ITUB20159390A1 - Rivelatore a semiconduttore, rivelatore di radiazione e apparecchiatura di rivelazione di radiazione. - Google Patents

Rivelatore a semiconduttore, rivelatore di radiazione e apparecchiatura di rivelazione di radiazione. Download PDF

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Antonino Picciotto
Pierluigi Bellutti
Maurizio Boscardin
Nicola Zorzi
Daisuke Matsunaga
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Fond Bruno Kessler
Horiba Ltd
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Description

"RIVELATORE A SEMICONDUTTORE, RIVELATORE DI RADIAZIONE E APPARECCHIATURA DI RIVELAZIONE DI RADIAZIONE"
D E S C R I Z I O N E
La presente invenzione riguarda un rivelatore a semiconduttore, un rivelatore di radiazione e un'apparecchiatura di rivelazione di radiazione per la rivelazione di radiazione.
Un esempio di metodo per rivelare radiazione come raggi X comprende un metodo utilizzante un rivelatore a semiconduttore. Un rivelatore a deriva in silicio (SDD) è uno dei rivelatori a semiconduttore che dispone di un'ampia area e che è in grado di eseguire la rivelazione a basso rumore. Un SDD presenta un problema in guanto al suo interno si instaura una corrente di dispersione. Poiché tale corrente di dispersione può essere causa di rumore, è desiderabile ridurre la corrente di dispersione, per guanto possibile. Convenzionalmente, per ridurre la corrente di dispersione a un SDD viene applicato un raffreddamento. La pubblicazione di domanda di brevetto giapponese resa accessibile No. 2014-92448 descrive un rivelatore di radiazione comprendente un SDD e una parte di raffreddamento per il raffreddamento dell'SDD. Il rivelatore di radiazione dotato di SDD è incluso in un dispositivo rivelatore di radiazione che rivela la radiazione generata da un campione attraverso il rivelatore di radiazione e analizza il campione.
Utilizzando un SDD è necessario una parte di raffreddamento, mentre il SDD deve essere racchiuso in un alloggiamento per essere collocato in un ambiente sotto vuoto o a gas secco. Come tale, utilizzando un SDD vi è un limite nel contenimento delle dimensioni di un rivelatore di radiazione .
Un'apparecchiatura di rivelazione di radiazione comprendente un rivelatore di radiazione presenta un grado ridotto di libertà nella progettazione dovuto, ad esempio, alla difficoltà nel collocamento del rivelatore di radiazione in una posizione appropriata a causa delle grandi dimensioni del rivelatore di radiazione. Questo rende difficile progettare adeguatamente il rivelatore di radiazione per migliorare la precisione di rivelazione di radiazione .
La presente invenzione è stata realizzata considerando le circostanze di cui sopra e mira a fornire un rivelatore a semiconduttore, un rivelatore di radiazione e un'apparecchiatura di rivelazione di radiazione che consentano il ridimensionamento di un rivelatore di radiazione e il miglioramento della precisione di rivelazione di radiazione riducendo i requisiti di raffreddamento al fine di ridurre la corrente di dispersione, ad esempio semplificando o eliminando una parte di raffreddamento.
Un rivelatore a semiconduttore per la rivelazione di radiazione in accordo alla presente invenzione comprende una prima parte semiconduttrice, in cui un elettrone e una lacuna sono generati da una radiazione incidente; un elettrodo di uscita del segnale che emette un segnale sulla base degli elettroni o delle lacune; e una parte di gettering che raccoglie impurità nella prima parte semiconduttrice.
Le impurità nella prima parte semiconduttrice sono intrappolate nella parte di gettering e sono ridotte. Questo riduce la corrente di dispersione causata da impurità.
Il rivelatore a semiconduttore secondo la presente invenzione comprende inoltre una seconda parte semiconduttrice drogata con un tipo di impurità e avente una concentrazione di impurità droganti superiore a guella della prima parte semiconduttrice. La seconda parte semiconduttrice è in contatto con la prima parte semiconduttrice, e la parte di gettering è in contatto con la seconda parte semiconduttrice e non è in contatto con la prima parte semiconduttrice.
Le impurità nella prima parte semiconduttrice che passano attraverso la seconda parte semiconduttrice sono intrappolate nella parte di gettering e risultano ridotte. Poiché le impurità nella prima parte semiconduttrice diminuiscono, la corrente di dispersione nel rivelatore a semiconduttore risulta ridotta. Inoltre, poiché la parte di gettering è in contatto con la seconda parte semiconduttrice pur non essendo in contatto con la prima parte semiconduttrice, le impurità droganti incluse nella parte di gettering non fluiscono alla prima parte semiconduttrice. Così, la parte di gettering non ha effetti negativi sulle prestazioni di rivelazione di radiazione.
Come tale, la parte di gettering non produce alcun effetto negativo sul funzionamento del rivelatore a semiconduttore, che consente di lasciare la parte di gettering fino al termine del procedimento di fabbricazione per il rivelatore a semiconduttore e di utilizzare il rivelatore a semiconduttore dotato di parte di gettering. Di conseguenza, non è necessario rimuovere la parte di gettering dal procedimento di fabbricazione per il rivelatore a semiconduttore, guindi le impurità che involontariamente si combinano nel corso del procedimento di fabbricazione possono essere attendibilmente intrappolate fino al termine del procedimento di fabbricazione .
Nel rivelatore a semiconduttore secondo la presente invenzione, la prima parte semiconduttrice ha una forma piastrif orme, la seconda parte semiconduttrice si trova su una superficie della prima parte semiconduttrice, e la parte di gettering si trova sulla seconda parte semiconduttrice .
Facendo entrare le radiazioni dall'altra superficie della parte semiconduttrice, la radiazione può essere rivelata in modo tale che la parte di gettering non influenzi l'ingresso di radiazione .
Nel rivelatore a semiconduttore secondo la presente invenzione, la seconda parte semiconduttrice è realizzata con più elementi curvi .
Poiché la parte di gettering è realizzata su ciascuno degli elementi curvi multipli che sono inclusi nella seconda parte semiconduttrice e situati su una superficie della prima parte semiconduttrice, la parte di gettering è presente su una vasta area del rivelatore a semiconduttore. La distanza tra le impurità nella prima parte semiconduttrice e la parte di gettering è guindi ridotta, guindi le impurità vengono facilmente intrappolate .
Nel rivelatore a semiconduttore secondo la presente invenzione, un costituente principale della prima parte semiconduttrice e della seconda parte semiconduttrice è il silicio, e la parte di gettering comprende polisilicio.
La parte di gettering è realizzata in polisilicio a diretto contatto con la seconda parte semiconduttrice, e le impurità contenute nella prima parte semiconduttrice del silicio sono intrappolate nella parte di gettering.
Un rivelatore di radiazione secondo la presente invenzione comprende il rivelatore a semiconduttore secondo la presente invenzione, un circuito stampato su cui è montato il rivelatore a semiconduttore, e una piastra di base che accoglie il rivelatore a semiconduttore e il circuito stampato .
La corrente di dispersione del rivelatore a semiconduttore viene ridotta grazie a un metodo diverso di raffreddamento, in modo che una parte di raffreddamento per il raffreddamento del rivelatore a semiconduttore possa essere eliminata o ridimensionata.
Un rivelatore a semiconduttore secondo la presente invenzione comprende il rivelatore a semiconduttore secondo la presente invenzione, una parte di uscita per l'emissione di un segnale corrispondente all'energia di radiazione rivelata dal rivelatore a semiconduttore, e una sezione di generazione di spettro che genera lo spettro di radiazione in base al segnale in uscita dalla parte di uscita.
Il rivelatore di radiazione utilizzante il rivelatore a semiconduttore può essere ridimensionato. Questo migliora il grado di libertà nella progettazione dell'apparato di rivelazione di radiazione dotato di rivelatore di radiazione .
Un'apparecchiatura di rivelazione di radiazione secondo la presente invenzione che riveli radiazione generata da un campione irradiato con radiazione comprende una parte di irradiazione per irradiare un campione con radiazioni, il rivelatore a semiconduttore secondo la presente invenzione che rivela la radiazione generata dal campione, una parte di uscita che emette un segnale corrispondente all'energia di radiazione rivelata dal rivelatore a semiconduttore, una parte di generazione di spettro che genera uno spettro di radiazione sulla base del segnale emesso dalla parte di uscita, e una parte di visualizzazione che visualizza lo spettro generato dalla parte di generazione di spettro .
Il rivelatore di radiazione utilizzante il rivelatore a semiconduttore può essere ridimensionato. Questo migliora il grado di libertà nella progettazione dell'apparecchiatura di rivelazione di radiazione dotato di rivelatore di radiazione.
Secondo la presente invenzione, la corrente di dispersione può essere ridotta grazie a un metodo diverso di raffreddamento. Il rivelatore di radiazione può essere configurato eliminando o ridimensionamento una parte di raffreddamento per il raffreddamento del rivelatore a semiconduttore, che viene così ridimensionato. La presente invenzione produce una serie di effetti benefici come, ad esempio, il miglioramento del grado di libertà nella progettazione dell'apparecchiatura di rivelazione di radiazione fornita con il rivelatore di radiazione, o una maggiore precisione di rivelazione di radiazione resa possibile grazie a un design appropriato.
La FIG. 1 è uno schema a blocchi che illustra una vista schematica in sezione della struttura di un rivelatore a semiconduttore e un modo di collegamento elettrico per il rivelatore a semiconduttore;
la FIG. 2 è una vista prospettica in sezione del rivelatore di radiazione;
la FIG. 3 è una vista prospettica schematica di un rivelatore di radiazione comprendente un rivelatore a semiconduttore;
la FIG. 4 è una vista schematica in sezione di un rivelatore di radiazione secondo la forma di realizzazione 1;
la FIG. 5 è uno schema a blocchi che illustra una configurazione funzionale di una apparecchiatura di rivelazione di radiazione;
la FIG. 6 è una curva caratteristica che illustra i risultati delle misurazioni di corrente di dispersione; e
la FIG. 7 è una vista schematica in sezione di un rivelatore di radiazione secondo la forma di realizzazione 2.
La presente invenzione verrà ora descritta dettagliatamente con riferimento ai disegni che illustrano le forme di realizzazione.
(Forma di realizzazione 1)
La FIG. 1 è uno schema a blocchi che illustra una vista schematica in sezione della struttura di un rivelatore a semiconduttore e un modo di collegamento elettrico per il rivelatore a semiconduttore. La FIG. 2 è una vista prospettica in sezione del rivelatore di radiazione. Un rivelatore a semiconduttore 1 è un rivelatore a deriva in silicio (SDD). Il rivelatore a semiconduttore 1 comprende uno strato di Si 11 a forma di disco o di quadrato realizzato in silicio (Si). Lo strato di Si 11 è realizzato, ad esempio, con Si tipo n. Lo strato di Si 11 corrisponde a una prima parte semiconduttrice. Al centro di una superficie dello strato di Si 11, viene realizzato un elettrodo di uscita del segnale 14 che funge da elettrodo per emettere un segnale al momento della rivelazione di radiazione. Il costituente dell'elettrodo di uscita del segnale 14 è Si dello stesso tipo di quello dello strato di Si 11, che viene drogato con un tipo specifico di impurità droganti come il fosforo. L'elettrodo di uscita del segnale 14 viene drogato con il tipo specifico di impurità droganti in concentrazione superiore rispetto a quella dello strato di Si 11. Inoltre, la superficie dello strato di Si 11 è provvista di molteplici elettrodi anulari 12. L'elettrodo anulare 12 è costituito da Si di tipo diverso da quello dello strato di Si 11. Il costituente dell'elettrodo anulare 12 è Si p+ in cui il Si è drogato con un tipo specifico di impurità drogante come il boro. La concentrazione di impurità drogante a ogni elettrodo anulare 12 è superiore a guello dello strato di Si 11. Gli elettrodi anulari 12 si trovano in contatto con lo strato di Si 11. Gli elettrodi anulari multipli 12 sono sostanzialmente concentrici, mentre l'elettrodo di uscita del segnale 14 è situato sostanzialmente al centro di più elettrodi multipli anulari 12. Sebbene nel disegno siano illustrati tre elettrodi anulari 12, in pratica è possibile formare un maggior numero di elettrodi anulari 12. Gli elettrodi multipli anulari 12 (elementi curvi) corrispondo a una seconda parte semiconduttrice. Occorre osservare che la forma di ciascun elettrodo anulare 12 può essere un anello circolare deformato, e che l'insieme degli elettrodi anulari 12 non è necessariamente concentrico. Inoltre, una parte degli elettrodi anulari 12 può essere scollegata. Inoltre, l'elettrodo di uscita del segnale 14 può alternativamente essere ubicato in una posizione diversa dal centro degli elettrodi anulari multipli 12,
Sull'altra superficie dello strato di Si 11, un elettrodo posteriore 16, che serve da elettrodo a cui viene applicata la tensione di polarizzazione, è realizzato sostanzialmente su tutta la sua superficie. L'elettrodo posteriore 16 è costituito da Si di tipo diverso da quello dello strato di Si 11. Ad esempio, il costituente dell'elettrodo posteriore 16 è Si p+. Inoltre, la parte di gettering 13 è realizzata su ciascun elettrodo anulare 12. La parte di gettering 13 è realizzata in polisilicio avente una proprietà che può catturare le impurità dal Si. La parte di gettering 13 prevista sull'elettrodo anulare 12 consente alla parte di gettering 13 di essere in contatto con l'elettrodo anulare 12. Su una porzione della superficie dello strato di Si 11 in cui non sono formati l'elettrodo di uscita del segnale 14 e l'elettrodo anulare 12, è realizzato uno strato isolante 15. Lo strato isolante 15 è realizzato, ad esempio, in Si02. Lo strato isolante 15 impedisce che la parte di gettering 13 entri in contatto con lo strato di Si 11. Inoltre, sulla parte di gettering 13 presente su ogni elettrodo anulare 12 più vicino all'elettrodo di uscita del segnale 14 e all'elettrodo anulare 12 più lontano dall'elettrodo di uscita del segnale 14 tra gli elettrodi anulari multipli 12, è realizzato un elettrodo metallico 17. Un elettrodo metallico 18 è realizzato sull'elettrodo di uscita del segnale 14. Gli elettrodi metallici 17 e 18 non sono illustrati in FIG. 2. È da notare che l'elettrodo metallico 17 può essere realizzato sulla parte di gettering 13 ubicata sull'elettrodo anulare 12 che è diverso dall'elettrodo anulare 12 vicino all'elettrodo di uscita del segnale 14 e all 'elettrodo anulare 12 più lontano dall'elettrodo di uscita del segnale 14.
Una parte di applicazione della tensione 31 è collegato all'elettrodo di metallo 17. A ogni elettrodo anulare 12 vicino all'elettrodo di uscita del segnale 14 e a ogni elettrodo anulare 12 lontano dall'elettrodo di uscita del segnale 14, viene applicata una tensione dalla parte di applicazione della tensione 31 attraverso l'elettrodo metallico 17 e la parte di gettering 13. La parte di applicazione della tensione 31 applica la tensione in modo da generare una differenza di potenziale tra l'elettrodo anulare 12 vicino all'elettrodo di uscita del segnale 14 e l'elettrodo anulare 12 più lontano dalla parte di uscita del segnale 14, Ad esempio, la tensione viene applicata in modo che l'elettrodo anulare 12 vicino all'elettrodo di uscita del segnale 14 abbia un elevato potenziale mentre l'elettrodo anulare 12 più lontano dall'elettrodo di uscita del segnale 14 abbia un basso potenziale. Inoltre, il rivelatore a semiconduttore 1 è configurato in modo che si instauri una resistenza elettrica predefinita tra elettrodi anulari 12 adiacenti. Ad esempio, regolando il costituente di una parte dello strato di Si 11 posizionata fra elettrodi anulari 12 adiacenti, può essere realizzato un canale per il collegamento tra i due elettrodi anulari 12 tramite una resistenza elettrica. Ciò vale a dire che gli elettrodi ad anello 12 multipli sono collegati insieme tramite resistenze elettriche. Poiché la tensione viene applicata a tali elettrodi ad anello 12 dalla parte di applicazione della tensione 31, gli elettrodi anulari 12 hanno potenziali che variano in seguenza dall'elettrodo anulare 12 in corrispondenza del lato esterno all'elettrodo anulare 12 in corrispondenza del lato interno. Ad esempio, gli elettrodi anulari 12 hanno potenziali crescenti in sequenza dal lato esterno al lato interno. È da notare che nell'insieme degli elettrodi anulari 12 può anche essere inclusa una coppia di elettrodi anulari 12 adiacenti con lo stesso potenziale. I potenziali degli elettrodi anulari 12 generano un campo elettrico con potenziali che variano gradualmente dal lato esterno al centro dello strato di Si 11. Ad esempio, viene generato un campo elettrico con potenzialità graduali che sono superiori verso il centro e inferiori verso il lato esterno. Inoltre, la parte di applicazione della tensione 31 applica una tensione di polarizzazione all'elettrodo posteriore 16 in modo che si verifichi una differenza di potenziale tra gli elettrodi anulari 12 e l'elettrodo posteriore 16. Ad esempio, la tensione di polarizzazione viene applicata in modo tale che il potenziale sia minore in corrispondenza dell'elettrodo posteriore 16 rispetto a quello degli elettrodi anulari 12, mentre un campo elettrico in cui il potenziale aumenta verso l'elettrodo di uscita del segnale 14 viene generato all'interno dello strato di Si 11. Di conseguenza, la parte di applicazione della tensione 31 applica la tensione in modo da generare un campo elettrico che concentri elettroni o lacune generati dalla radiazione nello strato di Si 11 sulla parte di applicazione della tensione 14.
L'elettrodo di uscita del segnale 14 è collegato a un preamplificatore 21 attraverso l'elettrodo metallico 18. Un amplificatore principale 32 è collegato al preamplificatore 21. Nel suo complesso, il rivelatore a semiconduttore 1 è realizzato in forma di disco circolare o guadrata, ed è utilizzato mentre una superficie sul lato dove è realizzato l'elettrodo posteriore 16 opera come superficie di accesso di radiazione incidente. Radiazioni guali raggi X, fasci elettronici e altri fasci di particelle, passano attraverso l'elettrodo posteriore 16 ed entrano all'interno dello strato di Si 11, che genera delle cariche elettriche in guantità corrispondente all'energia di radiazione all'interno dello strato di Si 11. Le cariche elettriche generate sono elettroni e lacune. Le cariche elettriche generate, ad esempio elettroni, vengono spostate dal campo elettrico all'interno dello strato di Si 11 e vengono concentrate in corrispondenza dell'elettrodo di uscita del segnale 14 scorrendo al suo interno. Ad esempio, sono generati gli elettroni in guantità corrispondente all'energia di radiazione, e gli elettroni generati fluiscono nell'elettrodo di uscita del segnale 14. Le cariche elettriche che fluiscono dall'elettrodo di uscita del segnale 14 diventano un segnale di corrente e sono immesse nel preamplificatore 21. Il preamplificatore 21 converte il segnale di corrente in un segnale di tensione da inviare all'amplificatore principale 32. L'amplificatore principale 32 amplifica il segnale di tensione dal preamplificatore 21 e genera un segnale con intensità corrispondente all'energia di radiazione incidente entrata nel rivelatore a semiconduttore 1. Nella presente invenzione l'amplificatore principale 32 corrisponde ad una parte di uscita.
La FIG. 3 è una vista prospettica schematica di un rivelatore di radiazione 2 comprendente un rivelatore a semiconduttore 1. La FIG. 4 è una vista schematica in sezione del rivelatore di radiazione 2 secondo la forma di realizzazione 1. Il rivelatore di radiazione 2 comprende un involucro 25 avente una forma di cilindro con una estremità collegata ad un tronco di cono. A un'estremità dell'involucro 25 è realizzata una finestra 26 che permette il passaggio di radiazione. All'interno della sede 25 sono disposti un rivelatore a semiconduttore 1, un circuito stampato 22, una piastra di schermatura 23 ed una piastra di base 24. La piastra di base 24 è denominata anche stelo. Il rivelatore a semiconduttore 1 è montato sulla superficie anteriore del circuito stampato 22 ed è situato in posizione affacciata alla finestra 26. Dopo avere realizzato il cablaggio, un preamplificatore 21 viene montato sul circuito stampato 22. Anche sul circuito stampato 22, sono formati un cablaggio per applicare tensione al rivelatore a semiconduttore 1 e un cablaggio per emettere un segnale dal preamplificatore 21 all'amplificatore principale 32. Il circuito stampato 22 è fissato alla piastra di base 24 con interposta la piastra di schermatura 23.
La piastra di base 24 presenta una porzione di piastra piatta su cui sono montati e fissati il circuito stampato 22 e la piastra di schermatura 23, nonché una porzione penetrante nella parte inferiore dell'alloggiamento 25. Attraverso il circuito stampato 22 su cui è montato il rivelatore a semiconduttore 1 essendo fissato alla piastra di base 24, la piastra di base 24 sostiene il rivelatore a semiconduttore 1 e il circuito stampato 22. La piastra di schermatura 23 è realizzata con materiale di schermatura per raggi X, ed è disposta tra il circuito stampato 22 e la piastra di base 24. La piastra di schermatura 23 maschera i raggi X secondari generati dalla piastra di base 24 guando la radiazione entra nella piastra di base 24, in modo da impedire che penetri nel rivelatore a semiconduttore 1. Inoltre, il rivelatore di radiazione 2 include più terminali 27 che penetrano nella parte inferiore dell'involucro 25. I terminali 27 sono collegati al circuito stampato 22 mediante un metodo guale il wire bonding. L'applicazione della tensione al rivelatore a semiconduttore 1 dalla parte di applicazione della tensione 31 e l'uscita dei segnali dal preamplificatore 21 all'amplificatore principale 32 può avvenire attraverso i terminali 27. Si noti che la piastra di base 24 può anche essere in contatto con la piastra di schermatura 23 e/o in contatto con il circuito stampato 22.
La FIG. 5 è uno schema a blocchi che illustra una configurazione funzionale di una apparecchiatura di rivelazione di radiazione. Il rivelatore di radiazione 2 comprende il rivelatore a semiconduttore 1 e il preamplificatore 21. La parte di applicazione della tensione 31 e l'amplificatore principale 32 si trovano esternamente al rivelatore di radiazione 2. Il preamplificatore 21 può essere parzialmente incluso nel circuito stampato 22, mentre le altre porzioni possono essere situate al di fuori del circuito stampato 22. L'apparecchiatura di rivelazione di radiazione comprende una parte di tenuta del campione 51 che supporta un campione 5, una parte di irradiazione 33 che irradia il campione 5 con radiazioni guali raggi X, fascio elettronico o fascio di particelle, e una parte di controllo dell'irradiazione 34 che controlla il funzionamento della parte di irradiazione 33. La parte di irradiazione 33 irradia il campione 5 con radiazione per generare radiazione quale fluorescenza raggi X sul campione 5. Il rivelatore di radiazione 2 si trova in una posizione in cui la radiazione generata dal campione 5 può accedere al rivelatore a semiconduttore 1. Nel disegno, la radiazione è indicata da frecce. Come descritto in precedenza, l'amplificatore principale 32 emette un segnale corrispondente all'energia di radiazione rivelata dal rivelatore a semiconduttore 1. L'amplificatore principale 32 è collegato a parte di elaborazione del segnale 41 per l'elaborazione dei segnali di uscita. La parte di elaborazione del segnale 41 esegue l'elaborazione di conteggio del valore del segnale emesso dall'amplificatore principale 32 e genera la relazione tra l'energia di radiazione e il valore conteggiato, cioè uno spettro di radiazione. Nella presenta invenzione la parte di elaborazione del segnale 41 corrisponde a una parte di generazione dello spettro.
La parte di elaborazione del segnale 41 è collegata a una prte di analisi 42. La parte di analisi 42 è configurata per includere una parte operativa per eseguire un'operazione aritmetica ed una memoria in cui sono memorizzati i dati. La parte di elaborazione del segnale 41 genera dei dati indicanti lo spettro generato dalla parte di analisi 42. La parte di analisi 42 riceve in ingresso i dati dalla parte di elaborazione del segnale 41, ed esegue l'elaborazione di identificazione di un elemento incluso nel campione 5 in base allo spettro indicato dai dati in ingesso. La parte di analisi 42 può anche eseguire l'elaborazione per calcolare la guantità di vari tipi di elementi contenuti nel campione 5. La parte di analisi 42 è collegata ad una parte di visualizzazione 44, ad esempio un display a cristalli liguidi. La parte di visualizzazione 44 visualizza un risultato dell'elaborazione effettuata dalla parte di analisi 42. Inoltre, la parte di visualizzazione 44 è collegato alla parte di elaborazione del segnale 41, e visualizza uno spettro generato dalla parte di elaborazione del segnale 41. Inoltre, l'apparecchiatura di rivelazione di radiazione comprende una parte di controllo 43 che controlla il funzionamento dell'intera apparecchiatura. La parte di controllo 43 è collegata alla parte di applicazione della tensione 31, all'amplificatore principale 32, alla parte di controllo irradiazione 34 e alla parte di analisi 42, per controllare il funzionamento delle varie parti. La parte di controllo 43 può essere costituito ad esempio da un personal computer. La parte di controllo 43 può essere configurata per accettare i comandi di un operatore e controllare le varie parti dell'apparecchiatura di rivelazione di radiazione in base al funzionamento richiesto. Inoltre, la parte di controllo 43 e la parte di analisi 42 possono essere costituiti dal medesimo computer .
Nella presente forma di realizzazione, le impurità come ferro, rame, nichel, cromo o oro nello strato di Si 11 passano attraverso l'elettrodo anulare 12 e sono intrappolate nella parte di gettering 13. Di conseguenza, la concentrazione di impurità all'interno dello strato di Si 11 risulta diminuito. La causa della corrente di dispersione che si verifica nel rivelatore a semiconduttore 1 sono le impurità nello strato di Si 11. Poiché le impurità nello strato di Si 11 sono diminuite, la corrente di dispersione risulta ridotta. La riduzione della corrente di dispersione riduce il rumore nel segnale di uscita dal rivelatore a semiconduttore 1. In altre parole, secondo la presente forma di realizzazione, la corrente di dispersione risulta ridotta senza raffreddare il rivelatore a semiconduttore 1.
Un esperimento è stato condotto per confrontare la corrente di dispersione nel rivelatore a semiconduttore 1 secondo la presente forma di realizzazione e la corrente di dispersione in un SDD non dotato della parte di gettering 13. Nell'esperimento, una tensione è stata applicata all'elettrodo anulare 12 dalla parte di applicazione della tensione 31, ed è stata misurata l'uscita di corrente di dispersione dall'elettrodo di uscita del segnale 14 in uno stato senza radiazione incidente. La FIG. 6 è una curva caratteristica che illustra i risultati delle misurazioni di corrente di dispersione. L'asse orizzontale rappresenta la tensione di polarizzazione applicata all'elettrodo anulare 12 lontano dall'elettrodo di uscita del segnale 14, mentre l'asse verticale rappresenta la corrente di dispersione emessa dell'elettrodo di uscita del segnale 14. Inoltre, i risultati della misurazione della corrente di dispersione ottenuti dal rivelatore a semiconduttore 1 secondo la presente forma di realizzazione sono indicati con linea continua, mentre i risultati della misurazione di corrente di dispersione ottenuti dall'SDD non dotato della parte di gettering 13 sono indicati dalla linea tratteggiata. Confrontando la corrente di dispersione guando la tensione di polarizzazione è -150V, si trova, come illustrato in FIG. 6, che la corrente di dispersione è ridotta a circa un guinto rispetto al rivelatore a semiconduttore 1 dotato di parte di gettering 13.
È convenzionalmente noto che la corrente di dispersione è ridotta a circa un mezzo raffreddando un SDD a una temperatura inferiore di circa 7 gradi Celsius. Il risultato dell'esperimento che indica che la corrente di dispersione è ridotta a circa un guinto dalla parte di gettering 13 significa che il rivelatore a semiconduttore 1 dotato di parte di gettering 13 può ottenere un effetto simile a guello in cui il rivelatore a semiconduttore 1 è raffreddato a una temperatura inferiore di circa 16 gradi Celsius. Di conseguenza, il rivelatore a semiconduttore 1 è in grado di operare a una temperatura superiore di circa 16 gradi Celsius rispetto a guello non dotato di parte di gettering 13. Ad esempio, il rivelatore a semiconduttore 1 può funzionare a temperatura ambiente senza essere raffreddato.
Secondo la presente forma di realizzazione, poiché la corrente di dispersione può essere ridotta senza raffreddare il rivelatore a semiconduttore 1 che è un SDD, il rivelatore di radiazione 2 può essere configurato con una parte di raffreddamento come illustrato in FIG. 4. Come tale, nella presente realizzazione, il rivelatore di radiazione 2 può essere configurato eliminando un costituente convenzionalmente richiesto, in modo da facilitare il ridimensionamento del rivelatore di radiazione 2. Con il rivelatore di radiazione 2 ridimensionato, il grado di libertà nella progettazione di un rivelatore di radiazione può essere migliorato. Tale miglioramento del grado di libertà nella progettazione permette di progettare adeguatamente un rivelatore di radiazione, ad esempio, collocando il rivelatore di radiazione 2 in una posizione appropriata. Ad esempio, la collocazione del rivelatore di radiazione 2 in una posizione in cui la radiazione dal campione 5 entra nel rivelatore a semiconduttore 1 con un angolo solido ottimale può migliorare la precisione di rivelazione di radiazione. Grazie all'uso del rivelatore di radiazione secondo la presente forma di realizzazione è guindi possibile rivelare la radiazione ad alta precisione.
La parte di gettering 13 è realizzata sull'elettrodo anulare 12 disposto sulla superficie opposta al lato di ingresso di radiazione dello strato di Si 11, e non è realizzato sulle altre porzioni. Poiché la parte di gettering 13 non è realizzata all'interno dello strato di Si 11 o sulla superficie sul lato di ingresso di radiazione, non influenzerà la radiazione in ingresso sullo strato di Si 11, nonché la generazione di cariche elettriche all'interno dello strato di Si 11. La parte di gettering 13 non ridurrà guindi l'efficienza di rivelazione di radiazione. Inoltre, poiché la parte di gettering 13 non è direttamente in contatto con lo strato di Si 11, le impurità droganti come boro, fosforo o arsenico sconfineranno nello strato di Si il dalla parte di gettering 13, impedendo così il cambiamento del costituente e della caratteristica dello strato di Si li. Mentre la parte di gettering 13 è in contatto con l'elettrodo anulare 12, le impurità droganti della parte di gettering 13 non hanno alcun effetto, dal momento che l'elettrodo anulare 12, che ha una concentrazione di impurità droganti superiore a guella dello strato di Si 11, è abbastanza profondo per compensare gli effetti delle impurità droganti della parte di gettering 13. Così, la parte di gettering 13 non ha un effetto negativo sulle prestazioni del rivelatore a semiconduttore 1. Poiché la parte di gettering 13 non ha alcun effetto negativo sul funzionamento del rivelatore a semiconduttore 1, è possibile utilizzare il rivelatore a semiconduttore 1 pur dotato della parte di gettering 13. Cioè, non è necessario rimuovere la parte di gettering 13 durante il processo di fabbricazione del rivelatore a semiconduttore 1 e la parte di gettering 13 può rimanere fino al termine del procedimento di fabbricazione. Di conseguenza, le impurità che sono involontariamente mescolate durante il procedimento di fabbricazione del rivelatore a semiconduttore 1 possono essere intrappolate in modo affidabile fino alla fine del processo di fabbricazione.
Inoltre, essendo realizzata sugli elettrodi anulari multipli 12 situati su una superficie dello strato di Si 11, la parte di gettering 13 è realizzata su un vasto intervallo della superficie del rivelatore a semiconduttore 1. Poiché la parte di gettering 13 è realizzata su un'area piuttosto vasta del rivelatore a semiconduttore 1, e non solo su una parte, la distanza dalle impurità nello strato di Si 11 alla parte di gettering 13 è ridotta, il che facilita 1'intrappolamento delle impurità nella parte di gettering 13. Quindi, la corrente di dispersione risulta effettivamente ridotta mentre l'accuratezza di rivelazione di radiazione risulta migliorata.
(Forma di realizzazione 2)
La FIG. 7 è una vista schematica in sezione di un rivelatore di radiazione 2 secondo la forma di realizzazione 2. Il rivelatore di radiazione 2 comprende una parte di raffreddamento 28 per il raffreddamento del rivelatore a semiconduttore 1. Ad esempio, la parte di raffreddamento 28 può essere un dispositivo Peltier. Una porzione di dissipazione del calore della parte di raffreddamento 28 è termicamente a contatto con la piastra di base 24. La piastra di schermatura 23 è disposta tra la parte di raffreddamento 28 e il circuito stampato 22, ed è termicamente in contatto con la porzione di assorbimento di calore della parte di raffreddamento 28. La piastra di schermatura 23 maschera i raggi X generati dalla parte di raffreddamento 28 o dalla piastra di base 24 guando la radiazione entra nella parte di raffreddamento 28 o nella piastra di base 24, in modo da impedire che i raggi X penetrino nel rivelatore a semiconduttore 1. Il calore dal rivelatore a semiconduttore 1 è assorbito nella parte di raffreddamento 28 attraverso il circuito stampato 22 e dalla piastra di schermatura 23, viene trasmesso dalla parte di raffreddamento 28 alla piastra di base 24, e viene dissipato all'esterno del rivelatore di radiazione 2 attraverso la piastra di base 24. Il rivelatore di radiazione 2 nonché gli altri componenti sono configurati in modo simile a quelli della forma di realizzazione 1. Inoltre, l'apparecchiatura di rivelazione di radiazione è configurata in modo simile a quello della forma di realizzazione 1.
Nella presente forma di realizzazione, in aggiunta alla parte di raffreddamento 28 per il raffreddamento del rivelatore a semiconduttore 1, la parte di gettering 13 opera per ridurre la corrente di dispersione nel rivelatore a semiconduttore 1. Poiché il rivelatore a semiconduttore 1 può funzionare anche se si abbassa il rendimento di raffreddamento della parte di raffreddamento 28, è possibile ridurre le dimensioni della parte di raffreddamento 28 e facilitare il ridimensionamento del rivelatore di radiazione 2. Inoltre, anche il rivelatore a semiconduttore 1 avente una dimensione in cui la corrente di dispersione può non essere sufficientemente ridotta dalla parte di raffreddamento 28 per il raffreddamento può operare anche se solo equipaggiato con la parte di gettering 13. È quindi possibile utilizzare il rivelatore a semiconduttore 1 con un incremento dell'area di incidenza e migliorare l'efficienza di rivelazione di radiazione. Inoltre, il raffreddamento del rivelatore a semiconduttore 1 dotato di parte di gettering 13 attraverso una parte di raffreddamento 28 riduce significativamente la dispersione di corrente rispetto al caso convenzionale, riducendo significativamente il rumore in un segnale in uscita dal rivelatore a semiconduttore 1. Questo permette guindi migliorare la precisione di rivelazione di radiazione.
Benché le forme di realizzazione 1 e 2 descritte sopra illustrino un rivelatore a semiconduttore 1 comprendente più elettrodi anulari 12, il rivelatore a semiconduttore 1 può in alternativa includere, in sostituzione degli elettrodi anulari multipli 12, elettrodi curvi multipli ciascuno avente una forma diversa da una forma ad anello. Gli elettrodi curvi hanno distanze dagli elettrodi di uscita del segnale 14 che sono diverse tra loro. Agli elettrodi curvi multipli viene applicata una tensione da parte della parte di applicazione della tensione 31, presentano potenziali diversi in seguenza e generano un campo elettrico in cui il potenziale varia gradualmente verso l'elettrodo di uscita del segnale 14 all'interno dello strato di Si 11. Ad esempio, la forma di ciascun elettrodo curvo può assumere una forma ad arco.
Inoltre, benché le forme di realizzazione 1 e 2 sopra descritte illustrino esempi in cui il rivelatore a semiconduttore 1 è un SDD, il rivelatore a semiconduttore 1 può anche essere un rivelatore diverso da un SDD, ad esempio un rivelatore che utilizza un diodo FIN. Inoltre, il rivelatore a semiconduttore 1 non è limitato alla forma in cui la parte di gettering 13 è in contatto con l'elettrodo anulare 12 di Si p+. La parte di gettering 13 può anche essere in contatto con la seconda parte semiconduttrice se la seconda parte semiconduttrice ha una concentrazione di impurità superiore a guella della prima parte semiconduttrice in cui un campo elettrico viene ivi generato per la rivelazione di radiazione. Ad esempio, la parte di gettering 13 può essere realizzata in contatto con una parte in semiconduttore di Si n+. Inoltre, benché nelle forme di realizzazione 1 e 2 siano descritti esempi in cui la parte di gettering 13 è realizzata in polisilicio, il costituente della parte di gettering 13 può essere realizzata con sostanza diversa da polisilicio con proprietà di gettering delle impurità all'interno del Si.
Benché le forme di realizzazione da 1 a 2 descrivano principalmente esempi in cui la prima parte semiconduttrice (strato di Si 11) è costituita da semiconduttore di tipo n mentre la seconda parte semiconduttrice (elettrodo anulare 12) è costituita da semiconduttore di tipo p, il rivelatore a semiconduttore 1 può avere una forma in cui la prima parte semiconduttrice è realizzata in semiconduttore di tipo p mentre la seconda parte semiconduttrice è realizzata in semiconduttore di tipo n. Inoltre, benché le forme di realizzazione da 1 a 2 illustrino principalmente una forma in cui gli elettroni generati dalla radiazione sono concentrati e confluiscono nell'elettrodo di uscita del segnale 14, il rivelatore a semiconduttore 1 può anche assumere una forma in cui vengono concentrate le lacune generate dalla radiazione, che confluiscono nell'elettrodo di uscita del segnale 14. Inoltre, l'apparecchiatura di rivelazione di radiazione può anche assumere una forma in cui rivela radiazioni in entrata dall'esterno sprovvista di parte di irradiazione 33.
[Descrizione dei numeri di riferimento]
1 Rivelatore a semiconduttore
11 Strato di SI (prima parte semiconduttrice) 12 Elettrodo anulare (seconda parte semiconduttrice)
13 Parte di gettering
14 Elettrodo di uscita del segnale
2 Rivelatore di radiazione
21 Preamplificatore
22 Circuito stampato
24 Piastra di base
28 Parte di raffreddamento
31 Parte di applicazione della tensione
32 Amplificatore principale (parte di uscita) 33 Parte di irradiazione
41 Parte di elaborazione del segnale (parte di generazione dello spettro)
44 Parte di visualizzazione

Claims (8)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1.
  2. Rivelatore a semiconduttore (1) per la rivelazione di radiazione, comprendente: una prima parte semiconduttrice (11), in cui elettroni e lacune sono generati dalla radiazione incidente; un elettrodo di uscita del segnale (14) emittente un segnale basato su elettroni o lacune; una parte di gettering (13) per la cattura delle impurità nella prima parte semiconduttrice (11) 22 Rivelatore a semiconduttore (1) secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre; una seconda parte semiconduttrice (12) drogata con un tipo di impurità drogante e avente una concentrazione di impurità droganti superiore alla concentrazione di impurità della prima parte semiconduttrice (11), laddove la seconda parte semiconduttrice (12) è in contatto con la prima parte semiconduttrice (11), e la parte di gettering (13) è in contatto con la seconda parte semiconduttrice (12) e non è in contatto con la prima parte semiconduttrice (11).
  3. 3, Rivelatore a semiconduttore (1) secondo la presente rivendicazione 2, laddove la prima parte semiconduttrice (11) ha una forma piastriforme, la seconda parte semiconduttrice (12) si trova su una superficie della prima parte semiconduttrice (11), e la parte di gettering (13) si trova sulla seconda parte semiconduttrice (12) .
  4. 4. Rivelatore a semiconduttore (1) secondo la rivendicazione 3, laddove la seconda parte semiconduttrice (12) è realizzata con più elementi curvi.
  5. 5. Rivelatore a semiconduttore (1) secondo una gualsiasi rivendicazione da 2 a 4, laddove un costituente principale della prima parte semiconduttrice (11) e della seconda parte semiconduttrice (12) è silicio, e la parte di gettering (13) comprende polisilicio .
  6. 6. Rivelatore di radiazione (2), comprendente: il rivelatore a semiconduttore (1) secondo una gualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5; un circuito stampato (22) su cui è montato il rivelatore a semiconduttore (1); e una piastra di base (24) che accoglie il rivelatore a semiconduttore (1) e il circuito stampato (22) .
  7. 7. Apparecchiatura di rivelazione di radiazione, comprendente : il rivelatore a semiconduttore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 per il rivelatore di radiazione; una parte di uscita (32) che emette un segnale corrispondente all'energia di radiazione rivelata dal rivelatore a semiconduttore (1); e una parte di generazione di spettro (41) che genera uno spettro di radiazione sulla base del segnale in uscita dalla parte di uscita (32).
  8. 8. Apparecchiatura di rivelazione di radiazione generata da un campione irradiato con radiazione, comprendente : una parte di irradiazione che irradia un campione con radiazione; il rivelatore a semiconduttore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 per la rivelazione di radiazione generata dal campione; una parte di uscita (32) che emette un segnale corrispondente all'energia di radiazione rivelata dal rivelatore a semiconduttore (1); una parte di generazione di spettro (41) che genera uno spettro di radiazione sulla base del segnale in uscita dalla parte di uscita (32); e una parte di visualizzazione che visualizza lo spettro generato dalla parte di generazione dello spettro (41).
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