JP2001291892A - 放射線検出器 - Google Patents
放射線検出器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 放射線が検出可能となる部分の面積を拡大す
ることが可能な放射線検出器を提供すること。 【解決手段】 フォトダイオードアレイ１は、Ｐ+拡散
層４，５、Ｎ+チャンネルストップ層６，７、Ｎ+拡散層
８等を含んでいる。Ｐ+拡散層４，５、及び、Ｎ+チャン
ネルストップ層６，７は、半導体基板３の入射面に対す
る裏面側に設けられている。Ｎ+チャンネルストップ層
６は隣り合うＰ+拡散層４，５の間に設けられており、
Ｐ+拡散層４，５を分離するように格子形状を呈してい
る。Ｎ+チャンネルストップ層７はＰ+拡散層５の配列の
外側にＮ+チャンネルストップ層６と連続して枠状に設
けられている。Ｎ+チャンネルストップ層７はＮ+チャン
ネルストップ層６よりも幅広とされている。半導体基板
３の入射面には、シンチレータが光学的に接続されてい
る。
ることが可能な放射線検出器を提供すること。 【解決手段】 フォトダイオードアレイ１は、Ｐ+拡散
層４，５、Ｎ+チャンネルストップ層６，７、Ｎ+拡散層
８等を含んでいる。Ｐ+拡散層４，５、及び、Ｎ+チャン
ネルストップ層６，７は、半導体基板３の入射面に対す
る裏面側に設けられている。Ｎ+チャンネルストップ層
６は隣り合うＰ+拡散層４，５の間に設けられており、
Ｐ+拡散層４，５を分離するように格子形状を呈してい
る。Ｎ+チャンネルストップ層７はＰ+拡散層５の配列の
外側にＮ+チャンネルストップ層６と連続して枠状に設
けられている。Ｎ+チャンネルストップ層７はＮ+チャン
ネルストップ層６よりも幅広とされている。半導体基板
３の入射面には、シンチレータが光学的に接続されてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線等の放射線を
検出する放射線検出器に関する。
検出する放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の放射線検出器として、たとえば
特開平５−１５００４９号公報に開示されたようなもの
が知られている。この特開平５−１５００４９号公報に
開示された放射線検出器は、Ｎ型シリコンウェハを有
し、このシリコンウェハの表面には溝部が多数形成され
ており、各々の溝部の底部に位置するようＰ型拡散層が
形成されている。そして、シリコンウェハの表面側にア
ルミニウムなどの金属による電極が形成され、Ｐ型拡散
層の一部に電気的に接続されている。裏面側にはアルミ
ニウムなどの金属による電極が全面に形成される。ま
た、溝部の各々に挿入するようにしてシンチレータが固
着される。
特開平５−１５００４９号公報に開示されたようなもの
が知られている。この特開平５−１５００４９号公報に
開示された放射線検出器は、Ｎ型シリコンウェハを有
し、このシリコンウェハの表面には溝部が多数形成され
ており、各々の溝部の底部に位置するようＰ型拡散層が
形成されている。そして、シリコンウェハの表面側にア
ルミニウムなどの金属による電極が形成され、Ｐ型拡散
層の一部に電気的に接続されている。裏面側にはアルミ
ニウムなどの金属による電極が全面に形成される。ま
た、溝部の各々に挿入するようにしてシンチレータが固
着される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような構成の放射線検出器にあっては、放射線の入射
面側（シリコンウェハの表面側）に電極が設けられてい
るので、この電極が設けられている部分での放射線の検
出が不可能となり、放射線検出器において放射線が検出
可能となる部分の面積を拡大するのには限界があった。
たような構成の放射線検出器にあっては、放射線の入射
面側（シリコンウェハの表面側）に電極が設けられてい
るので、この電極が設けられている部分での放射線の検
出が不可能となり、放射線検出器において放射線が検出
可能となる部分の面積を拡大するのには限界があった。
【０００４】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、放射線が検出可能となる部分の面積を拡大すること
が可能な放射線検出器を提供することを目的とする。
で、放射線が検出可能となる部分の面積を拡大すること
が可能な放射線検出器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る放射線検出
器は、第１導電型の半導体からなる半導体基板を有し、
半導体基板の第１の面側には、第２導電型の半導体から
なる第２導電型の拡散層と、半導体基板よりも不純物濃
度の高い第１導電型の半導体からなる第１導電型の拡散
層と、が設けられ、半導体基板の第１の面に対して裏面
となる第２の面側には、シンチレータが光学的に接続さ
れていることを特徴としている。
器は、第１導電型の半導体からなる半導体基板を有し、
半導体基板の第１の面側には、第２導電型の半導体から
なる第２導電型の拡散層と、半導体基板よりも不純物濃
度の高い第１導電型の半導体からなる第１導電型の拡散
層と、が設けられ、半導体基板の第１の面に対して裏面
となる第２の面側には、シンチレータが光学的に接続さ
れていることを特徴としている。
【０００６】本発明に係る放射線検出器では、半導体基
板の第１の面側に、第２導電型の拡散層と、第１導電型
の拡散層とが設けられ、シンチレータが半導体基板の第
１の面に対して裏面となる第２の面側に光学的に接続さ
れているので、半導体基板の第２の面側には電極が設け
られることはなく、放射線が検出可能となる部分の面積
を拡大することができる。
板の第１の面側に、第２導電型の拡散層と、第１導電型
の拡散層とが設けられ、シンチレータが半導体基板の第
１の面に対して裏面となる第２の面側に光学的に接続さ
れているので、半導体基板の第２の面側には電極が設け
られることはなく、放射線が検出可能となる部分の面積
を拡大することができる。
【０００７】また、半導体基板内には、半導体基板の第
１の面から第２の面まで空乏化された完全空乏化状態に
おいて、半導体基板の第１の面から第２の面まで空乏化
しない領域が設けられることが好ましい。このように、
半導体基板内に、半導体基板の第１の面から第２の面ま
で空乏化された完全空乏化状態において、半導体基板の
第１の面から第２の面まで空乏化しない領域が設けられ
ることにより、第１導電型の拡散層を介してバイアス電
圧を印加していくと第１導電型の拡散層の下方で隣り合
う空乏層が繋がってしまい、第１導電型の拡散層にはバ
イアス電圧がそれ以上印加できなくなる。しかしなが
ら、半導体基板内に、半導体基板の第１の面から第２の
面まで空乏化された完全空乏化状態において、半導体基
板の第１の面から第２の面まで空乏化しない領域が設け
られることにより、第１導電型の拡散層の下方で隣り合
う空乏層が繋がった後も、半導体基板の第１の面から第
２の面まで空乏化しない領域を介してバイアス電圧を印
加し続けることができ、半導体基板の空乏化を更に進め
ることができる。この結果、放射線検出器において、放
射線の検出感度及び応答速度が低下するのを抑制するこ
とが可能となる。
１の面から第２の面まで空乏化された完全空乏化状態に
おいて、半導体基板の第１の面から第２の面まで空乏化
しない領域が設けられることが好ましい。このように、
半導体基板内に、半導体基板の第１の面から第２の面ま
で空乏化された完全空乏化状態において、半導体基板の
第１の面から第２の面まで空乏化しない領域が設けられ
ることにより、第１導電型の拡散層を介してバイアス電
圧を印加していくと第１導電型の拡散層の下方で隣り合
う空乏層が繋がってしまい、第１導電型の拡散層にはバ
イアス電圧がそれ以上印加できなくなる。しかしなが
ら、半導体基板内に、半導体基板の第１の面から第２の
面まで空乏化された完全空乏化状態において、半導体基
板の第１の面から第２の面まで空乏化しない領域が設け
られることにより、第１導電型の拡散層の下方で隣り合
う空乏層が繋がった後も、半導体基板の第１の面から第
２の面まで空乏化しない領域を介してバイアス電圧を印
加し続けることができ、半導体基板の空乏化を更に進め
ることができる。この結果、放射線検出器において、放
射線の検出感度及び応答速度が低下するのを抑制するこ
とが可能となる。
【０００８】また、第１導電型の拡散層は、第２導電型
の拡散層の間に設けられ、第２導電型の拡散層を分離す
るための第１の第１導電型の拡散層と、第２導電型の拡
散層の配列の外側に設けられ、第１の第１導電型の拡散
層よりも幅広に形成された第２の第１導電型の拡散層
と、を含んでいることが好ましい。このように、第１導
電型の拡散層が、第２導電型の拡散層の間に設けられ、
第２導電型の拡散層を分離するための第１の第１導電型
の拡散層と、第２導電型の拡散層の配列の外側に設けら
れ、第１の第１導電型の拡散層よりも幅広に形成された
第２の第１導電型の拡散層と、を含むことにより、半導
体基板内に、半導体基板の第１の面から第２の面まで空
乏化された完全空乏化状態において、半導体基板の第１
の面から第２の面まで空乏化しない領域が設けられ得る
構成を簡易且つ低コストで実現することができる。
の拡散層の間に設けられ、第２導電型の拡散層を分離す
るための第１の第１導電型の拡散層と、第２導電型の拡
散層の配列の外側に設けられ、第１の第１導電型の拡散
層よりも幅広に形成された第２の第１導電型の拡散層
と、を含んでいることが好ましい。このように、第１導
電型の拡散層が、第２導電型の拡散層の間に設けられ、
第２導電型の拡散層を分離するための第１の第１導電型
の拡散層と、第２導電型の拡散層の配列の外側に設けら
れ、第１の第１導電型の拡散層よりも幅広に形成された
第２の第１導電型の拡散層と、を含むことにより、半導
体基板内に、半導体基板の第１の面から第２の面まで空
乏化された完全空乏化状態において、半導体基板の第１
の面から第２の面まで空乏化しない領域が設けられ得る
構成を簡易且つ低コストで実現することができる。
【０００９】また、第２の第１導電型の拡散層に隣接す
る第２導電型の拡散層の幅と第２の第１導電型の拡散層
の幅との和は、第２の第１導電型の拡散層に隣接しない
第２導電型の拡散層の幅と第１の第１導電型の拡散層の
幅との和と等しくなるように設定されていることが好ま
しい。このように、第２の第１導電型の拡散層に隣接す
る第２導電型の拡散層の幅と第２の第１導電型の拡散層
の幅との和を、第２の第１導電型の拡散層に隣接しない
第２導電型の拡散層の幅と第１の第１導電型の拡散層の
幅との和と等しくなるように設定することにより、第２
の第１導電型の拡散層に隣接する第２導電型の拡散層を
含む単位領域の幅が、第２の第１導電型の拡散層に隣接
しない第２導電型の拡散層を含む単位領域の幅と等しく
なる。これにより、特に第２導電型の拡散層と第１導電
型の拡散層とが設けられた半導体基板を複数並設した場
合において、全ての単位領域の幅が等しくなり、放射線
が検出可能となる部分の面積をより一層拡大することが
可能となる。
る第２導電型の拡散層の幅と第２の第１導電型の拡散層
の幅との和は、第２の第１導電型の拡散層に隣接しない
第２導電型の拡散層の幅と第１の第１導電型の拡散層の
幅との和と等しくなるように設定されていることが好ま
しい。このように、第２の第１導電型の拡散層に隣接す
る第２導電型の拡散層の幅と第２の第１導電型の拡散層
の幅との和を、第２の第１導電型の拡散層に隣接しない
第２導電型の拡散層の幅と第１の第１導電型の拡散層の
幅との和と等しくなるように設定することにより、第２
の第１導電型の拡散層に隣接する第２導電型の拡散層を
含む単位領域の幅が、第２の第１導電型の拡散層に隣接
しない第２導電型の拡散層を含む単位領域の幅と等しく
なる。これにより、特に第２導電型の拡散層と第１導電
型の拡散層とが設けられた半導体基板を複数並設した場
合において、全ての単位領域の幅が等しくなり、放射線
が検出可能となる部分の面積をより一層拡大することが
可能となる。
【００１０】また、第２の第１導電型の拡散層は、半導
体基板の端部に設けられていることが好ましい。このよ
うに、第２の第１導電型の拡散層が半導体基板の端部に
設けられることにより、半導体基板の端部において、第
２の第１導電型の拡散層の下方には空乏層が形成されな
い領域が存在することになり、空乏層が半導体基板の端
部に繋がることにより発生するリーク電流の増大を抑制
することができる。
体基板の端部に設けられていることが好ましい。このよ
うに、第２の第１導電型の拡散層が半導体基板の端部に
設けられることにより、半導体基板の端部において、第
２の第１導電型の拡散層の下方には空乏層が形成されな
い領域が存在することになり、空乏層が半導体基板の端
部に繋がることにより発生するリーク電流の増大を抑制
することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
による放射線検出器の好適な実施形態について詳細に説
明する。なお、各図において同一要素には同一符号を付
して説明を省略する。
による放射線検出器の好適な実施形態について詳細に説
明する。なお、各図において同一要素には同一符号を付
して説明を省略する。
【００１２】図１は、本発明の実施形態に係る放射線検
出器を示す斜視図である。放射線検出器Ｒは、フォトダ
イオードアレイ１とシンチレータ２とを有している。シ
ンチレータ２は、フォトダイオードアレイ１の一方の面
側に光学的に接続されており、放射線がシンチレータ２
に入射したときに生じるシンチレーション光がフォトダ
イオードアレイ１に入射するように構成されている。な
お、シンチレータ２の放射線が入射する面には、Ａｌ、
Ｃｒ等を蒸着して、入射する放射線を透過し、シンチレ
ータ２からのシンチレーション光を反射する反射膜を形
成するようにしてもよい。
出器を示す斜視図である。放射線検出器Ｒは、フォトダ
イオードアレイ１とシンチレータ２とを有している。シ
ンチレータ２は、フォトダイオードアレイ１の一方の面
側に光学的に接続されており、放射線がシンチレータ２
に入射したときに生じるシンチレーション光がフォトダ
イオードアレイ１に入射するように構成されている。な
お、シンチレータ２の放射線が入射する面には、Ａｌ、
Ｃｒ等を蒸着して、入射する放射線を透過し、シンチレ
ータ２からのシンチレーション光を反射する反射膜を形
成するようにしてもよい。
【００１３】次に、フォトダイオードアレイ１の構成に
ついて、図２及び図３に基づいて説明する。図２は、本
発明の実施形態に係る半導体エネルギー検出素子を示す
平面図であり、図３は、同じく半導体エネルギー検出素
子の断面構造を示す概略図である。本実施形態において
は、フォトダイオードアレイ１として、フォトダイオー
ド数が２５（５×５）の完全空乏型の裏面入射型フォト
ダイオードアレイを用いている。
ついて、図２及び図３に基づいて説明する。図２は、本
発明の実施形態に係る半導体エネルギー検出素子を示す
平面図であり、図３は、同じく半導体エネルギー検出素
子の断面構造を示す概略図である。本実施形態において
は、フォトダイオードアレイ１として、フォトダイオー
ド数が２５（５×５）の完全空乏型の裏面入射型フォト
ダイオードアレイを用いている。
【００１４】裏面入射型のフォトダイオードアレイ１
は、図２及び図３に示すように、半導体基板３を備え、
この半導体基板３にフォトダイオードアレイが形成され
ている。半導体基板３は、ウエハ厚０．３ｍｍ、比抵抗
５ｋΩ・ｃｍの高抵抗Ｎ型シリコン基板からなる。
は、図２及び図３に示すように、半導体基板３を備え、
この半導体基板３にフォトダイオードアレイが形成され
ている。半導体基板３は、ウエハ厚０．３ｍｍ、比抵抗
５ｋΩ・ｃｍの高抵抗Ｎ型シリコン基板からなる。
【００１５】フォトダイオードアレイ１は、第２導電型
の拡散層としてのＰ+拡散層４，５、Ｎ+チャンネルスト
ップ層６，７、Ｎ+拡散層８、アルミニウム等による配
線９、ＡＲ（反射防止）コート層１０を含んでいる。Ｐ
+拡散層４，５、及び、Ｎ+チャンネルストップ層６，７
は、シンチレータ２からシンチレーション光が入射する
半導体基板３の入射面に対する裏面側に設けられてい
る。Ｎ+拡散層８は、シンチレータ２からシンチレーシ
ョン光が入射する半導体基板３の入射面側に設けられて
おり、このＮ+拡散層８の外側にはＡＲ（反射防止）コ
ート層１０が設けられている。Ｎ+拡散層８は、半導体
基板３よりも不純物濃度の高い第１導電型の半導体から
なり、その表面濃度は１．０×１０19ｃｍ-3程度とされ
ている。シンチレータ２は、Ｐ+拡散層４，５、及び、
Ｎ+チャンネルストップ層６，７が設けられた半導体基
板３の面（第１の面）に対する裏面（第２の面）に光学
的に接続されている。
の拡散層としてのＰ+拡散層４，５、Ｎ+チャンネルスト
ップ層６，７、Ｎ+拡散層８、アルミニウム等による配
線９、ＡＲ（反射防止）コート層１０を含んでいる。Ｐ
+拡散層４，５、及び、Ｎ+チャンネルストップ層６，７
は、シンチレータ２からシンチレーション光が入射する
半導体基板３の入射面に対する裏面側に設けられてい
る。Ｎ+拡散層８は、シンチレータ２からシンチレーシ
ョン光が入射する半導体基板３の入射面側に設けられて
おり、このＮ+拡散層８の外側にはＡＲ（反射防止）コ
ート層１０が設けられている。Ｎ+拡散層８は、半導体
基板３よりも不純物濃度の高い第１導電型の半導体から
なり、その表面濃度は１．０×１０19ｃｍ-3程度とされ
ている。シンチレータ２は、Ｐ+拡散層４，５、及び、
Ｎ+チャンネルストップ層６，７が設けられた半導体基
板３の面（第１の面）に対する裏面（第２の面）に光学
的に接続されている。
【００１６】Ｐ+拡散層４，５は、表面濃度が１．０×
１０20ｃｍ-3程度とされており、所定の間隔（本実施形
態においては、５００μｍ程度）をおいて５×５（２
５）個配列されている。
１０20ｃｍ-3程度とされており、所定の間隔（本実施形
態においては、５００μｍ程度）をおいて５×５（２
５）個配列されている。
【００１７】Ｎ+チャンネルストップ層６は半導体基板
３よりも不純物濃度が高い第１導電型の半導体からな
り、Ｎ+チャンネルストップ層６の表面濃度は１．０×
１０19ｃｍ-3程度とされている。また、Ｎ+チャンネル
ストップ層６は隣り合うＰ+拡散層４，５の間に設けら
れており、Ｐ+拡散層４，５を分離するように格子形状
を呈している。Ｐ+拡散層４，５とＮ+チャンネルストッ
プ層６との間隔は、１５０μｍ程度とされている。ここ
で、Ｎ+チャンネルストップ層６は、各請求項における
第１の第１導電型の拡散層を構成している。
３よりも不純物濃度が高い第１導電型の半導体からな
り、Ｎ+チャンネルストップ層６の表面濃度は１．０×
１０19ｃｍ-3程度とされている。また、Ｎ+チャンネル
ストップ層６は隣り合うＰ+拡散層４，５の間に設けら
れており、Ｐ+拡散層４，５を分離するように格子形状
を呈している。Ｐ+拡散層４，５とＮ+チャンネルストッ
プ層６との間隔は、１５０μｍ程度とされている。ここ
で、Ｎ+チャンネルストップ層６は、各請求項における
第１の第１導電型の拡散層を構成している。
【００１８】Ｎ+チャンネルストップ層７は半導体基板
３よりも不純物濃度が高い第１導電型の半導体からな
り、Ｎ+チャンネルストップ層７の表面濃度は１．０×
１０19ｃｍ-3程度とされている。また、Ｎ+チャンネル
ストップ層７はＰ+拡散層４，５の配列の外側にＮ+チャ
ンネルストップ層６と連続して枠状に設けられている。
Ｐ+拡散層５とＮ+チャンネルストップ層７との間隔は、
３００μｍ程度とされており、Ｎ+チャンネルストップ
層７を含めたＰ+拡散層５から半導体基板３の端部まで
の距離は９００μｍ程度である。Ｎ+チャンネルストッ
プ層６の幅は、２００μｍ程度に設定されており、ま
た、Ｎ+チャンネルストップ層７はＮ+チャンネルストッ
プ層６よりも幅広とされており、Ｎ+チャンネルストッ
プ層７の幅は、６００μｍ程度に設定されている。ここ
で、Ｎ+チャンネルストップ層７は、各請求項における
第２の第１導電型の拡散層を構成している。
３よりも不純物濃度が高い第１導電型の半導体からな
り、Ｎ+チャンネルストップ層７の表面濃度は１．０×
１０19ｃｍ-3程度とされている。また、Ｎ+チャンネル
ストップ層７はＰ+拡散層４，５の配列の外側にＮ+チャ
ンネルストップ層６と連続して枠状に設けられている。
Ｐ+拡散層５とＮ+チャンネルストップ層７との間隔は、
３００μｍ程度とされており、Ｎ+チャンネルストップ
層７を含めたＰ+拡散層５から半導体基板３の端部まで
の距離は９００μｍ程度である。Ｎ+チャンネルストッ
プ層６の幅は、２００μｍ程度に設定されており、ま
た、Ｎ+チャンネルストップ層７はＮ+チャンネルストッ
プ層６よりも幅広とされており、Ｎ+チャンネルストッ
プ層７の幅は、６００μｍ程度に設定されている。ここ
で、Ｎ+チャンネルストップ層７は、各請求項における
第２の第１導電型の拡散層を構成している。
【００１９】Ｎ+チャンネルストップ層７に隣接するＰ+
拡散層５は、Ｎ+チャンネルストップ層７に隣接しない
Ｐ+拡散層４に比して、その幅が短く設定されており、
Ｎ+チャンネルストップ層７に隣接するＰ+拡散層５の幅
とＮ+チャンネルストップ層７の幅との和は、Ｎ+チャン
ネルストップ層７に隣接しないＰ+拡散層４の幅とＮ+チ
ャンネルストップ層６の幅との和と等しくなるように設
定されている。これにより、Ｐ+拡散層５の面積はＰ+拡
散層４の面積よりも小さくなるものの、Ｐ+拡散層５を
含むフォトダイオード単位セル（単位領域）の幅はＰ+
拡散層４を含むフォトダイオード単位セル（単位領域）
の幅と等しくなり、フォトダイオードアレイ１における
フォトダイオード単位セル（単位領域）の面積は全て等
しくなる。
拡散層５は、Ｎ+チャンネルストップ層７に隣接しない
Ｐ+拡散層４に比して、その幅が短く設定されており、
Ｎ+チャンネルストップ層７に隣接するＰ+拡散層５の幅
とＮ+チャンネルストップ層７の幅との和は、Ｎ+チャン
ネルストップ層７に隣接しないＰ+拡散層４の幅とＮ+チ
ャンネルストップ層６の幅との和と等しくなるように設
定されている。これにより、Ｐ+拡散層５の面積はＰ+拡
散層４の面積よりも小さくなるものの、Ｐ+拡散層５を
含むフォトダイオード単位セル（単位領域）の幅はＰ+
拡散層４を含むフォトダイオード単位セル（単位領域）
の幅と等しくなり、フォトダイオードアレイ１における
フォトダイオード単位セル（単位領域）の面積は全て等
しくなる。
【００２０】Ｐ+拡散層４，５、及び、Ｎ+チャンネルス
トップ層６，７の夫々に電気的に接続された各配線９上
には、バンプ１１が形成されており、Ｐ+拡散層４，
５、及び、Ｎ+チャンネルストップ層６，７の電気的接
続は、半導体基板３の入射面に対する裏面側においてな
される。バンプ１１は、出力読み出し回路（図示せず）
とフリップチップボンディングによって接続される。
トップ層６，７の夫々に電気的に接続された各配線９上
には、バンプ１１が形成されており、Ｐ+拡散層４，
５、及び、Ｎ+チャンネルストップ層６，７の電気的接
続は、半導体基板３の入射面に対する裏面側においてな
される。バンプ１１は、出力読み出し回路（図示せず）
とフリップチップボンディングによって接続される。
【００２１】次に、上述した構成のフォトダイオードア
レイ１の動作について、図４及び図５に基づいて説明す
る。図４及び図５は、図３と同様に、本発明の実施形態
に係る半導体エネルギー検出素子の断面構造を示す概略
図である。
レイ１の動作について、図４及び図５に基づいて説明す
る。図４及び図５は、図３と同様に、本発明の実施形態
に係る半導体エネルギー検出素子の断面構造を示す概略
図である。
【００２２】まず、フォトダイオードアレイ１をＮ+チ
ャンネルストップ層６，７に正のバイアス電圧を印加し
て使用する場合、半導体基板３にはバイアス電圧の大き
さに応じた空乏層１２が形成される。フォトダイオード
アレイ１においてＮ+チャンネルストップ層６，７を介
してバイアス電圧を印加していくと、完全空乏化の途中
の１００Ｖ程度印加した状態で、図４に示されるよう
に、Ｎ+チャンネルストップ層６の下方で隣り合う空乏
層１２同士が繋がってしまい、Ｎ+チャンネルストップ
層６には上述した１００Ｖ程度以上のバイアス電圧が印
加できない状態となる。なお、半導体基板３と同じ比抵
抗５ｋΩ・ｃｍの高抵抗Ｎ型シリコン基板を用いたＰＩ
Ｎ型フォトダイオードにおいては、通常１１０Ｖ〜１２
０Ｖ程度のバイアス電圧を印加することにより、完全空
乏化が達成される。
ャンネルストップ層６，７に正のバイアス電圧を印加し
て使用する場合、半導体基板３にはバイアス電圧の大き
さに応じた空乏層１２が形成される。フォトダイオード
アレイ１においてＮ+チャンネルストップ層６，７を介
してバイアス電圧を印加していくと、完全空乏化の途中
の１００Ｖ程度印加した状態で、図４に示されるよう
に、Ｎ+チャンネルストップ層６の下方で隣り合う空乏
層１２同士が繋がってしまい、Ｎ+チャンネルストップ
層６には上述した１００Ｖ程度以上のバイアス電圧が印
加できない状態となる。なお、半導体基板３と同じ比抵
抗５ｋΩ・ｃｍの高抵抗Ｎ型シリコン基板を用いたＰＩ
Ｎ型フォトダイオードにおいては、通常１１０Ｖ〜１２
０Ｖ程度のバイアス電圧を印加することにより、完全空
乏化が達成される。
【００２３】しかしながら、Ｎ+チャンネルストップ層
６よりも幅広のＮ+チャンネルストップ層７がＰ+拡散層
４，５の配列の外側にＮ+チャンネルストップ層６と連
続して設けられているので、Ｎ+チャンネルストップ層
７の下方には半導体基板３の入射面側までの間におい
て、空乏化しない領域として空乏層１２が形成されない
領域１３が存在する。したがって、Ｎ+チャンネルスト
ップ層７の下方には半導体基板３の入射面側までの間に
おいて空乏層１２が形成されていない領域１３が設けら
れるので、Ｎ+チャンネルストップ層６の下方で隣り合
う空乏層１２同士が繋がった後も、Ｎ+チャンネルスト
ップ層７を介してＮ+拡散層８にバイアス電圧を印加す
ることができるため、半導体基板３内における空乏化を
更に進めることができる。
６よりも幅広のＮ+チャンネルストップ層７がＰ+拡散層
４，５の配列の外側にＮ+チャンネルストップ層６と連
続して設けられているので、Ｎ+チャンネルストップ層
７の下方には半導体基板３の入射面側までの間におい
て、空乏化しない領域として空乏層１２が形成されない
領域１３が存在する。したがって、Ｎ+チャンネルスト
ップ層７の下方には半導体基板３の入射面側までの間に
おいて空乏層１２が形成されていない領域１３が設けら
れるので、Ｎ+チャンネルストップ層６の下方で隣り合
う空乏層１２同士が繋がった後も、Ｎ+チャンネルスト
ップ層７を介してＮ+拡散層８にバイアス電圧を印加す
ることができるため、半導体基板３内における空乏化を
更に進めることができる。
【００２４】空乏層１２がＮ+拡散層８にまで達した後
にも更にバイアス電圧を印加し続けることにより、Ｎ+
チャンネルストップ層６の下方の不感領域（空乏層１
２）を低減若しくは無くすことが可能であり、２００Ｖ
程度のバイアス電圧を印加することで、図５に示される
ように、空乏層１２が半導体基板３の入射面（Ｎ+拡散
層８）全体に広がることになり、半導体基板３が完全空
乏化された状態となる。半導体基板３が完全空乏化され
た状態においても、図５に示されるように、Ｎ+チャン
ネルストップ層７の下方には、半導体基板３の入射面側
までの間において空乏層１２が形成されない領域１３が
設けられることになる。
にも更にバイアス電圧を印加し続けることにより、Ｎ+
チャンネルストップ層６の下方の不感領域（空乏層１
２）を低減若しくは無くすことが可能であり、２００Ｖ
程度のバイアス電圧を印加することで、図５に示される
ように、空乏層１２が半導体基板３の入射面（Ｎ+拡散
層８）全体に広がることになり、半導体基板３が完全空
乏化された状態となる。半導体基板３が完全空乏化され
た状態においても、図５に示されるように、Ｎ+チャン
ネルストップ層７の下方には、半導体基板３の入射面側
までの間において空乏層１２が形成されない領域１３が
設けられることになる。
【００２５】空乏層１２が半導体基板３のＮ+拡散層８
に到達した状態で、シンチレータ２からシンチレーショ
ン光が半導体基板３の入射面に入射すると、フォトダイ
オードアレイ１において空乏層１２内で発生した光電流
が高速で検出されることになる。また、Ｐ+拡散層４，
５を含むフォトダイオード単位セルがマトリックス状に
配設（マルチチャンネル化）されているので、フォトダ
イオードアレイ１においてシンチレーション光の入射位
置も検出されることになる。
に到達した状態で、シンチレータ２からシンチレーショ
ン光が半導体基板３の入射面に入射すると、フォトダイ
オードアレイ１において空乏層１２内で発生した光電流
が高速で検出されることになる。また、Ｐ+拡散層４，
５を含むフォトダイオード単位セルがマトリックス状に
配設（マルチチャンネル化）されているので、フォトダ
イオードアレイ１においてシンチレーション光の入射位
置も検出されることになる。
【００２６】なお、半導体基板３の端部に空乏層１２が
繋がるとリーク電流が増大することになるが、Ｎ+チャ
ンネルストップ層７はＮ+チャンネルストップ層６より
も幅広とされているので、Ｎ+チャンネルストップ層７
の下方には、空乏層１２が形成されない領域１３が存在
することになり、半導体基板３の端部においてリーク電
流が増大するのを抑制することができる。
繋がるとリーク電流が増大することになるが、Ｎ+チャ
ンネルストップ層７はＮ+チャンネルストップ層６より
も幅広とされているので、Ｎ+チャンネルストップ層７
の下方には、空乏層１２が形成されない領域１３が存在
することになり、半導体基板３の端部においてリーク電
流が増大するのを抑制することができる。
【００２７】このように、放射線検出器Ｒにあっては、
フォトダイオードアレイ１とシンチレータ２とを有し、
フォトダイオードアレイ１における半導体基板３の入射
面（第２の面）に対する裏面（第１の面）側に、Ｐ+拡
散層４，５と、Ｎ+チャンネルストップ層６，７とが設
けられ、シンチレータ２が半導体基板３の入射面側に光
学的に接続されているので、半導体基板３の入射面側に
は電極が設けられることはなく、フォトダイオードアレ
イ１における放射線が検出可能となる部分の面積を拡大
することができる。なお、上述したように、半導体基板
３の入射面側には電極が設けられることはないので、半
導体基板３の入射面側を平坦化することができ、シンチ
レータ２を容易に光学的に接続することができる。
フォトダイオードアレイ１とシンチレータ２とを有し、
フォトダイオードアレイ１における半導体基板３の入射
面（第２の面）に対する裏面（第１の面）側に、Ｐ+拡
散層４，５と、Ｎ+チャンネルストップ層６，７とが設
けられ、シンチレータ２が半導体基板３の入射面側に光
学的に接続されているので、半導体基板３の入射面側に
は電極が設けられることはなく、フォトダイオードアレ
イ１における放射線が検出可能となる部分の面積を拡大
することができる。なお、上述したように、半導体基板
３の入射面側には電極が設けられることはないので、半
導体基板３の入射面側を平坦化することができ、シンチ
レータ２を容易に光学的に接続することができる。
【００２８】Ｎ+チャンネルストップ層６を介してバイ
アス電圧を印加していくとＮ+チャンネルストップ層６
の下方で隣り合う空乏層１２が繋がってしまい、Ｎ+チ
ャンネルストップ層６にはバイアス電圧がそれ以上印加
できなくなる。しかしながら、フォトダイオードアレイ
１の半導体基板３にはＮ+チャンネルストップ層７が設
けられているので、Ｎ+チャンネルストップ層７の下方
には半導体基板３の入射面側までの間において空乏層１
２が形成されない領域１３が設けられることになり、Ｎ
+チャンネルストップ層６の下方で隣り合う空乏層１２
が繋がった後も、Ｎ+チャンネルストップ層７を介して
バイアス電圧を印加し続けることができ、半導体基板３
の空乏化を更に進めることができ、半導体基板３の完全
空乏化が可能となる。この結果、フォトダイオードアレ
イ１において、エネルギー線の検出感度及び応答速度が
低下するのを抑制することが可能となる。
アス電圧を印加していくとＮ+チャンネルストップ層６
の下方で隣り合う空乏層１２が繋がってしまい、Ｎ+チ
ャンネルストップ層６にはバイアス電圧がそれ以上印加
できなくなる。しかしながら、フォトダイオードアレイ
１の半導体基板３にはＮ+チャンネルストップ層７が設
けられているので、Ｎ+チャンネルストップ層７の下方
には半導体基板３の入射面側までの間において空乏層１
２が形成されない領域１３が設けられることになり、Ｎ
+チャンネルストップ層６の下方で隣り合う空乏層１２
が繋がった後も、Ｎ+チャンネルストップ層７を介して
バイアス電圧を印加し続けることができ、半導体基板３
の空乏化を更に進めることができ、半導体基板３の完全
空乏化が可能となる。この結果、フォトダイオードアレ
イ１において、エネルギー線の検出感度及び応答速度が
低下するのを抑制することが可能となる。
【００２９】また、Ｐ+拡散層４，５の配列の外側にＮ+
チャンネルストップ層６よりも幅広とされたＮ+チャン
ネルストップ層７を設けることにより、Ｎ+チャンネル
ストップ層６，７が設けられた面から入射面まで間の半
導体基板３の部分において空乏層１２が形成されない領
域１３を設けることが可能となるので、空乏層１２が形
成されない領域１３が設けられ得る構成を簡易且つ低コ
ストで実現することができる。
チャンネルストップ層６よりも幅広とされたＮ+チャン
ネルストップ層７を設けることにより、Ｎ+チャンネル
ストップ層６，７が設けられた面から入射面まで間の半
導体基板３の部分において空乏層１２が形成されない領
域１３を設けることが可能となるので、空乏層１２が形
成されない領域１３が設けられ得る構成を簡易且つ低コ
ストで実現することができる。
【００３０】なお、フォトダイオードアレイ１は、基本
的に空乏層１２が半導体基板３の入射面（Ｎ+拡散層
８）全体に広がった完全空乏化された状態で使用され
る。この完全空乏化された状態において空乏層１２は、
Ｎ+チャンネルストップ層６の下方において全て繋がっ
ており、空乏層１２の端は半導体基板３の端部近傍まで
達している。この半導体基板３の端部近傍までの空乏層
１２の広がりは、印加するバイアス電圧によって調節す
ることができるため、Ｐ+拡散層５を小さくしても空乏
層１２を半導体基板３の端部近傍まで広げることが可能
である。これにより、Ｐ+拡散層５の幅（面積）をＰ+拡
散層４の幅（面積）よりも小さく設定した場合において
も、空乏層１２に発生したキャリアはＰ+拡散層５に集
められることになり、フォトダイオードアレイ１の有感
領域の減少が抑えられて、フォトダイオードアレイ１の
シンチレータ光の受光感度に影響を及ぼすことが抑制さ
れる。
的に空乏層１２が半導体基板３の入射面（Ｎ+拡散層
８）全体に広がった完全空乏化された状態で使用され
る。この完全空乏化された状態において空乏層１２は、
Ｎ+チャンネルストップ層６の下方において全て繋がっ
ており、空乏層１２の端は半導体基板３の端部近傍まで
達している。この半導体基板３の端部近傍までの空乏層
１２の広がりは、印加するバイアス電圧によって調節す
ることができるため、Ｐ+拡散層５を小さくしても空乏
層１２を半導体基板３の端部近傍まで広げることが可能
である。これにより、Ｐ+拡散層５の幅（面積）をＰ+拡
散層４の幅（面積）よりも小さく設定した場合において
も、空乏層１２に発生したキャリアはＰ+拡散層５に集
められることになり、フォトダイオードアレイ１の有感
領域の減少が抑えられて、フォトダイオードアレイ１の
シンチレータ光の受光感度に影響を及ぼすことが抑制さ
れる。
【００３１】また、フォトダイオードアレイ１は、図６
に示されるように、複数個のフォトダイオードアレイ１
をマトリックス状に並設して使用することもできる。
に示されるように、複数個のフォトダイオードアレイ１
をマトリックス状に並設して使用することもできる。
【００３２】Ｎ+チャンネルストップ層７に隣接するＰ+
拡散層５の幅とＮ+チャンネルストップ層７の幅との和
は、Ｎ+チャンネルストップ層７に隣接しないＰ+拡散層
４の幅とＮ+チャンネルストップ層６の幅との和と等し
くなるように設定されることにより、図６に示されるよ
うに、Ｐ+拡散層５を含むフォトダイオード単位セル
（単位領域）の幅ａはＰ+拡散層４を含むフォトダイオ
ード単位セル（単位領域）の幅ａと等しくなり、フォト
ダイオードアレイ１におけるフォトダイオード単位セル
（単位領域）の面積は全て等しくされているので、特
に、複数個のフォトダイオードアレイ１をマトリックス
状に配設して場合において、エネルギー線を大面積で容
易に検出することができると共に、エネルギー線の入射
位置を適切に検出することができる。
拡散層５の幅とＮ+チャンネルストップ層７の幅との和
は、Ｎ+チャンネルストップ層７に隣接しないＰ+拡散層
４の幅とＮ+チャンネルストップ層６の幅との和と等し
くなるように設定されることにより、図６に示されるよ
うに、Ｐ+拡散層５を含むフォトダイオード単位セル
（単位領域）の幅ａはＰ+拡散層４を含むフォトダイオ
ード単位セル（単位領域）の幅ａと等しくなり、フォト
ダイオードアレイ１におけるフォトダイオード単位セル
（単位領域）の面積は全て等しくされているので、特
に、複数個のフォトダイオードアレイ１をマトリックス
状に配設して場合において、エネルギー線を大面積で容
易に検出することができると共に、エネルギー線の入射
位置を適切に検出することができる。
【００３３】なお、Ｎ+チャンネルストップ層７は、半
導体基板３の端部に設ける必要はなく、いずれかのＮ+
チャンネルストップ層６の位置（フォトダイオード単位
セル間の位置）に設けるようにしてもよい。しかしなが
ら、Ｎ+チャンネルストップ層７の下方の領域１３は空
乏化されないために、フォトダイオードアレイ１のフォ
トダイオード単位セルの間に不感領域が存在することに
なる。したがって、フォトダイオードアレイ１のフォト
ダイオード単位セルの間に不感領域が存在する、及び、
半導体基板３の端部においてリーク電流が発生するとい
う二つの現象の発生を回避するためには、Ｎ+チャンネ
ルストップ層７は、半導体基板３の端部に設けたほうが
好ましい。
導体基板３の端部に設ける必要はなく、いずれかのＮ+
チャンネルストップ層６の位置（フォトダイオード単位
セル間の位置）に設けるようにしてもよい。しかしなが
ら、Ｎ+チャンネルストップ層７の下方の領域１３は空
乏化されないために、フォトダイオードアレイ１のフォ
トダイオード単位セルの間に不感領域が存在することに
なる。したがって、フォトダイオードアレイ１のフォト
ダイオード単位セルの間に不感領域が存在する、及び、
半導体基板３の端部においてリーク電流が発生するとい
う二つの現象の発生を回避するためには、Ｎ+チャンネ
ルストップ層７は、半導体基板３の端部に設けたほうが
好ましい。
【００３４】本発明は、前述した実施形態に限定される
ものではなく、上述した数値等も適宜変更して設定する
ことができる。
ものではなく、上述した数値等も適宜変更して設定する
ことができる。
【００３５】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、放射線が検出可能となる部分の面積を拡大する
ことが可能な放射線検出器を提供することができる。
よれば、放射線が検出可能となる部分の面積を拡大する
ことが可能な放射線検出器を提供することができる。
【図１】本発明の実施形態に係る放射線検出器を示す斜
視図である。
視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る放射線検出器に含まれ
る、裏面入射型のフォトダイオードアレイを示す平面図
である。
る、裏面入射型のフォトダイオードアレイを示す平面図
である。
【図３】本発明の実施形態に係る放射線検出器に含まれ
る、裏面入射型のフォトダイオードアレイの断面構造を
示す概略図である。
る、裏面入射型のフォトダイオードアレイの断面構造を
示す概略図である。
【図４】本発明の実施形態に係る放射線検出器に含まれ
る、裏面入射型のフォトダイオードアレイの断面構造を
示す概略図である。
る、裏面入射型のフォトダイオードアレイの断面構造を
示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態に係る放射線検出器に含まれ
る、裏面入射型のフォトダイオードアレイの断面構造を
示す概略図である。
る、裏面入射型のフォトダイオードアレイの断面構造を
示す概略図である。
【図６】本発明の実施形態に係る放射線検出器に含まれ
る、裏面入射型のフォトダイオードアレイをマトリック
ス状に並設した状態を示した平面図である。
る、裏面入射型のフォトダイオードアレイをマトリック
ス状に並設した状態を示した平面図である。
【符号の説明】 １…フォトダイオードアレイ、２…シンチレータ、３…
半導体基板、４…Ｐ+拡散層、５…Ｐ+拡散層、６…Ｎ+
チャンネルストップ層、７…Ｎ+チャンネルストップ
層、８…Ｎ+拡散層、９…配線、１０…ＡＲコート層、
１１…バンプ、１２…空乏層、１３…空乏層が形成され
ない領域、Ｒ…放射線検出器。
半導体基板、４…Ｐ+拡散層、５…Ｐ+拡散層、６…Ｎ+
チャンネルストップ層、７…Ｎ+チャンネルストップ
層、８…Ｎ+拡散層、９…配線、１０…ＡＲコート層、
１１…バンプ、１２…空乏層、１３…空乏層が形成され
ない領域、Ｒ…放射線検出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/32 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｋ (72)発明者 村松 雅治 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 2G088 EE01 EE27 FF02 FF14 GG16 GG19 GG20 JJ05 JJ09 JJ31 JJ37 4M118 AA01 AB01 BA06 CA03 CB11 GA02 GA10 GD15 5C024 AX12 CX41 CY47 GX03 5F088 AA03 AB03 BA20 BB03 BB07 DA01 EA04 EA13 FA09 HA15 LA08
Claims (5)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体からなる半導体基板
を有し、 前記半導体基板の第１の面側には、第２導電型の半導体
からなる第２導電型の拡散層と、前記半導体基板よりも
不純物濃度の高い第１導電型の半導体からなる第１導電
型の拡散層と、が設けられ、 前記半導体基板の前記第１の面に対して裏面となる第２
の面側には、シンチレータが光学的に接続されているこ
とを特徴とする放射線検出器。 - 【請求項２】 前記半導体基板内には、前記半導体基板
の前記第１の面から前記第２の面まで空乏化された完全
空乏化状態において、前記半導体基板の前記第１の面か
ら前記第２の面まで空乏化しない領域が設けられること
を特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。 - 【請求項３】 前記第１導電型の拡散層は、 前記第２導電型の拡散層の間に設けられ、前記第２導電
型の拡散層を分離するための第１の第１導電型の拡散層
と、 前記第２導電型の拡散層の配列の外側に設けられ、前記
第１の第１導電型の拡散層よりも幅広に形成された第２
の第１導電型の拡散層と、を含んでいることを特徴とす
る請求項２に記載の放射線検出器。 - 【請求項４】 前記第２の第１導電型の拡散層に隣接す
る第２導電型の拡散層の幅と前記第２の第１導電型の拡
散層の幅との和は、前記第２の第１導電型の拡散層に隣
接しない第２導電型の拡散層の幅と前記第１の第１導電
型の拡散層の幅との和と等しくなるように設定されてい
ることを特徴とする請求項３に記載の放射線検出器。 - 【請求項５】 前記第２の第１導電型の拡散層は、前記
半導体基板の端部に設けられていることを特徴とする請
求項３又は請求項４に記載の放射線検出器。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000102620A JP4571267B2 (ja) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | 放射線検出器 |
| EP01917546.2A EP1280207B1 (en) | 2000-04-04 | 2001-03-28 | Semiconductor energy detector |
| CNB018075401A CN1324714C (zh) | 2000-04-04 | 2001-03-28 | 半导体能束探测元件 |
| AU2001244586A AU2001244586A1 (en) | 2000-04-04 | 2001-03-28 | Semiconductor energy detector |
| PCT/JP2001/002568 WO2001075977A1 (fr) | 2000-04-04 | 2001-03-28 | Detecteur d'energie a semi-conducteur |
| US10/262,859 US7148551B2 (en) | 2000-04-04 | 2002-10-03 | Semiconductor energy detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000102620A JP4571267B2 (ja) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | 放射線検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001291892A true JP2001291892A (ja) | 2001-10-19 |
| JP4571267B2 JP4571267B2 (ja) | 2010-10-27 |
Family
ID=18616465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000102620A Expired - Lifetime JP4571267B2 (ja) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | 放射線検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4571267B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2838561A1 (fr) * | 2002-04-12 | 2003-10-17 | Commissariat Energie Atomique | Matrice de photodectecteurs, a pixels isoles par des murs, hybridee sur un circuit de lecture |
| JP2003347536A (ja) * | 2002-04-12 | 2003-12-05 | Commiss Energ Atom | 読出回路上にハイブリッドされた孤立画素及び蓄積グリッドを有する光検出器アレイ |
| WO2004019411A1 (ja) * | 2002-08-09 | 2004-03-04 | Hamamatsu Photonics K.K. | フォトダイオードアレイ、その製造方法、及び放射線検出器 |
| WO2004047178A1 (ja) * | 2002-11-18 | 2004-06-03 | Hamamatsu Photonics K.K. | 裏面入射型ホトダイオードアレイ、その製造方法及び半導体装置 |
| WO2004086505A1 (ja) * | 2003-03-27 | 2004-10-07 | Hamamatsu Photonics K.K. | ホトダイオードアレイ及びその製造方法、並びに放射線検出器 |
| JP2007335596A (ja) * | 2006-06-14 | 2007-12-27 | Hamamatsu Photonics Kk | フォトダイオードアレイ |
| JP2008511132A (ja) * | 2004-08-20 | 2008-04-10 | アウロラ、アルット | 改変内部ゲート構造を用いた半導体放射線検出器 |
| WO2008059825A1 (fr) * | 2006-11-15 | 2008-05-22 | Hamamatsu Photonics K. K. | Capteur d'image de distance |
| US7810740B2 (en) | 2002-11-18 | 2010-10-12 | Hamamatsu Photonics K.K. | Back illuminated photodiode array, manufacturing method and semiconductor device thereof |
| JP2011159984A (ja) * | 2003-10-20 | 2011-08-18 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体光検出素子及び放射線検出装置 |
Citations (5)
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