(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下面に上面側電極及び下面側電極をそれぞれ有する半導体放射線検出素子をパッケージ本体に設けられた凹領域内に配置し、前記凹領域を放射線透過性の窓材で封止してなる放射線検出器において、
前記窓材が導電性材料からなると共に、
前記半導体放射線検出素子の前記下面側電極が前記凹領域内の導電体に接続され、この導電体から前記パッケージ本体外部へ露出するように端子が延びており、且つ、
前記窓材の内面は、前記凹領域の周辺部に設けられた段差上に設けられ、前記パッケージ本体外部へ露出するように延びた端子に接続された電極、及び、前記半導体放射線検出素子の前記上面側電極の双方に電気的に接続されている、
ことを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記半導体放射線検出素子はＣｄＴｅからなり、前記窓材はアモルファスカーボンからな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】
請求項１に記載の放射線検出器を少なくとも２つ備え、それぞれのパッケージ本体は放射線透過性の材料からなり、一方の前記放射線検出器の窓材の露出表面上に、他方の前記放射線検出器のパッケージ本体の底面が位置するように、前記放射線検出器を組み合わせてなる放射線検出器ユニット。
【請求項４】
前記凹領域内の前記導電体の面積は、前記半導体放射線検出素子の前記導電体側の電極の面積より小さいことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線やガンマ線等の放射線を測定する放射線検出器及び放射線検出ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体放射線検出素子であるＣｄＴｅを用いた放射線検出器は、特開平４−６１１７３号公報に記載されている。この放射線検出器は、上下面に電極を有する半導体放射線検出素子をパッケージ本体に設けられた凹領域内に配置し、凹領域を放射線透過性の窓材で封止してなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の放射線検出器においては大型であって取り扱いが不便であると共に放射線強度が距離に応じて減衰するため検出感度が低下するという不具合がある。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、検出感度を向上可能な放射線検出器及び放射線検出ユニットを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る放射線検出器は、上下面に上面側電極及び下面側電極をそれぞれ有する半導体放射線検出素子をパッケージ本体に設けられた凹領域内に配置し、前記凹領域を放射線透過性の窓材で封止してなる放射線検出器において、前記窓材が導電性材料からなると共に、前記半導体放射線検出素子の前記下面側電極が前記凹領域内の導電体に接続され、この導電体から前記パッケージ本体外部へ露出するように端子が延びており、且つ、前記窓材の内面は、前記凹領域の周辺部に設けられた段差上に設けられ、前記パッケージ本体外部へ露出するように延びた端子に接続された電極、及び、前記半導体放射線検出素子の前記上面側電極の双方に電気的に接続されている、ことを特徴とする。
【０００５】
本放射線検出器によれば、窓材が導電性材料からなるため、ボンディングワイヤ等の配線を用いるスペースが不要となるため、窓材と半導体放射線検出素子とが接触するように近接させて放射線源から素子までの距離を短くすることができる。放射線強度は距離の二乗に反比例するので、この近接によって検出感度を向上させることができ、且つ、窓材は凹領域の封止機能も有しているため、構造が単純で、製造が容易となり、また、封止によって素子動作を安定させることができる。
【０００６】
また、導電体及び窓材のそれぞれからパッケージ本体外部へ露出するように延びた端子を備えることが好ましい。
【０００７】
半導体放射線検出素子がＣｄＴｅからなり、窓材がアモルファスカーボンからなる場合には、放射線を効率的に検出できると共に、熱膨張係数差が小さいことからこれらの間の熱応力を低減させることができるため、例えば強制冷却を行う場合においても検出器強度を維持することができ、更に高感度な検出を行うことができる。
【０００８】
上記放射線検出器を少なくとも２つ備え、それぞれのパッケージ本体は放射線透過性の材料からなり、一方の放射線検出器の窓材の露出表面上に、他方の前記放射線検出器のパッケージ本体の底面が位置するように、放射線検出器を組み合わせてなる放射線検出器ユニットは、一方の放射線検出器を透過した放射線を他方で検出することができるので、更に検出感度を向上させることができる。
【０００９】
なお、凹領域内の導電体の面積は、半導体放射線検出素子の導電体側の電極の面積より小さい。したがって、凹領域内の空間を介して対向する窓材と導電体とによって構成されるキャパシタの容量は小さくなり、検出器の応答特性を向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る放射線検出器及び放射線検出ユニットについて説明する。同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１１】
図１は実施の形態に係る放射線検出器の分解斜視図、図２は図１に示した放射線検出器のＩＩ−ＩＩ矢印断面図、図３は図１に示した放射線検出器のＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。
【００１２】
セラミックからなるパッケージ本体１の上面には凹領域１ｄが形成されており、凹領域１ｄ内には半導体放射線検出素子２が収容されている。凹領域１ｄは窓材３によって封止されており、パッケージ本体１及び窓材３は凹領域１ｄを内部密閉空間とするパッケージを構成している。
【００１３】
パッケージ本体１の凹領域１ｄの底面には、パッケージ本体１内部を介して外部端子４に電気的に接続される導電体５が設けられており、導電体５は半導体放射線検出素子２の下面側電極２ｋに電気的に接触している。一方、半導体放射線検出素子２の上面側電極２ｊは、導電性材料からなる窓材３の内面に電気的に接触し、これを介して凹領域１ｄ周辺部に設けられた段差Ｓ上の電極６に接続されている。電極６はパッケージ本体１内部を介して外部端子７に電気的に接続されている。なお、図２及び図３に示すように、外部端子４及び７は、端部がパッケージ本体１の裏面側に位置するように外部が内側に屈曲しているが、これは外側に屈曲していてもよい。
【００１４】
ここで、凹領域１ｄの底面の一部を構成する導電体１ｄの上部露出表面から段差Ｓの上部表面までの高さは、半導体放射線検出素子２の厚みに略等しく、したがって、窓材３を段差Ｓの上部表面上に配置した場合には、窓材３の内面は前記上部表面に設けられた電極６及び半導体放射線検出素子２の上面側電極２ｊに接触する。
【００１５】
すなわち、窓材３を段差Ｓの上部表面上に配置するだけで、上面側電極２ｊと電極６とが窓材３を介して電気的に接続される。なお、窓材３と上面側電極２ｊとの間には導電性樹脂（銀ペースト）８が介在し、窓材３と電極６との間には導電性樹脂（銀ペースト）９が介在しており、これらを接着している。また、下面側電極２ｋと導電体５との間にも導電性樹脂（銀ペースト）１０が介在し、これらを接着している。
【００１６】
導電体５及び電極６はそれぞれ外部端子４及び７に接続されている。換言すれば、外部端子４及び７は、それぞれ半導体放射線検出素子２の下面側電極２ｋ及び上面側電極２ｊに電気的に接続されており、外部端子４及び７間に電圧を印加することによって、下面側電極２ｋ及び上面側電極２ｊ間に介在するＣｄＴｅ基板２ｓにバイアスを与えることができる。なお、窓材３は接地電位にしてある。
【００１７】
ＣｄＴｅ基板２ｓにバイアスが与えられた状態で、窓材３にＸ線やガンマ線等の放射線が照射されると、窓材３は放射線透過性の材料であるアモルファスカーボンからなるので、放射線は窓材３を介してＣｄＴｅ基板２ｓに入射する。放射線の入射に応じてＣｄＴｅ基板２ｓ内で発生した正孔及び電子は内部電界に従って電極２ｊ及び２ｋにそれぞれ進行し、放射線検出電流として端子４と端子７との間を流れる。
【００１８】
上述のように、半導体放射線検出素子２はＣｄＴｅからなり、窓材３はアモルファスカーボンからなるので、放射線を効率的に検出できると共にこれらの間の熱応力を低減させることができる。したがって、放射線検出器の強制冷却を行う場合においても検出器強度を維持することができ、更に高感度が検出を行うことができる。なお、窓材３の材料はベリリウムに置換することもできる。
【００１９】
窓材３の周縁部とパッケージ本体１の内縁部、すなわち凹領域１ｄの外周部との間には封止材１１が介在しており、凹領域１ｄ内部の気密性を保持するよう凹領域１ｄを密閉している。凹領域１ｄ内部は窒素やアルゴン等の不活性ガスで充満している。封止材１１としてはシリコーンを用いる。
【００２０】
上記放射線検出器の製造方法について説明する。
【００２１】
まず、ＣｄＴｅ基板２ｓの上下面にＡｕやＩｎ等の電極材料を蒸着し、上下面の電極２ｊ，２ｋを形成する。一方、リードフレームが導電体５、電極６及び外部端子４，７となるようにこれを加工し、周囲をセラミックで成形してパッケージ本体１を形成する。
【００２２】
次に、パッケージ本体１の導電体５上に小量の導電性樹脂１１を塗布し、これを介して半導体放射線検出素子２をパッケージ本体１に接着する。接着においては半導体放射線検出素子２を軽く押さえると共に、これを真空オーブンに入れて８０℃以下の温度で３時間ほど加熱して乾燥させる。導電性樹脂から気化するガスはオーブンの外へ排気されるため、半導体放射線検出素子２の清浄度は維持される。
【００２３】
更に、段差Ｓの上面にある電極６と半導体放射線検出素子２の上面に少量の導電性樹脂を塗布する。これらの上に窓材３を載せて軽く押さえ、上記と同様に接着する。
【００２４】
真空オーブンを窒素ガスでリークし、速やかに製造物を窒素ボックスに移動させ、封止材１１で窓材３の周縁部と凹領域１ｄの外周部との間の隙間を埋め、室温にてこれを固化させ、放射線検出器が完成する。
【００２５】
図４は、上記シリコーンによる凹領域１ｄの密閉前後における印加電圧（Ｖ）と暗電流（Ａ）との関係を示すグラフである。密閉後の暗電流（Ａ）は密閉前に比べて減少している。
【００２６】
図５は、導電体５と外部端子４、及び電極６と外部端子７の変形配置例を示す放射線検出器の平面図である。なお、同図は半導体放射線検出素子２及び窓材３を外した状態を示す。図示のように、外部端子４及び７が同一方向に伸延するように、これらを導電体５及び電極６に接続してもよい。
【００２７】
図６は、導電体５と外部端子４、及び電極６と外部端子７の別の変形配置例を示す放射線検出器の平面図である。なお、同図においても半導体放射線検出素子２及び窓材３を外した状態を示す。
【００２８】
図７は、図６に示した放射線検出器のＶＩＩ−ＶＩＩ矢印断面図である。図６及び図７に示すように、本放射線検出器においては、複数に分割された下面側電極２ｋを長さ方向に配列するように設け、それぞれの下面側電極２ｋに対応するように導電体５をそれぞれ設けている。
【００２９】
なお、製造時においては、それぞれの下面側電極２ｋとそれぞれの導電体５が重なるように半導体放射線検出素子２を配置して導電体５に接着する。各下面側電極２ｋは、導電性樹脂１０及び各導電体５を介して外部に露出した外部端子４に接続されている。また、上面側電極２ｊは共通電極であり、導電性樹脂８、窓材３、導電性樹脂９、電極６，６’を介して外部端子７に接続されている。
【００３０】
また、導電体５及び電極６’はパッケージ本体１を厚み方向方向に貫通するスルーホール内に充填されており、ＮｉやＡｕ，Ｃｕの合金等から構成されている。本例の放射線検出器の場合、放射線の入射位置に応じて、各外部端子４から出力される電流値が異なるので、放射線の入射位置を特定することができる。
【００３１】
図８は、図１を用いて説明した放射線検出器１００を複数組み合わせてなる放射線検出ユニットの断面図である。なお、外部端子４及び７は図１に示したものとは異なり、外側へ折り曲げてある。本放射線検出ユニットは、放射線検出器１００を４つ備え、それぞれのパッケージ本体は放射線透過性の材料からなり、上下に隣接する一方の放射線検出器１００の窓材３の露出表面上に、他方の前記放射線検出器１００のパッケージ本体１の底面が位置するように、放射線検出器１００を組み合わせてなる。なお、窓材３の露出表面とパッケージ本体１の底面との間には導電性樹脂が介在し、これらを接着している。
【００３２】
パッケージ本体１はセラミックからなる。本放射線検出器ユニットは、最上段の放射線検出器を透過した放射線をその下段の検出器１００で検出し、これを透過した放射線は更にその下段の検出器１００で検出することができるので、更に検出感度を向上させることができる。なお、本実施の形態の放射線検出ユニットにおいては、放射線検出器１００は少なくとも２つあればよい。
【００３３】
以上、説明したように上記放射線検出器は、上下面に電極２ｊ，２ｋを有する半導体放射線検出素子２をパッケージ本体１に設けられた凹領域１ｄ内に配置し、凹領域１ｄを放射線透過性の窓材３で封止してなる放射線検出器において、窓材３が導電性材料からなると共に、半導体放射線検出素子２の電極の一方２ｋが凹領域１ｄ内の導電体５に、他方２ｊが窓材３に電気的に接触している。
【００３４】
本放射線検出器によれば、窓材３が導電性材料からなるため、ボンディングワイヤ等の配線を用いるスペースが不要となるため、窓材３と半導体放射線検出素子２とが接触するように近接させて放射線源から素子２までの距離を短くすることができる。放射線強度は距離の二乗に反比例するので、この近接によって検出感度を向上させることができ、且つ、窓材３は凹領域１ｄの封止機能も有しているため、構造が単純で、製造が容易となり、また、封止によって素子動作を安定させることができる。ここで、導電体５及び窓材３のそれぞれからパッケージ本体１外部へ露出するように延びた端子４，７を備えている。
【００３５】
更に、半導体放射線検出素子２はＣｄＴｅからなり、窓材３はアモルファスカーボンからなるので、放射線を効率的に検出できると共にこれらの間の熱応力を低減させることができる。
【００３６】
ここで、凹領域１ｄ内の導電体５の面積は、半導体放射線検出素子２の導電体５側の電極２ｋの面積より小さい。したがって、凹領域１ｄ内の空間を介して対向する窓材３と導電体５とによって構成されるキャパシタの容量は小さくなり、検出器の応答特性を向上させることができる。導電体５は、その面積を小さくするように、網目のような複数の開口領域を有することが好ましい。
【００３７】
また、放射線検出器１００を少なくとも２つ備え、それぞれのパッケージ本体１は放射線透過性の材料からなり、一方の放射線検出器の窓材３の露出表面上に、他方の放射線検出器のパッケージ本体１の底面が位置するように、放射線検出器１００を組み合わせてなる放射線検出器ユニットは、一方の放射線検出器を透過した放射線を他方で検出することができるので、更に検出感度を向上させることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る放射線検出器及びユニットによれば、窓材に放射線透過、封止及び導電機能を持たせることにより、検出感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る放射線検出器の分解斜視図。
【図２】図１に示した放射線検出器のＩＩ−ＩＩ矢印断面図。
【図３】図１に示した放射線検出器のＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図。
【図４】シリコーンによる凹領域１ｄの密閉前後における印加電圧（Ｖ）と暗電流（Ａ）との関係を示すグラフ。
【図５】導電体５と外部端子４、及び電極６と外部端子７の変形配置例を示す放射線検出器の平面図。
【図６】導電体５と外部端子４、及び電極６と外部端子７の別の変形配置例を示す放射線検出器の平面図。
【図７】図６に示した放射線検出器のＶＩＩ−ＶＩＩ矢印断面図。
【図８】図１を用いて説明した放射線検出器１００を複数組み合わせてなる放射線検出ユニットの断面図。
【符号の説明】
２ｊ，２ｋ…電極、２…半導体放射線検出素子、１…パッケージ本体、１ｄ…凹領域、３…窓材。
【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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