(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元状に配列された複数のシンチレータ、及び前記複数のシンチレータ間にあってこれらを一体に固定するシンチレータ固定用部材からなるシンチレータパネルと、
第１導電型の半導体基板内部の表面側に、前記複数のシンチレータに対応して形成され、それぞれフォトダイオードとして機能する複数の第２導電型半導体層を有し、前記半導体基板の裏面が前記シンチレータパネルと接合される光入射面となっている裏面入射型のフォトダイオードアレイとを備え、
前記シンチレータパネルは、前記フォトダイオードアレイの前記光入射面と接合される光出射面側に、前記シンチレータ固定用部材が前記光出射面に対して凹設された凹状部を有し、
前記フォトダイオードアレイは、前記半導体基板内部の前記表面側の前記複数の第２導電型半導体層のそれぞれの間に、前記半導体基板よりも高い不純物濃度で形成された第１導電型半導体層を有するとともに、前記光入射面側に、前記シンチレータパネルの前記凹状部に嵌合する凸状部を有し、
前記半導体基板の前記表面のうちで前記凸状部に対向する領域内の面上に、前記第１導電型半導体層に電気的に接続された第１電極と、前記第２導電型半導体層に電気的に接続された第２電極とが設けられていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
２次元状に配列された複数のシンチレータ、及び前記複数のシンチレータ間にあってこれらを一体に固定するシンチレータ固定用部材からなるシンチレータパネルと、
第１導電型の半導体基板内部の表面側に、前記複数のシンチレータに対応して形成され、それぞれフォトダイオードとして機能する複数の第２導電型半導体層を有し、前記半導体基板の裏面が前記シンチレータパネルと接合される光入射面となっている裏面入射型のフォトダイオードアレイとを備え、
前記シンチレータパネルは、前記フォトダイオードアレイの前記光入射面と接合される光出射面側に、前記シンチレータ固定用部材が前記光出射面に対して凹設された凹状部を有し、
前記フォトダイオードアレイは、前記光入射面側に、前記シンチレータパネルの前記凹状部に嵌合する凸状部を有し、
前記凸状部は、前記表面側の所定部分の外形寸法が、前記シンチレータパネルの前記凹状部の内形寸法よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３】
２次元状に配列された複数のシンチレータ、及び前記複数のシンチレータ間にあってこれらを一体に固定するシンチレータ固定用部材からなるシンチレータパネルと、
第１導電型の半導体基板内部の表面側に、前記複数のシンチレータに対応して形成され、それぞれフォトダイオードとして機能する複数の第２導電型半導体層を有し、前記半導体基板の裏面が前記シンチレータパネルと接合される光入射面となっている裏面入射型のフォトダイオードアレイとを備え、
前記シンチレータパネルは、前記フォトダイオードアレイの前記光入射面と接合される光出射面側に、前記シンチレータ固定用部材が前記光出射面に対して凹設された凹状部を有し、
前記フォトダイオードアレイでの前記第２導電型半導体層のそれぞれの面積は、前記シンチレータパネルでの対応する前記シンチレータの面積よりも大きいことを特徴とする放射線検出器。
【請求項４】
前記シンチレータ固定用部材は、Ｘ線遮蔽部材からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記フォトダイオードアレイの前記半導体基板の前記表面に設けられた電極に電気的に接続される配線を有する支持基板をさらに備え、前記半導体基板の前記表面と、前記支持基板とは、接着剤によって一体に固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項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、シンチレータと半導体受光素子とを組み合わせた放射線検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線などの放射線を検出するための放射線検出器の１つとして、シンチレータとフォトダイオードアレイとを組み合わせたものがある。このような放射線検出器は、例えば医療機関で使用されるＸ線断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）におけるＸ線検出器として用いられている。
【０００３】
近年のＸ線ＣＴ装置の開発においては、スライス方向に複数列のＸ線検出器を２次元配列し、１回のＸ線照射によって複数のＣＴ画像を得る、マルチスライス化が検討されている。Ｘ線ＣＴにおけるこのようなマルチスライス化に伴い、Ｘ線ＣＴ装置に用いられるＸ線検出器では、２次元配列されるフォトダイオードの微細化、高集積化が要求されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
フォトダイオードアレイにおいては、通常、光入射面となる表面側にフォトダイオードとして機能する半導体層が２次元アレイ状に形成される。また、この表面上には、各フォトダイオードに対応するアノード電極と、それらに接続される配線等が設けられる。このため、このようなフォトダイオードアレイを上述した放射線検出器に適用した場合、シンチレータからフォトダイオードへと入射する光に対する開口率が小さくなり、放射線の検出感度が低下するという問題がある。
【０００５】
また、このような放射線検出器ではシンチレータとフォトダイオードとの近接配置が電極及び配線厚によって妨げられ、あるシンチレータが発した光が、他のシンチレータの光を検出するためのフォトダイオードへ入射する、いわゆる光クロストークが生じ易くなる。そして、光クロストークが生じることにより、空間分解能（解像度）を向上させることが困難となる。また、シンチレータ接合時において、フォトダイオードの光入射面に存在する電極やボンディングワイヤの損傷を防ぐ必要があるため、組み立て効率が悪化する。
【０００６】
例えば特開平５−１５００４９号公報に開示された放射線検出器は、フォトダイオードアレイの光入射面に凹部が多数形成されており、凹部の底部にシンチレータが接合される。また、アノード電極及び配線がフォトダイオードアレイの光入射面の、シンチレータが接合されていない部分に設けられている。
【０００７】
この放射線検出器では、フォトダイオードアレイの光入射面にアノード電極及び配線が設けられているため、開口率の低下という問題は解決されない。また、個々のシンチレータが、それぞれ独立してフォトダイオードアレイの凹部に接合されているため、放射線検出器全体の機械的強度が弱く、また、組み立てが複雑になり、歩留まりの低下を招く。
【０００８】
一方、特開平７−３３３３４８号公報に開示された放射線検出器は、アノード電極及び配線が設置される表面に対向する裏面が光入射面となる、裏面入射型のフォトダイオードアレイが用いられている。これにより、複数のシンチレータを２次元方向に高密度で配列し、また、シンチレータからフォトダイオードへの開口率を大きくしている。
【０００９】
しかし、この放射線検出器では、２次元配列されるシンチレータ同士を直接に隣接させて配置しているため、光クロストークが生じ易い。また、組み立て時においてシンチレータを配置する位置を容易に特定できないので、シンチレータのフォトダイオードに対する組み立て及び位置合わせが困難である。
【００１０】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、開口率が大きく、光クロストークが抑制され、かつ、組み立てが容易な放射線検出器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による放射線検出器は、２次元状に配列された複数のシンチレータ、及び複数のシンチレータ間にあってこれらを一体に固定するシンチレータ固定用部材からなるシンチレータパネルと、第１導電型の半導体基板内部の表面側に複数のシンチレータに対応して形成され、それぞれフォトダイオードとして機能する複数の第２導電型半導体層を有し、半導体基板の裏面がシンチレータパネルと接合される光入射面となっている裏面入射型のフォトダイオードアレイとを備え、シンチレータパネルは、フォトダイオードアレイの光入射面と接合される光出射面側に、前記シンチレータ固定用部材が前記光出射面に対して凹設された凹状部を有することを特徴とする。
【００１２】
上記した放射線検出器においては、裏面入射型のフォトダイオードアレイを用いることにより、開口率を大きくすることができるとともに、放射線検出器の組み立て効率が向上する。また、シンチレータ間にシンチレータ固定用部材を設けて、シンチレータ同士を直接に隣接させないように配置することにより、光クロストークの発生を抑制している。また、シンチレータ固定用部材と複数のシンチレータとを一体に固定することにより、放射線検出器全体の機械的強度が向上するとともに、シンチレータパネルとフォトダイオードアレイとを接合させる放射線検出器の組み立て、及び組み立て時の位置合わせが容易になる。また、シンチレータ固定用部材の一部または全部を光出射面に対して凹設して凹状部を設けることにより、シンチレータパネルとフォトダイオードアレイとを良好に接合できる。さらに、これらの接合時において凹状部を位置合わせに利用することによって、組み立てがさらに容易になる。
【００１３】
また、放射線検出器は、フォトダイオードアレイが、半導体基板内部の表面側の複数の第２導電型半導体層のそれぞれの間に、半導体基板よりも高い不純物濃度で形成された第１導電型半導体層を有するとともに、半導体基板の表面上に、第１導電型半導体層に電気的に接続された第１電極と、第２導電型半導体層に電気的に接続された第２電極とが設けられていることを特徴とする。このように第１導電型半導体層を表面側に形成するとともに、第１電極及び第２電極をともに表面に配置することによって、光入射面にはシンチレータのみを配置することができる。その結果、光入射面での開口率を大きくできる。
【００１４】
また、フォトダイオードアレイが、光入射面側に、シンチレータパネルの凹状部に嵌合する凸状部を有することを特徴とする。光入射面にこのような凸状部を有するフォトダイオードアレイと、光出射面に前述した凹状部を有するシンチレータパネルとを組み合わせることによって、これらの接合時の位置合わせがさらに容易になり、組み立ての作業性が向上する。加えて、接合後の位置ずれも防止することができ、振動及び衝撃に対する耐久性を高めることができる。
【００１５】
また、フォトダイオードアレイが上記のような凸状部を有する場合において、上記した第１電極及び第２電極は、半導体基板の表面のうちで凸状部に対向する領域内の面上に設けられていることが好ましい。第１電極及び第２電極をこのように配置することにより、各電極と支持基板上の配線とをバンプ接続等で接合するときの衝撃が、フォトダイオードが形成されている基板薄板部へ伝わるのを防ぎ、破損を防止することができる。
【００１６】
また、凸状部が、表面側の所定部分の外形寸法がシンチレータパネルの凹状部の内形寸法よりも大きくなるように形成されていることを特徴としてもよい。このような形状を有するフォトダイオードアレイによって、シンチレータパネルとフォトダイオードアレイとを接合する際に、シンチレータはフォトダイオードが形成されている基板薄板部に接触することはなく、組み立て時におけるフォトダイオードの損傷を防止できる。
【００１７】
また、シンチレータ固定用部材は、Ｘ線遮蔽部材からなることを特徴とする。放射線検出器をＸ線検出器として用いた場合、このような部材で形成されたシンチレータ固定用部材を用いることによって、シンチレータの間から入射するＸ線が半導体基板内部にキャリアを発生させることによる、光クロストークを防止することができる。
【００１８】
また、フォトダイオードアレイの半導体基板の表面に設けられた電極に電気的に接続される配線を有する支持基板をさらに備え、半導体基板の表面と、支持基板とは、接着剤によって一体に固定されていることを特徴としてもよい。フォトダイオードアレイと支持基板とが一体に固定されることによって、フォトダイオードが形成されている基板薄板部の強度を高めることができる。
【００１９】
また、フォトダイオードアレイでの第２導電型半導体層のそれぞれの面積は、シンチレータパネルでの対応するシンチレータの面積よりも大きいことを特徴としてもよい。このような第２導電型半導体層を形成することによって、シンチレータから入射された光によって半導体基板内に発生するキャリアを、第２導電型半導体層において効率よく集めることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による放射線検出器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２１】
図１は、本発明による放射線検出器の第１実施形態の構成を示す側面断面図である。
【００２２】
本放射線検出器は、放射線を入射して、その放射線によって生じた光を光出射面から出射するシンチレータパネル１と、シンチレータパネル１から出射された光を光入射面から入射し、電気信号に変換するフォトダイオードアレイ２と、支持基板３とを備えている。なお、図１においては、シンチレータパネル１の下面が光出射面、フォトダイオードアレイ２の上面が光入射面となっている。
【００２３】
図２は、図１に示した放射線検出器をシンチレータパネル１側から見た上面図である。シンチレータパネル１は、複数のシンチレータ１１とシンチレータ固定用部材１２とによって構成されている。複数のシンチレータ１１は、それぞれ検出対象の放射線の入射に対してシンチレーション光を発生する物質からなり、図２に示すように２次元アレイ状に配列されている。シンチレータ１１の光出射面以外の面上には、シンチレータ１１内で発生したシンチレーション光を反射する酸化チタンなどからなる光反射膜１４が形成されている。
【００２４】
これらのシンチレータ１１に対し、シンチレータ固定用部材１２は複数のシンチレータ１１の間に設けられている。そして、これらが一体に固定されることによってシンチレータパネル１が構成されている。また、シンチレータパネル１の光出射面側には、シンチレータ固定用部材１２が光出射面に対して凹設された凹状部Ａが形成されている。
【００２５】
フォトダイオードアレイ２は、受光部となる光感応領域が形成される表面に対し、反対側の裏面を光入射面とする裏面入射型の構成を有している。フォトダイオードアレイ２は、導電型がｎ型（第１導電型）であり、フォトダイオードアレイ２の基体となるｎ型半導体基板２１と、シンチレータ１１と一対一で対応するようにｎ型半導体基板２１内部の表面側に形成されたｐ+型（第２導電型）拡散層である複数のｐ型半導体層（第２導電型半導体層）２２と、複数のｐ型半導体層２２の間にそれぞれ形成されたｎ型半導体基板２１より高濃度のｎ+型拡散層であるｎ型半導体層（第１導電型半導体層）２３とを備える。
【００２６】
本構成では、ｐ型半導体層２２と、ｐ型半導体層２２の裏面側に位置するｎ型半導体基板２１のｎ型半導体層部分とがｐｎ接合することによって、フォトダイオード２４が構成されている。裏面入射型のフォトダイオード２４では、光入射面から入射されたシンチレータ１１からのシンチレーション光を効率よく検出するため、フォトダイオード２４が形成されている部分はｎ型半導体基板２１の基板薄板部となっている。また、ｐ型半導体層２２の面積は、対応するシンチレータ１１の面積よりも大きく設定されている。
【００２７】
半導体基板２１の光入射面側には、格子状パターンの凸状部Ｂが形成されている。この凸状部Ｂは、薄板化された半導体基板２１の機械的強度を保持する機能を有する。また、この凸状部Ｂの格子状パターンは、シンチレータパネル１でのシンチレータ固定用部材１２による凹状部Ａのパターンに対応しており、これによって、凹状部Ａと凸状部Ｂとが嵌合するようになっている。
【００２８】
また、ｎ型半導体基板２１の光入射面側には、ｎ型半導体基板２１より高濃度のｎ型半導体層であるアキュムレーション層２７が、全体に略一定の厚さで設けられている。また、フォトダイオードアレイ２の表面と光入射面とは、それぞれ異物の侵入を防止する保護膜２８で被覆されている。
【００２９】
さらに、フォトダイオードアレイ２は、ｎ型半導体基板２１の表面上にアノード電極（第２電極）２５及びカソード電極（第１電極）２６を備えている。アノード電極２５はｐ型半導体層２２に、カソード電極２６はｎ型半導体層２３にそれぞれ電気的に接続されている。これらのアノード電極２５及びカソード電極２６は、ｎ型半導体基板２１の表面上において、凸状部Ｂに対向する基板が厚い領域内に配置されている。フォトダイオードアレイ２の動作時には、アノード電極２５とカソード電極２６との間には、フォトダイオード２４への印加電圧が逆バイアスとなるような電圧が与えられる。また、フォトダイオード２４への印加電圧は、零バイアスであっても良い。
【００３０】
支持基板３は、フォトダイオードアレイ２に対して表面側（図１中の下側）に位置している。支持基板３の上面上には、フォトダイオードアレイ２からの光検出信号の検出器外部への出力などに用いられる配線３１が設けられている。アノード電極２５及びカソード電極２６と、これらに対応する配線３１とは、バンプ電極３２を介してバンプ接続されている。また、支持基板３は、樹脂材料等（アンダーフィル樹脂など）の接着剤からなる接着剤層３３を介して、フォトダイオードアレイ２と一体に固定されている。
【００３１】
上記のシンチレータパネル１の光出射面とフォトダイオードアレイ２の光入射面とは、凹状部Ａと凸状部Ｂとが嵌合するように接合されている。接合にはシンチレーション光を透過する性質を有する光学接着剤としてシリコーン樹脂などの接着樹脂が用いられ、シンチレータ１１とｎ型半導体基板２１の基板薄板部との間に光学接着剤の層、及び凹状部Ａと凸状部Ｂとの間に光学接着剤層１３が形成されている。
【００３２】
以上の構成において、検出対象である放射線がシンチレータパネル１のシンチレータ１１に入射すると、シンチレータ１１内においてシンチレーション光が発生する。発生したシンチレーション光は直接に、または光出射面以外の面上に形成された光反射膜１４によって反射されて、光出射面からフォトダイオードアレイ２へと出射される。そして、シンチレータ１１の光出射面から出射された光は対応するフォトダイオード２４へ入射する。このとき、保護膜２８はフォトダイオード２４の光入射面で光が反射することを防止する反射防止膜としての機能も果たす。
【００３３】
フォトダイオード２４へ入射したシンチレーション光によって、ｎ型半導体基板２１内部にキャリアが発生する。発生したキャリアは、ｐ型半導体層２２へ移動する。ここで、アキュムレーション層２７は、シンチレーション光の入射によってｎ型半導体基板２１内部の光入射面側付近で発生したキャリアを再結合させることなく、効率よくｐ型半導体層２２へ移動させるように機能する。そして、光検出信号がアノード電極２５及びカソード電極２６から取り出される。
【００３４】
本実施形態による放射線検出器の効果について説明する。図１及び図２に示した放射線検出器では、２次元状のフォトダイオードアレイとして、裏面入射型のフォトダイオードアレイ２を用いている。これにより、シンチレーション光を出射するシンチレータ１１は、アノード電極及び配線、ボンディングワイヤなどが設けられる表面ではなく、光入射面である裏面に接合することができ、シンチレータ１１からフォトダイオード２４へと入射する光に対する開口率を大きくすることができる。また、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２とを接合する際に、配線やボンディングワイヤ等が損傷しないよう配慮する必要がなくなり、放射線検出器の組み立て効率を向上させることができる。
【００３５】
また、シンチレータ１１の間にシンチレータ固定用部材１２を設けることによって、シンチレータ１１同士は直接に隣接しないように配置される。これによって、あるシンチレータにおいて発生したシンチレーション光が、他のシンチレータに対応するフォトダイオード２４に入射する、いわゆる光クロストークの発生を抑制することができる。
【００３６】
また、シンチレータ１１とシンチレータ固定用部材１２とが一体に固定されていることによって、シンチレータパネル１の機械的強度を向上させることができる。同時に、複数のシンチレータ１１を個々に接合する場合に比べて接合回数が減るので、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２とを接合させる放射線検出器の組み立て、及び組み立て時の位置合わせが容易になる。さらに、シンチレータパネル１の凹状部Ａを位置合わせの基準として利用すれば、位置合わせをさらに容易にすることができる。また、シンチレータ１１とシンチレータ固定用部材１２とが一体に固定されていることによって、一対一で対応しているシンチレータ１１とフォトダイオード２４とが外部からの偶発的な力により位置ずれを生じることを防止できる。
【００３７】
また、シンチレータパネル１に設けられた凹状部Ａは、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２との接合時において、接着剤溜まりとして機能する。これにより、シンチレータパネル１の凹状部Ａと凸状部Ｂとの間に光学接着剤層１３ができ、この光学接着剤層１３によって、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２との接合強度が保たれるので、これらを良好に接合することができる。さらに、光学接着剤層１３が接合強度を保つことによって、シンチレータ１１とフォトダイオード２４との間の光学接着剤の層が不要に厚くなることが防止される。これによって、シンチレータ１１とフォトダイオード２４との近接配置が可能になり、フォトダイオード２４へのシンチレーション光の入射効率を高めることができるとともに、光クロストークの発生をさらに抑制することができる。
【００３８】
また、本実施形態においては、フォトダイオードアレイ２の光入射面側に、シンチレータパネル１の凹状部Ａと嵌合する凸状部Ｂが設けられている。これによって、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２との接合時の位置合わせにおいては、凹状部Ａと凸状部Ｂとを嵌合させればよいので非常に容易になり、放射線検出器を組み立てる作業性が向上する。それとともに、組み立て後におけるシンチレータ１１とそれに対応するフォトダイオード２４との接合面方向の位置ずれを防止することができる。これによって、放射線検出器に加わる振動、及び外部からの衝撃に対する耐久性を高めることができる。また、凸状部Ｂが、フォトダイオード２４が形成されている基板薄板部の間に格子状に形成されることによって、フォトダイオードアレイ２全体の強度を高めることができる。
【００３９】
また、カソード領域であるｎ型半導体層２３をｎ型半導体基板２１の表面側に形成し、カソード電極２６を、アノード電極２５とともにフォトダイオードアレイ２の表面上に配置している。カソード電極２６がフォトダイオードアレイ２の表面上に配置されることによって、光入射面上には電極が存在しないこととなり、光入射面でのシンチレータ１１に対する開口率をさらに大きくすることができる。さらに、配線３１が設けられている支持基板３と向かい合っている表面側に全ての電極等が配置されることによって、光入射面側にボンディングワイヤ等を設ける必要がなく、放射線検出器の組み立てを効率良く行うことができる。
【００４０】
また、アノード電極２５及びカソード電極２６は、図１に示したように、フォトダイオードアレイ２の表面上の、フォトダイオードアレイ２の凸状部Ｂに対向する領域内に設けられていることが好ましい。これによって、これらの電極がバンプ電極３２を介して配線３１と接続される際に、その衝撃を基板厚板部である凸状部Ｂで吸収し、フォトダイオード２４が設けられている基板薄板部への衝撃を最小限に抑止することができる。これによって、放射線検出器を組み立てる際のフォトダイオードアレイ２の破損を防止することができる。ただし、基板薄板部の強度が充分な場合には、薄板部の領域内に電極を設けても良い。
【００４１】
なお、カソード電極については、フォトダイオードアレイ２の光入射面上に透明な電極膜などとして形成することもできる（例えば、特開平７−３３３３４８号公報参照）。この場合、透明な電極膜への電気的接続手段としては、光入射面から表面へのスルーホールを形成して導電性材料を埋め込む方法や、光入射面から表面への、ｎ型半導体層２１より高濃度のｎ+型半導体の層を形成する方法、あるいは放射線検出器の側面から電気的接続を行う方法などがある。ただし、開口率が一定以上に制限されるなど、スルーホールなどの電気的接続手段を設けることが困難であるときには、上記のようにｎ型半導体層２３及びカソード電極２６をフォトダイオードアレイ２の表面側に設けることが好ましい。
【００４２】
また、ｐ型半導体層２２の面積はシンチレータ１１の面積よりも大きく設定されることが好ましい。このように設定することで、シンチレータ１１から入射した光によって発生したキャリアが多少拡散しても、そのほとんどがｐ型半導体層２２へ到達することができる。これによって、ｎ型半導体基板２１内部において発生したキャリアがｐ型半導体層２２へ到達する効率を向上させることができる。
【００４３】
また、フォトダイオードアレイ２と支持基板３とは、図１に示したように接着剤層３３を介して一体に固定されている。基板薄板部を有する裏面入射型のフォトダイオードアレイ２においては、半導体基板２１の強度が充分に得られない場合がある。これに対して、配線３１を有する配線基板を支持基板として機能させ、フォトダイオードアレイ２と支持基板３とを一体に固定することによって、支持基板３がフォトダイオード２４が形成されている基板薄板部を含むフォトダイオードアレイ２のｎ型半導体基板２１の強度を高めることができる。
【００４４】
上述した放射線検出器は、例えば、Ｘ線ＣＴ装置におけるＸ線検出器などに用いることが可能である。このようにＸ線検出器として用いる場合、シンチレータ固定用部材１２としては、銅や鉛などのＸ線を遮蔽する材料からなるＸ線遮蔽部材を用いることが好ましい。すなわち、シンチレータ１１に入射されなかったＸ線がシンチレータ１１の間からフォトダイオードアレイ２へ直接入射した場合、このＸ線がｎ型半導体基板２１内部においてキャリアを発生させ、このキャリアがフォトダイオード２４間での光クロストークの原因となる。そこで、シンチレータ固定用部材１２としてＸ線遮蔽部材を用いることにより、Ｘ線が直接フォトダイオードアレイ２へ入射することを防ぎ、光クロストークの発生を抑制することができる。
【００４５】
以上に詳説した図１に示す放射線検出器の具体的な構成の一例としては、以下に示すような構成のＸ線検出器が挙げられる。すなわち、シンチレータパネル１の上面側から見た形状を一辺１２ｍｍの正方形とし、その中に８個×８個の配列（ピッチ１．５ｍｍ）で一辺１ｍｍ、厚さ２ｍｍのシンチレータ１１を配置する。シンチレータ１１の光出射面以外の面上には、厚さ５０μｍの光反射膜１４を形成する。また、シンチレータ１１の間には厚さ１ｍｍのシンチレータ固定用部材１２を設ける。
【００４６】
一方、フォトダイオードアレイ２については、基板厚板部の厚さが２７０μｍでキャリア濃度１．０×１０12ｃｍ-3のｎ型半導体基板２１を用い、基板薄板部の厚さを１０〜１００μｍ、例えば２０μｍまで薄板化する。また、ｎ型半導体基板２１の表面側に、キャリア濃度１．０×１０19ｃｍ-3のｐ型半導体層２２を厚さ０．５μｍで形成する。また、ｐ型半導体層２２の間にはキャリア濃度１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型半導体層２３を厚さ１．５μｍで形成し、ｎ型半導体基板２１の光入射面側にはキャリア濃度５．０×１０18ｃｍ-3のアキュムレーション層２７を厚さ０．２μｍで形成する。
【００４７】
基板薄板部による半導体基板２１の凹部は、例えば１ｍｍ角程度の矩形状とし、あるいは円形等の他の形状とすることもできる。また、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２との間の光学接着剤の層の厚さについては、例えば、シンチレータ１１と半導体基板２１の基板薄板部との間では数μｍ程度、凹状部Ａと凸状部Ｂとの間では数１００μｍ程度とする。
【００４８】
このような構成の放射線検出器によれば、本発明による放射線検出器を好適に実施することができる。また、本構成例以外にも、個々の放射線検出器の用途や要求される性能等に応じて、様々な構成が可能である。
【００４９】
図３は、図１に示した放射線検出器において用いられるシンチレータパネル１の製造方法の一例を示す工程図である。
【００５０】
まず、Ｘ線などの放射線が照射されるとシンチレーション光を発生するＣＷＯもしくはＣｓＩなどからなるシンチレータ１１を用意する（図３（ａ））。次に、その一方の面（図３中の下面）にシンチレータ固定用部材１２を埋め込むための凹部を格子状に形成した後、光反射膜１４を他方の面（図３中の上面）を除く全面に酸化チタン等を蒸着することにより形成する（図３（ｂ））。続いて、シンチレータ１１に形成された格子状の凹部に、Ｘ線を遮蔽する性質を有する銅もしくは鉛を埋め込むことにより、シンチレータ固定用部材１２を形成する（図３（ｃ））。そして、上下の面を研削することにより、シンチレータ１１を複数に分割するとともに、光反射膜１４のうち下面に形成されていた部分のみを取り除いて光出射面を形成する（図３（ｄ））。最後に、光反射膜１４をシンチレータ１１の上面に上記と同様の方法で形成する（図３（ｅ））。
【００５１】
上記の製造方法によって、第１実施形態のシンチレータパネル１を製造することができる。
【００５２】
図４は、本発明による放射線検出器の第２実施形態の構成を示す図である。図４（ａ）は、放射線検出器をシンチレータパネル１側から見た上面図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す放射線検出器のＩ−Ｉ矢印断面図である。
【００５３】
図４に示す放射線検出器は、シンチレータパネル１と、フォトダイオードアレイ２と、支持基板３とを備えている。このうち、シンチレータパネル１、及び支持基板３の構成については、図１に示した放射線検出器と同様である。
【００５４】
フォトダイオードアレイ２は、裏面入射型の構成を有している。フォトダイオードアレイ２は、ｎ型半導体基板２１と、複数のｐ型半導体層２２と、ｎ型半導体基板２１より高濃度のｎ型半導体層２３と、アキュムレーション層２７とを備えている。そして、ｐ型半導体層２２と、ｐ型半導体層２２の裏面側に位置するｎ型半導体基板２１のｎ型半導体層部分とによってフォトダイオード２４が構成されている。また、ｐ型半導体層２２及びｎ型半導体層２３にそれぞれ接続されたアノード電極２５及びカソード電極２６が、ｎ型半導体基板２１の表面上に配置されている。
【００５５】
ｎ型半導体基板２１の光入射面側には、凸状部Ｂが形成されている。この凸状部Ｂは、薄板化された半導体基板２１の機械的強度を保持する機能を有する。凸状部Ｂは、シンチレータパネル１の凹状部Ａの一部、具体的には、シンチレータ固定用部材１２を光出射面に対して凹設した凹状部Ａのうち、図４（ａ）の点線で囲まれた部分に対応する十字状パターンによって形成されており、この部分の凹状部Ａと凸状部Ｂとが嵌合するようになっている。
【００５６】
上記のシンチレータパネル１の光出射面とフォトダイオードアレイ２の光入射面とは、凹状部Ａと凸状部Ｂとが嵌合するように接合されている。接合には光学接着剤が用いられ、シンチレータ１１とｎ型半導体基板２１の基板薄板部との間に光学接着剤の層が形成される。また、凸状部Ｂまたは凸状部Ｂが設けられていない半導体基板２１の所定部分と、凹状部Ａとの間に光学接着剤層１３が形成されている。
【００５７】
本実施形態の放射線検出器の効果について説明する。図４に示した放射線検出器では、裏面入射型のフォトダイオードアレイ２を用いることにより、光入射面でのシンチレータ１１からフォトダイオード２４へと入射する光に対する開口率を大きくすることができるとともに、放射線検出器の組み立て効率を向上させることができる。また、シンチレータ１１の間にシンチレータ固定用部材１２を設けることによって、シンチレータ１１同士は直接に隣接しないように配置され、光クロストークの発生を抑制することができる。
【００５８】
また、シンチレータ１１とシンチレータ固定用部材１２とが一体に固定されていることによって、シンチレータパネル１の機械的強度を向上させることができる。同時に、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２とを接合させる放射線検出器の組み立て、及び組み立て時の位置合わせが容易になる。さらに、シンチレータパネル１の凹状部Ａを位置合わせの基準として利用すれば、位置合わせをさらに容易にすることができる。また、一対一で対応しているシンチレータ１１とフォトダイオード２４とが外部からの偶発的な力により位置ずれを生じることを防止できる。
【００５９】
また、シンチレータパネル１に設けられた凹状部Ａは、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２との接合時において、接着剤溜まりとして機能する。これにより、フォトダイオードアレイ２の凸状部Ｂ及び凸状部Ｂが設けられていない半導体基板２１の所定部分と、凹状部Ａとの間に光学接着剤層１３ができ、この光学接着剤層１３によって、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２との接合強度が保たれるので、これらを良好に接合することができる。さらに、光学接着剤層１３が接合強度を保つことによって、シンチレータ１１とフォトダイオード２４との間の光学接着剤の層が不要に厚くなることが防止される。これによって、シンチレータ１１とフォトダイオード２４との近接配置が可能になり、フォトダイオード２４へのシンチレーション光の入射効率を高めることができるとともに、光クロストークの発生をさらに抑制することができる。
【００６０】
また、本実施形態においては、フォトダイオードアレイ２の光入射面側に、シンチレータパネル１の凹状部Ａの一部と嵌合する十字状パターンの凸状部Ｂが設けられている。これによって、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２との接合時の位置合わせにおいては、凹状部Ａの対応部分と凸状部Ｂとを嵌合させればよいので非常に容易になり、放射線検出器を組み立てる作業性が向上する。それとともに、組み立て後におけるシンチレータ１１とそれに対応するフォトダイオード２４との接合面方向の位置ずれを防止することができる。これによって、放射線検出器に加わる振動、及び外部からの衝撃に対する耐久性を高めることができる。また、この凸状部Ｂによって、フォトダイオードアレイ２全体の強度を高めることができる。
【００６１】
なお、本実施形態においては、フォトダイオードアレイ２の凸状部Ｂが凹状部Ａの全体に対応して形成されている第１実施形態とは異なり、凹状部Ａの一部に対応する十字状パターンによって凸状部Ｂが形成されている。このようなパターンの凸状部Ｂによっても、第１実施形態での格子状パターンの場合と同様に、凸状部Ｂによる各効果が得られる。
【００６２】
図５は、本発明による放射線検出器の第３実施形態の構成を示す図である。図５（ａ）は、放射線検出器をシンチレータパネル１側から見た上面図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す放射線検出器のII−II矢印断面図である。
【００６３】
図５に示す放射線検出器は、シンチレータパネル１と、フォトダイオードアレイ２と、支持基板３とを備えている。このうち、フォトダイオードアレイ２の構成については、図４に示した放射線検出器と同様である。また、支持基板３の構成については、図１に示した放射線検出器と同様である。
【００６４】
シンチレータパネル１は、図５（ａ）に示すように、２次元アレイ状に配列されている複数のシンチレータ１１と、シンチレータ１１の間に設けられているシンチレータ固定用部材１２とが一体に固定されることによって構成されている。シンチレータ１１の光出射面以外の面上には光反射膜１４が形成されている。
【００６５】
また、シンチレータパネル１の光出射面側には、図５（ａ）の点線で囲まれた部分において、シンチレータ固定用部材１２が光出射面に対して凹設された、十字状パターンの凹状部Ａが形成されている。そして、凹状部Ａが形成されている上記部分以外のシンチレータ固定用部材１２は、シンチレータ１１と略等しい厚さで形成されている。
【００６６】
上記のシンチレータパネル１の光出射面とフォトダイオードアレイ２の光入射面とは、互いに対応する十字状パターンで形成されている凹状部Ａと凸状部Ｂとが嵌合するように接合されている。接合には光学接着剤が用いられ、凹状部Ａと凸状部Ｂとの間に光学接着剤層１３が形成される。そして、シンチレータ１１の凹状部Ａが形成されていない部分とｎ型半導体基板２１との間に光学接着剤の層が形成される。
【００６７】
本実施形態の放射線検出器の効果について説明する。図５に示した放射線検出器では、裏面入射型のフォトダイオードアレイ２を用いることにより、光入射面でのシンチレータ１１からフォトダイオード２４へと入射する光に対する開口率を大きくすることができるとともに、放射線検出器の組み立て効率を向上させることができる。また、シンチレータ１１の間にシンチレータ固定用部材１２を設けることによって、シンチレータ１１同士は直接に隣接しないように配置され、光クロストークの発生を抑制することができる。
【００６８】
また、シンチレータ１１とシンチレータ固定用部材１２とが一体に固定されていることによって、シンチレータパネル１の機械的強度を向上させることができる。同時に、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２とを接合させる放射線検出器の組み立て、及び組み立て時の位置合わせが容易になる。さらに、シンチレータパネル１の凹状部Ａを位置合わせの基準として利用すれば、位置合わせをさらに容易にすることができる。また、一対一で対応しているシンチレータ１１とフォトダイオード２４とが外部からの偶発的な力により位置ずれを生じることを防止できる。
【００６９】
また、シンチレータパネル１に設けられた凹状部Ａは、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２との接合時において、接着剤溜まりとして機能する。これにより、フォトダイオード２の凸状部Ｂと、対応している凹状部Ａとの間に光学接着剤層１３ができ、この光学接着剤層１３によって、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２との接合強度が保たれるので、これらを良好に接合することができる。さらに、光学接着剤層１３が接合強度を保つことによって、シンチレータ１１とフォトダイオード２４との間の光学接着剤の層が不要に厚くなることが防止される。これによって、シンチレータ１１とフォトダイオード２４との近接配置が可能になり、フォトダイオード２４へのシンチレーション光の入射効率を高めることができるとともに、光クロストークの発生をさらに抑制することができる。
【００７０】
また、本実施形態においては、フォトダイオードアレイ２の光入射面側に、シンチレータパネル１の凹状部Aと嵌合する十字状パターンの凸状部Ｂが設けられている。これによって、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２との接合時の位置合わせにおいては、凹状部Ａと凸状部Ｂとを嵌合させればよいので非常に容易になり、放射線検出器を組み立てる作業性が向上する。それとともに、組み立て後におけるシンチレータ１１とそれに対応するフォトダイオード２４との接合面方向の位置ずれを防止することができる。これによって、放射線検出器に加わる振動、及び外部からの衝撃に対する耐久性を高めることができる。また、この凸状部Ｂによって、フォトダイオードアレイ２全体の強度を高めることができる。
【００７１】
なお、本実施形態においては、シンチレータパネル１の凹状部Ａがシンチレータ固定用部材１２の全体に形成されている第１実施形態とは異なり、シンチレータ固定用部材１２の一部に対応する十字状パターンによって凹状部Ａが形成されている。このようなパターンの凹状部Aによっても、第１実施形態での格子状パターンの場合と同様に、凹状部Aによる各効果が得られる。
【００７２】
本発明による放射線検出器は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上述した各実施形態においては、いずれもフォトダイオードアレイ２に凸状部Ｂが形成されているが、組み立ての作業性やフォトダイオードアレイ２の強度などからみて凸状部が不要な場合には、このような凸状部Ｂを設けない構成としてもよい。また、各実施形態においてフォトダイオードアレイ２の凸状部Ｂは図では順メサ状に形成されているが、尖塔状、又は矩形状に形成しても同様の効果が得られる。
【００７３】
また、凸状部Ｂの表面側の所定部分の外形寸法が、シンチレータパネル１の凹状部Ａの内形寸法よりも大きくなるように、フォトダイオードアレイ２の凸状部Ｂを形成しても良い。図６は放射線検出器のそのような変形例の構成を示す側面断面図である。
【００７４】
本構成例は、図１及び図２に示した放射線検出器と同様の構成を有しているが、フォトダイオードアレイ２の光入射面側に設けられた凸状部Ｂの構成が異なっている。すなわち、本実施例においては、凸状部Ｂの表面側（図６中の下側）の部分に対して、外形寸法が階段状に小さくなる２段構造が形成されている。そして、このような凸状部Ｂの２段構造により、シンチレータ１１とフォトダイオードアレイ２の基板薄板部とが非接触状態となっている。
【００７５】
フォトダイオードアレイ２の凸状部Ｂを図６に示したような形状とすることで、組み立て時におけるフォトダイオード２４の損傷を防止することができる。フォトダイオード２４は基板薄板部に設けられているので、シンチレータ１１との接合による衝撃をできるかぎり小さくすることが好ましい。これに対して、上記構成の凸状部Ｂによれば、シンチレータパネル１とフォトダイオードアレイ２とを接合する際にシンチレータ１１とフォトダイオード２４とが接触することがなく、基板薄板部への衝撃を防ぐことができる。これによって、フォトダイオード２４の損傷を防止することができる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明による放射線検出器は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、複数のシンチレータ及びシンチレータ固定用部材を一体に固定するとともに凹状部を設けたシンチレータパネルと、裏面入射型のフォトダイオードアレイとを組み合わせた放射線検出器によれば、裏面入射型のフォトダイオードアレイを用いることにより、開口率を大きくすることができるとともに、放射線検出器の組み立て効率を向上させることができる。また、シンチレータ間にシンチレータ固定用部材を設けることにより、光クロストークの発生を抑制している。また、複数のシンチレータとシンチレータ固定用部材を一体に固定することにより、放射線検出器全体の機械的強度が向上するとともに、シンチレータパネルとフォトダイオードアレイとを接合させる放射線検出器の組み立て、及び組み立て時の位置合わせが容易になる。また、シンチレータ固定用部材の一部または全部を光出射面に対して凹設して凹状部を設けることにより、シンチレータパネルとフォトダイオードアレイとを良好に接合できる。さらに、これらの接合時において凹状部を位置合わせに利用することによって、組み立てがさらに容易になる。
【００７７】
以上のような構成を有する放射線検出器を、例えば医療機関で使用されるＸ線ＣＴ装置におけるＸ線検出器として用いれば、微細化、高集積化が可能になり、近年検討されているＸ線ＣＴ装置のマルチスライス化に寄与することができる。また、それ以外の放射線検出器についても同様に、上記構成を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】放射線検出器の第１実施形態の構成を示す側面断面図である。
【図２】図１に示した放射線検出器をシンチレータパネル側から見た上面図である。
【図３】図１に示した放射線検出器に用いられるシンチレータパネルの製造方法の一例を示す工程図である。
【図４】放射線検出器の第２実施形態の構成を示す（ａ）上面図及び（ｂ）側面断面図である。
【図５】放射線検出器の第３実施形態の構成を示す（ａ）上面図及び（ｂ）側面断面図である。
【図６】放射線検出器の変形例の構成を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１…シンチレータパネル、１１…シンチレータ、１２…シンチレータ固定用部材、１３…光学接着剤層、１４…光反射膜、２…フォトダイオードアレイ、２１…ｎ型半導体基板、２２…ｐ型半導体層、２３…ｎ型半導体層、２４…フォトダイオード、２５…アノード電極、２６…カソード電極、２７…アキュムレーション層、２８…保護膜、３…支持基板、３１…配線、３２…バンプ電極、３３…接着剤層、Ａ…凹状部、Ｂ…凸状部。
【図１】
0003860758.tif 000002
【図２】
0003860758.tif 000003
【図３】
0003860758.tif 000004
【図４】
0003860758.tif 000005
【図５】
0003860758.tif 000006
【図６】
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