JP2018017509A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線有感領域を拡大し、且つ高分解能の放射線検出器を提供する。【解決手段】ｉ層１２と、ｉ層１２の上方に、平面視でｉ層１２のいずれの部分からも一定の距離以下であるようにメッシュ状に配置されたｎ+半導体層１３と、ｎ+半導体層１３と重ねてメッシュ状に配置されたｎ側電極３０と、ｉ層１２の下方に配置されたｐ側電極２０とを備え、ｎ側電極３０とｐ側電極２０の間に逆電圧が印加されて電界の発生するｉ層１２において、検出対象の放射線が吸収される。【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物から放出される放射線を検出する放射線検出器に関する。

Ｘ線、ガンマ線などの放射線を検出するために、種々の放射線検出器が用いられている。例えばＸ線の検出には、シリコン基板にリチウム（Ｌｉ）をドリフトさせた、ｐ型半導体層、ドリフト層（ｉ層）、高濃度ｎ型半導体層（ｎ⁺半導体層）からなる放射線検出器が用いられている。この放射線検出器では、ｉ層を挟んで配置されたｐ側電極とｎ側電極との間に逆電圧を印加することにより、放射線有感領域であるｉ層で吸収された放射線が電荷の形で取り出される。

放射線検出器では、分解能の低下を抑制するために、種々の対策が検討されている。例えば、化合物半導体基板を用いた放射線検出器において、ｎ側電極よりもｐ側電極の面積を小さくすることにより、電圧印加時におけるｐ側電極付近での電界を強くする方法が開示されている（特許文献１参照。）。これにより、放射線の検出時にｐ側電極付近に発生してｎ側電極に移動する正孔の移動速度が速くなり、化合物半導体基板を移動中に欠陥準位にトラップされる正孔が減少する。

特開昭６４−７７９６９号公報

例えば、宇宙線を検出する場合に線量率の低い特定の宇宙線を検出することなどを目的して、放射線検出器の放射線有感領域を拡大する場合がある。しかし、放射線有感領域を拡大すると、放射線検出器に付加する容量が増大し、分解能が低下する。分解能の低下は、検出された放射線のエネルギーの特定が困難になるという観点などから、許容できない。

上記問題点に鑑み、本発明は、放射線有感領域を拡大し、且つ高分解能の放射線検出器を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、放射線有感領域と、放射線有感領域の上方に、平面視で放射線有感領域のいずれの部分からも一定の距離以下であるようにメッシュ状に配置されたｎ⁺半導体層と、ｎ⁺半導体層と重ねてメッシュ状に配置されたｎ側電極と、放射線有感領域の下方に配置されたｐ側電極とを備え、ｎ側電極とｐ側電極の間に逆電圧が印加されて電界の発生する放射線有感領域において、検出対象の放射線が吸収される放射線検出器が提供される。

本発明によれば、放射線有感領域を拡大し、且つ高分解能の放射線検出器を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器の構造を示す模式図であり、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）はＩ−Ｉ方向に沿った断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器のｎ側電極及びｎ⁺半導体層の構造を示す模式的な斜視図である。 ｎ側電極及びｎ⁺半導体層の配置の比較例を示す模式図であり、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ方向に沿った断面図である。 ｎ側電極及びｎ⁺半導体層の配置の比較例を示す模式図であり、図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶ−ＩＶ方向に沿った断面図である。 ｎ側電極及びｎ⁺半導体層の配置の比較例を示す模式図であり、図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶ−Ｖ方向に沿った断面図である。 ｎ側電極及びｎ⁺半導体層の配置の比較例を示す模式図であり、図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩ−ＶＩ方向に沿った断面図である。 ｎ側電極及びｎ⁺半導体層の配置の比較例を示す模式図であり、図７（ａ）は平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ方向に沿った断面図である。 シミュレーションモデルを示す模式図である。 シミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器における、ｉ層とｎ側電極及びｎ⁺半導体層との距離の最大値を示す模式図である。 ｎ側電極及びｎ⁺半導体層をメッシュ状にした例を示す模式的な平面図である。 ｎ側電極及びｎ⁺半導体層をメッシュ状にした他の例を示す模式的な平面図である。 ｎ側電極及びｎ⁺半導体層をメッシュ状にした他の例を示す模式的な平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器の製造方法を説明するための工程断面図である（その１）。 本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器の製造方法を説明するための工程断面図である（その２）。 本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器の製造方法を説明するための工程断面図である（その３）。 本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器の製造方法を説明するための工程断面図である（その４）。 本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器の製造方法を説明するための工程断面図である（その５）。 本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器の製造方法を説明するための工程断面図である（その６）。 本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器の製造方法を説明するための工程断面図である（その７）。 本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器のメッシュ開口部の形成方法の例を説明するための断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る放射線検出器の構造を示す模式図であり、図２２（ａ）は平面図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ方向に沿った断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る放射線検出器の構造を示す模式図であり、図２３（ａ）は平面図であり、図２３（ｂ）は図２３（ａ）のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ方向に沿った断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る放射線検出器においてｎ側電極及びｎ⁺半導体層をメッシュ状にした例を示す模式的な平面図である。 本発明のその他の実施形態に係る放射線検出器の構造を示す模式的な断面図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。

又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器は、図１に示すように、ｐ型シリコン層をｐ型半導体層１１、リチウムドリフト層を放射線有感領域であるｉ層１２、リチウム拡散層をｎ⁺半導体層１３から形成される半導体基板１０を有する。即ち、図１に示す放射線検出器は、シリコン基板にリチウムをドリフトさせたＳｉ（Ｌｉ）検出器である。ｐ型半導体層１１及びｉ層１２の下方にｐ側電極２０が接合され、ｎ⁺半導体層１３にｎ側電極３０が接合されている。ｉ層１２の上方に配置されたｎ側電極３０とｉ層１２の下方に配置されたｐ側電極２０の間に逆電圧が印加されて、電界の発生する放射線有感領域であるｉ層１２において検出対象の放射線が吸収され、電荷の形で取り出される。

ｎ側電極３０及びｎ⁺半導体層１３は、例えば図２に示すようなメッシュ状に配置されている。詳細は後述するが、平面視でｉ層１２のいずれの部分からも一定の距離以下であるように、ｎ⁺半導体層１３がメッシュ状に配置されている。ｎ側電極３０は、ｎ⁺半導体層１３と重ねてメッシュ状に配置されている。そして、ｎ⁺半導体層１３及びｎ側電極３０のメッシュ開口部において、ｉ層１２の表面が露出する。つまり、ｎ⁺半導体層１３及びｎ側電極３０の面積は、ｉ層１２の面積よりも小さい。

Ｘ線などの検出対象の放射線は、ｐ側電極２０側から入射するのが一般的であるが、宇宙線の計測などの時は全方位から入射される。ｎ側電極３０とｐ側電極２０の間に逆電圧を印加することにより電界が発生するｉ層１２において、吸収された放射線は、電荷の形でｐ側電極２０とｎ側電極３０で取り出される。

図１に示した放射線検出器では、ｎ⁺半導体層１３及びｎ側電極３０をメッシュ状に配置することによって、ｎ側電極３０及びｎ⁺半導体層１３の全体の面積を削減しつつ、ｎ側電極３０及びｎ⁺半導体層１３から一定の距離（以下において、「臨界距離」という。）よりも離れた部分が、ｉ層１２のいずれにおいても存在しない。後述するように、臨界距離は、ｐ側電極２０とｎ側電極３０の間に逆電圧が印加されて放射線有感領域であるｉ層１２に発生する電界が、ｉ層１２のいずれの部分においても、吸収された放射線が電荷の形で取り出される強さになるように設定されている。なお、図１の平面図に示したハッチングは、ｎ⁺半導体層１３及びｎ側電極３０がメッシュ状に配置されていることを示している。

また、図１に示した放射線検出器は、トップハット型である。即ち、ｎ側電極３０、ｎ⁺半導体層１３、及びｎ⁺半導体層１３から連続的に構成されるｉ層１２の大部分からなる上部構造物の外縁部が、ｐ型半導体層１１やｐ側電極２０の外縁部よりも内側に位置する。半導体基板１０は、平面視で円形状である。

半導体基板１０の下面の中央領域にｉ層１２が露出し、ｉ層１２の下部の側面がｐ型半導体層１１に接続している。そして、半導体基板１０の下面の周辺領域で、ｉ層１２を囲んでｐ型半導体層１１が露出している。ｐ側電極２０は、ｐ型半導体層１１の下面及びｉ層１２の下面に連続して配置されている。

一般的に、放射線有感領域が広いほど感度が高い。このため、線量率の低い放射線を検出する場合などでは、放射線有感領域が広いことが有効である。しかし、放射線有感領域が広いほど、放射線検出器に付加する容量が増大する。その結果、放射線を検出する際の分解能が低下してしまう。

放射線有感領域を拡大しつつ、放射線検出器に付加する容量の増大を抑制するために、放射線有感領域の上に配置されるｎ⁺半導体層１３とｎ側電極３０の面積を削減する方法が考えられる。以下に、ｎ⁺半導体層１３とｎ側電極３０の面積の削減について検討する。なお、以下において、ｎ⁺半導体層１３とｎ側電極３０の積層体を、「ｎ側電極体４０」という。

まず、ｎ側電極体４０の面積を単純に削減した場合について検討する。図３は、ｎ側電極体４０の面積Ｓ１とｉ層１２の面積Ｓ２とが同一である場合を示す。一方、ｎ側電極体４０の面積を単純に削減するためには、図４〜図７に例示するような構成が考えられる。

図４〜図５は、ｎ側電極体４０が、ｉ層１２の周辺領域の上方において除去され、ｉ層１２の中央領域の上方にのみ配置された例である。図４は、面積Ｓ１が面積Ｓ２の２５％である場合を示し、図５は、面積Ｓ１が面積Ｓ２の５０％である場合を示す。

図６〜図７は、ｎ側電極体４０が、ｉ層１２の中央領域の上方において除去され、ｉ層１２の周辺領域の上方にのみ配置された例である。図６は、面積Ｓ１が面積Ｓ２の７５％である場合を示し、図７は、面積Ｓ１が面積Ｓ２の５０％である場合を示す。

例えば、図５の場合、平面視で放射線検出器の全体のサイズが直径４インチであるとき、図５に示すように、ｉ層１２の長さＬは約９０ｍｍである。このとき、ｉ層１２の上方のｎ側電極体４０が除去された部分とｎ側電極体４０との距離の最大値Ｄは、約１３ｍｍである。

しかしながら、図４〜図７に例示したようにｎ側電極体４０を平板状のままで面積を単純に削減した場合は、以下に説明するように、放射線を検出する際の分解能が低下する。

図８に、ｉ層１２における電界の強さの分布を調査するためのシミュレーションモデルを示す。図８に示したシミュレーションモデルでは、ｉ層１２の中央領域の上方にのみ、ｎ⁺半導体層１３が配置されている。断面におけるｉ層１２の下部の幅は５．５ｍｍ、上部の幅は８．０ｍｍである。これに対し、ｎ⁺半導体層１３の幅は、２．０ｍｍである。なお、ｉ層１２の厚みは３．２ｍｍ、ｎ⁺半導体層１３の厚みは０．３ｍｍ、ｉ層１２を囲うｐ型半導体層１１の厚みは３．５ｍｍである。更に、ｉ層１２の上面には膜厚０．１ｍｍの保護膜１２０が配置されている。

図９に、ｐ型半導体層１１とｎ⁺半導体層１３との間に８００Ｖの逆電圧を印加したシミュレーションの結果を示す。図９に示すように、上方にｎ⁺半導体層１３を配置されていない、ｉ層１２表面のｎ⁺半導体層１３から離れた部分では、電界が弱い。特に、ｎ側電極体４０から１ｍｍ程度以上離れた部分では、ｉ層１２における電界が極端に弱くなる。

ｉ層１２に電界の弱い部分が存在すると、その部分で電荷の移動速度が低下し、発生した電荷がｎ側電極３０まで移動する時間が増大する。このため、電荷がｉ層１２中の欠陥準位に捕獲されるなどの問題が生じる。その結果、吸収スペクトル形状が低エネルギー側にテールを有する形状になったり、所定の測定時間の間に電荷を取り出せなくなったりする。なお、膜厚方向については、電気力線の向かう方向であるため、電界が弱いことに起因する電荷の移動速度の低下は問題にならない。

上記のように、ｎ側電極体４０の面積を単純に減らした場合は、電荷の収集効率が劣化する。その結果、放射線検出器の分解能が低下する。

これに対し、図１に示した放射線検出器では、所定の速度で電荷が移動するように設定された臨界距離よりもｎ側電極体４０から離れた部分が、ｉ層１２の全体において存在しないように、メッシュ状のｎ側電極体４０がｉ層１２の上方の全面に渡って配置される。そして、ｎ側電極体４０を細い線状に形成することによって、ｎ側電極体４０の面積を削減し、放射線検出器に付加する容量を低減している。

ｎ側電極体４０は、ｉ層１２からｎ側電極体４０までの距離の図１０に示す最大距離Ｒが臨界距離以下であるように、配置される。ｎ側電極体４０からの距離が最大距離Ｒであるｉ層１２の部分は、対向するｎ側電極体４０の中間であり、メッシュ開口部の中心である。

臨界距離は、放射線検出器の分解能が所望の特性を満たすことのできる電荷の収集効率が得られるように、設定されている。つまり、ｎ側電極体４０からの距離が臨界距離以下の部分では、電荷の速度の低下が抑制されて、電荷の収集が可能な強さ以上の電界（以下において、「臨界電界」という。）が発生する。このため、図１に示した放射線検出器では、ｉ層１２の内部の電界が弱いことに起因して分解能が低下するほどには、ｉ層１２のいずれの部分においても、電荷の移動速度が低下することがない。

このように、臨界距離は、ｎ側電極３０とｐ側電極２０との間に逆電圧が印加されてｉ層１２に発生する電界が、ｉ層１２のすべての部分において、臨界電界よりも弱くならないように設定される。例えば、図９の結果から、臨界距離は１ｍｍよりも短く設定される。

以上に説明したように、図１に示した放射線検出器によれば、ｎ側電極体４０をメッシュ状に配置することにより、ｉ層１２のいずれの部分においても、電荷の収集効率の劣化を招くような電界の弱い部分がない。このため、分解能の低下が抑制される。更に、ｎ側電極体４０の面積が削減されて、放射線検出器に付加する容量が低減される。したがって、放射線有感領域であるｉ層１２を拡大した場合にも、分解能が低下することを抑制できる。

図１１〜図１３に、メッシュ状に構成したｎ側電極体４０の例を示す。図１１は、メッシュ開口部が矩形状であるようにｎ側電極体４０を配置した例である。図１２は、矩形状のメッシュ開口部の長手方向を延伸させた例である。図１３は、ｎ側電極体４０をストライプ状に配置した例であり、端部においてｎ側電極体４０同士が接続される。

図１１〜図１３に示したいずれの構成も、細い線状のｎ側電極体４０を相互に接合したメッシュ状の構造体が、ｉ層１２の全域を満遍なく覆って広がる構成である。これにより、ｉ層１２のいずれの部分も、ｎ側電極体４０から臨界距離よりも長くなることはない。したがって、メッシュ状になるようにｎ側電極体４０の一部を削減しても、ｉ層１２のいずれの部分においても、電界は臨界電界よりも弱くならない。したがって、電荷の収集効率を劣化させることなく、ｎ側電極体４０を小さくして、放射線検出器に付加する容量を低減することができる。

なお、容量を低減する観点からは、ｉ層１２の内部のいずれの部分においても電界が臨界電界よりも弱くならない範囲において、ｎ側電極体４０の面積を削減することが好ましい。つまり、ｎ⁺半導体層１３とｎ側電極３０の線径は細いほうが好ましく、例えば、ｎ⁺半導体層１３とｎ側電極３０の線径を１ｍｍ程度にする。

以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器では、ｎ側電極体４０をメッシュ状に配置する。これにより、ｉ層１２の全面を覆ってｎ側電極体４０が配置された場合に比べて、ｎ側電極体４０の面積を削減して、容量を小さくすることができる。したがって、ｉ層１２を拡大した場合においてｎ側電極体４０の面積の増大を低減させて、容量が増大することを抑制できる。

更に、ｎ側電極体４０がｉ層１２を満遍なく覆うことにより、ｎ側電極体４０から臨界距離以上に離れた部分がｉ層１２に存在しない。つまり、ｉ層１２のいずれの部分においても、電界が臨界電界より弱い部分がなく、ｉ層１２に発生した電荷の収集効率の劣化が抑制される。

上記のように、図１に示した放射線検出器によれば、放射線検出器に付加する容量を低減しつつ、放射線有感領域に電界の弱い部分を発生させずに、分解能の低下を抑制できる。したがって、放射線有感領域を拡大し、且つ分解能の低下が抑制された放射線検出器を実現することができる。

ところで、シリコン基板は、化合物半導体基板に比べて電子や正孔の移動速度が高く、放射線有感領域の広い放射線検出器を形成するのに適している。つまり、化合物半導体基板を使用したときに生じる、移動速度が低いために正孔が欠陥準位などに捕獲されて分解能が劣化するという問題が生じない。これに対し、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）基板などの化合物半導体基板を使用した場合には、例えば特許文献１に記載のように、ｐ側電極の面積を小さくしてｐ側電極付近での電界を強くする対策などが必要である。したがって、放射線有感領域を拡大して電荷の移動する距離を長くした放射線検出器では、シリコン基板が好適に使用される。

上記では、シリコン基板にｐ型半導体層１１、ｉ層１２及びｎ⁺半導体層１３を形成した放射線検出器の例を示した。シリコン基板を用いた放射線検出器は、Ｘ線検出などに使用される。一方、ガンマ線の検出には、ガリウム基板を用いた放射線検出器が使用される。このように、検出対象の放射線の種類に応じて、半導体基板１０は適時選択される。化合物半導体基板を半導体基板１０に使用してもよい。

以下に、本発明の第１の実施形態に係る放射線検出器の製造方法について説明する。なお、以下に述べる放射線検出器の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることはもちろんである。

まず、ｐ型のシリコン基板１００を準備し、その表面の汚れを有機洗浄及びエッチングにより除去する。その後、図１４に示すように、洗浄されたシリコン基板１００の上面にリチウム膜２００を真空蒸着法などによって成膜する。このとき、基板温度を２００℃〜４００℃に設定することにより、リチウムがシリコン基板１００の表面から内部に拡散される。これにより、リチウム拡散層１３０が形成される。リチウム拡散層１３０の厚みは、例えば１００μｍ〜３００μｍである。

リチウム拡散層１３０が形成されたシリコン基板１００を室温まで冷却した後、シリコン基板１００の表面のダメージ層と、余分なリチウム膜２００を除去する。例えば、シリコン基板１００の表面を弗硝酢酸（例えば、弗酸１６．７％、硝酸６６．６％、酢酸１６．７％の混酸）でエッチングする。その後、水洗により混酸を洗い流す。

次いで、図１５に示すように、金属膜３００をリチウム拡散層１３０上に成膜する。例えば、真空蒸着法によって、Ａｕ膜をリチウム拡散層１３０の上面に蒸着する。

次に、トップハット型にするための加工を行う。即ち、図１６に示すように、ｎ側電極３０、ｎ⁺半導体層１３及びシリコン基板１００の上部の一部について、外周領域を超音波研削加工などによって除去する。

その後、ｎ⁺半導体層１３とシリコン基板１００の底面との間に逆方向に電界を印加してリチウムをドリフトさせ、ｉ層１２を形成する。図１７に示すように、シリコン基板１００の中央領域は下面までリチウムがドリフトされてｉ層１２が形成される。シリコン基板１００の下面までリチウムが達すると、ドリフトが停止する。このとき、リチウムがドリフトされないシリコン基板１００の下部の周囲が、ｐ型半導体層１１として残る。このように、トップハット型を採用した場合には、シリコン基板１００のｉ層１２が形成された領域の残余の領域をｐ型半導体層１１とする。

その後、図１８に示すように、金属膜３００及びリチウム拡散層１３０を連続的にパターニングする。これにより、金属膜３００をメッシュ状にしたｎ側電極３０と、リチウム拡散層１３０をメッシュ状にしたｎ⁺半導体層１３が形成される。この工程では、例えば、ｎ側電極体４０として残す部分とは逆のパターンの研削刃を有する雄型の冶具を使用し、超音波研削加工によって金属膜３００とリチウム拡散層１３０の一部を選択的に除去する。超音波研削加工では、超音波振動させた研削刃に炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの硬い砥粒をぶつけることにより砥粒が振動し、雄型の研削刃とは逆型の雌型に被処理物が加工される。

次いで、ｐ型半導体層１１の下面や露出したｉ層１２の下面に、図１９に示すようにｐ側電極２０を形成する。ｐ側電極２０には、例えばニッケル（Ｎｉ）膜／金（Ａｕ）膜を使用する。

その後、図２０に示すように、残ったｎ側電極体４０の表面に、その表面を保護する保護ワックス３１０を塗布する。保護ワックス３１０として、例えば、弗硝酢酸に耐性を有する水溶性でないワックスを使用する。なお、ｎ側電極体４０のパターンが細かいため、予め水溶性ワックスでメッシュ開口部の内部にネガパターンを形成しておいてもよい。つまり、ネガパターンを形成後、保護ワックス３１０を塗布し、水洗によって水溶性パターンを除去することにより、ｎ側電極３０の表面に保護ワックス３１０を残存させることができる。

次いで、保護ワックス３１０によってｎ側電極体４０を保護しながら、メッシュ開口部に露出したシリコン基板１００の表面を、弗硝酢酸を用いてエッチングする。これにより、ｎ側電極体４０の形成時の超音波研削加工などによってダメージを受けたシリコン基板１００の表面を除去する。その後、保護ワックス３１０を除去し、図１に示した放射線検出器が完成する。

なお、ｎ側電極体４０をエッチングによってメッシュ状に形成する際に、図２１に示すように、オーバーエッチングによってメッシュ開口部の内部でｉ層１２の表面を除去してもよい。これにより、ｎ側電極体４０が、メッシュ開口部において確実に除去される。通常、ｎ側電極３０の厚みは０．１μｍ程度、ｎ⁺半導体層１３の厚みは１００μｍ〜３００μｍ程度、ｉ層１２の厚みは数ｍｍ程度である。このため、ｎ側電極体４０の面積を削減するメッシュ開口部の深さを３００μｍ以上として、ｎ側電極３０、ｎ⁺半導体層１３、及びｉ層１２の上部をエッチング除去する。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る放射線検出器は、図２２に示すように、ｎ側電極体４０の外縁部にガードリング溝５０を形成したガードリング構造を有する点が、図１と異なる。その他の構成については、図１に示した放射線検出器と同様である。

図２２に示した放射線検出器では、環形状のガードリング溝５０によって、ｎ側電極体４０が、平面視で、ガードリング溝５０の内側の円形状の中心領域と、ガードリング溝５０の外側の環形状の周辺領域とに分割されている。

ガードリング溝５０の内側の中心領域において、放射線が検出される。少なくとも中心領域において、ｎ⁺半導体層１３とｎ側電極３０がメッシュ状に配置される。なお、図２２では、ガードリング溝５０の外側の周辺領域ではｎ側電極体４０をメッシュ状にしていないが、周辺領域をメッシュ状にしてもよい。

ガードリング溝５０は、ｎ側電極３０の表面から延伸して、ｎ側電極体４０を貫通してｉ層１２の表面に達する。ガードリング構造を採用することにより、表面リーク電流を抑制できる。ガードリング溝５０の幅は、１ｍｍ程度である。また、ｎ⁺半導体層１３の厚みが１００μｍ〜３００μｍ程度の場合、ｎ⁺半導体層１３を貫通するのに十分な深さであるように、ガードリング溝５０のｎ側電極３０の表面からの深さは３００μｍ以上である。

ガードリング溝５０は、例えば、円環形状の雄型の研削刃をｎ側電極３０の上面に接触させた状態で超音波振動させる超音波研削加工によって形成される。例えば、図１７を参照して説明したｉ層１２を形成する工程の後、ガードリング溝５０を形成する。なお、ｎ側電極体４０をメッシュ状にパターニングする工程に使用する冶具と、ガードリング溝５０を形成する工程に使用する冶具を複合させた冶具を用いて、ｎ側電極体４０のメッシュ開口部とガードリング溝５０を同時に形成してもよい。

本発明の第２の実施形態に係る放射線検出器によれば、放射線検出器に付加する容量を低減するとともに放射線有感領域に電界の弱い部分が生じることを抑制して分解能の低下を抑制し、且つ、表面リーク電流を抑制することができる。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る放射線検出器は、図２３に示すように、直線状のセグメント溝６０によって、検出領域を平面視で複数の領域に分割している。このようにｎ側電極体４０を分割した構造を、「セグメント構造」という。セグメント溝６０は、ｎ側電極３０の表面から、ｎ側電極体４０を貫通してｉ層１２の表面に達する。セグメント溝６０によって囲まれた領域のそれぞれにおいて、ｎ⁺半導体層１３とｎ側電極３０がメッシュ状に配置される。

なお、図２３は、ガードリング構造を有する放射線検出器をセグメント構造にした例である。図２３に示した例では、ガードリング溝５０で囲まれた検出領域が、セグメント溝６０によって、第１の分割検出領域４１、第２の分割検出領域４２、第３の分割検出領域４３及び第４の分割検出領域４４の４つの検出領域に分割される例を示した。しかし、検出領域の分割の仕方は上記に限られないことはもちろんである。また、図２３では、ガードリング溝５０の外側の周辺領域ではｎ側電極体４０をメッシュ状にしていないが、周辺領域をメッシュ状にしてもよい。

セグメント構造の放射線検出器では、同一の分割検出領域に配置された線状のｎ側電極体４０は互いに接続されているが、異なる分割検出領域に配置されたｎ側電極体４０は、セグメント溝６０によって分離されている。このため、放射線がどの分割検出領域で吸収されたかを特定することができる。これにより、図２３に示した放射線検出器は、位置センサとして機能する。

セグメント溝６０の幅は、１ｍｍ程度である。また、厚みが１００μｍ〜３００μｍ程度のｎ⁺半導体層１３を貫通するために、セグメント溝６０のｎ側電極３０の表面からの深さは、３００μｍ以上である。

図２４に、ｎ側電極体４０をメッシュ状に配置した例として、第３の分割検出領域４３の平面図を示す。図２４（ａ）は、セグメント溝６０の延伸する方向と垂直な方向に目開きの長いメッシュ状にした例である。図２４（ｂ）は、セグメント溝６０の延伸する方向と垂直な方向にのみ開口部が延伸するメッシュ状にした例である。図２４（ｃ）は、セグメント溝６０の延伸する方向に目開きの長いメッシュ状にした例である。

セグメント溝６０は、例えば、ガードリング溝５０と同様に、超音波研削加工によって形成される。例えば、ガードリング溝５０を形成した後にセグメント溝６０を形成する。或いは、セグメント溝６０を形成した後にガードリング溝５０を形成してもよい。また、ｎ側電極体４０をメッシュ状にパターニングする冶具と、ガードリング溝５０を形成する冶具と、セグメント溝６０を形成する冶具を複合させた冶具を用いて、ｎ側電極体４０のメッシュ開口部、ガードリング溝５０及びセグメント溝６０を同時に形成してもよい。これにより、製造工程を短縮することができる。

本発明の第３の実施形態に係る放射線検出器によれば、放射線検出器に付加する容量を低減するとともに放射線有感領域に電界の弱い部分が生じることを抑制して分解能の低下を抑制し、且つ、放射線が吸収された検出領域の位置を特定できる。更に、セグメント構造にガードリング構造を組み合わせた場合には、表面リーク電流を抑制することもできる。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、図１に示した放射線検出器は、シリコン基板にリチウムをドリフトさせて高抵抗にしたリチウムドリフト層をｉ層１２とした構造であるが、リチウムドリフト以外の方法でｉ層１２を形成した場合についても、本発明は適用可能である。即ち、高抵抗のシリコン半導体層などをｉ層１２にしてもよく、例えば、抵抗率が１５ｋΩｃｍ〜３０ｋΩｃｍ程度のシリコン半導体層をリチウムドリフト層の代わりとすることが可能である。本発明者らの検討によれば、シリコン半導体層の抵抗率は１５ｋΩｃｍ以上であることが好ましい。高抵抗のシリコン半導体層をｉ層１２にした場合、図２５に示すように、ｐ型半導体層１１を配置せずともよく、ｉ層１２とｐ型半導体層１１の積層構造は高抵抗のシリコン半導体層の一体型となる。

また、放射線検出器がトップハット型である場合を例示的に説明したが、放射線検出器の形状はトップハット型に限られない。ただし、ｐ側電極２０とｎ側電極３０との間に高電圧が印加されるので、耐圧を向上させるために、検出領域がメサ形状であることが好ましい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことはもちろんである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１０…半導体基板
１１…ｐ型半導体層
１２…ｉ層
１３…ｎ⁺半導体層
２０…ｐ側電極
３０…ｎ側電極
４０…ｎ側電極体
５０…ガードリング溝
６０…セグメント溝

Claims (8)

1. 放射線有感領域と、
   前記放射線有感領域の上方に、平面視で前記放射線有感領域のいずれの部分からも一定の距離以下であるようにメッシュ状に配置されたｎ⁺半導体層と、
   前記ｎ⁺半導体層と重ねて前記メッシュ状に配置されたｎ側電極と、
   前記放射線有感領域の下方に配置されたｐ側電極と
   を備え、前記ｎ側電極と前記ｐ側電極の間に逆電圧が印加されて電界の発生する前記放射線有感領域において、検出対象の放射線が吸収されることを特徴とする放射線検出器。
2. 前記ｎ⁺半導体層と前記ｎ側電極が、矩形状の開口部を有するメッシュ状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
3. 前記一定の距離が、前記放射線有感領域に発生する前記電界が、前記放射線有感領域のいずれの部分においても、吸収された前記放射線が電荷の形で取り出される強さになるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線検出器。
4. 前記放射線有感領域が、シリコン基板に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線検出器。
5. 前記放射線有感領域が、前記シリコン基板にリチウムをドリフトさせたリチウムドリフト層であることを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。
6. 前記放射線有感領域が、抵抗率が１５ｋΩｃｍ以上のシリコン半導体層であることを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。
7. 前記ｎ⁺半導体層及び前記ｎ側電極を中心領域と前記中心領域を囲む周辺領域とに分割するように環形状に配置され、前記ｎ側電極と前記ｎ⁺半導体層を貫通して前記放射線有感領域に達するガードリング溝を更に備え、
   前記ガードリング溝で囲まれた領域において、前記ｎ⁺半導体層及び前記ｎ側電極が前記メッシュ状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線検出器。
8. 前記ｎ側電極と前記ｎ⁺半導体層を貫通して前記放射線有感領域に達し、前記ｎ側電極と前記ｎ⁺半導体層を平面視で複数の領域に分割する直線状のセグメント溝を更に備え、
   前記セグメント溝によって囲まれた分割検出領域のそれぞれにおいて、前記ｎ⁺半導体層及び前記ｎ側電極が前記メッシュ状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線検出器。