JP2007507113A - ドープした熱分解窒化ホウ素を用いた中性子検出器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱中性子にだけ反応し、ガンマ線の影響を受けない、コンパクトな固体検出器の提供。
【解決手段】 対向する縁面の間に１〜１０００ミクロンの厚さを有する１以上のｐＢＮ層と、 ２つの対向面の１つに衝突する中性子の存在を検出する、各対向面上の１以上の金属化接点とを含み、体積抵抗率が約１０^１４ｏｈｍ−ｃｍ未満になるように、ｐＢＮ層を、炭素、ケイ素、チタン、アルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム又はこれらの組合せからなる群から選択されるドーパント元素でドープした、熱中性子検出器。
【選択図】 図１ａ

Description

本発明は、中性子検出器に関し、より詳細には熱分解窒化ホウ素から形成される固体半導体中性子検出器、並びに熱分解窒化ホウ素中性子検出器の製造方法に関する。

中性子は、物体を通過する際にこれをイオン化させることのない非荷電元素粒子である。したがって、中性子の存在は検出することが難しい。熱中性子は、原子炉においてウラン２３５などの原子を分裂させ、分裂した中性子を何らかの減速材と衝突させてその速度を減速させることによって生成する。従来技術における中性子の検出は、一般に、ガス検出器又はシンチレータを用いて行われる。ガイガーカウンターは、中性子を検出するための通常のガス検出器である。ガイガーカウンターは、^３Ｈｅ又はＢＦ_３を充填することができるガス充填チューブであるが、かさばり、且つ製造コストも高いので有用性は限られている。さらに、ガイガーカウンターは繰返し較正する必要がある。

シンチレーション検出においては、中性子と検出器のシンチレーション材料との相互作用がこの材料内で起る。検出は他の何らかの検出技術によって別途又は離れたところで行われる。シンチレーション検出装置は、シンチレーションの原理に基づくものである。これは間接的な方法であって、中性子と検出器のシンチレーション材料との相互作用によって光を発生させ、次いでこの光によって光検出器を使用することができ、これにより中性子の存在の程度を明らかにすることができる。しかしながら、光検出器は、光の波長に敏感であることが必要である。さもないと、感光乳剤フィルムを使用しなければならない。光学素子はすべての光を集めることができず、且つ光の一部はシンチレーション材料によって再吸収されるので、したがって中性子の検出にシンチレーション検出器を使用することは効率的ではない。さらに、光検出器は、すべての波長に対して固有の感度限界を持っている。

最近、有望な中性子検出方法が登場した。即ち半導体（固体）検出である。この検出方法は、中性子感受性、特に熱中性子感受性の半導体を使用する。（中性子及び検出器材料の）検出及び相互作用は何れもこの中性子感受性材料の内部で起る。検討されている１つの材料は熱分解窒化ホウ素（即ち「ｐＢＮ」）である。

熱分解窒化ホウ素は、例えば、参照により本明細書に組み込まれた米国特許第３１８２００６号に記載の方法を用いて、化学蒸着によって形成されることが、当技術分野において知られている。この方法は、アンモニア蒸気及び三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）などのガス状ハロゲン化ホウ素を適切な比率で加熱反応炉に導入して、グラファイトなどの適当な基板表面上に窒化ホウ素を堆積させるものである。窒化ホウ素は、複数の層に堆積させ、基板から分離するとｐＢＮの自立構造を形成する。

熱分解窒化ホウ素（「ｐＢＮ」）は異方性であり、六方晶の結晶格子を有する。ＣＶＤから作られたほとんどの窒化ホウ素は、六方晶の結晶子から構成されており、そのａ軸とｂ軸の大部分は堆積表面に対して平行な方向に向いている。この六方晶構造及び優先配向が、ｐＢＮに対して高い異方性を付与する。対称性によりａ軸とｂ軸は等価であるので、ｐＢＮの特性は２組、即ちａｂ方向とｃ方向のみであると見なすのが好都合である。ＢＮの単結晶においては、「ａ面又はｂ面」は層に対して垂直である。ｐＢＮにおいては、「ａ面又はｂ面」には、堆積層に垂直な方向以外に優先配向はない。ｃ面などの結晶面はその軸に垂直であるから、ｐＢＮにおけるｃ面の大部分は堆積層に対して平行である。ｐＢＮの堆積物は厚さ２〜３ｍｍに限定された実用的な目的のものであるから、堆積面上に得られる面積に比べると縁部の表面積は小さい。

ｐＢＮには、概して約２０％のホウ素−１０同位体が含まれている。ホウ素−１０同位体は熱中性子に対する断面積が大きいので、ｐＢＮを固体熱中性子検出器に使用することができる。この検出器においては、衝突する中性子とｐＢＮ中のホウ素−１０同位体との相互作用から発生するα粒子に比例して直接電気信号が形成される。通常のやり方で組立てられ、堆積層を通して、即ち主としてｃ軸方向に、中性子を集めるような方向に向けたｐＢＮ検出器を用いて中性子を捕獲する試みが半導体検出器の従来技術においてなされたが、よい結果は得られなかった。

米国特許出願公開第２００３／０１３２３９０号において、出願人等は、驚くべきことに、ドープされていない状態のｐＢＮの体積抵抗率が著しく異方性であり、面に平行な方向の体積抵抗率の値が垂直方向の体積抵抗率の値より低いことを見出した。したがって、ａ−ｂ面（「ｃ」方向に平行）に対して垂直な方向に電極を設けることによって、熱中性子に対する感度が著しく上昇した中性子検出器を構成することができる。図１ａに示したように、ｐＢＮ構造１０の対向する縁面１２に電気接点を設ける。図１ｂは従来技術文献の図であり、ｐＢＮ板からｐＢＮを横断する厚さ「ｔ」のストリップ又はスライスが切断される。次いで、切断されたｐＢＮの対向面、即ち面２及びこの切断で作られた面２の対向面に接点を設ける。図１ｃは従来技術文献の別の図であり、このｐＢＮ板からｐＢＮを横断するストリップ又はスライスが切断される。次いで、面３及びこの切断で作られた面３の対向面に接点を設ける。第１の接点は、第２の接点から厚さ「ｔ」だけ離れている。
米国特許第３１８２００６号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１３２３９０号明細書 米国特許第３１５２００６号明細書 米国特許第５６９３５８１号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１８２３９４号明細書 欧州特許出願公開第０６１９６００号明細書

本発明において、出願人等は、垂直方向（「ｃ」方向に平行）のｐＢＮの体積抵抗率はｐＢＮを用いた中性子検出器用の面と平行な方向より高いが、この値は、Ｃ、Ｓｉ又はＧｅの１種及び適宜酸素を含めた別のドーパントをｐＢＮにドープすることによって低下させることができることを発見した。したがって、これらの中性子検出器においては、電極は依然として「ｃ」方向（「ａ−ｂ」面に平行）に垂直な方向に設けることができ、中性子検出器の構成が簡単になる。図１に示したように、本発明のドープしたｐＢＮにより、構造１０の２つの対向面１１に電気接点を設けることができるようになる。本発明の中性子検出器は、もっぱら中性子に反応しガンマ線の影響を受けない、コンパクトな固体検出器のすべての利点を保持している。

本発明は、対向する縁面の間に１〜１０００ミクロンの厚さを有するｐＢＮ層と、この２つの対向面の１つに衝突する中性子の存在を検出する、各対向面上の１以上の金属化接点とを含み、体積抵抗率が約１０^１４ｏｈｍ−ｃｍ未満になるように、ｐＢＮ層を、炭素、ケイ素、チタン、アルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム又はこれらの組合せからなる群から選択されるドーパント元素でドープした、熱中性子検出器に関する。

本発明は、ａ）体積抵抗率が約１０^１４ｏｈｍ−ｃｍ未満になるように、炭素、ケイ素、チタン、アルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム又はこれらの組合せからなる群から選択されるドーパント元素でドープしたｐＢＮ層の２つの対向面の間に電気接点を設け、ｂ）この電気接点を電気アナライザーに接続することによって、中性子とｐＢＮ検出器材料との相互作用に応じて生成されるα粒子から直接電気信号を発生させるｐＢＮの固体中性子検出器に関する。

本発明はさらに、体積抵抗率が約１０^１４ｏｈｍ−ｃｍ未満になるように、炭素、ケイ素、チタン、アルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム又はこれらの組合せからなる群から選択されるドーパント元素でドープしたｐＢＮ層と、ドープしたｐＢＮ層の対向面に接触し電子を伝導して中性子を検出する金属化接点とを含み、この構造の対向する縁面の間が１ミクロンから１ｍｍの範囲である厚さを有するｐＢＮ中性子検出器に関する。一実施形態においては、金属化接点は、互いに平行な、且つ２５から１００ミクロンの範囲の距離で離隔している層状のストリップである
本発明はまた、ａ）体積抵抗率が約１０^１４ｏｈｍ−ｃｍ未満になるように、炭素、ケイ素、チタン、アルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム又はこれらの組合せからなる群から選択されるドーパント元素でドープしたｐＢＮ層を形成するステップと、ｃ）ドープしたｐＢＮ層の２つの対向する側部に金属化接点を設けるステップと、ｄ）中性子がｃ軸に対して略垂直な方向で対向する側部の１つに衝突し、中性子の存在によって発生するα粒子に応じてｃ面に平行な構造を通して電子を伝導させるように、検出器を中性子源の方向に向けるステップと、を含む中性子検出器の形成方法にも関する。

本発明は、ｐＢＮを用いた熱中性子検出システムに関する。本発明においては、ｐＢＮにＳｉ又はＧｅ及び適宜酸素を含めた他のドーパントをｐＢＮにドープすることによって、ａ−ｂ面に垂直な方向のｐＢＮの体積抵抗率を低下させ、図１のＡ−Ａ面に垂直な板の２つの対向する表面１１に電気接点を設けることを可能にし、中性子検出器の構成を容易にした。

この図において、板１０は、中性子がｃ方向に平行に移動して表面層に衝突するように、通常の中性子源（図示せず）の方向に向いている。
ｐＢＮ構造のドーピング
ドープしていないｐＢＮ又は熱分解窒化ホウ素は、参照により本明細書に組み込まれた米国特許第３１５２００６号が教示しているように、ハロゲン化ホウ素例えば三塩化ホウ素とアンモニアの気相反応によって製造することができる。

本発明においては、ｐＢＮは、炭素、ケイ素、チタン、アルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム又はこれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１種のドーパント元素でドープされる。本発明の一実施形態においては、ドーパントは炭素である。別の実施形態においては、酸素などの追加のドーパントがｐＢＮ層に含まれる。

一実施形態においては、ｐＢＮは、参照により本明細書に組み込まれた米国特許第５６９３５８１号に開示された方法で、炭素でドープされる。この方法においては、ガス状ハロゲン化ホウ素とアンモニアの供給原料ガスが、約１６００〜２２００℃に加熱された炉に導入される。この炉にはグラファイトの基板が入れてあり、この基板上に熱分解窒化ホウ素（ｐＢＮ）の堆積物が形成される。同時に、炭化水素ガス、例えばＣＨ_４がこの炉に導入され、ｐＢＮ堆積物の結晶構造内に炭素の共堆積物が形成される。炭素ドーパントの濃度が所望のレベルに保持されるように炭化水素ガスの濃度を注意深く制御する。

米国特許第５６９３５８１号で教示された方法と類似の方法を用いた、本発明の別の実施形態においては、代わりにＳｉＨ_４ガス状供給原料を使用してケイ素でドープしたｐＢＮ構造が形成される。さらに別の実施形態においては、代わりにＧｅＨ_４ガス状供給原料を使用してゲルマニウムでドープしたｐＢＮ構造が形成される。

さらに別の実施形態においては、Ｏ_２、Ｎ_２、空気、ＣＯ、ＣＯ_２又は水などのＯ含有化学種の任意の適切な混合物などの材料を注入することによって「第２の」ドーパントが導入される。第２のドーパントとしての炭素に関しては、エタン、プロパン、メタノール及びエタノールなどの炭素を含有するガス状供給原料を導入することができる。ドーパントの選択及びＢＣｌ_３に対するその濃度は、加工条件及び用途によって決まる。

本発明の一実施形態においては、ドーパント濃度は約３．５原子％のレベルに保持される。Ｃがドーパントであるさらに別の実施形態においては、ｐＢＮ複合材料中の炭素濃度は４重量％未満のレベルに保持される。第２の実施形態においては、体積抵抗率が約１０^１４Ω−ｃｍ以下になるように、炭素ドーパント濃度は約３重量％未満のレベルに保持される。

別の実施形態においては、ｐＢＮは、参照により本明細書に組み込まれた米国特許出願公開第２００２／０１８２３９４号に教示される方法によりドーパントでドープされる。この方法においては、特定の１種又は複数のドーパントが所定の距離だけ間隔を置いて配置された特定の層でＰＢＮ内に組み込まれるように、１種又は複数のドーパントガスが特定の間隔でパルスとして導入される。

図１ａに示したように、ドープした熱分解窒化ホウ素（「ＰＢＮ」）材料は、矩形の板１０などの形状に構成することができる。ｐＢＮは、図示されたｃ軸方向に層状に成長した六方晶の結晶格子構造を有している。

本発明の一実施形態においては、ドープしたｐＢＮ材料の厚さは約１から１０００ミクロンである。本発明の第２の実施形態においては、ドープしたｐＢＮの厚さは約５から５００ミクロンである。本発明の第３の実施形態においては、ドープしたｐＢＮの厚さは約１００ミクロン未満である。第４の実施形態においては、ドープしたｐＢＮの厚さは約５ミクロンより大きい。
電気接点の形成
ドーピングプロセスの後、図２ｇに示したように、電極が結晶面ａ−ｂに実質的に平行になるように板の表面に電極を設ける。一実施例においては、良好な電気接続を保持するために、電気接続の間隔「ｄ」は約１ミクロンから１ｍｍの範囲に保持される。電極は、それだけに限らないが、通常のリソグラフィ、フォトマスク法、イオン注入、金スパッタリング、電気めっきなどを含めて、当技術分野で公知の方法／技術によって形成することができる。

一実施形態においては、電気接点を形成するために、ｐＢＮ板１０の最初の２〜３層を機械加工して取除いた後、電気接続を再充填する。

本発明のさらに別の実施形態においては、通常のリソグラフィ技術を用いたｐＢＮ中性子検出器の製作を、検出器の大規模アレイの形成について図２ａ〜２ｆに示した。この方法においては、感光性レジスト層１４をｐＢＮストリップ又は板の表面に塗布する。通常のマスク（図示せず）にパターンを機械加工し、光源をマスクの後ろに置いて、光がマスクを通過して到達したストリップ表面にイメージを形成する。こうして、レジスト層１４に硬化イメージが形成される。この技術を用いて、１つのレジスト層の上に多数の硬化イメージを形成することができ、ｐＢＮ材料上のレジスト層に所望の数の平行な硬化イメージを有するパターンが形成される。図２ｂは、レジスト層１４における硬化イメージ１５の一代表例を示す。

図２ｃに示した次のステップにおいては、レジスト層に現像主薬を適用し、硬化レジストをレジスト層１４から除去してチャネル１６を形成する。次いで、通常のエッチング液をチャネル１６に適用してｐＢＮストリップ１２にトレンチ１７を形成する。このトレンチ１７は、図２ｄに示したようにチャネル１６の直下にある。一実施形態においては、トレンチ１７の幅はレジスト層１４のチャネル１６の幅に相当する。一方、トレンチ１７の深さは、エッチング液を適用する時間の長さで決まる変数である。窒化ホウ素をエッチングする方法は当技術分野で知られている。即ち、欧州特許出願公開第０６１９６００号に開示されている。エッチング液の例としては、リン酸、フッ化水素酸及び緩衝フッ化水素酸が挙げられる。

次いで、金属材料をレジスト層１４上及びトレンチ１７上に蒸着させて金属１８の塗膜を形成する。トレンチ１７の領域を除いて、金属塗膜１８及び塗膜１８の下のレジスト材料１４を化学的に除去する。この結果、図２ｅに示したように、トレンチ１７とトレンチ１７上の金属塗膜１８が残る。これにより、１つ又は複数のトレンチ１７を有するｐＢＮストリップ１２が残る。図２ｆに示したように、各トレンチ１７は金属塗膜１８で被覆され、金属化接点のアレイを形成している。一実施形態においては、トレンチ１７は、約２５から１００ミクロンの範囲の距離だけ互いに離隔している。別の実施形態においては、この分離は約２５から約５０ミクロンである。

さらに別の実施形態（図示せず）においては、電気接続は、当技術分野で公知の、複数の隆起したドット及びパッドの形状である。

図３は、図２ｆ又は図１ｅのアレイの上面図を示す。金属化接点のアレイは導体に電気的に接続されている。次いでこの導体を、図４に示したように通常のマルチチャネルアナライザーに接続して、中性子とアレイ表面のｐＢＮ材料との相互作用によって生成したα粒子の数に相当する電子の流れを測定することができる。

本発明のさらに別の実施形態における電気接点は、当技術分野で公知のフォトマスク法及びイオン注入技術によって形成される。図４に図示した例においては、金属化接点の多数のアレイがイオン注入法でｐＢＮ材料に形成される。この方法では、ドーパント材料をｐＢＮ材料中に注入して、図２ａ〜２ｆについて先に説明したリソグラフィによって形成されたパターンと同等の接点パターンを形成する。一実施形態においては、ドーパントをチャネル２０に集中させ、互いに平行に整列させる。チャネル２０の体積抵抗率は所与のドーパント材料についてドーパントの濃度に比例するので、チャネル２０の所望の体積抵抗率に対してドーパント濃度を選ぶ。
本発明のドープしたｐＢＮ中性子検出器を用いたシステム
図５は、本発明の中性子検出器及びサポートするエレクトロニクスを用いたシステムの概略を示したブロック線図である。この図では、電極４が中性子検出器１０の対向する面にめっき又は堆積される。各電極４は、高電圧１の供給源に電極を接続する電気リード線２に取付けられる。アナライザー回路は、検出器からの電荷を低インピーダンス電圧信号に変換する前置増幅器５、及びこの信号を増幅しフィルターをかける線形パルス整形増幅器６によって完成する。信号の波高を弁別するために、適宜、タイミングシングルチャネルアナライザー（ＴＳＣＡ、図示せず）を使用することができる。

増幅器６からの出力パルスはディジタイザー７及びマルチチャネルアナライザー（ＭＣＡ）８に誘導され、ここで、整形増幅器６から受信した各信号パルスの波高がディジタル化され、ディジタル化された信号の大きさに対応するチャネル番号にこれらのディジタル信号がそれぞれ蓄積される。ＭＣＡ８の信号スペクトル出力は１つ又は複数の幅広いピークからなる。これらは、１つ又は複数の中性子捕獲反応のエネルギーに対応するものであり、オシロスコープディスプレイ９上又は他の何らかの同様な出力装置に表示される。

本発明の中性子検出器は、そのサイズが１から１００ｎｍの範囲であるミクロ又はナノ構造の材料を検討するのに使用するための、中性子小角散乱（ＳＡＮＳ）装置で用いるのに十分な小さなサイズのものである。さらに、一実施形態における本発明の中性子検出器は、ガンマバックグラウンドにおいて機能する優れたガンマ阻止を実証する。本発明の検出器はまた耐放射線性を有するので、強力な直接中性子線に連続的にさらすことができる。

本発明の一実施形態においては、ホウ素１０同位体と中性子との相互作用で発生したα粒子は、それが相互作用する電子にそのエネルギーの約０．２％を奪われ、一般に、約２ミクロン（０．００８インチ）の相互作用距離内でのｐＢＮ材料中の減衰によってすべてのエネルギー（１００％）を失う。さらに別の実施形態においては、α粒子は、約１ミクロン（０．００４インチ）までの相互作用距離内で、そのエネルギーの最大約５０％又はそれ以上を失う。上記のように、分解能を高めるには、一実施形態におけるｐＢＮ材料の厚さを、約１ミクロンと１ｍｍの範囲にして最適化する。

実施例は、本発明を例証するために本明細書において提供されるが、本発明の範囲を限定するものではない。

実施例１
この第１の実施例においては、グラファイト真空炉系ＣＶＤ反応器にＢＣｌ_３、ＮＨ_３を通すことによって、グラファイトマンドレル上に熱分解窒化ホウ素層を堆積する。反応物ガスは、水冷の鋼製真空チャンバ内の（１６００°〜１９００℃の温度範囲に加熱された）加熱チャンバに導入される。グラファイトマンドレルはノズル上に置かれ、反応物ガスはこのノズルを通って加熱チャンバに流入する。水冷の同軸インゼクタが用いられる。温度は光高温計によって監視される。圧力は真空変換器によって監視される。

堆積プロセスにおいては、（供給ガス中のＣ／Ｂ比及びＯ／Ｃ比、具体的にはＢＣｌ_３の量に対するＣＨ_４の量の比を調整することによって）ｐＢＮ中の炭素濃度を約３重量％以下に保持するように調整された供給量で、ＢＣｌ_３と共にＣＨ_４が導入される。

ドープしたｐＢＮ複合体の体積抵抗率は、測定値が約２．１×１０^８ｏｈｍ−ｃｍである。

実施例２
実施例２においては、別に酸素前駆体の供給流を導入して、ｐＢＮ中の酸素濃度を調整する。ＢＣｌ_３の供給流は約０．５ｓｌｐｍに保持する。ＮＨ_３は約１．５ｓｌｐｍに保持する。炉の温度は約１８００℃である。真空圧は約０．５ｍｍＨｇに保持する。約１５分の間隔で、供給量約０．５ｓｌｐｍのＣＯのパルスを約５秒間導入して、酸素を、ｐＢＮ材料の表面に沿って均一に、十分に混ぜる。

堆積速度は、１時間当り約１００〜１８０ミクロンである。堆積の後、ｐＢＮ堆積物から剥離することによってｐＢＮ層を得ることができる。ｐＢＮ層間の剥離強さは、表面層の界面の剥離強さを測定する、当技術分野で公知の双片持ちはり（ＤＣＢ）試験を用いて測定する。剥離強さは、約１．５Ｎ／ｍｍ以下であることが分かった。

実施例３
約１００ミクロンの間隔で、意図的に弱くした界面を有する、ドープしたｐＢＮ層を作るために、実施例２を繰返した。これらの層は、粘着テープ（３Ｍのスコッチテープ）を付着し、堆積層に対して垂直な方向にテープを引張って、これらの層を分離させることによって剥離させる。

次のステップで、電極（銀充填エポキシ）を各層の平坦な表面に設ける。両側に電極を取付けた後、適切なレベルの直流電界を印加して高電圧傾度を発生させる。次いで、図５に示した回路図を組み込んだ電子回路に検出器を取付けて、中性子−ホウ素相互作用によって発生したパルスを検出する。

具体的に説明された以外の本発明についての他の修正、変更及び応用を上記の教示に従って行って、頭記の特許請求の範囲内で本発明を実施することができる。本明細書で言及したすべての引用は、参照により本明細書にはっきりと組み込まれる。

六方晶格子のａ、ｂ及びｃ方向を示す、層状六方晶ｐＢＮ構造の斜視図である。 接点を形成しこれをｐＢＮ中性子検出器に設けるための、従来技術の実施形態を示す斜視図である。 接点を形成しこれをｐＢＮ中性子検出器に設けるための、従来技術の実施形態を示す斜視図である。 本発明のｐＢＮ中性子検出器上に、リソグラフィを用いて接点のアレイを形成するステップの進行を示す図である。 本発明のｐＢＮ中性子検出器上に、リソグラフィを用いて接点のアレイを形成するステップの進行を示す図である。 本発明のｐＢＮ中性子検出器上に、リソグラフィを用いて接点のアレイを形成するステップの進行を示す図である。 本発明のｐＢＮ中性子検出器上に、リソグラフィを用いて接点のアレイを形成するステップの進行を示す図である。 本発明のｐＢＮ中性子検出器上に、リソグラフィを用いて接点のアレイを形成するステップの進行を示す図である。 本発明のｐＢＮ中性子検出器上に、リソグラフィを用いて接点のアレイを形成するステップの進行を示す図である。 ｐＢＮ中性子検出器上の接点のアレイを示す斜視図である。 図２ａ〜２ｆのステップを用いてｐＢＮ中性子検出器上に形成された、完成した接点のアレイの上面図である。 イオン注入によってｐＢＮ中性子検出器構造に形成された接点のパターンを示す、ｐＢＮ板の断面側面図である。 本発明のｐＢＮ中性子検出器を用いた中性子検出器システムの概略図である。

Claims (15)

1. 熱中性子検出器であって、
   対向する縁面の間に１〜１０００ミクロンの厚さを有する１以上のｐＢＮ層と、
   ２つの対向面の１つに衝突する中性子の存在を検出する、各対向面上の１以上の金属化接点とを含み、
   体積抵抗率が約１０^１４ｏｈｍ−ｃｍ未満になるように、ｐＢＮ層を、炭素、ケイ素、チタン、アルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム又はこれらの組合せからなる群から選択されるドーパント元素でドープした、熱中性子検出器。
2. ｐＢＮ層を第２のドーパントとしての酸素でドープした、請求項１記載の中性子検出器。
3. 各対向面が複数の金属化接点を有し、接点が２０から１００ミクロンの範囲の距離で互いに離隔している、請求項１又は請求項２記載の中性子検出器。
4. 対向する縁面の間の厚さが約１００ミクロン未満である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の中性子検出器。
5. １以上の接点が、金属化ストリップ及び隆起ドットの内の１つから選択される形をしている、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の中性子検出器。
6. ｐＢＮ層を、約３重量％未満の量の炭素でドープした、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の中性子検出器。
7. 中性子の存在を検出する中性子検出器の形成方法であって、
   少なくとも、体積抵抗率が約１０^１４ｏｈｍ−ｃｍ未満であり、対向する縁面の間の厚さが１〜１０００ミクロンである層であって、熱分解窒化ホウ素（ｐＢＮ）及び炭素、ケイ素、チタン、アルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム又はこれらの組合せからなる群から選択されるドーパント元素を含む層を形成するステップと、
   ドープしたｐＢＮ層の対向する側部のそれぞれに、電気接点を形成するステップと、
   を含む方法。
8. 対向する側部の各々の上に電気接点を形成するステップが、対向する側部の各々の上にチャネルを刻み、チャネルに金属化ストリップを再充填するステップを含む、請求項７記載の方法。
9. 対向する側部の各々の上に電気接点を形成するステップが、対向する側部の各々の上に金属化接点を設けるステップを含む、請求項７又は請求項８記載の方法。
10. 電気接点が、２０から１００ミクロンの範囲の距離で互いに分離したストリップの形をしている、請求項７乃至請求項９のいずれか１項記載の方法。
11. 電気接点をリソグラフィによって形成する方法であって、
    ドープしたｐＢＮ材料の上に感光性レジスト層を形成するステップと、
    所望のパターンを有するマスクを通して感光性レジスト層の上に光を通過させ、光がマスクを通過して到達した感光性レジスト層の上にパターンの硬化イメージを形成するステップと、
    硬化レジストをレジスト層から除去して、レジスト材料にチャネルを形成するステップと、
    チャネルにエッチング液を適用して、対応するトレンチをチャネル下方のドープしたｐＢＮ材料に形成するステップと、
    レジスト材料上及びトレンチ上に金属材料を蒸着させるステップと、
    トレンチ領域を除いて、蒸着した金属材料及びレジスト材料を化学的に除去して、互いに平行に整列した金属化接点ストリップのアレイを形成するステップと、
    を含む、請求項７乃至請求項１０のいずれか１項記載の方法。
12. 電気接点をイオン注入によって形成する方法であって、ｐＢＮ材料の表面にドーパントを注入して、ｐＢＮ材料の注入面に、制御された体積抵抗率を有する金属接点ストリップを形成する、請求項７乃至請求項１１のいずれか１項記載の方法。
13. ドーパントが炭素である、請求項７乃至請求項１２のいずれか１項記載の方法。
14. 請求項１の中性子検出器を備えた、中性子源からの熱中性子の放出を測定するシステム。
15. 中性子源からの熱中性子の放出を測定する方法であって、
    ａ）（ｉ）体積抵抗率が約１０^１４ｏｈｍ−ｃｍ未満であり、対向する縁面の間の厚さが１〜１０００ミクロンである層であって、熱分解窒化ホウ素（ｐＢＮ）及び炭素、ケイ素、チタン、アルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム又はこれらの組合せからなる群から選択されるドーパント元素を含む層と、（ｉｉ）ｃ軸に対して略垂直な方向で２つの対向面の１つに衝突する中性子の存在を検出する、各対向面上の１以上の金属化接点と、を含む検出器を提供するステップと、
    ｂ）検出器を熱中性子にさらして、検出器に電荷を放出させ、続いてこの電荷を出力装置で記録するステップと、を含む方法。

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