JP2011071455A - シリコン光電子増倍管 - Google Patents
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Abstract
【課題】低電圧を使用し且つ磁場の影響がないシリコン光電子増倍管を提供する。
【解決手段】本発明のシリコン光電子増倍管は、第1タイプのシリコン基板と、前記第1タイプのシリコン基板上に形成された第1タイプのエピタキシャル層、前記第1タイプのエピタキシャル層上に形成された第1タイプの伝導層、および前記第1タイプの伝導層上に形成された第2タイプの伝導層からなるセルと、隣接する前記セルが分離されるように前記セル同士の間に位置する分離要素と、前記第2タイプの伝導層の上面および前記分離要素の内壁に形成された反射防止コーティング層とを含み、前記第1タイプの伝導層および前記第2タイプの伝導層のいずれか一つは複数列から構成される。
【選択図】図1
【解決手段】本発明のシリコン光電子増倍管は、第1タイプのシリコン基板と、前記第1タイプのシリコン基板上に形成された第1タイプのエピタキシャル層、前記第1タイプのエピタキシャル層上に形成された第1タイプの伝導層、および前記第1タイプの伝導層上に形成された第2タイプの伝導層からなるセルと、隣接する前記セルが分離されるように前記セル同士の間に位置する分離要素と、前記第2タイプの伝導層の上面および前記分離要素の内壁に形成された反射防止コーティング層とを含み、前記第1タイプの伝導層および前記第2タイプの伝導層のいずれか一つは複数列から構成される。
【選択図】図1
Description
本発明は、シリコン光電子増倍管に関する。
光を受光して電気的信号に変える光検出器は、撮像素子、医療機器、国防設備、単一光子検出分野、および高エネルギー物理分野で用いられている。
光検出器が高性能放射線センサーとして使用される場合、低い照射量に対して敏感であり、単一光子に対する情報を獲得することができなければならない。一般に、単一光子検出器は、真空管型の光電子増倍管(Photomultiplier tube、PMT)が多用されており、半導体方式のピンフォトダイオード(PIN photodiode)、アバランシェフォトダイオード(Avalanche photodiode)、およびガイガーモードアバランシェフォトダイオード(Giger mode Avalanche photodiode)などが使用されたりもする。
光検出器が高性能放射線センサーとして使用される場合、低い照射量に対して敏感であり、単一光子に対する情報を獲得することができなければならない。一般に、単一光子検出器は、真空管型の光電子増倍管(Photomultiplier tube、PMT)が多用されており、半導体方式のピンフォトダイオード(PIN photodiode)、アバランシェフォトダイオード(Avalanche photodiode)、およびガイガーモードアバランシェフォトダイオード(Giger mode Avalanche photodiode)などが使用されたりもする。
従来多く使用された真空管型の光電子増倍管(PMT)は、体積が大きく、1kV以上の高い電圧を使用しなければならないうえ、価格が相対的に高価である。また、従来の真空管型の光電子増倍管は、磁場内において影響を受けるため、大きい磁場を使用する装備、例えばMRI(Magnetic resonance Imaging)などでは使用できないという問題点があった。
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためのもので、その目的とするところは、低電圧を使用し、磁場の影響がないシリコン光電子増倍管を提供することにある。
本発明の他の目的は、隣接するセル同士の間に分離要素とガードリングを含むシリコン光電子増倍管を提供することにある。
本発明の別の目的は、第1タイプの伝導層および第2タイプの伝導層のいずれか一つが多数の配列構造を有することにより短波長光の検出効率が増大した、シリコン光電子増倍管を提供する。
本発明の別の目的は、第1タイプの伝導層および第2タイプの伝導層のいずれか一つが多数の配列構造を有することにより短波長光の検出効率が増大した、シリコン光電子増倍管を提供する。
上記目的を達成するために、本発明に係るシリコン光電子増倍管は、第1タイプのシリコン基板と、前記第1タイプのシリコン基板上に形成された第1タイプのエピタキシャル層、前記第1タイプのエピタキシャル層上に形成された第1タイプの伝導層、および前記第1タイプの伝導層上に形成された第2タイプの伝導層を含んでなるセルと、隣接する前記セルが分離されるように前記セル同士の間に位置する分離要素と、前記第2タイプの伝導層の上面および前記分離要素の内壁に形成された反射防止コーティング層とを含み、前記第1タイプの伝導層および前記第2タイプの伝導層のいずれか一つは複数列から構成されることを特徴とする。
また、前記反射防止コーティング層は、ポリシリコン、シリコン窒化物、リン−錫酸化物、ポリシリコンとリン−錫酸化物の混合物、およびポリシリコンとシリコン窒化物の混合物よりなる群から選ばれたいずれか一つからなり、20nm〜100nmの厚さを有することを特徴とする。
また、前記第1タイプのシリコン基板は、1017〜1020cm−3のエージェント濃度を有することを特徴とする。
また、前記第1タイプのエピタキシャル層は、1014〜1018cm−3のエージェント濃度を有し、前記第2タイプの伝導層は1018〜1020cm−3のエージェント濃度を有することを特徴とする。
また、前記第1タイプのエピタキシャル層は、1014〜1018cm−3のエージェント濃度を有し、前記第2タイプの伝導層は1018〜1020cm−3のエージェント濃度を有することを特徴とする。
また、前記第2タイプの伝導層に電圧を供給するために前記反射防止コーティング層上に形成された電圧分配バス、および前記第2タイプの伝導層と前記電圧分配バスとを連結するために前記反射防止コーティング層上に形成されたシリコン抵抗器をさらに含むことを特徴とする。
また、前記シリコン抵抗器は1kΩ〜100MΩの抵抗値を有することを特徴とする。
また、前記分離要素に充填された絶縁物質をさらに含むことを特徴とする。
また、前記シリコン抵抗器は1kΩ〜100MΩの抵抗値を有することを特徴とする。
また、前記分離要素に充填された絶縁物質をさらに含むことを特徴とする。
また、前記絶縁物質は、ポリイミド、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレンビニルアセテート、アクリロニトリルスチレンアクリレート、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、変性ポリプロピレンオキシド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステルエラストマー、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリフタル酸アミド、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリアリレート、ポリテトラフルオロエチレン、およびポリシリコンのいずれか一つまたはその組み合わせであることを特徴とする。
また、前記分離要素の外壁に形成されたガードリングをさらに含むことを特徴とする。
また、前記ガードリングは第2タイプでドーピングされ、1014〜1018cm−3のエージェント濃度を有することを特徴とする。
また、前記ガードリングは、前記分離要素の外壁全体を取り囲むように形成されたことを特徴とする。
また、前記ガードリングは第2タイプでドーピングされ、1014〜1018cm−3のエージェント濃度を有することを特徴とする。
また、前記ガードリングは、前記分離要素の外壁全体を取り囲むように形成されたことを特徴とする。
本発明の特徴および利点らは、添付図面に基づいた次の詳細な説明からさらに明白になるであろう。
これに先立ち、本明細書および請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的かつ辞典的な意味で解釈されてはならず、発明者が自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
これに先立ち、本明細書および請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的かつ辞典的な意味で解釈されてはならず、発明者が自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
本発明に係るシリコン光電子増倍管は、第1タイプの伝導層および第2タイプの伝導層のいずれか一つが複数列の形状を持つことにより、短波長光の検出効率が増加する。
また、本発明によれば、複数列形状の伝導層を形成すると、均一な伝導層を持つことができるため、光検出効率が増加する。
また、本発明によれば、複数列形状の伝導層を形成すると、均一な伝導層を持つことができるため、光検出効率が増加する。
また、本発明によれば、PN接合の深さを調節して降伏電圧を低めることができ、それにより作動電圧が低くなる。
また、本発明によれば、分離要素、分離要素に充填された絶縁物質、分離要素の外壁に形成されたガードリングは光雑音を減少させることにより、シリコン光電子増倍管がさらに安定的に作動するようにする。
また、本発明によれば、分離要素、分離要素に充填された絶縁物質、分離要素の外壁に形成されたガードリングは光雑音を減少させることにより、シリコン光電子増倍管がさらに安定的に作動するようにする。
本発明の目的、特定の利点および新規の特徴は添付図面に連関する以下の詳細な説明と好適な実施例からさらに明白になるであろう。本発明において、各図面の構成要素に参照番号を付加するにおいて、同一の構成要素については、他の図面上に表示されても、出来る限り同一の番号を付することに留意すべきであろう。なお、本発明を説明するにおいて、関連した公知の技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を無駄に乱すおそれがあると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
図1は本発明の第1実施例に係るシリコン光電子増倍管の断面図、図2は本発明の第2実施例に係るシリコン光電子増倍管の断面図である。これらの図面を参照して本実施例に係るシリコン光電子増倍管について説明すると、下記のとおりである。
図1は本発明の第1実施例に係るシリコン光電子増倍管の断面図、図2は本発明の第2実施例に係るシリコン光電子増倍管の断面図である。これらの図面を参照して本実施例に係るシリコン光電子増倍管について説明すると、下記のとおりである。
図1を参照すると、多数のセルからなるシリコン光電子増倍管は、第1タイプのシリコン基板11と、第1タイプのエピタキシャル層12、第1タイプの伝導層13および第2タイプの伝導層からなるセルと、隣接するセルを分離する分離要素15と、第2タイプの伝導層14の上面および分離要素15の内壁に形成された反射防止コーティング層16とを含んでなる。
ここで、第1タイプと第2タイプは、ドーピング物質によって分けられるP型とN型を区分して表現するための用語として使われている。図1において、第1タイプはP型を示しており、第2タイプはN型を示している。但し、図1に示したシリコン光電子増倍管は、一つの例示に過ぎず、第1タイプがN型であり、第2タイプはP型であるシリコン光電子増倍管の実施も可能である。次に、説明の便宜上、第1タイプはP型、第2タイプはN型のシリコン光電子増倍管を一例として説明する。
この際、第1タイプのシリコン基板11は、シリコン光電子増倍管の基盤を成し、1017〜1020cm−3のドーピングエージェント濃度を有する。それにより、第1タイプのシリコン基板11上には同一タイプのエピタキシャル層を成長させることができる。
この際、第1タイプのシリコン基板11は、シリコン光電子増倍管の基盤を成し、1017〜1020cm−3のドーピングエージェント濃度を有する。それにより、第1タイプのシリコン基板11上には同一タイプのエピタキシャル層を成長させることができる。
上述した第1タイプのシリコン基板11を基盤としてその上に複数のセルが形成される。一つのセルは第1タイプのエピタキシャル層12、第1タイプの伝導層13および第2タイプの伝導層14を含んでなる。
まず、第1タイプのシリコン基板11上に第1タイプのエピタキシャル層12が形成される。その厚さは3μm〜10μmであることが好ましい。この際、第1タイプのエピタキシャル層12は1014〜1018cm−3のドーピングエージェント濃度を有する。
まず、第1タイプのシリコン基板11上に第1タイプのエピタキシャル層12が形成される。その厚さは3μm〜10μmであることが好ましい。この際、第1タイプのエピタキシャル層12は1014〜1018cm−3のドーピングエージェント濃度を有する。
また、第1タイプのエピタキシャル層12上に第1タイプの伝導層13が形成される。このような第1タイプの伝導層13は1015〜1018cm−3のドーピングエージェント濃度を有することが好ましい。
また、第1タイプの伝導層13上に第2タイプの伝導層14が形成される。このような第2タイプの伝導層14は1018〜1020cm−3のドーピングエージェント濃度を有することが好ましい。
但し、第1タイプのエピタキシャル層12、第1タイプの伝導層13、および第2タイプの伝導層14のドーピングエージェント濃度は変形できる。
この際、第1タイプの伝導層13と第2タイプの伝導層14との間ではPN接合が生じて空乏層が形成される。本実施例に係る空乏層の深さは0.3μm〜0.8μmであることが好ましい。このような薄い空乏層を形成すると、PN接合付近の電場は105V/cmと大きくなり、光増倍は多く発生する。
また、第1タイプの伝導層13上に第2タイプの伝導層14が形成される。このような第2タイプの伝導層14は1018〜1020cm−3のドーピングエージェント濃度を有することが好ましい。
但し、第1タイプのエピタキシャル層12、第1タイプの伝導層13、および第2タイプの伝導層14のドーピングエージェント濃度は変形できる。
この際、第1タイプの伝導層13と第2タイプの伝導層14との間ではPN接合が生じて空乏層が形成される。本実施例に係る空乏層の深さは0.3μm〜0.8μmであることが好ましい。このような薄い空乏層を形成すると、PN接合付近の電場は105V/cmと大きくなり、光増倍は多く発生する。
また、伝導層13、14の濃度に応じて前記空乏層の深さを調節することにより、 降伏電圧(breakdown voltage)を調節することができる。すなわち伝導層13、14が高濃度でドープできるように空乏層の深さが短くなり、これにより降伏電圧も減少する。一般に、降伏電圧以上で作動電圧(bias voltage)が形成されるので、降伏電圧が減少するというのは作動電圧が減少することを意味する。
したがって、前記それぞれの伝導層13、14の濃度、特に第1タイプの伝導層13の濃度を調節することにより、作動電圧を減少させることができる(たとえば、20V以下に減少させることができる)。そして、作動電圧が減少すると、シリコン光電子増倍管内の雑音であるダークレート(dark-rate)も減少できる。
したがって、前記それぞれの伝導層13、14の濃度、特に第1タイプの伝導層13の濃度を調節することにより、作動電圧を減少させることができる(たとえば、20V以下に減少させることができる)。そして、作動電圧が減少すると、シリコン光電子増倍管内の雑音であるダークレート(dark-rate)も減少できる。
上述した第1タイプの伝導層13と第2タイプの伝導層14のいずれか一つは複数列から構成される。図1には第1タイプの伝導層13が3列から構成されている。この際、第1タイプまたは第2タイプの伝導層が持つ列の数は、例えば2列または4列に変形できる。
また、図2に示すように、第1タイプの伝導層内に3列の第2タイプの伝導層が配列された構造を持つことができる。このような配列を持つ場合も、図1に示した配列と同様の効果が発生する。
第1タイプの伝導層13と第2タイプの伝導層14のいずれか一つが複数列から構成される場合、短波長領域の光検出効率を増大させることができる。その詳細な説明は図4を参照して後述する。
第1タイプの伝導層13と第2タイプの伝導層14のいずれか一つが複数列から構成される場合、短波長領域の光検出効率を増大させることができる。その詳細な説明は図4を参照して後述する。
また、シリコン光電子増倍管は、複数のセルを含むが、それぞれのセルを分離する分離要素15も含む。前記分離要素15は、図1に示すように、トレンチからなることが好ましい。但し、トレンチの形状は限定されない。
このような分離要素15は、後述するように、セルにおいてガイガー放電の2次光子によって生成される光電子が隣接セルの感度領域へ浸透する現象を防止する。よって、分離要素15は、第1タイプのエピタキシャル層12を貫いて第1タイプのシリコン基板11に達するように形成されることが好ましい。
このような分離要素15は、後述するように、セルにおいてガイガー放電の2次光子によって生成される光電子が隣接セルの感度領域へ浸透する現象を防止する。よって、分離要素15は、第1タイプのエピタキシャル層12を貫いて第1タイプのシリコン基板11に達するように形成されることが好ましい。
シリコン光電子増倍管は、第2タイプの伝導層14の上面および分離要素15の内壁に反射防止コーティング層16をさらに含んで構成できる。
外部の光は、第2タイプの伝導層14および分離要素15に向かって入射するが、反射防止コーティング層16は反射される光の量を減少させてセルの感度を増加させ、増加したセルの感度は広い帯域の波長に対する光検出効率を高めることができる。
このような反射防止コーティング層16は、主にシリコンオキサイド層であり、ポリシリコン、シリコン窒化物(Si3N4)およびリン−錫酸化物(ITO、Indium Tin Oxide)のいずれか一つ、或いはポリシリコンとリン−錫酸化物との混合物、ポリシリコンとシリコン窒化物との混合物のいずれか一つからなり、約20nm〜100nmの厚さを持つことが好ましい。
また、シリコン光電子増倍管は、電圧分配バス17とシリコン抵抗器18をさらに含むことができる。
外部の光は、第2タイプの伝導層14および分離要素15に向かって入射するが、反射防止コーティング層16は反射される光の量を減少させてセルの感度を増加させ、増加したセルの感度は広い帯域の波長に対する光検出効率を高めることができる。
このような反射防止コーティング層16は、主にシリコンオキサイド層であり、ポリシリコン、シリコン窒化物(Si3N4)およびリン−錫酸化物(ITO、Indium Tin Oxide)のいずれか一つ、或いはポリシリコンとリン−錫酸化物との混合物、ポリシリコンとシリコン窒化物との混合物のいずれか一つからなり、約20nm〜100nmの厚さを持つことが好ましい。
また、シリコン光電子増倍管は、電圧分配バス17とシリコン抵抗器18をさらに含むことができる。
電圧分配バス17は、第2タイプの伝導層14に形成された反射防止コーティング層16上に形成され、第2タイプの伝導層14に電圧を供給する。電圧分配バス17はアルミニウムなどの金属から構成される。
また、シリコン抵抗器18も第2タイプの伝導層14に形成された反射防止コーティング層16上に形成され、電圧分配バス17に連結されて第2タイプの伝導層14へ電圧を伝達する。このようなシリコン抵抗器18は1kΩ〜100MΩの抵抗値を有することが好ましい。
また、シリコン抵抗器18も第2タイプの伝導層14に形成された反射防止コーティング層16上に形成され、電圧分配バス17に連結されて第2タイプの伝導層14へ電圧を伝達する。このようなシリコン抵抗器18は1kΩ〜100MΩの抵抗値を有することが好ましい。
図3は本発明の第3実施例に係るシリコン光電子増倍管の断面図である。以下、図3を参照して本実施例に係るシリコン光電子増倍管について説明する。但し、図1および図2を参照して説明したシリコン光電子増倍管と同一の構成要素についての詳細な説明は省略する。
図3に示すように、本実施例に係るシリコン光電子増倍管は、分離要素15に充填された絶縁物質19をさらに含むことを特徴とする。分離要素15の内部を空いた状態で置かずに絶縁物質で充填することにより、さらに堅固なセル構造を持つシリコン光電子増倍管を提供することができる。
このような絶縁物質は、例えば、ポリイミド、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレンビニルアセテート(EVA)、アクリロニトリルスチレンアクリレート(ASA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエステルエラストマー、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリスルホン、ポリフタル酸アミド、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリアリレート、ポリテトラフルオロエチレン(PEFE)、およびポリシリコンのいずれか一つまたはその組み合わせを含むことができる。
分離要素15に充填された絶縁物質19は、分離要素15と共に、隣接するセルから発生した光電子が他のセルの感度領域に浸透する現象を防止する。
分離要素15に充填された絶縁物質19は、分離要素15と共に、隣接するセルから発生した光電子が他のセルの感度領域に浸透する現象を防止する。
図4は本発明の第3実施例 に係るシリコン光電子増倍管の光検出効率に対するシミュレーション結果を示すグラフである。
図4に示した光検出効率を有するシリコン光電子増倍管によれば、第2タイプの伝導層14は3×1012cm−3のドーズが注入され、第1タイプの伝導層13は2×1012cm−3のドーズが注入され、第1タイプのエピタキシャル層は2×1015cm−3のドーピングエージェント濃度を有し、セルの幅は30μmであり、3列に配列された第1タイプの伝導層における隣接する伝導層間の幅は0.5μmである。これは、一体の第1タイプの伝導層を有するシリコン光電子増倍管の光検出効率と比較したとき、約500nmの波長を有する短波長光に対する検出効率が増加することが分かる。
図4に示した光検出効率を有するシリコン光電子増倍管によれば、第2タイプの伝導層14は3×1012cm−3のドーズが注入され、第1タイプの伝導層13は2×1012cm−3のドーズが注入され、第1タイプのエピタキシャル層は2×1015cm−3のドーピングエージェント濃度を有し、セルの幅は30μmであり、3列に配列された第1タイプの伝導層における隣接する伝導層間の幅は0.5μmである。これは、一体の第1タイプの伝導層を有するシリコン光電子増倍管の光検出効率と比較したとき、約500nmの波長を有する短波長光に対する検出効率が増加することが分かる。
本実施例に係るシリコン光電子増倍管は、短波長の光を検出して電気的信号に変える効率が増加するので、外部からブルー系列の光が照射される場合、本実施例に係るシリコン光電子増倍管の効用性は高くなる。
図5は本発明の第4実施例に係るシリコン光電子増倍管の断面図、図6は本発明の第5実施例に係るシリコン光電子増倍管の断面図である。以下、これらの図面を参照して本実施例に係るシリコン光電子増倍管を説明する。但し、図1および図3を参照して説明したシリコン光電子増倍管と同一の構成要素についての詳細な説明は省略する。
図5に示すように、本実施例に係るシリコン光電子増倍管は、分離要素15の外壁に形成されたガードリング20をさらに含むことを特徴とする。
このようなガードリング20は、分離要素15を形成した後、インプラント工法を用いて第2タイプのガードリング20を形成する。この際、前記第2タイプのガードリング20は1014〜1018cm−3のドーピングエージェント濃度を有する。このようなガードリング20は、分離要素15および分離要素の内部に充填された絶縁物質と共に、隣接するセルから発生した光電子が他のセルの感度領域に浸透する現象を防止する。
このようなガードリング20は、分離要素15を形成した後、インプラント工法を用いて第2タイプのガードリング20を形成する。この際、前記第2タイプのガードリング20は1014〜1018cm−3のドーピングエージェント濃度を有する。このようなガードリング20は、分離要素15および分離要素の内部に充填された絶縁物質と共に、隣接するセルから発生した光電子が他のセルの感度領域に浸透する現象を防止する。
このようなガードリング20は、分離要素15の一部を取り囲むように形成できる。図5に示すように、ガードリング20は、分離要素15の下端を取り囲むように形成できる。但し、これは一つの例示に過ぎず、分離要素15の外壁を一部取り囲むように形成できる。また、その形状は楕円形であってもよく、分離要素5の形状に対応する形状であってもよい。
図6に示すように、ガードリング20−2は、分離要素15の外壁全体を取り囲むように形成できる。このようなガードリング20−2は、図5に示したガードリング20より光学的分離度がさらに向上し、第1タイプの伝導層23と分離要素との間から発生しうるダークレートを減少させることができる。
ガードリング20、20−2は、分離要素15に結合している形態なので、分離要素15自体の間隔を狭くしても高い光学的分離度を提供することができ、セル以外の領域においてサイズを減少させることができるため、全体的なシリコン光電子増倍管の小型化が可能である。
ガードリング20、20−2は、分離要素15に結合している形態なので、分離要素15自体の間隔を狭くしても高い光学的分離度を提供することができ、セル以外の領域においてサイズを減少させることができるため、全体的なシリコン光電子増倍管の小型化が可能である。
本発明では、説明の便宜上、単一光子を検出することが可能なシリコン光電子増倍管について説明したが、上述したようなセル構造を持つシリコン光電子増倍管をアイレ形態で製作することにより、大面積の光入射を行って精密な光検出が可能である。このようなアレイの形態は例えば2×2、3×3、4×4、8×8および16×16などの形態にすることができる。
また、本発明では、説明の便宜上、第1タイプの基板上に生成される第1タイプのエピタキシャル層、前記エピタキシャル層に形成される第1タイプの伝導層、第2タイプの伝導層および第2タイプのガードリングを含むシリコン光電子増倍管を例として挙げたが、その反対タイプのシリコン光電子増倍管の逆実施例も可能であり、このような逆実施例も上述したような同一の効果を持つことができるのは勿論である。
一方、本発明は記載された実施例に限定されるものではない。本発明の思想および範囲から逸脱することなく多様な修正および変形を加え得ることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には自明である。よって、それらの変形例または修正例は本発明の特許請求の範囲に属するものと理解すべきであろう。
11 第1タイプのシリコン基板
12 第1タイプのエピタキシャル層
13 第1タイプの伝導層
14 第2タイプの伝導層
15 分離要素
16 反射防止コーティング層
17 電圧分配バス
18 シリコン抵抗器
19 絶縁物質
20、20−2 ガードリング
12 第1タイプのエピタキシャル層
13 第1タイプの伝導層
14 第2タイプの伝導層
15 分離要素
16 反射防止コーティング層
17 電圧分配バス
18 シリコン抵抗器
19 絶縁物質
20、20−2 ガードリング
Claims (12)
- 第1タイプのシリコン基板と、
前記第1タイプのシリコン基板上に形成された第1タイプのエピタキシャル層、前記第1タイプのエピタキシャル層上に形成された第1タイプの伝導層、および前記第1タイプの伝導層上に形成された第2タイプの伝導層を含んでなるセルと、
隣接する前記セルが分離されるように前記セル同士の間に位置する分離要素と、
前記第2タイプの伝導層の上面および前記分離要素に形成された反射防止コーティング層とを含み、
前記第1タイプの伝導層および前記第2タイプの伝導層のいずれか一つは複数列から構成されることを特徴とする、シリコン光電子増倍管。 - 前記反射防止コーティング層は、ポリシリコン、シリコン窒化物、リン−錫酸化物、ポリシリコンとリン−錫酸化物との混合物、およびポリシリコンとシリコン窒化物との混合物よりなる群から選ばれたいずれか一つからなり、20nm〜100nmの厚さを有することを特徴とする、請求項1に記載のシリコン光電子増倍管。
- 前記第1タイプのシリコン基板は1017〜1020cm−3のエージェント濃度を有することを特徴とする、請求項1に記載のシリコン光電子増倍管。
- 前記第1タイプのエピタキシャル層は、1014〜1018cm−3のエージェント濃度を有し、3μm〜10μmの厚さを有することを特徴とする、請求項1に記載のシリコン光電子増倍管。
- 前記第1タイプの伝導層は1015〜1018cm−3のエージェント濃度を有し、前記第2タイプの伝導層は1018〜1020cm−3のエージェント濃度を有することを特徴とする、請求項1に記載のシリコン光電子増倍管。
- 前記第2タイプの伝導層に電圧を供給するために前記反射防止コーティング層上に形成された電圧分配バスと、
前記第2タイプの伝導層と前記電圧分配バスとを連結するために前記反射防止コーティング層上に形成されたシリコン抵抗器とをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載のシリコン光電子増倍管。 - 前記シリコン抵抗器は1kΩ〜100MΩの抵抗値を有することを特徴とする、請求項6に記載のシリコン光電子増倍管。
- 前記分離要素に充填された絶縁物質をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載のシリコン光電子増倍管。
- 前記絶縁物質は、ポリイミド、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレンビニルアセテート、アクリロニトリルスチレンアクリレート、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、変性ポリプロピレンオキシド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステルエラストマー、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリフタル酸アミド、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリアリレート、ポリテトラフルオロエチレン、およびポリシリコンのいずれか一つまたはその組み合わせであることを特徴とする、請求項8に記載のシリコン光電子増倍管。
- 前記分離要素の外壁に形成されたガードリングをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載のシリコン光電子増倍管。
- 前記ガードリングは第2タイプでドーピングされ、1014〜1018cm−3のエージェント濃度を有することを特徴とする、請求項10に記載のシリコン光電子増倍管。
- 前記ガードリングは、前記分離要素の外壁全体を取り囲むように形成されたことを特徴とする、請求項10に記載のシリコン光電子増倍管。
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