使用了气体放大的放射线检测器、使用了气体放大的放射线检测器的制造方法、以及基于使用了气体放大的放射线检测器的放射线检测方法

摘要

本发明提供使用了气体放大的放射线检测器、使用了气体放大的放射线检测器的制造方法、以及基于使用了气体放大的放射线检测器的放射线检测方法。使用了气体放大的放射线检测器包括：绝缘部件，具有第一面与位于所述第一面的背面侧的第二面；第一电极层，设于所述绝缘部件的所述第一面上，并且具有圆形状的开口部；像素电极，位于所述开口部的内侧；第二电极层，设于所述绝缘部件的所述第二面上；以及通路导体，经由所述绝缘部件内而以一端面接合于所述第二电极层，并且另一端面接合于所述像素电极，所述通路导体的所述另一端面侧的至少一部分呈圆柱状或者圆锥台状的形状，并且该通路导体的外径在所述一端面为最小。

说明书

技术领域

本发明涉及使用了基于像素型电极的气体放大的放射线检测器、使用了气体放大的放射线检测器的制造方法、以及基于使用了气体放大的放射线检测器的放射线检测方法。

背景技术

作为利用了气体放大的放射线检测器，以往，使用了像素型的放射线检测器。该放射线检测器采用了例如在两面印刷电路基板的表面形成条状阴极电极，并且在背面形成阳极条，在条状阴极电极以一定间隔形成开口部，并且在开口部的中心形成与背面的阳极条连接的圆柱状阳极电极即像素电极那样的构成。

此外，上述放射线检测器例如配置在氩与甲烷的混合气体中。另外，上述像素电极被施加了例如+600V的电压。

在上述放射线检测器中，若向上述检测器内入射规定的放射线，则上述气体电离而生成电子，该电子因施加于上述条状阴极电极与上述像素电极之间的大电压、以及因上述像素电极的则点电极的形态(形状各向异性)而生成的强力的电场，引发电子雪崩放大。另一方面，因上述电子雪崩放大而产生的正离子朝向周围的上述条状阴极电极漂移。

其结果，成为对象的条状阴极电极以及像素电极被分别充电有正离子与电子。因此，通过检测这样生成了电荷的条状阴极电极以及像素电极的位置，能够确定出放射线的检测器中的入射位置，能够进行放射线的检测(专利文献1)。

在上述放射线检测器中，若增大施加于像素电极的电压，则生成的电场的强度也增大，上述电子雪崩放大变得显著，因此条状阴极电极以及像素电极所生成的电荷量增大，放射线的灵敏度(气体放大率)提高。另一方面，若增大施加于像素电极的电压，则由于接合于像素电极的通路导体的形状所引起的异常放电，存在导致像素电极以及通路导体破损的情况。另外，若减小施加于像素电极的电压，则虽然上述异常放电减少，但上述电子雪崩放大的程度也变小，放射线的检测灵敏度将会降低。

出于这种观点，尝试了取代增大施加于像素电极的电压，而是将接合于像素电极的通路导体缩小化来使生成的电场的强度提高。然而，上述通路导体是在形成于印刷电路基板内的贯通孔内实施电镀填孔而形成的，因此为了将通路导体缩小化，上述贯通孔也需要进行缩小化。另一方面，若将贯通孔缩小化，则不能在上述贯通孔内均匀地进行电镀填孔，不能形成均匀的通路导体，会在上述像素电极产生异常放电、绝缘破坏、灵敏度偏差(担心低灵敏度的像素增加)等问题。因此，上述通路导体的缩小化取决于其制造方法而自然受到限制(专利文献2)。

同样，也尝试了取代增大施加于像素电极的电压而在放射线检测器安装GEM(GasElectron Multiplier；气体电子放大器)，但会因GEM的繁琐的设置而产生放大的偏差，也存在不能稳定地进行放射线检测这一问题。

其结果，现状中存在不能充分地提高上述像素型的放射线检测器的灵敏度(气体放大率)的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002－006047号公报

专利文献2：日本特开2012－013483号公报

发明内容

发明将要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供一种具有充分高的灵敏度(气体放大率)的、使用了基于像素型电极的气体放大的放射线检测器、使用了气体放大的放射线检测器的制造方法、以及基于使用了气体放大的放射线检测器的放射线检测方法。

用于解决技术问题的技术方案

为了实现上述目的，本发明为一种使用了气体放大的放射线检测器，包括：绝缘部件，具有第一面与位于上述第一面的背面侧的第二面；第一电极层，设于上述绝缘部件的上述第一面上，并且具有圆形状的开口部；像素电极，位于上述开口部的内侧；第二电极层，设于上述绝缘部件的上述第二面上；以及通路导体，经由所述绝缘部件内而以一端面接合于上述第二电极层，并且另一端面接合于上述像素电极，上述通路导体的上述另一端面侧的至少一部分呈圆柱状或者圆锥台状的形状，并且该通路导体的外径在上述一端面为最小。

另外，本发明为一种使用了气体放大的放射线检测器的制造方法，该使用了气体放大的放射线检测器包括：绝缘部件，具有第一面与位于上述第一面的背面侧的第二面；第一电极层，设于上述绝缘部件的上述第一面上，并且具有圆形状的开口部；像素电极，位于上述开口部的内侧；第二电极层，设于上述绝缘部件的上述第二面上；以及通路导体，经由所述绝缘部件内而以一端面接合于上述第二电极层，并且另一端面接合于上述像素电极，其特征在于，上述使用了气体放大的放射线检测器的制造方法具有：第一形成工序，在上述绝缘部件内形成与上述通路导体的形状对应的贯通孔；以及第二形成工序，以埋设上述贯通孔的方式进行电镀填孔，形成上述通路导体，通过上述第一以及第二形成工序获得的上述通路导体的上述另一端面侧的至少一部分呈圆柱状或者圆锥台状的形状，并且该通路导体的外径在上述一端面为最小。

而且，本发明为一种基于使用了气体放大的放射线检测器的放射线检测方法，该使用了气体放大的放射线检测器包括：绝缘部件，具有第一面与位于上述第一面的背面侧的第二面；第一电极层，设于上述绝缘部件的上述第一面上，并且具有圆形状的开口部；像素电极，位于上述开口部的内侧；第二电极层，设于上述绝缘部件的上述第二面上；以及通路导体，经由所述绝缘部件内而以一端面接合于上述第二电极层，并且另一端面接合于上述像素电极，其特征在于，上述通路导体的上述另一端面侧的至少一部分呈圆柱状或者圆锥台状的形状，并且该通路导体的外径在上述一端面为最小。

本发明人们为了实现本发明的目的而进行了深刻研究。结果发现，关于以往的、增大施加于像素电极的电压时的、取决于通路导体的形状的异常放电，在该通路导体为圆柱形状、且在其制造时在绝缘部件中形成贯通孔并且在该贯通孔内进行电镀填孔而形成通路导体时，在其内部产生空隙，在镀后的制造工序中的加热工序、气体封入工序中，由于空隙的存在，会导致镀破损、空隙的上部处的阳极电极变形，从而导致放射线检测器的灵敏度(气体放大率)不再稳定，容易产生异常放电。

因此，本发明人们为了避免在通路导体内产生空隙而进一步进行了深刻研究。结果发现，通过使通路导体的另一端面侧的至少一部分呈圆柱状或者圆锥台状的形状，并且使该通路导体的外径在一端面为最小，从而使通路壁与表面的缘位于比通路壁与底的缘后退的位置，因此镀液容易向通路孔循环，并且即使在通路壁与表面的缘处镀生长，也能够不封堵通路地抑制空隙的产生，并且发现，能够抑制因该空隙的存在而引起的电极形状异常，能够使放大率稳定化，抑制异常放电。

结果，本发明的使用了气体放大的放射线检测器(以下，有时称作“放射线检测器”)能够抑制取决于通路导体的形状的异常放电，因此能够增大施加于通路导体的电压，能够使放射线检测器的灵敏度(气体放大率)提高。而且，也能够抑制取决于通路导体的形状的灵敏度(气体放大率)的偏差，能够使检测精度提高。

另外，在本发明中，上述通路导体体的另一端面侧的至少一部分呈圆柱状或者圆锥台状的形状，并且该通路导体的外径在一端面为最小。由此，第一电极层与通路导体的一端面的距离也会增大。因此，第一电极层与通路导体的一端面之间的电场较弱，其结果，能够使电场集中于像素电极的另一端面。

此外，上述“圆锥台状”指的是通路导体中的例如另一端面侧的外径比一端面侧的外径大的形状。

在本发明中，能够设为，在将通路导体的另一端面的外径设为D1、将通路导体的一端面的外径设为d1的情况下，D1/d1为1.22以上、1.85以下的范围。在该情况下，能够获得上述本发明的作用效果，即，能够抑制通路导体的内部的空隙的产生，能够抑制因该空隙的存在而引起的放电、进而是取决于通路导体的形状的异常放电，能够增大施加于像素电极的电压，进而充分提高放射线检测器的灵敏度(气体放大率)。

另外，也能够设为，构成放射线检测器的绝缘部件例如由聚酰亚胺以及玻璃布构成，将其相对介电常数设为4.2～4.4(4.2以上，4.4以下)、进而是4.3。在该情况下，绝缘部件的绝缘特性成为良好的状态，即使在该绝缘部件的两主面形成第一电极层以及第二电极层、并对这些电极层间施加了相对较大的电压的情况下，也能够抑制这些电极间的放电，充分提高放射线检测器的灵敏度(气体放大率)。

此外，将构成放射线检测器的绝缘部件的相对介电常数优选的是设为3.0～4.9(3.0以上，4.9以下)，更优选的是设为4.2～4.4(4.2以上，4.4以下)，进而设为4.3为最佳。

发明效果

如以上说明那样，根据本发明，能够提供具有充分高的灵敏度(气体放大率)的、使用了基于像素型电极的气体放大的放射线检测器。

附图说明

图1是概略地表示本实施方式中的利用了气体放大的放射线检测器的构成的图。

图2是放大表示图1所示的像素型放射线检测器(放射线检测器主体)的立体图。

图3是放大表示图2所示的像素型放射线检测器的像素电极周边部分(图2中的E－E剖面)的剖面图。

图4是表示图2所示的像素电极周边部分的绝缘部件的相对介电常数与电压施加试验下的放电开始电压的关系的图。

图5是放大表示一部分构造与图3所示的像素型放射线检测器不同的其他像素型放射线检测器的像素电极周边部分的剖面图。

图6是放大表示一部分构造与图3以及图5所示的像素型放射线检测器不同的其他像素型放射线检测器的像素电极周边部分的剖面图。

图7是放大表示一部分构造与图3、图5以及图6所示的像素型放射线检测器不同的其他像素型放射线检测器的像素电极周边部分的剖面图。

图8是本实施方式的放射线检测器的制造方法中的工序图。

图9是本实施方式的放射线检测器的制造方法中的工序图(表示第一形成工序的图)。

图10是本实施方式的放射线检测器的制造方法中的工序图(表示第二形成工序的图)。

具体实施方式

以下，基于用于实施发明的方式说明本发明的特征以及其他优点。

＜放射线检测器＞

图1是概略地表示本实施方式的放射线检测器的构成的图(从平面方向观察的图)，图2是放大表示图1所示的像素型放射线检测器(放射线检测器主体)的立体图。另外，图3是放大表示图2所示的像素型放射线检测器的像素电极周边部分的剖面图(E－E剖面图)。

如图1所示，本实施方式的放射线检测器10包括像素型放射线检测器(放射线检测器主体)20、布线基板12、包含馈通部14A的气体封入腔室14等。在布线基板12形成有电流检测电路等。像素型放射线检测器20安装于该布线基板12上。布线基板12上的像素型放射线检测器20例如与氩和甲烷的混合气体一起收容于气体封入腔室14内。此外，布线基板12的一部分如图1所示那样，经由馈通部14A向气体封入腔室14之外露出。如图2所示，像素型放射线检测器20包含检测面板21和在该检测面板21的上方相对置地设置的电极板22。

如图2、图3所示，检测面板21包括绝缘部件211、第一电极层212、第二电极层213、像素电极(像素型电极)212B、通路导体214。绝缘部件211具有第一面(第一主面)211A与位于第一面211A的背面侧的第二面(第二主面)211B。第一电极层212设置在绝缘部件211的第一面211A上，并且具有圆形状的开口部212A。该第一电极层212是配置成条状的阴极的电极层。另一方面，第二电极层213设置在绝缘部件211的第二面211B上。该第二电极层213是以向与第一电极层212以直角交叉的方向延伸的方式配置成条状的阳极的电极层。像素电极212B是设置在绝缘部件211的第一面211A上的开口部212A的内侧(中心部分)的阳极的电极。通路导体214经由绝缘部件211内而以一端面(图2、图3中的下端面)214B接合于第二电极层213。并且，通路导体214以另一端面(图2、图3中的上端面)214A接合于位于绝缘部件211中的第一面211A侧的开口部212A的内侧的像素电极212B。换句话说，通路导体214贯通绝缘部件211内并且将像素电极212B与第二电极层213层间连接。

如图3所示，通路导体214的另一端面(上端面)214A侧的至少一部分呈圆柱状或者圆锥台状的形状，并且该通路导体214的外径在一端面(下端面)214B为最小。具体而言，在图3所示的例子中，通路导体214包含另一端面(上端面)214A侧的一部分以及一端面(下端面)214B侧的一部分地使整体形成为圆锥台状(倒圆锥台状)。换言之，通路导体214的沿着绝缘部件211的厚度方向的剖面(以下，有时称作“纵向剖面”)的形状构成为倒梯形形状。关于通路导体214的这种形状，在制造时，在绝缘部件211中形成贯通孔并且在该贯通孔内进行电镀填孔而形成通路导体214时，能够抑制其内部产生空隙，并能够抑制因该空隙的存在而引起的放电、进而是取决于的通路导体214的形状的异常放电。

结果，放射线检测器10能够抑制取决于通路导体214的形状的异常放电，因此能够增大施加于通路导体214的电压，能够使放射线检测器10的灵敏度(气体放大率)提高。这里，上述电镀填孔指的是在硫酸铜镀浴中添加抑制镀生长抑制剂和促进镀生长的促进剂。换句话说，电镀填孔是如下方法：应用到抑制剂根据物质的扩散定律，在通孔内部难以吸附而在基板表面易于吸附这一点，在通孔内部优先地使铜析出。更具体而言，首先，使促进剂均匀地吸附于通孔的底面、侧面、基板表面。接着，在通孔内部，伴随着镀的生长，表面积减少。这样，通孔内的促进剂变得稠密，通孔内部的镀形成速度比基板表面的镀形成速度快。如已叙述那样，电镀填孔能够利用抑制剂以及促进剂这两者的效果利用铜填充通孔内部。

另外，在本实施方式中，由于通路导体214如上述那样形成为圆锥台状，因此第一电极层212与通路导体214的一端面(下端面)214B的距离增大。因此，也能够抑制第一电极层212与通路导体214的一端面(下端面)214B之间的放电(异常放电)。

此外，表现出通路导体214的形状的“倒圆锥台状”指的是，如图3所示，通路导体214的另一端面(上端面)214A的外径D1比一端面(下端面)214B的外径d1大的状态。倒圆锥台状的通路导体214中的一端面(下端面)214B侧的锥角(与通路导体214的底面与侧面所成的内角对应的外角)根据通路导体214的深度而不同。如果D1/d1为1.22～1.85(1.22以上，1.85以下)，则上述的锥角期望的是至少上限的角度为87.5°。若该锥角例如达到90°，则通路导体214的侧面将会成为笔直形状，在该情况下，担心不能良好地镀敷或产生空隙。具体而言，若将通路导体214中的一端面(下端面)214B的外径d1例如在10μm～60μm的范围内构成，对应于此地将通路导体214中的另一端面(上端面)214A的外径D1构成为满足上述比(1.22～1.85)，并且将通路导体214的深度例如在5μm～400μm的范围内构成，则较容易将上述锥角的上限的角度抑制到87.5°以下。

在本实施方式的放射线检测器10中，如上述那样，通路导体214的另一端面214A的外径D1和通路导体214的一端面214B的外径d1之比即D1/d1优选的是1.22～1.85(1.22以上，1.85以下)。在该情况下，能够获得上述本实施方式的作用效果，即，能够抑制通路导体214内部的空隙的产生，抑制因该空隙的存在而引起的放电、进而是取决于通路导体214的形状的异常放电，增大施加于通路导体214的电压，充分提高放射线检测器10的灵敏度(气体放大率)。这里，若D1/d1超过1.85，则通路导体214的侧面的角度过量，其结果，通路导体214的一端面(下端面)214B的直径变小，与第二电极层(内层导体层)213的连接面积减少。由此，在通路导体214的一端面214B产生连接不良的可能性变大。另外，同样，若D1/d1超过1.85，则通路导体214的侧面的角度过量，为了确保通路导体214的一端面214B与第二电极层(内层导体层)213的充分的连接面积需要减小通路导体214的深度。减小通路导体214的深度意味着，在放射线检测器10中，交叉的阳极带状线与阴极带状线接近。这样的接近会导致在电极部集中的电场分散，在相同的电位差的条件下，气体放大率降低。假设希望通过提高电位差来确保同等的气体放大率，则产生放电的可能性变大，难以使放射线检测器10稳定地动作。另一方面，D1/d1小于1.22时，通路导体214的侧面过于接近锥形较少的笔直的形状，镀液不会顺畅地回流，通路导体214的一端面214B与第二电极层(内层导体层)213产生连接不良，担心通路导体214的另一端面214A侧等先于通路导体214内部的镀生长地生长而形成空隙。

作为一个例子，在将绝缘部件211的厚度t1设为75μm的情况下，通路导体214的另一端面(上端面)214A的外径D1能够设为55μm～65μm，通路导体214的一端面(下端面)214B的外径d1能够设为35μm～45μm。

此外，开口部212A的直径D3能够设为80μm～300μm，位于通路导体214的另一端面(上端面)214A上的导体图案212B的侧面(外周面)和第一电极层212的开口部212A的侧面(内周面)的距离D2能够设为20μm～130μm。

另外，在本实施方式中，构成放射线检测器10的绝缘部件211的相对介电常数优选的是设为3.0～4.9(3.0以上，4.9以下)，更优选的是设为4.2～4.4(4.2以上，4.4以下)，而且设为4.3为最佳。在该情况下，绝缘部件211的绝缘特性成为良好的状态，即使在向形成于该绝缘部件211的主面211A以及背面211B的第一电极层212以及第二电极层213间施加了限定较大的电压的情况下，也能够抑制这些电极间的放电，能够充分地提高放射线检测器10的灵敏度(气体放大率)。

这里，图4示出了绝缘部件211的相对介电常数与电压施加试验下的放电开始电压[V]的关系。在图4中，为应用了分别组合3种上述距离D2(GAP：间隙)和相对介电常数不同的7种绝缘部件211而构成的多个种类的放射线检测器的试验结果。此外，在图4中，每一个组合的放射线检测器的样品台数(试验台数)为3台。如图4所示，例如在将D2(间隙)设为95μm、将绝缘部件211的相对介电常数设为4.2～4.4(4.3)的情况下，放电开始电压提高，获得了良好的结果。

另外，相对介电常数4.2～4.4的绝缘部件211例如能够通过聚酰亚胺以及玻璃布的混合物来获得。

此外，第一电极层212以及第二电极层213能够由铜、金、银、镍、铝等导电性部件构成。

图5是本实施方式的变形例。如图5所示，通路导体215的另一端面(上端面)215A侧的至少一部分呈圆柱状或者圆锥台状的形状，并且在该通路导体215的整个外径之中，一端面(下端面)215B的外径最小。但是，在图5所示的例子中，与图3所示的例子不同，通路导体215的另一端面(上端面)215A侧的一部分215C呈圆锥台状的形状，另一方面，一端面(下端面)215B侧的一部分215D形成为倒圆锥台状。本实施方式的放射线检测器也能够应用这种形状的通路导体215，

图6以及图7是本实施方式的其他变形例。图6以及图7分部是放大表示图2所例示的像素型放射线检测器的像素电极周边部分(图2中的E－E剖面)的剖面图。在图6的例子中，第一电极层212的侧面(内周面)以及像素电极212B的侧面(外周面)以朝向绝缘部件211的一端面(上端面)211A侧逐渐增大的方式形成为锥状。另一方面，在图7的例子中，第一电极层212的侧面(内周面)以及像素电极212B的侧面(外周面)以朝向绝缘部件211的一端面(上端面)211A侧逐渐缩小的方式形成为锥状。

然而，只要通路导体214呈倒圆锥台状的形状，在图6以及图7所示的方式中，都能够获得本实施方式的作用效果，即，在形成通路导体214时，能够抑制其内部产生空隙，并能够抑制因该空隙的存在而引起的放电、进而是取决于通路导体214的形状的异常放电。结果，放射线检测器10能够抑制取决于通路导体214的形状的异常放电，因此能够增大施加于通路导体214的电压，能够使放射线检测器10的灵敏度(气体放大率)提高。

若进一步详细叙述。则图6的方式中，能够抑制通路导体214的另一端面(上端面)214A从像素电极212B的最外径部分(像素电极212B的绝缘部件211侧的部位)突出等。这里，在通路导体214的另一端面214A从像素电极212B突出的情况下，气体中的阳极(通路导体214的另一端面214A的外周)与阴极(第一电极层212的侧面)的分离距离接近，因此担心容易产生放射线检测器10的灵敏度(气体放大率)的变化及放电。另外，在图6的方式中，由于阳极(像素电极212B)的侧面与其平面(上表面)所成的角度、以及阴极(第一电极层212)的侧面与其平面(上表面)所成的角度分别为钝角，因此能够抑制电场的集中，难以引发放电。

另一方面，在图7的方式中，阳极(像素电极212B)的侧面与其平面(上表面)所成的角度、以及阴极(第一电极层212)的侧面与其平面(上表面)所成的角度分别构成为锐角。在图7的方式中，虽然通路导体214的另一端面214A从像素电极212B(比像素电极212B的最外径部分)突出，但通过将上述各个角度形成为锐角，因此引起电场的集中，其结果，能够使放射线检测器10的灵敏度(气体放大率)提高。

＜放射线检测器的制造方法＞

对本实施方式的放射线检测器10的、特别是检测面板21的制造方法进行说明。

图8～图10是关于本实施方式的制造方法的工序图，对于与图1～图3类似或相同的构成要素使用了相同的附图标记。此外，图8～图10分别是放大地表示图2所例示的像素型放射线检测器的像素电极周边部分(图2中的E－E剖面)的剖面图。

首先，在例如包含聚酰亚胺以及玻璃布的绝缘部件211的第一面211A以及第二面211B上，如图8所示那样形成金属箔212X以及213X，在金属箔212X的规定的位置通过蚀刻或激光形成开口部212XH。

接着，如图9所示，对于绝缘部件211，经由开口部212XH，例如使用CO2气体激光或UV－YAG激光形成倒圆锥台状的贯通孔211H。换句话说，实施在绝缘部件211内形成与通路导体214的形状对应的贯通孔211H的第一形成工序。

此外，贯通孔211H的另一端侧(上端部分)的孔径H1与贯通孔211H的一端侧(下端部分)的孔径h1之比H1/h1，优选的是如成为形成对象的通路导体214的另一端面(上端面)214A的外径D1与通路导体214的一端面(下端面)214B的外径d1之比D1/d1为1.22～1.85(1.22以上，1.85以下)那样，同样设为1.22～1.85(1.22以上，1.85以下)。

接着，如图10所示，对绝缘部件211的贯通孔211H进行化学镀以及电镀，填充贯通孔211H，在贯通孔211H内形成倒圆锥台状的通路导体214。换句话说，实施以埋设贯通孔211H的方式进行电镀填孔而形成通路导体214的第二形成工序。

接着，减薄伴随着上述化学镀以及电镀而厚度增大的金属箔212X，之后进行图案化，制造图3所示的那种检测面板21。

此外，在上述具体例中，分别从金属箔212X以及213X中形成第一电极层212以及第二电极层213，但也能够采用例如在硅基板上粘贴绝缘部件、并在其上形成检测面板21的构成。在该情况下，能够利用半导体工序形成第一电极层212、第二电极层213等的形成，因此该电极层的形成的精度提高。

以上，基于上述具体例详细地说明了本发明，但本发明并不限定于上述具体例，只要不脱离本发明的范围，也能够进行所有的变形、变更。

附图标记说明

10…放射线检测器，20…像素型放射线检测器(放射线检测器主体)，21…检测面板，22…电极板，211…绝缘部件，211H…贯通孔，212…第一电极层，212A…第一电极层的开口部，212B…像素电极，213…第二电极层，214…通路导体，214A…通路导体的另一端面(上端面)，214B…通路导体的一端面(下端面)。