JPH11186285A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH11186285A
JPH11186285A JP9352659A JP35265997A JPH11186285A JP H11186285 A JPH11186285 A JP H11186285A JP 9352659 A JP9352659 A JP 9352659A JP 35265997 A JP35265997 A JP 35265997A JP H11186285 A JPH11186285 A JP H11186285A
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一雄 谷口
Hideji Matsuura
秀治 松浦
Katsuhiko Nishida
克彦 西田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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(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

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、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関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来より、図3の平面図に示すような円
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。
【0003】例えば、図6に示すように、半導体X線検
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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このように形
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。
【0005】本発明は前記従来の問題に鑑みてなされた
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。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
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。
【0007】請求項1の装置によれば、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
+ 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。
【0008】請求項2の半導体装置は、請求項1の装置
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。
【0009】請求項3の半導体装置は、請求項1または
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。
【0010】請求項4の半導体装置は、請求項3の装置
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。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態の装置
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。
【0012】また、図3の中央部の拡大図である図2に
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+
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。
【0013】不純物密度が例えば1012cm-3程度であ
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
13cm-3ないし1017cm-3程度である。
【0014】次に、この装置の動作について説明する。
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。
【0015】ここで、入射電極3にX線2が入射する
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。
【0016】このように、本実施形態の装置によれば、
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-
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。
【0017】なお、本実施形態の装置においては、高純
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-
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。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明の半導体
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の半導体装置を示す正面断
面図である。
【図2】同装置の中央部を示す拡大平面図である。
【図3】同装置を示す平面図である。
【図4】同装置における制御層と抵抗層との同時形成を
示す図である。
【図5】同装置の等価回路を示す図である。
【図6】従来の半導体X線検出器に一体化されたJFE
Tを示す正面断面図である。
【符号の説明】
1…半導体基板、1a…半導体基板の一方の主面、1b
…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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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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