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JPH02678B2 - - Google Patents
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JPH02678B2 - - Google Patents

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JPH02678B2
JPH02678B2 JP58150873A JP15087383A JPH02678B2 JP H02678 B2 JPH02678 B2 JP H02678B2 JP 58150873 A JP58150873 A JP 58150873A JP 15087383 A JP15087383 A JP 15087383A JP H02678 B2 JPH02678 B2 JP H02678B2
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Japan
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light
light receiving
scintillator
semiconductor substrate
area
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Masayuki Nishiki
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/20Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2018Scintillation-photodiode combinations
    • G01T1/20183Arrangements for preventing or correcting crosstalk, e.g. optical or electrical arrangements for correcting crosstalk

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  • Nuclear Medicine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[発明の技術分野] 本発明は、シンチレータと多チヤンネル型フオ
トダイオードとを有する放射線検出器の技術分野
に属する。 [発明の技術的背景とその問題点] 放射線断層撮影装置たとえば第3世代あるいは
第4世代のX線CT装置は、複数の検出素子を高
密度に一次元配列してなるX線検出器を有してい
る。X線検出器としては、従来主流を占めていた
ガス電離箱の代わりに、近年、シンチレータとフ
オトダイオードとを組み合わせた固体シンチレー
シヨン検出器が汎用されて来た。というのは、固
体シンチレーシヨン検出器に使用されるフオトダ
イオードは高密度実装が可能であるので、高分解
能のCT画像を得るためには検出素子の配列ピツ
チをできるだけ小さくしなければならないという
要請に応ずることができるからである。 第1図に示すように、X線検出器1は、半導体
基板(例えばn型半導体基板)2上に複数の受光
素子(たとえばp型の拡散層)3A〜3Eを、一
次元に配列されるように、形成してなる多チヤン
ネル型フオトダイオード3と、受光素子3A〜3
Eに透明な接着剤4例えばガラス用接着剤で接合
されたシンチレータ素子5A〜5Eとを具備す
る。尚、図中において6はコーテイングされた光
反射材である。半導体基板2上の両端に位置する
受光素子3A,3Eの受光面積が、内側に位置す
る受光素子3B〜4Dの受光面積よりも小さいの
は、多チヤンネル型フオトダイオード3の製造上
の都合から、半導体基板2にその裁断縁辺から一
定領域には受光素子を形成できないためである。
両端の受光素子3A,3E以外の受光素子3B〜
3Dの受光面積は、対応するシンチレータ素子5
B〜5Dの光出力面と同一面積にすることが従来
の製造上の通例であつた。これは、シンチレータ
素子からの光出力をなるべく効率良く受光素子に
より受光するという要請による。 ところで、受光素子3A〜3Eは静電容量を持
つているが、初段アンプとの結合状態で発生する
ノイズを抑制するためには、この静電容量ができ
るだけ小さい方が好ましい。この静電容量を減ら
す一つの手段として、半導体基板2の抵抗率ρが
数KΩcm程度のものは容易に得られる。一方、受
光素子間の距離d1は、対応するシンチレータ素子
のX線入射面積を大きくするために、できるだけ
狭くする方が良い。そして通常、受光素子間の距
離d1は0.1〜0.2mm程度である。 しかしながら、半導体基板2の抵抗率ρを大き
くし、且つ受光素子間の距離d1を小さくすると以
下に示すような問題が発生する。 クロストーク量が増大する。 半導体基板の抵抗率ρを大きくすれば、キヤ
リアの拡散長Lも増大することがよく知られた
事実である。この拡散長Lが増大し、然も受光
素子間の距離d1が狭くなれば、当然のことなが
ら隣接チヤンネルへのキヤリアの漏洩が起こ
り、クロストークの原因となる。 チヤンネル間の電気的絶縁が悪くなる。 チヤンネル間は電気的に完全に絶縁されてい
ることが理想的である。しかし、一枚の半導体
基板上の多チヤンネルの受光素子を形成する
と、チヤンネル間が完全には絶縁されなくな
る。殊に、受光素子間の距離d1を小さくするこ
とは、チヤンネル間の電気的絶縁を悪くするこ
とになり、後段回路との結合上において好まし
くない影響を与えることになる。 [発明の目的] 本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであ
り、多チヤンネル型フオトダイオードのクロスト
ーク量が少なくなり、またチヤンネル間の電気的
絶縁が良く、さらにチヤンネルが持つ静電容量を
小さくでき、ノイズ低減につながる放射線検出器
の提供を目的とする。 [発明の概要] 上記目的を達成するための本発明の概要は、入
射した放射線量に応じて光を出力する同一ピツチ
で配列したシンチレータ素子と、半導体基板上の
長手方向に所定間隔で配例、形成した各受光素子
とを接合してなる放射線検出器において、各受光
素子の受光面積を、対応するシンチレータ素子の
光出力面積よりも小さくしたことを特徴とする。 [発明の実施例] 以下、本発明の放射線検出器を図面に示す実施
例に従つて具体的に説明する。 第2図は本発明の一実施例を示す概略断面図で
ある。 第2図に示すように本発明の一実施例である放
射線検出器例えばX線検出器1が、第1図に示す
X線検出器1と相違するところは、受光素子3A
〜3Eの受光面積を、それに対応するシンチレー
タ素子5A〜5Eの光出力面積よりも小さくした
ところである。但し、半導体基板2の両端に位置
する受光素子の縁辺側は第1図の場合と変わつて
いないことは勿論、シンチレータ素子5A〜5E
の光出力面以外の各面にはすべて光反射材6がコ
ーテイングされており、また、前記シンチレータ
素子5A〜5Eの光出力面と受光素子3A〜3E
の受光面とは透明な接着剤4例えばガラス用接着
剤で接合されている点も従来例(第1図の場合)
と同じである。 ところで、受光素子の受光面積が小さくなつた
ことに伴なう感度の低下が懸念されるが、高抵抗
率の半導体基板を用い且つ各受光素子の端部から
対応するシンチレータ素子の端部までの距離△d
を適切な値にすれば、懸念される感度の低下はほ
とんどない。これを、受光素子としてp−n接合
フオトダイオードを使用した場合を例にして具体
的に説明する。通常はn型基板上に薄いp層が形
成されて、フオトダイオードとなつている。第3
図において示すように、受光素子の受光面の距離
d2(以下d2という)の領域で発生したキヤリアK1
は勿論信号電流として寄与する。受光素子の端部
から対応するシンチレータ素子の端部までの距離
△d(以下△dという)の領域で発生したキヤリ
アK2は、その△dが半導体基板の少数キヤリア
の拡散長L(以下Lという)よりも小さければや
はり信号電流として寄与できる。換言すれば、△
d<Lが満足されれば、△d=0の場合すなわち
受光素子の受光面積を対応するシンチレータ素子
の光出力面積と同一にした場合に比してほとんど
感度の劣化がないことになる。実験的に確認した
ところによると例えば△d=200μm、L=500μ
mの場合(△d<Lは満足されている)、感度の
劣化は全く求められなかつた。 次に、クロストーク減少効果について述べる。
第3図において△d領域で発生したキヤリアK2
が隣チヤンネルのp−n接合までに到達するため
には、各受光素子間の距離d1(以下d1という)と
の関係で、最低(d1−△d)の距離を拡散で移動
しなければならない。従つてd1−△d>Lの条件
が満足されれば、クロストークは生じないことに
なる。 次いで、各チヤンネル間における電気的絶縁性
は、d1を大きくすれば大きくなるので、従来例よ
りも本発明の実施例の方が良くなることが明らか
である。これをd1の2つの値について測定して実
験的に確認した事実を以下に示すと、
[Technical Field of the Invention] The present invention belongs to the technical field of radiation detectors having a scintillator and a multichannel photodiode. [Technical background of the invention and its problems] Radiation tomography devices, for example, third-generation or fourth-generation X-ray CT devices, have an are doing. In recent years, solid-state scintillation detectors, which are a combination of a scintillator and a photodiode, have been widely used as X-ray detectors, instead of gas ionization chambers, which have been the mainstream in the past. This is because the photodiodes used in solid-state scintillation detectors can be mounted in high density, so in order to obtain high-resolution CT images, the arrangement pitch of the detection elements must be made as small as possible. This is because they can respond. As shown in FIG. 1, the X-ray detector 1 includes a plurality of light receiving elements (for example, p-type diffusion layers) 3A to 3E arranged one-dimensionally on a semiconductor substrate (for example, an n-type semiconductor substrate) 2. A multi-channel photodiode 3 and light receiving elements 3A to 3 formed as shown in FIG.
E is provided with scintillator elements 5A to 5E bonded with a transparent adhesive 4 such as a glass adhesive. In addition, in the figure, 6 is a coated light reflecting material. The reason why the light-receiving areas of the light-receiving elements 3A and 3E located at both ends of the semiconductor substrate 2 are smaller than the light-receiving areas of the light-receiving elements 3B to 4D located inside is due to manufacturing considerations of the multi-channel photodiode 3. This is because the light receiving element cannot be formed in a certain area of the semiconductor substrate 2 from the cut edge thereof.
Light receiving elements 3B~ other than the light receiving elements 3A and 3E at both ends
The 3D light receiving area is the corresponding scintillator element 5.
Conventionally, it was customary in manufacturing to make the area the same as the light output surface of B to 5D. This is due to the requirement that the light output from the scintillator element be received by the light receiving element as efficiently as possible. By the way, although the light receiving elements 3A to 3E have a capacitance, it is preferable that this capacitance is as small as possible in order to suppress noise generated when coupled with the first stage amplifier. As one means of reducing this capacitance, it is easy to obtain a semiconductor substrate 2 with a resistivity ρ of approximately several KΩcm. On the other hand, it is better to make the distance d 1 between the light receiving elements as narrow as possible in order to increase the X-ray incident area of the corresponding scintillator element. Usually, the distance d1 between the light receiving elements is about 0.1 to 0.2 mm. However, when the resistivity ρ of the semiconductor substrate 2 is increased and the distance d 1 between the light receiving elements is decreased, the following problem occurs. The amount of crosstalk increases. It is a well-known fact that if the resistivity ρ of the semiconductor substrate is increased, the carrier diffusion length L also increases. If this diffusion length L increases and the distance d 1 between the light-receiving elements becomes narrower, carriers naturally leak to adjacent channels, causing crosstalk. Electrical isolation between channels deteriorates. Ideally, the channels should be completely electrically isolated. However, when a multi-channel light receiving element is formed on a single semiconductor substrate, the channels are not completely insulated. In particular, reducing the distance d 1 between the light-receiving elements deteriorates the electrical insulation between channels, which has an undesirable effect on coupling with subsequent circuits. [Object of the Invention] The present invention has been made in view of the above circumstances, and it reduces the amount of crosstalk of a multi-channel photodiode, provides good electrical insulation between channels, and further reduces the capacitance of the channels. The purpose is to provide a radiation detector that can reduce noise and reduce noise. [Summary of the Invention] The outline of the present invention for achieving the above object is to provide scintillator elements arranged at the same pitch to output light according to the amount of incident radiation, and arranged at predetermined intervals in the longitudinal direction on a semiconductor substrate. , a radiation detector formed by joining the formed light receiving elements, characterized in that the light receiving area of each light receiving element is smaller than the light output area of the corresponding scintillator element. [Embodiments of the Invention] Hereinafter, the radiation detector of the present invention will be specifically described according to embodiments shown in the drawings. FIG. 2 is a schematic sectional view showing an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, a radiation detector, for example, an X-ray detector 1, which is an embodiment of the present invention, differs from the X-ray detector 1 shown in FIG.
The light receiving area of ~3E is made smaller than the light output area of the corresponding scintillator elements 5A~5E. However, it goes without saying that the edge sides of the light receiving elements located at both ends of the semiconductor substrate 2 are the same as in the case of FIG. 1, and the scintillator elements 5A to 5E are
All surfaces other than the light output surface of the scintillator elements 5A to 5E are coated with a light reflecting material 6, and the light output surfaces of the scintillator elements 5A to 5E and the light receiving elements 3A to 3E are coated with a light reflecting material 6.
The conventional example is that the light-receiving surface is bonded with a transparent adhesive 4, such as glass adhesive (as shown in Figure 1).
is the same as By the way, there is a concern that the sensitivity will decrease as the light-receiving area of the light-receiving element becomes smaller. distance △d
If is set to an appropriate value, there is almost no concern about the decrease in sensitivity. This will be specifically explained by taking as an example a case where a pn junction photodiode is used as a light receiving element. A thin p-layer is typically formed on an n-type substrate to form a photodiode. Third
As shown in the figure, the distance between the light-receiving surface of the light-receiving element
Carrier K 1 that occurred in the area of d 2 (hereinafter referred to as d 2 )
Of course, it contributes as a signal current. The carrier K2 generated in the area of distance △d (hereinafter referred to as △d) from the end of the photodetector to the end of the corresponding scintillator element is determined by the diffusion length L of the minority carriers of the semiconductor substrate (hereinafter referred to as L). ), it can still contribute as a signal current. In other words, △
If d<L is satisfied, there will be almost no deterioration in sensitivity compared to the case where Δd=0, that is, the light receiving area of the light receiving element is made the same as the light output area of the corresponding scintillator element. According to experimental confirmation, for example, △d=200μm, L=500μm
In the case of m (Δd<L is satisfied), no deterioration in sensitivity was required at all. Next, the effect of reducing crosstalk will be described.
Carrier K 2 generated in the △d region in Fig. 3
In order for the light to reach the p-n junction of the adjacent channel, it must travel the minimum distance (d 1 - △d) by diffusion in relation to the distance d 1 (hereinafter referred to as d 1 ) between each light receiving element. There must be. Therefore, if the condition d 1 -Δd>L is satisfied, no crosstalk will occur. Next, since the electrical insulation between the channels increases as d 1 increases, it is clear that the embodiment of the present invention is better than the conventional example. The fact that this was experimentally confirmed by measuring two values of d 1 is shown below.

【表】 となり、d1の値を大きくすれば電気的絶縁性が向
上していることがわかる。 更に次いで、チヤンネルの持つ静電容量は、受
光素子の受光面積に比例するので、本発明の実施
例によれば静電容量を減少させることができる。
これをd2の2つの値について実験的に確認した事
実を以下に示すと、
[Table] It can be seen that increasing the value of d 1 improves electrical insulation. Furthermore, since the capacitance of a channel is proportional to the light-receiving area of the light-receiving element, the capacitance can be reduced according to the embodiments of the present invention.
The fact that this was experimentally confirmed for two values of d 2 is shown below.

【表】 となり、d2の値が小さくなれば(つまり受光素子
の受光面積が小さくなれば)、チヤンネルの持つ
静電容量が減少していることがわかる。 最後に、第2図において、各シンチレータ素子
5A〜5Eに吸収されずに直接に半導体基板2に
吸収されるX線(X1パスを通過したX線)につ
いて、発生するノイズの減少効果について述べ
る。X1パスを通過したX線が半導体基板に吸収
された場合もキヤリアを発生する。このキヤリア
が信号電流に混入すると、シンチレータと半導体
のX線エネルギー変換効率の違いにより、信号電
流に対する量子ノイズの比が増大することが証明
できる。ここでいうX線エネルギー変換効率とい
うのは、吸収したX線エネルギーの何%が信号電
流発生に寄与するかを示す指標で、例えばシンチ
レータとしてタングステン酸カドミウム
(cdW04)を使えば、シンチレータのエネルギー
変換効率は約2%であるが、拡散長Lの大きい半
導体基板においては約100%である。ところが、
本発明の実施例によれば、X1パスを通つて半導
体基板に吸収されて発生するキヤリアは、キヤリ
アの発生箇所とp−n接合までの距離が増大する
ことによつて、信号電流に混入する割合を従来例
よりも小さくすることが可能となり、X1パスに
おけるX線による量子ノイズを減少することがで
きることになる。 [発明の効果] 本発明は以上説明したように、△dの値を△d
<L<d1−△dの関係が成り立つように適切に定
めることにより、感度の劣化がほとんど生じるこ
となく、以下の効果を奏するものである。すなわ
ち、本発明は、多チヤンネル型フオトダイオー
ドのクロストーク量が減少でき、チヤンネル間
の電気的絶縁が良好になり、チヤンネルの持つ
静電容量を減少でき、X1パスにおけるX線よ
る量子ノイズを減少できる等の効果を奏する放射
線検出器を提供できる。
[Table] It can be seen that the smaller the value of d 2 (that is, the smaller the light-receiving area of the light-receiving element), the smaller the capacitance of the channel. Finally, in FIG. 2, we will discuss the effect of reducing noise generated by X-rays that are not absorbed by each of the scintillator elements 5A to 5E but are directly absorbed by the semiconductor substrate 2 (X-rays that have passed through the X 1 path). . Carriers are also generated when X-rays that have passed through one pass are absorbed by the semiconductor substrate. It can be proven that when this carrier mixes into the signal current, the ratio of quantum noise to signal current increases due to the difference in X-ray energy conversion efficiency between the scintillator and the semiconductor. The X-ray energy conversion efficiency here is an index that shows what percentage of the absorbed X-ray energy contributes to signal current generation.For example, if cadmium tungstate (cdW0 4 ) is used as a scintillator, the scintillator's energy The conversion efficiency is about 2%, but in a semiconductor substrate with a large diffusion length L, it is about 100%. However,
According to the embodiment of the present invention, carriers generated by being absorbed by the semiconductor substrate through the X1 path are mixed into the signal current as the distance between the carrier generation point and the pn junction increases. This makes it possible to make the ratio smaller than in the conventional example, and it is possible to reduce quantum noise due to X-rays in the X1 path. [Effects of the Invention] As explained above, the present invention changes the value of △d to △d
By appropriately determining the relationship such that <L<d 1 -Δd holds, the following effects can be achieved with almost no deterioration in sensitivity. That is, the present invention can reduce the amount of crosstalk in a multi-channel photodiode, improve the electrical insulation between channels, reduce the capacitance of the channels, and reduce quantum noise caused by X-rays in the X1 path. It is possible to provide a radiation detector that exhibits effects such as reducing the amount of radiation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の放射線検出器を示す概略断面
図、第2図は本発明の一実施例を示す概略断面
図、第3図は本発明の効果を示すための説明図で
ある。 1……放射線検出器(X線検出器)、2……半
導体基板、3A〜3E……受光素子、5A〜5E
……シンチレータ素子。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a conventional radiation detector, FIG. 2 is a schematic sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing the effects of the present invention. 1... Radiation detector (X-ray detector), 2... Semiconductor substrate, 3A to 3E... Light receiving element, 5A to 5E
...Scintillator element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 入射した放射線量に応じて光を出力する同一
ピツチで配列したシンチレータ素子と、半導体基
板上の長手方向に所定間隔で配例、形成した各受
光素子とを接合してなる放射線検出器において、
各受光素子の受光面積を、対応するシンチレータ
素子の光出力面積よりも小さくしたことを特徴と
する放射線検出器。
1. In a radiation detector formed by joining scintillator elements arranged at the same pitch that output light according to the amount of incident radiation and respective light receiving elements arranged and formed at predetermined intervals in the longitudinal direction on a semiconductor substrate,
A radiation detector characterized in that the light receiving area of each light receiving element is smaller than the light output area of the corresponding scintillator element.
JP58150873A 1983-08-17 1983-08-17 Radiation detector Granted JPS6042671A (en)

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