DE2239953A1 - Detektoranordnung - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Detektoranordnung zur Messung der Energie und zur Ortsbestimmung einer ionisierenden
Strahlung mit mehreren parallel zueinander angeordneten streifenförmigen Elektroden auf den beiden Flachseiten eines
scheibenförmigen Halbleiterkörpers. Solche sogenannten Schachbrettzähler sind bekannt, beispielsweise aus der
schweizerischen Patentschrift Nr.4.60 962.
Der bekannte Detektor enthält auf der oberen Flachseite eine größere Anzahl parallel zueinander angeordneter streifenförmiger
Elektroden, denen jeweils eine Oberflächengrenzschicht ■ vorgelagert ist. Die Elektroden bestehen aus einer aufgedampften
Goldschicht, die mit der Halbleiterscheibe einen Übergang des Schottky-Typs bildet. Die gegenüberliegende untere
Flachseite des Halbleiterkörpers, der aus Germanium oder Silizium bestehen kann, enthält ebenfalls streifenförmige
Elektroden aus aufgedampftem Aluminium mit ohmsehern Charakter,
die gegenüber den gleichrichtenden Elektroden auf der oberen Flachseite um einen vorbestimmten Winkel, vorzugsweise
einem rechten Winkel, versetzt sind. Die Kreuzungspunkte der Elektroden auf beiden Flachseiten des Halbleiterkörpers
bilden jeweils einen Einzeldetektor für eine einfallende ionisierende Strahlung. Die Detektoranordnung ist somit
geeignet sowohl für geladene Teilchen als auch für Gamma- und Röntgenstrahlen sowie für Lichtstrahlen mit einer Energie
größer als etwa 1,1 eV.
Es ist nun bereits vorgeschlagen worden (Patentanmeldung P 20 55 824.1-33, VPA 70/5135), eine ortsauflösende Detektoranordnung
in der Bauform als Schachbrettdetektor zur
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Sichtbarmachung von Gamaiastrahlenbildern zu verwenden. In
einer Einrichtung nach Art eines Anger-Systerna werden die üblichen
Photomultiplier durch die Kreuzungspunkte der Streifenelektroden ersetzt, die jeweils als Einzeldetektor wirken.
Ein Bildverstärker der Einrichtung erhält somit anstelle des Ausgangsleuchtschirmes den Halbleiterdetektor, der beim Auftreffen
eines Elektronenbündels entsprechende elektrische Signale abgibt. Aus diesen Signalen wird das Zentrum des Elektronenbündels
ermittelt und zugleich die Anzahl der Elektronen registriert. Gammaquanten, die im Eingang des Bildverstärkers
in einem geeigneten Detektorsystem, beispielsweise einem gekrümmten Einkristall, eine vorbestimmte Lichtverteilung
erzeugt haben, werden geortet und ihre Energie bestimmt. Die Detektoranordnung besteht aus einer so gro3en Zahl von
streifenförmigen Kontakten, daJ der Einfallsort des Gammaquants
näherungsweise digital ermittelt werden kann. Die Impulshöhenverhältnisse
benachbarter Streifen liefern zusätzlich ein analoges Korrektursignal.
Ein Problem besteht nun darin, da3 der als ortendes System zur Ermittlung des Schwerpunktes der Elektronenverteilung f'lr
den Bildverstärker einer Crammakamera verwendete Streifendetektor
nach dem Einbau in den Bildverstärker erhöhte Temperaturen, die beim Ausheizen 30O0C und mehr erreichen können,
ohne nachteiligen Einfluß auf seine elektrischen Eigenschaften ertragen muß.
Detektoren mit aufgedampften Elektroden benötigen nämlich zu ihrem Aufbau Kunststoffteile, insbesondere Araldit-Schichten,
die bereits bei Temperaturen oberhalb 150 C verbrennen und den Detektor unbrauchbar machen. Außerdem sind Sperrschichten
mit aufgedampften Goldelektroden für hohe Temperaturen weniger gut geeignet, weil bei erhöhter Temperatur das Metall in
den Halbleiterkörper eindiffundieren und den als Sperrschicht wirkenden Metail-Halbleiterübergang zerstören kann. Ferner
ist bei den bekannten Zählern ein sogenanntes übersprechen möglich.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannten Detektoren zur Energiemessung in S'treifenbauform zu verbessern.
Es wurde nun erkannt, daß sich beim Anlegen einer Betriebsspannung
zwischen den Elektroden auf der einen PlachBeite und den Elektroden auf der gegenüberliegenden Flachseite die Feldzone
nicht nur senkrecht zur Flachseite, sondern auch in Richtung zu den benachbarten Streifen der gleichen Flachseite ausdehnt.
Dabei können bereits bei niedrigen Betriebsspannungen die Feldzonen benachbarter Elektroden zusammenstoßen. Treffen
Teilchen in diese Zwischenzone» so werden die durch das Teilchen gebildeten Ladungsträger Undefiniert nach beiden Elektroden
abgeleitet. Dies führt zu Fehlimpulsen.
Die genannten Kachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Streifeneiektroden durch Legierung, Diffusion
oder Ionenimplantation hergestellt sind, und daß der spezifische Widerstand des Halbleiterkörper und die Spannung an den
Elektroden so gewählt sind, daß die Tiefe der den gleichrichtenden Elektroder,, auf der einen Plachseite vorgelagerten izone
etwa gleich dem Abstand dieser Elektroden von den a.v.1
der gegenüberliegenden Flachseite angeordneten Elektrod^r.
ist, und daß der gegenseitige Abstand der Streifen mindestens gleich dem doppelten Betrag der Diche des Halbleiterkörpers
ist. Mit dieser Gestaltung wird eine Überlagerung der Feldzonen
im Halbleiterkörper in den streifenfreien Teilen vermieden.
Vorzugsweise soll das Verhältnio des Abstandes der Streifen zur Dicke des Halbleiterkörpers mindestens 5:1 und
unter Umständen sogar mehr als 10:1 betragen. Detektoren mit solchen Elektroden können auf hohe Temperatur erhitzt werden.
Xach der Erfindung wird auch für den De"3ktor zur Energiemessung
ein Kalbleiterkörper mit geringer Dicke gewählt, bei dem schon eine verhältnismäßig geringe Betriebsspannung die
Feldzone durch den gesamten Halbleiterkörper ausdehnt. In Verbindung mit einem Halbleitermaterial mit einem spezifischen
Widerstand von vorzugsweise mehr als 5000 0hm cm, insbesondere mehr als 10.OCO 0hm cm, erhält man damit einen
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empfindlichen Detektor, bei dem ein Übersprechen praktisch ausgeschlossen ist.
Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung eines solchen Detektors besteht darin, daß die Oberfläche der Anordnung,
insbesondere die streifenfreien Teile des Halbleiterkörpers,
mit einer Oxidschicht versehen werden. Durch diese Oxidschicht wird der Widerstand für die eingestrahlten
Teilchen in Richtung zum Nachbarstreifen zusätzlich wesentlich erhöht und dadurch ebenfalls ein Übersprechen verhindert.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Teil einer Detektoranordnung nach
der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.
Ein Halbleiterkörper 2, der beispielsweise aus n-leitendem
Silizium bestehen ki'.rm., ist auf seiner oberen Flachseite mit
streifenförmigen gleichrichtenden Elektroden 4 und auf seiner
unteren Plachseite mit ebenfalls streifenförmigen ohmschen
Elektroden 6 versehen. Die Elektroden 6 auf der unteren Plachseite sind gegenüber den Elektroden 4 auf der
oberen Plachseite um einen vorbestimmten Winkel, vorzugsweise 90 , versetzt. In der Pigur erscheint deshalb nur der
Schnitt durch einen einzigen Elektrcdenstreifen 6. Der Abstand
a der Elektrodenstreifen 4 gegeneinander wird mindestens gleich oder großer als der doppelte Betreg der Dicke
d des Halbleiterkörpers 2 gewählt. Da die Dicke der Elektrodenschichten im allgemeinen in der Größenordnung von einigen
α liegt, so ist sie nicht wesentlich größer als der Abstand w zwischen den auf den beiden Plachseiten einander
gegenüberliegenden Elektroden & und 6 in den Kreuzungspunkten.
Die angelegte Spannung zwirnen den Elektroden 4 und 6 wird
in Verbindung mit dem spezifischen Widerstand des Halbleiterkörpers 2 so gewählt, daß die Tiefe w der Feldzone, deren
Begrenzung 8 in der Pigur gestrichelt angedeutet ist, wenigstens etwa gleich dem Abstand der Elektroden 4 und 8 in
den Kreuzungspunkten ist. Die jeweils einer der sperrenden
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Elektroden 4 zugeordnete Feldzone ist von der entsprechenden
Feldzone des benachbarten Streifens soweit entfernt, daß ein.am Rande eines Streifens einfallendes Teilchen nicht zur
Feldzone der benachbarten Elektrode gelangen kann.
Ein besonderer Vorteil der Detektoranordnung nach der Erfindung besteht nun darin, daß eine nahezu beliebige Art der
Herstellung der Elektrode 4 möglich ist. Der den Elektroden 4 vorgelagerte gleichrichtende Übergang, der sowohl aus einer
Oberflächen-Grenzschicht als auch aus einer Sperrschicht bestehen kann, ist durch Aufdampfen eines geeigneten Metalls,
durch Diffusion eines dotierenden Materials oder auch durch Ionenimplantation in den Halbleiterkörper 2. herstellbar.
Der Halbleiterkörper kann vorzugsweise aus η-leitendem Silizium
oder auch aus anderem Halbleitermaterial, beispielsweise Germanium, mit geeigneter Leitfähigkeit bestehen.
Eine in der Figur mit 10 bezeichnete Oxidschicht kann beispielsweise
durch Oxidieren des Halbleitermaterials mittel! ;·
eines über die Halbleiteroberfläche geleiteten Wasserdampf-Strahls
hergestellt werden. Besonders gut geeignet ist eine Behandlung mit Kaliumbichromat KoCr2O7 oder auch Natriumbichromat
HapCrpOr,. Ferner kann eine Oxidschicht durch Nitrierung
hergestellt werden, indem man feuchtes Stickstoffgas über die Oberfläche leitet, das in eine Oberflächenschicht
eindiffundiert.
In Verbindung mit einem η-leitenden Siliziumkörper können .die
gleichrichtenden Elektroden 4 beispielsweise aus Aluminium und die sperrfreien Elektroden 6 beispielsweise aus Goldantimon
iLjSk oder auch aus einer Germanium-Aluminiumverbindung
bestehen.
Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Detektoranordnung
besteht darin, daß nicht nur die Oberfläche zwischen den Streifenelektroden 4 und gegebenenfalls auch 6,
sondern auch die Streifenelektroden selbst mit einer dünnen,
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elektrisch isolierenden Oxidschicht bedeckt sind. Diese Schicht soll eine möglichst gleichmäßige Dicke haben; sie
kann deshalb vorzugsweise durch Aufdampfen hergestellt werden. Die Oxidschicht muß so dick sein, daß sie auftreffende
Atome mit verunreinigender Nebenwirkung auch bei erhöhter Temperatur, beispielsweise beim Ausheizen, absorbiert und
nicht durchdringen läßt. Ihre maximale Dicke ergibt sich dadurch, daß die Vorabsorption der auftreffenden radioaktiven
Teilchen, beispielsweise der Elektronen, klein bleibt. Zur Messung von Elektronen mit einer Energie von beispielsweise
20 keV kann die Dicke der Oxidschicht etwa 0,1 bis 1/u, vorzugsweise
etwa 0,3 /u, betragen.
5 Patentansprüche
1 Figur
1 Figur
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Claims (4)
- VPA 72/7550Patentansprüche(y Detektoranordnung zur Messung der Energie und zur Ortsbestimmung einer ionisierenden Strahlung mit mehreren parallel zueinander angeordneten streifenförmigen Elektroden auf den beiden Flachseiten eines scheibenförmigen Halbleiterkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenelektroden durch Legierung, Diffusion oder Ionenimplantation hergestellt sind, und daß der spezifische Widerstand des Halbleiterkörpers (2) und die Spannung an den Elektroden (4,6) so gewählt sind, daß die Tiefe (w) der den gleichrichtenden Elektroden (4) auf der einen Flachseite vorgelagerten Peldzone etwa gleich dem Abstand dieser Elektroden (£) von den auf der gegenüberliegenden Flachseite angeordneten sperrfreien Elektroden (6) ist, und daß der gegenseitige Abstand (a) der Streifen (4) mindestens gleich dem doppelten Betrag der Dicke (d) des Halbleiterkörpers (2) ist-.
- 2. Detektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Abstandes (a) der Streifen (4) zur Dicke (d) des Halbleiterkörpers (2) mindestens 5:1 beträgt .
- 3. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Halbleiterkörpers (2) zwischen den Streifen (4) mit einer dünnen, elektrisch isolierenden Oxidschicht (10) bedeckt ist.
- 4. Detektoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Zwischenräume zwischen den Elektroden (4,6) auf wenigstens einer Flachseite des Halbleiterkörpers (2) mit einer Oxidschicht bedeckt sind.5· Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht aus Siliziumdioxid (S^O2) besteht.409809/0662Leerseite
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