JP3678162B2 - 放射線検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療分野、工業分野、さらには原子力分野などに用いられる直接変換タイプの放射線検出装置に係り、特に放射線感応型の半導体膜の耐環境性改善と、印加したバイアス電圧による沿面放電を抑えるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線等の放射線の検出装置には、放射線をまず光に変換し、その変換光をさらに光電変換で電気信号へ変換される間接変換タイプの装置と、入射放射線が放射線感応型の半導体膜のように直接電気信号に変換する直接変換タイプの装置とがある。
【０００３】
後者の直接変換タイプの装置は、放射線感応型の半導体膜の表面に形成された電圧印加電極に所定のバイアス電圧を印加するとともに、半導体膜の裏面に形成されたキャリア収集電極で放射線照射に伴って生成したキャリアを収集して放射線検出信号として取り出すことにより放射線の検出を行う構成となっている。
【０００４】
また、従来の直接変換タイプの放射線検出装置の中でも、アモルファス・セレンのようなアモルファス半導体厚膜を放射線感応型の半導体膜として用いる場合、アモルファス半導体は真空蒸着等の方法によって簡単に厚くて広い膜を形成できるので、大面積厚膜が必要な２次元アレイ型放射線検出装置を構成するのに適している。
【０００５】
従来の２次元アレイ方式の放射線検出装置は、図８に示すように、電荷蓄積用のコンデンサＣａと、薄膜トランジスタなどにより形成された電荷読み出し用のスイッチ素子８８（通常時オフ（ＯＦＦ）状態）とが縦・横式２次元マトリックス状配列で複数個形成された絶縁性の基板８６と、複数個の電荷蓄積用コンデンサＣａにそれぞれ電気的に接続されると共に複数個のキャリア収集電極８７を介して絶縁性の基板８６上に形成され、放射線が入射することにより電荷移動媒体（キャリア）が生成されるアモルファス半導体厚膜８１と、アモルファス半導体厚膜８１の表面に形成された電圧印加電極８２とから構成されている。なお、キャリア収集電極８７毎に電荷蓄積用のコンデンサＣａ及び電荷読み出し用のスイッチ素子８８がそれぞれ各1個ずつ設けられており、それぞれが、放射線検出ユニットである検出素子ＤＵを形成している。
【０００６】
ここで、電圧印加電極８２にバイアス電圧が印加された状態で、放射線が照射されると、アモルファス半導体厚膜８１で電荷が形成され、電荷蓄積用コンデンサＣａに蓄積されるが、蓄積された電荷は、スイッチ素子８８をオン（ＯＮ）状態とすることによって放射線検出信号として読み出される。
【０００７】
図８の２次元アレイ構成の放射線検出装置を、例えばＸ線透視撮影装置の透過Ｘ線像の検出に用いた場合、放射線検出装置から出力される放射線検出信号に基づきＸ線透視画像が得られることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の放射線検出装置では、アモルファス半導体厚膜８１の熱膨張係数が大きく、基板８６との熱膨張係数差を原因とする温度変化による反りが生じる危険性がある。反りが生じた場合、アモルファス半導体厚膜８１に亀裂が入る可能性があり、かかる場合、画像上の欠陥となって現れたり、亀裂部分で放電破壊を起こし、動作不能状態となり得る。
【０００９】
また、従来の放射線検出装置では、図８に示すように、電圧印加電極８２の端縁８２ａからアモルファス半導体厚膜８１の端縁８１ａの表面に沿って、読み出しライン８１０、ゲートライン８１１や接地ライン８１２が絶縁基板８６上でむき出しになっている部分８１０ａ、８１１ａ、８１２ａに至る間で絶縁破壊が起こることで沿面放電が生じる危険性がある。そして、沿面放電が起こると、例えばＸ線透視画像の場合、放射線検出信号のノイズとなって画質の低下を招くこととなる。これに対して、バイアス電圧を低めにすることで、沿面放電を抑えられるが、かかる場合、アモルファス半導体はキャリア走行特性が単結晶半導体に比べて劣っているので、十分な検出感度が得られないという不都合が生じる。
【００１０】
なお、温度変化による反り等の耐環境性の問題に対処するため、図９に示すように、絶縁性基板９６上に形成されたアモルファス半導体厚膜９１と電圧印加電極９２の最上層表面に、前記絶縁性基板９６と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の板材９５を、高耐圧の硬化性合成樹脂９４によって、最上層表面全体を覆うように固定形成した構成の放射線検出装置Ａが提案されている。
【００１１】
しかし、かかる放射線検出装置Ａでは、高耐圧の硬化性合成樹脂９４の溶剤成分によって、アモルファス半導体厚膜９１の表面が変質し、沿面放電が発生して耐圧が低下するという実験結果が得られている（図７の実験結果比較用１）。
【００１２】
また、沿面放電を防止するため、図１０に示すように、変質しやすいアモルファス半導体厚膜１０１の表面全体を覆うように、Ｓｂ２Ｓ３等のキャリア選択性の高抵抗膜１０３をアモルファス半導体厚膜１０１と電圧印加電極１０２との間に形成した構成の放射線検出装置Ｂが提案されている（特願平１１−２４００２６）。
【００１３】
しかし、かかる放射線検出装置Ｂでは、Ｓｂ２Ｓ３等のキャリア選択性の高抵抗膜１０３が引っ張り強度に劣るため、温度変化によるアモルファス半導体厚膜１０１の反りに耐え切れず亀裂が生じやすいという問題点があり、また、キャリア選択性の高抵抗膜１０３だけでは沿面放電を防止するのに十分な厚さを形成することは困難となる。なお、図１０において、スイッチ素子１０８、及びキャリア収集電極１０７は、図８におけるスイッチ素子８８、及びキャリア収集電極８７と同様の構成を有する。
【００１４】
さらに、沿面放電を防止するため、図１１に示すように、絶縁性基板１１６上に形成されたアモルファス半導体厚膜１１１と電圧印加電極１１２の最上層表面に、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等の高耐圧の絶縁物質からなる放電防止膜１１０を形成した構成の放射線検出装置Ｃが提案されている（特願２０００−１９１１６７）。
【００１５】
しかし、かかる放射線検出装置Ｃでは、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等の高耐圧の絶縁物質からなる放電防止膜１１０は、絶縁性基板１１６と熱膨張係数が異なること、比較的表面強度が劣ることから、やはり同じく、温度変化による反りが生じ、樹脂そのものや、アモルファス半導体厚膜１１１と電圧印加電極１１２の間に挟んだ中間層１１３に亀裂が入り、沿面放電耐圧が不十分となる（図７の実験結果比較用２）。
【００１６】
本発明は、上記の事情に鑑み、温度変化等の耐環境性に優れ、しかも、放射線感応型の半導体膜に印加したバイアス電圧による沿面放電を阻止でき、十分な検出感度が得られる放射線検出装置の提供を目的とする。
【００１７】
なお、図１１において、スイッチ素子１１８、及びキャリア収集電極１１７は、図８におけるスイッチ素子８８、及びキャリア収集電極８７と同様の構成を有する。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、電荷蓄積用のコンデンサと電荷読み出し用のスイッチ素子とが形成された絶縁性の基板と、前記絶縁性の基板上に形成され、前記電荷蓄積用コンデンサと電気的に接続されたキャリア収集電極と、前記キャリア収集電極上に形成され、放射線の入射により電荷移動媒体（キャリア）が生成する放射線感応型のアモルファス半導体厚膜と、前記アモルファス半導体厚膜の表面に形成された電圧印加電極からなり、放射線照射により前記アモルファス半導体厚膜で生成され、前記電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷が、前記スイッチ素子を経由して放射線検出信号として読み出されるよう構成された放射線検出装置において、前記アモルファス半導体厚膜と電圧印加電極との間に、前記アモルファス半導体厚膜の表面全体を覆うように耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜が形成され、温度変化によってさらに、アモルファス半導体厚膜に反りが生じないように、前記電圧印加電極上に、前記絶縁性の基板と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の補助板材が、高耐圧の硬化性合成樹脂によって固定形成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放射線検出装置において、キャリア収集電極を２次元マトリックス状に複数個形成し、各キャリア収集電極毎に電荷蓄積用のコンデンサおよび電荷読み出し用のスイッチ素子をそれぞれ設けることにより２次元アレイ構成としたことを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置において、耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜が、０．０５μｍから１０μｍの厚さのＳｂ２Ｓ３膜であることを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置において、高耐圧の硬化性合成樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置において、前記補助板材が、原子番号１５以上の元素の含有量が１原子％以下の材料で構成されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項６記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置において、前記補助板材が、放射線有感領域に位置する部分の厚さを非有感領域に位置する部分の厚さより薄くした構造をもつことを特徴とする。
【００２４】
請求項７記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置において、前記補助板材が、放射線有感領域に位置する部分のみを開口した構造をもつことを特徴とする。
【００２５】
請求項８記載の発明は、請求項１から請求項７に記載の放射線検出装置において、前記補助板材と前記絶縁性の基板とのギャップ調整用のスペーサーを設けたことを特徴とする。
【００２６】
請求項９記載の発明は、請求項８に記載の放射線検出装置において、前記絶縁性の基板と、前記補助板材との貼り合せギャップが、２ｍｍから４ｍｍの間であることを特徴とする。
【００２７】
次に、この発明に係る各放射線検出装置における作用を説明する。
この発明の放射線検出装置により放射線検出を行う場合、放射線感応型のアモルファス半導体厚膜の表面側に形成された電圧印加電極にバイアス電圧を印加しておいて、検出対象の放射線を入射させる。そうすると、放射線の入射によりアモルファス半導体厚膜に生成した電荷移動媒体（キャリア）に相応してキャリア収集電極に電気的に接続された電荷蓄積コンデンサに電荷が蓄積されるとともに、電荷読み出し用のスイッチ素子のオン状態への移行に伴って蓄積電荷がスイッチ素子経由で放射線検出信号として読み出される。
【００２８】
そして、この発明の放射線検出装置の場合、アモルファス半導体厚膜と電圧印加電極の間に、アモルファス半導体厚膜の表面全体を覆うように耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜が形成されているため、高耐圧の硬化性合成樹脂の溶剤成分によって、アモルファス半導体厚膜の表面が変質し、沿面放電が発生して耐圧が低下するというような現象は起こらず、また暗電流の増加を抑制される。
【００２９】
さらに、アモルファス半導体厚膜・耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜・電圧印加電極が形成された最上層表面に、前記補助板材が、高耐圧の硬化性合成樹脂によって、最上層表面を覆うように固定形成されているため、比較的引っ張り強度に劣るアモルファス半導体厚膜・耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜・電圧印加電極が、熱膨張係数のほぼ等しい絶縁性の板材によって挟み込まれたように固定されることになり、温度変化による反り、亀裂等が激減する。
【００３０】
また、アモルファス半導体厚膜そのものの破壊以外に絶縁破壊が起こると想定される経路は、電圧印加電極上の高耐圧の硬化性合成樹脂の膜中を抜け、高耐圧の硬化性合成樹脂と補助板材の界面に沿って、読み出しライン、ゲートラインや接地ラインが絶縁基板上でむき出しになっている部分に至る経路か、または、補助板材の表面上に帯電した電荷との再結合に至る経路だけであるので、高耐圧の硬化性合成樹脂の膜厚をバイアス電圧に絶えうる程度に十分厚く形成しておけば絶縁破壊は起こらない。
【００３１】
しかも、アモルファス半導体厚膜・耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜・電圧印加電極が形成された最上層表面に、前記補助板材が、高耐圧の硬化性合成樹脂によって、最上層表面を覆うように固定形成された構造は、比較的耐環境性に劣るアモルファス半導体厚膜の保護膜としても機能する。
【００３２】
また、請求項２の放射線検出装置の場合、２次元マトリックス状に複数個形成されている各キャリア収集電極毎に電荷蓄積用のコンデンサおよび電荷読み出し用のスイッチ素子がそれぞれ設けられていて、放射線検出ユニットがマトリックス状に並ぶ２次元アレイ構成となっており、各放射線検出ユニット毎に局所的な放射線検出が行われる。
【００３３】
請求項３の放射線検出装置の場合、耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜が、０．０５μｍから１０μｍの厚さのＳｂ２Ｓ３膜であり、高耐圧の硬化性合成樹脂の溶剤成分によって、アモルファス半導体厚膜の表面が変質し、沿面放電が発生して耐圧が低下することを防ぐ作用と、暗電流の増加を防ぐ作用の２つを兼ね備えた働きをする。
【００３４】
請求項４の放射線検出装置の場合、高耐圧の硬化性合成樹脂がエポキシ樹脂であり、硬化後の強度に優れ、樹脂中の溶剤成分のアモルファス半導体厚膜に対する反応性が小さいことが特徴である。
【００３５】
請求項５の放射線検出装置の場合、前記補助板材を、原子番号が１５以上の元素の含有量が１原子％以下の材料で構成したため、入射放射線の減衰を抑えることができる。
【００３６】
請求項６の放射線検出装置の場合、前記補助板材の放射線有感領域に位置する部分の厚さを、非有感領域に位置する部分の厚さより薄くした構造にしたため、温度変化によるアモルファス半導体厚膜の反り、亀裂に対する強度を保ちながら、入射放射線の減衰をさらに抑えることができる。
【００３７】
請求項７の放射線検出装置の場合、前記補助板材の放射線有感領域に位置する部分のみを開口したため、温度変化によるアモルファス半導体厚膜の反り、亀裂に対する強度を保ちながら、入射放射線の減衰を最小限に抑えることができる。
【００３８】
請求項８の放射線検出装置の場合、前記補助板材の周辺部に、絶縁性の基板との貼り合せギャップ調整用のスペーサーを設けたため、貼り合せギャップの制御が容易になり、入射放射線の減衰ムラによる感度ムラを抑えることができる。
【００３９】
請求項９の放射線検出装置の場合、絶縁性の基板と、補助板材との貼り合せギャップを２ｍｍ以上にしたため、アモルファス半導体厚膜そのものの破壊以外に絶縁破壊が起こると想定される経路のうち、電圧印加電極上の高耐圧の硬化性合成樹脂の膜中を抜け、高耐圧の硬化性合成樹脂と絶縁性の板材の界面に沿って、読み出しライン、ゲートラインや接地ラインが絶縁基板上でむき出しになっている部分に至る経路が長くなることと、絶縁性の板材の表面と電圧印加電極との距離が長くなることで絶縁性の板材の表面上に帯電する電荷量が減少することから、３０ｋＶ以上の高耐圧を得ることができる。また、貼り合せギャップを４ｍｍ以下にしたため、硬化性合成樹脂による入射放射線の減衰を最小限に抑えることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係わる放射線検出装置の放射線センサ部の構成を示す概略断面図、図２は本実施形態の放射線検出装置の変形実施例１を示す概略断面図、図３は本実施形態の放射線検出装置の変形実施例２を示す概略断面図、図４は本実施形態の放射線検出装置の放射線センサ部の平面図、図５は本実施形態の放射線検出装置の全体構成を示すブロック図、そして図６は本実施形態の放射線検出装置の放射線検出ユニットの検出動作を説明するための図である。
【００４１】
本実施形態の放射線検出装置は、図１に示すように、 ＳｉＯ２層等からなるコンデンサＣａに蓄積された電荷を取り出すための通常時オフ（遮断）の電荷取り出し用のスイッチ素子８、例えば、トランジスタ（ＴＦＴ）とが形成されたガラス基板等の絶縁性の基板６と、電荷蓄積用コンデンサＣａと電気的に接続され、キャリア収集電極７を介して絶縁性の基板６上に形成された、放射線が入射することにより電荷移動媒体（キャリア）が生成されるアモルファス半導体厚膜１と、アモルファス半導体厚膜１の放射線入射側表面に設けられた電圧印加電極２とを放射線センサ部として備えている。
【００４２】
また、本実施形態の放射線検出装置は、電圧印加電極２にバイアス電圧を印加するバイアス電圧供給部（電源部）Ｖｅを有し、電圧印加電極２にバイアス電圧が印加された状態で放射線が照射された場合、それに伴って生成したキャリアがキャリア収集電極７からコンデンサＣａに送り込まれて蓄積されるとともに、読み出しタイミングになった時にゲートライン１１からオン信号が送り込まれてスイッチ素子８がオン（接続）となって蓄積電荷が放射線検出信号として読み出しライン１０から読み出される構成になっている。以下、各部の構成を具体的に説明する。
【００４３】
本実施形態の放射線検出装置の場合、アモルファス半導体厚膜１は比抵抗１０9Ωｃｍ以上（好ましくは１０11Ωｃｍ以上）であって、膜厚み０．５ｍｍ前後〜１．５ｍｍ前後の高純度アモルファス・セレン（ａ−Ｓｅ）厚膜である。このａ−Ｓｅ厚膜は特に検出エリアの大面積化に対する適性に優れる。アモルファス半導体厚膜１は、もし薄いと放射線が素通りするようなかたちになって放射線を十分に吸収できなくなることから、０．５ｍｍ前後〜１．５ｍｍ前後の厚めの膜が用いられる。
【００４４】
電圧印加電極２およびキャリア収集電極７は、Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｉｎ等の中の適当な金属やＩＴＯなどで形成される。もちろん、アモルファス半導体厚膜の材料や、電極の材料は上に例示のものに限らない。
【００４５】
そして、本実施形態の放射線検出装置においては、特徴的な構成として、図１に示すように、アモルファス半導体厚膜１と電圧印加電極２の間に、アモルファス半導体厚膜１の表面全体を覆うように耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜３であるＳｂ２Ｓ３膜が約１μｍの厚さで形成され、さらに、前記Ｓｂ２Ｓ３膜の上に電圧印加電極２が形成されている。これらの最上層表面には、前記絶縁性の基板６と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の補助板材５が、高耐圧の硬化性合成樹脂であるエポキシ樹脂４によって、最上層表面を覆うように固定形成されている。
【００４６】
なお、キャリア選択性の高抵抗膜は、正バイアスで使用される場合、ｎ型（正孔注入阻止型）の選択膜が、負バイアスで使用される場合、Ｐ型（電子注入阻止型）の選択膜が使用される。
【００４７】
絶縁性の基板６と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の補助板材５は、原子番号１５以上の元素の含有量が１原子％以下の材料で構成され、放射線の減衰が少ないものであれば特に材質は選ばない。例えば、パイレックスガラス、石英ガラス等が挙げられる。厚さは０．５ｍｍから１．５ｍｍ位が適当である。
【００４８】
また、補助板材５について、放射線の減衰が比較的大きい材質であっても、図２の変形実施例１に示すように、放射線有感領域に位置する部分の厚さを非有感領域に位置する部分の厚さより薄くした構造にすることによって、強度を保ちながら、放射線の減衰を抑えることができる。さらに、図３の変形実施例２に示すように、放射線有感領域に位置する部分のみを開口した構造にすれば、放射線の減衰を最小限に抑えることができる。
【００４９】
なお、前記絶縁性の基板６と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の補助板材５は、アモルファス半導体厚膜１に反りが生じないように形成するのであれば、上述した実施形態に限らず、どのような実施形態を採用してもよい。
【００５０】
以上述べた、本実施形態の放射線検出装置と、その変形実施例１、変形実施例２において、耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜３の例として、Ｓｂ２Ｓ３膜を挙げたが、Ｓｂ２Ｓ３以外にも、ＣｄＳ、ＳｂＴｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ等の無機半導体膜や、キャリア移動材を添加したポリカーボネート等の有機膜材料が使用可能である。これらの膜厚は、キャリアの選択性、耐溶剤性、アモルファス半導体厚膜１との付着性によって異なるが、０．０１μｍから１０μｍが望ましく、また、０．０５μｍから１０μｍの範囲で選択してもよい。
【００５１】
また、高耐圧の硬化性合成樹脂４の例として、エポキシ樹脂を挙げたが、樹脂中の溶剤成分とアモルファス半導体厚膜１との反応性が小さい材料であれば、アクリル樹脂、フッ素樹脂等も使用可能である。ただし、アモルファス半導体厚膜１にａ−Ｓｅを使用する場合は、ａ−Ｓｅが熱によって変性しやすいので、常温で硬化するタイプの樹脂を選択する必要がある。これらの樹脂の形成厚は、薄すぎると絶縁耐圧が低下し、厚すぎると入射放射線が減衰してしまうので、絶縁性の基板６と絶縁性の補助板材５とのギャップが１ｍｍから５ｍｍ、可能であれば２ｍｍから４ｍｍになるようにするのが望ましい。
【００５２】
かかるギャップを確実に形成するため、図１に示した本実施形態の放射線検出装置と、図２に示したその変形実施例１、及び図３に示した変形実施例２では、このギャップの値を容易に調整できるように、絶縁性の基板６の周辺部に、ＡＢＳ樹脂等からなるスペーサー９を設けている。
【００５３】
さらに、本実施形態装置の放射線センサ部においては、図１、図４、及び図５に示すように、キャリア収集電極７は２次元マトリックス状に多数個形成されているとともに、各キャリア収集電極７毎に電荷蓄積用のコンデンサＣａおよび電荷読み出し用スイッチ素子８がそれぞれ各１個ずつ設けられていて、放射線検出ユニットである検出素子ＤＵがＸ，Ｙ方向に沿って多数配列（例えば１０２４×１０２４）された２次元アレイ構成のフラットパネル型放射線センサ（面センサ）となっている。なお、図４は、図１の放射線センサ部の平面図であり、図５は、その内部構成を模式的に示した図である。
【００５４】
すなわち、図５において、電圧印加電極２は全検出素子ＤＵの共通電極として全面的に形成されているが、キャリア収集電極７は個別電極として２次元マトリックス状に各検出素子ＤＵ毎に分離形成されているとともに、キャリア収集電極７毎に電荷蓄積用コンデンサＣａおよび電荷読み出し用スイッチ素子８がそれぞれ１個ずつ接続されていて、各放射線検出ユニット毎に局所的な放射線検出が行える構成となっている結果、放射線強度の２次元分布測定が可能となる。
【００５５】
また、本実施形態装置の放射線センサ部では、図５に示すように、検出素子ＤＵのスイッチ素子８用薄膜トランジスタのゲートが横（Ｘ）方向のゲートライン１１に接続され、ソースが縦（Ｙ）方向の読出しライン１０に接続されている。読出しライン１０は電荷−電圧変換器群（プリアンプ群）１３を介してマルチプレクサ１５に接続されているとともに、ゲートライン１１はゲートドライバ１４に接続されている。なお、本実施形態では、１本の読出しライン１０に対して、電荷−電圧変換器１３が１個それぞれ接続されている。
【００５６】
そして、本実施形態の放射線検出装置の放射線センサ部の場合、マルチプレクサ１５およびゲートドライバ１４への信号取り出し用の走査信号が送り込まれることになる。放射線センサ部の検出素子ＤＵの特定は、Ｘ方向・Ｙ方向の配列に沿って各検出素子ＤＵへ順番に割り付けられているアドレス（例えば０〜１０２３）に基づいて行われるので、取り出し用の走査信号は、それぞれＸ方向アドレスまたはＹ方向アドレスを指定する信号となる。
【００５７】
Ｙ方向の走査信号に従ってゲートドライバ１４からＸ方向のゲートライン１１に対し取り出し用の電圧が印加されるのに伴い、各検出素子ＤＵが行単位で選択される。そして、Ｘ方向の走査信号に従ってマルチプレクサ１５が切替えられることにより、選択された行の検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積された電荷が、電荷−電圧変換器群１３…１３およびマルチプレクサ１５を順に経て外部に送り出されることになる。
【００５８】
本実施形態の放射線検出装置が、例えばＸ線透視撮影装置のＸ線検出器として用いられた場合、各検出素子ＤＵの検出信号がマルチプレクサ１５から画素信号として順に取り出された後、画像処理部ＤＴ部でノイズ処理等の必要な信号処理が行われてから画像処理部ＭＴで２次元画像（Ｘ線透視画像）として表示されることになる。
【００５９】
上記のことから、本実施形態の放射線センサ部における検出信号の取り出し方式は、概ね通常のＴＶカメラなどの映像機器に類似の構成であると言える。本実施形態の場合、放射線センサ部に電荷−電圧変換器群１３およびマルチプレクサ１５やゲートドライバ１４さらには必要に応じてＡＤ変換器（図示省略）なども設置され、一段と集積化が図られた構成となっている。しかし、電荷−電圧変換器群１３およびマルチプレクサ１５やゲートドライバ１４あるいはＡＤ変換器などの全部または一部が別体設置である構成であってもかまわない。
【００６０】
また、本実施形態装置の放射線センサ部を作成する場合は、絶縁基板６の表面に、各種真空成膜法による薄膜形成技術やフォトリソグラフ法によるパターン化技術を利用して、スイッチ素子８用の薄膜トランジスタおよびコンデンサＣａ、キャリア収集電極７、アモルファス半導体厚膜１、キャリア選択性の高抵抗膜３、電圧印加電極２などが順に積層形成される。
【００６１】
次に本実施形態の放射線検出装置による放射線検出動作を図６を参照しながら説明する。本実施形態装置により放射線検出を行う場合、図６に示すように、アモルファス半導体厚膜１の表面側の電圧印加電極２にバイアス電圧が印加された状態で検出対象の放射線を入射させる。放射線の入射によって生成する電荷移動媒体（キャリア）である電子・正孔は、バイアス電圧によって電圧印加電極２とキャリア収集電極７に移動し、生成した数に相応してキャリア収集電極７側の電荷蓄積用コンデンサＣａに電荷が蓄積されるとともに、電荷読出し用スイッチ素子８のオン状態への移行に伴って蓄積電荷がスイッチ８経由で放射線検出信号として読み出された後、電荷−電圧変換器１３で電圧信号に変換される。
【００６２】
さらに、本実施形態の放射線検出装置の場合、アモルファス半導体厚膜１と電圧印加電極２の間に、アモルファス半導体厚膜１の表面全体を覆うように耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜３が形成されているため、高耐圧の硬化性合成樹脂４の溶剤成分によって、アモルファス半導体厚膜１の表面が変質し、沿面放電が発生して耐圧が低下するというような現象は起こらない。
【００６３】
また、アモルファス半導体厚膜１・耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜３・電圧印加電極２が形成された最上層表面に、絶縁性の基板６と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の補助板材５が、高耐圧の硬化性合成樹脂４によって、最上層表面を覆うように固定形成されているため、比較的引っ張り強度に劣るアモルファス半導体厚膜１・耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜３・電圧印加電極２が、熱膨張係数のほぼ等しい絶縁性の補助板材５によって挟み込まれたように固定されることになり、温度変化による反り、亀裂等が激減する。
【００６４】
また、アモルファス半導体厚膜１そのものの破壊以外に絶縁破壊が起こると想定される経路は、電圧印加電極２上の高耐圧の硬化性合成樹脂４の膜中を抜け、高耐圧の硬化性合成樹脂４と絶縁性の補助板材５の界面に沿って、読み出しライン１０、ゲートライン１１や接地ライン１２が絶縁基板６上でむき出しになっている部分に至る経路か、または、絶縁性の補助板材５の表面上に帯電した電荷との再結合に至る経路だけであるので、高耐圧の硬化性合成樹脂４の膜厚をバイアス電圧に絶えうる程度に十分厚く形成しておけば絶縁破壊は起こらない。
【００６５】
しかも、アモルファス半導体厚膜１・耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜３・電圧印加電極２が形成された最上層表面に、絶縁性の基板６と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の補助板材５が、高耐圧の硬化性合成樹脂４によって、最上層表面を覆うように固定形成された構造は、比較的耐環境性に劣るアモルファス半導体厚膜の保護膜としても機能する。
【００６６】
【実施例】
次に、本実施形態装置で、高耐圧の硬化性合成樹脂４の溶剤成分によって、アモルファス半導体厚膜１の表面が変質することなく、耐圧が改善されることを実際に確かめるために、本実施形態の放射線検出装置に準じた構成の試験用放射線検出装置を作製した。
【００６７】
すなわち、アモルファス半導体厚膜１は厚さ１ｍｍのａ−Ｓｅ膜、耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜３は厚さ０．３μｍ前後のＳｂ２Ｓ３膜、高耐圧の硬化性合成樹脂４はエポキシ樹脂、絶縁性の基板６と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の補助板材５は厚さ０．７ｍｍのパイレックスガラスであり、絶縁性基板６とパイレックスガラス（補助板材５）とのギャップは３ｍｍになるようにＡＢＳ樹脂製スペーサー９を設けた。
【００６８】
一方、Ｓｂ２Ｓ３膜（高抵抗膜３）を有しないことを除いて試験用放射線検出装置と同様の構成である比較用放射線検出装置(1)と、パイレックスガラス（補助板材５）を用いずに、最表面にエポキシ樹脂だけを形成した他は試験用放射線検出装置と同様の構成である比較用放射線検出装置(2)の、２つの比較用放射線検出装置も作製した。
【００６９】
そして、試験用・比較用(1)・比較用(2)の３つの放射線検出装置の電圧印加電極２にそれぞれ４ｋＶのバイアス電圧を印加するとともに、印加後１分放置したのち、１０秒間放射線（Ｘ線）の照射を続けながら読み出しライン１０の検出出力（電流値）を測定した。この時、測定精度を上げるために、すべてのゲートライン１１に常時ＯＮ信号を与えてスイッチ素子８を常時ＯＮにし、読み出しライン１０には常時検出出力が送られるようにした。ついで、バイアス電圧を１ｋＶきざみで上げながら同様の測定を繰り返した。試験用放射線検出装置の場合は３０ｋＶのバイアス電圧まで測定を行い、比較放射線検出装置の場合は絶縁破壊が起こるまで測定を行った。測定結果を図７に示す。
【００７０】
試験用放射線検出装置と、パイレックスガラス（補助板材５）を用いなかった比較用(2)の放射線検出装置の場合は、３０ｋＶのバイアス電圧を印加しても絶縁破壊が起こらないのに対し、Ｓｂ２Ｓ３膜（高抵抗膜３）を使用していない比較用(1)の放射線検出装置の場合は５ｋＶで絶縁破壊を起こした。実際、比較用(1)の放射線検出装置のａ−Ｓｅ膜の表面は、エポキシ樹脂４中の溶剤成分と反応が進み、赤変していた。
【００７１】
このことから、本実施形態の放射線検出装置のように、アモルファス半導体厚膜１と電圧印加電極２の間に、アモルファス半導体厚膜１の表面全体を覆うように耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜３を、高耐圧の硬化性合成樹脂４の溶剤成分によってアモルファス半導体厚膜の表面が変質することを防ぐに十分な厚さで形成すれば、３０ｋＶ以上の高耐圧が得られることが分かる。
【００７２】
次に、試験用放射線検出装置と、パイレックスガラス５を用いなかった比較用(2)の放射線検出装置を、４０℃の恒温槽で１００時間放置後、室温にもどして同様な測定を行った。
【００７３】
試験用放射線検出装置は、３０ｋＶのバイアス電圧を印加しても絶縁破壊が起こらず、信号電流の値も４０℃放置前とほぼ同じであるのに対し、比較用(2)の放射線検出装置の場合は信号電流が急上昇して８ｋＶで絶縁破壊を起こした。実際、比較用(2)の放射線検出装置は、４０℃放置中に反りが生じ、室温にもどした後のａ−Ｓｅ膜の表面では、Ｓｂ２Ｓ３膜にひび割れが生じていた。
【００７４】
このことから、本実施形態の放射線検出装置のように、アモルファス半導体厚膜１・耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜３・電圧印加電極２が形成された最上層表面に、絶縁性の基板６と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の補助板材５を、高耐圧の硬化性合成樹脂４によって、最上層表面を覆うように固定形成すれば、周囲温度の変化によって生ずるアモルファス半導体厚膜１・耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜３・電圧印加電極２の反りや、反りによる亀裂等を防止できることがわかる。
【００７５】
この発明は、上記実施の形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
（１）上記実施の形態の場合、アモルファス半導体厚膜１が高純度ａ−Ｓｅ厚膜であったが、この発明におけるアモルファス半導体厚膜１は、結晶化阻止作用のあるＡｓまたはＴｅをドープしたａ−Ｓｅ厚膜や、Ｓｅ系化合物のアモルファス半導体厚膜であってもよい。
（２）また、上記実施の形態では、キャリア収集電極７とアモルファス半導体厚膜１の間には中間層を設けなかったが、Ｓｂ２Ｓ３膜やＳｅ系化合物膜等のキャリア選択性のある中間層を設けてもよい。
（３）さらに、上記実施の形態では、多数個の検出素子ＤＵが縦横に配列された２次元アレイ構成であったが、複数個の検出素子ＤＵが縦または横に１列だけ並んでいるラインセンサの構成の装置や、検出素子ＤＵが１個だけの構成の装置も、変形例としてあげられる。
（４）なお、本発明の放射線検出装置が検出対象とする放射線も、Ｘ線に限らずあらゆる放射線を対象とするものである。
【００７６】
【発明の効果】
請求項１に記載の放射線検出装置によれば、大面積化適性を有する放射線感応型アモルファス半導体厚膜と電圧印加電極の間に、アモルファス半導体厚膜の表面全体を覆うように耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜を形成し、さらに、アモルファス半導体厚膜・耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜・電圧印加電極が形成された最上層表面に、絶縁性の基板と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の板材を、高耐圧の硬化性合成樹脂によって、最上層表面を覆うように固定形成したため、アモルファス半導体厚膜表面の変質、温度変化による反り、亀裂等による絶縁破壊が阻止され、高いバイアス電圧をかけて十分な検出感度を得ることができる。さらに、絶縁性の基板と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の補助板材が、高耐圧の硬化性合成樹脂によって、最上層表面を覆うように固定形成された構造は、比較的耐環境性に劣るアモルファス半導体厚膜の保護膜としても機能するため、長期の信頼性を確保することができる。
【００７７】
請求項２の放射線検出装置によれば、２次元マトリックス状に多数個形成されている各キャリア収集電極毎に電荷蓄積用のコンデンサおよび電荷読み出し用のスイッチ素子がそれぞれ設けられていて、放射線検出ユニットがマトリックス状に並ぶ２次元アレイ構成となっており、各放射線検出ユニット毎に局所的な放射線検出が行えるので、高いバイアス電圧をかけて高精度な放射線強度の２次元分布測定が可能となる。
【００７８】
請求項３の放射線検出装置によれば、耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜が、０．０５μｍから１０μｍの厚さのＳｂ２Ｓ３膜であるため、高耐圧の硬化性合成樹脂の溶剤成分によって、アモルファス半導体厚膜の表面が変質することを防ぐだけでなく、暗電流の増加を防ぐ効果があり、高いバイアス電圧をかけても暗電流の増加が少なく、高感度な検出特性を得ることができる。
【００７９】
請求項４の放射線検出装置によれば、高耐圧の硬化性合成樹脂がエポキシ樹脂であるため、硬化後の強度に優れ、樹脂中の溶剤成分のアモルファス半導体厚膜に対する反応性が小さいので、より耐環境性が増し、長期の信頼性を得ることができる。。
【００８０】
請求項５から請求項７に記載の放射線検出装置によれば、入射する放射線の減衰を最低限に抑えることができるため、さらに高い検出感度を得ることができる。
【００８１】
請求項８から請求項９に記載の放射線検出装置によれば、絶縁性の基板と絶縁性の補助板材の貼り合せギャップを精度良く調節できるため、入射放射線の減衰や感度ムラを防止しながら、３０ｋＶ以上の高耐圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である放射線センサ部の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の変形実施例１である放射線センサ部の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の変形実施例２である放射線センサ部の構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態である放射線センサ部の平面図である。
【図５】本発明の一実施形態である放射線検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態である放射線検出ユニットの検出動作状況を示す説明図である。
【図７】試験用・比較用(1)・比較用(2)の３つの放射線検出装置の耐圧測定の結果を示すグラフである。
【図８】従来の放射線検出装置の要部構成を示す概略断面図である。
【図９】従来の改良型の放射線検出装置の要部構成を示す概略断面図である。
【図１０】従来の改良型の放射線検出装置Ｂの要部構成を示す概略断面図である。
【図１１】従来の改良型の放射線検出装置Ｃの要部構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…アモルファス半導体厚膜
２…電圧印加電極
３…耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜
４…高耐圧の硬化性合成樹脂
５…絶縁性基板６と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の板材
６…絶縁性基板
７…キャリア収集電極
８…スイッチ素子
９…スペーサー
１０…読み出しライン
１１…ゲートライン
１２…接地ライン
１３…電荷−電圧変換器
１４…ゲートドライバ
１５…マルチプレクサ
Ｃａ…電荷蓄積用コンデンサ
Ｖｅ…バイアス電圧供給部

Claims (9)

1. 電荷蓄積用のコンデンサと電荷読み出し用のスイッチ素子とが形成された絶縁性の基板と、
   前記絶縁性の基板上に形成され、前記電荷蓄積用コンデンサと電気的に接続されたキャリア収集電極と、
   前記キャリア収集電極上に形成され、放射線の入射により電荷移動媒体（キャリア）が生成する放射線感応型のアモルファス半導体厚膜と、
   前記アモルファス半導体厚膜の表面に形成された電圧印加電極からなり、
   放射線照射により前記アモルファス半導体厚膜で生成され、前記電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷が、前記スイッチ素子を経由して放射線検出信号として読み出されるよう構成された放射線検出装置において、
   前記アモルファス半導体厚膜と電圧印加電極との間に、前記アモルファス半導体厚膜の表面全体を覆うように耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜が形成され、
   温度変化によってさらに、前記アモルファス半導体厚膜に反りが生じないように、前記電圧印加電極上に、前記絶縁性の基板と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の補助板材が、高耐圧の硬化性合成樹脂によって固定形成されていることを特徴とする放射線検出装置。
2. 請求項１に記載の放射線検出装置において、キャリア収集電極を２次元マトリックス状に複数個形成し、各キャリア収集電極毎に電荷蓄積用のコンデンサおよび電荷読み出し用のスイッチ素子をそれぞれ設けることにより２次元アレイ構成としたことを特徴とする放射線検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置において、耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜が、０．０５μｍから１０μｍの厚さのＳｂ２Ｓ３膜であることを特徴とする放射線検出装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置において、高耐圧の硬化性合成樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする放射線検出装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置において、前記補助板材が、原子番号１５以上の元素の含有量が１原子％以下の材料で構成されていることを特徴とする放射線検出装置。
6. 請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置において、前記補助板材が、放射線有感領域に位置する部分の厚さを非有感領域に位置する部分の厚さより薄くした構造をもつことを特徴とする放射線検出装置。
7. 請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置において、前記補助板材が、放射線有感領域に位置する部分のみを開口した構造をもつことを特徴とする放射線検出装置。
8. 請求項１から請求項７に記載の放射線検出装置において、前記補助板材と前記絶縁性の基板とのギャップ調整用のスペーサーを設けたことを特徴とする放射線検出装置。
9. 請求項８に記載の放射線検出装置において、前記絶縁性の基板と、前記補助板材との貼り合せギャップが、２ｍｍから４ｍｍの間であることを特徴とする放射線検出装置。

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