JPH09124310A - ＣｄＴｅ結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射線検出器に適用された場合にそのエネル
ギー分解能を大幅に改善させるＣｄＴｅ結晶の製造方法
を提供すること。 【解決手段】 塩素が添加されたＣｄＴｅ結晶を熱処理
して高抵抗のＣｄＴｅ結晶を製造する方法であって、塩
素が添加されたＣｄＴｅ結晶を、真空中で、４００℃以
上４４０℃以下の温度域で第１次熱処理を施した後、一
旦、以下の第２次熱処理温度未満に降温させ、次いで、
３６０℃以上４００℃以下の温度域で第２次熱処理を施
すことを特徴とする。この熱処理によりＣｄＴｅ結晶の
高抵抗化とキャリアのライフタイムの改善が図れ放射線
検出器に適用された場合にそのエネルギー分解能を大幅
に改善できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線線量計や医
療放射線診断装置等放射線検出器の素子材料に用いられ
る高抵抗ＣｄＴｅ結晶の製造方法に係り、特に、放射線
検出器のエネルギー分解能を大幅に改善させるＣｄＴｅ
結晶の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、II−VI族化合物半導体の一つで
あるテルル化カドミウム（以下、ＣｄＴｅ）結晶は、吸
収係数が大きくかつ室温動作が可能なため優れた放射線
検出器の素子材料として有望である。

【０００３】この放射線検出器は、検出素子となるＣｄ
Ｔｅ結晶基板の対向する面に一対の電極を形成して作製
される。そして、この放射線検出器においては、各電極
間にバイアス電圧が印加され、ＣｄＴｅ結晶に放射線が
入射されると結晶内に電子−正孔対が形成され、生成さ
れたキャリア（すなわち電子及び正孔）が各電極に到達
し放射線検出の信号を得ることができるものである。

【０００４】ところで、放射線検出器の高エネルギー分
解能を得るためには、検出素子に用いられるＣｄＴｅ結
晶は高抵抗で、かつ、結晶内に生成されるキャリアのラ
イフタイムが長いこと（すなわち、キャリアがトラップ
され難いこと）が要求される。結晶の比抵抗値が低い場
合、高バイアス電圧によるリークノイズが増大するた
め、高エネルギー分解能を得ることができなくなるから
である。

【０００５】そして、高エネルギー分解能を得るために
は、１×１０⁹（Ω・ｃｍ）以上の比抵抗値が必要であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、高抵抗を有す
るこの様なＣｄＴｅ結晶は、従来、この結晶中に塩素を
添加することにより製造されている。このＣｄＴｅ結晶
の高抵抗化の現象は、添加された塩素原子がＴｅの一部
と置換し、置換された塩素原子とＣｄの空孔とで構成さ
れる複合欠陥の作用により起こっているものと推察され
ている。

【０００７】そして、従来においては塩素が添加された
ＣｄＴｅ結晶について、これを真空中で熱処理して結晶
内の抵抗を均一化させ、もって放射線検出器の素子材料
として提供されている。

【０００８】ところで、このＣｄＴｅ結晶は、添加され
る塩素の量が増加するに伴い結晶の比抵抗値が減少しか
つ上記ライフタイムも減少する特性を有していた。

【０００９】このため、ＣｄＴｅ結晶を素子材料とした
放射線検出器にはそのエネルギー分解能に一定の限界を
有する問題点があった。

【００１０】そこで、従来においては添加する塩素量を
適量に設定し、かつ、上記ＣｄＴｅ結晶の真空中での熱
処理について温度域を徐々に下げながら多段階でこれを
行う等の検討がなされているが、この方法による効果も
一定の限界を有していた。

【００１１】本発明はこの様な問題点に着目してなされ
たもので、その課題とするところは、放射線検出器の素
子材料に適用された場合にそのエネルギー分解能を大幅
に改善させるＣｄＴｅ結晶の製造方法を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は上記
課題を解決するため鋭意実験を重ねたところ、以下のよ
うな技術的知見を得るに至った。すなわち、塩素が添加
されたＣｄＴｅ結晶に対し２段階の熱処理を施す際、あ
る一定の温度条件で第１次熱処理を施し、一旦、第２次
熱処理温度未満、好ましくは室温近傍まで降温させた
後、第１次熱処理温度より低温の第２次熱処理を施した
場合、放射線検出器の高エネルギー分解能を可能とする
ＣｄＴｅ結晶が得られることを見出した。更に、降温処
理を間に介したこの熱処理について、２段階でなしに３
段階等多段に設定して同様の実験を試みたところ、２段
階加熱に較べて大きな改善は確認されなかった。本発明
はこの様な技術的知見に基づき完成されたものである。

【００１３】すなわち、請求項１に係る発明は、塩素が
添加されたＣｄＴｅ結晶を熱処理して高抵抗のＣｄＴｅ
結晶を製造する方法を前提とし、塩素が添加されたＣｄ
Ｔｅ結晶を、真空中で、４００℃以上４４０℃以下の温
度域で第１次熱処理を施した後、一旦、以下の第２次熱
処理温度未満に降温させ、次いで、３６０℃以上４００
℃以下の温度域で第２次熱処理を施すことを特徴とする
ものである。

【００１４】この様な技術的手段において塩素が添加さ
れた上記ＣｄＴｅ結晶は単結晶でも多結晶でも任意であ
るが、放射線検出器のより高いエネルギー分解能を得る
ためには単結晶が好ましい。

【００１５】また、第１次熱処理を施した後の降温処理
温度については第２次熱処理温度未満であれば任意であ
るが、室温近傍まで降温させることが好ましく、かつ、
この温度条件でＣｄＴｅ結晶を１時間以上保持すること
が望ましい（請求項２）。

【００１６】次に、上記第１次熱処理の温度域は４００
℃以上４４０℃以下であることが必要である。４４０℃
を越えた場合や４００℃未満の場合には、放射線検出素
子として適用された際のエネルギー分解能の改善効果が
得られなくなる。また、第１次熱処理の処理時間は１時
間以上行うことが好ましい。

【００１７】他方、第２次熱処理の温度域は３６０℃以
上４００℃以下であることが必要である。４００℃を越
えた場合や３６０℃未満の場合には、第１次熱処理と同
様に放射線検出素子として適用された際のエネルギー分
解能の改善効果が得られなくなる。また、第２次熱処理
の処理時間は１時間以上行うことが好ましい。

【００１８】また、ＣｄＴｅ結晶の合成に適用される各
原料の純度については、他の不純物によるキャリアの挙
動を避けるため、９９．９９９９％以上であることが望
ましい。

【００１９】ここで、塩素が添加されたＣｄＴｅ結晶に
対して上述した熱処理方法を施した場合、放射線検出器
の高エネルギー分解能を可能とするＣｄＴｅ結晶が得ら
れる理由について本発明者は以下のように推察してい
る。

【００２０】まず、塩素が添加されたＣｄＴｅ結晶に対
し図１の熱処理温度プロファイルに示すように真空中で
４００℃以上４４０℃以下の温度域で第１次熱処理を施
すと、従来の熱処理と同様の作用によりＣｄＴｅ結晶内
の抵抗を均一化させることが可能となる。

【００２１】次に、上記第１次熱処理を施した後、一
旦、第２次熱処理温度未満に降温させ、次いで、３６０
℃以上４００℃以下の温度域で第２次熱処理を施すと、
原因は現在のところ不明であるが結晶内のトラップレベ
ルが低下し上述したキャリアのライフタイムの改善が図
れる。すなわち、以下に述べる実施例と比較例のデータ
から明らかなように各ＣｄＴｅ結晶の比抵抗値は略同一
である。しかし各結晶を素子材料として組込んだ放射線
検出器のエネルギー分解能（ピークスペクトルの半値
幅）は比較例に較べ実施例のそれが大幅に優れている。
この様に各ＣｄＴｅ結晶の比抵抗値が略同等であるにも
拘らず実施例に係る放射線検出器のエネルギー分解能が
大幅に改善されていることから、上記降温処理後の第２
次熱処理により結晶内のトラップレベルが低下し上述し
たライフタイムの改善が図られているものと推察してい
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て具体的実施例を挙げて詳細に説明する。

【００２３】［実施例１］いずれも純度９９．９９９９
％のＣｄとＴｅをそのｍｏｌ組成比（Ｔｅ／Ｃｄ）が
０．９９９となるように内径１００ｍｍの石英容器に収
納し、更に、塩素濃度が３００ｐｐｍとなるように塩化
カドミウムを添加した。次に、この石英容器を１．０×
１０^-6Ｔｏｒｒ以下の真空度にて封入し、電気炉に設置
した後、グラディエント・フリーズ法にて結晶育成を行
った。すなわち、１１００℃で１０時間程原料を溶融
し、０．３℃／時間の割合で１０５０℃まで冷却し結晶
化させた後、６０℃／時間の割合で室温まで冷却し塩素
が添加されたＣｄＴｅ結晶を得た。そして、この様にし
て作成されたＣｄＴｅ結晶から２０×２０ｍｍウエハを
切り出した。

【００２４】次に、切り出した上記ウエハを、真空中
で、４２０℃の温度で１０時間の熱処理（第１次熱処
理）を施し、次いで、一旦室温まで冷却し、かつ、室温
で１時間保持した後、３８０℃の温度で１０時間の熱処
理（すなわち第２次熱処理）を施した。熱処理後のＣｄ
Ｔｅ結晶ウエハの比抵抗値は１．４×１０⁹（Ω・ｃ
ｍ）であった。

【００２５】そして、このＣｄＴｅ結晶ウエハから放射
線検出器を作製し、その放射線検出特性評価を行った。

【００２６】この放射線検出特性評価には、線源とし
て、²⁴¹Ａｍ（アメリシウム）を用いた。この結果、バ
イアス電圧３０Ｖに対し、ピークスペクトルの半値幅
が、目標とする１２〜１３％より良好な１０．１％とい
う高エネルギー分解能を得ることができた。

【００２７】［実施例２］実施例１で作製したＣｄＴｅ
結晶ウエハを、真空中で、４４０℃の温度で５時間の熱
処理（第１次熱処理）を施し、次いで、一旦３６０℃ま
で冷却し、かつ、この温度で３時間保持した後、４００
℃の温度で１０時間の熱処理（すなわち第２次熱処理）
を施した。熱処理後のＣｄＴｅ結晶ウエハの比抵抗値は
１．５×１０⁹（Ω・ｃｍ）であった。

【００２８】そして、このＣｄＴｅ結晶ウエハから実施
例１と同様の放射線検出器を作製し、線源として²⁴¹Ａ
ｍ（アメリシウム）を用いた放射線検出特性評価を行っ
た。

【００２９】この結果、バイアス電圧３０Ｖに対し、ピ
ークスペクトルの半値幅が、目標とする１２〜１３％よ
り良好な１１．２％という高エネルギー分解能を得るこ
とができた。

【００３０】［実施例３］実施例１で作製したＣｄＴｅ
結晶ウエハを、真空中で、４００℃の温度で１０時間の
熱処理（第１次熱処理）を施し、次いで、一旦室温まで
冷却し、かつ、室温で１時間保持した後、３６０℃の温
度で１０時間の熱処理（すなわち第２次熱処理）を施し
た。熱処理後のＣｄＴｅ結晶ウエハの比抵抗値は１．５
×１０⁹（Ω・ｃｍ）であった。

【００３１】そして、このＣｄＴｅ結晶ウエハから実施
例１と同様の放射線検出器を作製し、線源として²⁴¹Ａ
ｍ（アメリシウム）を用いた放射線検出特性評価を行っ
た。

【００３２】この結果、バイアス電圧３０Ｖに対し、ピ
ークスペクトルの半値幅が、目標とする１２〜１３％よ
り良好な１０．３％という高エネルギー分解能を得るこ
とができた。

【００３３】［比較例１］実施例１で作製したＣｄＴｅ
結晶ウエハを熱処理せずにこのＣｄＴｅ結晶ウエハから
実施例１と同様の放射線検出器を作製した。このＣｄＴ
ｅ結晶ウエハの比抵抗値は１．６×１０⁹（Ω・ｃｍ）
であった。

【００３４】そして、線源として²⁴¹Ａｍ（アメリシウ
ム）を用いた放射線検出特性評価を行ったところ、バイ
アス電圧３０Ｖに対し、ピークスペクトルの半値幅が５
２．６％であり、放射線検出器として使用することは困
難であった。

【００３５】［比較例２］実施例１で作製したＣｄＴｅ
結晶ウエハを、真空中で、４２０℃の温度で１０時間の
熱処理を施した。この熱処理後のＣｄＴｅ結晶ウエハの
比抵抗値は１．４×１０⁹（Ω・ｃｍ）であった。

【００３６】そして、このＣｄＴｅ結晶ウエハから実施
例１と同様の放射線検出器を作製し、線源として²⁴¹Ａ
ｍ（アメリシウム）を用いた放射線検出特性評価を行っ
た。

【００３７】この結果、バイアス電圧３０Ｖに対し、ピ
ークスペクトルの半値幅が１９．４％であり、目標とす
る高エネルギー分解能を得ることができなかった。

【００３８】

【発明の効果】請求項１〜２記載の発明に係るＣｄＴｅ
結晶の製造方法によれば、塩素が添加されたＣｄＴｅ結
晶を、真空中で、４００℃以上４４０℃以下の温度域で
第１次熱処理を施した後、一旦、以下の第２次熱処理温
度未満に降温させ、次いで３６０℃以上４００℃以下の
温度域で第２次熱処理を施しているため、放射線検出器
に適用された場合にそのエネルギー分解能を大幅に改善
させるＣｄＴｅ結晶が得られる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱処理温度プロファイルを示すグ
ラフ図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】塩素が添加されたＣｄＴｅ結晶を熱処理し
   て高抵抗のＣｄＴｅ結晶を製造する方法において、 塩素が添加されたＣｄＴｅ結晶を、真空中で、４００℃
   以上４４０℃以下の温度域で第１次熱処理を施した後、
   一旦、以下の第２次熱処理温度未満に降温させ、次い
   で、３６０℃以上４００℃以下の温度域で第２次熱処理
   を施すことを特徴とするＣｄＴｅ結晶の製造方法。
2. 【請求項２】上記第１次熱処理後、室温近傍まで降温さ
   せ、かつ、この温度条件でＣｄＴｅ結晶を１時間以上保
   持することを特徴とする請求項１記載のＣｄＴｅ結晶の
   製造方法。