放射线检测器及放射线检测器阵列的制作方法

本发明涉及一种放射线检测器及放射线检测器阵列。

背景技术：

1、已知的放射线检测器具备呈六面体形状的闪烁器、以及配置于闪烁器的具有半导体基板的半导体光检测元件(例如，参照专利文献1)。闪烁器受到放射线的入射而产生闪烁光，半导体光检测元件检测所产生的闪烁光。

2、现有技术文献

3、专利文献

4、专利文献1：日本特开2015-83956号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、本发明的第一及第二方式的目的在于，提供一种具有较高时间分辨率的放射线检测器。本发明的第三及第四方式的目的在于，提供一种包含具有较高时间分辨率的放射线检测器的放射线检测器阵列。

3、解决问题的技术手段

4、本发明人等对具有较高时间分辨率的放射线检测器进行了认真研究。其结果，本发明人等新获得了以下见解，从而想到了本发明。专利文献1并未公开具有较高时间分辨率的放射线检测器。

5、在具有在第一方向上相互相对的一对端面且在第一方向上较长的闪烁器中，在从一对端面中的一端面放射线入射的情况下，该闪烁器可靠地吸收高能量范围的放射线而产生闪烁光。在一对端面中的另一端面配置有半导体光检测元件的结构中，闪烁器容易可靠地吸收高能量范围的放射线。然而，该结构难以获得较高的时间分辨率。

6、半导体光检测元件检测从另一端面出射的闪烁光。在闪烁器内的某个位置产生的闪烁光例如包括直接入射于另一端面的闪烁光、以及直接入射于一端面的闪烁光。直接入射于一端面的闪烁光例如被一端面反射后，入射于另一端面。这两种闪烁光从另一端面出射，被半导体光检测元件检测。直接入射于另一端面的闪烁光和直接入射于一端面的闪烁光虽然同时产生，但入射于另一端面的时序不同。因此，半导体光检测元件以较大的时间差检测上述两种闪烁光。半导体光检测元件难以以较高的时间分辨率检测闪烁光。

7、因此，在放射线检测器中，期望将半导体光检测元件配置于能够没有较大的时间差地检测在同一位置同时产生的各闪烁光的位置。配置于上述位置的半导体光检测元件以较高的时间分辨率检测入射于闪烁器的放射线。

8、第一方式的放射线检测器具备：闪烁器，其具有在第一方向上相互相对的一对端面、及将一对端面连结的一个侧面；半导体光检测元件，其具有以与一个侧面相对的方式配置的半导体基板；及配线构件，其与半导体光检测元件电连接。第一方向上的闪烁器的长度大于与一个侧面正交的第二方向上的闪烁器的长度。第一方向上的一个侧面的长度大于与第一方向及第二方向正交的第三方向上的一个侧面的宽度。半导体基板具有被一个侧面覆盖的第一部分、及自一个侧面露出的第二部分。第一部分与第二部分在第一方向上排列。半导体光检测元件包含配置于第一部分的光检测区域、配置于第二部分的第一电极及第二电极。光检测区域具有以盖革模式动作的多个雪崩光电二极管、及与多个雪崩光电二极管中对应的雪崩光电二极管的阳极或阴极中的一者电串联连接的多个淬灭电阻。多个淬灭电阻并联连接于第一电极。多个雪崩光电二极管的阳极或阴极中的另一者并联连接于第二电极。配线构件具有与第一电极电连接的导体、及与第二电极连接的导体。

9、上述第一方式具备在第一方向上较长的闪烁器，并且具备配置于闪烁器的一个侧面的半导体光检测元件。半导体光检测元件检测直接入射于配置有半导体光检测元件的上述一个侧面的闪烁光。半导体光检测元件例如检测通过与配置有半导体光检测元件的上述一个侧面相对的面反射后入射于上述一个侧面的闪烁光。在上述第一方式中，在第二方向上的闪烁器的长度小于在第一方向上的闪烁器的长度。因此，半导体光检测元件例如以较小的时间差检测直接入射于上述一个侧面的闪烁光、以及通过与上述一个侧面相对的面反射后入射于上述一个侧面的闪烁光。其结果，上述第一方式实现了较高的时间分辨率。以下，“与上述一个侧面相对的面”有时称为“另一面”。

10、上述第一方式中，自第一方向观察，闪烁器也可呈矩形或三角形。

11、在闪烁器呈矩形或三角形的结构中，闪烁光可靠地向与半导体基板相对的上述一个侧面入射。因此，本结构可靠地提高了半导体光检测元件的受光量。

12、在上述第一方式中，一对端面也可以包括相对于第二方向倾斜的一个端面。

13、在一对端面包含相对于第二方向倾斜的一个端面的结构中，闪烁光更可靠地向与半导体基板相对的上述一个侧面入射。闪烁光在端面或侧面反射的次数减少，闪烁光的反射衰减降低。因此，本结构更可靠地提高了半导体光检测元件的受光量。

14、上述第一方式中，也可为一对端面包含沿着第二方向延伸的一个端面，且一个端面在截面呈三角波形状。

15、在沿着第二方向延伸的一个端面在截面处呈三角波形状的结构中，闪烁光进一步更可靠地入射于与半导体基板相对的上述一个侧面。闪烁光在端面或侧面反射的次数减少，闪烁光的反射衰减降低。因此，本结构进一步更可靠地提高了半导体光检测元件的受光量。

16、上述一个方式中，也可为一对端面包含沿着第二方向延伸的一个端面，且一个端面为粗糙面。

17、在沿着第二方向延伸的一个端面为粗糙面的结构中，闪烁光进一步更可靠地入射于与半导体基板相对的上述一个侧面。闪烁光在端面或侧面反射的次数减少，闪烁光的反射衰减降低。因此，本结构进一步更可靠地提高了半导体光检测元件的受光量。

18、上述第一方式中，也可为闪烁器具有在截面呈三角波形状的另一个侧面，另一个侧面将一对端面连结，并且与一个侧面相邻。

19、在另一个侧面连结一对端面，并且与一个侧面相邻的结构中，闪烁光进一步更可靠地入射于与半导体基板相对的上述一个侧面。因此，本结构进一步更可靠地提高了半导体光检测元件的受光量。

20、上述第一方式中，也可为闪烁器具有作为粗糙面的另一个侧面，另一个侧面将一对端面连结，并且与一个侧面相邻。

21、在另一个侧面连结一对端面，并且与一个侧面相邻的结构中，闪烁光进一步更可靠地入射于与半导体基板相对的上述一个侧面。因此，本结构进一步更可靠地提高了半导体光检测元件的受光量。

22、上述第一方式中，自第二方向观察，光检测区域也可呈与一个侧面的轮廓形状对应的轮廓形状。

23、在光检测区域呈与一个侧面的轮廓形状对应的轮廓形状的结构中，光检测区域不易配置于半导体基板中无法接收闪烁光的部位。因此，本结构抑制了光检测区域内的暗计数及容量的增加。其结果，本结构可靠地提高了放射线检测器的时间分辨率。

24、上述第一方式也可以具备：基体、以及第一线材及第二线材。基体也可以以半导体基板位于该基体与闪烁器之间的方式配置，并且具有被半导体基板覆盖的第三部分、以及从半导体基板露出的第四部分。第三部分和第四部分也可以在第一方向上排列。第四部分也可以包括：第一端子及第二端子。第一端子及第二端子、以及闪烁器也可以配置于基体的相同的面之前。也可以是第一端子与第一电极通过第一线材电连接，第二端子与第二电极通过第二线材电连接。

25、具备基体的结构提高了放射线检测器的机械强度。因此，本结构可靠地实现提高了机械强度的放射线检测器。

26、上述第一方式也可以具备覆盖第一线材及第二线材的树脂。

27、在具备覆盖第一线材及第二线材的树脂的结构中，树脂保护第一及第二线材。因此，第一及第二线材难以受到损伤。其结果，本结构抑制了第一及第二端子与第一及第二电极的电连接的劣化。

28、上述第一方式也可以具备：光反射体。光反射体也可以以半导体基板位于该光反射体与闪烁器之间的方式配置。

29、例如，在具备多个上述第一方式的放射线检测器的结构中，在一个放射线检测器具备光反射体的情况下，能起到以下的作用效果。即，一个放射线检测器的光反射体与其他放射线检测器的另一面在第二方向上相对的结构，即使在没有将光反射体配置于其他放射线检测器的另一面的情况下，也会提高在其他放射线检测器的另一面处的闪烁光的反射率。因此，本结构在具备多个放射线检测器的情况下，能简单容易地实现较高的时间分辨率。

30、在上述第一方式中，光反射体也可以以半导体基板及基体位于该光反射体与闪烁器之间的方式配置。

31、在上述第一方式中，配线构件也可以相对于半导体基板，配置于与闪烁器相同的一侧。

32、配线构件相对于半导体基板，配置于与闪烁器相同的一侧的结构例如不需要用于通过芯片键合(die bonding)将配线构件与第一及第二电极连接的基板。因此，本结构更可靠地简化了放射线检测器的结构。

33、在上述第一方式中，光反射体的厚度也可以为0.05～100μm。

34、光反射体具有上述厚度的结构可靠地提高了在另一面的闪烁光的反射率。因此，本结构可靠地简化了放射线检测器的结构。

35、在上述第一方式中，配线构件及半导体基板也可以具有可挠性。配线构件的可挠性也可以大于半导体基板的可挠性。

36、在配线构件的可挠性大于半导体基板的可挠性的结构中，配线构件的振动难以传递至半导体基板。来自配线构件的力难以施加于半导体基板，半导体基板难以受到物理的损坏。因此，本结构可靠地维持了放射线检测器的机械强度。

37、第二方式的放射线检测器具备：闪烁器，其具有在第一方向上相互相对的一对端面、将一对端面连结的第一侧面、及将一对端面连结并且与第一侧面相邻的第二侧面；第一半导体光检测元件，其具有以与第一侧面相对的方式配置的第一半导体基板；第二半导体光检测元件，其具有以与第二侧面相对的方式配置的第二半导体基板；第一配线构件，其与第一半导体光检测元件电连接；及第二配线构件，其与第二半导体光检测元件电连接。闪烁器自第一方向观察，呈矩形。第一方向上的闪烁器的长度大于与第一侧面正交的第二方向上的闪烁器的长度、及与第二侧面正交的第三方向上的闪烁器的长度。第一方向上的第一侧面的长度大于第三方向上的第一侧面的宽度，第一方向上的第二侧面的长度大于第二方向上的第二侧面的宽度。第一半导体基板及第二半导体基板各自具有被第一侧面及第二侧面中对应的侧面覆盖的第一部分、以及自对应的侧面露出的第二部分。第一部分与第二部分在第一方向上排列。第一半导体光检测元件及第二半导体光检测元件各自包含配置于第一部分的光检测区域、配置于第二部分的第一电极及第二电极。光检测区域具有以盖革模式动作的多个雪崩光电二极管、及与多个雪崩光电二极管中对应的雪崩光电二极管的阳极或阴极中的一者电串联连接的多个淬灭电阻。多个淬灭电阻并联连接于第一电极。多个雪崩光电二极管的阳极或阴极中的另一者并联连接于第二电极。第一配线构件及第二配线构件具有与第一电极电连接的导体、及与第二电极连接的导体。

38、上述第二方式具备在第一方向上较长的闪烁器，并且具备分别配置于闪烁器的第一及第二侧面的第一及第二半导体光检测元件。第一及第二半导体光检测元件检测直接入射于分别配置有该第一及第二半导体光检测元件的第一及第二侧面的闪烁光。第一及第二半导体光检测元件例如检测通过与第一及第二侧面相对的面反射后入射于第一及第二侧面的闪烁光。在上述第二方式中，在第二方向上的闪烁器的长度小于在第一方向上的闪烁器的长度。因此，第一及第二半导体光检测元件分别以较小的时间差检测直接入射于第一及第二侧面的闪烁光、以及在与第一及第二侧面相对的面反射后分别入射于第一及第二侧面的闪烁光。其结果，上述第二方式实现了较高的时间分辨率。以下，有时将“与第一侧面相对的面”称为“第一另一面”。有时将“与第二侧面相对的面”称为“第二另一面”。

39、在闪烁光向第一侧面的入射角超过在第一侧面的临界角的情况下，闪烁光有时未通过配置于第一侧面的第一半导体光检测元件检测。在上述第二方式中，该闪烁光可通过配置于与第一侧面相邻的第二侧面的第二半导体光检测元件检测。因此，上述第二方式实现了具有较高的时间分辨率的放射线检测器，并且可靠地提高了闪烁光在第一及第二半导体光检测元件的受光量。

40、上述第二方式中，一对端面也可包含相对于第二方向倾斜的一个端面。

41、在一对端面包含相对于第二方向倾斜的一个端面的结构中，闪烁光更可靠地向与第一及第二半导体基板相对的第一及第二侧面入射。闪烁光在端面或侧面反射的次数减少，闪烁光的反射衰减降低。因此，本结构更可靠地提高了第一及第二半导体光检测元件的受光量。

42、上述第二方式中，也可为一对端面包含沿着第二方向延伸的一个端面，且一个端面在截面呈三角波形状。

43、在沿着第二方向延伸的一个端面在截面呈三角波形状的结构中，闪烁光进一步更可靠地向与第一及第二半导体基板相对的第一及第二侧面入射。闪烁光在端面或侧面反射的次数减少，闪烁光的反射衰减降低。因此，本结构进一步更可靠地提高了第一及第二半导体光检测元件的受光量。

44、上述第二方式中，也可为一对端面包含沿着第二方向延伸的一个端面，且一个端面为粗糙面。

45、在沿着第二方向延伸的一个端面为粗糙面的结构中，闪烁光进一步更可靠地向与第一及第二半导体基板相对的第一及第二侧面入射。闪烁光在端面或侧面反射的次数减少，闪烁光的反射衰减降低。因此，本结构进一步更可靠地提高了第一及第二半导体光检测元件的受光量。

46、上述第二方式中，自第二方向观察，第一半导体基板的光检测区域也可呈与第一侧面的轮廓形状对应的轮廓形状。自第三方向观察，第二半导体基板的光检测区域也可呈与第二侧面的轮廓形状对应的轮廓形状。

47、在光检测区域呈与第一及第二侧面的轮廓形状对应的轮廓形状的结构中，分别地，光检测区域不易配置于第一及第二半导体基板中无法接收闪烁光的部位。因此，抑制了光检测区域内的暗计数及容量的增加。其结果，本结构可靠地提高了第一及第二半导体光检测元件的时间分辨率。

48、上述第二方式也可以具备：第一基体及第二基体、以及第一线材及第二线材。第一基体也可以以第一半导体基板位于该第一基体与闪烁器之间的方式配置。第二基体也可以以第二半导体基板位于该第二基体与闪烁器之间的方式配置。第一基体及第二基体也可以分别具有被第一半导体基板及第二半导体基板覆盖的第三部分、以及从第一半导体基板及第二半导体基板露出的第四部分。第三部分和第四部分也可以在第一方向上排列。各第四部分也可以包括第一端子及第二端子。第一端子及第二端子、以及闪烁器也可以配置于对应的第一基体及第二基体的相同的面之前。也可以是第一端子与第一电极通过第一线材电连接，第二端子与第二电极通过第二线材电连接。

49、具备第一及第二基体的结构分别提高了放射线检测器的机械强度。因此，本结构可靠地实现提高了机械强度的放射线检测器。

50、上述第二方式也可以具备覆盖第一线材及第二线材的树脂。

51、在具备覆盖第一线材及第二线材的树脂的结构中，树脂保护第一及第二线材。因此，第一及第二线材难以受到损伤。其结果，本结构抑制了第一及第二端子与第一及第二电极的电连接的劣化。

52、上述第二方式也可以具备第一光反射体和第二光反射体。第一光反射体也可以以第一半导体基板位于该第一光反射体与闪烁器之间的方式配置。第二光反射体也可以以第二半导体基板位于该第二光反射体与闪烁器之间的方式配置。

53、例如，在具备多个上述第二方式的放射线检测器的结构中，在一个放射线检测器具备第一光反射体的情况下，能起到以下作用效果。即，一个放射线检测器的第一光反射体与其他放射线检测器的第一另一面在第二方向上相对的结构，即使在没有将第一光反射体配置于其他放射线检测器的第一另一面的情况下，也会提高在其他放射线检测器的第一另一面处的闪烁光的反射率。

54、例如，在具备多个上述第二方式的放射线检测器的结构中，在一个放射线检测器具备第二光反射体的情况下，能起到以下作用效果。即，一个放射线检测器的第二光反射体与其他放射线检测器的第二另一面在第三方向上相对的结构，即使在没有将第二光反射体配置于其他放射线检测器的第二另一面的情况下，也会提高在其他放射线检测器的第二另一面处的闪烁光的反射率。

55、因此，本结构在具备多个放射线检测器的情况下，能简单容易地实现较高的时间分辨率。

56、在上述第二方式中，第一光反射体也可以以第一半导体基板及第一基体位于该第一光反射体与闪烁器之间的方式配置。第二光反射体也可以以第二半导体基板及第二基体位于该第二光反射体与闪烁器之间的方式配置。

57、在上述第二方式中，第一配线构件也可以相对于第一半导体基板，配置于与闪烁器相同的一侧。第二配线构件也可以相对于第二半导体基板，配置于与闪烁器相同的一侧。

58、第一及第二配线构件分别相对于第一及第二半导体基板，配置于与闪烁器相同的一侧的结构例如不需要用于通过芯片键合将第一及第二配线构件分别与第一及第二电极连接的基板。因此，本结构更可靠地简化了放射线检测器的结构。

59、上述第二方式中，第一光反射体及第二光反射体的厚度也可为0.05～100μm。

60、第一及第二光反射体具有上述厚度的结构可靠地提高了闪烁光在另一面的反射率。因此，本结构可靠地简化了放射线检测器的结构。

61、在上述第二方式中，第一配线构件及第二配线构件、以及第一半导体基板及第二半导体基板也可以具有可挠性。第一配线构件的可挠性也可以大于第一半导体基板的可挠性。第二配线构件的可挠性也可以大于第二半导体基板的可挠性。

62、在第一及第二配线构件的可挠性分别大于第一及第二半导体基板的可挠性的结构中，第一及第二配线构件的振动难以传递至第一及第二半导体基板。来自第一及第二配线构件的力分别难以施加于第一及第二半导体基板，第一及第二半导体基板难以受到物理的损坏。因此，本结构可靠地维持了放射线检测器的机械强度。

63、第三方式的放射线检测器阵列自第一方向观察，多个放射线检测器呈矩阵状二维排列，且多个放射线检测器各自为上述第一方式的放射线检测器，一个放射线检测器的半导体光检测元件与在平行于侧面的方向上相邻的另一个放射线检测器的半导体光检测元件排列。

64、上述第三方式中，实现了具有较高时间分辨率的放射线检测器呈矩阵状二维排列而成的放射线检测器阵列。

65、在上述第三方式中，在平行于一个侧面的方向上相邻的各半导体光检测元件也可以相互一体地形成。

66、在各半导体光检测元件相互一体地形成的结构中，在制作多个放射线检测器矩阵状地二维排列的放射线检测器阵列时，简化了半导体光检测元件的形成工序。

67、对于第四方式的放射线检测器阵列，从第一方向观察，多个放射线检测器矩阵状地二维排列，多个放射线检测器的各个为上述第二方式的放射线检测器，一个放射线检测器的第一半导体光检测元件与在第三方向上相邻的另一个放射线检测器的第一半导体光检测元件排列，一个放射线检测器的第二半导体光检测元件与在第二方向上相邻的又一个放射线检测器的第二半导体光检测元件排列。

68、上述第四方式中，实现了具有较高时间分辨率的放射线检测器呈矩阵状二维排列而成的放射线检测器阵列。

69、在上述第四方式中，在第三方向上相邻的各第一半导体光检测元件也可以相互一体地形成。

70、在各第一半导体光检测元件相互一体地形成的结构中，在制作多个放射线检测器矩阵状地二维排列的放射线检测器阵列时，简化了第一半导体光检测元件的形成工序。

71、在上述第四方式中，在第二方向上相邻的各第二半导体光检测元件也可以相互一体地形成。

72、在各第二半导体光检测元件相互一体地形成的结构中，在制作多个放射线检测器矩阵状地二维排列的放射线检测器阵列时，简化了第二半导体光检测元件的形成工序。

73、发明的效果

74、本发明的第一及第二方式提供一种具有较高时间分辨率的放射线检测器。本发明的第三及第四方式提供一种包含具有较高时间分辨率的放射线检测器的放射线检测器阵列。