JPH11186285A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
トランジスタ(FET)において、低雑音性や高速性等
の特性が良好なものを提供する。 【解決手段】 低濃度電荷の第1導電型の半導体基板1
と、その半導体基板1上に設けたFET13の第1導電
型のチャンネル12とを、FET13が設けられた第2
導電型の制御層6Aに負の電圧を印加して生じる空乏層
14により電気的に分離する。
Description
と一体化された電界効果型トランジスタに関するもので
ある。
板状の半導体X線検出器16がある。この半導体X線検
出器16は図示した表面中央の収集電極5と、それを囲
む複数の同心の輪状の制御層6A,6B,…6Qと、図
示しない裏面全体の入射電極とを備えており、入射電極
の面積に比し収集電極5の面積が小さいために、検出器
16としての容量が小さく、分解能が高いという特性を
有する。このような半導体X線検出器の初段入力増幅素
子として、電界効果型トランジスタ(以下、FETとい
う)が使用されている。この際、配線による浮遊容量や
寄生インダクタンスの発生を抑制すべく、FETを半導
体X線検出器と一体化することが望ましい。
出器のn- 型の半導体基板1に対して、n型チャンネル
21、p+ 型のゲート23、n+ 型のソース24および
ドレイン25を有する接合型FET20(以下、JFE
Tという)を形成する。このとき、n- 型半導体基板1
とn型チャンネル21とを分離するために、高純度のn
- 型半導体基板1の一部にIII 族の硼素等を添加してp
型層22を形成し、さらにそのp型層22の一部にV族
の燐、砒素等を添加してn型チャンネル21を形成す
る。図6においては、p+ 型およびp型の層にハッチン
グを施している。
成したn型チャンネルには、III 族とV族の2種類の不
純物が含まれるため、これが原因となって、FETの低
雑音性や高速性が劣化し、良好な特性が得られない。
もので、半導体X線検出器と一体化された電界効果型ト
ランジスタにおいて、低雑音性や高速性等の特性が良好
なものを提供することを目的とする。
に、請求項1の半導体装置は、まず、低濃度電荷の第1
導電型の半導体基板の一方の主面に、X線が入射される
第2導電型の入射電極が形成されている。そして、前記
半導体基板の他方の主面のほぼ中央部に、前記入射電極
に入射したX線によって前記半導体基板内に発生した電
荷が注入される高濃度電荷の第1導電型の収集電極が形
成され、前記他方の主面における前記収集電極から離間
した位置に、前記収集電極を囲む閉路を形成する第2導
電型の制御層が形成されている。また、前記制御層に設
けた窓に、窓の縁から離間した状態で、第2導電型のゲ
ートと、このゲートの両側に位置する高濃度電荷の第1
導電型のソースおよびドレインが形成されている。さら
に、前記他方の主面に、この主面の周縁から前記制御層
を経て前記収集電極に達する抵抗層が形成されている。
電型例えばn型チャンネルには、低濃度電荷のn- 型半
導体基板に対し1種類のみの不純物を含めば足り、n-
型半導体基板とn型チャンネルとは、第2導電型例えば
p+ 型の制御層に負の電圧を印加して生じる空乏層によ
り電気的に分離できる。このように、チャンネルの不純
物濃度を低くできるから、半導体X線検出器と一体化さ
れた電界効果型トランジスタにおいて、低雑音性や高速
性等の特性が良好なものが得られる。
において、前記制御層が前記収集電極と同心の輪状であ
る。請求項2の装置によれば、制御層ひいては半導体装
置全体の作製が容易になる等の作用効果がある。
2の装置において、前記制御層が複数設けられている。
請求項3の装置によれば、半導体X線検出器としての容
量が小さくなり分解能が向上するという作用効果があ
る。
において、前記複数の制御層のうち最内方の制御層に前
記窓が形成されている。請求項4の装置によれば、半導
体X線検出器からFETのゲートまでの配線による浮遊
容量や寄生インダクタンスを最小限にでき、半導体装置
としての特性がいっそう向上するという作用効果があ
る。
を図面にしたがって説明する。まず、この装置の構成に
ついて説明する。図1の断面図に示すように、この装置
は、円板状のn- 型のシリコン半導体基板1の一方の主
面1aに、X線2が入射されるp+ 型の入射電極3が形
成されている。そして、半導体基板1の他方の主面1b
のほぼ中央部に、入射電極3に入射したX線2によって
半導体基板1内に発生した電子4が注入されるn+ 型の
収集電極5が形成され、他方の主面1bにおける収集電
極5から離間した位置に、収集電極5を囲む閉路を形成
するp+ 型の制御層6A,6B,…が形成されている。
制御層6A,6B,…は、図3の平面図に示すように、
収集電極5と同心の輪状で、複数例えば17個程度設け
られている。ただし、図3においては、簡単のため、5
個のみ図示している。
示すように、複数の制御層6A,6B,…のうち最内方
の制御層6Aには、n- 型が露出した窓7が設けられて
おり、この窓7に、窓7の縁から離間した状態で、p+
型のゲート8と、このゲート8の両側に位置するn+ 型
のソース9およびドレイン10とが形成されている。こ
れらゲート8、ソース9およびドレイン10とその周囲
に設けられたn型チャンネル12とで、JFET13が
構成されている。さらに、図1に示すように、前記他方
の主面1bに、この主面1bの周縁から制御層6Q,…
6B,6Aを経て収集電極5に達するp- 型の抵抗層1
1R,…11B,11Aが形成されている。本実施形態
の装置のうち、窓7とその中に設けられたJFET13
以外の部分により、半導体X線検出器16が構成されて
いる。なお、図1、2、3、4においては、p+ 型およ
びp型の層にハッチングを施している。
る高純度のn- 型のシリコン半導体基板1に対し、p+
型の入射電極3は、硼素等をドープすることにより半導
体基板1の一方の主面1aに形成できる。また、図4に
示すように、抵抗層11A,11B,…となるべき部分
の平面形状に対応したSi O2 のパターン15A,15
B,…を半導体基板1の他方の主面1bに設定し、その
上方から硼素をインプラントすることにより、Si O2
の下には薄いp- 型の抵抗層11A,11B,…が、S
i O2 の無い部分には厚いp+ 型の制御層6A,6B,
…が、形成できる。図1のn+ 型の収集電極5や、JF
ET13のn型チャンネル12は、半導体基板1にV属
の不純物をドープすることにより、形成できる。JFE
T13のn型チャンネル12の不純物密度は、例えば1
013cm-3ないし1017cm-3程度である。
図1に示すように、まず、半導体X線検出器の収集電極
5と、JFET13のゲート8を結線し、入射電極3に
負の電圧−Va 例えば−60V、最外方の制御層6Qに
負の電圧−Vc1例えば−120V、および最内方の制御
層6Aに負の電圧−Vc2例えば−30Vを印加する。制
御層6A,6B,…は、抵抗層11A,11B,…によ
り直列に連結されているので、最外方の制御層6Qから
最内方の制御層6Aに電位分布をもたせることができ
る。また、最内方の制御層6Aに印加した−Vc2によ
り、JFET13直下に空乏層14が形成され、n型チ
ャンネル12とn- 型半導体基板1、つまり、JFET
13とそれ以外の部分とは、この空乏層14により電気
的に分離される。
と、半導体基板1内に、その入射X線エネルギーに応じ
た数の電子4が発生して、前記印加された逆バイアスに
より、収集電極5に注入される。前記空乏層14による
電気的な分離により、JFET13には注入されない。
図5の等価回路に示すように、収集電極5の電位が下が
り、これに結線されたJFET13のゲート8の電位も
下がり、JFET13のドレイン電流ID が制御され
る。こうして、入射X線エネルギーに応じたドレイン電
流ID が得られるので、このドレイン電流ID を測定す
ることにより入射X線2のX線エネルギーが検出され
る。
JFET13のn型チャンネル12には、n- 型半導体
基板1に対し1種類のみの不純物を含めば足り、n- 型
半導体基板1とn型チャンネル12とは、p+ 型の制御
層6Aに負の電圧を印加して生じる空乏層14により電
気的に分離できる。このように、チャンネル12の不純
物濃度を低くできるから、半導体X線検出器と一体化さ
れた電界効果型トランジスタにおいて、低雑音性や高速
性等の特性が良好なものが得られる。また、制御層6
A,6B,…が収集電極5と同心の輪状であるので、制
御層6A,6B,…ひいては半導体装置全体の作製が容
易になる。さらに、制御層6A,6B,…が複数設けら
れて、抵抗層11A,11B,…により直列に連結され
ているので電位分布をもたせることができ、収集電極5
の面積を小さくできる。したがって、半導体X線検出器
16としての容量が小さくなり分解能が向上する。さら
にまた、最内方の制御層6Aに、窓7が形成され、その
中にJFET13を構成するので、半導体X線検出器の
収集電極5からJFET13のゲート8までの配線によ
る浮遊容量や寄生インダクタンスを最小限にでき、半導
体装置としての特性がいっそう向上する。
度n- 型半導体基板1上にn型チャンネル12のJFE
T13を形成したが、本発明は、これに限らず、p- 型
半導体基板上にp型チャンネルのJFETを形成しても
よく、また、FETもJFETに限らず、MOSFET
やMESFETでもよい。
装置によれば、FETの第1導電型例えばn型チャンネ
ルには、低濃度電荷のn- 型半導体基板に対し1種類の
みの不純物を含めば足り、n- 型半導体基板とn型チャ
ンネルとは、第2導電型例えばp+ 型の制御層に負の電
圧を印加して生じる空乏層により電気的に分離できる。
したがって、半導体X線検出器と一体化された電界効果
型トランジスタにおいて、低雑音性や高速性等の特性が
良好なものが得られる。
面図である。
示す図である。
Tを示す正面断面図である。
…半導体基板の他方の主面、2…X線、3…入射電極、
4…発生した電荷(電子)、5…収集電極、6…制御
層、7…窓、8…ゲート、9…ソース、10…ドレイ
ン、11…抵抗層、12…n型チャンネル、13…JF
ET、14…空乏層、15…Si O2 のパターン。
Claims (5)
- 【請求項1】 低濃度電荷の第1導電型の半導体基板の
一方の主面に、X線が入射される第2導電型の入射電極
が形成され、 前記半導体基板の他方の主面のほぼ中央部に、前記入射
電極に入射したX線によって前記半導体基板内に発生し
た電荷が注入される高濃度電荷の第1導電型の収集電極
が形成され、 前記他方の主面における前記収集電極から離間した位置
に、前記収集電極を囲む閉路を形成する第2導電型の制
御層が形成され、 前記制御層に設けた窓に、窓の縁から離間した状態で、
第2導電型のゲートと、このゲートの両側に位置する高
濃度電荷の第1導電型のソースおよびドレインが形成さ
れ、 前記他方の主面に、この主面の周縁から前記制御層を経
て前記収集電極に達する抵抗層が形成されている半導体
装置。 - 【請求項2】 請求項1において、前記制御層が前記収
集電極と同心の輪状である半導体装置。 - 【請求項3】 請求項1または2において、前記制御層
が複数設けられている半導体装置。 - 【請求項4】 請求項3において、前記複数の制御層の
うち最内方の制御層に前記窓が形成されている半導体装
置。 - 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかにおいて、
第1導電型はn型であり、第2導電型はp型である半導
体装置。
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|---|---|---|---|
| JP35265997A JP3883678B2 (ja) | 1997-12-22 | 1997-12-22 | 半導体装置 |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7141797B2 (en) | 2002-04-02 | 2006-11-28 | Hitachi, Ltd. | Radiation detector and radiation apparatus |
| JP2008153256A (ja) * | 2006-12-14 | 2008-07-03 | Institute X-Ray Technologies Co Ltd | 放射線検出器 |
| EP2019436A3 (en) * | 2007-07-27 | 2011-05-04 | Shenzhen Skyray Instrument Co., Ltd. | An ultra high-resolution radiation detector (UHRD) and method for fabrication thereof |
| WO2020008531A1 (ja) * | 2018-07-03 | 2020-01-09 | オリンパス株式会社 | X線検出器 |
| JP2020148608A (ja) * | 2019-03-13 | 2020-09-17 | 株式会社日立製作所 | 放射線検出器 |
-
1997
- 1997-12-22 JP JP35265997A patent/JP3883678B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7141797B2 (en) | 2002-04-02 | 2006-11-28 | Hitachi, Ltd. | Radiation detector and radiation apparatus |
| US7315025B2 (en) | 2002-04-02 | 2008-01-01 | Hitachi, Ltd. | Radiation detector and radiation apparatus |
| JP2008153256A (ja) * | 2006-12-14 | 2008-07-03 | Institute X-Ray Technologies Co Ltd | 放射線検出器 |
| EP2019436A3 (en) * | 2007-07-27 | 2011-05-04 | Shenzhen Skyray Instrument Co., Ltd. | An ultra high-resolution radiation detector (UHRD) and method for fabrication thereof |
| WO2020008531A1 (ja) * | 2018-07-03 | 2020-01-09 | オリンパス株式会社 | X線検出器 |
| JP2020148608A (ja) * | 2019-03-13 | 2020-09-17 | 株式会社日立製作所 | 放射線検出器 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3883678B2 (ja) | 2007-02-21 |
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