DE2046364C3

DE2046364C3 - Radiation detector

Info

Publication number: DE2046364C3
Application number: DE19702046364
Authority: DE
Inventors: Johannes Caen Calvados Meuleman (Frankreich)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-09-24
Filing date: 1970-09-19
Publication date: 1978-02-02

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor mit einem einen nahezu zentral liegenden Hohlraum aufweisenden Halbleiterkristall, bei dem um den Hohlraum ein strahlungsempfindlicher Übergang zwischen zwei Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, die gegebenenfalls durch eine eigenleitende Zone getrennt sind, ausgebildet ist, und mit einer hermetisch geschlossenen, aus einem schachteiförmigen Halter, an dem der Kristall befestigt ist, und einem Deckel bestehenden Umhüllung.The invention relates to a radiation detector with an almost centrally located cavity having semiconductor crystal, in which a radiation-sensitive transition between two zones of opposite conductivity type around the cavity, which is optionally through an intrinsic zone are separated, is formed, and with a hermetically sealed, from a box-shaped holder to which the crystal is attached, and a cover existing envelope.

Ein solcher Strahlungsdetektor ist z. B. aus »Industries Atomiques« 12(1968) 3/4,83 - 93 bekannt.Such a radiation detector is z. B. from "Industries Atomiques" 12 (1968) 3 / 4.83-93 known.

Der Fortschritt auf dem Gebiet der Herstellung von Halbleitermaterialien ermöglicht es, Stäbe monokristallinen Materials immer größerer Abmessungen zu erhalten. Dies ist insbesondere wichtig für Halbleiterdetektoren mit einem strahlungsempfindlichen Übergang, der zwischen zwei koaxialen Schichten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, da bei diesen Detektoren die Nutzwirkung mit dem Volumen steigt. Der Kristall dieser Detektoren kann zylinderförmig sein, die Form eines Parallelepipeds oder eines Prismas haben, wobei die Achse des Überganges mit der des Kristalls zusammenfällt.The progress in the field of the production of semiconductor materials makes it possible to produce rods of monocrystalline material of ever larger dimensions receive. This is particularly important for semiconductor detectors with a radiation-sensitive transition, which is formed between two coaxial layers of opposite conductivity type, since these Detectors the usefulness increases with the volume. The crystal of these detectors can be cylindrical be in the form of a parallelepiped or a prism, the axis of the transition with that of the Crystal collapses.

Zur Vereinfachung des Transportes, der Lagerung und der Aufrechterhaltung der Qualität über eine lange Zeit wird der Halbleiter vorzugsweise durch eine geschlossene Umhüllung geschützt, die jede Verunreini-S gung verhindert Dies ist insbesondere erforderlich bei Detektoren aus Germanium, die ein eigenleitendes Gebiet enthalten, das zwischen den koaxialen Schichten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps liegt, und die mit Lithium ausgeglichen und bei einer TemperaturTo simplify transport, storage and maintenance of quality over a long period of time Time, the semiconductor is preferably protected by a closed casing that prevents any contamination. This is particularly necessary when Germanium detectors that contain an intrinsic area between the coaxial layers opposite conductivity type, and those with lithium balanced and at one temperature

ίο verwendbar sind, die ungefähr der Temperatur flüssigen Heliums entspricht und auch bei einer sehr niedrigen Temperatur aufbewahrt werden können.ίο that are approximately liquid temperature Helium and can also be stored at a very low temperature.

Die Vergrößerung des Nutzvolumens des Kristalls des Detektors macht wegen des Gewichtes dieThe increase in the usable volume of the crystal of the detector makes the

iS Befestigung und Zentrierung in der Umhüllung schwierig. Der Kistall hat die Neigung sich entweder um seine eigene Achse zu drehen, insbesondere bei Verwendung eines zylinderförmigen Kristalls, oder zu verschieben, was im allgemeinen zur Folge hat, daß die elektrischenDifficult to attach and center in the envelope. The Kistall has the inclination either about his rotate or move its own axis, especially when using a cylindrical crystal, which generally has the consequence that the electrical Verbindungen unterbrochen werden. Außerdem macht es diese Volumen- und Gewichtsvergrößerung des Detektorkristalls erforderlich, die mechanische Stabilität der Umhüllung zu vergrößern, was bisher dadurch gelöst wurde, daß die Wände der Umhüllung dickerConnections are interrupted. Also makes it is necessary this increase in volume and weight of the detector crystal to increase the mechanical stability of the envelope, which has so far been the case was solved that the walls of the envelope thicker gemacht wurden. Da diese Wände im allgemeinen auswere made. Because these walls are generally made of

Metall sind, tritt dann die Erscheinung der Retrodiffu-Metal, the appearance of retro diffusion occurs

sion oder Reemission auf, wenn die zu messendesion or reemission on when the to be measured

Strahlung auf die Wände trifft.Radiation hits the walls. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einemThe invention is based on the object at a

Detektor der eingangs genannten Art zur Unterbrechung der elektrischen Verbindungen führende Verdrehungen oder Verschiebungen des Kristalls, sowie die zu Retrodiffusion und Reemission führende Verwendung dickwandiger metallischer Umhüllungen zu vermeiden.Detector of the type mentioned to interrupt the electrical connections leading to twisting or shifting of the crystal, as well as the to Avoid using thick-walled metallic sheaths leading to retro-diffusion and re-emission.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Befestigung des Kristalls in der Umhüllung ein solider Stift, der an dem schachteiförmigen Halter befestigt ist, in den Hohlraum des Kristalls geführt ist und darin mit Kraft gegen die Wand des HohlraumesAccording to the invention, this object is achieved in that a solid pin, which is attached to the box-shaped holder, is guided into the cavity of the crystal and in it with force against the wall of the cavity drückt.presses.

Eine derartige Befestigung bietet insbesondere bei Spezialanwendungen Vorteile, namentlich dann, wenn die seitlichen Flächen des Kristalls des Detektors ganz frei liegen müssen, so daß sie alle Strahlen, unabhängigSuch a fastening offers advantages in particular in special applications, namely when the side faces of the crystal of the detector must be completely exposed so that they all rays, independently von deren Einfalirichtung, auffangen können, z. B. bei der Verwendung als Sonde. Darüber hinaus ermöglicht es der Stift auf einfache Weise eine hervorragende Zentrierung des Detektors in der Umhüllung zu erhalten. Die beschriebene Befestigungsweise läßt sichfrom the direction of fall, can catch, z. B. when used as a probe. It also enables the pen easily provides excellent centering of the detector in the envelope receive. The fastening method described can be unabhängig von der Form des Detektors anwenden, beispielsweise bei einer zylindrischen Form, der Form eines Parallelepipeds, dann vorzugsweise mit einem quadratischen Querschnitt, einer prismatischen Form, einer Trapezform und auch unabhängig von denapply regardless of the shape of the detector, for example in the case of a cylindrical shape, the shape of a parallelepiped, then preferably with a square cross-section, a prismatic shape, a trapezoidal shape and also independent of the Umgebungsverhältnissen, z. B. im Hochvakuum und bei niedrigen Temperaturen.Environmental conditions, e.g. B. in a high vacuum and at low temperatures.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das außerhalb des Hohlraums liegende Ende des Stiftes mit einer Scheibe fest verbunden sein, die senkrecht auf demAccording to a further development of the invention, the end of the pin lying outside the cavity can with be firmly connected to a disc that is perpendicular to the Stift steht und am schachteiförmigen Halter befestigt ist. Dies ermöglicht es, den Detektor nicht an den Seitenwänden des Kristalls befestigen zu müssen und somit einerseits die ganze seitliche Oberfläche frei zu lassen und andererseits jede Verunreinigung derPen stands and is attached to the box-shaped holder. This makes it possible not to have to attach the detector to the side walls of the crystal and thus on the one hand to leave the entire lateral surface free and on the other hand to leave any contamination of the seitlichen Fläche des Detektors zu vermeiden.avoid lateral surface of the detector.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Stift fest mit dem Boden des schachteiförmigen Halters verbunden. Dies bietet den Vorteil, daß dasAccording to another development of the invention, the pin is fixed to the bottom of the box-shaped Holder connected. This has the advantage that the

Gewicht des Gefüges verringert wird und außerhalb der Hülle liegende Befestigungsmittel fortgelassen werden können.Weight of the structure is reduced and outside the Fastening means lying on the cover can be omitted.

Der Stift kann entweder aus Metall bestehen oder isolierend ausgebildet sein und dann insbesondere aus einem keramischen Material bestehen. Im ersteren Fall kann der Stift außer seiner Befestigung^- und Zentrierungsfunktion weiter als elektrisches Verbindungselement verwendet werden. Der zweite Fall ist vorteilhaft bei Anwendungen, bei denen Metallteile auf ein Minimum beschränkt werden müssen, damit eine Retrodiffusion vermieden wird.The pin can either be made of metal or be designed to be insulating and then in particular consist of a ceramic material. In the former case can the pin in addition to its fastening ^ - and centering function can continue to be used as an electrical connector. The second case is advantageous in applications where metal parts must be kept to a minimum so that a Retrodiffusion is avoided.

Der Stift kann rohrförmig ausgebildet werden, wobei sein Gewicht niedrig wird, aber seine Festigkeit erhalten bleibt Weiter kann der rohrförmige Stift zur Erleichterung einer soliden Befestigung des Kristalls etwas kegelförmig ausgebildet werden.The pin can be formed in a tubular shape, its weight being low, but its strength being maintained Next, the tubular pin can be used for relief a solid attachment of the crystal can be made somewhat conical.

Wenn der Hohlraum im Kristall als durchgehende Bohrung gebildet ist, wird vorzugsweise mindestens ein elektrisches Verbindungselement, das eine uer Zonen des Kristalls mit einem Stromzuführungsleiter für den Detektor verbindet, durch den Hohlraum im Kristall und durch den rohrförmigen Stift geführtIf the cavity is formed in the crystal as a through hole, at least one is preferably electrical connection element that connects an outer zone of the crystal with a power supply conductor for the Detector connects, passed through the cavity in the crystal and through the tubular pin

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigtEmbodiments of the invention are shown in the drawing and will be described in more detail below described. It shows

F i g. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektors,F i g. 1 an embodiment of the detector according to the invention,

F i g. 2 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektors.F i g. 2 shows another embodiment of the detector according to the invention.

Der Kristall Q des in F i g. 1 dargestellten Detektors enthält zwei koaxiale Halbleiterschichten 1 und 2 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, die durch eine eigenleitende Schicht 3 getrennt sind. Der Kristall weist einen durchgehenden zentralen Hohlraum 4 auf in den ein Stift 5a mit Kraft eingeführt ist, wobei das Ende des Stiftes 5a, das außerhalb des Hohlraumes 4 liegt, in eine Scheibe 56 übergeht.The crystal Q of the in FIG. The detector shown in FIG. 1 contains two coaxial semiconductor layers 1 and 2 of opposite conductivity type, which are separated by an intrinsic layer 3. The crystal has a continuous central cavity 4 into which a pin 5 a is inserted with force, the end of the pin 5 a, which lies outside the cavity 4, merging into a disk 56.

Zur Verstärkung der Verbindung zwischen dem Kristall Ci und dem Stift 5a kann letzterer etwas kegelförmig ausgebildet sein oder gegebenenfalls als zylinderförmiges Rohr ausgebildet sein, das über mindestens einen Teil seiner Länge mit Schlitzen versehen ist, damit das Rohr eine gewisse Biegsamkeit hat und damit es auf geeignete Weise gegenüber der inneren Schicht 2, beispielsweise mit Hufe eines Sicherungselementes oder einfach durch Klemmwirkung verriegelt wird.The latter can do something to strengthen the connection between the crystal Ci and the pin 5a Be conical or optionally be designed as a cylindrical tube that over at least part of its length is slotted to give the tube a certain flexibility has and thus it in a suitable manner opposite the inner layer 2, for example with a hoof Securing element or is locked simply by clamping action.

Zum Einbringen des Stiftes 5a in den Hohlraum 4 wird auf der Scheibe 5b ein Ring 6 aus Isoliermaterial angeordnet, der als Einstellring für den Detektor bestimmt ist. Dieser Einstellring ist nicht immer notwendig und kann fortgelassen werden, wenn der Durchmesser des zentralen Hohlraums 4 und der Durchmesser und die Kegelförmigkeit des Stiftes 5a untereinander auf geeignete Weise gewählt werden.To introduce the pin 5a into the cavity 4, a ring 6 made of insulating material is placed on the disk 5b arranged, which is intended as an adjustment ring for the detector. This adjustment ring is not always necessary and can be omitted if the diameter of the central cavity 4 and the The diameter and the conical shape of the pin 5a can be selected appropriately with one another.

Der Kristall G des Detektors wird durch den Stift 5a und die Scheibe 5b festgehalten, und das Gefüge wird in einen metallenen schachteiförmigen Halter 7 gebracht, mit dem es mit Hilfe eines Klemmringes 8, der an der Außenseite des Halters zur Höhe der Scheibe 5b angeordnet ist, verbunden ist, welche Scheibe mit Kraft in den Halter 7 geschoben ist.The crystal G of the detector is held in place by the pin 5a and the disc 5b , and the structure is placed in a metal box-shaped holder 7 with which it is secured by means of a clamping ring 8 located on the outside of the holder at the level of the disc 5b , is connected, which disc is pushed into the holder 7 with force.

Der Stift 5a und die Scheibe 5b können dazu verwendet werden, eine elektrische Verbindung zwischen der Innenschicht 2 des Kristalls und dem Zuführungsdraht 9 zu erhalten, wobei der Zuführungsdraht 9 dann unmittelbar mit dem schachteiförmigen Halter 7 verschweißt ist In dem Fall, daß der Stift 5a und die Scheibe 5b aus Metall bestehen, reicht es aus, ein Metall mit gu:en elektrischen Leitungseigenschaften zu wählen, beispielsweise Aluminium. In dem Fall, daß der Stift 5a und die Scheibe 5b aus einem isolierenden Material bestehen, beispielsweise aus Keramischem ίο Material, reicht es aus, die Außenoberflächen zu metallisieren bevor der Kristall in den Halter gebracht wird.The pin 5a and the disk 5b can be used to obtain an electrical connection between the inner layer 2 of the crystal and the lead wire 9, the lead wire 9 then being welded directly to the box-shaped holder 7 the disk 5b consist of metal, it is sufficient to choose a metal with good electrical conduction properties, for example aluminum. In the event that the pin 5a and the disk 5b are made of an insulating material, for example ceramic ίο material, it is sufficient to metallize the outer surfaces before the crystal is placed in the holder.

Der Stift 5a und gegebenenfalls die Scheibe 5b können aus dem gleichen Material bestehen wie das Material des Kristalles. Diese Ausführungsform ist insbesondere in dem Fall nützlich, daß die Ausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Materialien weitgehend miteinander übereinstimmen müssen, bzw. einander entsprechen müssen, damit der Detektor im Falle schwieriger Temperaturumstände verwendbar istThe pin 5a and optionally the disk 5b can consist of the same material as the material of the crystal. This embodiment is particularly useful in the event that the expansion coefficients of the different materials must largely correspond to one another, or must correspond to one another, so that the detector can be used in the case of difficult temperature conditions

Die elektrische Verbindung mit der äußeren Schicht 1 des Kristalles wird durch einen Leiter 10 erhalten, der beispielsweise durch den zentralen Hohlraum 4 und durch den Stift 5a geführt ist, ohne daß er jedoch den Hohlraum 4 oder den Stift 5a berührt Der Leiter 10 ist mit einem Stromzuführungsdraht verbunden, der isoliert durch den Boden des Halters 7 geführt ist, gegenüber dem Stift 5aThe electrical connection with the outer layer 1 of the crystal is obtained by a conductor 10, the for example through the central cavity 4 and through the pin 5a, but without him Cavity 4 or the pin 5a contacts the conductor 10 is connected to a power supply wire, the is guided isolated through the bottom of the holder 7, compared to the pin 5a

Ein Deckel 12 der mit dem Halter 7 hermetisch verbunden ist, besteht aus einem Metall oder aus einem Isoliermaterial, beispielsweise aus keramischem Material. A lid 12 which is hermetically connected to the holder 7 is made of a metal or a Insulating material, for example made of ceramic material.

Der Kristall C₂ des in F i g. 2 dargestellten Detektors enthält Halbleiterschichten 21 und 22 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und eine eigenleitende Schicht 23. Dieser Kristall hat ein blindes Loch 24, wobei die Innenschicht 22 die Wand dieses Loches bildet Die Außenschicht 21 hüllt die Außenwand des Kristalls C₂ ein. Der Kristall ist mit seinem zentralen Hohlraum an einem Stift 25 befestigt, der mit Kraft in den Hohlraum geführt ist. Der Stift, der beispielsweise aus Metall bestehen kann, ist kegelförmig und unmittelbar am Boden des Halters 26 festgelötet.The crystal C _{2 of} the in FIG. The detector shown in FIG. 2 contains semiconductor layers 21 and 22 of opposite conductivity type and an intrinsic layer 23. This crystal has a blind hole 24, the inner layer 22 forming the wall of this hole. The outer layer 21 envelops the outer wall of the crystal C ₂ . The central cavity of the crystal is attached to a pin 25 which is guided into the cavity with force. The pin, which can consist of metal, for example, is conical and soldered directly to the bottom of the holder 26.

Wie beim Detektor nach F i g. 1 ist die elektrische Verbindung zwischen der Schicht 22 und dem Stromzuführungsdraht 27, der mit dem Halter 26 verschweißt ist, durch den Stift 25 gebildet. Die elektrische Verbindung mit der Schicht 21 wird durch einen Verbindungsleiter 28 erhalten, der mit der Schicht 21 verlötet und mit Hilfe einer Glas-Metall-Durchführung durch den Halter 26 geführt ist.As with the detector according to FIG. 1 is the electrical connection between layer 22 and the Power supply wire 27, which is welded to the holder 26, is formed by the pin 25. the electrical connection to the layer 21 is obtained by a connecting conductor 28 connected to the layer 21 is soldered and passed through the holder 26 with the aid of a glass-metal bushing.

Der Deckel 30 wird je nach seiner Verwendung aus Metall oder aus einem Isoliermaterial gewählt. Der Deckel ist beispielsweise mit dem Halter 26 verschweißt, wenn er aus Metall besteht, oder hartgelötet, wenn er aus einem Isoliermaterial, wie einem keramischen Material, besteht.The cover 30 is selected from metal or from an insulating material, depending on its use. the For example, the cover is welded to the holder 26, if it is made of metal, or brazed, when it is made of an insulating material such as a ceramic material.

Der erfindungsgemäße Detektor, der in den zwei dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, bietet den großen Vorteil, daß die seitlichen Wände völlig frei bleiben, was besonders bei den Anwendungen sehr zweckmäßig ist, bei denen die seitlichen Wände der zu defektiven Strahlung ausgesetzt sind, z. B. bei einer Verwendung des Detektors als Sonde. 65 The detector according to the invention, which has been described in the two illustrated embodiments, offers the great advantage that the side walls remain completely free, which is particularly useful in applications in which the side walls are exposed to defective radiation, e.g. B. when using the detector as a probe. 65

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Strahlungsdetektor mit einem einen nahezu zentral liegenden Hohlraum aufweisenden Halbleiterkristall, bei dem um den Hohlraum ein strahlungsempfindlicher Obergang zwischen zwei Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, die gegebenenfalls durch eine eigenleitende Zone getrennt sind, ausgebildet ist, und mit einer hermetisch geschlossenen, aus einem schachteiförmigen Halter, an dem der Kristall befestigt ist, und einem Deckel bestehenden Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung des Kristalls in der Umhüllung ein solider Stift, der an dem schachteiförmigen Halter befestigt ist, in den Hohlraum des Kristalls geführt ist und darin mit Kraft gegen die Wand des Hohlraumes drückt1. Radiation detector with a semiconductor crystal having an almost centrally located cavity, in which a Radiation-sensitive transition between two zones of opposite conductivity type which are optionally separated by an intrinsic zone, is formed, and with a Hermetically sealed, from a box-shaped holder to which the crystal is attached, and a cover existing cover, thereby characterized in that for fastening the crystal in the envelope a solid pin, which is attached to the box-shaped holder is attached, is guided into the cavity of the crystal and therein with Force pushes against the wall of the cavity

2. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das außerhalb des Hohlraumes liegende Ende des Stiftes mit einer Scheibe fest verbunden ist, welche Scheibe senkrecht auf dem Stift steht und am schachteiförmigen Halter befestigt ist.2. Radiation detector according to claim 1, characterized in that the outside of the cavity lying end of the pin is firmly connected to a disk, which disk is perpendicular to the Pen stands and is attached to the box-shaped holder.

3. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift mit dem Boden des schachteiförmigen Halters fest verbunden ist.3. Radiation detector according to claim 1, characterized in that the pin with the bottom of the box-shaped holder is firmly connected.

4. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift rohrförmig ausgebildet ist.4. Radiation detector according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the pin is tubular is trained.

5. Strahlungsdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Stift leicht kegelförmig ausgebildet ist.5. Radiation detector according to claim 4, characterized in that the tubular pin is easy is conical.

6. Strahlungsdetektor nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der Hohlraum im Kristall als durchgehende Bohrung gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein elektrisches Verbindungselement, das eine der Zonen des Kristalls mit einem Stromzuführungsleiter für den Detektor verbindet, durch den Hohlraum im Kristall und durch den rohrförmigen Stift geführt ist.6. Radiation detector according to claim 4 or 5, wherein the cavity in the crystal as a continuous Bore is formed, characterized in that at least one electrical connecting element, which connects one of the zones of the crystal to a power supply conductor for the detector, is passed through the cavity in the crystal and through the tubular pin.