(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体感光センサ（１）と、検出したい放射線を感光センサ（１）が感受性を有する放射線に変換するための変換器（２）との組合わせによるものであって、感光センサ（１）が、導体（６、７）に接続された１つ又は複数の感光素子（５）及び感光素子（５）と導体（６，７）を覆い、保護するための不活性化層（８）を有し、更に不活性化層（８）と変換器（２）との間に、変換器（２）の分解反応によって放出された少なくとも１つの化学種によるセンサ（１）の腐食を防ぐためのバリア（１０）を含み、該バリアがポリイミド以外の物質からなるものであり、前記不活性化層が窒化シリコンを含んでなることを特徴とする固体放射線検出器。
【請求項２】
分解反応が、酸化反応及び／又は加水分解反応及び／又は電解反応であることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】
変換器（２）が、接着剤によってセンサ（１）に結合され、バリア（１０）が、接着剤（３）に対して変換器（２）側又はセンサ（１）側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線検出器。
【請求項４】
変換器（２）が、蒸着によってバリア（１０）上に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線検出器。
【請求項５】
バリア（１０）が不活性化層（８）の屈折率と同じ屈折率を有するものから選択されることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の放射線検出器。
【請求項６】
バリア（１０）が疎水性であることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の放射線検出器。
【請求項７】
バリア（１０）が形成された表面に密着していることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の放射線検出器。
【請求項８】
バリア（１０）が、積層構造（１０１、１０２、１１）からなることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の放射線検出器。
【請求項９】
基板（１００）が平坦である場合、バリア（１０）がその表面上に化学的に不活性な保護層（１１）を有することを特徴とする、請求項８に記載の放射線検出器。
【請求項１０】
保護層（１１）が、フッ化マグネシウム等のフッ素系のものであることを特徴とする、請求項９に記載の放射線検出器。
【請求項１１】
バリア（１０）の電気抵抗が大きく、単位面積１０６Ωを超えることを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載の放射線検出器。
【請求項１２】
バリア（１０）がアクリル樹脂又はベンゾシクロブテン系の樹脂からなることを特徴とする、請求項１から１１の何れかに記載の放射線検出器。
【請求項１３】
バリア（１０）が二成分シリコーンエラストマを含むことを特徴とする、請求項１から１１の何れかに記載の放射線検出器。
【請求項１４】
バリア（１０）がポリパラキシレン又はポリテトラフルオロパラキシレン等のそのハロゲン化誘導体からなることを特徴とする、請求項１から１１の何れかに記載の放射線検出器。
【請求項１５】
バリア（１０）が熱帯用のワニスからなることを特徴とする、請求項１から１１の何れかに記載の放射線検出器。
【請求項１６】
バリア（１０）が少なくとも１つのシリカ等の鉱化合物のゾル−ゲルからなることを特徴とする、請求項１から１１の何れかに記載の放射線検出器。
【請求項１７】
バリア（１０）が可溶性の珪酸系の溶液から作成されることを特徴とする、請求項１から１１の何れかに記載の放射線検出器。
【請求項１８】
バリア（１０）が少なくとも１つの接着されたポリエステル薄膜からなることを特徴とする、請求項１から１１の何れかに記載の放射線検出器。
【請求項１９】
バリア（１０）が蒸着されたダイヤモンド状の炭素からなることを特徴とする、請求項１から１１の何れかに記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は放射線変換器に接続された複数の個体感光素子からなる感光センサを有する種類の固体放射線検出器に関するものである。変換器は、受取った放射線を変換してセンサが利用できるようにする。この種の検出器の利用分野として特に放射線医学がある。
【０００２】
固体感光センサは、例えばＸ線のような非常に短い波長に対する反応が鈍い。この用途における放射線変換器は、Ｘ線によって励起された場合、より長い波長の範囲、即ち可視領域又はその近辺の波長を放出する特性を有する物質からなるシンチレータスクリーンである。
【０００３】
このようにして発生した可視光はセンサの感光素子に伝送され、感光素子は受けた光エネルギーを光電変換することで適切な電子回路によって利用可能な電気信号とする。
【０００４】
他の用途では、変換器は蛍光スクリーンであり、可視線を他の形式の可視線に変換するか、近可視線を可視線に変換する。
【０００５】
よって、変換器は紫外線を、センサの感光素子が感受性を有する可視線に変換することができる。他に、赤外線を可視線に変換する変換器もある。
【０００６】
感光素子は、通常結晶性又は非結晶性のシリコン等の半導体からなる。感光素子は少なくとも１つの光ダイオード、１つの光トランジスタ又は１つの光抵抗器を有する。この感光素子はアドレッシングのために列導体と行導体の間に実装される。導体と感光素子は好ましくはガラス製の絶縁基板上に形成される。
【０００７】
この構造体は、半導体分野では一般的な方法により、特にセンサを水分から保護するために設けてある不活性化層で被覆される。この層は、通常では窒化シリコン又は酸化シリコンからなるものである。
【０００８】
ここで挙げる例は、変換器としてシンチレータスクリーンを使用したＸ線結像の分野に関連する。計画された用途によって、例えばテルビウムドープ酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ）又はタリウムドープ沃化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）等の様々な構成のシンチレーション性物質が使用できる。
【０００９】
結晶性シリコンは表面積の比較的小さい寸法の個所でしか用いられないが、電荷結合素子（ＣＣＤ）等の感光センサを作成するために使用されることが多い。このようなＣＣＤ型感光センサは特に歯科結像や乳房撮影に使用される。
【００１０】
水素添加非結晶性シリコンを使用することでより大きな感光センサ（例えば５０ｃｍ×５０ｃｍ）を作成することができるが、一般的には薄膜形成方法等により光ダイオード又は光トランジスタを作成するために使用される。従来の放射線医学のあらゆる分野においても様々な大きさの検出マトリックスが利用可能である。
【００１１】
シンチレータスクリーンと半導体物質からなる感光センサを併用するこの種の放射線検出器は、例えば次の文献等から周知である：J. Chabbal et al., "Amorphous Silicon X-Ray Image Sensor", SPIE 2708, pp. 499-510, 1996、L. E. Antonuk et al., "Development of a High Resolution, Active Matrix, Flat Panel Imager with Enhanced Fill Factor", SPIE 3032, pp. 2-13, 1997及び米国特許第５２７６３２９号。
【００１２】
更に、フランス国特許出願第ＦＲ−２６０５１６６号には、シンチレータスクリーン及び非結晶性シリコンからなる光ダイオードのマトリックスを用いた放射線検出器と、その動作に関する記載がある。
【００１３】
変換器は感光センサ上に直接形成することができる。しかし、一般的には変換器と感光センサを別個に形成し、透明接着剤の層で結合する方法が採用されている。特に、変換器が例えばＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂからなる増強スクリーン型のものである場合に多い。但し、この構造は例えば感光センサが耐えられない熱及び化学処理を行うために別々に作成する必要があるタリウムドープ沃化セシウムＣｓＩ：Ｔｌ製のシンチレータ等、蒸発により得られる種類のシンチレータスクリーンにも適用することができる。
【００１４】
一般的に使用される接着剤は、その接着特性と共に、その柔軟性や光特性等によって選択される。放射線検出器は振動や衝撃等の機械的ストレスに耐える必要があるため、接着剤も機械的ストレスに耐性を有する必要がある。変換器が発生する光に対して透明である必要もある。
【００１５】
変換器が別々に作成される場合、例えばアルミ箔等により検出される放射線のための入射ウィンドウを形成する支持体上に形成されることが多い。このアルミニウム合金は、取り扱いに充分耐えられるほどの厚さであっても検出すべき入射放射線の吸収率が低い特徴を有するものである。一般の放射線医学において、箔の大きさは５０ｃｍ×５０ｃｍである。厚さ１００ミクロンの支持体の場合、米国のＲＱＡ５規格による標準のスペクトルに対する吸収率が約１％であれば良い。
【００１６】
支持体は、検出器の蒸着や焼鈍に必要な温度に耐えられる必要がある。沃化セシウムの場合、この温度は約３００℃である。更に、防湿性であり、価格も低廉である必要がある。
【００１７】
変換器に導電性の支持体を有するこの構成では、支持体を浮遊電位に保持した場合に感光素子間に容量結合が発生する。これにより、感光素子間でスミアリング現象が生じる。非常に明るい照射を受けた感光素子による信号は照射を受けなかったか非常に弱かった近隣の感光素子に伝達される。その結果、長距離ではコントラストが低くなる。よって、接地するか又は適切な電圧を供給するか等して導電支持体の電位を一定に保持する必要がある。
【００１８】
場合によってこの検出器構造の寿命が短くなることが確認されている。
【００１９】
このような放射線検出器の寿命は、実装された放射線型又は他の種類の装置の劣化期間と一致することが好ましい。放射線検出器は、装置の価格の大部分を占めるので、交換する必要がないのが好ましい。
【００２０】
よって、本発明の目的は、固体放射線検出器の寿命を延長することである。
【００２１】
本発明者等は、使用済みの固体放射線検出器をいくつか調査した結果、センサの導体及び／又は感光素子が腐食していることを確認した。
【００２２】
更なる検討の末、変換器の構成物質が環境空気及び／又は水分によって部分的に分解し、感光センサに対する腐食性を有する化学種が発生するせいであるとの結論に至った。これらの種は特にセンサの導体と支持体間の電界の影響で、不活性化層の存在にも係らず、感光素子や導体に向かって移動する。
【００２３】
このような放射線検出器の寿命を改善するために、本発明は、センサに対して腐食性を有する少なくとも１つの化学種には不透過性であり、変換器における少なくとも１つの化学反応中に放出され得る物質からなるバリアを、変換器と感光センサの間に配置することを提案する。
【００２４】
より具体的には、本発明による放射線検出器は、固体感光センサと、検出したい放射線を感光センサが感受性を有する放射線に変換するための変換器との組合わせによるものであって、感光センサが、導体に接続された１つ又は複数の感光素子及び感光素子と導体を覆い、保護するための不活性化層（８）を有し、更に不活性化層と変換器との間に、少なくとも１つの化学反応の際に変換器によって放出され得る、センサに対する腐食性を有する少なくとも１つの化学種に対して不透過性であるバリアを含むことを特徴とする固体感光検出器である。
【００２５】
化学反応は、酸化反応及び／又は加水分解反応及び／又は電解反応である可能性が高い。
【００２６】
好ましくは、バリアは、直接センサ上に形成された場合に腐食を防ぐため、そして劣化や移動等を促進しないように、疎水性のものを選択する。
【００２７】
バリアの屈折率は、不活性化層の屈折率とできるだけ近く設定される。
【００２８】
バリアは、形成された表面に対して、特にその表面に突起等が存在すれば、密着させる。
【００２９】
バリアの基板が十分に平坦であれば、表面上に、例えばフッ素系の化学的に不活性の保護層を有することが可能である。
【００３０】
バリアは、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂又はベンゾシクロブテン系の樹脂等の樹脂基体からなるものであっても良い。
【００３１】
重合処理後に含まれた溶媒の量が可能な限り少ない二成分シリコーンエラストマであっても良い。
【００３２】
バリアはポリパラキシレン又はポリテトラフルオロパラキシレン等のそのハロゲン化誘導体からなるものであっても良い。
【００３３】
熱帯用のワニス又は少なくとも１つのシリカ等の鉱化合物のゾル−ゲルであっても良い。
【００３４】
バリアは、可溶性の珪酸系の溶液又は少なくとも１つの接着されたポリエステル薄膜からなるものであっても良い。
【００３５】
蒸着されたダイヤモンド状炭素によっても良い結果が得られる。
【００３６】
保護性を更に向上させるため、バリアを積層構造からなるものとすることが好ましい。
【００３７】
図１を参照すると、標準の固体センサは変換器２に付属した固体感光センサ１を有する。この例において、センサ１と変換器２は光結合も発生させる接着剤３によって互いに接着される。
【００３８】
固体感光センサ１は、一般的にはガラス製の絶縁基板４上の感光素子５を有する。このような感光素子５は通常は光ダイオード、光トランジスタ又は光抵抗器からなり、第一に列導体６に、第二に行導体７に接続される。図１において、行導体７と感光素子５の間の接続は、断面の平面上には現れない個所にあるため、示されていない。
【００３９】
感光素子５とその列導体６及び行導体７は、特に水分から保護するための同一の不活性化層８によって被覆される。非結晶性シリコンからなる感光素子は、洩れ電流を増加させる水分には非常に敏感である。
【００４０】
図示の例において、放射線検出器が放射線医学用の結像検出器であり、Ｘ線を受けるための設計であるとする。
【００４１】
ここで、変換器２は、例えば希土類の酸硫化物又は沃化セシウムからなるシンチレータスクリーンである。導電支持体９上に形成されたものとする。
【００４２】
既に述べたように、本発明者は、このような変換器２が空気中及び／又は水分の存在下で劣化することを確認した。
【００４３】
環境空気による悪影響は解消し難い。水分に関しては、環境空気又はポリマー接着剤の場合は重合処理によって、使用される接着剤が微量に含んでいることが多い。
【００４４】
シンチレータスクリーンが希土類の酸硫化物からなるものであれば、分解は加水分解であり、腐食性が高い硫化水素が放出される。例えば、酸硫化ランタンによる反応は以下の通りである。
Ｌａ2Ｏ2Ｓ＋Ｈ2Ｏ→Ｌａ2Ｏ3＋Ｈ2Ｓ
【００４５】
シンチレータスクリーンが沃化セシウム製であれば、その分解により水酸化セシウムＣｓ+ＯＨ-及び遊離要素Ｉ2’が発生し、これは沃素イオンと結合し、Ｉ3-複合体を形成する。即ち、次の反応が起きる。
２ＣｓＩ＋１／２Ｏ2＋Ｈ2Ｏ→２Ｃｓ+ＯＨ-＋Ｉ2
Ｉ2＋Ｉ-＋１／２Ｏ2＋Ｈ2Ｏ→Ｉ3-＋２ＯＨ-
【００４６】
本発明者は、活性化層８が、特に感光素子５と列電極６間及び行電極７と基板４間の段に、亀裂等の欠陥があることが非常に多いことを確認した。上記のようにして放出された化学種はこれらの欠陥において不活性化層８を腐食し、感光素子５及び導体６、７まで到達し、破壊する。
【００４７】
変換器２が導電支持体９上に設けられており、操作中に支持体９の電位が行導体７の電位ＶL以下及び／又は列導体６の電位ＶC以下の固定電位ＶSとなると、腐食の進行が速くなる。
【００４８】
実に、変換器２には可変電界が現れ、水分が存在すれば加水分解が促進される。シンチレータスクリーンの分解により放出されるＯＨ-、Ｉ-、Ｉ3-等のマイナスイオンは直ぐに感光センサ１に移動する。不活性化層８を攻撃し、感光素子５及び導体６、７を溶解する。
【００４９】
プラスイオンＣｓ+は、支持体９に移動し、ｐＨを上げ、孔を開けてしまうこともある。
【００５０】
電位ＶSが電位ＶL又は電位ＶCより高い場合、イオンの移動は逆方向に進行するが、同様に腐食が起きる。
【００５１】
図２に示す放射線検出器は図１のものに類似しているが、本発明に従って、変換器２内で起こり得る少なくとも１つの化学反応の際に放出される少なくとも１つの化学種に対して不透過性を有するバリア１０が設けられている。このバリア１０は、センサ１の不活性化層８と変換器２の間に位置する。反応は、酸化及び／又は加水分解及び／又は電解反応である。
【００５２】
この形態では、変換器２とセンサ１は接着剤により結合されている。接着剤層は符号３により示す。バリア１０はセンサ１の不活性化層８と接着剤層３の間に位置する。
【００５３】
又、図４に示すように、逆の構造、即ちバリア１０が変換器２と接着剤層３の間に位置する構造も可能である。
【００５４】
バリア１０は、変換器２から放出される腐食性の化学種に対する不透過性の外、変換器２から放射される光に対して高い透明度を有することが好ましい。屈折率は、不活性化層８とできるだけ近いものとし、例えば窒化シリコンの場合は１．８である。感光センサ１上に直接形成される場合、バリア１０はセンサに対して不活性であることを条件に選択される。ここで述べる例において、非結晶性シリコン製のセンサであれば、バリア１０は特に疎水性となる。
【００５５】
バリア１０は、感光センサの技術に対応した製法による物質からなる。この感光センサが非結晶性シリコンからなるものであれば、バリア１０は溶媒を放出しないものとすることが好ましい。帯電することも防止する必要がある。
【００５６】
放出された化学種に対して確実な障害となるように、バリア１０は形成された面に密着している必要があり、突起等も含めて全て覆う必要がある。ここで、不活性化層８上に形成され、感光素子５、列導体６及び行導体７による段の側面も覆わなくてはならない。
【００５７】
各感光素子５間の容量結合を防止するため、バリア１０の電気抵抗は、例えば単位面積辺り１０6Ωと高く設定される。
【００５８】
一般的に、感光センサ１の縁には、アドレッシング用に行導体７及び列導体６の端部に接触する端子（図示せず）が設けられている。バリア１０は端子の作成に対応できる物質からなることが好ましい。例えば、マスクを用いて形成でき、エッチング可能であることが必要である。
【００５９】
適当な物質として、例えばアクリル樹脂、ポリイミド樹脂及びベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）系の樹脂等がある。これらの樹脂は、メッキ、シルクスクリーン印刷、ロール塗装又はスプレー塗装により形成することができる。
【００６０】
重合後の溶媒含有量ができるだけ低くしてある二成分シリコーンエラストマも使用することが可能である。これは薄い層に形成される。ゲル状のものは、細網化が低く、隙間が多いため、化学種が移動し易いので適用することができない。
【００６１】
非常に有用な物質としてポリパラキシレン及びポリテトラフルオロパラキシレン等そのハロゲン誘導体がある。この物質は気相で積層することができ、突起等の被覆に関しては特に好ましい結果が得られる。
【００６２】
更に、疎水性の高い熱帯用ワニスを使用することもできる。
【００６３】
ゾル−ゲル状の鉱物成分、特にシリカ成分も使用することができる。これらは浸漬コーティングし、乾燥炉により乾燥することで付着させることができる。こうして得られた層は、気孔率が非常に低い。
【００６４】
溶性珪酸、即ち所謂「液体ガラス」による方法も採用することができる。これらはスプレーし、焼鈍することで付着させることができる。
【００６５】
更に、１つ以上の結合ポリエステル薄膜を使用することも可能である。このような物質は特に不透過性が高いが、気泡を防ぐ必要があるので結合は難しい。光特性についても適しない場合が多い。
【００６６】
化学蒸着（ＣＶＤ）によるダイヤモンド炭素の層も、突起を覆うので、特に有用である。
【００６７】
使用する物質は決してここに挙げたものに限られない。
【００６８】
バリア１０を複数の層１０１、１０２によって形成すると、ほぼ完全な不透過性が得られるので好ましい。複数の層を積層すると、層１０１、１０２の欠陥が一致する可能性が非常に低い。
【００６９】
感光センサ１の保護を増強させるためには、バリア１０の表面を、バリア１０の下地１００が十分に平坦であれば、特に化学的に不活性な物質からなる保護層１１とすることが可能である。図４におけるバリア１０の下地１００は層１０１、１０２に相当する。
【００７０】
このような保護層１１はフッ素系のものであることが好ましい。例えば、フッ化マグネシウムＭｇＦ2であっても良い。これの積層は、光処理における周知の方法によって真空下で行うことができる。
【００７１】
このような真空蒸着による保護層１１は、真空蒸着に伴う陰影効果のため、蒸着する基板が比較的平坦でなくてはならない。基板にオーバーハングを有する突起等が存在すれば、オーバーハング部の直下に位置する領域は被覆されない。平坦な面であれば、被覆はほぼ完璧である。
【００７２】
図３において、バリア１０は保護層１１を有する。パラキシレンやベンゾシクロブテン系の樹脂によるものであれば、平坦性は非常に良い。
【００７３】
図４において、バリア１０は直接変換器２上に形成される。変換器２と接着剤３の間に位置する。積み重ねられた２つの層１０１、１０２と表面保護層１１を有する。接着剤３はセンサ１の不活性化層８とバリア１０との間に位置する。よって、バリア１０の表面上に配置された保護層１１は接着剤３側にある。
【００７４】
図５に示す最後の例は、接着剤がない構成を示す。変換器２は、センサ１にも接触するバリア１０上に直接蒸着によって形成される。バリア１０が、変換器２側に位置する保護層１１を有する構成を示す。この構成では、バリア１０は、例えば沃化セシウムの場合は約３００℃である変換器２の蒸着温度に耐えなくてはならない。この構成では、センサ１に対して不活性となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、固体感光センサの破壊現象を説明するための従来の放射線検出器を示した断面図である。
【図２】  図２は、感光センサと放射線変換器が接着剤により結合された本発明による放射線検出器を示した断面図である。
【図３】  図３は、付加保護層を有する本発明による放射線検出器を示した断面図である。
【図４】  図４は、感光センサと放射線変換器が接着剤により結合された他の実施形態による放射線検出器を示した断面図である。
【図５】  図５は、センサを変換器に結合させるための接着剤層を有しない本発明による放射線検出器の断面図である。
【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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