JPS6135385A - 中性子検出装置 - Google Patents
中性子検出装置Info
- Publication number
- JPS6135385A JPS6135385A JP59158415A JP15841584A JPS6135385A JP S6135385 A JPS6135385 A JP S6135385A JP 59158415 A JP59158415 A JP 59158415A JP 15841584 A JP15841584 A JP 15841584A JP S6135385 A JPS6135385 A JP S6135385A
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- Japan
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- neutron
- rays
- semiconductor
- single crystal
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- Measurement Of Radiation (AREA)
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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
ショットキー接合または結晶半導体−非晶質半導体へテ
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を印加し、これにより前
記半導体中に空乏層を拡げ、該空乏層中に飛来した放射
線により発生する電子−正孔対を電流パルスとしてカウ
ントし検出するものである。
ショットキー接合または結晶半導体−非晶質半導体へテ
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を印加し、これにより前
記半導体中に空乏層を拡げ、該空乏層中に飛来した放射
線により発生する電子−正孔対を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 ）やシリコン（
Ｓｉ）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
からシリコン（Ｓｉ）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。
Ｓｉ）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
からシリコン（Ｓｉ）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γ線は、半導体空乏
層内で直接電子−正孔対を生じさせ、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
クーロ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ζこよりα線を発生させ％該α
線が牛導体空乏ｊ−内で電子−正孔対を生成し、これを
検知し中性子線を検知する方法がある。
層内で直接電子−正孔対を生じさせ、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
クーロ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ζこよりα線を発生させ％該α
線が牛導体空乏ｊ−内で電子−正孔対を生成し、これを
検知し中性子線を検知する方法がある。
具体的な実例として中性子線に対して散乱断面積の大き
なボロンの同位元素１０Ｂを用いたＪＯＢ（ｎ。
なボロンの同位元素１０Ｂを用いたＪＯＢ（ｎ。
α）反応を用い、次式で示す反応に従って、中性子線が
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。
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。
′。Ｂ（ｎ、α）反応： ’％Ｂ＋ ％ｎ−＋；Ｌ＋
＋ ：Ｈｅしかし、ボロンは２０００℃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。
＋ ：Ｈｅしかし、ボロンは２０００℃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ζこ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まう問題がある。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、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。
生じ素子特性の劣化を生じてしまう問題がある。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、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。
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
示す点番こおいて問題がある。
わせた中性子検出器が公知になっているが、これは次に
示す点番こおいて問題がある。
■ リン化ホウ素層形成には熱分解法を使用するため９
００℃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。
００℃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。
（２） ボロンの同位元素１０Ｂは、自然界に（ＩＯ
Ｂ ： ＩＩＢζ１：４）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（ＰＨ
１）を用いてリンがリン化ホウ素層に含まれるため。
Ｂ ： ＩＩＢζ１：４）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（ＰＨ
１）を用いてリンがリン化ホウ素層に含まれるため。
ＪＯＢ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、２０μｍ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。
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。
以上のようにり、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。
た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
う問題があった二さらに半導体以外の中性子検出器は形
状が極めて大きくて重いと云う欠点も有している。
定性に乏しく、また検出感度が低く計数特性が悪いと云
う問題があった二さらに半導体以外の中性子検出器は形
状が極めて大きくて重いと云う欠点も有している。
中性子検出素子に関しては、上記のような欠点を有して
いるため、速中性子線等の検出に減速材を用いようとす
ると、半導体検出器を用いる以外では検出部が大型のた
めその周囲に載置する減速材も、極めて大きくかっまた
重くなるため、実用化は困難である。
いるため、速中性子線等の検出に減速材を用いようとす
ると、半導体検出器を用いる以外では検出部が大型のた
めその周囲に載置する減速材も、極めて大きくかっまた
重くなるため、実用化は困難である。
減速材を用いて各エネルギーの速中性子を測定するため
には、それぞれのエネルギーに対応すべき厚みをもった
減速材を載置する必要があるが、検出素子部が半導体の
ように小型化しなければ減速材も膨大なものとなる。
には、それぞれのエネルギーに対応すべき厚みをもった
減速材を載置する必要があるが、検出素子部が半導体の
ように小型化しなければ減速材も膨大なものとなる。
最近では、原子炉や加速器等の中性子発生源の増加によ
り、どのような中性子線、すなわち、どのようなエネル
ギーの中性子線が発生しているのかを調べ中性子線の人
体への影響等に対して適切な対策を施す必要に迫られて
いる。
り、どのような中性子線、すなわち、どのようなエネル
ギーの中性子線が発生しているのかを調べ中性子線の人
体への影響等に対して適切な対策を施す必要に迫られて
いる。
しかしながら、現状ではリアルタイムで速中性子線を正
確に検出するのは前述したように困難であるため、実際
にはボナーボールと呼ばれる装置が、速中性子エネギー
スペクトル像を検出するのに用いられている。
確に検出するのは前述したように困難であるため、実際
にはボナーボールと呼ばれる装置が、速中性子エネギー
スペクトル像を検出するのに用いられている。
これは中性子検出部分に金（”７Ａｕ ）を用い、その
周囲に各エネルギーに対応すべくポリエチレン等の減速
材の厚みを変えたものを数個用いて、中性子線照射後、
金の放射化（１９’Ａｕ→”’Ａｕ）を用いて、中性子
線スペクトル像を検出するものである。
周囲に各エネルギーに対応すべくポリエチレン等の減速
材の厚みを変えたものを数個用いて、中性子線照射後、
金の放射化（１９’Ａｕ→”’Ａｕ）を用いて、中性子
線スペクトル像を検出するものである。
これはある程度小型化されるが、−炭中性子線を照射し
た後にはじめて判明すると云うもので。
た後にはじめて判明すると云うもので。
リアルタイムで測定するものではない。
本発明は、ボロンの同位元素ＪＯＢのｌ０Ｂ（ｎ、α）
反応を用いた半導体中性子検出器である。これは１０Ｂ
を高濃度に含有させたボロン薄膜を用いて、中性子検出
効率の高い半導体素子を中心薯こ載置し減速材の厚みを
変化させた検出器を作製し、速中性子線のエネルギース
ペクトル像がリアルタイムで得られる装置を提供するこ
とを目的とする。
反応を用いた半導体中性子検出器である。これは１０Ｂ
を高濃度に含有させたボロン薄膜を用いて、中性子検出
効率の高い半導体素子を中心薯こ載置し減速材の厚みを
変化させた検出器を作製し、速中性子線のエネルギース
ペクトル像がリアルタイムで得られる装置を提供するこ
とを目的とする。
本発明は従来困難とされていたボロンの同位元素１０Ｂ
を高濃度に含むボロン薄膜を２００℃以下の低温で半導
体基体表面に形成し、また高比抵抗シリコン表面に非晶
質シリコン膜を２００℃以下の低温で付着せしめたヘテ
ロ接合ダイオード構造を形成することですべて低温プロ
セスで検出素子を作製した。これにより半導体基体に熱
的な歪を与えることなく特性劣化を与えることなく高感
度の中性子線検出素子を作製し、これを中心に各種属み
を変化させた減速材を周囲に載置した形状の装置を数個
或はそれ以上用いて速中性子線のエネルギースペクトル
像をリアルタイムで得られるようにしたものである。
を高濃度に含むボロン薄膜を２００℃以下の低温で半導
体基体表面に形成し、また高比抵抗シリコン表面に非晶
質シリコン膜を２００℃以下の低温で付着せしめたヘテ
ロ接合ダイオード構造を形成することですべて低温プロ
セスで検出素子を作製した。これにより半導体基体に熱
的な歪を与えることなく特性劣化を与えることなく高感
度の中性子線検出素子を作製し、これを中心に各種属み
を変化させた減速材を周囲に載置した形状の装置を数個
或はそれ以上用いて速中性子線のエネルギースペクトル
像をリアルタイムで得られるようにしたものである。
これは、中性子線検出部分が、高感度、小型。
軽量とすることが可能となったため減速材も、小型、軽
量とすることが可能となった。
量とすることが可能となった。
第１図は、中性子線検出素子部分の断面図である。Ｐ型
巣結晶シリコンｌの基板表面！（次に示す条件のプラズ
マＣＶＤ法により非晶質シリコン膜２を付着させた。
巣結晶シリコンｌの基板表面！（次に示す条件のプラズ
マＣＶＤ法により非晶質シリコン膜２を付着させた。
・プラズマＣＶＤ法件
使用ガス：モノシラン（ＳｉＨ２（１０チＨ２ベース）
〕基板温度：２００℃ 圧 カニ １０．０Ｔｏｒｒ 印加を圧： ７００Ｖ（Ｄ、Ｃ，） また裏面には、ｔ（ＩＢを高濃度に含むボロン薄膜３を
プラズマＣＶＤ法により形成した。その条件を次に示す
。
〕基板温度：２００℃ 圧 カニ １０．０Ｔｏｒｒ 印加を圧： ７００Ｖ（Ｄ、Ｃ，） また裏面には、ｔ（ＩＢを高濃度に含むボロン薄膜３を
プラズマＣＶＤ法により形成した。その条件を次に示す
。
使用カスニジホラ７ （”ＢｚＨｓ（１０００ｐｐｍＨ
２ベース）〕 基板温度：２００℃ 圧 カニ ２． ＯＴｏｒｒ 印加電圧： ５６０Ｖ（Ｄ、Ｃ，） この後、電極５，６として金属を蒸着する。電極５及び
６に逆バイアス電圧を印加し単結晶シリコン基板中に空
乏層を形成する。ここえ中性子線６が飛来し、ボロン薄
膜３において Ｂ（ｎ１α）反応を生じ、α線７を発生
させ、該α線を空乏層内で、電流パルスとして検知する
ものである。
２ベース）〕 基板温度：２００℃ 圧 カニ ２． ＯＴｏｒｒ 印加電圧： ５６０Ｖ（Ｄ、Ｃ，） この後、電極５，６として金属を蒸着する。電極５及び
６に逆バイアス電圧を印加し単結晶シリコン基板中に空
乏層を形成する。ここえ中性子線６が飛来し、ボロン薄
膜３において Ｂ（ｎ１α）反応を生じ、α線７を発生
させ、該α線を空乏層内で、電流パルスとして検知する
ものである。
第２図は、第１図の検出素子１０を減速材１１でおおい
、速中性子線の測定しうる装置としたものである。中性
子線６が飛来すると減速材１１を第２図に示すような軌
跡で検出素子１０まで到達する。
、速中性子線の測定しうる装置としたものである。中性
子線６が飛来すると減速材１１を第２図に示すような軌
跡で検出素子１０まで到達する。
本実施例では測定中性子線エネルギー範囲として０．０
２５ｅＶ〜１４ＭｅＶまでが可能であることが判明した
。
２５ｅＶ〜１４ＭｅＶまでが可能であることが判明した
。
この発明によれば、中性子線エネルギースペクトル像が
リアルタイムで測定出来る。また人体への中性子線の影
響度を示したＩＣＲＰ勧告に合わせて減速材厚みを数種
類変化させて対応させて１人体への影響指示モニターと
しても勿論使用しつる。
リアルタイムで測定出来る。また人体への中性子線の影
響度を示したＩＣＲＰ勧告に合わせて減速材厚みを数種
類変化させて対応させて１人体への影響指示モニターと
しても勿論使用しつる。
第１図は中性子線検出素子の断面図、第２図は第１図の
素子を用いた検出装置の断面図である。 １・・・Ｐ型巣結晶シリコン、２・・・非晶質シリコン
。 ３・・・ボロン薄膜、４，５・・・電極、６・・・中性
子線、７・・・α線、１０・・・検出素子、１１・・・
減速材。 ′ｆ１ 閃 才２１
素子を用いた検出装置の断面図である。 １・・・Ｐ型巣結晶シリコン、２・・・非晶質シリコン
。 ３・・・ボロン薄膜、４，５・・・電極、６・・・中性
子線、７・・・α線、１０・・・検出素子、１１・・・
減速材。 ′ｆ１ 閃 才２１
Claims (1)
- １）単結晶半導体表面に非晶質半導体を被着せしめたヘ
テロ接合と、ボロン薄膜とを組み合わせた検出器と、そ
の周囲に減速材を載置する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 |
|---|---|---|---|
| JP59158415A JPS6135385A (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 |
|---|---|---|---|
| JP59158415A JPS6135385A (ja) | 1984-07-28 | 1984-07-28 | 中性子検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6135385A true JPS6135385A (ja) | 1986-02-19 |
| JPH053551B2 JPH053551B2 (ja) | 1993-01-18 |
Family
ID=15671254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59158415A Granted JPS6135385A (ja) | 1984-07-28 | 1984-07-28 | 中性子検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6135385A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
-
1984
- 1984-07-28 JP JP59158415A patent/JPS6135385A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH053551B2 (ja) | 1993-01-18 |
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