JPH0716024B2 - 半導体放射線検出素子の製造方法 - Google Patents
半導体放射線検出素子の製造方法Info
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- JPH0716024B2 JPH0716024B2 JP62196913A JP19691387A JPH0716024B2 JP H0716024 B2 JPH0716024 B2 JP H0716024B2 JP 62196913 A JP62196913 A JP 62196913A JP 19691387 A JP19691387 A JP 19691387A JP H0716024 B2 JPH0716024 B2 JP H0716024B2
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- amorphous
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水素原子を用いて速中性子を検出する半導体放
射線検出素子に関する。
射線検出素子に関する。
半導体放射線検出素子はpn接合型やショットキー接合型
などのダイオード構造を有し、この接合部に逆バイアス
を印加して空乏層を広げ、その空乏層中に放射線を入射
させ、その飛程に生ずる電子−正孔対をカウントして放
射線を検出するものである。この方法でα，β，γ,x線
のような電離作用を有する放射線の検出は可能である。
しかし、中性子は電荷を持たないため、核反応以外には
軌道電子や原子核のクーロン場にはなんらの作用も及ぼ
さず、従って電子−正孔対は生じない。それゆえ、上述
のような半導体放射線検出素子はそのままでは中性子の
検出には不適である。
などのダイオード構造を有し、この接合部に逆バイアス
を印加して空乏層を広げ、その空乏層中に放射線を入射
させ、その飛程に生ずる電子−正孔対をカウントして放
射線を検出するものである。この方法でα，β，γ,x線
のような電離作用を有する放射線の検出は可能である。
しかし、中性子は電荷を持たないため、核反応以外には
軌道電子や原子核のクーロン場にはなんらの作用も及ぼ
さず、従って電子−正孔対は生じない。それゆえ、上述
のような半導体放射線検出素子はそのままでは中性子の
検出には不適である。
半導体中性子検出素子には、ほう素の同位元素10Bによ
る10B（n,α）変換を用いたもののほかに、水素原子を
用いたものが知られている。これは（n,p）散乱反応を
利用して速中性子を検出する方法で、中性子は自分のエ
ネルギーの一部を陽子に与え、陽子の引き起こすイオン
の化現象，励起現象の結果を利用するものである。しか
し、このための水素原子を半導体基体中に固定すること
は簡単ではない。
る10B（n,α）変換を用いたもののほかに、水素原子を
用いたものが知られている。これは（n,p）散乱反応を
利用して速中性子を検出する方法で、中性子は自分のエ
ネルギーの一部を陽子に与え、陽子の引き起こすイオン
の化現象，励起現象の結果を利用するものである。しか
し、このための水素原子を半導体基体中に固定すること
は簡単ではない。
例えば、この原理を用いた半導体中性子検出素子として
は、水素原子を多量に含む板、例えばポリエチレン板を
半導体放射線検出素子の前面に載置したものがある。し
かし、これは構造が複雑になることや検出効率が悪いな
どの欠点がある。また、水素原子を多量に含むという点
から非晶質半導体を用いた半導体中性子検出器が特開昭
56−114382号公報により公知である。その公報には、水
素化非晶質シリコンあるいは非晶質ゲルマニウムが用い
られる非晶質半導体でｐ−ｉ−ｎ構造を作成した実施例
が開示されている。現在、非晶質シリコンは太陽電池を
はじめ各分野に用いられ、極めて容易に作成できるもの
となっているが、この非晶質シリコンは水素原子によっ
てダングリングボンドを補償し、多量の水素原子をとり
込んでいる。この点に着目した前記素子は極めて有効な
着想であり、水素原子が素子自体の中に固定されている
点でもすぐれている。
は、水素原子を多量に含む板、例えばポリエチレン板を
半導体放射線検出素子の前面に載置したものがある。し
かし、これは構造が複雑になることや検出効率が悪いな
どの欠点がある。また、水素原子を多量に含むという点
から非晶質半導体を用いた半導体中性子検出器が特開昭
56−114382号公報により公知である。その公報には、水
素化非晶質シリコンあるいは非晶質ゲルマニウムが用い
られる非晶質半導体でｐ−ｉ−ｎ構造を作成した実施例
が開示されている。現在、非晶質シリコンは太陽電池を
はじめ各分野に用いられ、極めて容易に作成できるもの
となっているが、この非晶質シリコンは水素原子によっ
てダングリングボンドを補償し、多量の水素原子をとり
込んでいる。この点に着目した前記素子は極めて有効な
着想であり、水素原子が素子自体の中に固定されている
点でもすぐれている。
しかしながら、この非晶質半導体は空乏層幅が約１μｍ
と非常に薄く、またライフタイムも著しく短く半導体放
射線検出素子としては問題がある。すなわち、入射放射
線によって非晶質半導体の空乏層内で生成する電子−正
孔対の数が少なく、しかもライフタイムが短いため得ら
れる信号が小さくノイズ成分との判別が困難である。
と非常に薄く、またライフタイムも著しく短く半導体放
射線検出素子としては問題がある。すなわち、入射放射
線によって非晶質半導体の空乏層内で生成する電子−正
孔対の数が少なく、しかもライフタイムが短いため得ら
れる信号が小さくノイズ成分との判別が困難である。
本発明の目的は、非晶質半導体に含まれる水素原子を利
用して中性子を検出でき、かつ信号の大きい半導体放射
線検出素子を提供することにある。
用して中性子を検出でき、かつ信号の大きい半導体放射
線検出素子を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明によれば、接合が
形成された結晶半導体素体の少なくとも一面上に、非晶
質半導体層を堆積する工程と、この非晶質半導体層に水
素プラズマをさらす工程とを、少なくとも３回、交互に
繰り返すこととする。
形成された結晶半導体素体の少なくとも一面上に、非晶
質半導体層を堆積する工程と、この非晶質半導体層に水
素プラズマをさらす工程とを、少なくとも３回、交互に
繰り返すこととする。
ライフタイムの長い結晶質半導体素体に形成された接合
により生ずる空乏層に放射線が入射により生成する電子
−正孔対は数が多いので放射線検収効率が高く、また表
面上に被着された非晶質半導体層は水素の侵入により高
い水素原子濃度を有するので速中性子と水素原子との反
応を起きる確率が高く、速中性子に対しても高い感度を
有する。特に、非晶質半導体層形成工程と、この層に水
素をさらす工程とを繰り返すことにより、全体として、
厚さが厚く且つより水素濃度の高い水素化非晶質半導体
層が得られる。
により生ずる空乏層に放射線が入射により生成する電子
−正孔対は数が多いので放射線検収効率が高く、また表
面上に被着された非晶質半導体層は水素の侵入により高
い水素原子濃度を有するので速中性子と水素原子との反
応を起きる確率が高く、速中性子に対しても高い感度を
有する。特に、非晶質半導体層形成工程と、この層に水
素をさらす工程とを繰り返すことにより、全体として、
厚さが厚く且つより水素濃度の高い水素化非晶質半導体
層が得られる。
第１図は本発明の一実施例を示し、例えば内部にpn接合
を有するシリコン基板１の両面に電極2,3が設けられ、
それぞれにリード線21,31が接続されている。基板１の
一方の面には電極２を覆って非晶質シリコン層41,42,43
が積層されている。各非晶質シリコン層はそれぞれ基板
から遠い側に水素原子侵入層５を有する。なお、電極２
に接続されたリード線21は非晶質シリコン層41〜43に明
けられた窓６から引き出されている。第２図はこのよう
な水素原子侵入層５を有する非晶質シリコン層の作成の
ための装置を示す。これは通常のプラズマ発生装置であ
り、モノシラン含有水素ガスまたは水素ガスを反応槽内
に導き直流電圧によりプラズマを発生させる。そのため
に、反応槽11内に上部電極板12、下部電極板13を配置し
て直流電源14に接続し、また、反応槽11にはモノシラン
含有水素ガスボンベ15および水素ガスボンベ16,排気系1
7,真空計18が接続され、下部電極板13にはヒータ19を備
えている。予めpn接合などを形成したシリコン基板１を
下部電極13の上に載置し、ヒータ19により、例えば200
℃に加熱する。排気系17により真空にした反応槽11の内
部圧力を、先ず例えば4torrにするため、ガスボンベ15
からモノシラン（SiH4）を10％含有する水素ガスを導入
し、電極12,13の間に電源14を用いて、例えば800Vを印
加する。この電圧印加によりモノシランのプラズマが発
生し、前記シリコン基板１の表面に、第１図に示すよう
に非晶質シリコン層41が堆積する。次に、このモノシラ
ン含有水素ガスボンベ15からのモノシランガスの供給を
止め、水素ガスボンベ16から水素ガスを導入し、反応槽
11の内部圧力を、例えば4torrにし、電極12,13の間に80
0Vを印加する。この電圧印加により、電極12,13の間に
水素プラズマが発生し、上記の非晶質シリコン層41の表
面から多量の水素原子が侵入する。次に水素ガスの反応
槽11への供給を止めたのち、再びガスボンベ15からモノ
シランガスを反応槽11に導入し、前記の方法で非晶質シ
リコン層42を表面に水素原子侵入層５を有する非晶質シ
リコン層41上に堆積させる。この非晶質シリコン層42の
形成後、再び前記の方法で水素ガスを導入し非晶質シリ
コン層42上に多量の水素を侵入させる。このように電極
12,13間にモノシランのプラズマと水素ガスによるプラ
ズマを交互に発生させると、極めて水素原子濃度の高い
水素添加水素化非晶質シリコン層が、しかも数μｍ以上
の厚みで容易に得られる。本実施例では、モノシラン含
有水素ガスボンベ15と水素ガスボンベ16に、電気信号に
より圧縮空気で作動する図示していない開閉弁を取りつ
け、自動的に所定の回数のガス導入が得られるようにし
てある。例えば、10分間ガスボンベ15の弁を開き、反応
槽11内にモノシランガスを供給したのち、ガスボンベ15
の弁を閉じ、次に30分間ガスボンベ16の弁を開くという
操作を10回行うと、反応槽11の圧力を4torr,電極12,13
間の電圧を800Vに保持した場合、厚みが約２μｍの水素
添加水素化非晶質シリコン層が得られた。
を有するシリコン基板１の両面に電極2,3が設けられ、
それぞれにリード線21,31が接続されている。基板１の
一方の面には電極２を覆って非晶質シリコン層41,42,43
が積層されている。各非晶質シリコン層はそれぞれ基板
から遠い側に水素原子侵入層５を有する。なお、電極２
に接続されたリード線21は非晶質シリコン層41〜43に明
けられた窓６から引き出されている。第２図はこのよう
な水素原子侵入層５を有する非晶質シリコン層の作成の
ための装置を示す。これは通常のプラズマ発生装置であ
り、モノシラン含有水素ガスまたは水素ガスを反応槽内
に導き直流電圧によりプラズマを発生させる。そのため
に、反応槽11内に上部電極板12、下部電極板13を配置し
て直流電源14に接続し、また、反応槽11にはモノシラン
含有水素ガスボンベ15および水素ガスボンベ16,排気系1
7,真空計18が接続され、下部電極板13にはヒータ19を備
えている。予めpn接合などを形成したシリコン基板１を
下部電極13の上に載置し、ヒータ19により、例えば200
℃に加熱する。排気系17により真空にした反応槽11の内
部圧力を、先ず例えば4torrにするため、ガスボンベ15
からモノシラン（SiH4）を10％含有する水素ガスを導入
し、電極12,13の間に電源14を用いて、例えば800Vを印
加する。この電圧印加によりモノシランのプラズマが発
生し、前記シリコン基板１の表面に、第１図に示すよう
に非晶質シリコン層41が堆積する。次に、このモノシラ
ン含有水素ガスボンベ15からのモノシランガスの供給を
止め、水素ガスボンベ16から水素ガスを導入し、反応槽
11の内部圧力を、例えば4torrにし、電極12,13の間に80
0Vを印加する。この電圧印加により、電極12,13の間に
水素プラズマが発生し、上記の非晶質シリコン層41の表
面から多量の水素原子が侵入する。次に水素ガスの反応
槽11への供給を止めたのち、再びガスボンベ15からモノ
シランガスを反応槽11に導入し、前記の方法で非晶質シ
リコン層42を表面に水素原子侵入層５を有する非晶質シ
リコン層41上に堆積させる。この非晶質シリコン層42の
形成後、再び前記の方法で水素ガスを導入し非晶質シリ
コン層42上に多量の水素を侵入させる。このように電極
12,13間にモノシランのプラズマと水素ガスによるプラ
ズマを交互に発生させると、極めて水素原子濃度の高い
水素添加水素化非晶質シリコン層が、しかも数μｍ以上
の厚みで容易に得られる。本実施例では、モノシラン含
有水素ガスボンベ15と水素ガスボンベ16に、電気信号に
より圧縮空気で作動する図示していない開閉弁を取りつ
け、自動的に所定の回数のガス導入が得られるようにし
てある。例えば、10分間ガスボンベ15の弁を開き、反応
槽11内にモノシランガスを供給したのち、ガスボンベ15
の弁を閉じ、次に30分間ガスボンベ16の弁を開くという
操作を10回行うと、反応槽11の圧力を4torr,電極12,13
間の電圧を800Vに保持した場合、厚みが約２μｍの水素
添加水素化非晶質シリコン層が得られた。
第３図は、このようにして得られた水素添加水素化非晶
質シリコン層に含まれる水素原子濃度を二次イオン質量
分析装置（SIMS）を用いて測定した結果である。上述の
モノシランガス（10％SiH4水素ベース）を用いて形成し
た水素化非晶質シリコン層には約５×1020原子／cm3の
水素原子が含まれているが、この非晶質シリコン層をさ
らに水素ガスプラズマ中にさらすことより高濃度の水素
侵入層５が得られる。第３図からわかるように非晶質シ
リコン層の表面で約２×1022原子／cm3，平均約９×10
21原子／cm3の水素原子が含まれる非晶質シリコン層が
得られる。
質シリコン層に含まれる水素原子濃度を二次イオン質量
分析装置（SIMS）を用いて測定した結果である。上述の
モノシランガス（10％SiH4水素ベース）を用いて形成し
た水素化非晶質シリコン層には約５×1020原子／cm3の
水素原子が含まれているが、この非晶質シリコン層をさ
らに水素ガスプラズマ中にさらすことより高濃度の水素
侵入層５が得られる。第３図からわかるように非晶質シ
リコン層の表面で約２×1022原子／cm3，平均約９×10
21原子／cm3の水素原子が含まれる非晶質シリコン層が
得られる。
第４図は本発明の別の実施例で、シリコン基板の裏面に
も水素侵入層５を備えた水素化非晶質シリコン層44,45,
46を形成したもので、速中性子感度のより高い水素が得
られるという利点がある。
も水素侵入層５を備えた水素化非晶質シリコン層44,45,
46を形成したもので、速中性子感度のより高い水素が得
られるという利点がある。
なお、第１図および第４図に示すシリコン基板１には、
pn接合のかわりに表面障壁接合あるいはヘテロ接合を形
成しても、でき上がった検出素子の特性に変化は認めら
れなかった。これは200℃の低温で水素添加水素化非晶
質シリコン層が形成されるためである。
pn接合のかわりに表面障壁接合あるいはヘテロ接合を形
成しても、でき上がった検出素子の特性に変化は認めら
れなかった。これは200℃の低温で水素添加水素化非晶
質シリコン層が形成されるためである。
第５図は本発明により得られた素子に速中性子を照射し
た時のスペクトル図である。スペクトル51は非晶質シリ
コン層が２層の場合、スペクトル52は非晶質シリコン層
が10層の場合で、ほぼ非晶質シリコン層の厚み、すなわ
ち水素原子の含有量に比例して速中性子の感度が高くな
ることがわかる。また、ここで使用した速中性子標準線
源は252Cfで、中性子のほかにγ線も同時に放出してい
るため、γ線の成分も観測されるが、速中性子成分との
弁別が可能であることもわかる。
た時のスペクトル図である。スペクトル51は非晶質シリ
コン層が２層の場合、スペクトル52は非晶質シリコン層
が10層の場合で、ほぼ非晶質シリコン層の厚み、すなわ
ち水素原子の含有量に比例して速中性子の感度が高くな
ることがわかる。また、ここで使用した速中性子標準線
源は252Cfで、中性子のほかにγ線も同時に放出してい
るため、γ線の成分も観測されるが、速中性子成分との
弁別が可能であることもわかる。
本発明による検出素子は、半導体表面に多量の水素原子
が含まれている非晶質半導体層を有することを除いて通
常の半導体放射線検出素子と同様の構成を有するので、
速中性子のほかにα，β，γ,x線を検出できることは自
明である。また、単結晶シリコンに限らず、GaAs,CdTe
などの化合物半導体の結晶を用いて作製することも可能
である。
が含まれている非晶質半導体層を有することを除いて通
常の半導体放射線検出素子と同様の構成を有するので、
速中性子のほかにα，β，γ,x線を検出できることは自
明である。また、単結晶シリコンに限らず、GaAs,CdTe
などの化合物半導体の結晶を用いて作製することも可能
である。
本発明によれば、上記の方法を採用した結果、水素原子
濃度の高い層が素体上に形成され、速中性子を高感度で
検出する放射線検出器を半導体化することができた。非
晶質半導体としては非晶質ゲルマニウムなども用いるこ
とができるが、とくに非晶質シリコンは単結晶シリコン
にくらべ水素原子の侵入深さが２〜３倍深いので、非晶
質シリコン層には多量の水素原子が固定でき感度をより
高くすることができる。本発明による検出素子は、従来
の半導体中性子検出器のように半導体検出素子の周囲に
パラフィンやポリエチレンなどの水素含有物質を設置す
る必要がないため、極めて軽量でしか簡単な構造のもの
が得られる。この結果、従来は重量的に不可能であった
ポケットタイプの速中性子も検出できる放射線被爆線量
計が得られるようになった。そのほかに、非晶質半導体
層の被着は200℃の低温で行われるため、予め半導体素
体に形成された接合の特性劣化がほとんど生じない。従
って任意の素体の表面への水素の固定が可能である利点
をもつ。
濃度の高い層が素体上に形成され、速中性子を高感度で
検出する放射線検出器を半導体化することができた。非
晶質半導体としては非晶質ゲルマニウムなども用いるこ
とができるが、とくに非晶質シリコンは単結晶シリコン
にくらべ水素原子の侵入深さが２〜３倍深いので、非晶
質シリコン層には多量の水素原子が固定でき感度をより
高くすることができる。本発明による検出素子は、従来
の半導体中性子検出器のように半導体検出素子の周囲に
パラフィンやポリエチレンなどの水素含有物質を設置す
る必要がないため、極めて軽量でしか簡単な構造のもの
が得られる。この結果、従来は重量的に不可能であった
ポケットタイプの速中性子も検出できる放射線被爆線量
計が得られるようになった。そのほかに、非晶質半導体
層の被着は200℃の低温で行われるため、予め半導体素
体に形成された接合の特性劣化がほとんど生じない。従
って任意の素体の表面への水素の固定が可能である利点
をもつ。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は本発明の
実施のために用いるプラズマ発生装置の断面図、第３図
は本発明による水素原子導入の非晶質シリコン層の厚さ
方向の水素濃度分布図、第４図は本発明の別の実施例の
断面図、第５図は本発明による素子に速中性子を照射し
たときのスペクトル図である。 1:シリコン基板、2,3:電極、41〜46:非晶質シリコン
層、5:水素原子侵入層。
実施のために用いるプラズマ発生装置の断面図、第３図
は本発明による水素原子導入の非晶質シリコン層の厚さ
方向の水素濃度分布図、第４図は本発明の別の実施例の
断面図、第５図は本発明による素子に速中性子を照射し
たときのスペクトル図である。 1:シリコン基板、2,3:電極、41〜46:非晶質シリコン
層、5:水素原子侵入層。
Claims (1)
- 【請求項１】接合が形成された結晶質半導体素体の少な
くとも一面上に、非晶質半導体層を堆積する工程と、こ
の非晶質半導体層に水素プラズマをさらす工程とを、少
なくとも３回、交互に繰り返すことを特徴とする半導体
放射線検出素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62196913A JPH0716024B2 (ja) | 1987-08-06 | 1987-08-06 | 半導体放射線検出素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62196913A JPH0716024B2 (ja) | 1987-08-06 | 1987-08-06 | 半導体放射線検出素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6439778A JPS6439778A (en) | 1989-02-10 |
| JPH0716024B2 true JPH0716024B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=16365743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62196913A Expired - Lifetime JPH0716024B2 (ja) | 1987-08-06 | 1987-08-06 | 半導体放射線検出素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0716024B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5321269A (en) * | 1990-04-24 | 1994-06-14 | Hitachi, Ltd. | Neutron individual dose meter, neutron dose rate meter, neutron detector and its method of manufacture |
| JP2500886B2 (ja) * | 1992-02-25 | 1996-05-29 | アロカ株式会社 | 中性子検出装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61156774A (ja) * | 1984-12-27 | 1986-07-16 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体放射線検出器 |
| JPS61174778A (ja) * | 1985-01-30 | 1986-08-06 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体中性子線検出器の製造方法 |
-
1987
- 1987-08-06 JP JP62196913A patent/JPH0716024B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6439778A (en) | 1989-02-10 |
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