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特許7064485フォトンカウンティング型放射線検出器およびそれを用いた放射線検査装置
(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】2022-04-26
(45)【発行日】2022-05-10
(54)【発明の名称】フォトンカウンティング型放射線検出器およびそれを用いた放射線検査装置
(51)【国際特許分類】
A61B 6/03 20060101AFI20220427BHJP
G01T 1/161 20060101ALI20220427BHJP
G01T 1/24 20060101ALI20220427BHJP
H01L 31/08 20060101ALI20220427BHJP
H01L 31/108 20060101ALI20220427BHJP
G01N 23/046 20180101ALI20220427BHJP
G01N 23/083 20180101ALI20220427BHJP
A61B 6/00 20060101ALN20220427BHJP
【ＦＩ】
A61B6/03 320R
A61B6/03 320Y
A61B6/03 373
G01T1/161 E
G01T1/24
H01L31/00 A
H01L31/10 C
G01N23/046
G01N23/083
A61B6/00 330Z
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2019517720
(86)(22)【出願日】2018-05-11
(86)【国際出願番号】 JP2018018371
(87)【国際公開番号】W WO2018207919
(87)【国際公開日】2018-11-15
【審査請求日】2021-04-12
(31)【優先権主張番号】P 2017095665
(32)【優先日】2017-05-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】303058328
【氏名又は名称】東芝マテリアル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100108062
【弁理士】
【氏名又は名称】日向寺 雅彦
(74)【代理人】
【識別番号】100168332
【弁理士】
【氏名又は名称】小崎 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100146592
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 浩
(72)【発明者】
【氏名】角嶋 邦之
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 智之
(72)【発明者】
【氏名】筒井 一生
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 亮人
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 敦也
(72)【発明者】
【氏名】平林 英明
(72)【発明者】
【氏名】片岡 好則
【審査官】松岡 智也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－０５６２５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－２６４４７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／１４３１５６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００９－０１８１５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１４５７０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭４６－００５１７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１１２４５７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ６／００－６／１４
Ｇ０１Ｔ １／００－７／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
放射線を透過する第一のセルと、前記第一のセルと積層され、前記第一のセルを透過した前記放射線を吸収する第二のセルと、
を備え、
前記第一のセル及び前記第二のセルは、直接型フォトンカウンティングであり、
前記第一のセル及び前記第二のセルのそれぞれは、表面側電極及び裏面側電極を有し、
前記第一のセル及び前記第二のセルのそれぞれの前記表面側電極および前記裏面側電極は、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、及びＮｂから選ばれる１種の炭化物または珪化物を含有し、
前記第一のセル及び前記第二のセルのそれぞれは、厚さ５μｍ以上２００μｍ以下のエピタキシャル層を有し、
前記第一のセル及び前記第二のセルのそれぞれの前記表面側電極の幅は、２５０μｍ以下であることを特徴とするフォトンカウンティング型放射線検出器。
【請求項2】
前記第一のセル及び前記第二のセルの少なくともいずれかは、ＳｉＣ層を有していることを特徴とする請求項１記載のフォトンカウンティング型放射線検出器。
【請求項3】
前記ＳｉＣ層は多層構造を有していることを特徴とする請求項２に記載のフォトンカウンティング型放射線検出器。
【請求項4】
前記第一のセル及び前記第二のセルは、ショットキー型であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング型放射線検出器。
【請求項5】
前記第一のセル及び前記第二のセルのそれぞれの前記表面側電極および前記裏面側電極と接続された制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング型放射線検出器。
【請求項6】
前記制御部は、前記第一のセルの前記表面側電極と前記裏面側電極との間に流れる電流、及び前記第二のセルの前記表面側電極と前記裏面側電極との間に流れる電流を検出することを特徴とする請求項５記載のフォトンカウンティング型放射線検出器。
【請求項7】
前記第一のセルの前記表面側電極の少なくとも一部は、前記第一のセルの前記裏面側電極の少なくとも一部と、前記放射線の進行方向において対向していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング型放射線検出器。
【請求項8】
前記第一のセルの前記裏面側電極の少なくとも一部は、前記第二のセルの前記表面側電極の少なくとも一部と、前記放射線の進行方向において対向していることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング型放射線検出器。
【請求項9】
前記第一のセル及び前記第二のセルは、ショットキー型であり、前記第一のセル及び前記第二のセルのそれぞれの前記表面側電極の幅は、２０６μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング型放射線検出器。
【請求項10】
前記第二のセルにおいて、前記裏面側電極の面積は、前記表面側電極の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング型放射線検出器。
【請求項11】
前記第一のセルの前記裏面側電極および前記第二のセルの前記表面側電極は、前記第一のセルの前記表面側電極と、前記第二のセルの前記裏面側電極と、の間に設けられたことを特徴とする請求項１０記載のフォトンカウンティング型放射線検出器。
【請求項12】
前記第二のセルの前記表面側電極および前記裏面側電極は、前記第一のセルの前記表面側電極および前記裏面側電極と電気的に分離されたことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング型放射線検出器。
【請求項13】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング型放射線検出器を搭載したことを特徴とする放射線検査装置。
【請求項14】
前記フォトンカウンティング型放射線検出器への印加電圧が３００Ｖ以下であることを特徴とする請求項１３記載の放射線検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
実施形態は、概ね、フォトンカウンティング型放射線検出器およびそれを用いた放射線検査装置に関する。
【背景技術】
【0002】
放射線検査装置は、医療機器から工業用非破壊検査装置など様々な分野に用いられている。医療機器としては、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置やポジトロン断層（ＰＥＴ：ｐｏｓｉｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置が挙げられる。放射線としては、Ｘ線又はガンマ線などが使用されている。
Ｘ線ＣＴ装置は、特許第４８８６１５１号公報（特許文献１）に示されているように、一般的に、固体シンチレータと呼ばれる発光物質が用いられる。固体シンチレータは、Ｘ線が照射されることにより発光する物質である。固体シンチレータを用いたＸ線ＣＴ装置は、被検体を透過したＸ線を固体シンチレータで可視光に変換する。この可視光をフォトダイオード検出器で電気信号に変えて断層像が得られる。このような方式により、現在では、立体画像を得ることも可能である。一方で、固体シンチレータの発光を電気信号にて検出する方法では、Ｘ線を光に変えるロスがある。加えて、フォトダイオードの光感受性の向上に限界があるため、Ｘ線の被爆量の低減には限界があった。また、固体シンチレータは多結晶体であるため、固体シンチレータの小型化には限界があった。従って、空間分解能の向上には限界があった。さらに、固体シンチレータの発光のみを電気信号に変える方式では、Ｘ線情報量が少ないといった問題があった。
近年、被検体を透過した放射線を直接、電気信号に変換する放射線検出器の開発が進められている。特開２０１４－１２８４５６号公報（特許文献２）には、フォトンカウンティング型放射線検出器を搭載した放射線検出器が開示されている。フォトンカウンティング方式は、被検体を透過したＸ線フォトンを直接、電気信号に変換できる。これにより、被爆量の低減などの効果が期待される。
Ｘ線ＣＴ装置は、特許第４８８６１５１号公報（特許文献１）に示されているように、一般的に、固体シンチレータと呼ばれる発光物質が用いられる。固体シンチレータは、Ｘ線が照射されることにより発光する物質である。固体シンチレータを用いたＸ線ＣＴ装置は、被検体を透過したＸ線を固体シンチレータで可視光に変換する。この可視光をフォトダイオード検出器で電気信号に変えて断層像が得られる。このような方式により、現在では、立体画像を得ることも可能である。一方で、固体シンチレータの発光を電気信号にて検出する方法では、Ｘ線を光に変えるロスがある。加えて、フォトダイオードの光感受性の向上に限界があるため、Ｘ線の被爆量の低減には限界があった。また、固体シンチレータは多結晶体であるため、固体シンチレータの小型化には限界があった。従って、空間分解能の向上には限界があった。さらに、固体シンチレータの発光のみを電気信号に変える方式では、Ｘ線情報量が少ないといった問題があった。
近年、被検体を透過した放射線を直接、電気信号に変換する放射線検出器の開発が進められている。特開２０１４－１２８４５６号公報（特許文献２）には、フォトンカウンティング型放射線検出器を搭載した放射線検出器が開示されている。フォトンカウンティング方式は、被検体を透過したＸ線フォトンを直接、電気信号に変換できる。これにより、被爆量の低減などの効果が期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第４８８６１５１号公報
【文献】特開２０１４－１２８４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一方で従来のフォトンカウンティング型放射線検出器は、特許文献２［００２４］段落に示されているように、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）やＣｄＺｎＴｅが用いられている。ＣｄＴｅは、室温動作が可能であり、高エネルギー分解能を有する。ＣｄＴｅを用いることで、検出効率を向上できる。その一方で、空乏層を広げるために、８００～１０００Ｖ程度の高い印加電圧が必要であった。また、Ｃｄ自体の毒性の問題や均一な結晶の製造が難しいといった問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためのものであり、検出効率を改善したフォトンカウンティング型放射線検出器を提供する。
本発明は、このような問題を解決するためのものであり、検出効率を改善したフォトンカウンティング型放射線検出器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態にかかるフォトンカウンティング型放射線検出器は、第一のセル及び第二のセルを備え、以下の特徴を有する。第一のセルは、Ｘ線を透過する。第二のセルは、第一のセルを透過した放射線を吸収する。第二のセルは、第一のセルと積層されている。
前記第一セル及び前記第二のセルの少なくともいずれかは、ＳｉＣ層を有していることが好ましい。
前記第一セル及び前記第二のセルの少なくともいずれかは、ＳｉＣ層を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【0006】
実施形態にかかるフォトンカウンティング型放射線検出器は、セルを積層構造としているので、被検体を透過した放射線を透過方向に複数のセルで検出することができる。そのため、検出効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態にかかるフォトンカウンティング型放射線検出器の一例を示す模式図。
【図2】実施形態にかかるフォトンカウンティング型放射線検出器の別の例を示す模式図。
【図3】実施形態にかかるフォトンカウンティング型放射線検出器のさらに別の例を示す模式図。
【図4】実施形態にかかるフォトンカウンティング型放射線検出器の時間分解能を説明する概念図。
【図5】実施形態にかかるセルの一例を示す模式図。
【図6】実施形態にかかるセルの別の一例を示す模式図。
【図7】実施形態にかかるフォトンカウンティング型放射線検出器の全体構成の一例を示す模式図。
【図8】実施形態にかかる検出器アレイの一例を示す模式図。
【図9】実施形態にかかる放射線検出装置の一例を示す模式図。
【図10】実施形態にかかるショットキー型セルの一例を示す模式図。
【図11】実施例１（Ｔｉ電極）にかかるショットキー型セルの熱処理温度ごとのＩ－Ｖ特性を示す図。
【図12】実施例２（ＴｉＣ電極）にかかるショットキー型セルの熱処理温度ごとのＩ－Ｖ特性を示す図。
【図13】実施例３（ＴｉＳｉ２電極）にかかるショットキー型セルの熱処理温度ごとのＩ－Ｖ特性を示す図。
【図14】実施例４（Ｍｏ電極）にかかるショットキー型セルの熱処理温度ごとのＩ－Ｖ特性を示す図。
【図15】実施例５（Ｍｏ２Ｃ電極）にかかるショットキー型セルの熱処理温度ごとのＩ－Ｖ特性を示す図。
【図16】実施例６（Ｗ電極）にかかるショットキー型セルの熱処理温度ごとのＩ－Ｖ特性を示す図。
【図17】実施例７（ＷＣ電極）にかかるショットキー型セルの熱処理温度ごとのＩ－Ｖ特性を示す図。
【図18】実施例８（Ｗ２Ｃ電極）にかかるショットキー型セルの熱処理温度ごとのＩ－Ｖ特性を示す図。
【図19】実施例１～３にかかるショットキー型セルの熱処理温度とショットキー障壁値の関係の一例を示す図。
【図20】実施例１～３にかかるショットキー型セルの熱処理温度とｎ値の関係の一例を示す図。
【図21】実施例４～５にかかるショットキー型セルの熱処理温度とショットキー障壁値の関係の一例を示す図。
【図22】実施例４～５にかかるショットキー型セルの熱処理温度とｎ値の関係の一例を示す図。
【図23】実施例６～８にかかるショットキー型セルの熱処理温度とショットキー障壁値の関係の一例を示す図。
【図24】実施例６～８にかかるショットキー型セルの熱処理温度とｎ値の関係の一例を示す図。
【図25】実施例にかかるショットキー型セルの電極面積とリーク電流の関係を示す図。
【図26】フォトンカウンティング型放射線検出器の測定回路を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
実施形態にかかるフォトンカウンティング型放射線検出器は、第一のセル及び第二のセルを備え、以下の特徴を有する。第一のセルは、Ｘ線を透過する。第二のセルは、第一のセルを透過した放射線を吸収する。第二のセルは、第一のセルと積層されている。
図１および図２は、フォトンカウンティング型放射線検出器の一例を示す模式図である。図１及び図２において、１はフォトンカウンティング型放射線検出器である。１－１は第一のセルである。１－２は第二のセルである。図２において、１－３は第三のセルである。図１は、２層型の積層構造を示す。図２は、３層型の積層構造を示す。
放射線としては、Ｘ線またはガンマ線が挙げられる。以下はＸ線を使った検出器を例に説明する。
Ｘ線管などのＸ線発生源から発生したＸ線は、被検体を通してフォトンカウンティング型放射線検出器に到達する。到達したＸ線は、まず、第一のセルにてＸ線フォトンが検出される。このとき、Ｘ線は、第一のセルを透過する。第一のセルを透過したＸ線は、第二のセルに到達する。積層構造が２層からなる場合、被検体を透過したＸ線のＸ線フォトンを、第一のセルと第二のセルの両方で検出できる。そのため、検出できるＸ線フォトン量を増やすことができる。つまり、Ｘ線フォトンの情報量を増やすことができる。その結果、検出精度を大幅に向上させることができる。
図１および図２は、フォトンカウンティング型放射線検出器の一例を示す模式図である。図１及び図２において、１はフォトンカウンティング型放射線検出器である。１－１は第一のセルである。１－２は第二のセルである。図２において、１－３は第三のセルである。図１は、２層型の積層構造を示す。図２は、３層型の積層構造を示す。
放射線としては、Ｘ線またはガンマ線が挙げられる。以下はＸ線を使った検出器を例に説明する。
Ｘ線管などのＸ線発生源から発生したＸ線は、被検体を通してフォトンカウンティング型放射線検出器に到達する。到達したＸ線は、まず、第一のセルにてＸ線フォトンが検出される。このとき、Ｘ線は、第一のセルを透過する。第一のセルを透過したＸ線は、第二のセルに到達する。積層構造が２層からなる場合、被検体を透過したＸ線のＸ線フォトンを、第一のセルと第二のセルの両方で検出できる。そのため、検出できるＸ線フォトン量を増やすことができる。つまり、Ｘ線フォトンの情報量を増やすことができる。その結果、検出精度を大幅に向上させることができる。
【0009】
フォトンカウンティング型放射線検出器が３層構造を有する場合は、第一のセルおよび第二のセルを透過したＸ線が、第三のセルに到達する。フォトンカウンティング型放射線検出器が、４層以上の構造を有する場合は、第一、第二および第三のセルを透過したＸ線が第四のセルに到達する。Ｘ線を透過するセルを増やすことにより検出量を増やすことができる。
【0010】
図３は、フォトンカウンティング型放射線検出器の別の一例を示す模式図である。図３において、１はフォトンカウンティング型放射線検出器である。１－１は第一のセルである。１－２は第二のセルである。図３では、第一のセル１－１と第二のセル１－２の間に隙間Ｓを設けている。実施形態にかかるフォトンカウンティング型放射線検出器において、積層構造は、上下のセルが接合されていてもよいし、上下のセルが離れていてもよい。第一のセルを透過したＸ線を第二以降のセルで検出できれば、フォトンカウンティング型放射線検出器の具体的構造は、適宜変更可能である。
図１～図３では２層型及び３層型を例示した。透過したＸ線を検出できれば、積層数の上限は限定されない。なお、検出器の作り易さを考慮すると積層数は５０以下が好ましい。
図１及び図２のように、セル同士が接合された一体型構造の場合、検出器の厚さを薄くできる。図３のように上下のセルを離した積層構造の場合、故障したセルを容易に交換できる。
上記のようなセルの積層構造によれば、上層と下層で異なるＸ線フォトン情報量を取得することができる。このため、時間分解能を高めることができる。また、Ｘ線は１０ｐｍ（ピコメータ）～１０ｎｍ（ナノメータ）の波長を有する電磁波である。波長の大きいＸ線ほどセルを透過し易くなる。積層構造とすることにより、検出するＸ線の波長を調整することができる。この点からも分解能を高めることができる。
図４は、実施形態にかかるフォトンカウンティング型放射線検出器の時間分解能を説明する概念図である。被検体を透過したＸ線は、第一のセルを透過して第二のセルに到達する。被検体を透過したＸ線を、第一のセルおよび第二のセルで時間差をつけて検出できる。このため、時間分解能を向上させることができる。また、セルの積層数を増やすことにより、さらに時間分解能を向上させることができる。
図１～図３では２層型及び３層型を例示した。透過したＸ線を検出できれば、積層数の上限は限定されない。なお、検出器の作り易さを考慮すると積層数は５０以下が好ましい。
図１及び図２のように、セル同士が接合された一体型構造の場合、検出器の厚さを薄くできる。図３のように上下のセルを離した積層構造の場合、故障したセルを容易に交換できる。
上記のようなセルの積層構造によれば、上層と下層で異なるＸ線フォトン情報量を取得することができる。このため、時間分解能を高めることができる。また、Ｘ線は１０ｐｍ（ピコメータ）～１０ｎｍ（ナノメータ）の波長を有する電磁波である。波長の大きいＸ線ほどセルを透過し易くなる。積層構造とすることにより、検出するＸ線の波長を調整することができる。この点からも分解能を高めることができる。
図４は、実施形態にかかるフォトンカウンティング型放射線検出器の時間分解能を説明する概念図である。被検体を透過したＸ線は、第一のセルを透過して第二のセルに到達する。被検体を透過したＸ線を、第一のセルおよび第二のセルで時間差をつけて検出できる。このため、時間分解能を向上させることができる。また、セルの積層数を増やすことにより、さらに時間分解能を向上させることができる。
【0011】
固体シンチレータを用いたＸ線検出器では、Ｘ線が照射された固体シンチレータの発光を検出素子で電気信号に変えている。そのため、実施形態のようなセルの積層構造をとることができない。
【0012】
図５および図６は、セルの具体的構造を示す模式図である。図５及び図６において、１－１は第一のセルである。２はＸ線吸収層である。２－１は第一のＸ線吸収層である。２－２は第二のＸ線吸収層である。３は表面側電極である。４は裏面側電極である。
セルは、Ｘ線吸収層と、Ｘ線吸収層の表裏面に設けられた電極層と、を有している。図５及び図６では、第一のセルの構造を例示した。第二以降のセルの構造も、同様である。
Ｘ線吸収層２は、Ｘ線を吸収して電気信号に変える機能を有する。Ｘ線吸収層２はＳｉＣ（炭化珪素）層を有していることが好ましい。ＳｉＣ層は、Ｘ線吸収層として機能すると共にＸ線を透過する性能を有している。このため、Ｘ線吸収層２にＳｉＣ層を有するセルはＸ線を透過するセルに最適である。
セルは、Ｘ線吸収層と、Ｘ線吸収層の表裏面に設けられた電極層と、を有している。図５及び図６では、第一のセルの構造を例示した。第二以降のセルの構造も、同様である。
Ｘ線吸収層２は、Ｘ線を吸収して電気信号に変える機能を有する。Ｘ線吸収層２はＳｉＣ（炭化珪素）層を有していることが好ましい。ＳｉＣ層は、Ｘ線吸収層として機能すると共にＸ線を透過する性能を有している。このため、Ｘ線吸収層２にＳｉＣ層を有するセルはＸ線を透過するセルに最適である。
【0013】
ＳｉＣ層のバンドギャップは、従来のＣｄＴｅのバンドギャップよりも大きい。ＣｄＴｅのバンドギャップは１．４７ｅＶであるのに対し、ＳｉＣのバンドギャップは２ｅＶ以上である。バンドギャップが大きくなることにより、室温動作が可能となる。また、リーク電流を小さくすることができる。リーク電流が小さいと、印加電圧を高くすることができる。印加電圧を高くすることにより、低エネルギー側へのテールがなくなるため、分解能を向上させることができる。分解能を向上させることができるため、ＳｉＣ層を有する検出器は直接型フォトンカウンティングに好適である。直接型フォトンカウンティングは、被検体を通過したＸ線フォトンを直接検出する。それに対し、固体シンチレータのようなＸ線で発光する発光物質を用い、発光物質の光を検出する方式を、間接式フォトンカウンティングと呼ぶ。なお、実施形態にかかるセルは、間接型フォトンカウンティング型放射線検出器に用いても良い。
【0014】
ＳｉＣの比抵抗は、ＣｄＴｅの比抵抗よりも大きい。ＳｉＣの比抵抗は、例えば１×１０１１Ωｃｍ以上である。比抵抗を大きくすることにより、高電界によるキャリア収集が可能となる。ＳｉＣの誘電率は、ＣｄＴｅの比誘電率よりも低い。ＳｉＣの誘電率は、例えば１２．０以下である。誘電率を低くすることにより、小さい空乏容量による高速動作が可能となる。さらに、ＳｉＣを使った検出器は、ショットキー型、ＰＮ接合型の両方に対応できる。
ＳｉＣの結晶構造として、２Ｈ、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、８Ｈ、１０Ｈ、又は１５Ｒが挙げられる。結晶構造は、３Ｃ、４Ｈ、及び６Ｈからなる群より選択される１種が好ましい。表１は、ＳｉＣの特性とＣｄＴｅの特性との比較を示す。
ＳｉＣの結晶構造として、２Ｈ、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、８Ｈ、１０Ｈ、又は１５Ｒが挙げられる。結晶構造は、３Ｃ、４Ｈ、及び６Ｈからなる群より選択される１種が好ましい。表１は、ＳｉＣの特性とＣｄＴｅの特性との比較を示す。
【0015】
【表1】
【0016】
表１に示したように、４Ｈ－ＳｉＣ、６Ｈ－ＳｉＣ、３Ｃ－ＳｉＣの中では、４Ｈまたは６Ｈが好ましい。特に、４Ｈが好ましい。４Ｈ－ＳｉＣおよび６Ｈ－ＳｉＣのバンドギャップは、それぞれ、３．２５ｅＶ及び３．００ｅＶである。これらのバンドギャップは、３Ｃ－ＳｉＣのバンドギャップよりも大きい。
【0017】
ＳｉＣ層は、多層構造を有していても良い。図６は、Ｘ線吸収層２が第一のＸ線吸収層２－１及び第二のＸ線吸収層２－２の２層構造を有する例を示している。
【0018】
ショットキー型セル構造にするときは、第一のＸ線吸収層２－１をエピタキシャルＳｉＣ層、第二のＸ線吸収層２－２をＳｉＣ層にすることが好ましい。第二のＸ線吸収層であるＳｉＣ層は、例えば、ＳｉＣ基板である。エピタキシャルＳｉＣ層は、ＳｉＣ基板の上にＳｉＣをエピタキシャル成長させて形成される。エピタキシャル層を形成することにより、空乏層を広げることができる。空乏層を広げることにより、より高速動作が可能となる。エピタキシャル層（第一のＸ線吸収層２－１）の厚さは５以上２００μｍ以下の範囲であることが好ましい。５μｍ未満ではエピタキシャル層を設ける効果が十分得られない。一方、２００μｍを越えると、均質なエピタキシャル層を得ることが困難となる。エピタキシャル層が十分に均質では無いと、Ｘ線吸収層の性能が低下する。そのため、エピタキシャルＳｉＣ層の厚さは、５μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、厚さは、１０μｍ以上１００μｍ以下である。また、ＳｉＣ層（第二のＸ線吸収層２－２）の厚さは５０μｍ以上が好ましい。
また、エピタキシャルＳｉＣ層とＳｉＣ層は、断面組織を観察することにより判別可能である。エピタキシャルＳｉＣ層の方が高密度である。このため、エピタキシャルＳｉＣ層（第一のＸ線吸収層２－１）が、主なＸ線吸収層として機能する。ＳｉＣ層（第二のＸ線吸収層２－２）上に形成したエピタキシャルＳｉＣ層（第一のＸ線吸収層２－１）が十分に厚い場合、ＳｉＣ層（第二のＸ線吸収層２－２）を除去してエピタキシャルＳｉＣ層単層をＸ線吸収層２としてもよい。
また、エピタキシャルＳｉＣ層とＳｉＣ層は、断面組織を観察することにより判別可能である。エピタキシャルＳｉＣ層の方が高密度である。このため、エピタキシャルＳｉＣ層（第一のＸ線吸収層２－１）が、主なＸ線吸収層として機能する。ＳｉＣ層（第二のＸ線吸収層２－２）上に形成したエピタキシャルＳｉＣ層（第一のＸ線吸収層２－１）が十分に厚い場合、ＳｉＣ層（第二のＸ線吸収層２－２）を除去してエピタキシャルＳｉＣ層単層をＸ線吸収層２としてもよい。
【0019】
ＰＮ接合型セル構造にするときは、第一のＸ線吸収層２－１にｎ型ＳｉＣ層、第二のＸ線吸収層２－２にｐ型ＳｉＣ層を用いる。また、第一のＸ線吸収層２－１にｐ型ＳｉＣ層、第二のＸ線吸収層２－２にｎ型ＳｉＣ層を用いてもよい。ｐ型ＳｉＣ層の厚さは５μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。また、ｎ型ＳｉＣ層の厚さは、５μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。
図６では、Ｘ線吸収層２が２層構造の例を説明した。Ｘ線吸収層２が、３層以上の多層構造であってもよい。
図６では、Ｘ線吸収層２が２層構造の例を説明した。Ｘ線吸収層２が、３層以上の多層構造であってもよい。
【0020】
ショットキー型は、多数キャリアで整流作用を行うので高速動作が可能である。ＰＮ接合型は、Ｐ層およびＮ層の形成をイオン注入法により行うことができる。このため、量産性に優れている。ショットキー型、ＰＮ接合型を比較すると、ショットキー型の方が好ましい。Ｘ線検出器に用いるセルは、空乏層にＸ線があたる必要がある。ショットキー型は表面側電極と裏面側電極との間に電圧を印加することにより空乏層を広げることが可能となる。ＳｉＣ層を有するショットキー型のセルを用いることで、３００Ｖ以下の低い印加電圧でも、空乏層を十分に広げることができる。例えば、１０～１００Ｖ程度の低い電圧印加で、空乏層を３μｍ以上にできる。また、ショットキー型はリーク電流を小さくすることもできる。
なお、ＳｉＣ層を有するセルに、３００Ｖを超えた大きな電圧が印加されても良い。例えば、ＳｉＣ層を有するセルは、１０００Ｖ以下の印加電圧で使用することもできる。
なお、ＳｉＣ層を有するセルに、３００Ｖを超えた大きな電圧が印加されても良い。例えば、ＳｉＣ層を有するセルは、１０００Ｖ以下の印加電圧で使用することもできる。
【0021】
ＳｉＣ層は、エッチング加工が可能である。エッチング加工により、ＳｉＣ層の形状を任意に変更できる。このため、ＳｉＣ層を、キャリアの拡がりを抑制する構造とすることができる。また、エッチング加工が可能であるため、Ｘ線吸収層２の表面を小型にできる。
Ｘ線吸収層２に電流アンプを内蔵することも可能である。電流アンプを内蔵することにより、ノイズの発生を抑制することができる。
Ｘ線吸収層２に電流アンプを内蔵することも可能である。電流アンプを内蔵することにより、ノイズの発生を抑制することができる。
【0022】
図７は、実施形態にかかるフォトンカウンティング型放射線検出器の全体構成の一例を示す模式図である。図７において、１はフォトンカウンティング型放射線検出器である。１－１は、第一のセルである。１－２は第二のセルである。図７では、側方であって図１～図３、図５、及び図６とは異なる方向から第一のセル及び第二のセルを見た場合の構造が示されている。２ａ、３ａ、及び４ａは、それぞれ、第一のセルにおけるＸ線吸収層、表面側電極、及び裏面側電極である。２ｂ、３ｂ、及び４ｂは、それぞれ、第二のセルにおけるＸ線吸収層、表面側電極、及び裏面側電極である。１０は制御部である。各セルの表面側電極及び裏面側電極は、制御部１０と接続される。制御部１０により、各セルの表面側電極と裏面側電極の間に、電圧が印加される。
【0023】
図７に示したように、被検体を透過したＸ線が、第一のセルに入射する。入射したＸ線の一部は、第一のセルのＸ線吸収層に吸収される。残りのＸ線は、第二のセルに入射する。第二のセルに入射したＸ線の少なくとも一部は、第二のセルのＸ線吸収層に吸収される。
第一のセルにおいて、Ｘ線吸収層でＸ線が吸収されると、Ｘ線吸収層でキャリア（電子及び正孔）が生成される。電子及び正孔は、それぞれ、表面側電極及び裏面側電極に流れる。これにより、図７に示したように、制御部、表面側電極、裏面側電極の間に、電流ｉ１が流れる。すなわち、Ｘ線吸収層において、Ｘ線が電気信号に変換される。制御部は、電流ｉ１の大きさを検出する。
同様に、第二のセルにおいてＸ線吸収層でＸ線が吸収されると、制御部、表面側電極、裏面側電極の間に、電流ｉ１'が流れる。制御部は、電流ｉ１'の大きさを検出する。電流ｉ１の大きさ及び電流ｉ１'の大きさは、被検体を透過したＸ線の量に比例する。
なお、表面側電極と裏面側電極の間に印加する電圧、電流ｉ１及びｉ１'の方向は、適宜変更可能である。
第一のセルにおいて、Ｘ線吸収層でＸ線が吸収されると、Ｘ線吸収層でキャリア（電子及び正孔）が生成される。電子及び正孔は、それぞれ、表面側電極及び裏面側電極に流れる。これにより、図７に示したように、制御部、表面側電極、裏面側電極の間に、電流ｉ１が流れる。すなわち、Ｘ線吸収層において、Ｘ線が電気信号に変換される。制御部は、電流ｉ１の大きさを検出する。
同様に、第二のセルにおいてＸ線吸収層でＸ線が吸収されると、制御部、表面側電極、裏面側電極の間に、電流ｉ１'が流れる。制御部は、電流ｉ１'の大きさを検出する。電流ｉ１の大きさ及び電流ｉ１'の大きさは、被検体を透過したＸ線の量に比例する。
なお、表面側電極と裏面側電極の間に印加する電圧、電流ｉ１及びｉ１'の方向は、適宜変更可能である。
【0024】
電極材料としては、金属、金属炭化物、及び金属珪化物からなる群より選択される１種が好ましい。この中では、金属炭化物または金属珪化物が好ましい。つまり、表面側電極３および裏面側電極４は、構成元素として炭素または珪素を含有することが好ましい。電極の構成元素として炭素または珪素を有することにより、ＳｉＣ層と電極の反応を抑制することができる。
金属の電極材料としては、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、及びＮｂ（ニオブ）からなる群より選択される１種が好ましい。金属炭化物の電極材料としては、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＷＣ（炭化タングステン）、Ｍｏ２Ｃ（炭化モリブデン）、ＴａＣ（炭化タンタル）、及びＮｂＣ（炭化ニオブ）からなる群より選択される１種が好ましい。また、金属珪化物の電極材料としては、ＴｉＳｉ２（珪化チタン）、ＷＳｉ２（珪化タングステン）、ＭｏＳｉ２（珪化モリブデン）、ＴａＳｉ２（珪化タンタル）、ＮｂＳｉ２（珪化ニオブ）からなる群より選択される１種が好ましい。これらの中では、炭化チタン、炭化タングステン、珪化チタン、又は珪化タングステンが特に好ましい。
上記の金属、金属炭化物、金属珪化物をスパッタリングすることで、電極層を形成することができる。電極層の形成には、スパッタリング法以外に、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、蒸着法、溶射法、メッキ法なども適用できる。
金属の電極材料としては、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、及びＮｂ（ニオブ）からなる群より選択される１種が好ましい。金属炭化物の電極材料としては、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＷＣ（炭化タングステン）、Ｍｏ２Ｃ（炭化モリブデン）、ＴａＣ（炭化タンタル）、及びＮｂＣ（炭化ニオブ）からなる群より選択される１種が好ましい。また、金属珪化物の電極材料としては、ＴｉＳｉ２（珪化チタン）、ＷＳｉ２（珪化タングステン）、ＭｏＳｉ２（珪化モリブデン）、ＴａＳｉ２（珪化タンタル）、ＮｂＳｉ２（珪化ニオブ）からなる群より選択される１種が好ましい。これらの中では、炭化チタン、炭化タングステン、珪化チタン、又は珪化タングステンが特に好ましい。
上記の金属、金属炭化物、金属珪化物をスパッタリングすることで、電極層を形成することができる。電極層の形成には、スパッタリング法以外に、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、蒸着法、溶射法、メッキ法なども適用できる。
【0025】
上記の金属、金属炭化物、金属珪化物は融点が高い。電極材料に融点の高い材料を用いることにより、ＳｉＣ層を有するセルの製造工程中に熱処理を行ったとしても、電極の変質が生じ難い。金属炭化物または金属珪化物からなる電極は、セルの製造工程や、Ｘ線検出器の使用中（通電中）にＳｉＣ層との反応を抑制できる。このため、安定した電気特性が得られる。さらに、セルの寿命をより長くできる。
【0026】
セルの表面側電極及び裏面側電極が、上記の金属、金属炭化物、又は金属珪化物を含む場合、Ｘ線の透過性が高くない。このため、Ｘ線を透過するセルでは、表面側電極及び裏面側電極は、図７に示したように、Ｘ線吸収層の一部にのみ設けられる。
第一のセルにおいて、表面側電極の少なくとも一部と裏面側電極の少なくとも一部は、Ｘ線の進行方向において対向していることが好ましい。この構成によれば、Ｘ線吸収層を透過し、第二のセルに向けて進むＸ線が、裏面側電極で反射され難くなる。これにより、Ｘ線の検出効率を向上させることができる。
第二のセルの表面側電極の少なくとも一部と第一のセルの裏面側電極の少なくとも一部は、Ｘ線の進行方向において対向していることが好ましい。この構成によれば、第一のセルを透過したＸ線が、第二のセルの裏面側電極で反射され難くなる。これにより、Ｘ線の検出効率をさらに向上させることができる。
Ｘ線を透過させる必要のないセル（積層構造の一番下のセル）において、裏面側電極の面積は、表面側電極の面積よりも大きいことが好ましい。図７に示した例では、第二のセルが、Ｘ線を透過させる必要のないセルである。第二のセルの裏面側電極の面積を、表面側電極の面積よりも大きくすることで、Ｘ線がそれ以上透過することを抑制できる。これにより、第二のセルの裏面側にある他の部材への悪影響を防ぐことができる。例えば、裏面側電極の厚さを表面側電極の厚さよりも大きくすることで、Ｘ線が裏面側電極をより透過し難くなる。裏面側電極は、Ｘ線を透過し難い材料を含んでいることが望ましい。このような材料としては、タングステン、モリブデン、鉛、タングステン化合物（ＷＣ、ＷＳｉ２など）、又はモリブデン化合物（Ｍｏ２Ｃ、ＭｏＳｉ２など）が挙げられる。裏面側電極に、これらの材料を含むＸ線を透過し難い層を設けても良い。
また、Ｘ線が第二のセルを透過する場合は、第二のセルにおいても、表面側電極の少なくとも一部と裏面側電極の少なくとも一部は、Ｘ線の進行方向において対向していることが好ましい。
第一のセルにおいて、表面側電極の少なくとも一部と裏面側電極の少なくとも一部は、Ｘ線の進行方向において対向していることが好ましい。この構成によれば、Ｘ線吸収層を透過し、第二のセルに向けて進むＸ線が、裏面側電極で反射され難くなる。これにより、Ｘ線の検出効率を向上させることができる。
第二のセルの表面側電極の少なくとも一部と第一のセルの裏面側電極の少なくとも一部は、Ｘ線の進行方向において対向していることが好ましい。この構成によれば、第一のセルを透過したＸ線が、第二のセルの裏面側電極で反射され難くなる。これにより、Ｘ線の検出効率をさらに向上させることができる。
Ｘ線を透過させる必要のないセル（積層構造の一番下のセル）において、裏面側電極の面積は、表面側電極の面積よりも大きいことが好ましい。図７に示した例では、第二のセルが、Ｘ線を透過させる必要のないセルである。第二のセルの裏面側電極の面積を、表面側電極の面積よりも大きくすることで、Ｘ線がそれ以上透過することを抑制できる。これにより、第二のセルの裏面側にある他の部材への悪影響を防ぐことができる。例えば、裏面側電極の厚さを表面側電極の厚さよりも大きくすることで、Ｘ線が裏面側電極をより透過し難くなる。裏面側電極は、Ｘ線を透過し難い材料を含んでいることが望ましい。このような材料としては、タングステン、モリブデン、鉛、タングステン化合物（ＷＣ、ＷＳｉ２など）、又はモリブデン化合物（Ｍｏ２Ｃ、ＭｏＳｉ２など）が挙げられる。裏面側電極に、これらの材料を含むＸ線を透過し難い層を設けても良い。
また、Ｘ線が第二のセルを透過する場合は、第二のセルにおいても、表面側電極の少なくとも一部と裏面側電極の少なくとも一部は、Ｘ線の進行方向において対向していることが好ましい。
【0027】
表面側電極３とＸ線吸収層２の接合界面の一部に絶縁膜を設けても良い。同様に、裏面側電極４とＸ線吸収層２の接合界面の一部に絶縁膜を設けても良い。絶縁膜を設けることによりショットキー型構造を形成し易くなる。絶縁膜としては、酸化珪素（ＳｉＯ２）が挙げられる。
ショットキー型であれば表面側電極３の幅を狭くできる。表面側電極３の幅を狭くすることにより、セルのＸ線検出面を小型化することができる。例えば、表面側電極３の幅を、２５０μｍ以下にできる。当該幅を１００μｍ以下にすることも可能である。さらに、エッチング加工技術を用いることにより、表面側電極３の幅を、１０μｍ以下にできる。当該幅を、１μｍ未満（サブミクロン）にすることも可能である。表面側電極を小さくすることにより、Ｘ線検出面を小さくすることができる。Ｘ線検出面を小型化することにより、高解像度の画像を得ることができる。つまり、サブミクロンの空間分解能を得ることができる。表面側電極３の幅は、図１０に示した絶縁層６同士の間に設けられた表面側電極３の幅Ｌに対応する。
表面側電極３および裏面側電極４のそれぞれの厚さは、５０ｎｍ以下が好ましい。これらの電極層を薄くしておくことにより、Ｘ線が遮蔽される割合を抑制することができる。
これらの電極の表面に、必要に応じ、酸化防止膜が設けられてもよい。酸化防止膜としては、金属窒化膜、樹脂膜などが挙げられる。
ショットキー型であれば表面側電極３の幅を狭くできる。表面側電極３の幅を狭くすることにより、セルのＸ線検出面を小型化することができる。例えば、表面側電極３の幅を、２５０μｍ以下にできる。当該幅を１００μｍ以下にすることも可能である。さらに、エッチング加工技術を用いることにより、表面側電極３の幅を、１０μｍ以下にできる。当該幅を、１μｍ未満（サブミクロン）にすることも可能である。表面側電極を小さくすることにより、Ｘ線検出面を小さくすることができる。Ｘ線検出面を小型化することにより、高解像度の画像を得ることができる。つまり、サブミクロンの空間分解能を得ることができる。表面側電極３の幅は、図１０に示した絶縁層６同士の間に設けられた表面側電極３の幅Ｌに対応する。
表面側電極３および裏面側電極４のそれぞれの厚さは、５０ｎｍ以下が好ましい。これらの電極層を薄くしておくことにより、Ｘ線が遮蔽される割合を抑制することができる。
これらの電極の表面に、必要に応じ、酸化防止膜が設けられてもよい。酸化防止膜としては、金属窒化膜、樹脂膜などが挙げられる。
【0028】
以上のようなＳｉＣ層を有するセルは、Ｘ線フォトンを検出すると共に、Ｘ線を透過することができる。そのため、Ｘ線を透過させるセルに好適である。複数のセルを積層させる場合、Ｘ線を透過させるセルにはＳｉＣ層を設ける。Ｘ線を透過するセルに用いるＸ線吸収層としては、ＳｉＣ以外に、ダイヤモンド、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＧａＮ（ガリウム窒化物）、Ｇａ２Ｏ３（ガリウム酸化物）が挙げられる。複数のセルの積層構造を形成する場合、複数のセルの一部に、ダイヤモンド層やＧａＡｓ層を有するセルを用いても良い。なお、ダイヤモンドは高価であり、ＧａＡｓはヒ素を用いていることから環境面で好ましくない。価格や環境面からは、ＳｉＣ層を有するセルを用いることが好ましい。
Ｘ線を透過させる必要のないセル（積層構造の一番下のセル）は、ＳｉＣ層を有していても良いし、有していなくても良い。ＳｉＣ層を用いないセルとしては、ＣｄＴｅ層、ダイヤモンド層、ＧａＡｓ層、ＧａＮ層、及びＧａ２Ｏ３層からなる群より選択される１つを有するセルが挙げられる。
図１（または図２）のように上下のセルが接合される場合は、第一のセルの裏面側電極と第二のセルの表面側電極が導通しないように、絶縁部材が設けられる。絶縁部材としては、エポキシ樹脂が挙げられる。
Ｘ線を透過させる必要のないセル（積層構造の一番下のセル）は、ＳｉＣ層を有していても良いし、有していなくても良い。ＳｉＣ層を用いないセルとしては、ＣｄＴｅ層、ダイヤモンド層、ＧａＡｓ層、ＧａＮ層、及びＧａ２Ｏ３層からなる群より選択される１つを有するセルが挙げられる。
図１（または図２）のように上下のセルが接合される場合は、第一のセルの裏面側電極と第二のセルの表面側電極が導通しないように、絶縁部材が設けられる。絶縁部材としては、エポキシ樹脂が挙げられる。
【0029】
以上のような積層構造を有する放射線検出器を面内方向に複数個並べることで、検出器アレイが構成される。図８は、検出器アレイの一例を示す模式図である。図８において、１は、フォトンカウンティング型放射線検出器である。５は検出器アレイである。検出器アレイ５では、セルを積層させた検出器１が、縦横に２次元的に並べられている。放射線検査装置は、検出器アレイ５を複数個並べた構造を有する。例えばＸ線の検査装置としては、医療機器や工業用非破壊検査装置が挙げられる。図９は、放射線検査装置の一例を示す模式図である。図９において、２０は放射線検査装置（ＣＴ装置）である。１は、フォトンカウンティング型放射線検出器である。５は、検出器アレイである。１０は制御部である。２１は被検体である。２２は放射線管である。２４はディスプレイである。２５は画像である。被検体は、放射線管と複数の放射線検出器との間に固定される。放射線管は、Ｘ線を出射する。出射されたＸ線は、被検体に照射される。被検体を透過したＸ線は、放射線検出器に入射する。各放射線検出器は、制御部に接続されている。各放射線検出器の各セルに流れる電流は、制御部で検出される。制御部は、検出された電流に基づいて、被検体の画像を生成する。制御部は、生成した画像をディスプレイに表示する。固定された被検体に対して、放射線管及び放射線検出器が回転可能であっても良い。２３は、放射線管及び放射線検出器の回転方向を示す。放射線管及び放射線検出器が被検体に対して回転することで、被検体を異なる角度から検査できる。
【0030】
フォトンカウンティング型放射線検出器１がセルの積層構造を有しているため、被検体を透過したＸ線の情報をより多く検出することができる。各フォトンカウンティング型放射線検出器におけるＸ線フォトンの情報量を増やすことができるため、検出器アレイ及び放射線検査装置の検出精度を大幅に向上させることができる。加えて、各検出器において、一度にたくさんの検出電流を得ることができる。その結果、時間分解能が向上する。さらに、１回に得られるＸ線フォトンの情報量を増やせるため、測定時間を短くできる。そのため、被検体の被爆量を少なくできる。
ＳｉＣ層をエッチング加工することにより、縦横に２次元的に並んだ構造を形成することも可能である。
また、前述のように表面側電極３の幅Ｌを小さくすることにより、検出面積を小さくすることができる。幅Ｌは、例えば、２５０μｍ以下、１００μｍ以下、１０μｍ以下、又は１μｍ未満に設定される。検出面積を小さくすることにより、高解像度の検出が可能となる。表面側電極３の幅Ｌを１μｍ未満にすると、検出できる画像を１μｍ未満の高精細にすることができる。表面側電極を小型にすることにより、Ｘ線検出面を小型にできる。１μｍ未満の高精細化できると微小ながん細胞の検出も可能である。例えば、従来のマンモグラフィーでは微小ながん細胞の検出が困難であった。そのため、乳がん検診では触診が主体であった。実施形態にかかるＸ線検査装置は、高精細化が可能である。そのため、マンモグラフィーなどの微小ながん細胞を検出する検査装置にも好適である。
ＳｉＣ層をエッチング加工することにより、縦横に２次元的に並んだ構造を形成することも可能である。
また、前述のように表面側電極３の幅Ｌを小さくすることにより、検出面積を小さくすることができる。幅Ｌは、例えば、２５０μｍ以下、１００μｍ以下、１０μｍ以下、又は１μｍ未満に設定される。検出面積を小さくすることにより、高解像度の検出が可能となる。表面側電極３の幅Ｌを１μｍ未満にすると、検出できる画像を１μｍ未満の高精細にすることができる。表面側電極を小型にすることにより、Ｘ線検出面を小型にできる。１μｍ未満の高精細化できると微小ながん細胞の検出も可能である。例えば、従来のマンモグラフィーでは微小ながん細胞の検出が困難であった。そのため、乳がん検診では触診が主体であった。実施形態にかかるＸ線検査装置は、高精細化が可能である。そのため、マンモグラフィーなどの微小ながん細胞を検出する検査装置にも好適である。
【0031】
ＳｉＣ層を用いたセルのＸ線検出能力について説明する。例えば、Ｘ線のエネルギーが約４０ｋｅＶの場合、Ｘ線を全て吸収するために必要なＳｉＣの厚さは約８ｃｍである。Ｘ線のエネルギーが約６０ｋｅＶの場合、Ｘ線を全て吸収するために必要なＳｉＣの厚さは約２９ｃｍである。言い換えると、Ｘ線吸収層の厚さを、Ｘ線を全て吸収しない厚さにすることにより、Ｘ線吸収層にＸ線を透過させることができる。
入射Ｘ線の強度をＩ１、セルの膜厚をｔ、Ｘ線の減衰係数をλとしたとき、Ｉ１（ｚ）＝Ｉ１ｅｘｐ（－ｔ／λ）である。つまり、セルを透過することにより入射Ｘ線の強度は低下する。
例えば、ＳｉＣ層の厚さｔを１ｍｍ、入射Ｘ線の強度Ｉ１を３８ｋｅＶにしたとき、Ｘ線の減衰係数λは２７ｍｍとなる。一層目のＳｉＣ層を透過したＸ線の強度をＩ１'としたとき、Ｉ１'＝０．９６Ｉ１となる。２層目のＳｉＣ層を透過したＸ線の強度をＩ１"としたとき、Ｉ１"＝０．９３Ｉ１、となる。積層数が増えることにより、減衰したＸ線を測定することができる。また、１層目のＳｉＣ層での検出電流をｉ１、２層目のＳｉＣ層の検出電流をｉ１'とする。２層目のＳｉＣ層での検出電流ｉ１'は、ｉ１'＝１．９６ｉ１となる。理論値では、このように積層構造を取ることにより、検出電流値を変えることができる。
２波長のＸ線を検出することも可能である。Ｘ線のエネルギーを２種類にすることにより、検出電流を増やす方式がある。このような方式を用いたＣＴ装置は、デュアルエナジー（Ｄｕａｌ Ｅｎｅｒｇｙ）ＣＴと呼ばれている。デュアル方式のＣＴでは、放射線管から、２種類のエネルギーのＸ線が、同時又は交互に出射される。
例えば、ＳｉＣ層の厚さｔを１ｍｍ、入射Ｘ線の強度Ｉ１を３８ｋｅＶ、Ｉ２を５９ｋｅＶとする。Ｘ線強度が３８ｋｅＶのものは、１層目を透過したＸ線の強度Ｉ１'は、０．９６Ｉ１となり、２層目を透過したＸ線の強度Ｉ１"は、０．９３Ｉ１となる。また、Ｘ線強度が５９ｋｅＶのものは、１層目を透過したＸ線の強度Ｉ２'は、０．９９Ｉ２となり、２層目を透過したＸ線の強度Ｉ２"は、０．９８Ｉ２となる。強度３８ｋｅＶのＸ線による１層目の検出電流をｉ１とする。強度５９ｋｅＶのＸ線による１層目の検出電流をｉ２とする。１層目の検出電流ｉは、ｉ＝ｉ１＋ｉ２で表される。ｉ∝２．３３Ｉ１＋Ｉ２となる。強度３８ｋｅＶのＸ線による２層目の検出電流をｉ１'とする。強度５９ｋｅＶのＸ線による２層目の検出電流をｉ２'とする。２層目の検出電流ｉ'は、ｉ'＝ｉ１'＋ｉ２'で表される。ｉ'∝２．２６Ｉ１＋Ｉ２となる。∝は、比例を示す記号である。検出電流ｉと検出電流ｉ'を比較することで、２波長の情報を得ることができる。透過構造とすることにより、デュアル方式であっても、検出電流を増やすことができる。
ここでは、Ｘ線強度を３８、５９ｋｅＶで例示したが、Ｘ線強度を変えても、同様に検出電流を増やすことができる。
図１～図３では、表面側電極３側からＸ線を照射する構造になっている。実施形態にかかる検出器は、このような構造に限らず、Ｘ線吸収層２の側面方向からＸ線を照射してもよい。この場合、複数のセルが側面方向に積層される。側面方向は、換言すると、表面側電極と裏面側電極を結ぶ方向に対して垂直な方向である。フォトンカウンティング型放射線検出器は、表面側電極３側から照射されたＸ線を検出するための積層構造と、Ｘ線吸収層２の側面方向から照射されたＸ線を検出するための積層構造と、の両方を備えていても良い。
また、以上はＸ線を使った検出器について説明したが、ガンマ線を使った検出器についても同様の効果が得られる。また、ＣＴ装置に限らず、ＰＥＴ装置についても同様の効果が得られる。
入射Ｘ線の強度をＩ１、セルの膜厚をｔ、Ｘ線の減衰係数をλとしたとき、Ｉ１（ｚ）＝Ｉ１ｅｘｐ（－ｔ／λ）である。つまり、セルを透過することにより入射Ｘ線の強度は低下する。
例えば、ＳｉＣ層の厚さｔを１ｍｍ、入射Ｘ線の強度Ｉ１を３８ｋｅＶにしたとき、Ｘ線の減衰係数λは２７ｍｍとなる。一層目のＳｉＣ層を透過したＸ線の強度をＩ１'としたとき、Ｉ１'＝０．９６Ｉ１となる。２層目のＳｉＣ層を透過したＸ線の強度をＩ１"としたとき、Ｉ１"＝０．９３Ｉ１、となる。積層数が増えることにより、減衰したＸ線を測定することができる。また、１層目のＳｉＣ層での検出電流をｉ１、２層目のＳｉＣ層の検出電流をｉ１'とする。２層目のＳｉＣ層での検出電流ｉ１'は、ｉ１'＝１．９６ｉ１となる。理論値では、このように積層構造を取ることにより、検出電流値を変えることができる。
２波長のＸ線を検出することも可能である。Ｘ線のエネルギーを２種類にすることにより、検出電流を増やす方式がある。このような方式を用いたＣＴ装置は、デュアルエナジー（Ｄｕａｌ Ｅｎｅｒｇｙ）ＣＴと呼ばれている。デュアル方式のＣＴでは、放射線管から、２種類のエネルギーのＸ線が、同時又は交互に出射される。
例えば、ＳｉＣ層の厚さｔを１ｍｍ、入射Ｘ線の強度Ｉ１を３８ｋｅＶ、Ｉ２を５９ｋｅＶとする。Ｘ線強度が３８ｋｅＶのものは、１層目を透過したＸ線の強度Ｉ１'は、０．９６Ｉ１となり、２層目を透過したＸ線の強度Ｉ１"は、０．９３Ｉ１となる。また、Ｘ線強度が５９ｋｅＶのものは、１層目を透過したＸ線の強度Ｉ２'は、０．９９Ｉ２となり、２層目を透過したＸ線の強度Ｉ２"は、０．９８Ｉ２となる。強度３８ｋｅＶのＸ線による１層目の検出電流をｉ１とする。強度５９ｋｅＶのＸ線による１層目の検出電流をｉ２とする。１層目の検出電流ｉは、ｉ＝ｉ１＋ｉ２で表される。ｉ∝２．３３Ｉ１＋Ｉ２となる。強度３８ｋｅＶのＸ線による２層目の検出電流をｉ１'とする。強度５９ｋｅＶのＸ線による２層目の検出電流をｉ２'とする。２層目の検出電流ｉ'は、ｉ'＝ｉ１'＋ｉ２'で表される。ｉ'∝２．２６Ｉ１＋Ｉ２となる。∝は、比例を示す記号である。検出電流ｉと検出電流ｉ'を比較することで、２波長の情報を得ることができる。透過構造とすることにより、デュアル方式であっても、検出電流を増やすことができる。
ここでは、Ｘ線強度を３８、５９ｋｅＶで例示したが、Ｘ線強度を変えても、同様に検出電流を増やすことができる。
図１～図３では、表面側電極３側からＸ線を照射する構造になっている。実施形態にかかる検出器は、このような構造に限らず、Ｘ線吸収層２の側面方向からＸ線を照射してもよい。この場合、複数のセルが側面方向に積層される。側面方向は、換言すると、表面側電極と裏面側電極を結ぶ方向に対して垂直な方向である。フォトンカウンティング型放射線検出器は、表面側電極３側から照射されたＸ線を検出するための積層構造と、Ｘ線吸収層２の側面方向から照射されたＸ線を検出するための積層構造と、の両方を備えていても良い。
また、以上はＸ線を使った検出器について説明したが、ガンマ線を使った検出器についても同様の効果が得られる。また、ＣＴ装置に限らず、ＰＥＴ装置についても同様の効果が得られる。
【0032】
（実施例）
（実施例１～８）
実施例として、図１０に示したショットキー型セルを作製した。図１０において、１－１は第一のセルである。２－１は第一のＸ線吸収層である。２－２は第二のＸ線吸収層である。３は表面側電極である。４は裏面側電極である。６は絶縁層である。７は表面側酸化防止膜である。８は裏面側酸化防止膜である。９は表面側配線である。
第一のＸ線吸収層２－１として、４Ｈ－ＳｉＣ基板（厚さ３００μｍ、比抵抗１．０×１０１６ｃｍ－３）を用いた。第二のＸ線吸収層２－２として、エピタキシャルＳｉＣ層（厚さ３０μｍ）を形成した。エピタキシャルＳｉＣ層／４Ｈ－ＳｉＣ基板の積層体を１セル単位が縦２５０μｍ×横２５０μｍのアレイになるようにエッチング加工を施した。
次に、絶縁層６として酸化珪素（ＳｉＯ２、厚さ４０ｎｍ）を形成した。
次に、表２に示した表面側電極３及び裏面側電極４をスパッタリング法により形成した。表面側電極３大きさは、１００μｍ×１００μｍとした。幅Ｌは、１００μｍである。裏面側電極４の大きさは、２０６μｍ×２０６μｍとした。電極表面に、表面側酸化防止膜７及び裏面側酸化防止膜８として窒化チタン（ＴｉＮ、厚さ５０ｎｍ）をスパッタリング法により形成した。また、表面側電極３の取り出し配線として表面側配線９を形成した。表面側配線９は、Ａｌ配線である。Ａｌ配線は真空蒸着法により形成した。
以上の工程により、実施例にかかるセルを作製した。
（実施例１～８）
実施例として、図１０に示したショットキー型セルを作製した。図１０において、１－１は第一のセルである。２－１は第一のＸ線吸収層である。２－２は第二のＸ線吸収層である。３は表面側電極である。４は裏面側電極である。６は絶縁層である。７は表面側酸化防止膜である。８は裏面側酸化防止膜である。９は表面側配線である。
第一のＸ線吸収層２－１として、４Ｈ－ＳｉＣ基板（厚さ３００μｍ、比抵抗１．０×１０１６ｃｍ－３）を用いた。第二のＸ線吸収層２－２として、エピタキシャルＳｉＣ層（厚さ３０μｍ）を形成した。エピタキシャルＳｉＣ層／４Ｈ－ＳｉＣ基板の積層体を１セル単位が縦２５０μｍ×横２５０μｍのアレイになるようにエッチング加工を施した。
次に、絶縁層６として酸化珪素（ＳｉＯ２、厚さ４０ｎｍ）を形成した。
次に、表２に示した表面側電極３及び裏面側電極４をスパッタリング法により形成した。表面側電極３大きさは、１００μｍ×１００μｍとした。幅Ｌは、１００μｍである。裏面側電極４の大きさは、２０６μｍ×２０６μｍとした。電極表面に、表面側酸化防止膜７及び裏面側酸化防止膜８として窒化チタン（ＴｉＮ、厚さ５０ｎｍ）をスパッタリング法により形成した。また、表面側電極３の取り出し配線として表面側配線９を形成した。表面側配線９は、Ａｌ配線である。Ａｌ配線は真空蒸着法により形成した。
以上の工程により、実施例にかかるセルを作製した。
【0033】
【表2】
【0034】
実施例１にかかるセルの電極は、Ｔｉ（チタン）からなる。実施例２にかかるセルの電極は、ＴｉＣ（炭化チタン）からなる。実施例３にかかるセルの電極は、ＴｉＳｉ２（珪化チタン）からなる。実施例４にかかるセルの電極は、Ｍｏ（モリブデン）からなる。実施例５にかかるセルの電極は、Ｍｏ２Ｃ（炭化二モリブデン）からなる。実施例６のセルの電極は、Ｗ（タングステン）からなる。実施例７のセルの電極は、ＷＣ（炭化タングステン）からなる。実施例８のセルの電極は、Ｗ２Ｃ（炭化二タングステン）からなる。
実施例１～８にかかるセルのＩ－Ｖ特性を調べた。５００℃、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃の各温度で、窒素雰囲気中、１分間熱処理した後のセルのＩ－Ｖ特性を調べた。また、熱処理していないセルのＩ－Ｖ特性を調べた。その結果を図１１～図１８に示した。図１１は実施例１にかかるセルの特性を示す。図１２は実施例２にかかるセルの特性を示す。図１３は実施例３にかかるセルの特性を示す。図１４は実施例４にかかるセルの特性を示す。図１５は実施例５にかかるセルの特性を示す。図１６は実施例６にかかるセルの特性を示す。図１７は実施例７にかかるセルの特性を示す。図１８は実施例８にかかるセルの特性を示す。図１１～図１８は、横軸が電圧（ｖｏｌｔａｇｅ（Ｖ））を示し、縦軸が電流密度（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ（Ａ／ｃｍ２））を示す。図１１～図１４において、ａｓｄｅｐｏは、熱処理していないセルの特性を示す。
図から分かる通り、Ｔｉ電極に比べて、ＴｉＣ電極、ＴｉＳｉ２電極は逆方向リーク電流の増加傾向が小さい。特に、８００℃以上の高温環境下では、その傾向が顕著である。一方、５００℃では大きな差は見られなかった。
この結果、Ｔｉ電極、ＴｉＣ電極、ＴｉＳｉ２電極のいずれも電極としては使用可能である。ＴｉＣ電極、ＴｉＳｉ２電極は逆方向リーク電流の増加傾向が小さい。これは、セルの使用中に電極材料とＳｉＣ層との反応が抑制されているからである。ＴｉＣ電極とＴｉＳｉ２電極を比較すると、ＴｉＣ電極の方が逆方向リーク電流の増加傾向が小さい。このため、金属炭化物電極が最も好ましいことが分かる。
Ｍｏ電極については、６００℃以下であれば逆方向リーク電流の増加傾向は小さかった。Ｍｏ２Ｃ電極については、いずれの温度でも逆方向リーク電流の増加傾向は小さかった。これは、Ｍｏ２Ｃ電極はＳｉＣ層との反応が抑制されているためである。一方、実験結果は、Ｍｏ電極は温度が高くなるとＳｉＣと反応しやすくなることを示している。Ｍｏ電極、Ｍｏ２Ｃ電極のいずれも電極として使用可能であるが、Ｍｏ電極を使用する場合は６００℃以下の熱処理温度であることが望ましい。
また、Ｗ電極、ＷＣ電極、Ｗ２Ｃ電極のいずれも使用可能である。タングステンまたは炭化タングステンはＳｉＣ層との反応が抑制されていることが分かる。Ｗ電極、ＷＣ電極、Ｗ２Ｃ電極を比較すると、Ｗ２Ｃ電極が最も逆方向リーク電流の増加傾向は小さかった。これはＷ２Ｃ電極がＳｉＣ層と反応し難いためである。
以上の結果から、金属炭化物が最も好ましい電極材料であることが分かる。すなわち、また、Ｗ２Ｃ電極とＭｏ２Ｃ電極は、特に逆方向リーク電流の増加傾向が抑制されている。この２つは、高温下でもＳｉＣ層と反応し難いため、製造条件をより自由に設計することができる。
実施例１～８にかかるセルのＩ－Ｖ特性を調べた。５００℃、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃の各温度で、窒素雰囲気中、１分間熱処理した後のセルのＩ－Ｖ特性を調べた。また、熱処理していないセルのＩ－Ｖ特性を調べた。その結果を図１１～図１８に示した。図１１は実施例１にかかるセルの特性を示す。図１２は実施例２にかかるセルの特性を示す。図１３は実施例３にかかるセルの特性を示す。図１４は実施例４にかかるセルの特性を示す。図１５は実施例５にかかるセルの特性を示す。図１６は実施例６にかかるセルの特性を示す。図１７は実施例７にかかるセルの特性を示す。図１８は実施例８にかかるセルの特性を示す。図１１～図１８は、横軸が電圧（ｖｏｌｔａｇｅ（Ｖ））を示し、縦軸が電流密度（Ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ（Ａ／ｃｍ２））を示す。図１１～図１４において、ａｓｄｅｐｏは、熱処理していないセルの特性を示す。
図から分かる通り、Ｔｉ電極に比べて、ＴｉＣ電極、ＴｉＳｉ２電極は逆方向リーク電流の増加傾向が小さい。特に、８００℃以上の高温環境下では、その傾向が顕著である。一方、５００℃では大きな差は見られなかった。
この結果、Ｔｉ電極、ＴｉＣ電極、ＴｉＳｉ２電極のいずれも電極としては使用可能である。ＴｉＣ電極、ＴｉＳｉ２電極は逆方向リーク電流の増加傾向が小さい。これは、セルの使用中に電極材料とＳｉＣ層との反応が抑制されているからである。ＴｉＣ電極とＴｉＳｉ２電極を比較すると、ＴｉＣ電極の方が逆方向リーク電流の増加傾向が小さい。このため、金属炭化物電極が最も好ましいことが分かる。
Ｍｏ電極については、６００℃以下であれば逆方向リーク電流の増加傾向は小さかった。Ｍｏ２Ｃ電極については、いずれの温度でも逆方向リーク電流の増加傾向は小さかった。これは、Ｍｏ２Ｃ電極はＳｉＣ層との反応が抑制されているためである。一方、実験結果は、Ｍｏ電極は温度が高くなるとＳｉＣと反応しやすくなることを示している。Ｍｏ電極、Ｍｏ２Ｃ電極のいずれも電極として使用可能であるが、Ｍｏ電極を使用する場合は６００℃以下の熱処理温度であることが望ましい。
また、Ｗ電極、ＷＣ電極、Ｗ２Ｃ電極のいずれも使用可能である。タングステンまたは炭化タングステンはＳｉＣ層との反応が抑制されていることが分かる。Ｗ電極、ＷＣ電極、Ｗ２Ｃ電極を比較すると、Ｗ２Ｃ電極が最も逆方向リーク電流の増加傾向は小さかった。これはＷ２Ｃ電極がＳｉＣ層と反応し難いためである。
以上の結果から、金属炭化物が最も好ましい電極材料であることが分かる。すなわち、また、Ｗ２Ｃ電極とＭｏ２Ｃ電極は、特に逆方向リーク電流の増加傾向が抑制されている。この２つは、高温下でもＳｉＣ層と反応し難いため、製造条件をより自由に設計することができる。
【0035】
また、図１９～図２４に、熱処理温度（℃）とショットキー障壁値φＢ（ｅＶ）、ｎ値（ａ．ｕ）の関係を示した。この実験では、５００～１０５０℃、窒素雰囲気中、１分間熱処理したセルを用いた。実験では、セルを室温にて－１．０Ｖ印加したときのショットキー障壁値φＢ（ｅＶ）を測定した。ショットキー障壁値の算出は、ショットキーのダイオード方程式および逆方向飽和電流（ＴＥＤモデル）方程式を用いた。ｎ値は理論値を１として求めた。図１９および図２０は、実施例１～３に関するグラフである。図２１および図２２は、実施例４～５に関するグラフである。図２３および図２４は実施例６～８に関するグラフである。
また、図１９、図２１、図２３は熱処理温度（℃）とショットキー障壁値φＢ（ｅＶ）の関係を示す。図１９、図２１、図２３において、横軸は熱処理温度（ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃））を示し、縦軸はショットキー障壁値（ＳＢＨ）φＢ（ｅＶ）示す。図１９のＴｉは、実施例１にかかるセルの実験結果を示す。ＴｉＣは、実施例２にかかるセルの実験結果を示す。ＴｉＳｉ２は、実施例３にかかるセルの実験結果を示す。図２１のＭｏは、実施例４にかかるセルの実験結果を示す。Ｍｏ２Ｃは、実施例５にかかるセルの実験結果を示す。図２３のＷは、実施例６にかかるセルの実験結果を示す。ＷＣは、実施例７にかかるセルの実験結果を示す。Ｗ２Ｃは、実施例８にかかるセルの実験結果を示す。
図２０、図２２、図２４は熱処理温度（℃）とｎ値（ａ．ｕ）の関係を示したものである。図２０、図２２、図２４において、横軸は熱処理温度（ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃））を示し、縦軸はｎ値を示す。
図２０から分かる通り、ＴｉＣ電極（実施例２）およびＴｉＳｉ２電極（実施例３）は５００～８００℃においてショットキー障壁値φＢが０．８～１．０（ｅＶ）であり、ｎ値が１．０５以下に安定していた。
Ｔｉ電極（実施例１）は、５００～６００℃におけるφＢが１．０（ｅＶ）を超え、ｎ値も１．０６～１．１０の範囲となっていた。
この結果から、８００℃以下の熱処理を施したＴｉＣ電極およびＴｉＳｉ２電極は、ショットキー障壁が十分低下していることが分かる。５００℃熱処理を施したＴｉＣ電極は、ショットキー障壁値φＢが０．９９５（ｅＶ）、実効リチャードソン定数は１２９（Ａ／ｃｍ２／Ｋ２）であった。
また、図１９、図２１、図２３は熱処理温度（℃）とショットキー障壁値φＢ（ｅＶ）の関係を示す。図１９、図２１、図２３において、横軸は熱処理温度（ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃））を示し、縦軸はショットキー障壁値（ＳＢＨ）φＢ（ｅＶ）示す。図１９のＴｉは、実施例１にかかるセルの実験結果を示す。ＴｉＣは、実施例２にかかるセルの実験結果を示す。ＴｉＳｉ２は、実施例３にかかるセルの実験結果を示す。図２１のＭｏは、実施例４にかかるセルの実験結果を示す。Ｍｏ２Ｃは、実施例５にかかるセルの実験結果を示す。図２３のＷは、実施例６にかかるセルの実験結果を示す。ＷＣは、実施例７にかかるセルの実験結果を示す。Ｗ２Ｃは、実施例８にかかるセルの実験結果を示す。
図２０、図２２、図２４は熱処理温度（℃）とｎ値（ａ．ｕ）の関係を示したものである。図２０、図２２、図２４において、横軸は熱処理温度（ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃））を示し、縦軸はｎ値を示す。
図２０から分かる通り、ＴｉＣ電極（実施例２）およびＴｉＳｉ２電極（実施例３）は５００～８００℃においてショットキー障壁値φＢが０．８～１．０（ｅＶ）であり、ｎ値が１．０５以下に安定していた。
Ｔｉ電極（実施例１）は、５００～６００℃におけるφＢが１．０（ｅＶ）を超え、ｎ値も１．０６～１．１０の範囲となっていた。
この結果から、８００℃以下の熱処理を施したＴｉＣ電極およびＴｉＳｉ２電極は、ショットキー障壁が十分低下していることが分かる。５００℃熱処理を施したＴｉＣ電極は、ショットキー障壁値φＢが０．９９５（ｅＶ）、実効リチャードソン定数は１２９（Ａ／ｃｍ２／Ｋ２）であった。
【0036】
実効リチャードソン定数の４Ｈ－ＳｉＣの理論値は、１４６（Ａ／ｃｍ２・Ｋ２）である。ＴｉＣ電極（実施例２）は、実効リチャードソン定数から見てもショットキー障壁値の低下および空乏層の広がりが得られていることが分かる。言い換えれば、同様のＩ－Ｖ特性を示すセルでは、空乏層が広がっているといえる。
図２１から分かる通り、Ｍｏ電極とＭｏ２Ｃ電極を比較するとＭｏ２Ｃ電極の方が高温で熱処理したとしても優れた結果が得られた。これは、Ｍｏ２Ｃ電極の方が、Ｍｏ電極よりもＳｉＣとの反応し難いことを示している。また、図２２から分かる通り、Ｍｏ２Ｃ電極は、ｎ値が１．００を示していた。ｎ値が１に近いほど、理論値に近い空乏層が形成されていることを示す。この点からも、Ｍｏ電極よりもＭｏ２Ｃ電極の方が優れていることが分かる。
図２３では、Ｗ電極及びＷＣ電極よりもＷ２Ｃ電極の方が若干良い特性を示した。図２４でも、Ｗ２Ｃ電極はｎ値が１．００を示しており、優れた特性が得られることが分かった。
図２１から分かる通り、Ｍｏ電極とＭｏ２Ｃ電極を比較するとＭｏ２Ｃ電極の方が高温で熱処理したとしても優れた結果が得られた。これは、Ｍｏ２Ｃ電極の方が、Ｍｏ電極よりもＳｉＣとの反応し難いことを示している。また、図２２から分かる通り、Ｍｏ２Ｃ電極は、ｎ値が１．００を示していた。ｎ値が１に近いほど、理論値に近い空乏層が形成されていることを示す。この点からも、Ｍｏ電極よりもＭｏ２Ｃ電極の方が優れていることが分かる。
図２３では、Ｗ電極及びＷＣ電極よりもＷ２Ｃ電極の方が若干良い特性を示した。図２４でも、Ｗ２Ｃ電極はｎ値が１．００を示しており、優れた特性が得られることが分かった。
【0037】
（実施例９～１１）
実施例１～３と同様の構造を有するセルにおいて表面側電極３の幅Ｌを表３のように変えた場合のリーク電流値を測定した。測定は、窒素雰囲気中、８００℃×１分間加熱した後、－１．０Ｖ印加したときのリーク電流を測定した。その結果を表３および図２５に示す。
実施例１～３と同様の構造を有するセルにおいて表面側電極３の幅Ｌを表３のように変えた場合のリーク電流値を測定した。測定は、窒素雰囲気中、８００℃×１分間加熱した後、－１．０Ｖ印加したときのリーク電流を測定した。その結果を表３および図２５に示す。
【0038】
【表3】
【0039】
Ｔｉ電極（実施例９）、ＴｉＣ電極（実施例１０）、ＴｉＳｉ２電極（実施例１１）を比較すると、実施例９よりも実施例１０および実施例１１の方がリーク電流値が低いことが分かった。実施例９および実施例１１は、電極の面積（幅Ｌ）が小さくなることにより、リーク電流も小さくなることを示している。つまり、Ｔｉ電極およびＴｉＳｉ２電極については、電極面積とリーク電流値との相関性があることが分かった。一方、ＴｉＣは電極面積によらずリーク電流値が小さかった。ＴｉＣ電極の方が、Ｔｉ電極及びＴｉＳｉ２電極に比べて、リーク電流値が小さいことが分かる。
【0040】
（実施例１２～２９、比較例１）
実施例１～８にかかるセルを用いて表４に示したフォトンカウンティング型Ｘ線検出器を作製した。各セルの表面側電極の大きさは、１００μｍ×１００μｍである。各実施例は５００℃の熱処理工程を行ったものを使用した。それぞれのフォトンカウンティング型Ｘ線検出器が被検体を通したＸ線フォトンを検出できるか否かを確認した。Ｘ線フォトンの検出には図２６に示した測定回路にて行った。
また、測定条件は、Ｘ線管を用いてＸ線を照射し、Ｘ線を検出できたか否かを測定した。Ｘ線管は管電圧１２０ｋＶに統一し、管電流を３００ｍＡまたは１００ｍＡにした。この条件で２秒間、Ｘ線を照射し、Ｘ線を検出できたか否かを確認した。実施例にかかるＸ線検出器は、印加電圧ＶＲを４０Ｖおよび１００Ｖにて行った。その結果を表４に示した。表４においては、セルにおいてＸ線の透過が確認され、且つＸ線を検出できた検出器を「可」としている。Ｘ線の透過が確認されなかった、又はＸ線を検出できなかった検出器を「不可」としている。また、比較のためにＸ線吸収層をＣｄＴｅにしたセルを用意した。比較例１に関しては印加電圧を１０００Ｖとした。
実施例１～８にかかるセルを用いて表４に示したフォトンカウンティング型Ｘ線検出器を作製した。各セルの表面側電極の大きさは、１００μｍ×１００μｍである。各実施例は５００℃の熱処理工程を行ったものを使用した。それぞれのフォトンカウンティング型Ｘ線検出器が被検体を通したＸ線フォトンを検出できるか否かを確認した。Ｘ線フォトンの検出には図２６に示した測定回路にて行った。
また、測定条件は、Ｘ線管を用いてＸ線を照射し、Ｘ線を検出できたか否かを測定した。Ｘ線管は管電圧１２０ｋＶに統一し、管電流を３００ｍＡまたは１００ｍＡにした。この条件で２秒間、Ｘ線を照射し、Ｘ線を検出できたか否かを確認した。実施例にかかるＸ線検出器は、印加電圧ＶＲを４０Ｖおよび１００Ｖにて行った。その結果を表４に示した。表４においては、セルにおいてＸ線の透過が確認され、且つＸ線を検出できた検出器を「可」としている。Ｘ線の透過が確認されなかった、又はＸ線を検出できなかった検出器を「不可」としている。また、比較のためにＸ線吸収層をＣｄＴｅにしたセルを用意した。比較例１に関しては印加電圧を１０００Ｖとした。
【0041】
【表4】
【0042】
表から分かる通り、ＳｉＣ層を用いたセルを有するフォトンカウンティング型Ｘ線検出器については、単層構造、積層構造のどちらの場合でも、Ｘ線フォトンの検出が可能であった。実施例２０～２９では、各層のセルでＸ線フォトンを検出可能であった。これらの結果は、検出器としてＸ線を透過し、その上で各セルの空乏層が広がっていることを示す。また、積層数を増やすことにより、検出電流値を大きくすることができた。そのため、被検体を透過したＸ線を検出器の厚み方向にて多くの情報量が得られる（時間分解能の向上）。このため、ＣＴなどのＸ線検査装置においても検出精度を向上させることができる。
また、比較例１はＣｄＴｅセルを１０層積層したものである。印加電圧を１０００Ｖと高くしたが、２層目以降のセルではＸ線フォトンは検出できなかった。これはＣｄＴｅがＸ線を透過せず、積層構造をとっても下の層では検出できなかったためである。ＣｄＴｅはガンマ線のような強度の強いものであれば透過するがＸ線では透過し難い。このため、Ｘ線フォトンの検出には適していない。
また、比較例１はＣｄＴｅセルを１０層積層したものである。印加電圧を１０００Ｖと高くしたが、２層目以降のセルではＸ線フォトンは検出できなかった。これはＣｄＴｅがＸ線を透過せず、積層構造をとっても下の層では検出できなかったためである。ＣｄＴｅはガンマ線のような強度の強いものであれば透過するがＸ線では透過し難い。このため、Ｘ線フォトンの検出には適していない。
【0043】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】