JPS6135384A - 中性子検出装置 - Google Patents
中性子検出装置Info
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- JPS6135384A JPS6135384A JP59158414A JP15841484A JPS6135384A JP S6135384 A JPS6135384 A JP S6135384A JP 59158414 A JP59158414 A JP 59158414A JP 15841484 A JP15841484 A JP 15841484A JP S6135384 A JPS6135384 A JP S6135384A
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- semiconductor
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- boron
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、ボロン薄膜を用いた中性子検出装置に関する
。
。
半導体放射線検出器の原理は、PN接合や、半導体−金
属シツ、トギー接合または結晶半導体−非晶質半導体ヘ
テロ接合等、いずれかの方法でダイオード構造を形成し
、該ダイオードに逆バイアス電圧馨印加し、これにより
前記半導体中に空乏層を拡げ、該を逆層中に飛来した放
射線により発生する゛離子−正孔対な電流パルスとして
カウントし検出するものである。
属シツ、トギー接合または結晶半導体−非晶質半導体ヘ
テロ接合等、いずれかの方法でダイオード構造を形成し
、該ダイオードに逆バイアス電圧馨印加し、これにより
前記半導体中に空乏層を拡げ、該を逆層中に飛来した放
射線により発生する゛離子−正孔対な電流パルスとして
カウントし検出するものである。
半導体素材には、ゲルマニウム(Ge)ヤシリコン(S
i)等が用いられており、工業的に放射線線量計として
用いられているのは、現在は素材の入手が容易なことか
らシリコシ(SL)が圧倒的に多い。また最近では、低
電圧動作の要求から高純度高比抵抗のシリコンが用いら
れるようになって来ている。
i)等が用いられており、工業的に放射線線量計として
用いられているのは、現在は素材の入手が容易なことか
らシリコシ(SL)が圧倒的に多い。また最近では、低
電圧動作の要求から高純度高比抵抗のシリコンが用いら
れるようになって来ている。
放射線でも、X線、α線、β線及びr線は、半導体空乏
層内で直M!電子−正孔対な生じさせ、従来方法で放射
線検出が可能であるが、それ等に対して中性子線は電荷
をもっていないので、核反応以外には、軌道電子や原子
核のクー四ン場になんらの作用も及ぼさず、従って半導
体空乏層内で。
層内で直M!電子−正孔対な生じさせ、従来方法で放射
線検出が可能であるが、それ等に対して中性子線は電荷
をもっていないので、核反応以外には、軌道電子や原子
核のクー四ン場になんらの作用も及ぼさず、従って半導
体空乏層内で。
電子−正孔対は生じず、中性子線の検出は従来方法では
不可能である。このため中性子線検知方法として、中性
子の吸収断面積の大きな物質に中性子線を透過させ、中
性子核変換反応によりα線を発生させ、該α線が半導体
空乏層内で電子−正孔対を生成1−1これを検知し中性
子線を検知する方法がある。
不可能である。このため中性子線検知方法として、中性
子の吸収断面積の大きな物質に中性子線を透過させ、中
性子核変換反応によりα線を発生させ、該α線が半導体
空乏層内で電子−正孔対を生成1−1これを検知し中性
子線を検知する方法がある。
篩、α)反応を用い、次銃士示す反応に従って、中性子
緋が入射した際ボロンから発生するα線を検知する方法
がある。
緋が入射した際ボロンから発生するα線を検知する方法
がある。
+oB(n、α)反応: 10B+’ n −+ L
i +Heしかし、ボロンは2000 ’C以上の極め
て高い融点をもち、容易にボロン単体層を形成すること
は困難である。たとえボロン層を形成しえたとしても、
該α線を検知すべき基体自身が高温のため破壊或は劣化
してしまうと云う問題があった。
i +Heしかし、ボロンは2000 ’C以上の極め
て高い融点をもち、容易にボロン単体層を形成すること
は困難である。たとえボロン層を形成しえたとしても、
該α線を検知すべき基体自身が高温のため破壊或は劣化
してしまうと云う問題があった。
特に半導体放射線検出器においては、高温では熱的歪を
生じ、素子特性の劣化を生じてし味う問題がある。なか
でも、放射線検出器に使用する半導体は、高純度、高比
抵抗であるため、更に作製プロセスにおいては低温プロ
セスが要求される。
生じ、素子特性の劣化を生じてし味う問題がある。なか
でも、放射線検出器に使用する半導体は、高純度、高比
抵抗であるため、更に作製プロセスにおいては低温プロ
セスが要求される。
高純度高比抵抗シリコンにおいては、400℃以上で熱
的歪が生じ始めると云われている。従って。
的歪が生じ始めると云われている。従って。
半導体プロセスで一般的に用いられている800℃以上
の高温プロセスは、半導体放射線検出器には適さない。
の高温プロセスは、半導体放射線検出器には適さない。
たとえば、リン化ホウ素層と半導体PN接合とを組み合
わせた中性子検出器が公知になっているが、これは次に
示す点に8いて問題がある。
わせた中性子検出器が公知になっているが、これは次に
示す点に8いて問題がある。
■リン化ホウ素層形成に熱分解法を使用するため、90
0℃の高温に半導体基体を晒すことになり、前述した理
由により半導体特性劣化は避けられない。
0℃の高温に半導体基体を晒すことになり、前述した理
由により半導体特性劣化は避けられない。
■ボロンの同位元素10Bは、自然界に10 B :1
1 B≠l:4の割合で存在するが、これに加えIOB
をさらに高濃度としても、フォスフイン(PHs)を用
いてリンがリン化ホウ素層に含まれるため。
1 B≠l:4の割合で存在するが、これに加えIOB
をさらに高濃度としても、フォスフイン(PHs)を用
いてリンがリン化ホウ素層に含まれるため。
10Bの濃度は減少する。そのため中性子検出感度は減
少する。
少する。
■作製したリン化ホウ素層厚みが加μmもあるため、発
生α線が自己吸収により減少し、そのため中性子検出感
度は減少する。
生α線が自己吸収により減少し、そのため中性子検出感
度は減少する。
以上のようにリン化ホウ素層と半導体とを組み合わせた
中性子検出装置は問題がある。
中性子検出装置は問題がある。
また半導体を用いない中性子検出器は構造が複雑で安定
性に乏しく、また検出感度が低く、計数特性が悪いと云
う問題があった。
性に乏しく、また検出感度が低く、計数特性が悪いと云
う問題があった。
構造が簡単で安定性が高く、しかも検出感度の高い中性
子検出装置を提供することを目的とする。
子検出装置を提供することを目的とする。
本発明はこの目的を達成するため、ボロン薄膜形成の際
、ボロンの同位元素 Bを選択濃縮し作製したジボラン
ガス(82H6)を用いてグロー放電を行い、1013
を高濃度に含有するボロン薄膜を形成することを特徴と
する。
、ボロンの同位元素 Bを選択濃縮し作製したジボラン
ガス(82H6)を用いてグロー放電を行い、1013
を高濃度に含有するボロン薄膜を形成することを特徴と
する。
以下図を用い、て本発明の実施例について説明する。以
下、ここで開示する実施例の全てにおいて、示すボロン
薄膜は前述したボロンの同位元素 Bを高濃度に含有す
るボロン薄膜である。第1図及び第2図は表面障壁型構
造の検出器の場合で、例えばP型シリコンでは、障壁金
属としてのアルミニウム電極6、オーミックコンタクト
としての金電極7をそれぞれ真空蒸着したものである。
下、ここで開示する実施例の全てにおいて、示すボロン
薄膜は前述したボロンの同位元素 Bを高濃度に含有す
るボロン薄膜である。第1図及び第2図は表面障壁型構
造の検出器の場合で、例えばP型シリコンでは、障壁金
属としてのアルミニウム電極6、オーミックコンタクト
としての金電極7をそれぞれ真空蒸着したものである。
ボロン薄[8け、前記電極6及び7の少なくとも一方の
表面に形成される。この表面障壁型構造の素子に逆電圧
を印加した状態で熱中性子線4が入射すると、該熱中性
子線がボロン薄膜8を通過する際、B−1−on−+
Li+α なる中性子核変換反応によりα線5が発生し、該α線が
シリコン半導体中1に形成した空乏層内に侵入して電子
・正孔対を生成し、電流)くルスとなるので、熱中性子
線が検出しうろことになる。第2図に示すように両電極
6及び7の表面にそれぞれボロン薄膜8を形成させた場
合は、裏面で発生したα線も検出するので熱中性子の検
出効率が第1図に示した実施例よりさらに高められる。
表面に形成される。この表面障壁型構造の素子に逆電圧
を印加した状態で熱中性子線4が入射すると、該熱中性
子線がボロン薄膜8を通過する際、B−1−on−+
Li+α なる中性子核変換反応によりα線5が発生し、該α線が
シリコン半導体中1に形成した空乏層内に侵入して電子
・正孔対を生成し、電流)くルスとなるので、熱中性子
線が検出しうろことになる。第2図に示すように両電極
6及び7の表面にそれぞれボロン薄膜8を形成させた場
合は、裏面で発生したα線も検出するので熱中性子の検
出効率が第1図に示した実施例よりさらに高められる。
第3図、第4図および第5図はpn接合型放射線検出素
子の場合で、n型シリコン基板9に選択的にボロン薄膜
8を形成する。ボロン薄膜8の直下のn型シリコン基板
9に、ボロン侵入層、すなわちp+層10が形成される
。この1層は1021〜101022ato/1ytt
の極めて高いボロン濃度を有し、かつIOBを高濃度に
含むボロンであるため熱中性子を効率良く検出する。こ
の Bの高濃度に含有すの際使用するジボランガスとし
て、 Bを高濃度に含んだガスを使用することで形成す
るものである。
子の場合で、n型シリコン基板9に選択的にボロン薄膜
8を形成する。ボロン薄膜8の直下のn型シリコン基板
9に、ボロン侵入層、すなわちp+層10が形成される
。この1層は1021〜101022ato/1ytt
の極めて高いボロン濃度を有し、かつIOBを高濃度に
含むボロンであるため熱中性子を効率良く検出する。こ
の Bの高濃度に含有すの際使用するジボランガスとし
て、 Bを高濃度に含んだガスを使用することで形成す
るものである。
また、さらに熱中性子線の検出効率を高めるため、第4
図及び第5図に示すように電極6及び7の表面にもボロ
ン薄膜8を形成する。その結果、検出効兆の高い中性子
検出素子が得られる。
図及び第5図に示すように電極6及び7の表面にもボロ
ン薄膜8を形成する。その結果、検出効兆の高い中性子
検出素子が得られる。
第6図は、表面障壁型の検出素子の構造断面図である。
ボロン薄膜8の直下にP+層10、すなわちオーミック
コンタクト層を形成し、さらに電極上にもボロン薄膜8
を形成している。
コンタクト層を形成し、さらに電極上にもボロン薄膜8
を形成している。
第7図は、非晶質シリコンを単結晶シリコン半導体表面
上に形成したヘテロ接合素子の構造図である。
上に形成したヘテロ接合素子の構造図である。
これは単結晶シリコン表面にプラズマCVD法により非
晶質シリコンを堆積させて作製し、その後高濃度 B含
有のジボラy B2H6ガスを用いたプラズマCVD
法で加のボロン薄膜層加を形成したものである。
晶質シリコンを堆積させて作製し、その後高濃度 B含
有のジボラy B2H6ガスを用いたプラズマCVD
法で加のボロン薄膜層加を形成したものである。
本検出素子はプラズマCVD法を用いることによりすべ
ての素子作製プロセスが200℃以下の低温であるため
、高純度シリコン9の熱的劣化が殆ど生ずることなく、
比抵抗10 kΩ−a以上の単結晶シリコンですら熱的
劣化はない。
ての素子作製プロセスが200℃以下の低温であるため
、高純度シリコン9の熱的劣化が殆ど生ずることなく、
比抵抗10 kΩ−a以上の単結晶シリコンですら熱的
劣化はない。
たとえばloo&の表面積をもつシリコンウエノ1にお
ける感度を計算すると、中性子線線束密度100nVで
は、 計数率A=Nδφ ただしNは原子密度、δは散乱断面積、φは線束密度で
ある。
ける感度を計算すると、中性子線線束密度100nVで
は、 計数率A=Nδφ ただしNは原子密度、δは散乱断面積、φは線束密度で
ある。
A=2.0xlOx 1500xlOx 3814xl
O”10Bの原子密度 B薄膜の膜厚 Bの散
乱断面積xlOx 10 φ 表面積 =IQcps となり、高感度の中性子検出器が容易に形成しつる。ま
たこのボロン薄膜を多層形成すれは、勿論感度はこれ以
上に向上する。
O”10Bの原子密度 B薄膜の膜厚 Bの散
乱断面積xlOx 10 φ 表面積 =IQcps となり、高感度の中性子検出器が容易に形成しつる。ま
たこのボロン薄膜を多層形成すれは、勿論感度はこれ以
上に向上する。
ここで本素子作製の条件を以下に示す。
レシリコン単結晶:比抵抗10にΩ櫂以上 (40φ)
し非晶質シリコン:モノシラン〔SiH4(10%H2
ベース)〕を用いたり、CプラズマCVD法で 作製。
し非晶質シリコン:モノシラン〔SiH4(10%H2
ベース)〕を用いたり、CプラズマCVD法で 作製。
・プラズマCVD法 基板温度 200℃圧
力 IQ、QTorr 印加電圧 700■ レホロン薄膜ニジボラy CB2H6(1000ppm
)(2ベース)〕を用いたり、CプラズマCVD法で
作製。
力 IQ、QTorr 印加電圧 700■ レホロン薄膜ニジボラy CB2H6(1000ppm
)(2ベース)〕を用いたり、CプラズマCVD法で
作製。
・プラズマCVD法 基板温度 200℃圧
力 2.0Torr 印加電圧 560 V 本発明による放射線検出器の構造自体は従来の検出器と
同様である力1ら当然、熱中性子以外の放射線も検出で
きる。例えば本半導体検出器においクトルを示す。
力 2.0Torr 印加電圧 560 V 本発明による放射線検出器の構造自体は従来の検出器と
同様である力1ら当然、熱中性子以外の放射線も検出で
きる。例えば本半導体検出器においクトルを示す。
前述したように、中性子が本検出器に侵入しボロン薄膜
を通過する際、ボロンの同位元素 Bと(n。α)反応
により2.30 MeVのα線を発生する。
を通過する際、ボロンの同位元素 Bと(n。α)反応
により2.30 MeVのα線を発生する。
このため第7図中12に示すスペクトルを示す。第8図
に示すように通常検出しうるr線と熱中性子線による該
α線とは明確に識別しつる。
に示すように通常検出しうるr線と熱中性子線による該
α線とは明確に識別しつる。
丈た、本検出器の中性子線入射窓にポリエチレン等の減
速材を載置すれば速中性子線の検出も可能である。すな
わち速中性子線が減速材に入射すると弾性衝突によって
叩き出されたプロトンが本検出器内に形成した空乏層に
入射して電子−正孔対な生ずるので他の放射線と同様に
検出しつる。
速材を載置すれば速中性子線の検出も可能である。すな
わち速中性子線が減速材に入射すると弾性衝突によって
叩き出されたプロトンが本検出器内に形成した空乏層に
入射して電子−正孔対な生ずるので他の放射線と同様に
検出しつる。
ここで開示した実施例では、いずれも半導体基板にシリ
コンを用いたが、勿論ゲルマニウムや化合物半導体のG
aAsやCdTeなどを用いても、本検出器は十分その
中性子線を検出しつる。その理由は前述したボロン薄膜
はグロー放電によるプラズマCVD法により形成される
がその際半導体基板に加えられる温度は300’C以下
であるため該半導体基板に熱的歪みを生ずることなくボ
ロン薄膜を形成し、良好な放射線検出器を作表しつるか
らである。
コンを用いたが、勿論ゲルマニウムや化合物半導体のG
aAsやCdTeなどを用いても、本検出器は十分その
中性子線を検出しつる。その理由は前述したボロン薄膜
はグロー放電によるプラズマCVD法により形成される
がその際半導体基板に加えられる温度は300’C以下
であるため該半導体基板に熱的歪みを生ずることなくボ
ロン薄膜を形成し、良好な放射線検出器を作表しつるか
らである。
この発明によれば、従来のように中性子核変換物質を放
射線検出素子の前面に装着することなく熱中性子線を検
出することが出来る。しかもこのボロン薄膜は、放射線
検出素子に密着しているため、ボロンの同位元素 Bに
よる B(n 、α〕反応を生じさせまたボロン薄膜自
身も1500 A前後と薄いためα線の自己吸収も少な
く発生したα線が効率よく半導体基板に侵入するため、
熱中性子線の検出効率が高められると同時に、ボロン薄
膜の厚みも500〜1600 Aで不感層幅も極めて薄
くしつる。その結果α線やβ線及びr線の検出にも特に
支障がない。
射線検出素子の前面に装着することなく熱中性子線を検
出することが出来る。しかもこのボロン薄膜は、放射線
検出素子に密着しているため、ボロンの同位元素 Bに
よる B(n 、α〕反応を生じさせまたボロン薄膜自
身も1500 A前後と薄いためα線の自己吸収も少な
く発生したα線が効率よく半導体基板に侵入するため、
熱中性子線の検出効率が高められると同時に、ボロン薄
膜の厚みも500〜1600 Aで不感層幅も極めて薄
くしつる。その結果α線やβ線及びr線の検出にも特に
支障がない。
第1図及び第2図は表面障壁型検出器の断面図、第3図
、第4図及び第5図はpn接合型放射線検出器の断面図
、第6図は表面障壁型放射線検出器の断面図、第7図は
ヘテロ接合型放射線検出器の断面図、第8図は本発明に
よる半導体放射線検出器を用いて中性子線を測定した際
のパルス波高に対する計数率のスペクトルでアル。 1・・・p型シリコン基板、4・・・中性子線、5・・
・α線、6及び7・・・電極、8・・・ボロン薄膜、9
・・・n型シリコン基板、10・・・P 領域、11・
・・r線スペクトル、12・・・α線スペクトル、加・
・・非晶質シリコン。 ;71(2) f′z閃
、第4図及び第5図はpn接合型放射線検出器の断面図
、第6図は表面障壁型放射線検出器の断面図、第7図は
ヘテロ接合型放射線検出器の断面図、第8図は本発明に
よる半導体放射線検出器を用いて中性子線を測定した際
のパルス波高に対する計数率のスペクトルでアル。 1・・・p型シリコン基板、4・・・中性子線、5・・
・α線、6及び7・・・電極、8・・・ボロン薄膜、9
・・・n型シリコン基板、10・・・P 領域、11・
・・r線スペクトル、12・・・α線スペクトル、加・
・・非晶質シリコン。 ;71(2) f′z閃
Claims (1)
- 1)半導体PN接合または半導体−金属ショットキー接
合または結晶半導体−非晶質半導体ヘテロ接合と、ボロ
ンの同位元素^1^0Bを高濃度に含むボロン薄膜とを
組合わせたことを特徴とする中性子検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59158414A JPS6135384A (ja) | 1984-07-28 | 1984-07-28 | 中性子検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59158414A JPS6135384A (ja) | 1984-07-28 | 1984-07-28 | 中性子検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6135384A true JPS6135384A (ja) | 1986-02-19 |
| JPH053550B2 JPH053550B2 (ja) | 1993-01-18 |
Family
ID=15671232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59158414A Granted JPS6135384A (ja) | 1984-07-28 | 1984-07-28 | 中性子検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6135384A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5019886A (en) * | 1986-01-21 | 1991-05-28 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor-based radiation-detector element |
| JPH05232239A (ja) * | 1992-02-25 | 1993-09-07 | Aloka Co Ltd | 中性子検出装置 |
| US6771730B1 (en) * | 1998-11-25 | 2004-08-03 | Board Of Regents Of University Of Nebraska | Boron-carbide solid state neutron detector and method of using the same |
| JP2010004038A (ja) * | 2008-06-09 | 2010-01-07 | Honeywell Internatl Inc | ニュートロン検出構造 |
| WO2013158986A3 (en) * | 2012-04-19 | 2013-12-12 | Carnegie Mellon University | A metal-semiconductor-metal (msm) heterojunction diode |
| US9543423B2 (en) | 2012-09-04 | 2017-01-10 | Carnegie Mellon University | Hot-electron transistor having multiple MSM sequences |
| CN112599620A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-04-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种中子辐射探测器 |
-
1984
- 1984-07-28 JP JP59158414A patent/JPS6135384A/ja active Granted
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5019886A (en) * | 1986-01-21 | 1991-05-28 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor-based radiation-detector element |
| JPH05232239A (ja) * | 1992-02-25 | 1993-09-07 | Aloka Co Ltd | 中性子検出装置 |
| US6771730B1 (en) * | 1998-11-25 | 2004-08-03 | Board Of Regents Of University Of Nebraska | Boron-carbide solid state neutron detector and method of using the same |
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| WO2013158986A3 (en) * | 2012-04-19 | 2013-12-12 | Carnegie Mellon University | A metal-semiconductor-metal (msm) heterojunction diode |
| US9553163B2 (en) | 2012-04-19 | 2017-01-24 | Carnegie Mellon University | Metal-semiconductor-metal (MSM) heterojunction diode |
| US9941382B2 (en) | 2012-04-19 | 2018-04-10 | Carnegie Mellon University | Metal-semiconductor-metal (MSM) heterojunction diode |
| US9543423B2 (en) | 2012-09-04 | 2017-01-10 | Carnegie Mellon University | Hot-electron transistor having multiple MSM sequences |
| CN112599620A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-04-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种中子辐射探测器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH053550B2 (ja) | 1993-01-18 |
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