場合も、共通電極側に中間層を設けることで、さらに暗電流を低減することができる。
【００４４】
また、前記分割電極を形成する半導体表面に、前記半導体の透過率半減波長とバンドギャップエネルギーに対応する波長との間に透過限界波長を持つ材料を用いて、中間層を形成することが好ましい（請求項２３）。
【００４５】
（作用・効果）分割電極を形成する半導体表面に、前記半導体の透過率半減波長とバンドギャップエネルギーに対応する波長との間に透過限界波長を持つ材料を用いて、中間層を形成するため、フィルター効果によって、照射光の波長を限定せずとも、請求項３の効果を得ることができる。
【００４６】
また、前記半導体は、ノンドープのＳｅもしくはノンドープのＳｅ化合物のアモルファス体、ＡｓまたはＴｅをドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体、アルカリ金属をドープしたＳｅもしくはアルカリ金属をドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、ハロゲンをドープしたＳｅもしくはハロゲンをドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、Ａｓ、Ｔｅ、アルカリ金属、ハロゲンを組み合わせて複数ドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体のいずれかであり、かつ、前記中間層は、Ｓｂ２Ｓ３、ＣｅＯ２、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＴｌＢｒ、ＧａＡｓの化合物半導体のいずれかの多結晶体、またはハロゲンをドープした前記化合物半導体の多結晶体、またはこれらの多結晶体を組み合わせて多層にしたもののいずれかであることが好ましい（請求項２４）。
【００４７】
また、前記半導体は、透明基板上に薄膜トランジスタスイッチと、電荷蓄積コンデンサと、分割電極とが形成されたＴＦＴ基板上に形成されていることが好ましく（請求項３４）、前記半導体及び前記中間層は、透明基板上に薄膜トランジスタスイッチと、電荷蓄積コンデンサと、分割電極とが形成されたＴＦＴ基板上に形成されていることが好ましい（請求項３６）。
【００４８】
また、前記分割電極は、前記照射光の光の波長にて透明もしくは半透明であることが好ましい（請求項３５，３７）。
【００４９】
（作用・効果）分割電極は透明もしくは半透明であるので、照射光は分割電極間のスペース領域だけでなく、分割電極形成領域にも照射されるため、電荷の掃き出しスピードよりも高レートの放射線が入射して分割電極近傍に電荷が一旦溜まっても、照射光のエネルギーによってすぐにまた励起されて運動エネルギーを与えられるので、電位プロファイルが歪むことはなく、分割電極の近傍の電位は上昇しない。よって、高バイアスを印加して使用する必要があるａ−Ｓｅの場合でも、ＴＦＴスイッチは正常な動作を維持できる。
【００５０】
また、前記光照射機構は、オン／オフスイッチによって光照射が制御されることが好ましく（請求項３８）、前記光照射機構の光照射は、制御部によって制御されることが好ましい（請求項３９）。
【００５１】
また、前記制御部は、放射線の入射にかかわらず、連続的にまたはパルス的に光を照射するように前記光照射機構を制御したり（請求項４０）、放射線の入射中にのみ光を照射するように前記光照射機構を制御したり（請求項４１）、放射線の入射終了直後から次の入射開始までの間に光を照射するように前記光照射機構を制御したりすることが好ましい（請求項４２）。
【００５２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、以下図面を参照しながら説明する。
図１から図５を参照して放射線検出器の一例について説明する。なお、図１は放射線検出器の概略断面図であり、図２は放射線検出器の第１の作用を説明する図であって、放射線入射前の状態を示す模式図であり、図３は放射線入射中の状態を示す模式図であり、図４はバンドギャップに対応する波長よりも短い波長の光を照射した状態を示す模式図であり、図５は放射線検出器の第２の作用を説明する図である。
【００５３】
本実施形態の放射線検出器は、図１に示すように、ガラス基板等の透明な絶縁性基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）スイッチ、電荷蓄積コンデンサ、および分割電極３が形成されたＴＦＴ基板５上に、アモルファス・セレン（ａ−Ｓｅ）半導体厚膜７が形成され、ａ−Ｓｅ半導体厚膜７の上面には、電圧印加用の共通電極９が形成されている。ＴＦＴ基板５の分割電極３側である裏面には、ピーク発光波長が５７０ｎｍ位の緑色発光ダイオードを内部に面実装した面発光プレート１１が透明な接着剤によって取付けられている。この面発光プレート１１は、放射線検出動作の間中、ＴＦＴ基板５を通してａ−Ｓｅ半導体厚膜７の分割電極３側に均一に光を照射することができる。なお、上記ＴＦＴ基板５や上記接着剤は、面発光プレート１１から発光される光の波長において透明であればよい。
【００５４】
面発光プレート１１による光照射は、信号処理回路１３およびゲートドライバ１５によって電荷が電気信号として読み出される間中は少なくとも継続されるようになっている。
【００５５】
なお、上述した面発光プレート１１がこの発明における光照射機構に相当する。
【００５６】
このように構成された放射線検出器では、面発光プレート１１から光を照射することにより、放射線入射前の状態でも図２に示すように、光によって発生した電荷のうち一方（共通電極９に正バイアスを印加する場合は正孔）が分割電極３間のスペースの領域にすでに溜まっている（符号Ａで示す）。したがって、半導体厚膜７中に点線矢印で示すように電気力線が歪み、有感面積は最初から（ａ＋ｂ）×（ｙ＋ｚ）となる。
【００５７】
この状態で放射線が入射しても、図３に示すように分割電極３間のスペースの領域で発生した電荷（電子・正孔）のうち、分割電極３側に移動する電荷（図１の構成の場合は正孔）は、電気力線に沿って分割電極３に到達し、分割電極３間のスペースにさらに電荷が溜まることがないので、電気力線の状態も有感面積も変化せず、感度変動は起こらない。また、放射線入射が停止したあとでも面発光プレート１１からの光の照射を継続すると、分割電極３間のスペースの領域に溜まった電荷が徐々に掃き出されていくことはなく、残留出力は発生しない。
【００５８】
また、面発光プレート１１内の発光ダイオード素子の発光波長を選択すれば、請求項２または請求項３に記載の発明を実施できる。
【００５９】
例えば、半導体に１ｍｍ厚のアモルファス・セレン（ａ−Ｓｅ）を使用する場合、透過率半減波長は７４０ｎｍ、バンドギャップエネルギー２．２ｅＶに対応する波長は５６０ｎｍであるので、ピーク発光波長が４５０ｎｍ位の青色発光ダイオードを使用すれば、バンドギャップエネルギー２．２ｅＶに対応する波長よりも短い波長の光を照射できる。
【００６０】
このように照射する光の波長を、使用する半導体のバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも短いものにすると、図４に示すように、照射光が半導体内部奥にまで侵入することはなく、浅い位置（図中の符号ｄｐ）までしか侵入しない。したがって、分割電極３を形成した側の極近傍だけに作用するため、光によって発生する電荷が溜まる領域が分割電極３を形成した側の極近傍だけに限定され、不感領域を低減することができる。
【００６１】
なお、上記の面発光プレート１１に代えて、後述するように冷陰極管（２５）と蛍光体とを採用してもよい。
【００６２】
また、ピーク発光波長が５９０ｎｍ位の黄色発光ダイオードやピーク発光波長が６３０ｎｍ位の赤色発光ダイオードを使用すれば、透過率半減波長よりも短く、かつ、バンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長い波長の光を照射することができる。
【００６３】
このように照射する光の波長を、使用する半導体の透過率半減波長よりも短く、かつ、バンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長くすると、照射光が一部半導体内部深くにまで侵入して不感領域が広がるが、逆に、バンドギャップエネルギーよりも照射光のエネルギーが小さいため、照射光による半導体の損傷（結晶欠陥の発生）や、照射光自体による電荷検出に起因する暗電流の増加はなくなる。照射光による半導体の損傷作用は、アモルファス・セレン（ａ−Ｓｅ）のようなアモルファス半導体において大きいため、アモルファス半導体を用いた放射線検出器では請求項３は特に有効である。
【００６４】
なお、分割電極３をＩＴＯ等の透明もしくは半透明電極にした場合、照射光は分割電極３間のスペース領域だけでなく、分割電極３自体を通してその形成領域（上部）にも照射されるため、電荷の掃き出しスピードよりも高レートの放射線が入射して分割電極近傍に電荷が一旦溜まっても、図５に示すように照射光のエネルギーによってすぐにまた励起されて運動エネルギーを与えられるので、電位プロファイルが歪むことはなく、分割電極３近傍の電位は上昇しない。よって、高バイアスを印加して使用する必要があるａ−Ｓｅの場合でも、ＴＦＴスイッチ８は正常な動作を維持できる。なお、分割電極３が透明とは、少なくとも照射される光の波長において透明であればよい。
【００６５】
ここで、上述した半導体厚膜７の好適な材料を例示する。
アモルファス体としては、ノンドープのＳｅもしくはノンドープのＳｅ化合物のアモルファス体、ＡｓまたはＴｅなどをドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体、ＮａやＫ，Ｌｉなどのアルカリ金属をドープしたＳｅもしくはアルカリ金属をドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、ＦやＣｌなどのハロゲンをドープしたＳｅもしくはＦやＣｌなどのハロゲンをドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、Ａｓ、Ｔｅ、ＮａやＫ，Ｌｉなどのアルカリ金属、ＦやＣｌなどのハロゲンを組み合わせて複数ドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体などが挙げられる。
【００６６】
上記例のうち、不純物をドープした場合にはキャリア移動度などの輸送特性が大きくなる利点がある。また、高温におけるアモルファス体の結晶化を防止でき、耐環境性を高める効果がある。
【００６７】
多結晶体としては、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＴｌＢｒ、ＧａＡｓなどの化合物半導体のいずれかの多結晶体、またはＦやＣｌなどのハロゲンをドープした前記化合物半導体の多結晶体が挙げられる。
【００６８】
なお、図１に示すように、撮影者等によって動作されるオン／オフスイッチ１６Ａと、この指示に基づいて面発光プレート１１に発光に要する電力を供給する電源１６Ｂとを備え、放射線の検出中に光を手動で継続的に照射させたり、断続的に照射させたりするように構成してもよい。
【００６９】
また、制御部１６Ｃを備え、上述したように、電源１６Ｂ内のオン／オフスイッチ（図示省略）を制御して光照射を自動的に制御するように構成してもよい。制御としては、電源１６Ｂを制御するのに代えて、照射光を機械的に遮断するシャッター膜などの開閉を行うようにしてもよい。
【００７０】
制御部１６Ｃによる光照射の制御例について、図６〜図８を参照して説明する。ここでは、以下に説明するように、それぞれ異なる三つの制御形態を示す。なお、図６〜図８は、検出動作中における光照射の各制御例を示すタイミングチャートである。
【００７１】
図６を参照する。
この例では、制御部１６Ｃが信号処理回路１３を介して検出動作を行いつつ、その間の２区間Ｔ１，Ｔ２においてそれぞれ放射線を照射する。そして、検出動作中を含む区間Ｔ３において連続的にまたはパルス的に光を照射するように、電源１６Ｂ内のオン／オフスイッチを制御する。特にパルス的に制御する場合、電荷の変動の応答性よりも短い間隔のパルスで光を照射すれば、電荷の効果を損なうことなく、光による暗電流成分の増加を抑制することができる。
【００７２】
図７を参照する。
制御部１６Ｃは、信号処理回路１３による検出動作中に、２区間Ｔ１，Ｔ２においてそれぞれ放射線を照射する。そして、検出動作中を含み、放射線の照射区間Ｔ１，Ｔ２に対応する区間Ｔ４，Ｔ５においてのみ電源１６Ｂ内のオン／オフスイッチをオンに制御する。このように光照射を制御すると、残留出力を低減させることはできないが、感度変動を低減させることができる。また、放射線が入射していないときの光による暗電流成分の増加を抑制することができる。
【００７３】
図８を参照する。
この場合、制御部１６Ｃは、信号処理回路１３を介した検出動作中に、２区間Ｔ１，Ｔ２において各々放射線を照射する。そして、検出動作中を含み、放射線の照射区間Ｔ１，Ｔ２の直後に対応する区間Ｔ６，Ｔ７においてのみ電源１６Ｂ内のオン／オフスイッチをオンにする。換言すると、放射線の入射直後から次の入射開始までの間に光を照射するように制御する。このように制御することにより、感度変動は低減しないが、残留出力を低減する効果を奏する。また、放射線の入射時の光による暗電流成分の増加を抑制することができる。
【００７４】
次に、本実施形態の放射線検出器の変形実施例について、図９を参照しながら説明する。なお、図９は変形実施例であるＸ線検出器の概略構成を示す縦断面図である。
【００７５】
図９に示すように、ガラス基板等の透明な絶縁性の基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）スイッチ１７、電荷蓄積コンデンサ１９、および分割電極３が形成されたＴＦＴ基板５上に、厚さ１μｍの三硫化二アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）薄膜からなる中間層２１が形成され、その上にアモルファス・セレン（ａ−Ｓｅ）半導体厚膜７と、ａ−Ｓｅ半導体厚膜７の上面に、電圧印加用の共通電極９が形成されている。
【００７６】
なお、ここでいう中間層２１は、キャリア選択性を有する層であり、暗電流を抑制する等の効果を有する。キャリア選択性とは、半導体中の電荷移動媒体（キャリア）である電子と正孔とで、電荷移動作用への寄与率が著しくことなる性質のことをいう。
【００７７】
例えば、電子の寄与が大きいものとしては、ｎ型半導体であるＣｅＯ２、ＣｄＳ、ＣｄＳｅのような多結晶体や、アルカリ金属や、Ａｓ、Ｔｅをドープして正孔の寄与を低下させたアモルファスＳｅ等のアモルファス体がある。また、正孔の寄与が大きいものとしては、ｐ型半導体であるＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳのような多結晶体や、ハロゲンをドープして電子の寄与率を低下させたアモルファスＳｅ等のアモルファス体がある。
【００７８】
さらに、Ｓｂ２Ｓ３、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＴｌＢｒや、ノンドープのアモルファスＳｅまたはＳｅ化合物のように、成膜条件によって電子の寄与が大きくなったり、正孔の寄与が大きくなったりするものもある。
【００７９】
ＴＦＴ基板５の共通電極９側にあたる裏面には、アクリル板の表面を微細加工した導光板２３が透明な接着剤などによって取付けられており、導光板２３の端面には白色光源である冷陰極管２５が取付けられている。この発明の光照射機構及び面状発光手段に相当する導光板２３および冷陰極管２５は、放射線検出動作の間中、ＴＦＴ基板５を通してａ−Ｓｅ半導体厚膜７の、中間層２１が形成されている分割電極３側に均一に光を照射することができる。また、冷陰極管２５は、この発明における線状発光手段に相当する。
【００８０】
この場合、図１０の模式図に示すように、半導体厚膜７よりも中間層２１の方が欠陥が多くて電荷Ａが溜まりやすい場合には、中間層２１の内部にのみ電界の曲がりが生ずる。したがって、分割電極３側に中間層２１がある場合も、分割電極３側から中間層２１へ光を照射することによって、中間層２１の分割電極３間のスペースの領域に溜まる電荷の影響で感度変動や残留出力が発生することはなくなる。
【００８１】
なお、上記の冷陰極管２５と、後述するように好適な特定波長の光を発する蛍光体とを組み合わせて間接的に発光する間接発光デバイスを構成してもよい。この場合、冷陰極管２５（電界放出管）に代えて、白熱管やガス放電管を採用してもよい。ガス放電管としては、例えば、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）やフィールドエミッションディスプレイパネル（ＦＥＤＰ）が挙げられる。
【００８２】
上記の導光板２３は、次のような構成であってもよい。なお、図１１は、導光板の構成例を示す一部拡大縦断面図である。
【００８３】
導光板２３は、例えば、表面を微細加工した透明板２３ａと、光拡散シート２３ｂと、光反射シート２３ｃとを備え、分割電極３側に位置する透明板２３ａの一方面に光拡散シート２３ｂを被着し、他方面に光反射シート２３ｃを被着して構成されている。透明板２３ａとしては、例えば、ガラス板やアクリル板を採用可能である。
【００８４】
このように構成することにより、光源からの光が光反射シート２３ｃによって透明板２３ａ側に反射されるので、光の利用効率を高めることができる。また、光拡散シート２３ｂによって光が拡散されるので、均一に光を照射させることができる。
【００８５】
また、波長としては、中間層２１の透過率半減波長よりも短くすることにより、照射光の大部分を中間層２１にのみ照射させることができる。次に説明する実験結果に基づき、より好ましくは中間層２１に対する透過率が１０％となる波長よりも短くすることによって、さらに中間層２１に対して集中的に光照射することができる。換言すると、半導体厚膜７には光が到達しないようにできる。その結果、光照射に起因する半導体厚膜７での暗電流増加の悪影響をなくすことができる。
【００８６】
中間層２１に対する透過率が１０％となる波長とは、例えば、中間層２１にアモルファス・セレン（ａ−Ｓｅ）を使用する場合、図１２から波長７１０ｎｍ程度である。また、中間層２１に三硫化二アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）薄膜を用いた場合には、６６０ｎｍ程度である。
【００８７】
ここで図１３，１４を参照して、上記波長が好適であることの根拠について説明する。なお、図１３は、種々の波長の光を照射した場合における応答特性の立ち上がり部分を拡大したグラフであり、図１４は応答特性の立ち下がり部分を拡大したグラフである。
【００８８】
この応答特性は、後述する実施例と同一の条件（厚さ１μｍの中間層Ｓｂ２Ｓ３薄膜２１を形成）で、緑以外の波長の面発光ダイオードと、赤外光源を用いて応答特性を測定したものである。実験に用いた発光ダイオード及び赤外光源の仕様は、次のとおりである。
【００８９】
2004146769.tif 000003
【００９０】
両グラフから明らかなように、赤色光（図中の符号Ｒ）では、感度変動、残留電荷の低減効果が弱いことが分かる。さらに、赤外光（図中の符号ＩＲ）では、残留電荷の低減効果がほとんどないだけでなく、立ち上がり時に感度が低下していくという副作用も現れている。これにより、中間層２１を透過する長波長の光は、改善効果が得られないだけでなく、逆に悪影響を及ぼすことがわかる。したがって、少なくとも中間層２１が三硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）の場合には、その透過率半減波長である７４０ｎｍよりも短い波長の光を照射するのが好ましい。
【００９１】
また、赤色光よりも波長の短い青色光（図中の符号Ｂ）、緑色光（図中の符号Ｇ）の方が、感度変動、残留電荷の低減効果が顕著であることもわかる。これにより、中間層２１を透過しない短波長の光の方がより好ましいことがわかる。したがって、これらの結果より、少なくとも中間層２１が三硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）の場合には、透過率が１０％となる波長（６６０ｎｍ）より短波長の光がより好ましいことが分かる。
【００９２】
本実施形態の放射線検出器と、その変形実施例は、共通電極９にバイアス電圧を印加し、照射光を照射した状態で動作させ、放射線入射によって半導体厚膜７内部に発生する電荷（電子・正孔）が、それぞれ両電極方向に移動することによって誘起される電荷を、分割電極３を介して接続されたＴＦＴ基板５上の電荷蓄積コンデンサ１９に一旦蓄積し、外部から制御された読み出しタイミングに応じて、ゲートドライバ１５からオン信号が送り込まれて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）スイッチ１７がオン（接続）となり、蓄積電荷が放射線検出信号として外部接続された信号処理回路１３に逐次送り出されて、２次元の放射線像を得る構成になっている。
【００９３】
ここで、上記中間層２１の好適な材料を例示する。なお、半導体厚膜７の好適な材料は、上述した通りである。
アモルファス体としては、ノンドープのＳｅもしくはノンドープのＳｅ化合物のアモルファス体、ＡｓまたはＴｅなどをドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体、ＮａやＫ，Ｌｉなどのアルカリ金属をドープしたＳｅもしくはアルカリ金属をドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、ＦやＣｌなどのハロゲンをドープしたＳｅもしくはＦやＣｌなどのハロゲンをドープしたＳｅ化合物のアモルファス体、Ａｓ、Ｔｅ、ＮａやＫ，Ｌｉなどのアルカリ金属、ＦやＣｌなどのハロゲンを組み合わせて複数ドープしたＳｅもしくはＳｅ化合物のアモルファス体などが挙げられる。
【００９４】
但し、中間層２１を機能させるために、半導体厚膜７の材料は中間層２１の材料とは異なるものにする。または、中間層２１の材料を半導体厚膜７のものとは異なるものにする。
【００９５】
具体的には、中間層２１と半導体厚膜７がともにアモルファス体である場合には、例えば、次のような組み合わせが考えられる。
【００９６】
共通電極９に正バイアスを印加する場合には、分割電極３側の中間層２１に正孔の寄与率が大きいアモルファス体を使用する。これにより、分割電極３からの電子の注入が阻止され、暗電流を低減することができる。この場合、共通電極９側にも電子の寄与が大きい中間層２１を設けることで、共通電極９からの正孔の注入も阻止でき、さらに暗電流を低減することができる。
【００９７】
また、共通電極９に負バイアスを印加する場合は、分割電極３側の中間層２１に電子の寄与が大きいアモルファス体を使用する。これにより、分割電極３からの正孔の注入が阻止され、暗電流を低減することができる。この場合、共通電極９側にも正孔の寄与が大きい中間層２１を設けることで、共通電極９からの電子の注入も阻止することができ、さらに暗電流を低減することができる。
【００９８】
また、半導体厚膜７がアモルファス体で、かつ中間層２１が多結晶体ある場合には、次のような組み合わせが例示される。
【００９９】
共通電極９に正バイアスを印加する場合は、分割電極３側の中間層２１に正孔の寄与が大きい多結晶体を使用する。また、共通電極９に負バイアスを印加する場合は、分割電極３側の中間層２１に電子の寄与が大きい多結晶体を使用する。これらの場合、共通電極９側に中間層２１を設けることで、さらに暗電流を低減することができる。
【０１００】
また、中間層２１と半導体厚膜７がともに多結晶体である場合には、例えば、次のような組み合わせが考えられる。
【０１０１】
共通電極９に正バイアスを印加する場合は、分割電極３側の中間層２１に正孔の寄与が大きい多結晶体を使用する。また、共通電極９側に負バイアスを印加する場合は、分割電極３側の中間層２１に電子の寄与が大きい多結晶体を使用する。これらの場合も、共通電極９側に中間層２１を設けることで、さらに暗電流を低減できる。
【０１０２】
また、中間層２１の好適な材料となる多結晶体としては、Ｓｂ２Ｓ３、ＣｅＯ２、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＴｌＢｒ、ＧａＡｓの化合物半導体のいずれかの多結晶体、またはＦやＣｌなどのハロゲンをドープした前記化合物半導体の多結晶体、またはこれらの多結晶体を組み合わせて多層にしたもののいずれかが挙げられる。
【０１０３】
なお、間接発光デバイスの他に、特定波長の光を直接的に照射することができる直接発光デバイスとして、発光ダイオードや、レーザダイオード（ＬＤ）やエレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ）が利用可能である。
【０１０４】
この際、冷陰極管２５の代わりに、上記直接発光デバイスを線状に配置して線状発光体として利用することができ、また、面状に配置して、この発明における面状発光手段としても利用できる。さらに、これらの直接発光デバイスを、両面デバイス技術によってＴＦＴ基板５に直接的に形成してもよい。これにより光照射に係る機構の小型化・薄型化を図ることができる。
【０１０５】
また、中間層２１を備えている場合、図１５の模式図に示すように、半導体厚膜７と中間層２１の両方に電荷が溜まる場合があるので、両方に光を照射する必要がある。そこで、半導体厚膜７の材料と中間層２１の材料を選択することで、フィルター効果を生じさせて所望深さにまで光を照射させることができる。つまり、白色光の波長成分のうち、短波長成分は中間層２１で吸収されて半導体厚膜７には深く到達せず、照射損傷や暗電流の増加を引き起こすことなく、大部分の光を中間層２１に対して作用させることができる。また、長波長成分は中間層２１を透過して半導体厚膜７に到達して作用させることができる。
【０１０６】
半導体厚膜７として、例えば、１ｍｍ厚のアモルファス・セレン（ａ−Ｓｅ）を使用する場合、図１２に示すように、透過率半減波長は７４０ｎｍ、バンドギャップエネルギー２．２ｅＶに対応する波長は５６０ｎｍであるので、５６０ｎｍ〜７４０ｎｍに透過限界波長がある材料を用いて中間層２１を形成すればよい。なお、図１２はａ−ＳｅとＳｂ２Ｓ３薄膜の透過率を示すグラフである。
【０１０７】
例えば、厚さ１μｍの三硫化二アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）薄膜の透過限界波長は５８０ｎｍであるので、アモルファス・セレンと分割電極３との間に厚さ１μｍの三硫化アンチモン薄膜を形成すれば、冷陰極管２５から導かれた白色光の内、５８０ｎｍ以下の短波長成分がカットされ、バンドギャップエネルギーよりも照射光のエネルギーは小さくなるため、照射光による半導体の損傷や、暗電流の増加がなくなる。使用する半導体厚膜７の材質によって、中間層２１の材質や厚さを選択する必要があるが、照射光の波長を限定する必要がなくなって光照射に係る構成を簡素化できるという効果が得られる。換言すると、照射光源として単色光源を用いずに白色光源を用いた場合でも、照射損傷や暗電流の増加を引き起こすことなく、感度変動のない放射線検出器を得ることができる。
【０１０８】
なお、中間層２１は、上述したように分割電極３の直上に設ける代わりに、共通電極９の直下に設けるようにしてもよく、さらに分割電極３の直上と共通電極９の直下の両方に設けるようにしても上述した構成と同等の効果を奏する。この際、両方の中間層２１の材料は、同じである必要はない。
【０１０９】
『実施例』
次に、本実施形態の放射線検出器で、感度変動が抑制されることを実際に確かめるために、分割電極３を透明電極材料の代表的なものである材料ＩＴＯで構成し、電極サイズａ＝１３０μｍ、電極ピッチａ＋ｂ＝１５０μｍで形成したＴＦＴ基板５上に、厚さ１μｍの中間層Ｓｂ２Ｓ３薄膜２１を形成し、その上に厚さ１ｍｍのａ−Ｓｅ半導体層７を形成した後、厚さ０．１μｍの共通電極Ａｕ膜９を形成した。そして、ＴＦＴ基板５の裏面に緑色の面発光ダイオードを透明接着剤で取付けた試験用検出器を作製して、発光ダイオードの照射時と非照射時とで感度変動および残像現象の程度を比較した。
【０１１０】
図１６に、Ｘ線管からのＸ線を、管電圧５５ｋＶ、管電流２５ｍＡ、距離１ｍの条件で試験用検出器に４秒間照射して停止した場合の出力変化を示す。発光ダイオード非照射時は、応答性が鈍く、出力が徐々に上昇、すなわち感度が変動していくが、発光ダイオード照射時はほぼ瞬時に出力が上昇し、Ｘ線照射中は一定であることがわかる。また発光ダイオード非照射時は、Ｘ線停止後の切れが悪く、残留出力が１秒以上続いていることがわかる。
【０１１１】
次に図１７に、Ｘ線管からのＸ線の照射量を上げ、管電圧５５ｋＶで管電流を５０ｍＡから８０ｍＡまで上げていった場合の出力変化を示す。発光ダイオード非照射時は、応答性がさらに鈍くなり、電極サイズと電極間隔から説明される値をはるかに超えて出力が変動する。また、Ｘ線停止後も奇妙な残留カーブを示し、ＴＦＴスイッチ１７が誤動作していると推定される。しかし、発光ダイオード照射時は、この現象は全く起こらず、ほぼ瞬時に出力が上昇してＸ線照射中は一定であり、Ｘ線停止後の残留出力もほとんどないことがわかる。
【０１１２】
なお、この発明は上述した実施例に限定されるものではなく、以下のように変形実施が可能である。
【０１１３】
（１）上述した実施例では、光照射機構が放射線検出器の下側に取付けられているが、放射線検出器の分割電極３が上側に位置する場合には、光照射機構を放射線検出器の上側に取付けるようにしてもよい。
【０１１４】
（２）本発明における光照射機構は、面発光プレートまたは冷陰極管と電源との組み合わせ、冷陰極管と蛍光体と電源との組み合わせや、これらと手動スイッチとの組み合わせ、これらと制御部との組み合わせを含むとともに、光照射を行うものであれば他の実施形態も含む。
【０１１５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、放射線有感な半導体の一方の側に複数個の分割電極を形成して、入射放射線の空間分布を検出する放射線検出器において、分割電極側に光を照射する機構を有し、光を照射中に、放射線の検出動作を行うため、分割電極間のスペースの領域で発生した電荷（電子・正孔）は、光によってすでに溜まっている電荷によって曲げられた電気力線に沿って分割電極に移動するため、電気力線の状態が変化することはなく、有感面積も変化せず、感度変動は起こらない。また、放射線入射が停止したあとでも光が照射されたままであるので、分割電極間のスペースの領域に溜まった電荷が徐々に掃き出されていくことはなく、残留出力は発生しない。
【０１１６】
さらに、分割電極が透明もしくは半透明電極であるので、照射光は分割電極間のスペース領域だけでなく、分割電極形成領域にも照射されるため、電荷の掃き出しスピードよりも高レートの放射線が入射する場合でも、分割電極近傍に電荷が一旦溜まっても、照射光のエネルギーによってすぐにまた励起されて運動エネルギーを与えられるので、電位プロファイルが歪むことはなく、分割電極近傍の電位は上昇せず、ＴＦＴが誤動作するようなことはない。
【０１１７】
よって、感度変動や残留出力のない、非常に定量性の高い放射線検出器を得ることができる。この効果は特に放射線動画像検出器として使用する場合に顕著に現れ、徐々に輝度が変化していく現象や、前フレームの画像が残像として残るといった現象が起こらないため、医療診断分野や、非破壊検査分野の進歩に大きく貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である放射線検出器の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の放射線検出器の第１の作用を説明する図であり、放射線入射前の状態を示す模式図である。
【図３】本発明の放射線検出器の第１の作用を説明する図であり、放射線入射中の状態を示す模式図である。
【図４】本発明の放射線検出器の第１の作用を説明する図であり、バンドギャップに対応する波長よりも短い波長の光を照射した状態を示す模式図である。
【図５】本発明の放射線検出器の第２の作用を説明する図である。
【図６】検出動作中における光照射の制御例を示すタイミングチャートである。
【図７】検出動作中における光照射の制御例を示すタイミングチャートである。
【図８】検出動作中における光照射の制御例を示すタイミングチャートである。
【図９】本発明の一実施形態の変形実施例であるＸ線検出器の概略構成を示す縦断面図である。
【図１０】半導体厚膜よりも中間層の方が欠陥が多くて電荷が溜まりやすい場合の説明に供する図である。
【図１１】導光板の構成例を示す一部拡大縦断面図である。
【図１２】ａ−ＳｅとＳｂ２Ｓ３薄膜の透過率を示すグラフである。
【図１３】種々の波長の光を照射した場合における応答特性の立ち上がり部分を拡大したグラフである。
【図１４】種々の波長の光を照射した場合における応答特性の立ち下がり部分を拡大したグラフである。
【図１５】半導体厚膜と中間層の両方に電荷が溜まる場合の説明に供する図である。
【図１６】実施例に係る試験用のＸ線検出器の特性を比較するグラフである。
【図１７】実施例に係る試験用のＸ線検出器の特性を比較するグラフである。
【図１８】従来例に係る放射線検出器の第１の課題を説明する模式図であり、（ａ）は放射線入射前、（ｂ）は放射線入射中を示す。
【図１９】従来例に係る放射線検出器の第２の課題を説明する模式図であり、（ａ）は放射線入射前、（ｂ）は放射線入射中を示す。
【符号の説明】
３　…　分割電極
５　…　ＴＦＴ基板
７　…　半導体厚膜
９　…　共通電極
１１　…　面発光プレート（光照射機構）
１３　…　信号処理回路
１５　…　ゲートドライバ
１７　…　ＴＦＴスイッチ
１９　…　電荷蓄積コンデンサ
２１　…　中間層
２３　…　導光板
２５　…　冷陰極管
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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