特許 7045371 放射線検出器及び放射線検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-23

(45)【発行日】2022-03-31

(54)【発明の名称】放射線検出器及び放射線検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/24 20060101AFI20220324BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20220324BHJP

   G01N 23/2252 20180101ALI20220324BHJP

【ＦＩ】

G01T1/24

H01J37/244

G01N23/2252

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019523462

(86)(22)【出願日】2018-05-28

(86)【国際出願番号】 JP2018020376

(87)【国際公開番号】W WO2018225563

(87)【国際公開日】2018-12-13

【審査請求日】2021-02-26

(31)【優先権主張番号】P 2017110697

(32)【優先日】2017-06-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】516387107

【氏名又は名称】フォンダチオーネ ブルーノ ケスラー

(73)【特許権者】

【識別番号】000155023

【氏名又は名称】株式会社堀場製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】ピチォット アントニーノ

(72)【発明者】

【氏名】フィコレラ フランチェスコ

(72)【発明者】

【氏名】ゾルジ ニコーラ

(72)【発明者】

【氏名】松永 大輔

(72)【発明者】

【氏名】安井 健吾

【審査官】冨士 健太

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５３－０６６１５８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０６－０６８８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２２４９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２５８３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６０６１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２３／００ －２３／２２７６

Ｇ０１Ｔ １／００ － １／１６

１／１６７－ ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状の半導体部を備え、該半導体部を貫通した貫通孔が設けられており、該半導体部の一面を放射線の入射面とした放射線検出器において、
前記半導体部の入射面を連続的に内縁まで覆った第１電極と、
前記半導体部の他面に設けられてあり、前記第１電極との間で前記半導体部に電圧を印加するための複数の第２電極とを備え、
前記複数の第２電極は、複数組の多重のループ状電極であり、
各組の多重のループ状電極は、順々に電位が変化するように電圧が印加される構成となっており、
各組の多重のループ状電極に囲まれる位置に、信号を出力するための電極を更に備えること
を特徴とする放射線検出器。

【請求項2】

前記第１電極に連続しており、前記半導体部の内面を連続的に覆った第３電極を更に備えること
を特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。

【請求項3】

試料へ放射線を照射する照射部と、
請求項１又は２に記載の放射線検出器とを備え、
前記放射線検出器は、前記照射部から前記試料へ照射される放射線が貫通孔を通過し、前記試料から発生した放射線が半導体部の入射面に入射するように配置されていること
を特徴とする放射線検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射線を検出するための放射線検出器及び放射線検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

Ｘ線等の放射線を検出するための放射線検出器には、半導体素子を用いて放射線を検出するものがある。半導体素子を用いた放射線検出器には、例えばＳＤＤ（Silicon Drift Detector）がある。放射線検出器を用いた放射線検出装置には、試料へ電子線又はＸ線等の放射線を照射し、放射線を照射された試料から発生した放射線を放射線検出器により検出するものがある。

【0003】

放射線検出装置で試料からの放射線の検出効率をより高めるためには、放射線検出器をより試料に近づければよい。特許文献１には、試料へ照射する放射線を通過させる孔を板状の放射線検出器に設けておき、放射線源と試料との間に放射線検出器を配置した放射線検出装置が開示されている。放射線源と試料との間に放射線検出器を配置することにより、放射線検出器を試料に近づけて放射線の検出効率を高めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第ＷＯ２０１５／１２５６０３Ａ１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体製の放射線検出素子を用いた板状の放射線検出器は、半導体に電圧を印加するための電極が両面に配置されている。試料へ照射する放射線を通過させる孔を設けた放射線検出器では、孔の近傍部分は、最も試料に近くなり、試料から発生した放射線が最も入射し易い。しかしながら、従来の放射線検出器では、孔の近傍部分には接地電位に接続される電極が設けられ、半導体に電圧を印加するための電極が配置されていないので、孔の近傍部分へ入射した放射線はほとんど検出されない。このため、放射線の検出効率の向上には限界があった。

【0006】

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、放射線の検出が可能な部分を増大させることにより、放射線の検出効率を向上させた放射線検出器及び放射線検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明に係る放射線検出器は、板状の半導体部を備え、該半導体部を貫通した貫通孔が設けられており、該半導体部の一面を放射線の入射面とした放射線検出器において、前記半導体部の入射面を連続的に内縁まで覆った第１電極と、前記半導体部の他面に設けられてあり、前記第１電極との間で前記半導体部に電圧を印加するための複数の第２電極とを備え、前記複数の第２電極は、複数組の多重のループ状電極であり、各組の多重のループ状電極は、順々に電位が変化するように電圧が印加される構成となっており、各組の多重のループ状電極に囲まれる位置に、信号を出力するための電極を更に備えることを特徴とする。

【0012】

本発明においては、放射線検出器は、板状の半導体部に貫通孔が設けられており、半導体部の一面が放射線の入射面となっている。放射線検出器には、半導体部の入射面を連続的に内縁まで覆った第１電極が設けられており、半導体部の他面に設けられた複数の第２電極と第１電極との間で半導体部に電圧が印加され、放射線が検出される。第１電極が入射面を内縁まで覆っていることにより、半導体部の入射面の内縁が有感部分に含まれる。
本発明においては、複数の第２電極は、複数組の多重のループ状電極である。各組の多重のループ状電極は、順々に電位が変化するように電圧が印加される。各組の多重のループ状電極に囲まれる位置には、信号を出力するための信号出力電極が備えられている。放射線により発生した電荷が信号出力電極へ流入して、信号出力電極から信号が出力される。多重のループ状電極及び信号出力電極が一組である場合に比べて、信号出力電極の面積が小さくなり、信号出力電極に起因する静電容量が小さくなる。

【0013】

本発明に係る放射線検出器は、前記第１電極に連続しており、前記半導体部の内面を連続的に覆った第３電極を更に備えることを特徴とする。

【0014】

本発明においては、放射線検出器は、第１電極に連続した第３電極を備え、第３電極は半導体部の内面を覆っている。第１電極及び第３電極と第２電極との間で半導体部に電圧が印加され、放射線が検出される。第１電極に連続した第３電極が半導体部の内面を覆っていることにより、入射面の内縁を含んだ部分に加えて、半導体部の内面も有感部分に含まれる。

【0017】

本発明に係る放射線検出装置は、試料へ放射線を照射する照射部と、本発明に係る放射線検出器とを備え、前記放射線検出器は、前記照射部から前記試料へ照射される放射線が貫通孔を通過し、前記試料から発生した放射線が半導体部の入射面に入射するように配置されていることを特徴とする。

【0018】

本発明においては、放射線検出装置は、試料へ放射線を照射し、試料から発生した放射線を本発明に係る放射線検出器で検出する。放射線検出器は、試料へ照射される放射線が貫通孔を通過し、試料からの放射線が半導体部の入射面へ入射するように配置される。従来に比べて、試料で発生した放射線の内で放射線検出器が検出することができる放射線の割合が増大する。

【発明の効果】

【0019】

本発明にあっては、放射線を照射した試料から発生した放射線を放射線検出器で検出する効率が向上する。従って、試料から発生する特性Ｘ線又は蛍光Ｘ線等の放射線を検出するために必要な時間を短縮することができる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態１に係る放射線検出装置の構成を示すブロック図である。

【図2】放射線検出器の模式的な平面図である。

【図3】図２中のＩＩＩ－ＩＩＩ線で実施形態１に係る放射線検出器を切断した断面構造及び放射線検出器の電気的な接続態様を示すブロック図である。

【図4】従来の放射線検出器と試料との位置関係を示した模式的断面図である。

【図5】実施形態１に係る放射線検出器と試料との位置関係を示した模式的断面図である。

【図6】実施形態２に係る放射線検出器の断面構造及び放射線検出器の電気的な接続態様を示すブロック図である。

【図7】実施形態２に係る放射線検出器と試料との位置関係を示した模式的断面図である。

【図8】実施形態３に係る放射線検出装置の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る放射線検出装置の構成を示すブロック図である。放射線検出装置は、試料４へ電子線（放射線）を照射し、電子線を照射された試料４から発生する特性Ｘ線（放射線）を放射線検出器１で検出する。例えば、放射線検出装置は、電子顕微鏡の一部である。放射線検出装置は、試料４に電子線（放射線）を照射する照射部３１と、電子レンズ系３２と、試料４が載置される試料台３３を備えている。電子レンズ系３２は、電子線の方向を変更させる走査コイルを含んでいる。電子レンズ系３２と試料台３３との間には、放射線検出器１が配置されている。放射線検出器１は、試料４へ照射される電子線を通過させるための貫通孔１１を設けた板状に形成されている。放射線検出器１は、貫通孔１１を電子線が通る位置に配置され、一面が試料台３３に対向するように配置されている。

【0022】

放射線検出器１には、放射線検出を可能にするために電圧を放射線検出器１に印加する電圧印加部２３が接続されている。照射部３１には、照射部３１の動作を制御する照射制御部２８が接続されている。電圧印加部２３、照射制御部２８及び電子レンズ系３２は、放射線検出装置全体を制御する制御部２７に接続されている。制御部２７は、例えば、パーソナルコンピュータで構成されている。制御部２７からの制御信号に従って、照射制御部２８が照射部３１を制御して照射部３１が電子線を放出し、電子レンズ系３２が電子線の方向を定め、電子線は放射線検出器１の貫通孔１１を通って試料台３３上の試料４へ照射される。試料４上で、電子線を照射された部分では、特性Ｘ線が発生する。特性Ｘ線は放射線検出器１へ入射する。制御部２７からの制御信号に従って、電圧印加部２３は放射線検出器１に電圧を印加し、放射線検出器１は入射した特性Ｘ線を検出する。図１には、電子線を実線矢印で示し、特性Ｘ線を破線矢印で示している。放射線検出器１は、検出した特性Ｘ線に応じた信号を出力する。放射線検出装置の構成の内、少なくとも照射部３１、電子レンズ系３２、放射線検出器１及び試料台３３は、図示しない真空箱の中に納められている。真空箱は、電子線及びＸ線を遮蔽する材料で構成されており、放射線検出装置の動作中には真空箱の内部は真空に保たれている。

【0023】

また、放射線検出器１には、前置増幅器２１が接続されている。前置増幅器２１には、主増幅器２２が接続されている。前置増幅器２１は、放射線検出器１が出力した信号を変換し、主増幅器２２へ出力する。主増幅器２２は、前置増幅器２１からの信号を増幅し、放射線検出器１へ入射した特性Ｘ線のエネルギーに応じた強度の信号を出力する。主増幅器２２には、出力した信号を処理する信号処理部２４が接続されている。信号処理部２４は、主増幅器２２が出力した各強度の信号をカウントし、特性Ｘ線のエネルギーとカウント数との関係、即ち特性Ｘ線のスペクトルを生成する処理を行う。

【0024】

電子レンズ系３２が電子線の方向を順次変更することにより、電子線は試料４を走査する。電子線が試料４を走査することにより、試料４上の走査領域内の夫々の部分に電子線が順次照射される。電子線が試料４を走査することに伴い、試料４上で電子線を照射された部分から発生した特性Ｘ線が放射線検出器１で順次検出される。信号処理部２４は、順次信号処理を行うことにより、試料４上の電子線を照射された複数の部分で発生した特性Ｘ線のスペクトルを順次生成する。

【0025】

信号処理部２４は、分析部２５に接続されている。分析部２５は、演算を行う演算部及びデータを記憶するメモリを含んで構成されている。主増幅器２２及び分析部２５は制御部２７に接続されている。制御部２７は、主増幅器２２及び分析部２５の動作を制御する。信号処理部２４は、生成したスペクトルを示すデータを分析部２５へ順次出力する。分析部２５は、信号処理部２４からのデータを入力され、入力されたデータが示すスペクトルと電子線を照射された試料４上の位置とを関連付けたスペクトル分布を生成する。分析部２５は、特性Ｘ線のスペクトルに基づいて、試料４に含まれる元素の定性分析又は定量分析を行い、試料４に含まれる元素の分布を生成する処理を行ってもよい。分析部２５には、液晶ディスプレイ等の表示部２６が接続されている。表示部２６は、分析部２５による処理の結果を表示する。また、表示部２６は、信号処理部２４に接続されており、信号処理部２４が生成したスペクトルを表示する。制御部２７は、使用者の操作を受け付け、受け付けた操作に応じて放射線検出装置の各部を制御する構成であってもよい。また、制御部２７及び分析部２５は同一のコンピュータで構成されていてもよい。

【0026】

図２は、放射線検出器１の模式的な平面図である。図３は、図２中のＩＩＩ－ＩＩＩ線で実施形態１に係る放射線検出器１を切断した断面構造及び放射線検出器１の電気的な接続態様を示すブロック図である。放射線検出器１は、複数の放射線検出素子を組み合わせた構成になっている。本実施形態では、放射線検出素子がＳＤＤである例を示している。放射線検出器１は、Ｓｉ（シリコン）からなる円板状の半導体部１２を備えている。半導体部１２の成分は例えばｎ型のＳｉである。半導体部１２の中央には、表面に交差する方向に半導体部１２を貫通する貫通孔１１が形成されている。半導体部１２の一面は、放射線が入射するための入射面１２１となっている。図３に示す半導体部１２の下側の面が入射面１２１であり、上側の面が背面である。図２は、半導体部１２の背面側から放射線検出器１を示している。半導体部１２の形状は、正方形状等、円板状以外の形状であってもよい。

【0027】

放射線検出器１には、半導体部１２の入射面１２１を連続的に覆った第１電極１３が設けられている。第１電極１３は、少なくとも、入射面１２１上の貫通孔１１の周縁部分を覆っており、入射面１２１の内縁１２２まで覆っている。内縁１２２は、半導体部１２に貫通孔１１が設けられることによって形成されており、入射面１２１上で貫通孔１１の周縁部分に含まれる半導体部１２の端である。第１電極１３の成分は半導体部１２とは異なる型のＳｉである。例えば、半導体部１２の成分がｎ型のＳｉであれば、第１電極１３の成分はｐ＋Ｓｉである。第１電極１３は、電圧印加部２３に接続されている。

【0028】

図２に示すように、半導体部１２の背面には、多重になったループ状の第２電極１４が複数組設けられている。図２には、四組の多重の第２電極１４が設けられている例を示している。多重の第２電極１４の組数は四組に限るものではなく、八組等、その他の数であってもよい。複数組の多重の第２電極１４は、貫通孔１１の周囲に均等に配置されている。一つの組の多重の第２電極１４は、一つのＳＤＤに含まれている。即ち、複数のＳＤＤが貫通孔１１の周囲に配置されている。各組の多重の第２電極１４は、第２電極１４間の距離がほぼ均等になるように配置されている。図中には、各組に四つの第２電極１４が含まれている例を示しているが、実際にはより多くの第２電極１４が設けられている。第２電極１４の成分は、例えば、ホウ素等の特定の不純物がＳｉにドープされたｐ＋Ｓｉである。なお、複数組の多重の第２電極１４は、貫通孔１１の周囲に不均等に配置されていてもよい。また、各組の多重の第２電極１４は、第２電極１４間の距離が不均等になるように配置されていてもよい。

【0029】

各組の多重の第２電極１４で囲まれた位置には、放射線検出時に信号を出力する電極である信号出力電極１５が設けられている。信号出力電極１５の成分は、例えば、半導体部１２と同じ型のＳｉであり、リン等の特定の不純物がドープされている。信号出力電極１５は、前置増幅器２１に接続されている。各組の多重の第２電極１４の内、最も信号出力電極１５に近い第２電極１４と最も信号出力電極１５から遠い第２電極１４とは、電圧印加部２３に接続されている。放射線検出器１の外縁近傍には、接地電位に接続される接地電極１６が設けられている。また、放射線検出器１は、ペルチェ素子等の図示しない冷却機構を備えていてもよい。

【0030】

電圧印加部２３は、各組の多重の第２電極１４に対し、最も信号出力電極１５に近い第２電極１４の電位が最も高く、最も信号出力電極１５から遠い第２電極１４の電位が最も低くなるように、電圧を印加する。また、放射線検出器１は、隣接する第２電極１４の間に、所定の電気抵抗が発生するように構成されている。例えば、隣接する第２電極１４の間に位置する半導体部１２の一部分の化学成分を調整することで、二つの第２電極１４が接続される電気抵抗チャネルが形成されている。即ち、各組における多重の第２電極１４は、電気抵抗を介して数珠つなぎに接続されている。このような多重の第２電極１４に電圧印加部２３から電圧が印加されることによって、夫々の第２電極１４は、信号出力電極１５に遠い第２電極１４から信号出力電極１５に近い第２電極１４に向けて順々に単調に増加する電位を有する。なお、複数の第２電極１４の中に、電位が同じ隣接する一対の第２電極１４が含まれていてもよい。複数の第２電極１４の電位によって、半導体部１２内には、段階的に信号出力電極１５に近いほど電位が高く信号出力電極１５から遠いほど電位が低くなる電界が生成される。更に、電圧印加部２３は、各組における最も電位の高い第２電極１４よりも第１電極１３の電位が低くなるように、第１電極１３に電圧を印加する。このように、第１電極１３と第２電極１４との間で半導体部１２に電圧が印加され、半導体部１２の内部には、信号出力電極１５に近づくほど電位が高くなる電界が生成される。

【0031】

放射線検出器１は、入射面１２１が試料台３３の載置面に対向するように配置されている。即ち、試料台３３に試料４が載置された状態では、入射面１２１は試料４に対向する。試料４からの特性Ｘ線は、第１電極１３を透過し、入射面１２１から半導体部１２内へ入射する。特性Ｘ線は半導体部１２に吸収され、吸収された特性Ｘ線のエネルギーに応じた量の電荷が発生する。発生する電荷は電子及び正孔である。発生した電荷は、半導体部１２の内部の電界によって移動し、一方の種類の電荷は、最も近い信号出力電極１５へ流入する。本実施形態では、信号出力電極１５がｎ型である場合、放射線の入射によって発生した電子が移動し、信号出力電極１５へ流入する。信号出力電極１５へ流入した電荷は電流信号となって出力され、前置増幅器２１へ入力される。前置増幅器２１は、電流信号を電圧信号へ変換し、主増幅器２２へ出力する。主増幅器２２は、前置増幅器２１からの電圧信号を増幅し、放射線検出器１へ入射した放射線のエネルギーに応じた強度の信号を出力する。

【0032】

放射線検出器１では、多重の第２電極１４及び信号出力電極１５の組を複数組備えていることにより、多重の第２電極１４及び信号出力電極１５の組が一組である場合に比べて、前置増幅器２１が出力する信号（Ｓ）と前置増幅器２１のノイズ（Ｎ）との比（ＳＮ比）を増大させる。多重の第２電極１４及び信号出力電極１５の組が一組である場合は、信号出力電極１５はリング状になる。この場合に比べて、多重の第２電極１４及び信号出力電極１５の組を複数組備えている放射線検出器１では、信号出力電極１５の面積が小さくなる。信号出力電極１５の面積が小さくなることによって、信号出力電極１５に起因した前置増幅器２１の静電容量が小さくなる。静電容量が小さくなることによって、特定の電荷から得られる電圧が大きくなり、前置増幅器２１が出力する電圧信号のＳＮ比が増大する。

【0033】

従来の放射線検出器と本実施形態に係る放射線検出器１とを比較する。図４は、従来の放射線検出器と試料４との位置関係を示した模式的断面図である。図５は、実施形態１に係る放射線検出器１と試料４との位置関係を示した模式的断面図である。図４では、従来の放射線検出器の貫通孔に５１を付し、半導体部に５２を付し、第１電極に５３を付している。図４及び図５では、貫通孔、半導体部及び第１電極以外の放射線検出器の構造を省略している。また、図４及び図５には、貫通孔の中心線を通る断面を示しており、中心線を一点鎖線で示している。

【0034】

図４に示すように、従来の放射線検出器では、半導体部５２の入射面の内、内縁の近傍部分は第１電極５３で覆われていない。半導体部５２の中で、入射した放射線を検出することが可能な有感部分５４は、第１電極５３に電圧が印加されることによって、図示しない信号出力電極へ向けて電荷が流れるように電界が発生した部分である。有感部分５４は、図４中に示した二点鎖線と第１電極５３との間に含まれる部分である。半導体部５２の入射面の中でも、第１電極５３で覆われていない部分は、信号出力電極へ向けて電荷が流れるような電界が発生しないので、有感部分５４には含まれない。このため、半導体部５２の入射面の内、内縁の近傍部分は、有感部分５４には含まれない。

【0035】

図５に示すように、本実実施形態に係る放射線検出器１では、第１電極１３が半導体部１２の入射面１２１を内縁１２２まで覆っている。半導体部１２の中で、入射した放射線を検出することが可能な有感部分１８は、図５中に示した二点鎖線と第１電極１３との間に含まれる部分である。入射面１２１上で内縁１２２を含んだ部分にも、第１電極１３に電圧が印加されることによって、信号出力電極１５へ向けて電荷が流れるように電界が発生し、この部分も有感部分１８に含まれる。即ち、本実実施形態に係る放射線検出器１では、従来の放射線検出器に比べて、有感部分１８が広がっている。入射面１２１の内縁１２２の近傍部分は、入射面１２１の中で試料４に最も近い。このため、この部分が有感部分１８に含まれることによって、試料４で発生した特性Ｘ線の内で半導体部１２の有感部分１８へ入射する特性Ｘ線が通る立体角が増大する。ここで、半導体部１２の有感部分１８へ入射する特性Ｘ線が通る立体角を有効立体角ａとする。

【0036】

有効立体角ａは、放射線検出器と試料４との間の距離によって変化する。有効立体角ａが最大になる距離は、幾何学的に求められる。本実施形態では、従来に比べて、最大の有効立体角ａが大幅に増大する。貫通孔１１の直径が３ｍｍであり、外直径が１８ｍｍである放射線検出器１では、有効立体角ａが最大となる状態で、有効立体角ａは３．７（ステラジアン）である。また、図４及び図５に示すように、貫通孔の中心線を通る断面の中で、有感部分へ入射しない特性Ｘ線が通る範囲の貫通孔の中心線周りの角度ｂは、本実施形態では従来に比べて小さくなる。有効立体角ａが最大となる状態での角度ｂは、従来の放射線検出器では４０°超となり、本実施形態では４０°以下となる。また、電子線で試料４を走査する通常の方法で放射線検出装置を動作させる場合、貫通孔１１の直径は０．５ｍｍまで小さくすることができる。貫通孔１１の直径が０．５ｍｍであるときの角度ｂの最小値は１４°となる。

【0037】

以上詳述した如く、本実施形態においては、第１電極１３が半導体部１２の入射面１２１を入射面１２１の内縁１２２まで覆っていることにより、入射面１２１の内縁１２２まで有感部分１８に含まれる。従来に比べて、試料４に近い部分に有感部分１８が増大し、試料４で発生した特性Ｘ線の内で有感部分１８へ入射する特性Ｘ線が通る有効立体角が大幅に増大する。有効立体角が増大することによって、試料４から発生する特性Ｘ線の内で放射線検出器１が検出することができる特性Ｘ線の割合が増大し、特性Ｘ線を検出する効率が向上する。特性Ｘ線の検出効率が向上することによって、試料４から発生する特性Ｘ線を検出するために必要な時間を短縮することができる。更に、試料４を走査するために必要な時間が短縮され、試料４の分析に必要な時間が短縮される。

【0038】

（実施形態２）
図６は、実施形態２に係る放射線検出器１の断面構造及び放射線検出器１の電気的な接続態様を示すブロック図である。実施形態１と同様に、放射線検出器１には、半導体部１２の入射面１２１を内縁１２２まで連続的に覆った第１電極１３が設けられている。更に、放射線検出器１には、半導体部１２の内面を連続的に覆った第３電極１７が設けられている。半導体部１２の内面は、半導体部１２に貫通孔１１が設けられることによって形成されており、貫通孔１１を囲んだ半導体部１２の面である。第３電極１７は、第１電極１３と連続している。第３電極１７は、半導体部１２の内面の内、少なくとも、入射面１２１から連続した部分を覆っている。電圧印加部２３は、各組における最も電位の低い第２電極１４よりも第１電極１３及び第３電極１７の電位が低くなるように、第１電極１３及び第３電極１７に電圧を印加する。このようにして、第１電極１３及び第３電極１７と第２電極１４との間で半導体部１２に電圧が印加され、半導体部１２の内部に電界が生成される。放射線検出器１のその他の構成及び機能は実施形態１と同様である。また、放射線検出装置の放射線検出器１以外の構成は、実施形態１と同様である。

【0039】

図７は、実施形態２に係る放射線検出器１と試料４との位置関係を示した模式的断面図である。本実施形態においては、半導体部１２の内面が第３電極１７に覆われており、電圧印加部２３によって第３電極１７にも電圧が印加されるので、半導体部１２の内面にも電界が発生する。このため、半導体部１２の中で、入射した放射線を検出することが可能な有感部分１８は、半導体部１２の内面を含んでいる。有感部分１８は、図７中に示した二点鎖線と第１電極１３及び第３電極１７との間に含まれる部分である。半導体部１２の内面は、エッチング等、結晶構造にひずみが残り難い方法で形成されている。試料４で発生した特性Ｘ線の内、第３電極１７を透過し、半導体部１２の内面から半導体部１２へ入射した特性Ｘ線は、検出される。本実施形態では、半導体部１２の内面も有感部分１８に含まれるので、半導体部１２の有感部分１８へ入射する特性Ｘ線が通る有効立体角ａは、より増大する。貫通孔１１の直径が３ｍｍであり、外直径が１８ｍｍである本実施形態に係る放射線検出器１では、有効立体角ａが最大となる状態で、有効立体角ａは４．０（ステラジアン）である。また、図７に示すように、貫通孔１１の中心線を通る断面の中で、有感部分１８へ入射しない特性Ｘ線が通る範囲の貫通孔１１の中心線周りの角度ｂは、本実施形態においても、４０°以下となる。また、本実施形態でも、電子線で試料４を走査する通常の方法で放射線検出装置を動作させる場合、貫通孔１１の直径は０．５ｍｍまで小さくすることができる。貫通孔１１の直径が０．５ｍｍであるときの角度ｂの最小値は９°となる。

【0040】

以上詳述した如く、本実施形態においては、第１電極１３に連続した第３電極１７が半導体部１２の内面を覆っていることにより、入射面１２１上の内縁１２２を含んだ部分に加えて、半導体部１２の内面も有感部分１８に含まれる。実施形態１に比べても有感部分１８が増大し、試料４で発生した特性Ｘ線の内で有感部分１８へ入射する特性Ｘ線が通る有効立体角がより増大する。このため、試料４から発生する特性Ｘ線の内で放射線検出器１が検出することができる特性Ｘ線の割合が増大し、特性Ｘ線を検出する効率が向上する。特性Ｘ線を検出するために必要な時間が短縮され、試料４の分析に必要な時間が短縮される。なお、本実施形態においては、半導体部１２の内面を全て第３電極１７が覆った形態を示したが、放射線検出装置は、半導体部１２の内面の一部を第３電極１７が覆った形態であってもよい。

【0041】

なお、放射線検出装置は、各組における貫通孔１１に最も近い第２電極１４が第１電極１３及び第３電極１７と連結した形態であってもよい。この形態では、貫通孔１１に最も近い第２電極１４の電位は、第１電極１３及び第３電極１７と同電位になる。電圧印加部２３は、他の第２電極１４よりも第１電極１３及び第３電極１７の電位が低くなるように、第１電極１３及び第３電極１７に電圧を印加する。

【0042】

（実施形態３）
図８は、実施形態３に係る放射線検出装置の構成を示すブロック図である。放射線検出装置は、電子線を照射する照射部３１及び電子レンズ系３２は備えておらず、Ｘ線を試料４へ照射する照射部３４を備えている。照射部３４はＸ線管を用いて構成されている。更に、放射線検出装置は、照射部３１が放射するＸ線を収束させる光学系である収束部３６を備えている。例えば、収束部３６は、ポリキャピラリで構成されている。収束部３６と放射線検出器１との間には、Ｘ線の照射範囲を制限する第１コリメータ３５が配置され、照射部３４と収束部３６との間には第２コリメータ３７が配置されている。放射線検出器１は、収束部３６と試料台３３との間に配置されている。放射線検出器１の構成は実施形態１又は２と同様である。また、放射線検出装置のその他の構成は、実施形態１又は２と同様である。

【0043】

照射部３４は、試料台３３上の試料４へＸ線を照射する。照射部３４から放射されたＸ線は、第２コリメータ３７で絞られ、収束部３６で収束され、第１コリメータ３５で絞られ、放射線検出器１の貫通孔１１を通過して試料４へ照射される。また、第１コリメータ３５は、照射部３４からのＸ線が放射線検出器１に直接照射されることを防止している。Ｘ線の照射によって試料４からは蛍光Ｘ線が発生する。図８中には、試料４へ照射されるＸ線を実線矢印で示し、蛍光Ｘ線を破線矢印で示している。放射線検出器１は、発生した蛍光Ｘ線を検出する。信号処理部２４は、蛍光Ｘ線のスペクトルを取得する。分析部２５は、蛍光Ｘ線のスペクトルに基づいた分析の処理を行う。なお、放射線検出装置は、試料４を水平方向に移動させる機構を備え、照射部３４からのＸ線ビームで試料４を走査し、蛍光Ｘ線のスペクトルの分布を生成する形態であってもよい。また、放射線検出装置は、第２コリメータ３７を省略した形態であってもよい。また、放射線検出装置は、第１コリメータ３５を省略し、収束部３６の下端が放射線検出器１の貫通孔１１に入り込んだ形態であってもよい。

【0044】

本実施形態においても、実施形態１又は２と同様に、放射線検出器１では、半導体部１２の中で、放射線を検出することが可能な有感部分１８が従来に比べて増大している。有感部分１８が増大することにより、試料４で発生した蛍光Ｘ線の内で有感部分１８へ入射する蛍光Ｘ線が通る有効立体角がより増大する。このため、試料４から発生する蛍光Ｘ線の内で放射線検出器１が検出することができる蛍光Ｘ線の割合が増大し、蛍光Ｘ線を検出する効率が向上する。蛍光Ｘ線を検出するために必要な時間が短縮され、試料４の分析に必要な時間が短縮される。

【0045】

なお、以上の実施形態１～３では、半導体部１２がｎ型半導体でなり第２電極１４がｐ型半導体でなる例を示したが、放射線検出器１は、半導体部１２がｐ型半導体でなり第２電極１４がｎ型半導体でなる形態であってもよい。また、実施形態１～３では、放射線により発生した電子が信号出力電極１５へ流入する形態を主に示したが、放射線検出器１は、放射線により発生した正孔が信号出力電極１５へ流入する形態であってもよい。この形態では、電圧印加部２３は、信号出力電極１５に遠い第２電極１４から信号出力電極１５に近い第２電極１４へ向けて順々に電位が単調に減少するように、第２電極１４に電圧を印加する。第３電極１７が備えられていない場合は、電圧印加部２３は、各組における最も電位の低い第２電極１４よりも第１電極１３の電位が高くなるように、第１電極１３に電圧を印加する。第３電極１７が備えられ、第２電極１４が第３電極１７と連結していない場合は、電圧印加部２３は、各組における最も電位の高い第２電極１４よりも第１電極１３及び第３電極１７の電位が高くなるように、第１電極１３及び第３電極１７に電圧を印加する。貫通孔１１に最も近い第２電極１４が第３電極１７と連結している場合は、電圧印加部２３は、他の第２電極１４よりも第１電極１３及び第３電極１７の電位が高くなるように、第１電極１３及び第３電極１７に電圧を印加する。

【0046】

また、実施形態１～３では、第２電極１４がループ状である形態を示したが、放射線検出器１は、多重の弧状の第２電極１４を備えた形態であってもよい。また、放射線検出器１は、第２電極１４と接地電極１６との間の絶縁破壊を防止する防護部を備えた形態であってもよい。防護部は、リング状であり、最も信号出力電極１５から遠い第２電極１４と接地電極１６との間に位置している。防護部の成分は第２電極１４と同様である。防護部は電圧印加部２３に接続されておらず、電位は浮遊電位である。防護部は、最も信号出力電極１５から遠い第２電極１４と接地電極１６との絶縁破壊を防止する。また、実施形態１～３では、放射線検出器１の外縁近傍に接地電極１６が設けられた形態を示したが、放射線検出器１は、接地電極１６を備えていない形態であってもよい。放射線検出器１は、入射面１２１が外縁まで第１電極１３で覆われた形態であってもよい。また、実施形態１～３では、放射線検出器１がＳＤＤを用いて構成されている形態を示したが、放射線検出器１は、有感部分１８が入射面１２１の内縁１２２を含んでいる形態であれば、ＳＤＤ以外の素子を用いて構成された形態であってもよい。また、実施形態１及び２では試料４へ電子線を照射する形態を示し、実施形態３では試料４へＸ線を照射する形態を示したが、放射線検出装置は、電子線又はＸ線以外の放射線を試料４へ照射する形態であってもよい。また、実施形態１～３では、放射線検出器１でＸ線を検出する形態を示したが、放射線検出装置は、放射線検出器１でＸ線以外の放射線を検出する形態であってもよい。

【符号の説明】

【0047】

１ 放射線検出器
１１ 貫通孔
１２ 半導体部
１２１ 入射面
１２２ 内縁
１３ 第１電極
１４ 第２電極
１５ 信号出力電極
１６ 接地電極
１７ 第３電極
１８ 有感部分
２１ 前置増幅器
２２ 主増幅器
２３ 電圧印加部
２４ 信号処理部
２５ 分析部
３１、３４ 照射部
４ 試料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】