DE1213539B - Radiation measuring device - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.:Int. Cl .:
GOItGOIt
Deutsche Kl.: 21g -18/02German classes: 21g -18/02
Nummer: 1213 539Number: 1213 539
Aktenzeichen: M 52840 VIII c/21 gFile number: M 52840 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 12. Mai 1962Filing date: May 12, 1962
Auslegetag: 31. März 1966Opening day: March 31, 1966
Die Erfindung betrifft ein Strahlungsmeßgerät für energiereiche Teilchen mit einem aus mehreren Schichten abwechselnden Leitfähigkeitstyps bestehenden und vorgespannten Detektor aus Halbleitermaterial. The invention relates to a radiation measuring device for high-energy particles having one of several Layers of alternating conductivity type and pre-stressed detector made of semiconductor material.
Ein solches Strahlungsmeßgerät dient zum Auffangen und Zählen energiereicher Teilchen und soll Teilchen verschiedener Energie unterscheiden können. Beispielsweise soll ein solches Gerät in der Lage sein, Alphateilchen in Gegenwart einer Gamma- ίο strahlung von dieser gesondert zu zählen. Bei herkömmlichen Strahlungsmeßgeräten wird ein in Sperrichtung vorgespannter p-n-Übergang verwendet. Teilchen, die in der Sperrschicht des Übergangs absorbiert werden, erzeugen Defektelektronenträgerpaare in der Sperrschicht. Unter dem Einfluß des angelegten elektrischen Feldes fließen die Elektronen zur η-Seite des Übergangs und die Löcher zur p-Seite des Übergangs. Der Stromimpuls durch die Sperrschicht kann daher als äquivalent zur absorbierten ao Strahlungsenergie betrachtet werden.Such a radiation measuring device is used to collect and count high-energy particles and should Be able to distinguish between particles of different energies. For example, such a device should be able to be to count alpha particles in the presence of a gamma ίο radiation separately from this. With conventional A reverse biased p-n junction is used for radiation meters. Particles that are absorbed in the junction barrier create hole electron carrier pairs in the barrier layer. The electrons flow under the influence of the applied electric field to the η-side of the transition and the holes to the p-side of the transition. The current pulse through the junction can therefore be regarded as equivalent to the absorbed ao radiant energy.
Zum Auffangen aller energiereichen, weitreichenden Teilchen ist ein Übergang mit einer sehr breiten Sperrzone erforderlich. Die Breite der Sperrzone ist proportional der Quadratwurzel des spezifischen Widerstandes des Halbleitermaterials in der Schicht und der Quadratwurzel der Größe der angelegten Vorspannung. Ein bekanntes Strahlungsmeßgerät ist daher aus einem Halbleitermaterial mit einem sehr hohen spezifischen Widerstand, beispielsweise aus Silicium mit einem spezifischen Widerstand von 1000 Ohm · cm oder höher, hergestellt. Ein solches Gerät besteht aus einer verhältnismäßig dicken Schicht des Halbleitermaterials, auf welche eine Schicht mit einem geringeren spezifischen Widerstand vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und von einer Dicke von etwa einem Mikron oder weniger auflegiert oder in anderer Weise aufgebracht wird. Hierauf werden ohmsche Kontakte zu jeder der Schichten des Halbleitermaterials hergestellt. Im Betrieb wird eine sehr hohe Vorspannung in der Sperrrichtung an das Gerät angelegt, um eine breite Sperrschicht innerhalb des Halbleitermaterials zu erzeugen. Beispielsweise wird, wenn eine Sperrspannung von 5000 V an p-leitendes Silicium von 100 Ohm · cm gelegt wird, eine Sperrschicht von etwa 0,762 mm erzeugt. Diese Geräte benötigen also eine hohe Sperrspannung.To collect all high-energy, far-reaching particles, there is a transition with a very wide one Exclusion zone required. The width of the exclusion zone is proportional to the square root of the specific Resistance of the semiconductor material in the layer and the square root of the size of the applied Preload. A known radiation meter is therefore made of a semiconductor material with a very high specific resistance, for example made of silicon with a specific resistance of 1000 ohm · cm or higher. Such a device consists of a relatively thick one Layer of semiconductor material on which a layer with a lower specific resistance of the opposite conductivity type and of a thickness of about one micron or less alloyed or applied in any other way. Then there are ohmic contacts to each of the Layers of the semiconductor material produced. In operation there is a very high bias in the reverse direction applied to the device to create a broad barrier layer within the semiconductor material produce. For example, if a reverse voltage of 5000 V is applied to p-type silicon of 100 ohm · cm is applied, a barrier layer of about 0.762 mm is created. So these devices need a high reverse voltage.
Es ist ferner ein Gerät zur Erfassung von Neutronen mit einem Halbleiter bekannt, der unter dem Einfluß der Neutronen radioaktiv wird. Der Halbleiterkörper soll hierbei möglichst hochohmig sein.There is also a device for detecting neutrons with a semiconductor known under the Influence of neutrons becomes radioactive. The semiconductor body should have the highest possible resistance.
StrahlungsmeßgerätRadiation meter
Anmelder:Applicant:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,Berlin and Munich,
München 2, Wittelsbacherplatz 2Munich 2, Wittelsbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:
Donald James Shombert,
Berkeley Heights, N. J. (V. St. A.)Named as inventor:
Donald James Shombert,
Berkeley Heights, NJ (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
V. St. v. Amerika vom 12. Mai 1961 (109 586)V. St. v. America May 12, 1961 (109 586)
Ein anderes bekanntes Gerät mit einem Halbleiterdetektor für Neutronen weist zwei oder mehr Zonen verschiedenen Leitfähigkeitstyps auf.Another known apparatus with a semiconductor neutron detector has two or more Zones of different conductivity types.
Mit diesen Geräten kann man aber nur Neutronenstrahlen messen.However, these devices can only measure neutron beams.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und schafft ein Strahlungsmeßgerät für alle Arten energiereicher Teilchen und mit einer relativ kleinen Sperrspannung durch eine solche Ausbildung des Detektors, daß die Diffusionslänge der Minoritätsträger in jeder der Schichten klein im Vergleich zur Schichtdicke ist, und durch eine solche Wahl der Vorspannung in Abhängigkeit von den Schichtdicken und den spezifischen Widerständen der Schichten, daß eine zusammengesetzte breite Sperrzone im Detektor zum Auffangen der Teilchen entsteht.The invention avoids these disadvantages and creates a radiation measuring device for all types of higher energy Particles and with a relatively small reverse voltage due to such a design of the Detector that the diffusion length of the minority carriers in each of the layers is small compared to Layer thickness is, and by such a choice of prestress depending on the layer thicknesses and the resistivities of the layers that a composite wide exclusion zone im Detector to collect the particles is created.
Vorzugsweise ist das Halbleitermaterial Silicium von verhältnismäßig niedrigem spezifischem Widerstand. Preferably, the semiconductor material is silicon of relatively low resistivity.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing.
In der Figur ist schematisch ein Strahlungsmeßgerät nach der Erfindung mit einem Halbleiterdetektor 10 dargestellt, der eine Anzahl von Schichten aus Halbleitermaterial abwechselnden Leitfähigkeitstyps aufweist. Beispielsweise können die Schichten 12 und 14 p-leitend sein, während die angrenzenden benachbarten Schichten 11, 13 und 15 η-leitend sind.The figure shows a radiation measuring device according to the invention with a semiconductor detector 10, alternating a number of layers of semiconductor material Has conductivity type. For example, layers 12 and 14 can be p-type, while the adjacent adjacent layers 11, 13 and 15 are η-conductive.
Zur Herstellung eines solchen Halbleiterdetektors kann das Halbleitermaterial aufgedampft werden. Hierbei wird das Halbleitermaterial zusammen mitTo produce such a semiconductor detector, the semiconductor material can be vapor-deposited. Here, the semiconductor material is used together with
609 540/311609 540/311
einer bestimmten Konzentration des aktiven Verunreinigungsmaterials vom vorgeschriebenen Leitfähigkeitstyp auf einem erhitzten, im wesentlichen aus einem Einkristall bestehenden Halbleiterausgangselement aus einer zersetzbaren Verbindung des Halbleitermaterials in einem Reaktionsgefäß abgeschieden. Nach einem bestimmten Zeitraum, während dem die gewünschte Dicke des Halbleitermaterials in der aufgedampften Schicht gebildet worden ist, wird der Leitfähigkeitstyp des aktiven Verunreinigungsmaterials im Material der zersetzbaren Verbindung geändert, um eine zweite Schicht Halbleitermaterial vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu erhalten. Nach einem weiteren Zeitraum, während dem die gewünschte Dicke der zweiten Schicht Halbleitermaterial auf die erste aufgedampfte Schicht vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufgebracht worden ist, wird die Art des aktiven Verunreinigungsmaterials, das innerhalb der zersetzbaren Verbindung enthalten ist, wieder auf den ursprünglichen Verunreinigungstyp geändert, um eine dritte Schicht Halbleitermaterial zu erhalten, dessen Leitfähigkeit gleich der der ersten Schicht ist. Sodann wird der Vorgang wiederholt, um eine beliebige Anzahl von Halbleitermaterialschichten von abwechselndem Leitfähigkeitstyp und einer bestimmten Dicke sowie von einem bestimmten spezifischen Widerstand entsprechend der Aufdampfzeit und der Konzentration des Verunreniigungsmaterials zu bilden. Das Strahlungsmeßgerät nach der Erfindung kann aus einem beliebigen der gegenwärtig bekannten Halbleitermaterialien hergestellt werden. Beispielsweise kann es aus Silicium, Germanium, einer-Silicium-Germanium-Legierung, aus Siliciumcarbid, intermetallischen Verbindungen der Gruppen ΙΠ bis V des Periodischen Systems, wie Galliumarsenid, Indiumphosphid, Aluminiumantimonid, Indiumantimonid hergestellt werden. Im vorliegenden Fall wurde Silicium als Halbleitermaterial verwendet.a certain concentration of the active contaminant material of the prescribed conductivity type on a heated output semiconductor element consisting essentially of a single crystal deposited from a decomposable compound of the semiconductor material in a reaction vessel. After a certain period of time during which the desired thickness of the semiconductor material has been formed in the evaporated layer, the conductivity type becomes the active Contaminant material in the material of the decomposable compound changed to a second layer To obtain semiconductor material of the opposite conductivity type. After another period of time, during which the desired thickness of the second layer of semiconductor material is evaporated onto the first Layer of the opposite conductivity type has been applied, the type of active contaminant material contained within the decomposable compound changed the original impurity type to get a third layer of semiconductor material, whose conductivity is the same as that of the first layer. The process is then repeated for any Number of semiconductor material layers of alternating conductivity type and a specific one Thickness as well as a certain specific resistance according to the evaporation time and the Concentration of the contaminant material to form. The radiation meter of the invention can be selected from any of those currently known Semiconductor materials are produced. For example, it can be made of silicon, germanium, a silicon-germanium alloy, made of silicon carbide, intermetallic compounds from groups ΙΠ to V of the Periodic Table, such as gallium arsenide, Indium phosphide, aluminum antimonide, indium antimonide. In the present case silicon was used as a semiconductor material.
Es wurde ein Einkristall-Halbleitersubstratelement, beispielsweise eine p-leitende Siliciumhalbleiterschicht, mit einem niedrigen spezifischen Widerstand von 100 Ohm · cm und einer Dicke von etwa 0,0508 mm geschaffen. Die Verunreinigungskonzentration in dieser Schicht beträgt etwa 10M Träger je Kubikzentimeter. Auf diese Schicht wird aus der Dampfphase eine η-leitende Siliciumhalbleiterschicht mit einem niedrigen spezifischen Widerstand von 40 Ohm · cm bis zu einer Dicke von etwa 0,0508 mm aufgebracht. Der Vorgang wurde wiederholt, bis eine Folge von Schichten erzeugt war. Hierauf wurde eine n-Siliciumhalbleiterschicht mit einem spezifischen Widerstand von etwa 0,002 Ohm · cm und einer Dicke von 1 Mikron gebildet. Schließlich wurden elektrische Verbindungen 16 und 17 an den entgegengesetzten Enden des Detektors durch ohmsche Kontakte 18 und 19 befestigt. Die Anordnung wird dann mit einer Spannungsquelle-20 verbunden, um die Übergänge/1, /3, /5 usw. in der Sperrichtung vorzuspannen. Eine Vorspannung von 200 V schlägt durch jede Schicht hindurch. Es sind daher insgesamt nur 3000V erforderlich, um eine Gesamt-A single crystal semiconductor substrate member such as a p-type silicon semiconductor layer having a low resistivity of 100 ohm · cm and a thickness of about 0.0508 mm was provided. The concentration of impurities in this layer is approximately 10 M carrier per cubic centimeter. An η-conductive silicon semiconductor layer with a low specific resistance of 40 ohm · cm up to a thickness of about 0.0508 mm is applied to this layer from the vapor phase. The process was repeated until a sequence of layers was created. An n-type silicon semiconductor layer having a resistivity of about 0.002 ohm · cm and a thickness of 1 micron was formed thereon. Finally, electrical connections 16 and 17 were attached to the opposite ends of the detector by ohmic contacts 18 and 19. The arrangement is then connected to a voltage source-20 to reverse bias junctions / 1, / 3, / 5, etc. A bias voltage of 200 V strikes through each layer. A total of only 3000V is therefore required to achieve a total
sperrschichtbreite von 0,762 mm in einem Detektor mit fünfzehn Halbleitermaterialschichten zu erzeugen. Die Schichtdicken sind so festgelegt, daß sie größer sind als die Diffusionslänge von Minoritätsträgern in der Schicht, wodurch verhindert wird, daß to generate a barrier layer width of 0.762 mm in a detector with fifteen layers of semiconductor material. The layer thicknesses are set so that they are greater than the diffusion length of minority carriers in the layer, which prevents
ίο Träger Bereiche vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp durchqueren. Eine Lebensdauer von etwa 0,05 Mikrosekunden oder weniger wird für das Halbleitermaterial im Detektor bevorzugt.ίο Carrier areas of opposite conductivity type traverse. A life of about 0.05 microseconds or less is required for the semiconductor material preferred in the detector.
Das Strahlungsmeßgerät nach der Erfindung weist gegenüber den bekannten Geräten dieser Art den Vorteil auf, daß niedrige spezifische Widerstände von 40 und 100 Ohm · cm anstatt 1000 Ohm · cm verwendet werden können und nur eine Vorspannung von 3000 V anstatt von 5000 V erforderlich ist, soThe radiation meter according to the invention has compared to the known devices of this type The advantage of using low resistivities of 40 and 100 ohm · cm instead of 1000 ohm · cm and only a bias of 3000 V instead of 5000 V is required, so
ao daß jeder einzelne Übergang nur 200 V standzuhal-ao that each individual transition can only withstand 200 V
" ten braucht. ___"th needs. ___
Die angegebene Anzahl und Dicke der Schichten kann abgeändert werden, um die erforderliche Vorspannung für das Durchschlagen der ÜbergängeThe indicated number and thickness of the layers can be modified to the required pre-tension for breaking through the transitions
weiter herabzusetzen. Beispielsweise erfordert einfurther reduce. For example, requires a
-. Detektor mit zwanzig Schichten von einer Dicke von je 0,0381 mm mit ähnlichen spezifischen Widerständen für die p- und η-leitenden Schichten nur 2000 V zur Bildung einer Sperrschicht von 0,762 mm. In einem solchen Detektor braucht jeder Übergang nur -.-. 100 V standzuhalten.-. Detector with twenty layers, each 0.0381 mm thick, with similar resistivities for the p- and η-conducting layers only 2000 V to form a barrier layer of 0.762 mm. In Each transition only needs -.- such a detector. Withstand 100 V.
Claims (2)
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1025 533;
französische Patentschrift Nr. 1192 652;
»rOnde Electrique«, Bd. 40, 1960, Nr. 404,
S. 812;Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1025 533;
French Patent No. 1192 652;
"ROnde Electrique", Vol. 40, 1960, No. 404,
P. 812;
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ID=22396136
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| DEM52840A Pending DE1213539B (en) | 1961-05-12 | 1962-05-12 | Radiation measuring device |
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| DE (1) | DE1213539B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2261527A1 (en) * | 1972-12-15 | 1974-07-04 | Max Planck Gesellschaft | SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING IT |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1025533B (en) * | 1956-06-22 | 1958-03-06 | Siemens Ag | Device for the detection of neutrons with a semiconductor |
| FR1192652A (en) * | 1958-03-04 | 1959-10-28 | Commissariat Energie Atomique | Improvement in neutron flux detection methods |
-
1962
- 1962-05-12 DE DEM52840A patent/DE1213539B/en active Pending
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| DE1025533B (en) * | 1956-06-22 | 1958-03-06 | Siemens Ag | Device for the detection of neutrons with a semiconductor |
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