(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射光光子と不活性ガスとの衝突によって生成される電子を種としてアノード、カソード間で電子の増倍、放電を引き起こすマイクロガスチャンバーと、前記マイクロガスチャンバーによって電子増幅された電子を検知する検知手段とで構成されるガス増幅型Ｘ線イメージング検出器であって、
前記マイクロガスチャンバーが、Ｘ線リソグラフィーによって形成され、複数の貫通孔を有し、アノード又はカソードとなる導電材料が設けられた基板が、前記貫通孔を合わせて一体構造に積層されて、該マイクロガスチャンバーによって電子増幅された電子を前記検知手段によって検出するものであり、
前記一体構造は、前記貫通孔を合わせて、アノード、第１基板、カソード、第２基板を積層したものが、二段以上に積層されて形成されたものであり、
前記貫通孔が、２００μｍ以下のピッチで形成され、四角形状又は六角形状であり、
前記検知手段が、前記貫通孔を合わせた一体構造が、前記第２基板の側にて、蛍光材料及びＩＴＯ電極、又は、蛍光材料バーニング保護膜、蛍光材料及びＩＴＯ電極が表面に形成されたガラス基板上に設置され、前記蛍光材料に衝突することによって発光する部位を、ＣＣＤ撮像素子により２次元画像として検出するように形成されているガス増幅型Ｘ線イメージング検出器。
【請求項２】
放射光光子と不活性ガスとの衝突によって生成される電子を種としてアノード、カソード間で電子の増倍、放電を引き起こすマイクロガスチャンバーと、前記マイクロガスチャンバーによって電子増幅された電子を検知手段によってイメージングして検出するガス増幅型Ｘ線イメージング検出方法であって、
前記マイクロガスチャンバーが、Ｘ線リソグラフィーによって形成され、複数の貫通孔を有し、両面にアノード又はカソードとなる導電材料が設けられた基板が、前記貫通孔を合わせて積層されて、
前記貫通孔を合わせた積層体が、アノード、第１基板、カソード、第２基板を積層したものが、二段以上に積層されて形成されたものであり、
前記貫通孔が、２００μｍ以下のピッチで形成され、四角形状又は六角形状であり、
前記貫通孔を合わせた積層体が、前記第２基板の側にて、蛍光材料及びＩＴＯ電極、又は、蛍光材料バーニング保護膜、蛍光材料及びＩＴＯ電極が表面に形成されたガラス基板上に設置されてなり、
該マイクロガスチャンバーによって電子増幅された電子が、前記蛍光材料に衝突することによって発光する部位を、前記ＣＣＤ撮像素子の画像表示モニター画面に２次元画像として検出するガス増幅型Ｘ線イメージング検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元微細構造のマイクロガスチャンバーを有するガス増幅型Ｘ線イメージング検出器及びガス増幅型Ｘ線イメージング検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大強度放射光を使った回折・散乱実験の散乱線を位置的に分解し２次元イメージとしてＸ線像を測定したいという需要が増大している。一方、放射光検出器においては、未だ、２次元イメージ像としてＸ線を検知するＸ線検出器が実現されておらず、現在、盛んに研究開発が行われ、例えば、放射光光子が導入されたＡｒ等の不活性ガスに衝突した時に生成される電子を種として、さらに、アノード、カソード間で電子の増幅、放電を引き起こさせるマイクロガスチャンバーＸ線検出器の開発が盛んに行われている。
【０００３】
マイクロガスチャンバーＸ線検出器としては、例えば、特開平１０−３００８５６号公報に開示されたものがある。このものは、基板として弾性を有する有機薄膜を用いて、この有機薄膜の下層に位置し、バックストリップに誘起される信号を使って２次元読み出しを可能にし、大面積で、形状が柔軟性を有するとともに、２次元座標の同時計測を可能にするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このものは、放電が平面上になるため、チャージアップによる変動及び安定性に欠け、実用化の目処がたっていないという問題がある。また、加工技術の限界でピッチが２００μｍと粗いため解像度があげられないという問題があった。
【０００５】
本発明は、安定なガス増幅が可能で、位置分解能が高く、放電によって損傷しにくいガス増幅型Ｘ線イメージング検出器及びガス増幅型Ｘ線イメージング検出方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の請求項１に記載のガス増幅型Ｘ線イメージング検出器は、放射光光子と不活性ガスとの衝突によって生成される電子を種としてアノード、カソード間で電子の増倍、放電を引き起こすマイクロガスチャンバーと、前記マイクロガスチャンバーによって電子増幅された電子を検知する検知手段とで構成されるガス増幅型Ｘ線イメージング検出器であって、
前記マイクロガスチャンバーが、Ｘ線リソグラフィーによって形成され、複数の貫通孔を有し、アノード又はカソードとなる導電材料が設けられた基板が、前記貫通孔を合わせて一体構造に積層されて、該マイクロガスチャンバーによって電子増幅された電子を前記検知手段によって検出するものであり、
前記一体構造は、前記貫通孔を合わせて、アノード、第１基板、カソード、第２基板を積層したものが、二段以上に積層されて形成されたものであり、
前記貫通孔が、２００μｍ以下のピッチで形成され、四角形状又は六角形状であり、
前記検知手段が、前記貫通孔を合わせた一体構造が、前記第２基板の側にて、蛍光材料及びＩＴＯ電極、又は、蛍光材料バーニング保護膜、蛍光材料及びＩＴＯ電極が表面に形成されたガラス基板上に設置され、前記蛍光材料に衝突することによって発光する部位を、ＣＣＤ撮像素子により２次元画像として検出するように形成されているものである。
【０００７】
上記構成によると、マイクロガスチャンバーが複数の貫通孔を有する基板が積層されて形成されているため、ガス増幅率を高めることができる。また、マイクロガスチャンバーがＸ線リソグラフィーによって形成された微細構造体であるため、放電が発生した場合であっても損傷を受けにくい。
また上記構成によると、貫通孔のピッチが２００μｍ以下のピッチで形成されているため、高い位置分解能とすることができる。また、ガスの増幅率が高いため、精度良くイメージングすることが可能である。
また上記構成によると、貫通孔形状をマイクロガスチャンバーの使用状況に合わせて適宜選択することが可能となる。
また上記構成によると、ＣＣＤ撮像素子によって、貫通孔を通過したＸ線によって発光している部位を直接観察することができ、容易に２次元のイメージングを行うことができる。
【００１６】
また、請求項２に記載のガス増幅型Ｘ線イメージング検出方法は、放射光光子と不活性ガスとの衝突によって生成される電子を種としてアノード、カソード間で電子の増倍、放電を引き起こすマイクロガスチャンバーと、前記マイクロガスチャンバーによって電子増幅された電子を検知手段によってイメージングして検出するガス増幅型Ｘ線イメージング検出方法であって、
前記マイクロガスチャンバーが、Ｘ線リソグラフィーによって形成され、複数の貫通孔を有し、両面にアノード又はカソードとなる導電材料が設けられた基板が、前記貫通孔を合わせて積層されて、
前記貫通孔を合わせた積層体が、アノード、第１基板、カソード、第２基板を積層したものが、二段以上に積層されて形成されたものであり、
前記貫通孔が、２００μｍ以下のピッチで形成され、四角形状又は六角形状であり、
前記貫通孔を合わせた積層体が、前記第２基板の側にて、蛍光材料及びＩＴＯ電極、又は、蛍光材料バーニング保護膜、蛍光材料及びＩＴＯ電極が表面に形成されたガラス基板上に設置されてなり、
該マイクロガスチャンバーによって電子増幅された電子が、前記蛍光材料に衝突することによって発光する部位を、前記ＣＣＤ撮像素子の画像表示モニター画面に２次元画像として検出するものである。
【００１９】
上記の方法によると、高い位置分解能で２次元のイメージングを容易に行うことが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係るガス増幅型Ｘ線イメージング検出器の実施形態例について説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態例に係るガス増幅型Ｘ線イメージング検出器１の要部断面図である。図１において、ガス増幅型Ｘ線イメージング検出器１は、導電性Ｘ線窓１０を通過したＸ線等の放射光光子と不活性ガスとの衝突によって発生する電子を種として、この電子を貫通孔５内において、アノード１１とカソード１２との間で増倍、放電させるマイクロガスチャンバー２と、ガラス基板１７と、その表面に設けられたＩＴＯ電極１６と、その表面に塗布され、貫通孔５を通過してきた電子の衝突によって発光する蛍光材料１５と、この蛍光材料１５の発光を検知する検知手段１８とで構成される検出部３とで構成されている。この蛍光材料１５の表面には、蛍光材料バーニング保護膜２６が形成されていることが好ましい。また、このとき導電性Ｘ線窓１０とＩＴＯ電極１６には数１０ｋＶ程度の電位差をつけておき、ＩＴＯ電極１６が陽極で導電性Ｘ線窓１０が陰極となる。この電位差によって増幅された電子がＩＴＯ電極１６に加速衝突して蛍光材料を発光させる。電子増倍のアノード１１とカソード１２はこの電界の範囲中に局部的に電位差をつけてガス放電によりエレクトロンバンチャー（電子雪崩）を起こさせて電子を増倍させる。ここで、各電極間の電位差としては、例えば、ＩＴＯ電極１６を０Ｖとすると、カソード１２との電位差は、１ｋＶ／ｃｍ、カソード１２とアノード１１との差は１ｋＶ／１００μｍ、アノード１１と導電性Ｘ線窓１０との差は１ｋＶ／ｃｍとしておくことが好ましい。
【００２２】
なお、電子増幅は必要に応じて、図２に示すように、各電極１１，１２等を２段に積層することも可能であり、これによって、最大感度で電子エネルギー５０ｋｅＶによる放射光まで検出可能である。また、積層段数は、２段以上とすることができる。
【００２３】
また、図３（ａ）、（ｂ）に貫通孔５の形状の一例を示す。図３（ａ）は、貫通孔５の形状が六角形状のもの、図３（ｂ）は、貫通孔５の形状が四角形状のものを示す。このように、本発明に係るＸ線イメージング検出器においては、ガス増幅する貫通孔５の形状を適宜所定の形状に形成することが可能である。次に、その形成方法について説明する。
【００２４】
マイクロガスチャンバー２は、Ｘ線リソグラフィーによって形成されている。図５にその一例を示す。マイクロガスチャンバー２は、まず、Ｓｉ基板２０上にアノードとなるＣｕ膜を蒸着又はスパッタによって形成する（図５（ａ））。次に、Ｃｕ膜１１の表面に電気絶縁材料、例えば、エポキシ樹脂等をスピンコート等によって形成し、硬化処理を行って基板１３とする（図５（ｂ））。この基板１３の表面に、カソードとなるＡｌ膜１２を蒸着又はスパッタによって形成する（図５（ｃ））。そして、このＡｌ膜１２の表面に再度電気絶縁材料、例えば、エポキシ樹脂等をスピンコート等によって形成し、硬化処理を行って基板１４とする（図５（ｄ））。次に、この基板１４の表面に貫通孔５を１００μｍピッチで形成できるようにパターニング化されたＡｕ等のＸ線吸収体を形成し、Ｘ線露光を行う（図５（ｅ））。そして、現像することによって、Ｘ線吸収体が形成されていなかった部分２１が除去される（図５（ｆ））。なお、Ａｌ膜１２は、Ｘ線を透過するため、Ａｌ膜１２の下側の部分２２にもＸ線が露光された状態となる。そのため、Ａｌ膜１２をＨ2ＳＯ4等によってエッチングし、再度現像することによって、Ａｌ膜１２の下部分２２は除去される（図５（ｇ））。次に、Ｃｕ膜１１をＨＮＯ3等によってエッチングすることによって、貫通孔５となる孔を形成することができる（図５（ｈ））。ついで、基板１４の上方に表面にＩＴＯ電極１６及び蛍光材料１５が塗布され、さらにその表面に厚さ０．１〜０．５μｍの蛍光材料バーニング保護膜２６となるアルミニウム薄膜が形成されたガラス基板１７を、アルミニウム薄膜２６が基板１４側となるようにＯＨ結合等の既知の異種材料接合技術等によって接合する（図５（ｉ））。そして、Ｓｉ基板２０を研磨した後、ＫＯＨによってエッチングし、Ｓｉ基板２０が除去される。
【００２５】
図４に前述のＸ線リソグラフィーによって形成された基板１３，１４の一例の写真を示す。このものは、貫通孔５の形状が六角形状のものを示し、これら各孔は２００μｍ以下のピッチで形成することが可能となる。
【００２６】
次に、図１に戻り、本実施形態例に係るガス増幅型Ｘ線イメージング検出器によるイメージング検出方法について説明する。
【００２７】
図１において、Ｘ線・電子変換部４に存在するＡｒガス等の不活性ガスにＸ線等の放射光光子が衝突し、電子が生成される。この電子が、マイクロガスチャンバー２に形成された複数の貫通孔５を通過する際に、マイクロガスチャンバー２を構成する基板１３の両面に形成されているアノード、カソード間に電荷をかけることによって形成される電界によって、増幅、放電される。
【００２８】
そして、この増幅された電子が蛍光材料１５に衝突することによって発光する。この蛍光材料１５の発光を検知手段であるＣＣＤ撮像素子１８によって直接検出する。このとき、マイクロガスチャンバー２に形成されている貫通孔５は、１００μｍ〜２００μｍピッチで形成されているため、非常に高い位置分解能で発光する部位を区別することができ、容易に２次元のイメージングが可能となる。また、ＣＣＤ撮像素子１８で、直接発光部位を検出するため、信号変換等をする必要も無く、装置自体を簡易化することもできる。
【００２９】
さらに、マイクロガスチャンバー２は、Ｘ線リソグラフィーによって高いアスペクト比のものを形成可能であり、また、貫通孔５の形状を四角形状、六角形状の何れにも形成することが可能であるため、マイクロガスチャンバー２の使用用途に応じて、例えば、強度が必要な時は六角形状にしたり、ＣＣＤ撮像素子１８との相性を考慮し、位置分解能を必要とするときは四角形状にすることができる。
【００３０】
なお、前述の実施形態例においては、検知手段にＣＣＤ撮像素子１８を用いた場合について示したが、例えば、図６に示すように、各貫通孔５ごとに電荷移動素子であるピクセル電極を設け、各々のピクセル電極からの信号を検出し、直接画像処理することもできる。
【００３１】
図６は、本実施形態例に係るガス増幅型Ｘ線イメージング検出器１の要部断面図である。なお、図６において、図１と同一部材は同一符号を付して、詳細な説明は割愛する。
【００３２】
図６において、ガス増幅型Ｘ線イメージング検出器１は、導電性Ｘ線窓１０を通過したＸ線等の放射光光子と不活性ガスとの衝突によって発生する電子を種として、この電子を貫通孔５内において、アノード１１とカソード１２との間で増倍、放電させるマイクロガスチャンバー２と、貫通孔５を通過してきた電子２５を補足するピクセル電極２３と補足した電子を電流として取り出すピクセル電極内部配線２４で構成される検出部３とで構成されている。このとき導電性Ｘ線窓１０とピクセル電極２３には数１０ｋＶ程度の電位差をつけておき、ピクセル電極２３が陽極で導電性Ｘ線窓１０が陰極となる。この電位差によって増幅された電子がピクセル電極２３によって電流として取り出せる。電子増倍のアノード１１とカソード１２はこの電界の範囲中に局部的に電位差をつけてガス放電によりエレクトロンバンチャ−（電子雪崩）を起こさせて電子を増倍させる。ここで、各電極間の電位差としては、例えば、ピクセル電極２３を０Ｖとすると、カソード１２との電位差は、１ｋＶ／ｃｍ、カソード１２とアノード１１との差は１ｋＶ／１００μｍ、アノード１１と導電性Ｘ線窓１０との差は１ｋＶ／ｃｍとしておくことが好ましい。
【００３３】
この図６に示すガス増幅型Ｘ線イメージング検出器１においては、増幅された電子がピクセル電極に衝突することによって電流として外部に取り出せる。この電流を画像表示モニター画面に画像として検出する。このとき、マイクロガスチャンバー２に形成されている貫通孔５は、１００μｍ〜２００μｍピッチで形成されているため、非常に高い位置分解能で発光する部位を区別することができ、容易に２次元のイメージングが可能となる。
【００３４】
なお、電子増幅は必要に応じて、図７に示すように、各電極１１，１２等を２段に積層することも可能であり、これによって、最大感度で電子エネルギー５０ｋｅＶによる放射光まで検出可能である。また、積層段数は、２段以上とすることができる。
【００３５】
このように、本発明に係るマイクロガスチャンバー２は、Ｘ線リソグラフィーによって高アスペクト比に形成できると共に、複数の基板を積層することも容易であるため、マイクロガスチャンバー２を通過する電子化されたガスを増幅、放電させることも容易に行えるため、各貫通孔５に電荷移動素子であるピクセル電極を設けた場合であっても、確実に各貫通孔５を通過してくる電子を検知することが可能となり、これらの信号から２次元のイメージングをすることも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明に係るガス増幅型Ｘ線イメージング検出器によると、高い位置分解能で２次元のイメージングが可能となり、ガスの増幅、放電によっても損傷を受けることが少なく、長期間にわたって安定したガス増幅型Ｘ線イメージング検出器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス増幅型Ｘ線イメージング検出器の一例の断面図を示す図である。
【図２】本発明に係るガス増幅型Ｘ線イメージング検出器の他の例の断面図を示す図であり、電極が２段に積層されている例を示す図である。
【図３】本発明に係るガス増幅型Ｘ線イメージング検出器の貫通孔が六角形状の例を示す図である。（ａ）は貫通孔が六角形状のもの、（ｂ）は四角形状のものである。
【図４】本発明に係るガス増幅型Ｘ線イメージング検出器のマイクロガスチャンバーを構成する基板の一例の写真を示す図である。
【図５】本発明に係るガス増幅型Ｘ線イメージング検出器の一例のマイクロガスチャンバーの製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明に係るガス増幅型Ｘ線イメージング検出器の他の例の断面図を示す図である。
【図７】本発明に係るガス増幅型Ｘ線イメージング検出器の他の例の断面図を示す図であり、電極が２段に積層されている例を示す図である。
【符号の説明】
１  ガス増幅型Ｘ線イメージング検出器
２  マイクロガスチャンバー
３  検出部
４  Ｘ線・電子変換部
５  貫通孔
１０  導電性Ｘ線窓
１１  アノード（Ｃｕ膜）
１２  カソード（Ａｌ膜）
１３，１４  基板
１５  蛍光材料
１６  ＩＴＯ電極
１７  ガラス基板
１８  ＣＣＤ撮像素子
２０  Ｓｉ基板
２３  ピクセル電極
２４  ピクセル電極内部配線
２５  加速電子
２６  蛍光材料バーニング保護膜（Ａｌ薄膜）
【図１】
0003785501.tif 000002
【図２】
0003785501.tif 000003
【図３】
0003785501.tif 000004
【図４】
0003785501.tif 000005
【図５】
0003785501.tif 000006
【図６】
0003785501.tif 000007
【図７】
0003785501.tif 000008