(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
複数個の上記半導体素子各々の第１および第２電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
上記半導体素子は、その第１および第２電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第１および第２電極と兼用した共通電極を有し、
複数個の上記半導体素子各々の第１および第２電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３】
第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを複数個の上記半導体素子毎に第１および第２電極のいずれか一方に電気的に接合してなることを特徴とする放射線検出器。
【請求項４】
第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
上記半導体素子は、その第１および第２電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第１および第２電極と兼用した共通電極を有し、
上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを複数個の上記半導体素子毎に第１および第２電極のいずれか一方に電気的に接合してなることを特徴とする放射線検出器。
【請求項５】
第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
複数個の上記半導体素子各々の第１および第２電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなるとともに、上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを上記半導体素子毎に第１および第２電極のいずれか一方に電気的に接合してなることを特徴とする放射線検出器。
【請求項６】
第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
上記半導体素子は、その第１および第２電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第１および第２電極と兼用した共通電極を有し、
複数個の上記半導体素子各々の第１および第２電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなるとともに、上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを上記半導体素子毎に第１および第２電極のいずれか一方に電気的に接合してなることを特徴とする放射線検出器。
【請求項７】
第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
上記半導体素子の静電容量より十分大きな値を持つコンデンサを素子と並列に接続し、さらに素子と並列に接続したコンデンサより十分大きな静電容量の値を持つコンデンサを増幅器入力段のカップリングコンデンサとしたことを特徴とする放射線検出器。
【請求項８】
第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、
上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、
上記半導体素子は、その第１および第２電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第１および第２電極と兼用した共通電極を有し、
上記半導体素子の静電容量より十分大きな値を持つコンデンサを素子と並列に接続し、さらに素子と並列に接続したコンデンサより十分大きな静電容量の値を持つコンデンサを増幅器入力段のカップリングコンデンサとした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、広範囲のエネルギー領域を有する放射線のエネルギー分布、線量率を測定する半導体を使用した放射線検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、例えば従来の放射線検出器の構成を示す回路図であり、図において、２０１ａは測定対象となる放射線、２０２は化合物半導体等からなる半導体素子（以下、素子ともいう）、１，２はそれぞれこの半導体素子２０２の上部および下部電極、５１は上部および下部電極１，２間に介在する半導体、２０１ｂは散乱した２次放射線、２０３は負荷抵抗、２０４は高電圧を印加する電源、２０５はカップリングコンデンサ、２０６はプリアンプすなわち前置増幅器である。従来の半導体を使用した放射線検出器は検出部分が一つの半導体素子２０２だけで構成されている。
【０００３】
次に動作について説明する。
放射線２０１ａが半導体素子２０２に入射するとこれに付与されたエネルギーに比例した量の電子と正孔の対が生成する。半導体素子２０２には電源２０４により電圧が印加され半導体素子２０２内に電界が生じており、電子と正孔が電界により収集電極である上部、下部電極１，２に向かって流動する。この電子と正孔が半導体素子２０２内を流動することにより、半導体素子２０２の上部および下部電極１，２に誘導電荷が生じる。そして、カップリングコンデンサ２０５の静電容量が半導体素子２０２の静電容量に比べて十分大きい場合、半導体素子２０２の上部および下部電極１，２に生じた誘導電荷のほとんどがカップリングコンデンサ２０５に伝達され、前置増幅器２０６に入力される。この前置増幅器２０６では、入力された電荷を増幅し、電圧パルスとして出力される。この電圧パルスの波高は、半導体素子２０２に付与されたエネルギーに比例するので、パルスの波高を測定することにより、放射線のエネルギースペクトルを測定することができる。また単位時間当たりのパルス数を測定することにより、線量率を測定することもできる。
【０００４】
なお、本願の放射線検出器に対する参考例として、Ｍ．ＫＵＲＡＫＡＤＯらによる「Ｘ−ＲＡＹ  ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ  ＷＩＴＨ  Ａ  Ｎｂ−ＢＡＳＥＤ  ＪＵＮＣＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＩＮＶＥＳＴＩＧＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＥＲＩＥＳ−ＪＵＮＣＴＩＯＮ  ＤＥＴＥＣＴＯＲ」（ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．１７４３  ＥＵＶ，Ｘ−ｒａｙ，ａｎｄ  Ｇａｍｍａ−ｒａｙ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎｆｏｒ  Ａｓｔｒｏｎｏｍｙ  ＩＩＩ（１９９２），ｐｐ．３５１−３６２）があるが、これは超伝導Ｘ線検出器の大面積化のために直列接合を行ったもので、検出器素子をアレイ状に平面方向に並べて、各素子を電気的に直列接合したものである。これによれば、垂直方向に積層した構造ではなく、電極を共用したものでもない。また、各素子のばらつきがほとんど無いためか、コンデンサや抵抗を接続せず、素子のみを直列接合した構造となっている。
【０００５】
もう一つの参考例として、「Ａ  ９０  ｅｌｅｍｅｎｔ  ＣｄＴｅ  ａｒｒａｙ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ」（Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔ．Ｍｅｔｈ．ｉｎ  Ｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ａ３２２（１９９２），ｐ．６２８）がある。これによれば、ＣｄＴｅ素子を９９０素子アレイ状に配置したものである。各素子の出力をそれぞれ別々に取り出しているので、９０個の別の検出器が平面（一次元）方向に並んだものといえる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放射線検出器は以上のように構成されているので、放射線検出器のうち大体積の半導体素子であってその製作が困難であるものや、電荷キャリアの移動度および寿命が小さいものに対しては、次のような課題があった。
【０００７】
まず、検出部分が一つの半導体素子２０２だけで構成されているため検出部分が小さく、高エネルギー領域の放射線が入射した場合、半導体素子２０２を素通りしたり、２次放射線２０１ｂのように半導体素子２０２で放射線の一部のエネルギーしか付与されずに素子外へ逃げ割合が増加し、感度が低下してしまうといった課題があった。
【０００８】
また、電荷キャリアの移動度および寿命が小さいと生成した電荷が収集電極すなわち上部、下部電極１，２まで到達できない場合があり、電荷収集が不十分になり、そのため放射線が半導体素子２０２に付与したエネルギーの全てを外部回路に伝達できないという課題があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、放射線、特に高エネルギー領域の放射線を感度良く検出し、エネルギーを正確に測定できる放射線検出器を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る放射線検出器は、第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、複数個の上記半導体素子各々の第１および第２電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなるものである。
この発明に係る放射線検出器は、第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、上記半導体素子は、その第１および第２電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第１および第２電極と兼用した共通電極を有し、複数個の上記半導体素子各々の第１および第２電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなるものである。
【００１３】
この発明に係る放射線検出器は、第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを複数個の上記半導体素子毎に第１および第２電極のいずれか一方に電気的に接合してなるものである。
この発明に係る放射線検出器は、第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、上記半導体素子は、その第１および第２電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第１および第２電極と兼用した共通電極を有し、上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを複数個の上記半導体素子毎に第１および第２電極のいずれか一方に電気的に接合してなるものである。
【００１４】
この発明に係る放射線検出器は、第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、複数個の上記半導体素子各々の第１および第２電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなるとともに、上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを上記半導体素子毎に第１および第２電極のいずれか一方に電気的に接合してなるものである。
この発明に係る放射線検出器は、第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、上記半導体素子は、その第１および第２電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第１および第２電極と兼用した共通電極を有し、複数個の上記半導体素子各々の第１および第２電極間に電圧を分圧するための電気抵抗を接続してなるとともに、上記半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを上記半導体素子毎に第１および第２電極のいずれか一方に電気的に接合してなるものである。
【００１６】
この発明に係る放射線検出器は、第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、上記半導体素子の静電容量より十分大きな値を持つコンデンサを素子と並列に接続し、さらに素子と並列に接続したコンデンサより十分大きな静電容量の値を持つコンデンサを増幅器入力段のカップリングコンデンサとするものである。
この発明に係る放射線検出器は、第１および第２電極とその間に介在する半導体とを有する半導体素子の上記電極間に電圧を印加しながら放射線を入射させ、この放射線のエネルギーを上記半導体に付与しこれに生成する電子および正孔が上記電圧により生じた電界により流動し上記第１および第２電極に生じる電荷を検出して上記エネルギーを測定する放射線検出器において、上記半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合し、上記半導体素子は、その第１および第２電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第１および第２電極と兼用した共通電極を有し、上記半導体素子の静電容量より十分大きな値を持つコンデンサを素子と並列に接続し、さらに素子と並列に接続したコンデンサより十分大きな静電容量の値を持つコンデンサを増幅器入力段のカップリングコンデンサとするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による放射線検出器を示す構成図であり、図において、１０１ａは測定対象となる放射線、１０１ｂは散乱した２次放射線、１０２ａ〜１０２ｄは半導体素子（以下、素子ともいう）、５１ａ〜５１ｄはそれぞれ半導体素子１０２ａ〜１０２ｄを構成する半導体、１１〜１４はそれぞれ半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの上部電極（第１電極）、１５〜１８はそれぞれ半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの下部電極（第２電極）、１０３は負荷抵抗、１０４は高電圧を供給する電源、１０５はカップリングコンデンサ、１０６は前置増幅器である。なお、ここで使用される半導体の種類は、例えば、ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＨｇＩ２，ＧａＡｓ，ＴｌＢｒ等の常温動作が可能な化合物半導体が挙げられる。
【００１８】
半導体素子１０２ａ〜１０２ｄは隣り合う素子同士の上部電極１１〜１４と下部電極１５〜１８が空間を介して電気的に接続した積層構造となっており、これが放射線１０１ａの検出部を構成する。この検出部に対して負荷抵抗１０３を介して電源１０４より高電圧が印加される。
【００１９】
次に動作について説明する。
まず、一つの放射線１０１ａすなわち光子が半導体素子１０２ａ〜１０２ｄのいずれかに入射してエネルギーが付与されると、素子内の半導体５１ａ〜５１ｄに電子と正孔が生成する。半導体素子１０２ａ〜１０２ｄには電源１０４により高電圧が印加され素子内に電界が生じており、電子と正孔が電界により収集されるべき電極に向かって流動する。電子と正孔が素子内を流動することにより、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの上部電極および下部電極１１〜１８に誘導電荷が生じる。カップリングコンデンサ１０５の静電容量が半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの静電容量に比べて十分大きい場合、上部および下部電極１１〜１８に生じた誘導電荷のほとんどがカップリングコンデンサ１０５に伝達され、前置増幅器１０６に入力される。前置増幅器１０６では、入力された電荷を増幅し、電圧パルスとして出力される。
【００２０】
以上のように、この実施の形態１によれば、放射線検出器は、検出部が半導体素子１０２ａ〜１０２ｄのように複数素子で構成されているため、検出部の体積が大きくなり高感度となる効果が得られる。
【００２１】
また、放射線検出器は、例えば、半導体素子１０２ａで散乱した２次放射線１０１ｂが別の素子１０２ｂで相互作用を起こした場合は、半導体素子１０２ａに付与されたエネルギーと半導体素子１０２ｂに付与されたエネルギーの和に相当する電荷がカップリングコンデンサ１０５に伝達されるため全エネルギー吸収に対する感度が向上するという効果が得られる。
【００２２】
さらに、放射線検出器は、電荷キャリアの移動度および寿命が短く平均自由工程が短い半導体の場合、一個の半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの厚みを薄くすることにより電荷収集効率を向上することができ、高感度かつ正確なエネルギースペクトル測定を行うことができるという効果が得られる。
【００２３】
さらにまた、放射線検出器は、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄが直列に接合されているので検出器の漏れ電流が少なくなることにより雑音が低減し、しかも検出部全体の静電容量が小さくなるのでエネルギー分解能が向上するという効果が得られる。
【００２４】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による放射線検出器を示す構成図であり、図において、上記実施の形態１と同様な部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。２１は半導体素子１０２ａの上部電極（第１電極）、２２は半導体素子１０２ａの下部電極（第２電極）と半導体素子１０２ｂの上部電極（第１電極）を兼用する共通電極、同様に２３，２４も半導体素子１０２ｂ〜１０２ｄ間の共通電極である。また、その動作は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２５】
この実施の形態２の放射線検出器によれば、例えば、上記実施の形態１における半導体素子１０２ａの下部電極１５とその隣りの半導体素子１０２ｂの上部電極１２は同電位であるため、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄ間の空間を全く無くすために共通電極２２〜２４を使用して一体化した検出部の構造にしてある。
【００２６】
以上のように、この実施の形態２によれば、放射線検出器は、上記実施の形態１の効果に加えて、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄ間に空間が全く無くなるため占積率が向上して検出部が一層高感度になるという効果が得られる。
【００２７】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による放射線検出器を示す構成図であり、図において、実施の形態１と同様な部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。１０７ａ〜１０７ｄは全て同じ値の電気抵抗（抵抗）であり、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの抵抗値に比べて十分小さく、各半導体素子１０２ａ〜１０２ｄに対して並列に内線されているため半導体素子１０２ａ〜１０２ｄに印加される電圧の値を同じにする役割をしている。
【００２８】
次に動作について説明する。
まず、一つの放射線１０１ａすなわち光子が半導体素子１０２ａ〜１０２ｄのいずれかに入射してエネルギーが付与されると、半導体５１ａ〜５１ｄに電子と正孔が生成するが、この際半導体素子１０２ａ〜１０２ｄには電源１０４による高電圧の印加により電界が生じているので、電子と正孔は収集電極に向かって流動していく。電子と正孔が素子内を流動し半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの上部電極および下部電極１１〜１８に到達すれば誘導電荷が生じる。この際、電気抵抗１０７ａ〜１０７ｄは同一抵抗値のため、各半導体素子１０２ａ〜１０２ｄに印加される電圧値は同一となる。
【００２９】
そして、カップリングコンデンサ１０５の静電容量が半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの静電容量に比べて十分大きい場合、上部および下部電極１１〜１８に生じた誘導電荷のほとんどがカップリングコンデンサ１０５に伝達され、前置増幅器１０６に入力され、ここで入力された電荷を増幅し電圧パルスとして出力される。
【００３０】
以上のように、この実施の形態３によれば、放射線検出器は、上記実施の形態１の効果に加えて、各半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの抵抗値にばらつきがある場合でも、各素子に印加される電圧の値が同一になるため、エネルギースペクトルはより正確になるという効果が得られる。
【００３１】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４における放射線検出器を示す構成図であり、図において、上記実施の形態３と同様の部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。実施の形態２と同様に、半導体素子１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃおよび１０２ｄ間の空間を全く無くす構造にし、向かい合った電極を共通電極２２〜２４にて共用する構造となっている。
【００３２】
以上のように、この実施の形態４によれば、放射線検出器は、上記実施の形態３の効果に加えて、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄ間の空間が全く無くなるため占積率が向上してさらに高感度となる効果が得られる。
【００３３】
また、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの一つの機械的強度が不十分で壊れやすい場合でも、共通電極２２〜２４を使用して検出部が一体化されているために全体として機械的強度が増大し破損しにくくなるという効果が得られる。
【００３４】
さらに、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの各々の抵抗値にばらつきがある場合でも、各素子に印加される電圧の値が同一になるため、正確なエネルギースペクトルとなる効果が得られる。
【００３５】
実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５による放射線検出器を示す構成図であり、図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。１０８ａ〜１０８ｄは全て同じ値のカップリングコンデンサであり、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの静電容量に比べて十分大きな値を持っている。カップリングコンデンサ１０８ａ〜１０８ｄ各々の一方の電極はそれぞれ半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの上部電極１１〜１４に電気接合され、他方の電極は前置増幅器１０６に電気接合されており、実施の形態１のカップリングコンデンサ１０５と同様の役割をしている。
【００３６】
次に動作について説明する。
半導体素子１０２ａ〜１０２ｄから構成される検出部に入射する放射線により生じた電荷が伝達され、前置増幅器１０６において増幅し電圧パルスとして出力されるものであるが、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄに同一エネルギーが付与されこれらの静電容量にばらつきがある場合でも、これらに接合されているカップリングコンデンサ１０８ａ〜１０８ｄが大きな静電容量を有するために、前置増幅器１０６に入力される電荷量は一定になる。
【００３７】
以上のように、この実施の形態５によれば、比較的大きく同一の容量値を有するカップリングコンデンサ１０８ａ〜１０８ｄをそれぞれ半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの上部電極１１〜１４に接合させたので、前置増幅器１０６に入力される電荷量は一定になり得られるエネルギースペクトルは正確になる効果が得られる。
【００３８】
実施の形態６．
図６はこの発明の実施の形態６における放射線検出器を示す構成図であり、図において、実施の形態５と同様の部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。これによれば、実施の形態２と同様に、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄ間の空間を全く無くす構造にし、向かい合った電極を共用する共通電極２２〜２４により放射線検出部を構成するようにした。
【００３９】
以上のように、この実施の形態６によれば、放射線検出器は、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄ間の空間が全く無くなるため占積率が向上してさらに高感度となる効果が得られる。
【００４０】
また、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの各々の機械的強度が不十分で壊れやすい場合でも、検出部が一体化されているために全体として機械的強度が増大し破損しににくくなるという効果が得られる。
【００４１】
さらに、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの各々の静電容量にばらつきがある場合でも、前置増幅器１０６に入力される電荷量は一定になるので、エネルギースペクトルはより正確になるという効果が得られる。
【００４２】
実施の形態７．
図７はこの発明の実施の形態７による放射線検出器を示す構成図であり、図において、上記実施の形態３および実施の形態５と同様な部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。
【００４３】
電気抵抗１０７ａ〜１０７ｄは全て同じ値の電気抵抗であり、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの抵抗値に比べて十分小さく、これらの素子に対して並列に内線されているため半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの各々に印加される電圧の値を同じにする役割をしている。また、カップリングコンデンサ１０８ａ〜１０８ｄは全て同じ値のコンデンサであり、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの上部電極１１〜１４に電気接続され、各々は半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの静電容量に比べて十分大きな値を持っている。カップリングコンデンサ１０８ａ〜１０８ｄは図１に示されるカップリングコンデンサ１０５と同様の役割を持ち、検出部に生じた電荷が伝達され、前置増幅器１０６において増幅し電圧パルスとして出力される。
【００４４】
次に動作について説明する。
電源１０４より半導体素子１０２ａ〜１０２ｄからなる検出部に対して高電圧を印加しながら半導体５１ａ〜５１ｄに放射線を入射すると電子と正孔が発生して収集電極である上部および下部電極１１〜１８にこれらが到達して誘電電荷を帯びる。この際、電気抵抗１０７ａ〜１０７ｄにより各素子に印加される電圧の値は同一となり、かつ、並置されたカップリングコンデンサ１０８ａ〜１０８ｄにより前置増幅器１０６に入力される電荷量は一定になる。
【００４５】
以上のように、この実施の形態７によれば、電気抵抗１０７ａ〜１０７ｄを半導体素子１０２ａ〜１０２ｄに並列に内線するとともに、カップリングコンデンサ１０８ａ〜１０８ｄを上部電極１１〜１４に接合したので、各素子に印加される電圧の値が同一なるとともに、前置増幅器１０６に入力される電荷量が一定になるので、エネルギースペクトルはより正確になるという効果が得られる。
【００４６】
実施の形態８．
図８はこの発明の実施の形態８による放射線検出器を示す構成図であり、図において、実施の形態７と同様の部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。実施の形態２および実施の形態４と同様に半導体素子１０２ａ〜１０２ｄ間には空間を全く無くした構造にし、隣接した素子の向かい合った電極を共用して共通電極２２〜２４とした点で実施の形態７の構成と特徴部分に差異がある。
【００４７】
以上のように、この実施の形態８によれば、放射線検出器は、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄ間の空間が全く無くなるため占積率が向上してさらに高感度となる効果が得られる。
【００４８】
また、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの各々の機械的強度が不十分で壊れやすい場合でも、検出部が一体化されているために全体として機械的強度が増大し破損しにくくなる効果が得られる。
【００４９】
さらに、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの抵抗値および静電容量にばらつきがある場合でも、これら素子に印加される電圧の値が同一になり、かつ、前置増幅器１０６に入力される電荷量が一定になるので、エネルギースペクトルがより正確となる効果が得られる。
【００５０】
実施の形態９．
図９はこの発明の実施の形態９による放射線検出器を示す構成図であり、図において、実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。まず、１０２ａ〜１０２ｄは第１素子群を構成する半導体素子、５１ａ〜５１ｄは半導体素子１０２ａ〜１０２ｄを構成する半導体、７１〜７４，７５〜７８はそれぞれ半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの上部電極と下部電極である。次に、１０２ｅ〜１０２ｈは第２素子群を構成する半導体素子、５１ｅ〜５１ｈは半導体素子１０２ｅ〜１０２ｈを構成する半導体、８１〜８４，８５〜８８はそれぞれ半導体素子１０２ｅ〜１０２ｈの上部電極と下部電極である。そして、１０２ｉ〜１０２ｌは第３素子群を構成する半導体素子、５１ｉ〜５１ｌは半導体素子１０２ｉ〜１０２ｌを構成する半導体、９１〜９４，９５〜９８はそれぞれ半導体素子１０２ｉ〜１０２ｌの上部電極と下部電極である。第１〜第３素子群は並列に接続する構造となっている。
【００５１】
次に動作について説明する。
各々の半導体素子１０２ａ〜１０２ｌに入射した放射線により生じた電荷は、第１〜第３素子群毎に収集され、これらの総和がカップリングコンデンサ１０５に伝達され前置増幅器１０６で増幅される。
【００５２】
以上のように、この実施の形態９によれば、放射線検出器は、感度をさらに向上するために検出部分の体積を増大する場合に、全ての半導体素子１０２ａ〜１０２ｌを直列接合した場合に比べて、印加電圧を低く設定することができる効果が得られる。したがって、高圧電源設備が不要となり、放射線検出器の信頼性が向上する効果がある。
【００５３】
実施の形態１０．
図１１はこの発明の実施の形態１０による放射線検出器を示す構成図であり、図において、実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄは全て同じ値のコンデンサであり、半導体素子１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄの静電容量に比べて十分大きな値を持っている。コンデンサ１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄに半導体素子に生じた電荷のほとんどが蓄えられ、カップリングコンデンサ１１０の静電容量がコンデンサ１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄの静電容量に比べて十分大きい場合、結果的に半導体素子の電極に生じた誘導電荷のほとんどがカップリングコンデンサ１１０に伝達され、前置増幅器１０６に入力される。前置増幅器１０６では、入力された電荷を増幅し、電圧パルスとして出力される。半導体素子に同一エネルギーが付与された場合、半導体素子１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄの静電容量にばらつきがある場合でも、前置増幅器１０６に入力される電荷量は一定になるので、正確なエネルギースペクトルを得ることができる。
【００５４】
以上のように、この実施の形態１０によれば、放射線検出器は、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄの静電容量にばらつきがある場合でも、十分静電容量の大きなカップリングコンデンサ１１０を介せば、前置増幅器１０６に入力される電荷量は一定になり、正確なエネルギースペクトルが得られる効果がある。
【００５５】
実施の形態１１．
図１２はこの発明の実施の形態１１による放射線検出器を示す構成図であり、図において、上記実施の形態１０と同様の部分は同一符号を付して個々の説明は省略する。実施の形態２と同様に、半導体素子間の空間を全く無くす構造にし、向かい合った電極を共用にする構造となっている。上記のように構成された実施の形態１１の放射線検出器は、半導体素子間の空間が全く無くなるため占積率が向上してさらに高感度となる。また、半導体素子１つの機械的強度が不十分で壊れやすい場合でも、検出部が一体化されているために全体として機械的強度が増大し破損しにくくなる。さらに、各半導体素子の静電容量にばらつきがある場合でも、前置増幅器１０６に入力される電荷量は一定になるので、正確なエネルギースペクトルを得ることができる。
【００５６】
以上のように、この実施の形態１１によれば、放射線検出器は、上記実施の形態１０の効果に加えて、半導体素子１０２ａ〜１０２ｄ間に空間が無くなるので、占積率が向上するとともに、機械的強度が増えて破損しにくくなる効果がある。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、半導体素子の複数個を積層するとともにこれらを電気的に直列接合するように構成したので、高エネルギー領域の放射線すなわち光子が一つ入射した場合、複数回の相互作用により半導体素子に放射線のエネルギーが付与され、たとえそのエネルギーが別々の半導体素子に付与されたとしても半導体素子一つ一つに生じた電荷の和が信号として取り出されるため、結果として、積層した半導体素子全部に付与されたエネルギーに比例した波高のパルスが得られる効果がある。
【００５８】
また、正孔の移動度および寿命が小さい場合でも、薄い素子を用いれば、ほとんど全ての正孔が収集電極に到達できるので、正確なエネルギースペクトル測定ができる効果がある。
【００５９】
また、半導体素子の積層構造により構成される検出部の体積が増加するため、高エネルギー領域の放射線が半導体素子を素通りしたりその内部に全エネルギーを付与しない素子が外部に逃げる割合が低減し、感度が向上する効果がある。
【００６０】
また、半導体素子を直列接合することにより、検出部全体の抵抗値が増大するため漏れ電流が減少しノイズが低減され、しかも検出部全体の静電容量が小さくなるのでエネルギー分解能が向上する効果がある。
【００６１】
さらに、一個の半導体素子の大型化が困難な場合、その数を増加させるだけであるため、感度を向上させるためのコストを低減できる効果がある。
【００６２】
さらにまた、高エネルギー領域の放射線の全エネルギー吸収に対する感度は、素子の数の増加分以上の感度向上をもたらすため、その感度向上コストを低減できる効果がある。
【００６３】
この発明によれば、半導体素子はその第１および第２電極の少なくともいずれか一方を隣接する他の半導体素子の第１および第２電極と兼用した共通電極を有するように構成したので、半導体素子間の空間が全く無くなり不感部分が無くなるため、素子以外での放射線相互作用が無くなり検出効率が向上する。これにより、感度が向上し正確なエネルギー測定ができる効果がある。
【００６４】
また、素子一つの機械的検出部の構造も単純化されるため、構造強度も増大し、破損しにくくなる効果がある。
【００６５】
この発明によれば、複数個の半導体素子各々の第１および第２電極間に電気抵抗を接続してなるように構成したので、各半導体素子の抵抗値にばらつきがある場合でも、各々の素子に印加される電圧が一定になり、正確なエネルギー測定ができエネルギー分解能が向上する効果がある。
【００６６】
この発明によれば、半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを複数個の半導体素子毎に第１および第２電極のいずれか一方に接続してなるように構成したので、各々の素子の静電容量にばらつきがある場合でも、各々の素子に印加される電圧が一定になる。したがって、前置増幅器に入力される電荷量は一定になるので、正確なエネルギー測定ができエネルギー分解能が向上する効果がある。
【００６７】
この発明によれば、複数個の半導体素子各々の第１および第２電極間に電気抵抗を接続してなるとともに、半導体素子の静電容量より大きな値を持つ複数のカップリングコンデンサを上記半導体素子毎に第１および第２電極のいずれか一方に接続してなるように構成したので、各々の素子の比抵抗と静電容量にばらつきがある場合でも、素子にかかる印加電圧が一定になり、かつ、前置増幅器に入力される電荷量が同じになる。したがって、正確なエネルギースペクトルを測定できエネルギー分解能が向上する効果がある。
【００６８】
この発明によれば、直列接合した複数個の半導体素子群を並列に接合してなるように構成したので、感度をさらに向上するために検出部体積をさらに大きくした場合でも、全ての素子を直列接合した場合に比べて、印加電圧を低く設定することができる。したがって、高圧電源設備が不要となり放射線検出器の信頼性が向上する効果がある。
【００６９】
この発明によれば、各半導体素子の静電容量にばらつきがある場合でも、前置増幅器に入力される電荷量は一定になるので、エネルギー分解能が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態２による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図３】  この発明の実施の形態３による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図４】  この発明の実施の形態４による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図５】  この発明の実施の形態５による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図６】  この発明の実施の形態６による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図７】  この発明の実施の形態７による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態８による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図９】  この発明の実施の形態９による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図１０】  従来の放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図１１】  この発明の実施の形態１０による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【図１２】  この発明の実施の形態１１による放射線検出器を示す全体概略構成図である。
【符号の説明】
１１〜１４，２１，７１〜７４，８１〜８４，９１〜９４  上部電極（第１電極）、１５〜１８，２５，７５〜７８，８５〜８８，９５〜９８  下部電極（第２電極）、２２〜２４  共通電極、５１ａ〜５１ｌ  半導体、１０１ａ  放射線、１０２ａ〜１０２ｌ  半導体素子、１０５，１０８ａ〜１０８ｄ，１１０  カップリングコンデンサ、１０７ａ〜１０７ｄ  電気抵抗、１０９ａ〜１０９ｄ  コンデンサ。
【図１】
0003923186.tif 000002
【図２】
0003923186.tif 000003
【図３】
0003923186.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003923186.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003923186.tif 000008
【図８】
0003923186.tif 000009
【図９】
0003923186.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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