JP5569775B2 - 放射線検出器 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線、α線、β線、γ線などの放射線を扱うコンピュータ断層撮影（ＣＴ）装置に用いられる放射線検出器に関するものであり、特にシンチレータ素子を用いた分解能の高いＸ線ＣＴ装置用放射線検出器に関するものである。

放射線ＣＴ装置は、被撮影体を中心に対称の位置関係で放射線源（例えばＸ線管）と放射線検出器とを配置したもので、検出位置ごとの放射線強度を測定して被撮影体の内部構造を観察する構成になっている。

放射線検出器の基本構造は、複数の配列した半導体光検出素子にシンチレータ素子を配置したものであり、シンチレータ素子が放射線源側に開口してＸ線などの放射線を受けるようになっている。シンチレータ素子は一般的に柱状に加工されたＣｄＷＯ_４、Ｂｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１２、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓなどのいずれかの材料からなり、複数のシンチレータ素子が互いに隣接する素子と間隔をあけて２次元配置されている。放射線がシンチレータ素子の開口面に入射すると、シンチレータ素子自身が発光して可視光を発し、この可視光を開口面の反対面に配置された半導体光検出素子が受光して電気信号を出力する。放射線ＣＴ装置では、隣り合って配置された複数のシンチレータ素子がＣＴ画像の各画素に相当する。従って、放射線検出器のシンチレータ素子は、出来るだけ小さくかつ隣の素子との間隔が狭くなるように設計され、解像度、分解能の向上が図られている。

柱状に加工されたシンチレータ素子の外周面は、半導体光検出素子との対向面を除いて光反射材が被覆されている。特許文献１には、酸化チタンなどの粉末をエポキシ系などの樹脂で混練した白色塗料（光反射材）をシンチレータ素子に被覆する例が開示されている。シンチレータ素子の外周面を光反射材で被覆することより、シンチレータ素子で発光した可視光はシンチレータ素子内部に閉じ込められ、効率良く半導体光検出素子に導かれる。

特許文献２には、シンチレータ素子を被覆する光反射材の他の例として、スパッタリング法、又はＣＶＤ（化学気相堆積）法などの方法でシンチレータ素子表面にＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ等のいずれかの金属反射材を被覆する例が開示されている。

特許文献３には、シンチレータ基板を重ねて樹脂で接着し、切断した後に樹脂を除去して白色塗料を充填する方法が開示されている。隣り合うシンチレータ素子の隙間は充填層の厚みで規定されている。

特許文献４には、Ｘ線グリッドとして、シンチレータ層側面の反射膜の外面を囲む金属材料の被膜が形成されている。Ｘ線グリッドを構成するものとして、アルミニウム又は鉛が開示されている（段落００４４参照）。

特許文献５には、シンチレータスラブを含む検出器ストリップを、はめこみ型に挿入するシンチレータ装置が開示されている。個々の検出器ストリップの間にある横部品の上方にある残りの空間を、Ｘ線吸収層即ち吸収材料により充填する場合、低い融点を有する金属合金を使用する例が開示されている（段落００２６参照）。

特開平５―０１９０６０号公報 特開２００５―１８９２３４号公報 特許第４２１５３１８号公報 特開２００４−１５１００７号公報 特開２００３−０４３１５０号公報

放射線ＣＴ装置の高解像度化の要求に伴い、シンチレータ素子を用いた放射線検出器は、シンチレータ素子の開口面積は小さく、隣の素子との間隔は狭く配置する改良がなされてきた。近年では、隣り合うシンチレータ素子の間隔を小さくすることが要求されるようになってきている。狭い間隔でシンチレータ素子を並べる放射線検出器の作製では、従来技術において以下のような問題があった。

特許文献１のように、シンチレータ基板に格子状に溝を形成して２次元配置されたシンチレータ素子を形成し、隣り合うシンチレータ素子の溝の中に、反射材とシンチレータ素子の接着材を兼ねて、酸化チタンなどの粉末をエポキシ系樹脂などで混練した白色塗料を充填していた。図１２に従来技術による放射線検出器の断面拡大図を示す。この方法では、シンチレータ素子１３１が発した可視光は、白色塗料１３３及び１３４中の酸化チタン粉末で反射して、接着層１０５を透過して、半導体光検出素子１２１に導かれる。

ところが、隣り合うシンチレータ素子の間隔が狭くなると、充填される白色塗料が薄くなってしまい、シンチレータ素子が発した可視光の一部は酸化チタン粉末で反射せず、白色塗料を透過して隣り合うシンチレータ素子に侵入してしまう。この現象はクロストークと呼ばれるもので、放射線検出器の解像度、分解能を下げる原因となってしまう。

図１３は、酸化チタン粉末とエポキシ系樹脂を混練した白色塗料（反射材）の厚みと、波長５００ｎｍの光の光透過率との関係を示したものである。反射材である白色塗料が薄くなると光透過率は増大する傾向がある。特に１００μｍ以下の厚さになると光透過率の増大が顕著であり、このような光透過率では、放射線検出器においてクロストークの発生は避けられない。

この問題に対して、エポキシ系樹脂と混練する酸化チタン粉末の量を増やし、酸化チタン粉末の密度を上げて光が透過しないようにする方法が考えられる。しかし、酸化チタン粉末の量を増やすほど白色塗料の粘度が高くなり、隣り合うシンチレータ素子の隙間に充填しにくくなる。

また、前記白色塗料に含まれるエポキシ系樹脂は、隣り合うシンチレータ素子の接着材としての役割も果たしているが、隣り合うシンチレータ素子の間隔が狭くなり、酸化チタン粉末量が増えると、エポキシ系樹脂の量が少なくなり、接着強度が低下するという問題があった。

さらに、シンチレータ基板に形成する溝の幅が狭くなるため、溝加工が困難になるという問題があった。例えば、隣り合うシンチレータ素子の隙間が１０μｍ、シンチレータ素子の厚みが１．７ｍｍとすると、幅１０μｍ、深さ１．７ｍｍの溝を機械加工で形成しなければならないことになる。

従って、隣り合うシンチレータ素子の間隔が狭い放射線検出器において、シンチレータ基板に溝を形成し、溝の中に酸化チタンなどの粉末をエポキシ系樹脂などで混練した白色塗料を充填することは、接合強度、光学特性の両立の観点から困難であることがわかっている。

一方、特許文献２には、反射材に金属を用い、シンチレータ素子の接着材に樹脂を用いる方法が開示されている。反射材が金属の場合、概ね厚さが０．１μｍ以上の金属であれば、可視光を透過することなく全て反射することが可能である。従って、シンチレータ素子を被覆する反射材に金属を用いれば、隣り合うシンチレータ素子の間隔が狭くなってもクロストークを回避することができる。

しかし、隣り合うシンチレータ素子の隙間が１００μｍ以下、特に１０μｍ以下の場合、その隙間に樹脂を形成するのは、隙間に対してシンチレータ素子が厚いので非常に困難である。例えば、隣り合うシンチレータ素子の隙間が１０μｍ、シンチレータ素子の厚みが１．７ｍｍとすると、幅１０μｍ、深さ１．７ｍｍの溝の中に樹脂を形成しなければならないことになる。このようにアスペクト比の高い溝の中に樹脂を充填するのは困難である。また、樹脂を充填したとしても、樹脂の量が少なく、かつ薄いため、接着強度の低下が避けられないという問題がある。

また、特許文献３には、シンチレータ基板を重ねて樹脂で接着し、切断した後に樹脂を除去して白色塗料を充填する方法が開示されている。この場合、隣り合うシンチレータ素子の隙間は充填層の厚みで規定されるため、特許文献１で開示された、溝で隙間を形成する方法と比較して、狭い隙間を形成することは容易である。しかし、隙間に白色塗料を充填するのが困難であること、クロストークが大きくなること、接合強度が低下することは、特許文献１、及び特許文献２と同様である。

特許文献４には、シンチレータ素子間の溝の側壁に、側面反射膜及びＸ線グリッドとなる金属材料被膜を形成している（段落００４３〜００４６参照）。しかし、溝の間隔を狭くすると、溝の側壁に側面反射膜を均一に成膜することが困難となり、クロストークが大きくなる。

特許文献５には、「切断段階を経ることによる精度の低下をなくす」（段落００２０参照）為に、はめこみ型を用いている。しかし、ストリップ自体の接合強度を向上することを目的としてはいない。低い融点を有する金属合金はＸ線吸収のための充填材であり、接合強度の向上やクロストークの抑制を目的とするものではない。

本願発明は、以上の問題を解決するものであり、隣り合うシンチレータ素子の間隔が狭くても、接合強度が高く、かつクロストークが小さい、放射線検出器およびその製造方法を提供するものである。

本願発明の放射線検出器は、複数の半導体光検出素子がマトリクス状に配列された半導体光検出素子アレイ上に、複数のシンチレータ素子の各々がその底面を各半導体光検出素子に対向して配列され、シンチレータ素子の底面以外の面に光反射材を設けた放射線検出器であって、
前記シンチレータ素子は互いに１００μｍ以下の間隔をもって隣り合って配列され、
前記光反射材は下地材と金属反射材とが順に形成されたものであり、
隣り合うシンチレータ素子の光反射材の間には金属接合材を有することを特徴としている。

前記シンチレータ素子は、互いに、５０μｍ以下、さらには１０μｍ以下の間隔をもって隣り合って配列されている構成にすることができる。

また、本願発明の放射線検出器は、前記金属接合材がＳｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒから選ばれる少なくとも１つの金属を有することを特徴としている。より好ましくは、これらの金属元素を主成分を構成する。前記金属材は、シンチレータ素子間に設けると共に熱処理による硬化プロセスを経ることで高い接合強度を得る。特に環境への負荷を抑えられる鉛フリー半田で前記金属接合材を構成することが望ましい。

また、本願発明の放射線検出器は、前記金属接合材が２種類以上の金属層の積層構造を有することを特徴としている。

また、本願発明の放射線検出器は、前記金属反射材と前記金属接合材が少なくとも１種類以上の共通の金属を有することを特徴としている。

また、本願発明の放射線検出器は、縦横にアレイ状に配列された複数のシンチレータ素子のうち、縦方向に並んだシンチレータ素子間に形成された金属接合材が、横方向に並んだシンチレータ素子間に形成された金属接合材とは融点の異なる材料で構成されていることを特徴としている。この縦横の配列は、格子状の２次元配置に相当する。

本願発明において、第１及び第２の金属接合材は同種或いは同一の材料であり、１回目の熱処理の軟化点が、固化後における２回目の熱処理の軟化点よりも低い材料を用いることもできる。すなわち、第１の金属接合材が１回目の熱処理による温度Ｔ１で軟化し、Ｔ１から冷却すると固化して合金となり、２回目の熱処理による温度Ｔ１では、合金化した第１の金属接合材は軟化せず、第２の金属接合材が軟化し、Ｔ１から冷却すると第２の金属接合材が固化して合金となる。例えば、ＳｎＣｕ系半田を用いる。

本願発明において、熱処理の際に金属接合材が金属反射材と反応し得る材料を選択する場合、両者の反応を避けるために、層間にバリア層を設けることが望ましい。

本願発明の他の放射線検出器は、複数の半導体光検出素子がマトリクス状に配列された半導体光検出素子アレイ上に、複数のシンチレータ素子の各々がその底面を各半導体光検出素子に対向して配列され、シンチレータ素子の底面以外の面に光反射材を設けた放射線検出器であって、
前記シンチレータ素子は互いに１００μｍ以下の間隔をもって隣り合って配列され、
前記光反射材は金属反射材で構成され、
隣り合うシンチレータ素子の光反射材の間には金属接合材を有することを特徴としている。
より好ましくは、前記金属接合材を半田で構成する。

本願発明の放射線検出器の製造方法は、
所定の厚みのシンチレータ基板を作製する工程、
前記シンチレータ基板の両面に下地材、金属反射材、第１の金属接合材を順に形成して第１の金属接合材付きシンチレータ基板を得る工程、
前記第１の金属接合材付きシンチレータ基板を所定枚数重ねて接合し、第１のシンチレータ基板接合体を形成する工程、
前記第１のシンチレータ基板接合体を所定厚みにスライスし、棒状のシンチレータ材の集合体であるシンチレータ接合基板を形成する工程、
前記シンチレータ接合基板を所定の厚みに加工する工程、
加工されたシンチレータ接合基板の両面に下地材、金属反射材、第２の金属接合材を順に形成して第２の金属接合材付きシンチレータ基板を形成する工程、
前記第２の金属接合材付きシンチレータ基板を所定枚数重ねて接合し、第２のシンチレータ基板接合体を形成する工程、
前記第２のシンチレータ基板接合体を所定厚みにスライスし、複数のシンチレータ素子を格子状に２次元配置したシンチレータアレイを形成する工程、
複数の半導体光検出素子を有する半導体光検出素子アレイと前記シンチレータアレイとを、半導体光検出素子とシンチレータ素子とが対向するように接着する工程を備えることを特徴としている。

本願発明の放射線検出器の他の製造方法は、
所定の厚みのシンチレータ基板を作製する工程、
前記シンチレータ基板の両面に金属反射材、第１の金属接合材を順に形成して第１の金属接合材付きシンチレータ基板を得る工程、
前記第１の金属接合材付きシンチレータ基板を所定枚数重ねて接合し、第１のシンチレータ基板接合体を形成する工程、
前記第１のシンチレータ基板接合体を所定厚みにスライスし、棒状のシンチレータ材の集合体であるシンチレータ接合基板を形成する工程、
前記シンチレータ接合基板を所定の厚みに加工する工程、
加工されたシンチレータ接合基板の両面に金属反射材、第２の金属接合材を順に形成して第２の金属接合材付きシンチレータ基板を形成する工程、
前記第２の金属接合材付きシンチレータ基板を所定枚数重ねて接合し、第２のシンチレータ基板接合体を形成する工程、
前記第２のシンチレータ基板接合体を所定厚みにスライスし、複数のシンチレータ素子を格子状に２次元配置したシンチレータアレイを形成する工程、
複数の半導体光検出素子を有する半導体光検出素子アレイと前記シンチレータアレイとを、半導体光検出素子とシンチレータ素子とが対向するように接着する工程を備えることを特徴としている。

また、本願発明の放射線検出器の製造方法では、第１又は第２の金属接合材をスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法、スクリーン印刷法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、めっき法、スプレーコート法、インクジェット印刷法、ディスペンス法のいずれかの方法で形成することも特徴としている。

本願発明によれば、隣り合うシンチレータ素子の間隔が１００μｍ以下と狭くても、クロストークが小さく、シンチレータ素子の接合強度が高い放射線検出器を得ることができる。

本願発明の実施の形態に係る放射線検出器の斜視図である。 本願発明の実施の形態に係る放射線検出器の一部拡大した断面図である。 本願発明の実施の形態に係る放射線検出器の一部拡大した断面図である。 本願発明の他の実施の形態に係る放射線検出器の一部拡大した断面図である。 本願発明の他の実施の形態に係る放射線検出器の一部拡大した断面図である。 本願発明の他の実施の形態に係る放射線検出器の一部拡大した断面図である。 本願発明の他の実施の形態に係る放射線検出器の一部拡大した断面図である。 本願発明の他の実施の形態に係る放射線検出器の一部拡大した断面図である。 本願発明の実施例に係る放射線検出器の製造方法を示す説明図である。 本願発明の実施例に係る放射線検出器の製造方法を示す説明図である。 本願発明の実施例に係る放射線検出器の製造方法を示す説明図である。 従来の放射線検出器の一部拡大した断面図である。 従来の白色塗料反射材の厚さと光透過率の関係を示すグラフである。

本願発明の放射線検出器及びその製造方法を以下に図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施形態の放射線検出器を示す斜視図である。本願発明の放射線検出器１は、半導体光検出素子アレイ２上にシンチレータアレイ３が接着層５を介して取り付けられたものである。半導体光検出素子アレイ２は、複数の半導体光検出素子２１が長さと幅方向の平板状に配列されたものである。柱状に加工されたシンチレータ素子３１は隣り合うシンチレータ素子３１の隙間に形成された金属接合材４によって互いに接合されており、底面を半導体光検出素子２１に接着層５を介して取り付けられ、シンチレータアレイ３が形成されている。隣り合うシンチレータ素子３１の間隔は１０μｍ以下である。

シンチレータ素子３１は、例えば、ＣｄＷＯ_４、Ｂｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１２、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ、ＧＧＡＧなどのいずれかのセラミックスシンチレータ材料を用いることができ、接着層５は光透過率が高い光学用接着剤を用いることができる。図１中には示されていないが、シンチレータ素子３１の側面および上面（半導体光検出素子２１と対向する面の反対面）には、シンチレータ素子３１が発した可視光を反射する反射材が形成されている。

図２は図１に示した放射線検出器１の断面拡大図である。また、図３は図１に示した放射線検出器１の一部を拡大して上面方向から見た拡大図である。図３中には示されていないが、シンチレータ素子３１の上面（半導体光検出素子２１と対向する面の反対面）には上面反射材３４が形成されている。シンチレータ素子３１の側面を囲むように、下地材３２ａ、金属反射材３２ｂが順に形成され、隣り合うシンチレータ素子３１の間には金属接合材４が形成されている。図２の左から右へ、積層構造を符号で示すと、４／３２ｂ／３２ａ／３１／３２ａ／３２ｂ／４／３２ｂ／３２ａ／３１／３２ａ／３２ｂ／４である。

下地材３２ａには、酸化シリコンや酸化チタンなど、シンチレータ素子３１の発光波長において光透過率が高い無機酸化物材料を用いて、１０ｎｍ〜１０μｍの厚さとするのが好ましい。より好ましくは０．１〜１．５μｍの厚さとする。下地材としては、ＳｉＯ_２スパッタ膜、溶融ガラスコーティング膜など、シンチレータ材の発光波長付近で光損失が少なくなれば、他の材料、膜形成方法を用いても良い。例えば、塗布したＳＯＧ液を焼成して得た無機酸化物材を用いることができる。ＳＯＧ液の塗布には、ディップコーティング法を用いて塗布したが、スクリーン印刷法、スピンコーティング法、ディスペンス法などの方法を用いてもよい。

金属反射材３２ｂには、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｒｈから選ばれる少なくとも１つを含み、シンチレータ素子３１の発光波長付近において光反射率が高い材料を用いて、０．１μｍ〜１０μｍの厚さとするのが好ましい。より好ましくは０．１〜数μｍとする。膜形成方法にスパッタ法、蒸着法などの方法を用いてもよい。金属反射材３２ｂの酸化を防ぐために、金属反射材３２ｂの上にさらに酸化シリコンなどの保護材をコーティングしてもよい。この保護材は、金属反射材と金属接合材の間に設けられる。

また、金属反射材としては、有機金属化合物液を塗布・焼成したものを形成してもよい。ただし、シンチレータ素子との間に下地材を設ける場合、先に述べた無機酸化物材（例えばＳＯＧ膜）を用いる。もし、下地材にシリコーン樹脂を用いると、金属反射材を設けようとする際に、有機金属化合物液で下地材が溶かされてしまう為、好ましくない。有機金属化合物液の塗布方法として、ディップコーティング法、スクリーン印刷法、スピンコーティング法、ディスペンス法などを用いることができる。

金属接合材４には、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒの少なくとも１つを含む金属が用いられる。具合的には、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＣｕ、ＳｎＺｎＢｉ、ＳｎＩｎＢｉなどが用いられる。この金属接合材により、樹脂材料で結合する場合に比べて、強固な接合を実現できる。金属接合材を用いるとボイドの発生が抑制される。これに対して、シンチレータ素子間の狭幅の溝に合金材料を充填する方法では、雰囲気を巻き込んで金属合金充填材の中にボイドを形成するので好ましくない。

シンチレータ素子３１の半導体光検出素子２１と対向する面の反対面には、上面反射材３４が形成される。この上面反射材３４はシンチレータ素子３１の側面と同様に、従来の放射線検出器で反射材として用いられる酸化チタン粉末などをエポキシ系樹脂などで混練した白色塗料を用いる。そして、実施の形態１の放射線検出器は、解像度、分解度が高い、高解像度Ｘ線ＣＴ装置用放射線検出器として用いることができる。

（実施の形態２）
図４に本願発明の他の実施形態を示す。図４は、図３と同様に放射線検出器の一部を拡大して上面方向から見た拡大図である。金属接合材の部分を除いて、放射線検出器の構成は図１〜３と同様である。図４中には示されていないが、シンチレータ素子３１の上面（半導体光検出素子２１と対向する面の反対面）には上面反射材が形成されている。金属接合材は第１の金属接合材４１と第２の金属接合材４２の２層構造となっている。金属反射材３２ｂと接する第２の金属接合材４２には、金属反射材への付着力に優れ、かつ第１の金属接合材４１と金属反射材３２ｂとの拡散反応を抑制できるＣｒやＮｉなどの金属が用いられ、第１の金属接合材４１には低融点で接合性に優れた、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒの少なくとも１つを含む金属合金を用いる。具合的には、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＣｕ、ＳｎＺｎＢｉ、ＳｎＩｎＢｉなどが用いられる。第１或いは第２の金属接合材は半田であることが好ましい。実施形態２では金属接合材が２層の構成を示したが、３層以上の構成としても良い。

（実施の形態３）
図５に本願発明の他の実施形態を示す。図５は、図３と同様に放射線検出器の一部を拡大して上面方向から見た拡大図である。金属接合材の部分を除いて、放射線検出器の構成は図１〜３と同様である。図５中には示されていないが、シンチレータ素子３１の上面（半導体光検出素子２１と対向する面の反対面）には上面反射材が形成されている。シンチレータ素子３１の向かい合う２つの面に沿って形成された第１の金属接合材４３と、第１の金属接合材４３が形成された面に直交する他の２つの面に沿って形成された第２の金属接合材４４には、融点の異なる金属が用いられている。実施形態３では第１の金属接合材４３および第２の金属接合材４４はいずれも１層の例を示したが、実施形態２と同様に、２層以上であっても構わない。

なお、シンチレータ素子同士を半田の金属接合材を介して接合するプロセスにおいては、素子間の距離を正確に規定するために、スペーサを介して積層させてから熱処理する。前記スペーサ球に代えて、基板間に爪を挿入する治具を用いることも可能である。スペーサや爪は基板の中央、端或いは隅の近傍で介在させる。ただし、基板を切り分ける際に、スペーサや爪がタッチしていた箇所は捨て代として除外し、爪跡やスペーサが残っていない基板のみ、放射線検出器の組み立てに利用する。スペーサ（球状又はファイバー状）或いは爪は、３００℃以上で荷重を加えたときに変形しない材料であることが好ましい。

（実施の形態４）
図６に本願発明の他の実施形態を示す。図６は、図３と同様に放射線検出器の一部を拡大して上面方向から見た拡大図である。光反射材の部分を除いて、放射線検出器の構成は図１〜３と同様である。光反射材は金属反射材３２ｄのみで構成されている。金属反射材とシンチレータ素子の間に下地層は無い。金属反射材には、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｒｈから選ばれる少なくとも１つを含み、シンチレータ素子３１の発光波長付近において光反射率が高い材料を用いて、０．１μｍ〜１０μｍの厚さとするのが好ましい。より好ましくは０．１〜数μｍとする。金属接合材としては、例えば、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＣｕ、ＳｎＺｎＢｉ、ＳｎＩｎＢｉなどの少なくとも１つが用いられる。

（実施の形態５）
図７に本願発明の他の実施形態を示す。図７は、図６と同様に放射線検出器の一部を拡大して上面方向から見た拡大図である。金属接合材の部分を除いて、放射線検出器の構成は図６と同様である。金属接合材は第１の金属接合材４１と第２の金属接合材４２の２層構造となっている。金属反射材３２ｄと接する第２の金属接合材４２には、金属反射材への付着力に優れ、かつ第１の金属接合材４１と金属反射材３２ｄとの拡散反応を抑制できるＣｒやＮｉなどの金属が用いられ、第１の金属接合材４１には低融点で接合性に優れた、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒの少なくとも１つを含む金属合金を用いる。具合的には、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＣｕ、ＳｎＺｎＢｉ、ＳｎＩｎＢｉなどが用いられる。第１或いは第２の金属接合材は半田であることが好ましい。実施形態５では金属接合材が２層の構成を示したが、３層以上の構成としても良い。

（実施の形態６）
図８に本願発明の他の実施形態を示す。図８は、図６と同様に放射線検出器の一部を拡大して上面方向から見た拡大図である。金属接合材の部分を除いて、放射線検出器の構成は図６と同様である。シンチレータ素子３１の向かい合う２つの面に沿って形成された第１の金属接合材４３と、第１の金属接合材４３が形成された面に直交する他の２つの面に沿って形成された第２の金属接合材４４には、融点の異なる金属が用いられている。実施形態６では第１の金属接合材４３および第２の金属接合材４４はいずれも１層の例を示したが、実施形態５のように膜の部分を２層以上で構成してもかまわない。

（実施例１）
図９〜図１１を用いて、実施例１の放射線検出器の製造方法を、工程を追いながら説明する。

まず工程１として、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓの組成からなるシンチレータセラミックスのブロックを切断して複数毎のシンチレータ基板に分けた。各々のシンチレータ基板６を幅７３ｍｍ、高さ２２ｍｍ、厚さ１．０ｍｍに加工した（図９（ａ））。

次に工程２として、シンチレータ基板６の両面に、下地材及び金属反射材からなる光反射材３３を積層形成した（図９（ｂ））。下地材と金属反射材の境界は図示していないが、右から左へ、積層構造は金属反射材／下地材／シンチレータ基板６／下地材／金属反射材となっている。

詳細には、シンチレータ基板６の両面にＳＯＧ液（日立化成工業（株）製：ＨＳＧ−Ｒ７−１３）をディップコーティング法で塗布した後、焼成して下地材を得た。焼成には電気炉を用い、室温から昇温して４００℃で３０分間保持した。焼成中の雰囲気の酸素濃度ｖｏｌ％は１０００ｐｐｍ以下（即ち０．１ｖｏｌ％以下）とした。焼成後、酸化シリコンを含む下地材（ＳＯＧ膜）がシンチレータ基板６の両面に形成され、面荒れが緩和された。下地材の厚さは１．０μｍ、表面粗さＲａは５００ｎｍ以下となった。ＡＦＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製：Ｎａｎｏ Ｓｃｏｐｅ ＩＩＩ）を用い、タッピングモードで５μｍ角の領域を測定し、Ｒａを算出した。

ついで、下地材を形成したシンチレータ基板６を有機金属化合物液に浸漬して、シンチレータ基板６の両面に有機金属化合物液（藤倉化成（株）製：ナノ・ドータイト ＸＡ−９０６９）を塗布した。

ついで、塗膜となった有機金属化合物液を焼成してＡｇからなる金属反射材を形成した。焼成にはホットプレートを用い、１５０℃で３０分間保持した。焼成前の有機金属化合物液の塗膜は無色透明であったが、焼成中にＡｇ粒子が析出すると茶色に変色し、その後Ａｇ粒子どうしが結合して銀色の連続膜になった。Ａｇからなる金属反射材の厚さは０．３μｍであった。

次に工程３として、下地材、金属反射材を形成したシンチレータ基板６の両面に、第１の金属接合材４５を形成した。第１の金属接合材４５には８０重量パーセントのＡｕと２０重量パーセントのＳｎからなるＡｕＳｎ合金めっき膜を用いた。ＡｕＳｎめっき膜の膜厚は１０μｍとした（図９（ｃ））。

次に工程４として、各々の面に下地材、金属反射材、第１の金属接合材４５を順に形成したシンチレータ基板６を複数枚重ねて真空容器内に設置した。真空ポンプで０．１Ｐａまで減圧した真空容器内において、ホットプレートで基板を３００℃に加熱しながら１０００Ｎの荷重を３０分間加えて接合し、第１のシンチレータ基板接合体７１を得た（図９（ｄ））。

次に工程５として、第１のシンチレータ基板接合体７１を、外周スライサーを用いて厚さ１．１ｍｍの基板状に切断した（図１０（ｅ））。図１０(ｅ)は、切り分けた基板が並んでいる状態を図示しており、基板同士が積層されているわけではない。

次に工程６として、切断で得た基板の両面をラップし、切断面を平坦化するとともに、基板の厚みを１ｍｍとした。このようにして、下地材、金属反射材が形成された複数の棒状シンチレータ材を第１の金属接合材４５で接合してなる、第１のシンチレータ接合基板８１を得た（図１０（ｆ））。このとき、第１の金属接合材４５の厚みは荷重及び加熱を伴った接合によって圧縮されていて７μｍとなっており、下地材、金属反射材の厚みも加えたシンチレータ材同士の間隔は１０μｍとなった。

次に工程７として、第１のシンチレータ接合基板８１の両面に、下地材及び金属反射材で構成された光反射材２２を積層形成した（図１０（ｇ））。下地材及び金属反射材は工程２で示した光反射材３３と同じ内容で形成した。さらに下地材と金属反射材を形成したシンチレータ接合基板８１の両面に第２の金属接合材４６を形成した。第２の金属接合材４６には、３．０重量パーセントのＡｇと０．５重量パーセントのＣｕ、残部はＳｎからなる、ＳｎＡｇＣｕめっき膜を用いた。ＳｎＡｇＣｕめっき膜の膜厚は１０μｍとした。

次に工程８として、下地材、金属反射材、第２の金属接合材４６を形成した第１のシンチレータ接合基板を複数枚重ねて真空容器内に設置し、真空ポンプで０．１Ｐａまで減圧した真空容器内において、ホットプレートで基板を２３０℃に加熱しながら１０００Ｎの荷重を３０分間加えて接合し、第２のシンチレータ基板接合体７２を得た（図１１（ｈ））。第１の金属接合材４５に用いたＡｕＳｎめっき膜の融点は約２８０℃であるため、工程８の加熱によって第１の金属接合材４５が再溶融して厚みが変化したり、シンチレータ接合基板が剥がれたりすることはなかった。このように、第２の金属接合材４６の融点を第１の金属接合材４５の融点より低い構成とすることで、第２の金属接合材４６で接合する際の温度を第１の金属接合材４５の融点より十分に低い温度とすることができ、寸法精度を損なうことなく接合することが可能である。

次に工程９として、第２のシンチレータ基板接合体７２を、外周スライサーを用いて切断し、厚さ１．１ｍｍの基板を複数枚得た（図１１（ｉ））。

次に工程９で切断した基板の両面をラップし、切断面を平坦化するとともに、基板の厚みを１ｍｍとし、シンチレータ素子が２次元配列した第２のシンチレータ接合基板８２を得た（図１１（ｊ））。次に第２のシンチレータ接合基板８２の上面に、上面反射材を形成した（図示せず）。実施例１では、上面反射材として、エポキシ樹脂（（株）スリーボンド製：主剤２０２３、硬化剤２１３１Ｄ）を、主剤１００：硬化剤３０（重量比）で混合したものに、平均粒径約０．３μｍの酸化チタン粉末を混練して白色塗料としたものを用い、シンチレータ接合基板８２の上面にスクリーン印刷法で塗布した。このようにして、シンチレータアレイ３を得た。

最後にシンチレータ素子３１と半導体光検出素子２１とが対向するようにして、シンチレータアレイ３の上面反射材の反対面と半導体光検出素子アレイ２の表面とを接着層（Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製光学接着剤：Ｅｐｏ−Ｔｅｋ３０１）を介して接着した。電気炉中８０℃で１時間加熱することで、シンチレータアレイ３と半導体光検出素子アレイ２間の接着層は硬化して、放射線検出器が完成した。

なお、実施例１では、シンチレータ基板６又は第１のシンチレータ接合基板８１について、複数枚重ねて真空容器内に設置するという工程を採用している。そこで、各基板を重ねる際には、それらの間にスペーサ球（酸化シリコン製）を配置した。配置箇所は、基板の４隅及び中央の付近とした。前記スペーサ球の直径は、目標とする基板間隔の寸法と同じにしたので、積層構造のピッチを正確に規定することが出来た。ただし、最終的に切り分けた複数の第２のシンチレータ接合基板８２のうち、前記スペーサ球を金属接合層内に内包したものは、捨て代として、図１１（ｊ）以降のプロセスからは除外した。

（実施例２）
実施例１の構成について、ＡｕＳｎめっき膜厚及びＳｎＡｇＣｕめっき膜厚を変更した以外は同様の方法で放射線検出器を作製した。試料２−１は、下地材、金属反射材の厚みも加えたシンチレータ素子同士の間隔を、第１金属接合材の側及び第２金属接合材の側の双方で５０μｍとした。試料２−２は、更にめっき膜厚を大きくすることにより、下地材、金属反射材の厚みも加えたシンチレータ素子同士の間隔を、第１金属接合材の側及び第２金属接合材の側の双方で１００μｍとした。いずれの放射線検出器も、十分な接合強度を確保し、クロストークを抑制することができた。

（実施例３）
Ａｇの金属反射材とＳｎＡｇＣｕの金属接合材の層間にバリア層としてＮｉ層を付加する以外は、実施例１と同様にして本発明に係る放射線検出器を作製した。

（実施例４）
下地材を設けず、金属反射材としてスパッタで形成したＡｇ膜を用いた以外は、実施例１と同様にして本発明に係る放射線検出器を作製した。Ａｇ膜の膜厚は０．３μｍとした。

（実施例５）
ＡｕＳｎ材をＳｎＺｎＢｉ材に変更した以外は、実施例１と同様にして本発明に係る放射線検出器を作製した。

（実施例６）
ＡｕＳｎ材をＳｎＩｎＢｉ材に変更した以外は、実施例１と同様にして本発明に係る放射線検出器を作製した。

本願発明は、放射線を扱うコンピュータ断層撮影（ＣＴ）装置等に用いられる放射線検出器として好適に用いられる。

１ 放射線検出器、
２ 半導体光検出素子アレイ、
２１ 半導体光検出素子、
２２ 光反射材、
３ シンチレータアレイ、
３１ シンチレータ素子、
３２ａ 下地材、
３２ｂ 金属反射材、
３２ｄ 金属反射材、
３３ 光反射材、
３４ 上面反射材、
４ 金属接合材、
４１，４３，４５ 第１の金属接合材、
４２，４４，４６ 第２の金属接合材、
５ 接着層、
６ シンチレータ基板、
７１ 第１のシンチレータ基板接合体、
７２ 第２のシンチレータ基板接合体、
８１ 第１のシンチレータ接合基板、
８２ 第２のシンチレータ接合基板

Claims (7)

1. 複数の半導体光検出素子がマトリクス状配列された半導体光検出素子アレイ上に、複数のシンチレータ素子の各々がその底面を各半導体光検出素子に対向して配列され、シンチレータ素子の底面以外の面に光反射材を設けた放射線検出器であって、
   前記シンチレータ素子は互いに５０μｍ以下の間隔をもって隣り合って配列され、
   前記光反射材は下地材と金属反射材とが順に形成されたものであり、
   隣り合うシンチレータ素子の光反射材の間は金属接合材のみからなることを特徴とする放射線検出器。
2. 前記金属接合材がＳｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒから選ばれる少なくとも１つの金属または合金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。
3. 前記金属接合材が２種類以上の金属層の積層構造を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
4. 前記金属反射材と前記金属接合材が少なくとも１種類以上の共通の金属を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
5. 縦横にアレイ状に配列された複数のシンチレータ素子のうち、縦方向に並んだシンチレータ素子間に形成された金属接合材が、横方向に並んだシンチレータ素子間に形成された金属接合材とは融点の異なる材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
6. 複数の半導体光検出素子がマトリクス状に配列された半導体光検出素子アレイ上に、複数のシンチレータ素子の各々がその底面を各半導体光検出素子に対向して配列され、シンチレータ素子の底面以外の面に光反射材を設けた放射線検出器であって、
   前記シンチレータ素子は互いに５０μｍ以下の間隔をもって隣り合って配列され、
   前記光反射材は金属反射材で構成され、
   隣り合うシンチレータ素子の光反射材の間は金属接合材のみからなることを特徴とする放射線検出器。
7. 前記金属接合材は半田で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の放射線検出器。