JP2004279277A

JP2004279277A - 電磁波照射量測定装置及び電磁波照射量測定方法

Info

Publication number: JP2004279277A
Application number: JP2003072560A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Kakinuma; 伸明柿沼
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】リアルタイムで照射量を測定可能であるとともに、小型化及び低消費電力化を実現し携帯可能な電磁波照射量測定装置及び電磁波照射量測定方法を提供する。
【解決手段】電磁波の被照射部となるＭＯＳトランジスタ１０を組み込んだ携帯可能なバッジ１００と、このＭＯＳトランジスタ１０に照射された電磁波の照射量を測定する照射量測定装置２００とを別体で構成し、ＭＯＳトランジスタ１０の閾値電圧の変化量に基づいて、電磁波の照射量を測定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線や紫外線など電磁波の照射量を測定する電磁波照射量測定装置及び電磁波照射量測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線などの電磁波は、人体への悪影響が懸念されているため、このＸ線を利用した装置等を用いる場合においては、作業者がＸ線をどれだけ照射されたかを常時監視する必要がある。
このようなＸ線照射量測定装置の一例として、例えば、Ｘ線に対して感光性のあるフィルムを備えたバッジと、このフィルムを現像する照射量測定手段とから構成されたものが一般的に知られている。そして、Ｘ線を利用した装置等を用いる作業者は、各々このバッジを装着して作業し、一定期間経過後にフィルムを現像することで、各作業者が期間内に浴びたＸ線照射量を測定できるようになっている。
【０００３】
しかしながら、上述したＸ線照射量測定装置においては、作業者が一定期間バッジを装着した後、フィルムを現像した時点で初めて今まで浴びたＸ線照射量が確認されるため、Ｘ線照射量が規定量を超えていても気づかない場合があり、作業者が安心して作業を行えないという不具合があった。
このような不具合を解消するために、Ｘ線照射量をリアルタイムで測定可能なＸ線照射量測定装置として、例えば、照射されたＸ線をシンチレータなどで光素子に変換し、当該光素子をＣＣＤ（電荷結合素子）などの固体撮像素子で検出することにより、Ｘ線の照射量をリアルタイムで測定する手段が提案されている（例えば、特許文献１や特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２８５１２８号公報
【特許文献２】
特開平６−３８９５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２に記載の手段においては、いずれもＸ線の照射量を一旦光素子に変換し、この光素子をフォトダイオードなどの受光素子で検出することで測定しているため、装置が大きくなってしまい、各作業者が携帯して使用することは困難であった。
【０００６】
また、上述の特許文献１や特許文献２に記載の手段においては、いずれもシンチレータ及びフォトダイオードの操作に消費電力が必要であるため、コストが増大してしまうという問題があった。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、リアルタイムで照射量を測定可能であるとともに、小型化及び低消費電力化を実現し携帯可能な電磁波照射量測定装置及び電磁波照射量測定方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明の第一の電磁波照射量測定装置は、電磁波の照射量を測定する電磁波照射量測定装置であって、前記照射量を、トランジスタの閾値電圧の変化量に基づいて測定するようになっていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の第二の電磁波照射量測定装置は、電磁波の照射量を測定する電磁波照射量測定装置であって、前記電磁波が照射される被照射部と、前記被照射部に照射された前記電磁波の照射量を測定する照射量測定部と、を備え、前記被照射部は、ＭＯＳトランジスタで構成されていることを特徴とするものである。
ここで、本発明の第二の電磁波照射量測定装置において、前記照射量測定部は、前記ＭＯＳトランジスタの初期閾値電圧を記憶する初期閾値電圧記憶手段と、前記ＭＯＳトランジスタの閾値電圧を測定する閾値電圧測定手段と、前記初期閾値電圧及び前記閾値電圧の差電圧に基づいて、前記電磁波の照射量を算出する照射量算出手段と、前記算出された照射量を表示する表示手段と、を備えることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の第二の電磁波照射量測定装置において、前記被照射部と、前記照射量測定部とを別体で構成するようにしてもよい。
さらに、本発明の第二の電磁波照射量測定装置において、前記被照射部と、前記照射量測定部とを一体で構成するようにしてもよい。
さらに、本発明の第一及び第二の電磁波照射量測定装置において、前記電磁波は、Ｘ線或いは紫外線である場合に好適に用いることができる。
【００１０】
本発明の電磁波照射量測定方法は、電磁波の照射量を測定する電磁波照射量測定方法であって、前記照射量を、トランジスタの閾値電圧の変化量に基づいて測定することを特徴とするものである。
このように、本発明の第一の電磁波照射量測定装置によれば、電磁波の照射量を、トランジスタの閾値電圧の変化量に基づいて測定するようにしたことによって、特許文献１や特許文献２で示した手段のように、Ｘ線を光素子に変換するなどの煩雑な工程を経ることなくＸ線の照射量を測定することができるため、装置の小型化及び低消費電力化を図ることが可能となる。
【００１１】
本発明の第二の電磁波照射量測定装置によれば、ＭＯＳトランジスタで構成された被照射部と、被照射部に照射された電磁波の照射量を測定する照射量測定部と、を備えたことによって、ＭＯＳトランジスタのゲート電極及びソース／ドレイン領域に電圧を印加した状態で電磁波が照射されると、半導体基板内に電子−正孔対が形成されるようになる。そして、形成された電子の一部が、半導体基板とゲート酸化膜との界面のエネルギーギャップを乗り越えてゲート酸化膜に固定電荷として蓄積され、ＭＯＳトランジスタの閾値電圧を上昇させる。ここで、半導体基板内に形成される電子−正孔対は、電磁波の照射量に応じて形成されるため、ＭＯＳトランジスタの閾値電圧の変化量により電磁波の累積照射量を測定することができる。
【００１２】
よって、Ｘ線を一旦光素子に変換することなく、その照射量を直接測定することができるため、装置の小型化及び低消費電力化を図ることが可能となる。
また、電磁波が照射されるＭＯＳトランジスタは、電圧が印加された状態で用いるが、積極的に電流を流さず、ゲート酸化膜に蓄積された電子に起因するＭＯＳトランジスタの閾値電圧を測定するだけでよいため、低消費電力化を実現することが可能となる。
【００１３】
さらに、本発明の第二の電磁波照射量測定装置によれば、照射量測定部を、初期閾値電圧記憶手段と、閾値電圧測定手段と、照射量算出手段と、表示手段と、を備えて構成したことによって、電磁波の照射量を容易に測定することができるとともに、算出した照射量を表示することが可能となる。
さらに、本発明の第二の電磁波照射量測定装置によれば、被照射部と、照射量測定部とを別体で構成することによって、消耗する被照射部のみを交換することができるため、装置に要するコストを大幅に削減させることが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明の第二の電磁波照射量測定装置によれば、被照射部と、照射量測定部とを、例えば同一の半導体集積回路内に一体で構成することによって、装置の製造に要するコストを削減させるとともに、装置全体の小型化を実現することが可能となる。
さらに、本発明の第一及び第二の電磁波照射量測定装置によれば、電磁波として、人体への悪影響が懸念されるＸ線或いは紫外線の照射量を測定するために好適に用いることができる。
【００１５】
さらに、本発明の電磁波照射量測定方法によれば、照射量を、トランジスタの閾値電圧の変化量に基づいて測定することによって、特許文献１や特許文献２で示した手段のように、Ｘ線を光素子に変換するなどの煩雑な工程を経ることなくＸ線の照射量を測定することができるため、装置の小型化及び低消費電力化を図ることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態における電磁波照射量測定装置を示し、（ａ）は被照射部が組み込まれたバッジの平面図、（ｂ）はバッジを設置した状態の照射量測定装置を示す平面図である。図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３は、本実施形態における電磁波照射量測定装置のうち、照射量測定装置の一構成例を示すブロック図である。
【００１７】
本実施形態における電磁波照射量測定装置は、図１（ａ）に示すように、Ｘ線（電磁波）の被照射部となるＭＯＳトランジスタ１０を矩体Ｃ内に組み込んだ携帯可能なバッジ１００と、このバッジ１００とは別体で構成され、図１（ｂ）に示すように、バッジ設置部２０にバッジ１００を設置することで、ＭＯＳトランジスタ１０に照射されたＸ線の照射量を測定可能な照射量測定装置（照射量測定部）２００と、から構成されている。
【００１８】
ＭＯＳトランジスタ１０は、図２に示すように、矩体Ｃ内に組み込まれたシリコン基板（半導体基板）１上に、ゲート酸化膜２を介して形成されたゲート電極３と、このゲート電極３の両側を挟んだシリコン基板１内に形成されたソース／ドレイン領域４と、から構成されており、シリコン基板１の上面全体には、絶縁層５を介して保護膜６が形成されている。また、このＭＯＳトランジスタ１０には、デバイスの許容範囲内で最大印加電圧が与えられており、シリコン基板１内部には空乏層１ａが形成されている。そして、このＭＯＳトランジスタ１０が組み込まれたバッジ１００は、その裏面側（図２に示す下面側）に取り付け用ピン１１が固定され、バッジ１００の表面側（図２に示す上面側）からＸ線が照射されるようになっている。
【００１９】
照射量測定装置２００は、図３に示すように、ＭＯＳトランジスタ１０の初期閾値電圧を記憶する初期閾値電圧記憶回路（初期閾値電圧記憶手段）２０１と、ＭＯＳトランジスタ１０の閾値電圧を測定する閾値電圧測定回路（閾値電圧測定手段）２０２と、この閾値電圧測定回路２０２で測定された閾値電圧と初期閾値電圧との差電圧よりＸ線の照射量を算出する照射量算出回路（照射量算出手段）２０３と、を備えている。これらの回路は、図１（ｂ）に示すように、照射量測定装置２００のバッジ設置部２０にバッジ１００を設置し、バッジ１００内に組み込まれたＭＯＳトランジスタ１０の接続部（図示せず）と接続することで作動し、照射量算出回路２０３で算出された照射量は、照射量測定装置２００の表示部（表示手段）２１に表示されるようになっている。
【００２０】
次に、本実施形態の電磁波照射量測定装置を用いた電磁波照射量測定方法について説明する。
まず、図１（ａ）に示すバッジ１００を、その裏面側に固定された取り付け用ピン１１によって、Ｘ線を利用した測定装置を用いる作業者の衣服などに取り付ける。このとき、バッジ１００内に組み込まれたＭＯＳトランジスタ１０には、その許容範囲内で最大電圧が印加され、ゲート電極３及びソース／ドレイン領域４が形成された下面のシリコン基板１内には、空乏層１ａが形成されている。
【００２１】
この状態で、バッジ１００の表面側からＸ線が照射されると、空乏層１ａ内で電子ー正孔対が形成され、形成された電子が、ゲート電極３及びソース／ドレイン領域４に引き寄せられる。そして、この電子の一部がゲート酸化膜２界面のエネルギー障壁を乗り越えてゲート酸化膜２内に進入し、ゲート酸化膜２内の欠陥などに捕獲されるようになる。このため、Ｘ線の照射量が増加するにつれ、ＭＯＳトランジスタ１０のゲート酸化膜２内に捕獲される電子が増加し、ＭＯＳトランジスタ１０の閾値電圧が上昇するようになっている。
【００２２】
そして、このバッジ１００を取り付けて所定時間（例えば、半年に一回程度）作業を行った後、このバッジ１００を照射量測定装置２００のバッジ設置部２０に設置して、ＭＯＳトランジスタ１０の接続部と照射量測定装置２００の接続部（図示せず）とを接続させる。ここで、照射量測定装置２００内に備えた閾値電圧測定回路２０２において、所定期間Ｘ線が照射されたＭＯＳトランジスタ１０の閾値電圧を測定し、この閾値電圧と、初期閾値電圧記憶回路２０１で記憶されている初期閾値電圧との差電圧より、照射量算出回路２０３においてＸ線の照射量が算出され、この結果は照射量測定装置２００の表示部２１に表示される。
【００２３】
続いて、本実施形態の電磁波照射量測定装置の一製造方法について説明する。
図４は、本発明の電磁波照射量測定装置の一製造工程を示す断面図である。
まず、シリコン基板１上に、公知の熱酸化膜法を用いて、酸化シリコンからなるゲート酸化膜２を成膜する。その後、このゲート酸化膜２のさらに上面に、公知の化学的気相成長（ＣＶＤ：ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、多結晶シリコンからなるゲート電極形成膜（図示せず）を成膜する。
【００２４】
次いで、公知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１上にゲート酸化膜２を介してゲート電極３をそれぞれ形成する。
次いで、ゲート電極３をイオン注入マスクとして、シリコン基板１の上面からソース／ドレイン領域形成用イオンを注入することで、図４（ｂ）に示すように、ゲート電極３の両側を挟んだシリコン基板１の上層部にソース／ドレイン領域４を形成する。
【００２５】
次いで、図４（ｃ）に示すように、ソース／ドレイン領域４が形成されたシリコン基板１の上面全体に、公知のＣＶＤ法を用いて酸化シリコン膜などからなる絶縁膜５を成膜する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、ソース／ドレイン領域４が形成されたシリコン基板１の上面のみに絶縁膜５を形成する。
【００２６】
次いで、ソース／ドレイン領域４直上に絶縁膜５が形成されたシリコン基板１の上面全体に、公知のＣＶＤ法を用いて、パッシベーション膜（保護膜）６を成膜した後、バッジ１００を構成する矩体Ｃ内にこの完成したＭＯＳトランジスタ１０を収容することで、図２に示すように、ＭＯＳトランジスタ１０を組み込んだバッジ１００を完成させる。
【００２７】
このように、本実施形態における電磁波照射量測定装置によれば、シリコン基板１内に空乏層１ａが形成されたＭＯＳトランジスタ１０にＸ線を照射することで、空乏層１ａ内に形成される電子がゲート酸化膜２に捕獲されることを利用して、このＭＯＳトランジスタ１０の閾値電圧の変化量によりＸ線の照射量を測定するようにしたことによって、光素子に変換したＸ線を測定するフォトダイオードなどの装置が不要となるため、装置の小型化及び低消費電力化を実現することが可能となる。
【００２８】
また、ＭＯＳトランジスタ１０内には、シリコン基板１内に空乏層１ａを形成するために電圧を印加しているが、積極的に電流を流すことなく、ゲート酸化膜２に捕獲される電子に起因するＭＯＳトランジスタ１０の閾値電圧を測定するようにしたことによって、消費電力を大幅に削減させ、低コスト化を実現することが可能となる。
【００２９】
さらに、ＭＯＳトランジスタ１０のゲート酸化膜２に捕獲される電子は、固定電荷としてゲート酸化膜２内にとどまり、Ｘ線の照射量に比例して電子が捕獲されていくため、Ｘ線の累計照射量を測定することが可能となる。
なお、本実施形態における電磁波照射量測定装置のうち、少なくともＭＯＳトランジスタ１０を組み込んだバッジ１００を携帯可能な形状に構成するのであれば、照射量測定装置２００は携帯可能な形状としてもよいし、携帯せず所定箇所に設置する形状としても構わない。
＜第一実施形態の変形例＞
本変形例は、第一実施形態で示したバッジ１００の矩体Ｃ内に、ＭＯＳトランジスタ１０と、照射量測定装置２００と、を同一半導体集積回路内に一体で組み込んで構成したものである。
【００３０】
このように、本変形例によれば、ＭＯＳトランジスタ１０と、照射量測定装置２００とを同一半導体集積回路内に一体で組み込んで構成したことによって、電磁波照射量測定装置全体の小型化を実現することが可能となる。
また、本変形例によれば、バッジ１００を取り付けている作業者自身が常時Ｘ線の累計照射量をリアルタイムで確認することができるため、安心して作業を行うことが可能となる。
＜第二実施形態＞
図５は、本発明の電磁波照射量測定装置の他の構成例を示す断面図である。
【００３１】
本実施形態における電磁波照射量測定装置は、バッジ１００の矩体Ｃ内に組み込まれるＭＯＳトランジスタ１０Ａが、ガラス基板７上に成膜したアモルファスシリコン層８の上面にゲート酸化膜２を介して形成されたゲート電極３と、このゲート電極３の両側を挟んだアモルファスシリコン層８内に形成されたソース／ドレイン領域４と、から構成されており、アモルファスシリコン層８の上面全体には、絶縁層５を介して保護膜６が形成されている。このＭＯＳトランジスタ１０Ａには、デバイスの許容範囲内で最大印加電圧が与えられており、アモルファスシリコン層８内部には、ガラス基板７の界面近傍まで空乏層１ａが形成されている。そして、このＭＯＳトランジスタ１０Ａが矩体Ｃ内に組み込まれたバッジ１００の表面側（図５に示す上面側）に取り付け用ピン１１が固定され、バッジ１００の裏面側（図５に示す下面側）からＸ線が照射されるようになっている。
【００３２】
このような構成によれば、ＭＯＳトランジスタ１０Ａの裏面側からガラス基板７を介してＸ線が照射されるようになっているため、第一実施形態で示したＭＯＳトランジスタ１０を組み込んだバッジ１００では、ゲート電極３や絶縁膜５が障害になって吸収できず測定不可能であった、より波長の短い電磁波を測定することが可能となる。
【００３３】
なお、第二実施形態においては、ソース／ドレイン領域４を形成する半導体基板として、ガラス基板７上に形成されたアモルファスシリコン層８を適用した場合について説明したが、これに限らず、例えば、多結晶シリコン層を適用しても構わない。
また、第一及び第二実施形態においては、酸化シリコン膜からなるゲート酸化膜２内に電子を捕獲する場合について説明したが、ゲート酸化膜２内に進入する電子をより効率的に捕獲するために、例えば、フローティングゲート構造を用いてゲート酸化膜２をできる限り薄く形成してもよいし、或いは、ゲート酸化膜２としてＯＮＯ膜を適用するようにしても構わない。
【００３４】
さらに、第一及び第二実施形態においては、Ｘ線が照射される被照射部を、一つのＭＯＳトランジスタ１０、１０Ａで構成する場合について説明したが、これに限らず、被照射部を二つ以上のＭＯＳトランジスタで構成するようにしても構わない。
さらに、第一及び第二実施形態においては、照射量を測定する電磁波として、Ｘ線の照射量を測定する場合について説明したが、シリコン基板１又はアモルファスシリコン基板８内の空乏層１ａ内に電子−正孔対を形成可能な波長を有する電磁波であればこれに限らず、例えば、紫外線などの照射量を測定するようにしても構わない。
【００３５】
さらに、第一及び第二実施形態における電磁波照射量測定装置は、人体への悪影響が懸念されるＸ線や紫外線などの照射量を制御する場合に適用するのみならず、例えば、レジスト膜や農作物など光によって化学反応（変質）を起こす物質などの保管・輸送時に管理する場合に適用するようにしても構わない。
さらに、第一及び第二実施形態においては、Ｘ線が照射されるＭＯＳトランジスタ１０、１０Ａを、バッジ１００内に組み込んだ場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタ１０、１０Ａを収容可能であればこれに限らず、例えば、図６に示すように、携帯電話３００の表示部３１や、時計４００の表示部４１など携帯可能な装置の一部に組み込んで構成するようにしても構わない。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第一及び第二の電磁波照射量測定装置によれば、電磁波の照射量を、トランジスタの閾値電圧の変化量に基づいて測定するようにしたことによって、装置の小型化及び低消費電力化を図ることが可能となる。
また、本発明の第二の電磁波照射量測定装置によれば、被照射部と、照射量測定部とを別体で構成することによって、消耗する被照射部のみを交換することができるため、装置に要するコストを大幅に削減させることが可能となる。
【００３７】
さらに、本発明の第二の電磁波照射量測定装置によれば、被照射部と、照射量測定部とを一体で構成することによって、装置の製造に要するコストを削減させるとともに、装置全体の小型化を実現することが可能となる。
また、本発明の電磁波照射量測定方法によれば、照射量を、トランジスタの閾値電圧の変化量に基づいて測定することによって、装置の小型化及び低消費電力化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における電磁波照射量測定装置の一構成例を示し、（ａ）は被照射部が組み込まれたバッジの平面図、（ｂ）はバッジを設置した状態の照射量測定装置を示す平面図である。
【図２】図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】本実施形態の電磁波照射量測定装置のうち、照射量測定装置の一構成例を示すブロック図である。
【図４】本実施形態における電磁波照射量測定装置の一製造工程を示す断面図である。
【図５】本実施形態における電磁波照射量測定装置の他の構成例を示す断面図である。
【図６】本実施形態における電磁波照射量測定装置のうち、被照射部を組み込む装置の他の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】１…シリコン基板。１ａ…空乏層。２…ゲート酸化膜。３…ゲート電極。４…ソース／ドレイン領域。５…絶縁膜。６…保護膜。７…ガラス基板。８…アモルファスシリコン層。１０、１０Ａ…ＭＯＳトランジスタ（被照射部）。１１…取り付け用ピン。２０…バッジ設置部。２１、３１、４１…表示部。１００…バッジ。２００…照射部測定装置。２０１…初期閾値電圧記憶回路。２０２…閾値電圧測定回路。２０３…照射量算出回路。３００…携帯電話。４００…時計。Ｃ…矩体。

Claims

電磁波の照射量を測定する電磁波照射量測定装置であって、前記照射量を、トランジスタの閾値電圧の変化量に基づいて測定するようになっていることを特徴とする電磁波照射量測定装置。
電磁波の照射量を測定する電磁波照射量測定装置であって、
前記電磁波が照射される被照射部と、
前記被照射部に照射された前記電磁波の照射量を測定する照射量測定部と、
を備え、
前記被照射部は、ＭＯＳトランジスタで構成されていることを特徴とする電磁波照射量測定装置。
前記照射量測定部は、
前記ＭＯＳトランジスタの初期閾値電圧を記憶する初期閾値電圧記憶手段と、
前記ＭＯＳトランジスタの閾値電圧を測定する閾値電圧測定手段と、
前記初期閾値電圧及び前記閾値電圧の差電圧に基づいて、前記電磁波の照射量を算出する照射量算出手段と、
前記算出された照射量を表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電磁波照射量測定装置。
前記被照射部と、前記照射量測定部とを別体で構成したことを特徴とする請求項２又は３に記載の電磁波照射量測定装置。
前記被照射部と、前記照射量測定部とを一体で構成したことを特徴とする請求項２又は３に記載の電磁波照射量測定装置。
前記電磁波は、Ｘ線或いは紫外線であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電磁波照射量測定装置。
電磁波の照射量を測定する電磁波照射量測定方法であって、
前記照射量を、トランジスタの閾値電圧の変化量に基づいて測定することを特徴とする電磁波照射量測定方法。