JPH0833450B2 - 半導体放射線センサおよびセンサアレイ - Google Patents
半導体放射線センサおよびセンサアレイInfo
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- JPH0833450B2 JPH0833450B2 JP1062470A JP6247089A JPH0833450B2 JP H0833450 B2 JPH0833450 B2 JP H0833450B2 JP 1062470 A JP1062470 A JP 1062470A JP 6247089 A JP6247089 A JP 6247089A JP H0833450 B2 JPH0833450 B2 JP H0833450B2
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- Measurement Of Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体放射線センサおよびセンサアレイに関
する。
する。
従来の技術 放射線受像方法として、半導体検出器アレイを用い
て、放射線量子個個の信号を検知し、その信号の計数値
を画素濃度として、画像を表示する方法が開発されてい
る（特開昭59−100885号公報）。この方法によれば放射
線量子個個のエネルギ情報を、例えば、波高弁別回路を
用いることにより、検知することができる。このため、
例えば、Ｘ線CT装置に適用すれば、Ｘ線ハードニングの
影響の除去や、さらにはＸ線エネルギを可変にした場合
のデータをもとに計算処理することによる被検体の原子
量分布測定等が可能となり、放射線画像測定において
は、画期的なものである。
て、放射線量子個個の信号を検知し、その信号の計数値
を画素濃度として、画像を表示する方法が開発されてい
る（特開昭59−100885号公報）。この方法によれば放射
線量子個個のエネルギ情報を、例えば、波高弁別回路を
用いることにより、検知することができる。このため、
例えば、Ｘ線CT装置に適用すれば、Ｘ線ハードニングの
影響の除去や、さらにはＸ線エネルギを可変にした場合
のデータをもとに計算処理することによる被検体の原子
量分布測定等が可能となり、放射線画像測定において
は、画期的なものである。
発明が解決しょうとする課題 上記装置においては、高精度の画像を得ようとする場
合、検出する放射線量子の個個のパルス信号の波高分離
能と応答時間が問題となる。放射線量子の個々のパルス
信号の波高は、発生した電荷の総量に比例するため、正
確な波高分布を測定するためには、発生した電子正孔対
による電荷を完全に収集し、積算する必要がある。この
ため、波高測定においては、電荷増幅型のアンプが使わ
れている。
合、検出する放射線量子の個個のパルス信号の波高分離
能と応答時間が問題となる。放射線量子の個々のパルス
信号の波高は、発生した電荷の総量に比例するため、正
確な波高分布を測定するためには、発生した電子正孔対
による電荷を完全に収集し、積算する必要がある。この
ため、波高測定においては、電荷増幅型のアンプが使わ
れている。
しかし、このアンプは応答速度が遅く、高計数率が必
要な本発明には適用しにくい。このため、高計数率で
は、正確な波高分布の測定は困難であると考えられてい
た。
要な本発明には適用しにくい。このため、高計数率で
は、正確な波高分布の測定は困難であると考えられてい
た。
また、全電荷を積算せずに、高速なパルスを高速に検
出する方法として、電流電圧変換型の増幅を行う方法が
あるが、センサ内での信号の発生場所により波形が変化
する現象があるため、高精度の測定には不適とされてき
た。
出する方法として、電流電圧変換型の増幅を行う方法が
あるが、センサ内での信号の発生場所により波形が変化
する現象があるため、高精度の測定には不適とされてき
た。
本発明は上記従来技術に基づき、高計数率でも正確な
波高分布の測定を可能とする手段を提供するものであ
る。
波高分布の測定を可能とする手段を提供するものであ
る。
課題を解決するための手段 本発明の半導体放射線センサは、化合物半導体の電子
移動度と正孔移動度の差が最小となる方向に垂直な結晶
方位面に対向電極を形成したものである。
移動度と正孔移動度の差が最小となる方向に垂直な結晶
方位面に対向電極を形成したものである。
また、本発明の半導体放射線センサアレイは、化合物
半導体の電子移動度と正孔移動度の差が最小となる方向
に垂直な結晶方位面に対向電極を形成した半導体放射線
センサを直線状もしくは曲線状に配列し、相接する結晶
の結晶方位面の電子移動度、正孔移動度、もしくはそれ
らの和が最小となるような結晶方位面に垂直な方向に前
記半導体放射線センサを並列配置したものである。
半導体の電子移動度と正孔移動度の差が最小となる方向
に垂直な結晶方位面に対向電極を形成した半導体放射線
センサを直線状もしくは曲線状に配列し、相接する結晶
の結晶方位面の電子移動度、正孔移動度、もしくはそれ
らの和が最小となるような結晶方位面に垂直な方向に前
記半導体放射線センサを並列配置したものである。
作用 本来、半導体センサの応答時間は、半導体内で発生し
た電子−正孔対が各電極に到達する時間で決まる。又、
発生する電子あるいは正孔の電流は、発生した電荷に比
例する。電荷の積分をせずに発生する電流を測定するよ
うにすると、発生する信号は、電荷の発生した場所に依
存する。これは、第２図（ａ）（ｂ）に示すように、電
子と正孔の移動度の差による。そこで、半導体センサの
構成を電子と正孔の移動度の差を少なくした構成（μｅ
＝μａ）とすることにより第２図（ｃ）に示すように、
放射線量子の個々の発生電荷パルス信号の波形は、発生
した位置に依存せずに一定となり、電荷の積分を行わな
くとも発生した電荷の総量に比例したパルス波高を出力
するようになり、正確な波高分布を測定出来るようにな
る。
た電子−正孔対が各電極に到達する時間で決まる。又、
発生する電子あるいは正孔の電流は、発生した電荷に比
例する。電荷の積分をせずに発生する電流を測定するよ
うにすると、発生する信号は、電荷の発生した場所に依
存する。これは、第２図（ａ）（ｂ）に示すように、電
子と正孔の移動度の差による。そこで、半導体センサの
構成を電子と正孔の移動度の差を少なくした構成（μｅ
＝μａ）とすることにより第２図（ｃ）に示すように、
放射線量子の個々の発生電荷パルス信号の波形は、発生
した位置に依存せずに一定となり、電荷の積分を行わな
くとも発生した電荷の総量に比例したパルス波高を出力
するようになり、正確な波高分布を測定出来るようにな
る。
また、センサアレイにおいては、結晶内部の電荷の動
きは、高速な応答においてはその移動度に規制される。
特に、センサアレイのセンサピッチが、センサ厚に対し
て小さくなってくると、隣のセンサへの漏れが発生し易
くなり、正確なパルス信号の波高を測定できなくなる。
そこで、結晶内の方位を隣の相接する結晶の結晶方位面
の電子移動度と正孔移動度が最小になるような結晶方位
の方向にセンサアレイを配置することにより、漏れを減
少させ、正確な波高分布を測定することが出来るように
なる。
きは、高速な応答においてはその移動度に規制される。
特に、センサアレイのセンサピッチが、センサ厚に対し
て小さくなってくると、隣のセンサへの漏れが発生し易
くなり、正確なパルス信号の波高を測定できなくなる。
そこで、結晶内の方位を隣の相接する結晶の結晶方位面
の電子移動度と正孔移動度が最小になるような結晶方位
の方向にセンサアレイを配置することにより、漏れを減
少させ、正確な波高分布を測定することが出来るように
なる。
これらの作用は、結晶構造の複雑な化合物半導体結晶
において顕著に現れる。又、イオン結合性の強い結晶で
は、電子や正孔が結晶を構成する原子から強い作用を受
けるため、更に大きな効果が出る。
において顕著に現れる。又、イオン結合性の強い結晶で
は、電子や正孔が結晶を構成する原子から強い作用を受
けるため、更に大きな効果が出る。
実施例 第１図に本発明の１実施例を示す。センサアレイ１、
テルル化カドミウム（CdTe）の半導体センサを線状に配
列した個素子２よりの放射線量子信号を電流電圧変換型
アンプ３で増幅し、入射放射線信号として波高弁別回路
に出力する。
テルル化カドミウム（CdTe）の半導体センサを線状に配
列した個素子２よりの放射線量子信号を電流電圧変換型
アンプ３で増幅し、入射放射線信号として波高弁別回路
に出力する。
センサは、平行平板型を基本としている。本実施例の
CdTeは結晶のエネルギバンドギャップが約1.5eVと大き
く、室温で冷却無しで使用できる半導体センサとして近
年実用化されつつある。しかし、正孔の移動度が60（cm
2/Vsec）1)とSiの約1/10、Geの1/30と小さいため高速な
パルス測定には適さないとされてきた。また、CdTeの電
子移動度は650（cm2/Vsec）1)であり、正孔との移動度
の比が10倍もあり、Siの３倍、Geの２倍に比べて非常に
大きくエネルギスペクトル測定用としても不適とされて
きた。
CdTeは結晶のエネルギバンドギャップが約1.5eVと大き
く、室温で冷却無しで使用できる半導体センサとして近
年実用化されつつある。しかし、正孔の移動度が60（cm
2/Vsec）1)とSiの約1/10、Geの1/30と小さいため高速な
パルス測定には適さないとされてきた。また、CdTeの電
子移動度は650（cm2/Vsec）1)であり、正孔との移動度
の比が10倍もあり、Siの３倍、Geの２倍に比べて非常に
大きくエネルギスペクトル測定用としても不適とされて
きた。
CdTeは閃亜鉛鉱型の結晶構造を有しており、また、カ
ドミウム（Cd）は２価、テルル（Te）は６価の元素であ
るため、イオン結合性が強く、放射線センサとして一般
的なシリコン（Si）やゲルマニウム（Ge）とはその電気
的特性に大きな差異があると考えられる。そこで、我々
は、CdTeの結晶方位と正孔と電子の移動度についての検
討を行った。その結果、電子の移動度は、結晶構造では
大きな変化はないが、正孔の移動度は結晶構造による変
化が大きい事を見いだした。へき開面が得易いために、
CdTeの結晶構造として、一般的に用いてきた（111）面
は最も正孔移動度が小さく、スペクトルは悪く、従来使
用されていなかった（100）面が最も大きな値を示し、
かなり良好なスペクトルを得た。これは、1978年にL.Sv
obらが示したCdTeの正孔の有効質量のデータ2)の傾向と
よく一致する。
ドミウム（Cd）は２価、テルル（Te）は６価の元素であ
るため、イオン結合性が強く、放射線センサとして一般
的なシリコン（Si）やゲルマニウム（Ge）とはその電気
的特性に大きな差異があると考えられる。そこで、我々
は、CdTeの結晶方位と正孔と電子の移動度についての検
討を行った。その結果、電子の移動度は、結晶構造では
大きな変化はないが、正孔の移動度は結晶構造による変
化が大きい事を見いだした。へき開面が得易いために、
CdTeの結晶構造として、一般的に用いてきた（111）面
は最も正孔移動度が小さく、スペクトルは悪く、従来使
用されていなかった（100）面が最も大きな値を示し、
かなり良好なスペクトルを得た。これは、1978年にL.Sv
obらが示したCdTeの正孔の有効質量のデータ2)の傾向と
よく一致する。
第３図および第４図に各結晶構造における241Amの出
力信号波形とスペクトル波形を示すが、本発明の有効性
がよく示されている。
力信号波形とスペクトル波形を示すが、本発明の有効性
がよく示されている。
センサのアレイ化においては、隣接するセンサとのク
ロストークは、隣接センサへの電荷の漏れと、該隣接セ
ンサからの電荷の漏れに起因する。電荷の漏れは電子あ
るいは正孔の単位時間当りの移動量、つまり移動度と比
例した量に比例する。このことより、センサを並列配置
する方向の結晶構造は、移動度が最も小さい方位とする
ことによりクロストークを最小にすることが出来る。こ
のアレイの１実施例として、第５図に示すように、CdTe
の（111）面に垂直な面上に電極を形成したセンサアレ
イを示す。
ロストークは、隣接センサへの電荷の漏れと、該隣接セ
ンサからの電荷の漏れに起因する。電荷の漏れは電子あ
るいは正孔の単位時間当りの移動量、つまり移動度と比
例した量に比例する。このことより、センサを並列配置
する方向の結晶構造は、移動度が最も小さい方位とする
ことによりクロストークを最小にすることが出来る。こ
のアレイの１実施例として、第５図に示すように、CdTe
の（111）面に垂直な面上に電極を形成したセンサアレ
イを示す。
また、センサの高速性と、アレイのクロストークの減
少とを実用的の実現したセンサアレイの１実施例とし
て、第６図に示すように、CdTeの（100）面上に、（11
0）面に垂直な直線方向に電極を形成したセンサアレイ
を示す。
少とを実用的の実現したセンサアレイの１実施例とし
て、第６図に示すように、CdTeの（100）面上に、（11
0）面に垂直な直線方向に電極を形成したセンサアレイ
を示す。
以上、CdTeを１実施例として述べたが閃亜鉛鉱型の結
晶であるGaAs、InP、AlSb、BP、GaSe、ZnTeなどにおい
ても同様な効果が得られる。
晶であるGaAs、InP、AlSb、BP、GaSe、ZnTeなどにおい
ても同様な効果が得られる。
発明の効果 本発明により、高計数率でも、正確な波高分布の測定
を可能にすることができ、エネルギ弁別機能を有したセ
ンサや、センサアレイが簡単な構成で実現可能となる。
例えば、これを医用画像に応用すると、低被曝線量であ
っても、高画質で、かつ高機能な装置を実現できる。
を可能にすることができ、エネルギ弁別機能を有したセ
ンサや、センサアレイが簡単な構成で実現可能となる。
例えば、これを医用画像に応用すると、低被曝線量であ
っても、高画質で、かつ高機能な装置を実現できる。
第１図は、本発明の一実施例の半導体放射線センサの概
念図、第２図は電流出力の時間変化図、第３図は従来例
と本発明による半導体放射線センサの出力信号の差の説
明図、第４図は同センサのスペクトル出力差の説明図、
第５図および第６図は本発明の一実施例の半導体放射線
センサアレイの結晶構造の方位示す図である。 １……CdTe結晶、２……高速パルスアンプ、３……バイ
アス電源、４……集電極、５……結晶方位（100）面、
６……入射放射線。
念図、第２図は電流出力の時間変化図、第３図は従来例
と本発明による半導体放射線センサの出力信号の差の説
明図、第４図は同センサのスペクトル出力差の説明図、
第５図および第６図は本発明の一実施例の半導体放射線
センサアレイの結晶構造の方位示す図である。 １……CdTe結晶、２……高速パルスアンプ、３……バイ
アス電源、４……集電極、５……結晶方位（100）面、
６……入射放射線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大土 哲郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−182870（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−95886（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】化合物半導体の電子移動度と正孔移動度の
差が最小となる方向に垂直な結晶方位面に対向電極を形
成したことを特徴とする半導体放射線センサ。 - 【請求項２】化合物半導体が閃亜鉛鉱型の結晶構造を有
することを特徴とする請求項１記載の半導体放射線セン
サ。 - 【請求項３】化合物半導体がテルル化カドミウムである
ことを特徴とする請求項１記載の半導体放射線センサ。 - 【請求項４】化合物半導体がテルル化カドミウムであっ
て、対向電極面が（100）であることを特徴とする請求
項１記載の半導体放射線センサ。 - 【請求項５】化合物半導体の電子移動度と正孔移動度の
差が最小となる方向に垂直な結晶方位面に対向電極を形
成した半導体放射線センサを直線状もしくは曲線状に配
列したセンサアレイであって、相接する結晶の結晶方位
面の電子移動度、正孔移動度、もしくはそれらの和が最
小となるような結晶方位面に垂直な方向に前記半導体放
射線センサを並列配置したことを特徴とする半導体放射
線センサアレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1062470A JPH0833450B2 (ja) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | 半導体放射線センサおよびセンサアレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1062470A JPH0833450B2 (ja) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | 半導体放射線センサおよびセンサアレイ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02242190A JPH02242190A (ja) | 1990-09-26 |
| JPH0833450B2 true JPH0833450B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=13201118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1062470A Expired - Fee Related JPH0833450B2 (ja) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | 半導体放射線センサおよびセンサアレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0833450B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4344252A1 (de) * | 1993-12-23 | 1995-06-29 | Siemens Ag | Röntgendetektorelement mit Direktkonversion |
| JP5077955B2 (ja) * | 2008-04-23 | 2012-11-21 | 国立大学法人東北大学 | 放射線検出装置及びこれを有する陽電子断層撮影装置 |
| CN111157547A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-05-15 | 成都闰德芯传感器技术有限公司 | 一种碲化锌镉晶体的检测方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5595886A (en) * | 1979-01-17 | 1980-07-21 | Tdk Corp | Neutron detector |
| JP2687122B2 (ja) * | 1987-01-26 | 1997-12-08 | 株式会社ジャパンエナジー | 積層型ＣｄＴｅ放射線検出素子 |
-
1989
- 1989-03-15 JP JP1062470A patent/JPH0833450B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02242190A (ja) | 1990-09-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |