東北大学の研究グループが、金属インクを用いたインクジェット印刷により医療用画像スキャナー用半導体検出器の電極形成を実現しました。
この研究成果は、Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipmentに掲載されています。
この記事は下記論文の紹介記事です。
論文：
Kikuchi, Yohei, et al. "Segmented electrode formation of semiconductor detector based on printable electronics technology for a medical imaging scanner." Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment (2019): 162650.
セグメント化された半導体検出器は、X線およびガンマ線イメージングシステムでよく使用されており、代表的なスキャナーは医学で使用される診断スキャナーです。
シンチレーション検出器を利用するほとんどのスキャナーと比較して、半導体ベースのスキャナーは、より優れた空間分解能と優れた画像定量性が特徴です。それらの優れた性能は、すでに多くの分野で十分に実証されています。
一般に、セグメント化された検出器は、フォトリソグラフィーを使用して半導体ウェーハ上にセグメント化された電極を形成することにより作製されます。このプロセスは、集積回路を製造するための主要な方法であり、このプロセスに関連する初期費用と設備費用が高いため、本質的に大量生産に適しています。半導体ベースの医療用スキャナーの生産規模を考えると、このプロセスは検出器の製造、特にほとんどの開発プロジェクトで必然的に必要とされるプロトタイピングプロセスにはあまり適していません。
このような課題から、同グループは、セグメント化された半導体検出器の電極の製造におけるIJメソッドのプロセス条件を最適化しました。医療用スキャナーの製造に有望な材料であるテルル化カドミウム（CdTe）のウエハーを検出器基板として本研究では用いています。
結果として得られた電極パターンは、インクジェット技術がサブミリメートルの配列と数十マイクロメートルのギャップを持つ微細な検出素子を形成できることを実証しました。さらに、医療用画像スキャナーの構築に適していることが示されました。さらに、提案されたアプローチが検出器の性能に関して従来のプロセスと互換性があることも実証されました。開発されたプロトタイプ検出器は、従来の方法に基づく他の検出器に匹敵する良好なエネルギー分解能を達成しました。
このような結果から、IJ手法に基づく製造プロセスは、検出器の性能を低下させることなく、細かく分割された電極を備えた半導体検出器のオンデマンド生産を促進できます。
したがって、さまざまな材料インクを適用することにより、他の多くのタイプの検出器を製造でき、蒸発技術を使用して製造した検出器の性能とほぼ同等の性能を得ることができると期待できます。
重要な点は、この方法は安価であり、高価な機器を必要としないことです。実際、この研究で使用したIJマシンのコストは、電極層の形成に一般的に使用されている蒸着システムのコストよりも低くなっているとのことです。
さらに、セグメント化された検出器の一連の製造プロセスを実行するために追加の機器を必要としません。さらに、Auインクは標準の蒸着材料よりも高価ですが、この方法はオンデマンドディスペンスによる材料の消費効率の点で有利であり、この機能は価格に関する懸念を補うことができます。通常、このような材料インクは、単純な化学プロセスまたは物理プロセスによって合成できます。したがって、この分野での広範な使用は、生産コストの削減により、IJ法を工業的に有利にすると期待できるとのことです。
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