JPH0464264A - 半導体放射線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体放射線検出器に関し、特にγ線線量
計などのエネルギー補正に関するものである。

〔従来の技術〕

第７図は特開昭６３−１９３０８８号公報に記載された
従来の半導体放射線検出器の構成を示す断面図である。

図において、（１）はシリコンＳｉて形成されたサブス
トレート層、（２）はリンＰをサブストレート層（１）
に高濃度にトープした０４層、（３）はホロンＢを高濃
度にトープしたＰ＋層で、これらｎ＋層（２）、Ｐ＋層
（３）にはそわそわ金属、例えばＡＩの正電＆（４）及
び負電極（５）か接触している。（６）は酸化膜、（７
）はサブストレート層（１）の上端部のチャネルストッ
パーである。

図中、矢印Ａは放射線、例えばγ線の入射方向てあり、
矢印Ｂは出射方向を示している。この従来例の場合は、
サブストレート層（１）の厚さは４００μｍ程度と厚く
なっている。

次に動作について説明する。第７図のｐ−ｎ接合型のタ
イオードに逆バイアスを印加することにより、有感層す
なわち空乏層（８〉か図中１ｄの距離たけ広がる。空乏
層厚１ｄは次式で表わされる。

ｑ　　　　　　　　　　　　　Ｎ＾ ここで、■は印加電圧、ＮＡはアクセプター濃度、εは
誘電率、ｑは素電荷である。

γ線がこの半導体放射線検出器を通過する時、光電効果
、コンプトン効果及び電子対生成のいずれかの過程で２
次電子を発生ずる。この２次電子が更にＳｉと相互作用
を起すことて電子−正孔対が生成される。上述した空乏
層（８）で電子−正孔対か生成された時のみ、空乏層（
８）をドリフトする電子正孔による誘起パルスか電極（
４）。

（５）間に発生する。空乏層（８）以外て生成ざわた電
子−正孔対は再結合を起しパルスには寄与しない。

さて幅広いエネルキー領域に亘り照射線量と計数との間
の直線性を確保するには空乏層（８）厚を十分に厚くす
る必要かある。例えば３ＭｅＶのγ線のＳｉ中ての飛程
は１１．８ｃｍにも達する。

つまり、入射エネルギーの低い場合には空乏層（８）が
薄くても十分な感度が得られるが、入射エネルキーか高
くなると線吸収係数が著しく小さくなる為に感度が下が
る。従ってエネルギ補正性能を向上させる必要か生しる
。この従来例の場合は空乏層（８）に隣接して４００μ
ｍの厚いサブストレート層（１）を設けることで高エネ
ルギー側の感度向上を計っている。つまり空乏層（８）
を通過し感度に寄与しない高エネルギーγ線の１部はサ
ブストレート層（１）で相互作用して２次電子を発生す
る。この２次電子の一部は後方散乱し再び空乏層（８）
に達する為に感度向トにつながる。

〔発明が解決しようとする課題） 従来の半導体放射線検出器は、エネルギ補正性能を向上
させる為、即ち高エネルギーγ線に対する感度を向上さ
せる為に、空乏層に隣接して１５０〜４５０μｍ程度の
厚いサブストレート層を設けるように構成されているの
で、サブストレート層中で起る電子の後方散乱の割合は
この層の厚さのみに依存し、材料を変えることかできな
いという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、自由な材料、厚さ及び形状の部材によって高
エネルギー領域の感度を高めることかでき、エネルキー
補正性能を向上できる半導体放射線検出器を得ることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る半導体放射線検出器は、１対の電極を有
するＰ／Ｎ接合型またはＰＩＮ構造で構成され有感層に
入射する放射線によって生じる電子−正孔対を検知する
ことにより放射線を検出する半導体放射線検出器におい
て、放射線出射側電極の出射側の面に、原子番号が２２
以上の金属で、かつ厚さが２００μｍ以上で構成された
バッキング材を備えたことを特徴とするものである。

〔作用〕

この発明におけるバッキング材は、原子番号がＳｉの１
４に比へ大きく、また厚さが２００μｍ以上であること
から、高エネルギー側の検出感度を入射エネルギーに応
じて高めることができ、エネルキー補正性能の向上か計
れる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、（１）は数μｍ〜数ｍｍのシリコンＳｉで
形成されたサブストレート層、（２）はリンＰをサブス
トレート層（２）に高濃度にトープしたｎ＋層で、厚さ
は数μｍ程度、（３）はポロンＢを高濃度にトープした
Ｐ＋層て、厚さは１μｍ程度である。これらのｎ＋層（
２）、ｐ”層（３）にはそれぞれアルミニウムＡＩ又は
金Ａｕ等で構成された正電極（４）及び負電極（５）か
接触している。正電８ｉ（４）は数μｍ程度、負電極（
５）は０．数μｍ程度の厚さである。（６）は数μｍ程
度の厚さの酸化膜５ｉｎ２、（７）はサブストレート層
（１）の上端部のチャネルストッパーである。（９）は
放射線の出射方向く矢印Ｂ方向）側の電極面（５）の出
射方向側に形成されたバッキング材であり、鉛ｐｂで厚
さが１ｍｍ程度である。

γ線が半導体放射線検出器の有感層、即ち空乏層（８）
に入社し、光電効果、コンプトン効果及び電子対生成の
いずれかの過程で２次電子を発生させた場合、この２次
電子は空乏層（８）の中に電子−正孔対を生成し、電極
（４）、（５）間に誘起パルスが発生する。

γ線のエネルギーが高くなるにつれて空乏層（８）でγ
線が２次電子を発生させる確率は小さくなる。つまり検
出器の有感部をγ線か素通りすることになる。例えば、
３　ＭｅＶのγ線か空乏層（８）厚１５０μｍのＳｉ半
導体放射線検出器に垂直に入射した場合、空乏層（８）
での効率は０．１４％と低く、９９．８６％のγ線は有
感部を素通りすることになる。この空乏層（８）を素通
りしたγ線の１部はサブストレート層（１）、ｐ＋層（
３）。

負電極（５）及びバッキング材（９）て反応し二次電子
を発生させる。この場合サブストレート層（１）及びｐ
“層（３）に比べてバッキング材（９）の原子番号が８
２　（Ｐｂ）て大きいこと及び厚さが１ｍｍで厚いこと
から、バッキング材（９）での反応が支配的である。

バッキング材（９）で発生した二次電子のうちでエネル
ギーが大きくかつ空乏層（８）方向へ散乱を受けた電子
の一部は、再び空乏層（８）に達する。そしてＳｉとの
相互作用により電子−正孔対を生成させ検出器の感度を
高めることになる。

さて、エネルギー特性の観点から感度を特に高める必要
のあるエネルギー領域はＩ　ＭｅＶから３ＭｅＶの領域
である。このエネルギー領域において、γ線と鉛ｐｂあ
るいはＳｉの相互作用はコンプトン効果が支配的であり
、反跳電子はほぼ前方に集中してくる。従って、電子の
後方散乱係数の大きな材料はど増感効果を増すことにな
る。第２図に原子番号Ｚの関数として飽和後方散乱係数
（Ｗ、Ｐａｕｌによる）を示す。

第２図から５ｉ（Ｚ　＝１４）及びＰｂ（Ｚ＝８２）ノ
飽和後方散乱係数の比を求めるとｐｂが約３．１倍大き
い。従って明らかにｐｂのバッキング材（９）を使用し
た方が後方へ散乱される電子の数か多くなる訳であるが
、一方でｐｂ中での電子の飛程が小さいという増感効果
に対してマイナス要因もある。ただし、ｐｂ中で後方散
乱を受ける電子の持つエネルギーはＳｉ中でのそわに比
へて大きくなるので、飛程の問題によって増感効果がＳ
ｉより劣るということにはならない。

第３図に空乏層（８）厚さが１５０μｍ、受光面が１　
ｃｍ２て、バッキング材を設けない検出器。

バッキング材がｐｂのもの、バッキング材がＳｉのもの
（構造については第１図と同様）のエネルギー特性の評
価結果を示す。図において、横軸は入射γ線エネルキ−
（ＭｅＶ　）　、縦軸は感度（ｃｐｓ／　（ｍＲ／ｈ）
である。図に示す様に、Ｓｉバッキング材に比へｐｂバ
ッキング材を用いた検出器の方か高エネルギー領域にな
るにつれて感度が増大していることか分る。

第３図の特性は検出器を真空中に置いた場合を想定した
評価結果である。空気中に検出器を置いた場合、あるい
は検出器前面にエネルギーフィルターを設けた場合は更
にエネルギー特性が改善され、平坦化されることになる
。

バッキング材（９）の材料については、飽和後方散乱係
数か高いものが良く、サブストレート層（１）を構成し
ている５ｉ（Ｚ＝１４）以上の原子番号を有する金属で
あれば効果がある。第２図の特性図から言えば、飽和後
方散乱係数か０．２程度のＴｉ（Ｚ＝２２）以上である
金属か好ましい。加工性やコスト面からＰｂ　（Ｚ　＝
　８２）　、　Ｆｅ　（Ｚ　＝　２６）　。

Ｗ（Ｚ＝７４）なとて実施できる。

また、バッキング材（９）の厚さについては、材料かｐ
ｂの場合の特性を第４図に示す。図において、横軸はｐ
ｂによるバッキング材（９）の厚さ（ｍｍ）を示し、縦
軸は増感倍率を示している。図によれば、厚さの増加に
応して増感倍率は高くなるか、０．５ｍｍ以上では、増
感倍率の増加は少なくなっている。ｐｂの場合、０．２
　　（ｍｍ）以上の厚さてあれば効果かある。この厚さ
は他の材料の場合には異なる値になるか、やはり０．２
　　（ｍｍ）即ち２００μｍ以上であれば効果かある。

この実施例によれば、従来例のように空乏層（８）に隣
接するサブストレート層の厚さを厚くする必要かない。

原子番号２２以上の金属で、厚さが２００μｍ以上、ま
た形状は自由であるという自由度の高いバッキング材に
より、高エネルギー領域の感度を高めることができ、エ
ネルキー補正性能を向上できる。

また、上記実施例では負陰極（５）に接してバッキング
材（９）を配した負陰８ｉ（５）自身を原子番号か２２
以上の重金属として厚さを数百μｍから数ｍ１Ｉｌと厚
くしても同様の効果か得られる。

また、上記実施例はＰ／Ｎ接合型のダイオードの例を示
したが第５図に示すＰＩＮ構造のものに適用できる。図
において、（２）はｐ＋層。

（３）はｎ層、（１０）は有感部である１層であり、バ
ッキング材（９）の材料、作用、効果は１託実施例と同
様である。

また、第６図はａ−５ｊ／ｃ−５ｉへテロ接合構造を有
する半導体放射線検出器に適用した例である。図におい
て、（１）はＰ型ｃ−５ｉ層、（２）はｎ型ａ−５ｉ層
であり、この構造の検出器は、ノイズが少ないものであ
る。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、１対の電極を有する
Ｐ／Ｎ接合型またはＰＩＮ構造で構成され有感層に入射
する放射線によって生しる電子正孔対を検知することに
より放射線を検出する半導体放射線検出器において、放
射線出射側電極の出射側の面に、原子番号が２２以上の
金属で、かつ厚さが２００μｍ以上て構成されたバッキ
ング材を備えたことにより、サブストレート層に相当す
る部分の材料、厚さ及び形状か自由に選択でき、高エネ
ルギー領域の感度を高めることかできる半導体放射線検
出器が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による半導体放射線検出器
を示す断面図、第２図は原子番号に対する電子の飽和後
方散乱係数を示す特性図、第３図は半導体放射線検出器
のバッキング材の有無及び種類について、入射γ線エネ
ルギー（ＭｅＶ　）に対する感度（ｃｐｓ／ｍＲ／ｈ）
を示す特性図、第４図は鉛バッキング材の厚さ（ｍｍ）
に対する増感倍率を示す特性図、第５図及び第６図はそ
れぞれこの発明の他の実施例を示す断面図、第７図は従
来の半導体放射線検出器を示す断面図である。 （１）−・・サブストレート層、（２）・・・ｎ層層、
（３）・”ｐ＋層、（４）−・・正電極、（５）・・・
負電極、（８）・・・空乏層、（９）−・・バッキング
材。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　１対の電極を有するＰ／Ｎ接合型またはＰＩＮ構造で
   構成され、有感層に入射する放射線によって生じる電子
   −正孔対を検知することにより上記放射線を検出する半
   導体放射線検出器において、上記放射線出射側電極の出
   射側の面に、原子番号が２２以上の金属で、かつ厚さが
   ２００μｍ以上で構成されたバッキング材を備えたこと
   を特徴とする半導体放射線検出器。