JP2707671B2 - Radiation detector - Google Patents

Radiation detector

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JP2707671B2
JP2707671B2 JP1001720A JP172089A JP2707671B2 JP 2707671 B2 JP2707671 B2 JP 2707671B2 JP 1001720 A JP1001720 A JP 1001720A JP 172089 A JP172089 A JP 172089A JP 2707671 B2 JP2707671 B2 JP 2707671B2
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孝俊 安井
裕 岩崎
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は放射線検出装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a radiation detection device.

従来の技術 従来放射線検出装置に関して、ダイナミック読み出し
書込みメモリ(DRAM)をその検出部として用いたものが
考案されている。第4図は、従来の放射線検出装置の検
出部を示す断面図である。1はシリコン等の半導体基
板、検出部10は容量絶縁膜11、ポリシリコンの容量部電
極21からなり、データ書き込み部であるスイッチングト
ランジスタのソース領域でもまたある。データ書き込み
部はゲート電極22、ゲート絶縁膜4、ドレイン23から構
成されている。また24はフィールド酸化膜、25はチャン
ネルストッパである。
2. Description of the Related Art Conventionally, a radiation detection apparatus using a dynamic read / write memory (DRAM) as a detection unit has been devised. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a detection unit of a conventional radiation detection device. Reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate made of silicon or the like, and the detection unit 10 includes a capacitance insulating film 11 and a capacitance electrode 21 made of polysilicon, which is also a source region of a switching transistor serving as a data writing unit. The data writing section includes a gate electrode 22, a gate insulating film 4, and a drain 23. 24 is a field oxide film and 25 is a channel stopper.

α線の飛程は、シリコン基板中で20〜30um(ただし、
α線のエネルギーを約5MeVとする。)である。LSIの製
造に用いるシリコン基板の厚みは、普通、625umほどの
厚みがあるので、シリコン基板の表面から入射するα線
のみを考慮すればよい。素子の表面からα線が透過する
と、α線の飛跡のまわりに半径約0.1umの円柱状に電子
・正孔対が発生する。1対の電子・正孔対を生成するの
に必要なエネルギーが約3.6eVであるので、9MeVのα線
がシリコン基板に入射すると、2.5×106個以上の電子・
正孔対が発生することになる。この電子・正孔対のう
ち、正孔はシリコン基板に流れこむが、電子は、拡散ま
たはファネリング現象によって、容量絶縁膜11下の半導
体基板1からなる電荷蓄積領域(検出部10)へと流れこ
む。そのため、電荷蓄積領域に“1"が書き込まれていれ
ば、つまり電子がない状態であるならば、電子の流入に
より、電子が蓄積された状態即ち“0"が書き込まれた状
態となる。この状態でメモリ−セルの情報を読み出す
と、0が読み出されることになり、1から0への記憶情
報の反転が行われたことがわかる。このソフトエラー現
象により、α線がシリコン基板内特に、1が0になった
メモリ−セルの付近を通過したということが検知でき
る。つまり、最初すべてのメモリ−セルに1を書き込
み、その後メモリセルの浮遊状態を経て、読み出すこと
を繰り返すうち、0を読み出したときにα線が入射した
と判断する。実際にα線が検知されるのは、メモリセル
が浮遊状態となっている間の数nsec.〜数10nsec.間にα
線がシリコン基板に入射したときであるから、数10ナノ
秒の時間分解能である。メモリセルの浮遊状態の時間
は、リーク電流による情報反転がおこらない程度まで長
くすることができるので、時間分解能も数10ナノ秒か
ら、数ミリ秒まで変化させることができる。
The range of α ray is 20-30um in silicon substrate (however,
The energy of α rays is about 5 MeV. ). Since the thickness of a silicon substrate used for manufacturing an LSI usually has a thickness of about 625 μm, only the α-ray incident from the surface of the silicon substrate needs to be considered. When α-rays pass through the surface of the device, electron-hole pairs are generated in a columnar shape with a radius of about 0.1 μm around the track of the α-rays. Since the energy required to generate one electron-hole pair is about 3.6 eV, when 9 MeV α-rays enter the silicon substrate, 2.5 × 10 6 or more electrons
Hole pairs will be generated. Of the electron-hole pairs, the holes flow into the silicon substrate, but the electrons flow into the charge storage region (detection unit 10) formed by the semiconductor substrate 1 below the capacitive insulating film 11 due to diffusion or funneling. Come. Therefore, if “1” is written in the charge accumulation region, that is, if there is no electron, the state where electrons are accumulated, that is, “0” is written by the inflow of electrons. When the information of the memory cell is read in this state, 0 is read, which indicates that the storage information has been inverted from 1 to 0. Due to this soft error phenomenon, it can be detected that the α-rays have passed through the silicon substrate, particularly in the vicinity of the memory cell where 1 has become 0. In other words, 1 is written in all the memory cells at first, and then the reading is repeated after the memory cells are in a floating state. When 0 is read, it is determined that the α ray is incident. The α ray is actually detected during a period of several nsec. To several tens nsec. While the memory cell is in a floating state.
Since the line is incident on the silicon substrate, the time resolution is several tens of nanoseconds. Since the time of the floating state of the memory cell can be made long so that the information inversion due to the leak current does not occur, the time resolution can be changed from tens of nanoseconds to several milliseconds.

以上のような、安価で、小型、機械的にも強く、高湿
度環境においても使用でき、位置分解能、時間分解能に
優れた放射線検出装置は例えば、ニュクリアー インス
ツルメンツ アンド メソッド(Nuclear Instruments
and Methodes)169(1980)125−128に述べられてい
る。
Radiation detectors that are inexpensive, compact, mechanically strong, and can be used in high-humidity environments and have excellent positional resolution and time resolution, such as those described above, are, for example, Nuclear Instruments and Methods (Nuclear Instruments
and Methodes) 169 (1980) 125-128.

発明が解決しようとする課題 しかし、上述した従来の放射能検出装置は、データ書
き込み部であるスイッチングトランジスタのソース領域
のみを放射線検出部として利用しているため、単位メモ
リセルに占める放射線検出領域の割合が小さく、固有効
率が小さいという問題があった。
However, the above-described conventional radiation detection device uses only the source region of the switching transistor, which is a data writing unit, as the radiation detection unit. There is a problem that the ratio is small and the intrinsic efficiency is small.

本発明は、上述の問題点に鑑みて試されたもので、単
位メモリセルに占める放射線検出領域の割合が大きく、
固有効率を高めた放射線検出装置を提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a large proportion of the radiation detection area in the unit memory cell.
It is an object of the present invention to provide a radiation detection device with improved intrinsic efficiency.

課題を解決するための手段 本発明は上述の課題を解決するため、半導体基板上に
形成されたデータ書き込み部および放射線検出部と、前
記検出部にデータを書き込むデータ導入部と、前記検出
部から読み出した読み出しデータと前記データ導入部か
ら前記検出部に書き込む前の前記データとを比較し、一
致しない時に信号を出力する出力読み出し照合部とを少
なくとも有し、前記検出部を前記データ書き込み部の下
部に形成させるという構成を備えたものである。
Means for Solving the Problems To solve the above-mentioned problems, the present invention provides a data writing unit and a radiation detection unit formed on a semiconductor substrate, a data introduction unit that writes data to the detection unit, and a detection unit. Comparing the read data read and the data before writing to the detection unit from the data introduction unit, at least having an output read verification unit that outputs a signal when they do not match, the detection unit of the data writing unit It is provided with a configuration of being formed at the lower part.

作用 本発明は上述の構成によって、従来放射線検出には寄
与していなかった領域をも検出部分となり固有効率の大
きい放射線検出装置が実現できる。
According to the present invention, a radiation detection device having a large intrinsic efficiency can be realized by the above-described configuration, in which a region which has not conventionally contributed to radiation detection becomes a detection portion.

実施例 (実施例1) 第1図は本発明の実施例による放射線検出装置を構成
するブロック図である。既知の書き込みデータをデータ
導入部27により放射線検出部26に書き込み、所定時間経
過後にデータ読み出し照合部28に放射線検出部26から読
み出した読み出しデータと、検出部26に書き込む前の書
き込みデータとをデータ読み出し照合部28で比較する。
α線の通過によって書き込まれたデータに“1"から“0"
への反転が発生していれば、読み出しデータと書き込み
データとの比較結果が一致しないので、データ読み出し
照合部28は信号を出力する。計算表示部29は信号を計数
し、その計数値を表示する。α線の強度に比例して計数
値が大きくなるので、計数値からα線の強度を検出でき
る。
Embodiment (Embodiment 1) FIG. 1 is a block diagram of a radiation detecting apparatus according to an embodiment of the present invention. The known write data is written to the radiation detecting unit 26 by the data introducing unit 27, and after a predetermined time elapses, the data read and read unit 28 reads the read data read from the radiation detecting unit 26 and the write data before writing to the detecting unit 26. The comparison is performed by the read collation unit 28.
Data written by passing alpha rays from “1” to “0”
If the inversion has occurred, the comparison result between the read data and the write data does not match, and the data read collation unit 28 outputs a signal. The calculation display unit 29 counts the signals and displays the count value. Since the count value increases in proportion to the α-ray intensity, the α-ray intensity can be detected from the count value.

第2図は本発明の第1の実施例による放射線検出部を
有する検出セルアレイを示す断面図である。1は不純物
濃度約1015cm3のP型半導体基板、検出部8はシリコン
酸化膜からなる容量絶縁膜11、プレート電極12から構成
され、データ書き込み部となるスイッチングトランジス
タはドレイン2、ソース3、ゲート絶縁膜4及びワード
線5から構成されている。またドレイン2はコンタクト
窓7を介してビット線6と電気的に接続されている。絶
縁物13は隣接するスイッチングトランジスタの絶縁分離
領域となる。この分離方法はLOCOS法に比べて必要とす
る面積が小さいため、放射線に対する有感部分の高密度
化に適している。
FIG. 2 is a sectional view showing a detection cell array having a radiation detector according to the first embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a P-type semiconductor substrate having an impurity concentration of about 10 15 cm 3 , a detection unit 8 includes a capacitance insulating film 11 made of a silicon oxide film, and a plate electrode 12. A switching transistor serving as a data writing unit has a drain 2, a source 3, It comprises a gate insulating film 4 and a word line 5. The drain 2 is electrically connected to the bit line 6 via the contact window 7. The insulator 13 becomes an insulating separation region of the adjacent switching transistor. Since this separation method requires a smaller area than the LOCOS method, it is suitable for increasing the density of sensitive parts to radiation.

プレート電極12には常に絶縁膜11をはさんだ半導体基
板1を反転させるだけの電圧を印加しておく。“1"を書
き込んだ状態でα線が入射してくると、拡散及びファネ
リング現象によりα線によって誘起された電子が、反転
層に流入しソフトエラー現象を起こしα線が検出された
ことになる。従来の構造では、放射線検出部分は容量部
絶縁膜直下の空乏領域である。これに対して本実施例で
は、放射線検出部8はソース3直下の空乏領域および素
子分離領域下の容量絶縁膜11周辺の空乏領域であり、そ
のため単位セルに占める割合が大きく、放射線検出装置
の固有効率は著しく上昇する。また、第1図のビット線
6の上にBF2などを堆積しておくと、中性子が入射して
きた時に10B(n,α)7Li反応により、α線が生成したこ
と、つまり中性子が入射したことがわかる。10B(n,
α)7Li反応は、中性子の中でも熱中性子に対する反応
断面積が大きい。そのため、この発明は、熱中性子に対
する有効な検出器ともなる。中性子のみではソフトエラ
ー現象を起こさないので、BF2を堆積しなければα線の
みの検出器となる。逆にBF2を堆積した上に、40umぐら
いのSiN膜を堆積させるか、あるいはもっと簡単に紙で
遮蔽するなどすることにより、α線がSi基板上には届か
なくなり、中性子線のみ検出器となる。
A voltage sufficient to invert the semiconductor substrate 1 sandwiching the insulating film 11 is always applied to the plate electrode 12. When α-rays enter while “1” is written, electrons induced by the α-rays due to diffusion and funneling flow into the inversion layer, causing a soft error phenomenon, and the α-rays are detected. . In the conventional structure, the radiation detection part is a depletion region immediately below the capacitance part insulating film. On the other hand, in the present embodiment, the radiation detection unit 8 is a depletion region immediately below the source 3 and a depletion region around the capacitive insulating film 11 below the element isolation region. The intrinsic efficiency increases significantly. Also, if BF 2 or the like is deposited on the bit line 6 in FIG. 1, when α-rays are generated by the 10 B (n, α) 7 Li reaction when neutrons are incident, the neutrons It can be seen that the light has entered. 10 B (n,
The α) 7 Li reaction has a large cross section for thermal neutrons among neutrons. Therefore, the present invention is also an effective detector for thermal neutrons. Since neutrons alone do not cause a soft error phenomenon, if BF 2 is not deposited, the detector will be only α-rays. Conversely, by depositing BF 2 and then depositing a SiN film of about 40 μm or shielding it more easily with paper, alpha rays will not reach the Si substrate, and only neutron rays Become.

(実施例2) 第3図は本発明の第2の実施例による放射線検出部を
有する検出セルアレイを示す断面図である。1はp型半
導体基板、検出部9はn+不純物拡散層14からなり、スイ
ッチングトランジスタは第1の実施例と同じでドレイン
2、ソース3、ゲート絶縁膜4及びワード線5から構成
されている。また第3図に示す他の番号は第1の実施例
と同一なのでここでは省略する。
Embodiment 2 FIG. 3 is a sectional view showing a detection cell array having a radiation detection unit according to a second embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a p-type semiconductor substrate, a detection unit 9 includes an n + impurity diffusion layer 14, and a switching transistor includes a drain 2, a source 3, a gate insulating film 4, and a word line 5 as in the first embodiment. . The other numbers shown in FIG. 3 are the same as in the first embodiment, and will not be described here.

従来例、実施例1では“0",“1"書き込みが可能であ
るが放射線検出装置としては“1"書き込みを利用してい
る。本実施例では“1"書き込みのみが可能で、それを利
用している。即ち、ドレイン2を3V(高電圧)にした時
のみソース3、不純物拡散層14と基板1との間の空乏層
が広がり、電荷が蓄積される。この状態でα線が入射す
ると空乏層の電界および拡散等により、α線によって誘
起された電子が空乏層中に流れ込んでソフトエラー現象
を起こし、α線が検出されたことになる。
In the conventional example and the first embodiment, “0” and “1” can be written, but “1” writing is used as the radiation detection device. In this embodiment, only “1” can be written, and this is used. That is, only when the drain 2 is set at 3V (high voltage), the depletion layer between the source 3 and the impurity diffusion layer 14 and the substrate 1 spreads, and charges are accumulated. When α rays enter in this state, electrons induced by the α rays flow into the depletion layer due to the electric field and diffusion of the depletion layer, causing a soft error phenomenon, and the α rays are detected.

本実施例では、放射線検出部9はソース3直下の空乏
領域および素子分離領域下の不純物拡散層14周辺の空乏
領域であり、単位セルに占める割合が大きく、放射線検
出装置の固有効率は従来に比べ著しく上昇する。
In this embodiment, the radiation detector 9 is a depletion region immediately below the source 3 and a depletion region around the impurity diffusion layer 14 below the element isolation region. It rises remarkably.

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は、データ書
き込み部の下部に放射線検出部を形成することにより、
従来放射線検出には寄与していなかった領域をも検出部
分となり、固有効率が大きくなるという効果を有するも
のである。
Advantageous Effects of the Invention As is clear from the above description, the present invention provides a radiation detecting section below a data writing section,
An area that has not contributed to the conventional radiation detection is also a detection portion, and has an effect of increasing the intrinsic efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例による放射線検出装置を構成す
るブロック図、第2は本発明の第1の実施例による放射
線検出部を有する検出セルアレイを示す断面図、第3図
は本発明の第2の実施例による放射線検出部を有する検
出セルアレイを示す断面図、第4図は従来の放射線検出
装置の検出部を示す断面図である。 2……ドレイン、3……ソース、4……ゲート絶縁膜、
5……ワード線、6……ビット線、8、9……検出部、
11……容量絶縁膜厚、12……プレート電極、26……放射
線検出部。
FIG. 1 is a block diagram showing a radiation detecting apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a detecting cell array having a radiation detecting section according to the first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a sectional view showing a detection cell array having a radiation detecting section according to a second embodiment, and FIG. 4 is a sectional view showing a detecting section of a conventional radiation detecting apparatus. 2 ... Drain, 3 ... Source, 4 ... Gate insulating film,
5 word line, 6 bit line, 8, 9 detection section,
11 ... Capacitance insulation film thickness, 12 ... Plate electrode, 26 ... Radiation detector.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−40892(JP,A) 特開 昭63−61983(JP,A) 特開 昭63−124987(JP,A) 特開 昭63−29971(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-40892 (JP, A) JP-A-63-61983 (JP, A) JP-A-63-124987 (JP, A) 29971 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に形成されたデータ書き込み
部および放射線検出部と、前記検出部にデータを書き込
むデータ導入部と、前記検出部から読み出した読み出し
データと前記データ導入部から前記検出部に書き込む前
の前記データとを比較し、一致しない時に信号を出力す
るデータ読み出し照合部とを少なくとも有し、前記検出
部を前記データ書き込み部の下部に形成することを特徴
とする放射線検出装置。
A data writing unit and a radiation detection unit formed on a semiconductor substrate; a data introduction unit for writing data to the detection unit; read data read from the detection unit; and a detection unit from the data introduction unit. A data read / comparison unit that compares the data before writing into the data write unit and outputs a signal when the data does not match, and the detection unit is formed below the data write unit.
【請求項2】放射線検出部がキャパシタを用いた記憶素
子からなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の放射線検出装置。
2. The radiation detecting apparatus according to claim 1, wherein said radiation detecting section comprises a storage element using a capacitor.
【請求項3】放射線検出部が半導体基板と逆の導電形を
有する不純物拡散層からなることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の放射線検出装置。
3. A radiation detecting apparatus according to claim 1, wherein said radiation detecting section comprises an impurity diffusion layer having a conductivity type opposite to that of said semiconductor substrate.
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