JP2000124492A - 半導体検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電容量が小さく、放射線測定における信号
対雑音比を向上させることが可能な半導体検出器を提供
する。 【解決手段】 Ｎ形半導体層１０１の第１の面にＰ⁺層
１０２を形成する。また、第２の面におけるＰ⁺層１０
２の外環部と対向する位置にもＰ⁺層１０３を形成す
る。また、第２の面の中心部に、Ｐ⁺層１０３と離隔し
てＮ⁺層１０４を形成する。Ｐ⁺層１０２，１０３とＮ⁺
層１０４との間に逆方向電圧を印加したとき、これによ
り半導体基板内に生じる空乏層中に放射線が入射した際
に発生する電子正孔対から放射線を検出する半導体検出
器を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線の測定を目
的とした半導体検出器、より詳しくは、静電容量が小さ
く、放射線測定における信号対雑音比を向上させること
が可能な半導体検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体検出器は整流性結合に逆方向電圧
を印加し、これにより生じた空乏層中に放射線が入射し
た際に発生した電子正孔対の数を外部に取り出す電荷の
形で計量するものが一般的である。 このような半導体
検出器としては、通常図５に示すいわゆる平行平板型の
ものが使用されている。図５において、Ｎ型半導体基板
１の一方の表面（第１の面）にはＰ⁺領域２が、これと
対向する他方の表面（第２の面）にはＮ⁺領域３が設け
られている。Ｐ⁺領域２とＮ⁺領域３は、半導体基板１よ
りも不純物を多量に添加されたもので、拡散やイオン注
入等種々の手段により形成されている。

【０００３】Ｐ⁺領域２と半導体検出器１との間は整流
性接合部としてのＰ−Ｎ接合部４を形成しており、ａｂ
間に逆方向電圧を印加すると空乏層領域がＰ−Ｎ接合部
４の両側に生成する。ここで５，６は、空乏層領域境界
で両境界の間は電子や正孔が欠乏した絶縁層である空乏
層となっている。この状態で空乏層領域に放射線が入る
と、放射線の入射エネルギーに比例して電子正孔対が発
生し、これに対応する電流が流れるので放射線の計測が
可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体検出器を用いた
スペクトロメータでは、図６に示すように、検出器５０
に発生した電子正孔対による電荷を、積分器である前置
増幅器５１に収集して電圧信号に変換している。

【０００５】前置増幅器５１は、原理上図６に示すよう
に演算増幅器５２と帰還容量５３で構成されるものが通
常用いられる。高性能スベクトロメータでは、検出器５
０に起因する電流雑音は無視できる程度なので、演算増
幅器５２においてこれを構成するＦＥＴに起因する雑音
電圧ｖ_nが増幅後の出力電圧にどの程度の影響を与える
かが問題となる。

【０００６】出力電圧に対する雑音電圧ｖ_nの影響は、
数１、数２で説明されるように検出器５０の静電容量が
大きいほど大きくなることが知られている。

【数１】ｖ_n＝−｛１／Ｇ＋Ｃ_f／（Ｃ_i＋Ｃ_f）｝・ｖ_d ｖ_n ：雑音電圧 ｖ_d ：雑音電圧ｖ_nに起因する出力電圧 Ｇ ：演算増幅器５２の増幅率 Ｃ_f ：帰還容量５３の静電容量 Ｃ_i ：入力静電容量 増幅率Ｇは無限大と考えられる程度に大きいので、数１
は近似的に数２に置き換えられる。

【０００７】

【数２】ｖ_d＝−（１＋Ｃ_i／Ｃ_f）・ｖ_n ここで、入力静電容量Ｃ_iは便宜上前置増幅器５１に含
めて図示しているが、前置増幅器５１における演算増幅
器５２初段のＦＥＴの入力容量や、導入線の容量等の
他、検出器５０の静電容量をも含めたものである。これ
らＣ_iに含まれる静電容量の内、実質上検出器５０の静
電容量が最も大きな比重を占めている。従って、検出器
５０の静電容量が大きいほど、雑音電圧ｖ_nに起因する
出力電圧ｖ_dが大きくなることがわかる。

【０００８】さらに、入力静電容量Ｃ_iに検出器５０か
らの電子正孔対による電流の一部が流れ込むと、帰還容
量５３の充電量が減少し出力電圧の減少を招くこととな
る。入力静電容量の充電量を小さくして、出力電圧を充
分得るためには、入力静電容量Ｃ_i、すなわち、検出器
５０の静電容量を減少させることが必要である。

【０００９】このように、検出器の静電容量を小さくす
ることは、信号対雑音比を向上させるために強く望まれ
ている。

【００１０】半導体検出器の静電容量を考える上で基本
となるのは、数３に示すＭａｘｗｅｌの方程式の一つで
あるポアソン方程式である。

【数３】ｄ²Ｖ／ｄｘ²＋ｄ²Ｖ／ｄｙ²＋ｄ²ｖ／ｄｚ²＝
−Ｑ_v／ε Ｖ ：空乏層内の任意の点における電位 Ｑ_v ：その点の単位体積中に含まれる電荷 ε ：半導体基板の誘電率 なお、Ｎ型半導体基板を用いた場合Ｑ_vは数４で与えら
れるものである。

【００１１】

【数４】Ｑ_v＝ｑＮ_d ｑ ：電子の電荷 Ｎ_d ：ドナー濃度 図５に示した平行平板型の検出器の場合、電極平面方向
についての空乏層の広がりを無限と仮定する。すると、
整流性接合部を原点とする空乏層の厚さ方向の距離ｘだ
けを考えれば良いので、数３は数５のように簡略化する
ことができる。

【００１２】

【数５】ｄ²Ｖ／ｄｘ²＝−Ｑ_v／ε 数５を積分して正負を代えると、空乏層中の任意の点に
おける電界Ｅが数６に示す如く求められる。

【００１３】

【数６】Ｅ＝−ｄＶ／ｄｘ＝（Ｑ_v／ε）ｘ＋Ｅ_i Ｌを空乏層の厚さとすると、空乏層の最終端の電界はゼ
ロになる。すなわち、ｘ＝ＬにおいてＥ＝０の関係を数
６に代入すると、数７のようにＥ_i（ｘ＝０における
Ｅ）とＬとの関係が導かれる。

【００１４】

【数７】Ｅ_i＝−（Ｑ_v／ε）Ｌ したがって、数６は数８のようになる。

【００１５】

【数８】 数８を更に積分すると、空乏層中の任意の点における電
位Ｖが数９に示す如く求められる。

【００１６】

【数９】Ｖ＝（Ｑ_v／ε）（ｘ²／２−Ｌ・ｘ）＋Ｖ_i 空乏層の最終端の電位はゼロとなるので、数９にｘ＝Ｌ
においてＶ＝０の関係を代入すると、数１０のように印
加電圧Ｖ_i（ｘ＝０におけるＶ）とＬとの関係が導かれ
る。

【００１７】

【数１０】Ｖ_i＝（Ｑ_v／ε）Ｌ²／２ したがって、数９は数１１のようになる。

【００１８】

【数１１】 一方、電極の単位面積あたりの電荷Ｑ_Sは数１２で与え
られる。

【００１９】

【数１２】Ｑ_S＝Ｑ_v・Ｌ そこで、電極の単位面積あたりの静電容量Ｃ_Sは数１０
と数１２より数１３のようになる。

【００２０】

【数１３】 電極の面積をＳとすると、検出器全体の静電容量Ｃ
_Tは、数１４となる。

【００２１】

【数１４】Ｃ_T＝Ｓ・ε／Ｌ 数１４に数１０の関係を入れて整理すると、数１５が導
かれる。

【００２２】

【数１５】Ｃ_T＝Ｓ・（Ｑ_v・ε／２Ｖ_i）^1/2 したがって、静電容量Ｃ_Tは電圧Ｖ_iに依存する非線形容
量で、Ｖ_iを大きくすると小さくなる。しかし、Ｌが半
導体基板の厚さにまで達したときにＣ_Tは最小になり、
これ以上の改善は望めない。

【００２３】本発明は上記事情に鑑み、静電容量が小さ
く、放射線測定における信号対雑音比を向上させること
が可能な半導体検出器を提供することを課題とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る半導体検出器は、半導体基板に形成
された整流性接合部に逆方向電圧を印加し、これにより
半導体基板内に生じる空乏層中に放射線が入射したとき
に発生する電子正孔対から放射線を検出する半導体検出
器において、第１の面と第１の面に対向する第２の面と
を有する半導体基板と、第１の面に形成された第１の整
流性接合部と、第２の面における第１の整流性接合部の
外環部と対向する位置に形成された第２の整流性接合部
とを備え、第１の整流性接合部と第２の整流性接合部と
は、半導体基板に対して同一方向の整流作用を有するこ
とを特徴とする。

【００２５】整流性接合はＰＮ接合、表面障壁型接合、
またはこれらの組み合わせの何れの形態を採用してもよ
い。良く知られているようにＰＮ接合とは、選択した不
純物を添加してＮ型又はＰ型となった半導体基板の表面
に、拡散ないしイオン注入等の種々の手段によって、半
導体基板と異なる電導形式の高濃度不純物層を設けたと
き、半導体基板と高濃度不純物層との境界にできる接合
である。また、表面障壁型接合とは、Ｎ型となった半導
体基板の表面に蒸着により金層を設けたとき、又はＰ型
となった半導体基板の表面に蒸着等によりアルミニウム
層を設けたとき等のように、半導体基板と金属層（以下
「表面障壁層」という。）との境界にできる接合であ
る。表面障壁層は、薄く形成することが可能で、放射線
の損失を低く抑えられるので、放射線の入射面に適して
いる。また、ＰＮ接合と表面障壁型接合との組み合わせ
とは、例えば、入射面は表面障壁型接合とし、その他の
整流性接合はＰＮ接合で形成する場合等が考えられる。
この場合、両接合の境界部は、酸化シリコン等の絶縁層
で被覆することが望ましい。また、この場合、境界部に
おいて整流性接合が若干中断することとなりやすいが、
若干の中断があっても、実質的に連続していると考えら
れる状態であれば差し支えない。

【００２６】第１の整流性接合部の形状には任意の形状
が採用できるが、円形等の対称性のある形状が望まし
い。第１の整流性接合部の外環部とは、第１の整流性接
合部の中心部を除いた部分である。第１の整流性接合部
の形状が円形であればその外環部の形状は略円環状とな
る。

【００２７】第２の整流性接合部は、半導体基板を挟ん
で、上記の第１の整流性接合部の外環部と向かい合った
位置に形成される。換言すれば、第２の整流性接合部
は、第１の整流性接合部と半導体基板を挟んで向かい合
った位置の中心部を除いた部分に形成される。

【００２８】なお、第１、第２の整流性接合部は、それ
ぞれ面として形成されるものである。しかし、上述のＰ
Ｎ接合と表面障壁型接合との境界部の例のように、製造
上の要請等により部分的に中断することは差し支えな
い。ただし、それぞれ、電界分布の連続性が、検出器全
体から見て近似的に保たれている範囲とする。

【００２９】整流性接合部に逆方向電圧、つまり整流性
接合の電流が流れにくい方向の電圧を印加すると、整流
性接合部から空乏層が成長する。ＰＮ接合の場合は高濃
度不純物層側にも空乏層が生じる。しかし、ここに存在
する不純物濃度は半導体基板に存在する不純物濃度より
遙かに多いので、近似的に空乏層はもっぱら半導体基板
側に成長すると考えても良い。また、表面障壁型接合の
場合、表面障壁層は金属であるため、空乏層は半導体基
板側のみに成長する。

【００３０】第１の整流性接合部と第２の整流性接合部
とは、半導体基板に対して同一方向の整流作用を有する
ので、各々の接合部に逆方向電圧を印加すると半導体基
板内部に対して同方向の電界が発生する。したがって、
第１の整流性接合部と第２の整流性接合部の双方から、
半導体基板内部を挟むように空乏層の成長が開始する。
なお、各々の逆方向電圧はほぼ同じ大きさとすることが
望ましい。

【００３１】また、請求項２に係る半導体検出器は、半
導体基板に形成された整流性接合部に逆方向電圧を印加
し、これにより半導体基板内に生じる空乏層中に放射線
が入射したときに発生する電子正孔対から放射線を検出
する半導体検出器において、第１の面と第１の面に対向
する第２の面とを有する半導体基板と、第１の面から半
導体基板の側面を経て、第２の面における第１の整流性
接合部の外環部と対向する位置にまで及ぶ範囲に形成さ
れた整流性接合部とを備えることを特徴とする。

【００３２】請求項２に係る半導体検出器は、第１の面
に形成された整流性接合部と、第２の面に形成された整
流性接合部とを、側面に形成した整流接合でつないで単
一の整流性接合部としたもので、請求項１に係る半導体
検出器の概念に含まれるものである。

【００３３】この場合、逆方向電圧を印加すると、第１
の面の整流性接合部と第２の面の整流性接合部、及び側
面に形成された整流性接合部の三方から、半導体基板内
部を挟むように空乏層の成長が開始する。

【００３４】請求項１及び請求項２において、逆方向電
圧は、直接的には半導体基板と接して整流性接合部を形
成する高不純物層又は表面障壁層と、第２の面の中心部
における整流性接合が形成されていない半導体基板の表
面との間に半導体基板を介して印加される。

【００３５】この場合、半導体基板と接して整流性接合
部を形成する高不純物層又は表面障壁層の表面には、逆
方向電圧を印加するための電極が通常取り付けられる。
また、他方の整流性接合が形成されていない表面側に
は、直接導電体を接合して印加してもよいが、請求項３
に記載した如く、半導体基板と同一の電導形式である高
濃度不純物層を第２の面の中心部における整流性接合部
と離隔した位置に形成し、この同一形式高濃度不純物層
を介して、電圧を印加することができる。高濃度不純物
層は半導体基板に対して抵抗が低いので、これを介して
導線を接続することにより、接触抵抗を小さくすること
ができる。なお、この第２の面における高濃度不純物層
に接している面積は、印加電圧の大小にかかわらず空乏
化できないので、この高濃度不純物層はできるだけ小さ
い面積に形成することが望ましい。

【００３６】請求項１から請求項３の半導体検出器によ
れば、空乏層が第一の面と第２の面の双方から成長する
ので、基板全体が容易に空乏化されて以下の実施形態に
示す如く、静電容量の小さい検出器が得られる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。まず、図１の半導体検出器は中心線Ａを
中心軸とする円盤状検出器である。図１では直径部分で
切断した断面図を右半分を省略して示している。なお、
図１の（ａ）（ｂ）は、後述するように各々異なる印加
電圧を与えた場合を示し、（ｃ）はそれらの比較を示す
ものである。図中、１１は円盤状のＮ型半導体層、１２
は円形のＰ⁺層、１３はリング形のＰ⁺層、１４は円形の
Ｎ⁺層である。Ｎ型半導体層１１とＰ⁺層１２との接合面
１５、Ｎ型半導体層１１とＰ⁺層１３との接合面１６と
は、それぞれ整流性接合部を形成している。

【００３８】接合面１５と接合面１６とは、Ｎ型半導体
層１１を挟んで向かい合っている。また、Ｎ⁺層１４は
接合面１５の中心部と、Ｎ型半導体層１１を挟んで向か
い合っている。

【００３９】Ｐ⁺層１２及びＰ⁺層１３とＮ⁺層１４との
間に接合面１５と１６についての逆方向電圧を印加する
と、印加電圧の大きさに応じてＮ型半導体層１１内に空
乏層が成長し、非空乏層である領域１１ａ，１１ｅを残
して空乏化する。図中１８は、後述する手法に基づいて
求めた等電位線である。

【００４０】図２は、本発明に係る半導体検出器の他の
実施形態を示す断面図である。図２の半導体検出器も中
心線Ｂを中心軸とする円盤状検出器であり、右半分を省
略した直径部分における切断面を図示している。なお、
図２の（ａ）（ｂ）は、後述するように各々異なる印加
電圧を与えた場合を示し、（ｃ）はそれらの比較を示す
ものである。図中、２１は円盤状のＮ型半導体層、２２
はＰ⁺層、２４は円形のＮ⁺層である。Ｎ型半導体層２１
とＰ⁺層２２との接合面２５は、整流性接合部を形成し
ている。

【００４１】接合面２５は図の上方の面からＮ型半導体
層２１を包み込むように下方の面の外環部にまで形成さ
れている。下方の面の外環部に形成されたリング形の接
合面２５は上方の面に形成された円形の接合面２５とＮ
型半導体層２１を挟んで向かい合っている。また、Ｎ⁺
層２４は上方の接合面２５の中心部と、Ｎ型半導体層２
１を挟んで向かい合っている。

【００４２】Ｐ⁺層２２とＮ⁺層２４との間に接合面２５
についての逆方向電圧を印加すると、印加電圧の大きさ
に応じてＮ型半導体層２１内に空乏層が成長し、非空乏
層である領域２１ａ，２１ｅを残して空乏化する。図中
２８は等電位線である。

【００４３】図３は、比較例として、従来技術に係る平
行平板型の半導体検出器である。図３の半導体検出器も
中心線Ｃを中心軸とする円盤状検出器であり、右半分を
省略した直径部分における切断面を図示している。な
お、図３の（ａ）（ｂ）は、後述するように各々異なる
印加電圧を与えた場合を示し、（ｃ）はそれらの比較を
示すものである。図中、３１は円盤状のＮ型半導体層、
３２は円形のＰ⁺層、３４は円形のＮ⁺層である。Ｎ型半
導体層３１とＰ⁺層３２との接合面３５は、整流性接合
部を形成している。Ｎ⁺層３４は接合面３５と、Ｎ型半
導体層３１を挟んで向かい合っている。

【００４４】Ｐ⁺層３２とＮ⁺層３４との間に接合面３５
についての逆方向電圧を印加すると、印加電圧の大きさ
に応じてＮ型半導体層３１内に空乏層が成長し、非空乏
層である領域３１ａ，３１ｅを残して空乏化する。図中
３８は等電位線である。

【００４５】ここで、図１から図３の半導体検出器の静
電容量を比較する。一般に静電容量Ｃの式としてＣ＝Ｑ
／Ｖ_P（Ｑ：電荷，Ｖ_P：印加電圧）が知られている。し
かし、この式は印加電圧の値によって静電容量が変化し
ない線形容量の場合のみに当てはまる式である。図１か
ら図３のように非線形容量の場合、静電容量Ｃは上記式
の一般式である数１６で示される。

【００４６】

【数１６】Ｃ＝ｄＱ／ｄＶ_Pここで、電荷Ｑは印加電圧
をかけたときに検出器全体の空乏層に存在する電荷なの
で、空乏層内の不純物濃度が均一であるとするとＱは空
乏層の体積Ｒに比例する。したがって、数１６は数１７
のように表すことができる。

【００４７】

【数１７】Ｃ＝ｋ・ｄＲ／ｄＶ_P ｋ ：比例定数 数１７より、図１から図３のそれぞれの体積が、一定量
のＶ_Pの変化に対してどれだけ変化するかを比較すれ
ば、静電容量の大きさの比較ができることがわかる。

【００４８】空乏層の体積の変化は、非空乏層の体積の
変化として捉えられる。非空乏層は導電体と同等に作用
しその電位はゼロである。そこで、非空乏層の領域を知
るために、各検出器内の電位分布を以下の考え方に基づ
きコンピュータシミュレーションにより求めることを行
った。

【００４９】ある点（ａ，ｂ）における電位は、以下の
ようにテイラー展開を用いて周囲の４点の電位から求め
られる。説明のため、まず一次元の場合について考え
る。電位Ｖのａ点でのテイラー展開は数１８のようにな
る。

【００５０】

【数１８】Ｖ（ｘ）＝Ｖ（ａ）＋dV/dx（ｘ−ａ）＋１
／2!・d²V/dx²（ｘ−ａ）²＋…… 数１８より、ａ点の周りのｘ＝ａ±ｘ₀における電位
は、数１９、２０のようになり、数１９、２０より数２
１が導かれる。

【００５１】

【数１９】Ｖ（ａ＋ｘ₀）＝Ｖ（ａ）＋dV/dx（ｘ₀）＋
１／2!・d²V/dx²（ｘ₀）²＋……

【数２０】Ｖ（ａ−ｘ₀）＝Ｖ（ａ）−dV/dx（ｘ₀）＋
１／2!・d²V/dx²（ｘ₀）²＋……

【数２１】Ｖ（ａ）＝１／２｛Ｖ（ａ＋ｘ₀）＋Ｖ（ａ
−ｘ₀）−d²V/dx²（ｘ₀）²｝ 前述の数５に示した一次元におけるポアソン方程式を代
入すると、数２１は数２２のように書き換えられる。

【００５２】

【数２２】Ｖ（ａ）＝１／２｛Ｖ（ａ＋ｘ₀）＋Ｖ（ａ
−ｘ₀）＋Ｑ_v／ε（ｘ₀）²｝ 同様に、二次元の場合、点（ａ，ｂ）の周りの（ａ＋ｘ
₀，ｂ＋ｙ₀），（ａ＋ｘ₀，ｂ−ｙ₀），（ａ−ｘ₀，ｂ
＋ｙ₀），（ａ−ｘ₀，ｂ−ｙ₀）の４点を考えると、数
２３が成立する。

【００５３】

【数２３】 二次元についてのポアソン方程式（数２４）を代入する
と数２３は数２５のように書き換えられる。

【００５４】

【数２４】ｄ²Ｖ／ｄｘ²＋ｄ²Ｖ／ｄｙ²＝−Ｑ_v／ε

【数２５】 ここで、Ｖ_O＝−１／４・Ｑ_v／ε｛（ｘ₀）²＋
（ｙ₀）²｝なる単位電圧を考え、Ｖ（ｘ，ｙ）がこの単
位電圧の何倍になっているかをＶ'（ｘ，ｙ）で示す
と、数２５は数２６のように書き換えられる。

【００５５】

【数２６】 すなわち、電位分布を求めようとする検出器の面にｘ₀
＝ｙ₀の関係にあるｘ₀，ｙ₀のメッシュを描くと、その
中の（ａ，ｂ）なる点の電位（単位電圧：Ｖ_O）は、周
囲の４点の電位の平均から１を引くという操作で求めら
れる。そこで、初期条件として整流性接合部の電位を印
加電圧、それ以外の箇所の電位はすべてゼロとおいて上
記の操作を繰り返していくと、検出器全体の電位分布が
求められる。なお、以下の説明における電位は、すべて
上記Ｖ_Oを単位とする整数で扱うものとする。また、長
さはすべてｘ₀を単位とする整数で扱うものとする。

【００５６】図１において、１８は上記のコンピュータ
シミュレーションにより求めた等電位線である。図１
（ａ）において与えた条件は、印加電圧Ｖ_P'＝９００、
Ｘ１＝６４、Ｘ２＝３２、Ｘ３＝５、Ｙ１＝３２であ
る。等電位線１８で区切られた領域１１ａはＶ'＝０、
領域１１ｂはＶ'＝１〜６３、領域１１ｃはＶ'＝６４〜
１２７、領域１１ｄはＶ'＝１２８〜１９１の範囲であ
る。以後接合面１５、１６に向かって６４刻みで等電位
線１８が引かれており、接合面１５、１６ではＶ'＝９
００である。ここでは、領域１１ａが非空乏層である。

【００５７】図１（ｂ）において与えた条件は、印加電
圧Ｖ_P'＝１０００とした以外は図１（ａ）と同じであ
る。等電位線１８で区切られた領域１１ｅはＶ'＝０、
領域１１ｆはＶ'＝１〜６３、領域１１ｇはＶ'＝６４〜
１２７、領域１１ｈはＶ'＝１２８〜１９１の範囲であ
る。以後接合面１５、１６に向かって６４刻みで等電位
線１８が引かれており、接合面１５、１６ではＶ'＝１
０００である。ここでは、領域１１ｅが非空乏層であ
る。

【００５８】図１（ｃ）における１１αは、図１（ａ）
の領域１１ａと（ｂ）の領域１１ｅとの差領域を求めた
ものである。差領域１１αの体積は、４９０．１であっ
た。

【００５９】図２において、２８は図１と同様に求めた
等電位線である。図２（ａ）において与えた条件は、印
加電圧Ｖ_P'＝９００、Ｘ４＝６４、Ｘ５＝３２、Ｘ６＝
５、Ｙ２＝３２である。等電位線２８で区切られた領域
２１ａはＶ'＝０、領域２１ｂはＶ'＝１〜６３、領域２
１ｃはＶ'＝６４〜１２７、領域２１ｄはＶ'＝１２８〜
１９１の範囲である。以後接合面２５に向かって６４刻
みで等電位線２８が引かれており、接合面２５ではＶ'
＝９００である。ここでは、領域２１ａが非空乏層であ
る。

【００６０】図２（ｂ）において与えた条件は、印加電
圧Ｖ_P'＝１０００とした以外は図２（ａ）と同じであ
る。等電位線２８で区切られた領域２１ｅはＶ'＝０、
領域２１ｆはＶ'＝１〜６３、領域２１ｇはＶ'＝６４〜
１２７、領域２１ｈはＶ'＝１２８〜１９１の範囲であ
る。以後接合面２５に向かって６４刻みで等電位線２８
が引かれており、接合面２５ではＶ'＝１０００であ
る。ここでは、領域２１ｅが非空乏層である。

【００６１】図２（ｃ）における２１βは、図２（ａ）
の領域２１ａと（ｂ）の領域２１ｅとの差領域を求めた
ものである。差領域２１βの体積は、４９０．１であっ
た。

【００６２】図３における３８も、図１と同様に求めた
等電位線である。図３（ａ）において与えた条件は、印
加電圧Ｖ_P'＝１４００、Ｘ６＝６４、Ｘ７＝４８、Ｘ８
＝４８、Ｙ６＝３２の範囲である。等電位線３８で区切
られた領域３１ａはＶ'＝０、領域３１ｂはＶ'＝１〜６
３、領域３１ｃはＶ'＝６４〜１２７、領域３１ｄはＶ'
＝１２８〜１９１である。以後接合面３５に向かって６
４刻みで等電位線３８が引かれており、接合面３５では
Ｖ'＝１４００である。ここでは、領域３１ａが非空乏
層である。

【００６３】図３（ｂ）において与えた条件は、印加電
圧Ｖ_P'＝１５００とした以外は図３（ａ）と同じであ
る。等電位線３８で区切られた領域３１ｅはＶ'＝０、
領域３１ｆはＶ'＝１〜６３、領域３１ｇはＶ'＝６４〜
１２７、領域３１ｈはＶ'＝１２８〜１９１の範囲であ
る。以後接合面３５に向かって６４刻みで等電位線３８
が引かれており、接合面３５ではＶ'＝１５００であ
る。ここでは、領域３１ｅが非空乏層である。

【００６４】図３（ｃ）における３１γは、図３（ａ）
の領域３１ａと（ｂ）の領域３１ｅとの差領域を求めた
ものである。差領域３１γの体積は、１４１０５．３で
あった。

【００６５】また、等電位線の図示を省略するが、図３
と同じ検出器において印加電圧を図１と図２と同じ条件
のＶ_P'＝９００，Ｖ_P'＝１０００とした場合、非空乏層
の差領域の体積は、１５９３３．７であった。

【００６６】以上のように、図１から図３では（ａ）と
（ｂ）の印加電圧の差がいずれも１００であるのに対し
て、対応する非空乏層の体積の変化は、図１、図２にお
ける値が図３における値より遙かに小さい。このこと
は、図１、図２の各実施形態を採用した場合、従来技術
に係る図３の平行平板型検出器より遙かに小さい静電容
量とできることを示すものである。

【００６７】なお、本実施形態では、Ｎ型半導体層とＰ
⁺層による整流性接合を例にとって説明を行ったが、Ｐ
型半導体層とＮ⁺層によるＰＮ接合や表面障壁型接合で
あっても同等の結果が得られることは明らかである。

【００６８】

【実施例】図４は、本発明に係る半導体検出器の一実施
例を示す正面断面図である。図中、１０１は円盤状のＮ
型半導体層、１０２はＮ型半導体層１０１の一面側中央
に拡散により形成された円形のＰ⁺層、１０３はＮ型半
導体層１０１の他の一面側に拡散によりリング状に形成
されたＰ⁺層、１０４はＮ型半導体層１０１のＰ⁺層１０
３と同一の面側に同じく拡散により形成されたＮ⁺層で
ある。Ｎ型半導体層１０１とＰ⁺層１０２との接合面１
０５は円形の、Ｎ型半導体層１０１とＰ⁺層１０３との
接合面１０６とはリング状の、整流性接合部をそれぞれ
形成している。

【００６９】接合面１０５と接合面１０６とは、Ｎ型半
導体層１０１を挟んで向かい合っている。また、Ｎ⁺層
１０４は接合面１０５の中心部と、Ｎ型半導体層１０１
を挟んで向かい合っている。

【００７０】Ｐ⁺層１０２、Ｐ⁺層１０３、Ｎ⁺層１０４
の表面にはそれぞれアルミニウム製の電極部１１１，１
１２，１１３が蒸着により形成されている。また、これ
らの電極部を互いに絶縁すると共に、接合面の露出を防
ぐために、酸化シリコンの絶縁層１２１が形成されてい
る。また、電極部１１１，１１２と、電極部１１３との
間、すなわち、図中のＩとＩＩの間には接合面１０５と
１０６についての逆方向電圧を印加するための電源（図
示せず）が設けられている。

【００７１】接合面１０５と１０６についての逆方向電
圧を印加すると、印加電圧の大きさに応じてＮ型半導体
層１０１内に接合面１０５と接合面１０６の双方から空
乏層が成長し、印加電圧の大きさを充分にとればＮ⁺層
１０４のごく近傍を除いて空乏化する。空乏層は絶縁層
となっているが、この状態において電極部１１１等から
放射線が入射すると空乏層内に電子正孔対が発生し、こ
の発生した電子正孔対の分だけＩとＩＩの間に電流が流
れる。これを前述の図６に原理を示す前置増幅器によっ
て増幅して放射線が計測される。

【００７２】なお、本実施例においては、半導体基板１
０１をＮ型として説明したが、これをＰ型とし、Ｐ⁺層
１０２と１０３の電導形式をＮ⁺型に、Ｎ⁺層１０４をＰ
⁺型に替えても差し支えないことは勿論である。

【００７３】

【発明の効果】本発明による半導体検出器によれば、静
電容量を小さくすることができるので、放射線測定にお
ける信号対雑音比を向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体検出器の一実施形態を示す
断面図である。

【図２】本発明に係る半導体検出器の他の実施形態を示
す断面図である。

【図３】比較例に係る半導体検出器を示す断面図であ
る。

【図４】本発明に係る半導体検出器の一実施例を示す正
面断面図である。

【図５】従来例に係る半導体検出器の構成図である。

【図６】前置増幅器を示す説明図である。

【符号の説明】

１ Ｎ型半導体基板 ２ Ｐ⁺領域 ３ Ｎ⁺領域 ４ Ｐ−Ｎ接合部 １１，２１，３１，１０１ Ｎ型半
導体層 １２，１３，２２，３２，１０２，１０３ Ｐ⁺層 １４，２４，３４，１０４ Ｎ⁺層 １５，１６，２５，３５，１０５，１０６ 接合面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 賢持 省吾 東京都武蔵野市吉祥寺北町４丁目13番14号 電気化学計器株式会社内 (72)発明者 渡辺 栄一 東京都昭島市武蔵野三丁目１番２号 日本 電子エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 5F088 AA02 BA03 BB06 DA01 KA02 LA07

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に形成された整流性接合部に
   逆方向電圧を印加し、これにより半導体基板内に生じる
   空乏層中に放射線が入射したときに発生する電子正孔対
   から放射線を検出する半導体検出器において、第１の面
   と第１の面に対向する第２の面とを有する半導体基板
   と、第１の面に形成された第１の整流性接合部と、第２
   の面における第１の整流性接合部の外環部と対向する位
   置に形成された第２の整流性接合部とを備え、第１の整
   流性接合部と第２の整流性接合部とは、半導体基板に対
   して同一方向の整流作用を有することを特徴とする半導
   体検出器。
2. 【請求項２】 半導体基板に形成された整流性接合部に
   逆方向電圧を印加し、これにより半導体基板内に生じる
   空乏層中に放射線が入射したときに発生する電子正孔対
   から放射線を検出する半導体検出器において、第１の面
   と第１の面に対向する第２の面とを有する半導体基板
   と、第１の面から半導体基板の側面を経て、第２の面に
   おける第１の整流性接合部の外環部と対向する位置にま
   で及ぶ範囲に形成された整流性接合部とを備えることを
   特徴とする半導体検出器。
3. 【請求項３】 第２の面の中心部における整流性接合部
   と離隔した位置に、半導体基板と同一の電導形式である
   高濃度不純物層が形成されていること特徴とする請求項
   １又は請求項２に記載の半導体検出器。