DE1614222A1 - Halbleitervorrichtung zum Detektieren und/oder Messen von Strahlung - Google Patents

Halbleitervorrichtung zum Detektieren und/oder Messen von Strahlung

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DE1614222A1
DE1614222A1 DE1967N0030065 DEN0030065A DE1614222A1 DE 1614222 A1 DE1614222 A1 DE 1614222A1 DE 1967N0030065 DE1967N0030065 DE 1967N0030065 DE N0030065 A DEN0030065 A DE N0030065A DE 1614222 A1 DE1614222 A1 DE 1614222A1
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disc
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normal
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Description

PipL-lng. ERtCH EWAPTHER
Patentanwalt
fcimelder:JJ. V. PHiUPS' GLOEIUKPENFABRIEKER
m SW- 1460
24-»Pebruar 1967
"HalMeitervorriohtungzum Detektieren und/oder Messen-van Strahlung«·« Die Erfindung !»trifft eine Halbleitervorrichtung »um
Detektieren u^id/oder Hessen von Strahlung, insbesondere Strahlung ο
° ener^etisoh aufgeladener Teilchen, die eine EinkriBtallaoheib· «ines (0
^ Halbleiterroateriale mit Diamantβtruktur enthalt» wobei die beiden
^ 5 einander gegenüber liegenden Hauptflächen dieser Scheibe mit Siek-
troden versehen sind« Ba sei bemerkt, dass der Ausdruck "D.iamantstruktur" sich, in diesem Falle nicht nur auf Kristalle beziehtf in
denen nur eine Atomsorte auftritt, sondern auch auf Kristalle» in · denen zwei Atomsorten auftreten, wie bei der Zinkblendestruktur oder auch mehr als swei Atomsorten. Eine solche Vorrichtung, weiter Teil·» ohendetektor genannt, ist im allgemeinen dasu bestimmt, über ihre Elektrode mit einer solchen Spannung verbunden su werden, dass eich zwischen den Elektroden eine Verarmungsschicht bildet, und in die Bahn oder Bahnen der su detektiersnden Teilchen derart gebracht su werden, dass dies« annähernd senkrecht die Scheibe treffen· Wenn der Detektor . von einem Teilchen getroffen wird, gibt dieses eine bestimmte Energie ab, worauf die in Form von Elektronen und LSohern ausgeloste Ladung in Form eines Impulses in dem mit den Elektroden verbundenen Kreis gemessen werden kann*
Eb war im allgemeinen üblich, die Scheiben des Halbleitermaterials, seist Silicium oder Germanium, in Form von Platten durch Sägen In einer su der Achse eines in der (IH)-Riohtung hoohgezogenen Einkristallstab· senkrechten Richtung herzustellen* Dies gründete sich im wesentlichen auf die rein technologische Erwägung, dass solohe Stäbe bei der Herstellung weniger Schwierigkeiten bereiten als in anderen Richtungen hochgezogene Stäbe· Wegner, Er&inaoy und Gibeon in I.E.E.E. Trans* Nuclear Science NS-12 (1965) haben bereits darauf hingewiesen, dass eine erhebliche Streuung der durch die eingestrahlten Teilchen abgegebenen Energie auftritt. Dies wurde dem Umstand sugesohrieben, dass die Strahlungsriohtung der Teilchen mit der Richtung von Kanälen im Gitter des Halbleitermaterial eusaraiaenfallen, aber auch von ihr abweichen kann, so dass ein Teilchen, dessen Richtung mit der einet Kanals «usaamenfSllt, weniger Energie abgeben würde als ein Teilchen,: bei doe dies nicht der Fall ist. Mit Rucksioht darauf wurde vorgeschlagen, die Scheibe in der Weise aus einem Stab au schneiden, dass die Richtung der Teilchen nicht mit einer Kristallfläohe mit niedrige» ITndex ■.». ait den (11Q)-, CfH)-* und (lOO)-FläGhen auaammen-
fallen könnte« \ . .:
Eb wurde empfohlen, die Scheibe Senkrecht au einer Achse zu schneiden, die um etwa 20° in bezug auf die (lOC^-Äjohee in Richtungsuf die (110)*Achse und um etwa8° in bezug auf die {tiÖJ^Aohse in Richtung auf die (i11)-*Aohse gedrelttt iit» votei erwarteii ina-de, dass nur eine geringe Streuung der von.'"den TeilChen abgegebene» Energie auftreten Vtii'de, tind etrar atioh^^ daiin, wenn die Riohtuag# in der die Teilchen die Söheitoe treffen würden, Abweichungen\aa au etwa 5° in Twaiag auf die Normale
' IG Obwohl die^gestellte Aufgahe in dieser Weisegelöst
werden könnte, ergibt eich ein© andere Schwierigkeit daraus, daae
solöhe Scheiben eenkreoht au einer Linie gesagt werden müaaen, die einen winkel von etwa;_ 35° «Bidt: der Aehse sinee in der (lii)-fiiohtung hoohgezogenen Stabe einschiiesBt· Infolgedessen geht an jedem Ende des Stabs eine verhältnismässig groaec Menge Material verloren. Weiterhin haben die auf diese Weise aus dem Stab gesagten Scheiben eine elliptische Gestalt» Wenn diese an die üblicae runde destalt der Teilchendetektoren angepasst werden sollten, würde man aufs neue Material verlieren, wobei ausserdem eine zusätzliche Bearbeitung notwendig wäre, was die Gefahr einer BeeehSdigung der Solieiben mit eich bringen würde« Es sei hier bemerkt, dass das in diesen Detektoren verwendete Halbmaterial einen:'-äusseret .hohen !Reinheitsgrad haben muss 1 so dass es erheblich kostapieliger ist als daö ζ·Β· zur Herstellung von Transistoren verwendete Material· Die Erfindung bezweoktunter anderem,diese Nachteile
O zu vermeiden· -
^ ' -,'-'■:■ Nach der ferfindung ist die Normale der Scheibe in einer
^ irrationalen Richtung orientiert, die um einen Winkel von von der *^ (432)-Richtung des Einkristalies abweicht und zwar in Richtung auf die & 30 (111)-Richtung; mit einer Maximalabweichung rings um dieee irrationale
- 4 - PHN i4fO
161422t
Richtung von 5°. Eine Berechnung zeigt» dass bei auf diese Weise orientierten Scheiben die Energie, welche von Teilchen abgegeben wird, die in nicht zu stark von der Normalen abweichenden Richtungen eingestrahlt werden, wenig Unterschiede aufweist* Wenn in Zusammenhang mit der Anwendung des Teilchendetektors erwartet werden kann,. dass die Teilchen nicht alle in der gleichen Riohtung eingestrahlt werden und die Richtungen z.B. Unterschiede von 3 aufweisen kennen, so wird vorzugsweise die Maximalabweichung von der irrationalen Richtung nicht grosser als 2 gewählt· Wenn noch grössere Abweichungen erwartet werden sollen, so lässt man vorzugsweise die Normale der Scheibe im wesentlichen mit dieser irrationalen Richtung zusammenfallen. " ■ '
Solche Scheiben sollen aus einem in der (111)-Riohtung hochgezogenen Stab senkrecht zu einer Linie gesEgt werden, die einen Winkel von etwa 14° mit der Achse des Stabs einschliesst. Diese Scheiben sind nur so geringfügig elliptisch, daas der Unterschied zwischen der langen und der kurzen Achse nur einige Prozent beträgt* Beim Sägen tritt nur geringer Material verlust an den üäiden des Stabe auf, während die Scheiben meistens ohne weitere Veränderung der Form und somit ohne wetteren Materialverisue t in die ttblionen Fassungen eingebaut werden können. ,
Die Ei^fiädtöjgiirird nachs teilend an Hand der beigefügten Zeicfcnui^n «n si^m,,^ ISb «eigens
füg. 1- siefeematäech «inen Schnitt starch einen Teilonende-
ο 25 tektor iund^äen >damlt:~:sm^ verMttdtiS^nBleMriecihe« Kreis 1 . .
to .
^ ΪΊβ. 2 söfeema tisch -die erlliidiängeiiemaee ge*Shlte Orien-
>^ tierung der in dem Teilchendetektor verwendeten Halbleiters ehe i be J
■*> Fig· 3 die Orientierung nach Fig. 2 in gnomispher Pro|ek-
*" -■-.■■ ■■---- ' - ■ .
... tion und ■ .:.-■.."."'"
Fig. 4 perspiefctivieoh eine Abbildung eines
5 > 1460
■: : /'^: ■:.■■..■ :v: ■ 1614111
tore mit Mehrfaohelektroden» :
-; Iler'TeilehiBndatektQr naoh*Fig*71*.^nt]bi31i'* eine Bin*' kristaHeoheibe 1 aus n-Typ" .511 i a ium mit einen» spe&iflochen tfider-Btand von etwa 5OOÖ Ohm.om. Auf der Oberseite ist eine aus reinem Gold beetehende Elektrode 2durch Aufdampfen angebracht, die gestrichelt angedeutet istv während auf ^ d^^ reinem Aluminium bestehende Elektrode 3 aufgedampft ist, die auch gestrichelt dargestellt ist. Auf dem sehr hochohmigen Silizium bildet die aus Gold bestehende Elektrode einen Schottky-Uebergang, während "die Elektrode 3 einen ohmschen Uebergang bildet» Mit diesen Elektroden ist ein Stromkreis'"mit einer Spannungatiuelle 4 verbundenf deren Spannung derart geregelt wird» dass die an der Elektrode 2 gebildete Verarraungssohioht nahessu den ganzen Raum ewiaohen den Elektroden beansprucht. Die Bioke der Scheibe ist für die Erfihdung nioht wesentlich. Meistens werden für den angegebenen Zweck Scheiben mit einer Dicke von 25 bis 300 m verwendet. Der Kreis enthalt weiter eine Messvorrichtung 5 zum ZUhlen und/oder Analysieren der Impulse, die beim Einstrahlen energetisch aufgeladener Teilchen s.B. Alpha-Teilchen, Beutronen und Protonen entstehen, die in diesem Falle die Elektrode 2 in Richtung des Pfeiles 6 treffen und in die Scheibe 1 eindringen.
Die Scheibe 1 wurde aus einem in üblicher, für die Erfindung nicht wesentlicher Weise hergestellten Blnferistallstab mit einem Querschnitt von 25 mm gesSgt* Die Achse des Stabe war, wie bei g 25 . solchen Stäben üblich iet, in der (11i)-Riohtüng des Kristallgittere
OO orientiert*
O
(D Die Laget in der die Scheibe au» dsm Stab geeggt wurde*
Fig· 2 veranschaulicht. Diese Figur «eigfc ging imagiMSre KugsJ um eimn Siliaiufsteistail* Jan &$f; Mitte Q
- 6 - HIH 1460
T6U222
den Indizen (111), (100) und (110) bezeichneten Linien gezogen· Ausaerdem sind Schnitte von Kristallfächen und der Kugel z.B. der (I2i)-Fläehe und der (Iü2)-Flache gezeichnet. Die (432)-Richtung ist die Schnittlinie der (12i)-Flaehe mit der (102-Plüche). Die erwähnte irrationale Richtung liegt dabei in der (I2i)-F18che un einen Winkel von 1° in Richtung auf die (Hi)-Achse verschoben und wird durch A bezeichnet·
In der gnoinischen Projektion nach Fi^. 3 ait (1GO) als Mittelpunkt sind auch einige Kristallrichtungen angedeutet und die erwähnte irrationale Richtung ist wieder mit A bezeichnet.
Fig. 4 zeigt eine Anwendung der Erfindung in einem Teilchendetektor, der dazu dient, die Orientierung von an verschiedenen Stellen des Detektors einfallenden Teilchen in einfacher Weise nachweisbar zu machen· Dieser Detektor besteht au· einer Scheibe von Halbleitermaterial 11, auf deren obere FlSche eins Anzahl paralleler Streifen 12 aus reinem Geld, aufgedampft sind· Auf die untere Seite ist eine Anzahl paralleler Streifen 13 aus reinen Aluminium aufgedampft« Die Streifen sind durch nicht überzogene Bahnen rait einer Breite von etwa 100 μα gegeneinander isoliest. Zu dieses Zweck wurde wahrend des Aufdampfens ein Raster paralleler, dünner Metalldrahte auf die Scheibe gelegt, während ala Quelle des zu verdaapf enden Metalles ein Draht benutzt wurde, der parallel zu den Drähten des Rasters in einem Abstand über diesen aufgespannt wurde, um durch Parallaxe hervorgerufene Schatten zu veraeiden. Die verschiedenen 2^ Streifen der oberen und der unteren Seite können mit einer nicht daro gestellten Vorrichtung verbunden werden. Diese Messvorrichtung kann D aueser anderen Daten auch angeben, an srelchor Stelle ei» 'Seilohen ^ die Scheibe trifft, da der bei diesem Auftreten erzeugte lapuls ledig·»
F^ lieh in denjenigen Streifen 12 bzw. I3 auftritt, die sieh as Äuftreff-
punkt,krausen* Itgplqp^der Orieniierung des Kri&tallgitieri der
-7- - V,. PIIN 1460
. ;';^:c;- :\ r; ' Τ61Α222
"'-*- Sekexbe geuäss der Erfindung werden, trotz der Unterschiede ί zwischen den"2iiixfallerick-tU;ägendieser Teilelien, die Werte der Itapulse einen geringen Unterschied aufweisen unabhängig davon t oli die Teilchen die Scbeilie in der Mitte oder am Rande treffen· ■5 Sölistvc3fstiliidlich Ballon dieee üiülituiitjen nicht zu etark verschieden seift· üiii-ch Anwendung ei no B den Durchmesser des Btindels dar einfallenden Teilchen Tjegrenaenden Kollimators in einem hinreichenden Ale tanc. von der Scheibe> ζ·Β. in einem Abstand von öO mm bei einem BU.idelü«rchmeBser von 2 UiITi^ kanu leicht geelchert werden,
1Ü dues die Eicatunf,, in der die Eandaone der Scheibe^ getroffen wird} nicht mehr βίε etwa 5 τ»η der Richtung verschieden ist, in der die Teilchen die Kitte der Scheine treffen. ieSzteaie Mchtüing fallt naturgemSsB gewöhnlich cit der Kormalen der Scheibe aueaumen.

Claims (2)

  1. - 8 - PIIN 14CO
    PATENT ANSPRACHE»
    « 1. Halbleitervorrichtung zum Detektieren und/oder Messen von Strahlung, insbesondere Strahlung energetisch aufgeladener Teilchen, welche Vorrichtung aus einer EinkriotallßchDibe eines Halbleitermaterials rait Diaaiantstruktur besteht, wobei die beiden einander gegenüber liegenden Hauptflachen der Scheibe mit Elektroden sehen sind»dadurch gekennzeichnet, dass die Normale der Scheibe in einer irrationalen Richtung orientiert ist, uie um einen Winkel von ' 1° von der (432)-Eichtung des Einkrißtalles in Richtung auf die (111}-Bichtun£ abweicht, wobei die maximale Abweichung ringe um diese irrationale Richtung 5 betragt.
  2. 2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-* keiinzelehnet, dass die maximale Abweichung nicht grosser als 2 ist* 3· Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dasB die normale der Scheibe im Wesentlichen ait der erwähnten irrationalen Richtung zusammenfällt· 4« Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden, einander gegen-Uborliegenden Hauptflächen der Scheibe mit je einer Anzahl paralleler, sireifenförmiger, gegeneinander isolierter Elektroden versehen sind, wobei die Streifen auf einer Seite der Scheibe die Streifen auf der anderen f-eite kreuzen.
    BAD ORIGINAL 009 8 0 97 14 48.
    Lee rse ite
DE1967N0030065 1966-03-01 1967-02-25 Halbleitervorrichtung zum detektieren und/oder messen von strahlung Granted DE1614222B2 (de)

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