(57)【要約】【課題】  放射線の入射位置を高い位置分解能でリアルタイムで検出する。【解決手段】  検出器１０を構成する上部薄膜１１及び下部薄膜１２に放射線が入射した際に生成された熱エネルギーが、熱浴１５へ向けて拡散する際の温度の時間変化を、上部薄膜１１上の４つの端部及び下部薄膜１２上の４つの端部に配置した微細温度計１３及び１４で読取り、それぞれの位置に配置された微細温度計１３及び１４の応答性の相異に基づいて、前記放射線の入射位置を同定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の材料より構成される上部薄膜と、
前記上部薄膜と対向するようにして設けられた下部薄膜と、
前記上部薄膜上及び前記下部薄膜上の複数の位置に設けられた複数の微細温度計と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜に接続された熱浴と、
を具えることを特徴とする、メンブレム構造の放射線二次元検出器。
【請求項２】
前記上部薄膜の厚さが１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の放射線二次元検出器。
【請求項３】
前記下部薄膜の厚さが６μｍ以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線二次元検出器。
【請求項４】
前記上部薄膜と前記下部薄膜とは１μｍ〜２μｍの距離を隔てて配置されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の放射線二次元検出器。
【請求項５】
前記上部薄膜及び前記下部薄膜の少なくとも一方は、単結晶部材をエッチングして形成したことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の放射線二次元検出器。
【請求項６】
前記単結晶部材は単結晶Ｓｉであることを特徴とする、請求項５に記載の放射線二次元検出器。
【請求項７】
前記熱浴は前記単結晶部材のエッチング残部から構成したことを特徴とする、請求項５又は６に記載の放射線二次元検出器。
【請求項８】
前記微細温度計は、前記上部薄膜及び前記下部薄膜のそれぞれ４つの端部に形成したことを特徴とする、請求項７に記載の放射線二次元検出器。
【請求項９】
前記微細温度計は単電子トランジスタから構成したことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の放射線二次元検出器。
【請求項１０】
所定の材料より構成される上部薄膜と下部薄膜とを対向させて配置する工程と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜上の複数の位置に微細温度計を配置する工程と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜に熱浴を接続する工程と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜に対して順次放射線を入射させる工程と、
前記放射線が前記上部薄膜及び前記下部薄膜に入射した際に生成された熱エネルギーが前記熱浴へ向けて拡散する際の温度の時間変化を、前記上部薄膜上及び前記下部薄膜上の複数の位置に配置された前記微細温度計で読取り、それぞれの位置に配置された前記微細温度計の応答性の相異に基づいて、前記放射線の入射位置を同定する工程と、
を具えることを特徴とする、放射線二次元検出法。
【請求項１１】
前記上部薄膜の厚さを１μｍ以下とすることを特徴とする、請求項１０に記載の放射線二次元検出法。
【請求項１２】
前記下部薄膜の厚さを６μｍ以上とすることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の放射線二次元検出法。
【請求項１３】
前記上部薄膜と前記下部薄膜とを１μｍ〜２μｍの距離を隔てて配置することを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一に記載の放射線二次元検出法。
【請求項１４】
前記微細温度計は、前記上部薄膜及び前記下部薄膜のそれぞれ４つの端部に形成することを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一に記載の放射線二次元検出法。
【請求項１５】
前記微細温度計は単電子トランジスタから構成することを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一に記載の放射線二次元検出法。
【請求項１６】
前記上部薄膜及び前記下部薄膜の少なくとも一方は、単結晶部材をエッチングして形成することを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一に記載の放射線二次元検出法。
【請求項１７】
前記単結晶部材は単結晶Ｓｉであることを特徴とする、請求項１６に記載の放射線二次元検出法。
【請求項１８】
前記熱浴は前記単結晶部材のエッチング残部から構成することを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の放射線二次元検出法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線二次元検出器、及び放射線二次元検出法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線の入射位置を二次元的に検出する検出器としてはこれまで様々なものが開発されてきており、イメージングプレート（位置分解能５０μｍ）やマイクロストリップガス型検出器（位置分解能１００μｍ）などを例示することができる。このような検出器は医療分野や大型加速器の物理実験分野まで利用されている。しかしながら、上述した従来の検出器では１μｍ以上の位置分解能しか実現することができず、放射線による非破壊検査の本来の分解能（１０ｋｅＶのＸ線の波長は約０．１ｍｍ）を達成した検出器が未だ実現されていない。
【０００３】
近年、プラスチック飛跡検出器（ＣＲ−３９）と分子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を組み合わせ、１００ｎｍの位置分解能を実現した検出器が開発された。しかしながら、この検出器は被撮像物体を通過した放射線を前記飛跡検出器に感光させ、後に前記分子間力顕微鏡で得られた画像を読出すものである。したがって、位置分解能は高いもののリアルタイムでの撮像は不可能であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、放射線の入射位置を高い位置分解能でリアルタイムで検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の材料より構成される上部薄膜と、
前記上部薄膜と対向するようにして設けられた下部薄膜と、
前記上部薄膜上及び前記下部薄膜上の複数の位置に設けられた複数の微細温度計と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜に接続された熱浴と、
を具えることを特徴とする、メンブレム構造の放射線二次元検出器に関する。
【０００６】
また、本発明は、
所定の材料より構成される上部薄膜と下部薄膜とを対向させて配置する工程と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜上の複数の位置に微細温度計を配置する工程と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜に熱浴を接続する工程と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜に対して順次放射線を入射させる工程と、
前記放射線が前記上部薄膜及び前記下部薄膜に入射した際に生成された熱エネルギーが前記熱浴へ向けて拡散する際の温度の時間変化を、前記上部薄膜上及び前記下部薄膜上の複数の位置に配置された前記微細温度計で読取り、それぞれの位置に配置された前記微細温度計の応答性の相異に基づいて、前記放射線の入射位置を同定する工程と、
を具えることを特徴とする、放射線二次元検出法に関する。
【０００７】
本発明によれば、熱浴に接続された上部薄膜と下部薄膜とを互いに対向するようにして配置するとともに、これらの薄膜上の複数の位置に微細温度計を配置するようにして検出器を構成している。放射線は一次的には前記上部薄膜に入射し、この上部薄膜を透過した成分が前記下部薄膜に入射する。
【０００８】
具体的には、放射線がＸ線やγ線などの光子から構成される場合は、前記光子は前記上部薄膜で光電変換により電子に変換され、前記上部薄膜にエネルギーを与えながら前記上部薄膜を透過して前記下部薄膜に至る。前記電子のエネルギーが高い場合は前記下部薄膜を透過するが、比較的低エネルギーの場合は前記下部薄膜中で停止する。前記電子は透過及び停止の如何に拘わらず、かかる動作において前記下部薄膜にもエネルギーを付与する。
【０００９】
放射線が荷電粒子から構成される場合、前記荷電粒子は前記上部薄膜にエネルギーを付与しながら前記上部薄膜内を透過し、前記下部薄膜に至る。この場合においても、前記荷電粒子のエネルギーが高い場合は前記下部薄膜を透過するが、比較的低エネルギーの場合は前記下部薄膜中で停止する。いずれの場合においても、前記荷電粒子は前記下部薄膜にエネルギーを付与することになる。
【００１０】
前記放射線より、前記上部薄膜及び前記下部薄膜に付与された前記エネルギーは熱エネルギーに変換され、この熱エネルギーは前記熱浴に向かって拡散する。上述したように、前記上部薄膜上及び前記下部薄膜上の複数の位置に微細温度計が設けられているので、前記熱エネルギーに起因した温度の時間変化は各微細温度計で異なるようになる。したがって、各微細温度計での応答性の相異を検出することにより、前記放射線の前記検出器に対する入射位置を同定できるようになる。
【００１１】
上述した本発明の検出器及び検出法によれば、目的とする放射線の入射位置を１００ｎｍの位置分解能でリアルタイムで同定することができる。
【００１２】
なお、本発明の好ましい態様においては、前記上部薄膜の厚さを１μｍ以下とする。この場合、前記放射線が電子線などの軽粒子から構成される場合の飛跡に対するストラグリング効果を十分に抑制することができるようになる。
【００１３】
また、本発明の他の好ましい態様においては、前記微細温度計は単電子トランジスタから構成する。この場合、前記微細温度計の大きさを数百ｎｍのオーダにまで低減することができ、上述した熱エネルギーの拡散に対する影響を低減できるようになる。したがって、前記放射線に対する位置分解能をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の放射線二次元検出器、及び放射線二次元検出法によれば、放射線の入射位置を高い位置分解能でリアルタイムで検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の放射線二次元検出器の一例を示す側面図であり、図２は、図１に示す放射線二次元検出器の上部平面図である。
【００１６】
図１及び図２に示す放射線二次元検出器１０においては、上部薄膜１１と下部薄膜１２とが所定の空隙１６を介して対向するようにして配置されている。また、上部薄膜１１の４つの端部には微細温度計１３が配置されており、図からは明確でないが、下部薄膜１２の４つの端部にも微細温度計１３に相当する位置に微細温度計１４が配置されている。上部薄膜１１及び下部薄膜１２の端部には、これら薄膜の作製方法に起因したバルク状部材１５が連続して設けられており、その熱容量の大きさから薄膜１１及び１２に対する熱浴として機能する。
【００１７】
図１及び図２に示す検出器１０に放射線が入射すると、前記放射線がＸ線やγ線などの光子から構成される場合は、前記光子は上部薄膜１１で光電変換により電子に変換され、上部薄膜１１にエネルギーを与えながら上部薄膜１１を透過して下部薄膜１２に至る。前記電子のエネルギーが高い場合は下部薄膜１２を透過するが、比較的低エネルギーの場合は下部薄膜１２中で停止する。前記電子は透過及び停止の如何に拘わらず、かかる動作において下部薄膜１２にもエネルギーを付与する。
【００１８】
前記放射線が荷電粒子から構成される場合、前記荷電粒子は上部薄膜１１にエネルギーを付与しながら上部薄膜１１内を透過し、下部薄膜１２に至る。この場合においても、前記荷電粒子のエネルギーが高い場合は下部薄膜１２を透過するが、比較的低エネルギーの場合は下部薄膜１２中で停止する。いずれの場合においても、前記荷電粒子は下部薄膜１２にエネルギーを付与することになる。
【００１９】
前記放射線より、上部薄膜１１及び下部薄膜１２に付与された前記エネルギーは熱エネルギーに変換され、この熱エネルギーは熱浴１５に向かって拡散する。上述したように、上部薄膜１１上の４つの端部及び下部薄膜１２上の４つの端部には微細温度計１３及び１４が設けられているので、前記熱エネルギーに起因した温度の時間変化は各微細温度計で異なるようになる。したがって、各微細温度計での応答性の相異を検出することにより、前記放射線の検出器１０に対する入射位置を同定できるようになる。
【００２０】
上部薄膜１１及び下部薄膜１２の厚さは検出すべき放射線の種類やエネルギーなどに応じて適宜に設定する。上部薄膜１１の厚さｔ１を１μｍ以下とすれば、前記放射線が電子線などの軽粒子である場合においても、その飛跡のストラグリング効果を抑制することができ、前記軽粒子の入射位置を高位置分解能で同定することができる。
【００２１】
下部薄膜１２の厚さｔ２を６μｍ以上とすれば、前記放射線の大部分を膜内で停止させることができ、前記放射線のエネルギーを効率的に吸収して、比較的大きな熱エネルギーを生成することができる。この結果、各微細温度計での検出精度が増大し、前記放射線に対する位置分解能を増大させることができる。
【００２２】
なお、上部薄膜１１及び下部薄膜１２の大きさ（一辺の長さ）は特に限定されるものではないが、これら薄膜の厚さを上述のように設定した場合においては、薄膜１１及び１２の一辺の長さＬは１０μｍ程度とする。このとき、微細温度計１３及び１４は薄膜１１及び１２の端部から長さ方向及び幅方向にそれぞれ２μｍ程度離れた位置に配置する。
【００２３】
また、空隙１６は上部薄膜１１及び下部薄膜１２を電気的及び熱的に絶縁するために設けているものであり、その幅方向の厚さＷは１μｍ〜２μｍに設定することが好ましい。なお、このような空隙を形成する代わりに、上部薄膜１１及び下部薄膜１２間に、電気的及び熱的に十分大きな絶縁性を有する部材を介入させることもできる。
【００２４】
微細温度計１３及び１４は如何なる種類の温度計をも使用することができる。しかしながら、好ましくは単電子トランジスタから構成する。この場合、微細温度計１３及び１４の大きさを数百ｎｍのオーダ、具体的には厚さ３００ｎｍ、幅５００ｎｍ、長さ５００ｎｍにまで低減することができ、上述した熱エネルギーの拡散に対する影響を低減できるようになる。したがって、前記放射線に対する位置分解能をさらに向上させることができる。
【００２５】
上述したように、空隙１６を介して互いに対向する上部薄膜１１及び下部薄膜１２は、所定の単結晶部材をエッチングを介して薄膜化することによって形成することができる。このとき、熱浴１５を構成するバルク状部材は前記単結晶部材のエッチング残部から構成することができる。したがって、図１及び図２に示すような検出器１０を簡易に作製することができるようになる。
【００２６】
上部薄膜１１及び下部薄膜１２は半導体などの分野で長年使用されてきており、高い信頼性と実績とを有する単結晶Ｓｉから構成することができる。この場合、図１及び図２に示す検出器１０は、単結晶Ｓｉ部材を準備し、これをＫＯＨなどでエッチングすることによって上部薄膜１１及び下部薄膜１２を形成し、並びに熱浴１５を形成することによって作製する。
但し、検出器１０は単結晶Ｓｉ以外の部材からも構成することができ、半導体分野並びにその他のデバイス分野において使用されている部材を適宜に使用することができる。
【００２７】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の放射線二次元検出器及び検出法によれば、特に高い位置分解能が要求される微小構造の非破壊イメージングに好適に用いることができる。例えば、一個の細胞の各構成要素を生きたままイメージングさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の放射線二次元検出器の一例を示す側面図である。
【図２】図１に示す放射線二次元検出器の上部平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  放射線二次元検出器
１１  上部薄膜
１２  下部薄膜
１３、１４  微細温度計
１５  熱浴（バルク状部材）
１６  空隙
【図１】
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【図２】
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