JPH07202246A - 半導体放射線検出素子 - Google Patents

半導体放射線検出素子

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JPH07202246A
JPH07202246A JP6000652A JP65294A JPH07202246A JP H07202246 A JPH07202246 A JP H07202246A JP 6000652 A JP6000652 A JP 6000652A JP 65294 A JP65294 A JP 65294A JP H07202246 A JPH07202246 A JP H07202246A
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JP
Japan
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layer
radiation
barrier layer
thickness
detecting element
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JP6000652A
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English (en)
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Masakazu Ueno
正和 上野
Noritada Sato
則忠 佐藤
Haruo Kawakami
春雄 川上
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体基板とその上の非晶質カーボン膜間のヘ
テロ接合を利用した放射線検出素子において、斜めに入
射する放射線の減衰が多いことによる分解能の低下を防
ぐ。 【構成】放射線、特にα線の減衰の少ない非晶質カーボ
ンは、耐薬品性にもすぐれているので、保護層にもこれ
を用い、しかも放射線入射窓を構成する層の全膜厚を1.
6μm以下にすることにより、α線検出素子に要求され
る2%以下の分解能が確保できる。また、障壁層の厚さ
を2〜500nmにすると、均一で完全な接合構造がで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素体内の空乏層
への放射線の入射により生成される電子・正孔対を利用
した半導体放射線検出素子に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体を用いるこの種の放射線検出素子
のうち、特公昭61−61707号公報に開示されてい
る素子においては、シリコン半導体放射線検出素子の放
射線が入射する窓電極にアンチモンを含む金を用いてい
る。窓電極は0.5〜2%のアンチモンを含み、p形シリ
コン基板にこの金を蒸着した後、合金化熱処理をして金
に含まれるアンチモンをシリコン基板内でドナー化し、
pn接合を形成する。このpn接合に逆バイアス電圧を
印加すると、空乏層が成長し窓電極側から入射するα線
を検知することができる。
【0003】特開平3−96284公報にも、上記素子
と同じ目的で、第一の非晶質シリコン薄膜と単結晶シリ
コン基板との界面でヘテロ接合を形成した素子で、さら
に窓電極表面上とその周囲に第二の非晶質シリコンを成
長させて耐蝕性を増した素子が開示されている。この素
子も上記の素子と同様の方法でα線を検出する。特願平
5−203991号明細書に記載された素子も、上記の
二つの素子と同じ目的で、これは窓電極表面上とその周
囲に第二の非晶質カーボン膜を成長させて耐蝕性を増し
た素子である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
61−61707号公報および特開平3−96284号
公報に示す放射線検出素子は、いずれも近接したエネル
ギーを放出するα線、例えば241 Am (5.426Me
V) と242 Cm (5.796MeV) を分離して検出する
ことは困難であった。
【0005】特公昭61−61707号公報に示された
放射線検出素子においては、金を主成分とする窓電極を
透過したα線を空乏層で検出するためα線が金属電極中
で減衰し分解能が悪くなるという問題があった。そこで
α線の減衰を減らそうとして金蒸着膜の厚みを薄くする
と、合金時の熱処理の際に金が粒状に分散して一様なp
n接合が得られない。そのために、エネルギー分解能が
低下し上述のように近接したエネルギーを放出するα線
を弁別して検出することは困難である。
【0006】特開平3−96284号公報に示された放
射線検出素子は、上記の素子にくらべ空乏層に達するま
でのα線の減衰率の低下が少なく分解能が向上したが、
この素子でも上記の近接したエネルギーを持つα線を分
離して検出することは難しい。その理由は、その公報に
示されているように、第一の非晶質シリコン層の厚さが
1μm程度、第二の非晶質シリコン層の厚さも1μm以
上で、これらの非晶質シリコン層および電極の金属層に
α線が斜め方向に入射する場合、その減衰率が大きい。
従って、窓電極に対し垂直方向に入射したα線のほか
に、このようにエネルギーが減衰したα線が加わるので
分解能が低下する。
【0007】この発明の目的は、上述の欠点を解決し、
空乏層に到達するまでにα線が電極などで吸収される量
を抑え分解能を高めると共に、一様な接合が形成され、
かつ耐蝕性に優れた構造の半導体検出素子を提供するこ
とにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、第一導電形の半導体基板の一面上に非
晶質カーボンよりなる障壁層、金属電極層および保護層
が順次積層され、他面上にオーム性接触する裏面電極層
が被着され、金属電極層と裏面電極層間に印加される電
圧により半導体基板と障壁層間の接合から半導体基板内
に広がる空乏層に半導体基板の一面側から入射する放射
線により生成される電子・正孔対に基づき放射線を検出
する半導体放射線検出素子において、障壁層、金属電極
層および保護層の全膜厚が1.6μm以下であるものとす
る。障壁層の厚さが2ないし500nmであることが有
効である。また、半導体基板がp形のシリコンよりなる
こと、保護層が障壁層と実質的に同質の非晶質カーボン
よりなること、さらに金属電極層がアルミニウムからな
ることが良い。
【0009】
【作用】非晶質カーボンは原子番号の小さい物質で、し
かも薄くしてシリコン基板上に形成できるので、放射
線、特にα線の減衰が少ない。そして、保護層にも非晶
質カーボンを用いる場合にも、窓を構成する層の全膜厚
を1.6μm以下にすることにより、入射するα線のほと
んど全部が空乏層内で減衰し、すなわち入射α線のほと
んどのエネルギーが電気エネルギーに変換され、分解能
のすぐれたα線検出素子が得られる。
【0010】さらに、障壁層の厚さを2ないし500n
mとすることで均一で完全な接合構造とすることが出来
る。すなわち、空乏層を充分に拡げエネルギー変換効率
を向上させることが出来る。保護層を障壁層を実質的に
同質の非晶質カーボンで形成することにより、耐率品性
がすぐれ、かつ成膜装置を共通にすることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明の一実施例の半導体放射線検出素子
を示す断面図である。図において、高抵抗率のp型Si
基板1の上に非晶質カーボンからなる障壁層2、Alか
らなる電極層3および非晶質カーボンからなる保護層4
がこの順に積層されている。一方、シリコン基板1の裏
面にはAlからなる裏面電極層5が設けられる。また、
電極3および裏面電極5にはそれぞれリード線6、7が
接続されており、電源9からこれらのリード線6、7を
介してSi基板1と障壁層2との間の接合に対する逆バ
イアス電圧が印加されるようになっている。なお、Si
基板1と裏面電極層5の間にはオーム性接続を得るため
のp形の高不純物濃度層が存在するが、図示は省略し
た。
【0012】このような半導体放射線検出素子は、例え
ば以下のようにして作製される。まず、抵抗率が10k
Ωcm程度のp形Si基板1に、非晶質カーボンを全面
に厚さ10nmに成膜し、障壁層2とする。この上にマ
スクを用いて中央部にのみ電極層3を蒸着する。一方、
裏面には全面にAlの裏面電極層5を形成する。その
後、厚さが300nmに非晶質カーボンを成膜し、保護
膜4とする。
【0013】こうして作製された半導体放射線検出素子
は、障壁層2とSi基板1との界面にいわゆるヘテロ接
合を形成し、電極層31裏面電極層5間に逆バイアス電
圧を印加すると、電極層2の直下に空乏層8が広がり、
この部分をα線が通る時電子−正孔対が発生することか
ら、これを電流パルスとして検出することが可能とな
る。
【0014】ここで、非晶質カーボン膜の成膜条件は以
下の通りである。 成膜方法:ECRプラズマCVD法 ソースガス:メタン ガス圧力:0.6Pa 基板加熱温度:100℃ このような半導体素子を、障壁層の厚さを2〜500n
mの範囲で変えて作製した。表1はそれらの素子の逆バ
イアス60V印加時のリーク電流の値をまとめたもので
ある。
【0015】
【表1】 なお、障壁層2の厚さが2nm未満では、完全な接合が
出来ずにリーク電流が不安定で再現性がなく、しかも1
0-5A/cm2 台以上であたかもSi/Alのショット
キー接合のような特性を示した。一方、500nmの膜
厚では整流比が10:1程度 (60V時) であり、これ
を越えると整流比が極端に低下することが分かった。以
上の結果から、障壁層2の厚さは2〜500nmの範囲
にないと、接合特性が不完全であることが明らかになっ
た。
【0016】次に、α線検出素子の分解能について考察
を行う。図2は6.3MeVのα線 (例えばRn) のSi
基板1中での飛程を入射角に対してプロットしたもので
ある。ただし、膜厚dμmの不感層 (本発明の実施例の
素子では、障壁層、電極層および保護層に相当する) 中
の飛程を差し引いている。これは、Siより入射側に存
在する不感層中で発生した電子・正孔対は、再結合によ
り外部に取り出せないからである。図2に示す通り、不
感層の膜厚が増す飛程の減少率が大きいことが判る。
【0017】α線検出素子の使用状態は種々考えられる
が、一般的には検出素子の大きさと同じ程度の距離に線
源を置くのが検出感度と分解能の兼ね合いから都合が良
い。従って、入射角は0〜45度の範囲である。一方α
線検出素子の分解能 (半値全幅) は120KeVが要求
され、これは中心エネルギーに対して約2%である。垂
直入射 (0度) の不感層中の飛程は、dμm、45度入
射の不感層中の飛程はcos45°×d=21/2 ×dμ
m、Si中の飛程は33μmである。従ってSi中で発
生する電子・正孔対の数の分散 (つまり分解能) は、
(21/2 −1)×d/33で計算出来る。これが2%以下
であるためにはdが1.6μm以下でなければならないこ
とが計算される。つまり本発明による素子では、障壁層
2、金属電極層3および保護層4の全膜厚が1.6μm以
下でなければならないことになる。保護層を有機樹脂な
どで形成する場合には、放射線の減衰が多いので、全膜
厚はさらに薄くしなければならない。
【0018】なお、前述の実施例ではp形Si基板上に
ECR−CVD法で非晶質カーボンを形成する方法を述
べたが、各要素の構成・製造方法は適宜変更することを
妨げるものではない。本発明の主旨は、非晶質カーボン
からなる障壁層、金属電極層それに保護層の全膜厚を1.
6μm以下とし、障壁層の厚さを2〜500nmとする
ことである。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、障壁層と金属電極と保
護層の全膜厚を1.6μm以下とすることにより、エネル
ギー分解能が実用的な値2%を達成できる。また、障壁
層の厚さを2〜500nmとすることで、均一で完全な
接合構造とすることができる。さらに、保護層の材料と
して非晶質カーボンとすることで、耐薬品性の優れたα
線検出素子を提供し、しかも障壁層と保護層を実質的に
同質の非晶質カーボンで形成することから、簡単な工程
でこれを達成出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の半導体放射線検出素子の断
面図
【図2】Si基板上の不感層の厚さをパラメータとした
基板中でのα線の飛程と入射角との関係線図
【符号の説明】
1 p形Si基板 2 障壁層 3 電極層 4 保護層 5 裏面電極層 8 空乏層 9 逆バイアス電源

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第一導電形の半導体基板の一面上に非晶質
    カーボンよりなる障壁層、金属電極層および保護層が順
    次積層され、他面上にオーム性接触する裏面電極層が被
    着され、金属電極層と裏面電極層間に印加される電圧に
    より半導体基板と障壁層間の接合から半導体基板に広が
    る空乏層に半導体基板の一面側から入射する放射線によ
    り生成される電子・正孔対に基づき放射線を検出するも
    のにおいて、障壁層、金属電極層および保護層の全膜厚
    が1.6μm以下であることを特徴とする半導体放射線検
    出素子。
  2. 【請求項2】障壁層の厚さが2ないし500nmである
    請求項1記載の半導体放射線検出素子。
  3. 【請求項3】半導体基板がp形のシリコンよりなる請求
    項1あるいは2記載の半導体放射線検出素子。
  4. 【請求項4】保護層が障壁層と実質的に同質の非晶質カ
    ーボンよりなる請求項1、2あるいは3記載の半導体放
    射線検出素子。
  5. 【請求項5】金属電極層がアルミニウムよりなる請求項
    1ないし4のいずれかに記載の半導体放射線検出素子。
JP6000652A 1994-01-10 1994-01-10 半導体放射線検出素子 Pending JPH07202246A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008083037A (ja) * 2006-08-30 2008-04-10 Seiko Eg & G Co Ltd 放射線検出装置およびその効率校正方法
JP2011501171A (ja) * 2007-10-22 2011-01-06 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ 放射線量の定量方法及び関連する等線量曲線を求める方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008083037A (ja) * 2006-08-30 2008-04-10 Seiko Eg & G Co Ltd 放射線検出装置およびその効率校正方法
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