JP3036258B2 - 半導体放射線検出器 - Google Patents
半導体放射線検出器Info
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Description
シリコンとのヘテロ接合を用いた半導体放射線検出器に
関する。
て生成された空乏層に直接γ線、α線、β線、X線が、
あるいはそれらによって生ずる二次電子線が入射するこ
とによって起こる導電率の変化に伴う電流の変化を、電
気信号として取出す放射線検出器として、空乏層生成の
ためにpn接合を用いるもののほかに、非晶質シリコン
(以下a−Siと記す) と単結晶シリコン (以下c−Siと
記す) との間のヘテロ接合を利用したものが、Proc. 4t
h Sensor Synposium、Tsukuba (Institute of Electric
al Engineers of Japan 、Tokyo.1984) p.105 に矢部ら
によって発表されている。図2はそのような放射線検出
器の構造を示し、高抵抗率のp形c−Si基板1の上にa
−Si膜2を形成し、a−Si膜2の表面に上面電極4を、
基板1の裏面にp+ 層3を介して下面電極5をそれぞれ
Alで形成したものである。そして電極3が正、電極5が
負となる逆バイアスをヘテロ接合に印加して空乏層6を
生成する。
結晶のp形c−Siとa−Si膜とのヘテロ接合を用いた半
導体放射線検出器においては、不純物をドープしないa
−Si膜が用いられてきた。これは、p形c−Siと接合を
形成するためにa−Si膜としてはn形層が必要である
が、a−Si膜は不純物をドープしない状態でn形となる
こと、および電極形成部の下のヘテロ接合形成部の抵抗
成分を限度以下にし、しかも、電極形成されていない部
分の膜は単結晶シリコンの表面保護膜として、表面漏洩
電流を制限させる働きをさせるため、比抵抗が108 〜10
10Ωcmであることが望ましく、この条件を満たす膜が得
られるためであった。ところが、実際に検出器を製造す
ると、c−Siのライフタイムから予想される逆方向漏洩
電流に近い逆方向漏洩電流をもつ非常に優れた特性のも
のから、この漏洩電流とは桁違いに大きい漏洩電流をも
つものまで、特性のばらつきが非常に大きく、良品率も
低い状態であった。
方向漏洩電流の大きなばらつきを無くして、c−Siのラ
イフタイムから予想される逆方向漏洩電流に近い逆方向
漏洩電流を高い確率で実現する半導体放射線検出器を提
供することにある。
めに、本発明は、p形の高抵抗率c−Si基板の上にn形
のa−Si膜が被着し、c−Si基板裏面およびa−Si膜表
面それぞれに接触する電極を有する半導体放射線検出器
において、a−Si膜のc−Si基板との界面近傍にアクセ
プタがドープされたものとする。そして、ドープされた
アクセプタがほう素であること、そのほう素濃度が10〜
500ppmであること、a−Si膜がグロー放電によるCVD
法によって成膜され、ドープされたほう素濃度が10〜50
ppm であること、またa−Si膜がECRプラズマCVD
法によって成膜され、ドープされたほう素濃度が10〜50
0ppmであることが有効である。さらに、c−Si基板の電
極と接触する側の表面層にp形の低抵抗率の層が形成さ
れ、a−Si膜はその層のためのアクセプタのドーピング
の前に成膜されたことが有効である。
たばらついた原因は次のように考えられる。高抵抗率p
形c−Siとa−Si膜が接触してヘテロ接合を形成する場
合に、高抵抗率p形c−Siの仕事関数とa−Siの仕事関
数との差によって、c−Siの界面近傍のエネルギー帯に
曲がりが生ずる。ノンドープのa−Siとの接触の場合に
はこの曲がりが大きくて、p形c−Siのa−Siとの界面
近傍をn形に変え、界面に低抵抗のバイパスを形成する
ことになり、これが大きな逆方向漏洩電流を生じ、大き
なばらつきの原因となっている。従って、この高抵抗率
p形c−Siの界面近傍のエネルギー帯の曲がりを小さく
し、界面のバイパス形成を無くすれば、問題が解決する
はずである。その手段が高抵抗率p形c−Siとの界面近
傍のa−Si膜にアクセプタをドープし、a−Si膜の仕事
関数を大きくすることである。この場合に、a−Si膜が
p形に変わるとc−Si内での空乏層の拡がりに影響が出
て、放射線センサとしての特性に影響するので、a−Si
膜がp形に変わらない範囲でのアクセプタのドーピング
が行われる。
2に示した断面構造をもつが、厚さ400 μmで抵抗率10
〜20kΩcmのp形c−Si基板1の鏡面側にDCプラズマ
CVD法で厚さ1μmのa−Si膜2が成膜されている。
電極5が基板1にオーミック接触をとるために、p+ 層
3がDCプラズマドーピングによりジボラン (B2H6 )
をイオン化して形成してある。電極4および5は約1
μm厚のアルミ蒸着膜からなり、電極5は全面形成し、
電極4はマスク蒸着により必要な有感部のみに成膜して
いる。この素子に電極4に正、電極5に負になるよう電
圧を印加すると、空乏層6が形成され、この空乏層内で
放射線が生成した正孔電子対を電流として取り出して、
放射線を電流信号として取り出すことができる。本発明
により、モノシラン (SiH4 ) と水素の混合ガスを用い
てDCプラズマCVD法によりa−Si膜2の成膜を行う
前に、反応ガス中にB2 H6 を添加することにより、a
−Si膜2のc−Si基板1との界面近傍にほう素がドーピ
ングされる。もし、同一のプラズマ装置を用いてa−Si
膜2の成膜のためのプラズマCVDと、p+ 層3の形成
のためのプラズマドーピングを行う場合、p+ 層3形成
を行ったのちの装置でa−Si膜2の成膜を行うと、装置
の壁面等に付着したB2 H6 分子が反応ガスに混合して
ほう素のドーピングが行われる。しかし、a−Si膜2の
成膜前にp + 3の成膜を行うと、B2 H6 イオンが基板
1のa−Si膜2に接するべき表面側に廻り込んで付着す
るため、良好なヘテロ接合が形成できない。従って、同
一プラズマ装置で交互にa−Si膜の成膜とほう素ドーピ
ングを行う場合、同一の素子についてはa−Si膜の成膜
を先に行うことが必要である。
一プラズマ装置で交互に行う方法で行った素子の、a−
Si膜2とc−Si基板1との界面の図2A−A線断面にお
けるほう素濃度を、a−Si膜2の表面からの二次イオン
質量分析 (SIMS) によって得た結果である。図1か
ら、a−Si膜2のc−Si基板1との界面近傍に明らかに
ほう素が含まれていることが分かる。濃度は10〜20ppm
である。この濃度は、グロー放電CVD成膜によるa−
Si膜の文献によれば、a−Siがn形で高抵抗率である領
域であり、フェルミレベルがノンドープのa−Siのそれ
から0.1〜0.2eV、荷電子帯側に移動する領域である。
この素子の逆方向漏洩電流は、結晶のライフタイムと印
加電圧から推定できる空乏層6の厚さ及び電極4の面積
から推定できる逆方向漏洩電流に近い素子が高い良品率
(50%以上) で得られる。前工程でp+ 層形成をしてい
ない装置で成膜したa−Si膜を使用した素子は、逆方向
漏洩電流が大きくなって充分な素子特性が得られない。
上にa−Si膜を生成してヘテロ接合を形成する放射線セ
ンサでは、その界面近傍のa−Si膜にはアクセプタがド
ープされ、フェルミレベルが制御されることが重要であ
ることが分かる。上記の実施例は、DCプラズマCVD
法の場合について述べたが、RFプラズマCVD法の場
合はもちろん、他のa−Si形成技術においても同様の考
え方は有効である。例えば、ECRプラズマCVD法の
場合においても同様に実施できる。この場合は、現状の
技術レベルではドーピング効果がグロー放電CVD法ほ
どには制御できていないので、a−Si膜にドープされる
ほう素濃度がより高い濃度まで必要になり、10〜500ppm
程度となる。
にアクセプタをドーピングする方法は、同一プラズマ装
置を交互に使用する方法に限定されず、界面近傍のa−
Si膜に必要な濃度のアクセプタがドープされるならばど
のような方法をとってもよいことは当然である。
れば、高抵抗率p形c−Si基板上に生成されるa−Si膜
の界面近傍のフェルミレベルが素子特性、特に逆方向漏
洩電流に大きな影響を持ち、適当量のアクセプタをドー
プすることが必要不可欠であるを突き止め、それを制御
することにより、優れた特性の半導体放射線検出素子が
高い良品率で得られるようになった。
さ方向のほう素濃度分布図
図
Claims (6)
- 【請求項1】p形の高抵抗率単結晶シリコン基板の上に
n形の非晶質シリコン膜が被着し、単結晶シリコン基板
裏面および非晶質シリコン膜表面それぞれに接触する電
極を有するものにおいて、非晶質シリコン膜の単結晶シ
リコン基板との界面近傍にアクセプタがドープされたこ
とを特徴とする半導体放射線検出器。 - 【請求項2】ドープされたアクセプタがほう素である請
求項1記載の半導体放射線検出器。 - 【請求項3】ドープされたほう素濃度が10〜500ppmであ
る請求項2記載の半導体放射線検出器。 - 【請求項4】非晶質シリコン膜がグロー放電によるCV
D法によって成膜され、ドープされたほう素濃度が10〜
50ppm である請求項3記載の半導体放射線検出器。 - 【請求項5】非晶質シリコン膜がECRプラズマCVD
法によって成膜され、ドープされたほう素濃度が10〜50
0ppmである請求項3記載の半導体放射線検出器。 - 【請求項6】単結晶シリコン基板の電極と接触する側の
表面層にp形の低抵抗率の層が形成され、非晶質シリコ
ン膜はその層のためのアクセプタのドーピングの前に成
膜された請求項1ないし5のいずれかに記載の半導体放
射線検出器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4268994A JP3036258B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 半導体放射線検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4268994A JP3036258B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 半導体放射線検出器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH06120550A JPH06120550A (ja) | 1994-04-28 |
JP3036258B2 true JP3036258B2 (ja) | 2000-04-24 |
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ID=17466191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4268994A Expired - Fee Related JP3036258B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 半導体放射線検出器 |
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JP (1) | JP3036258B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
DE10217426B4 (de) * | 2002-04-18 | 2006-09-14 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Ortsauflösender Detektor für die Messung elektrisch geladener Teilchen und Verwendung des Detektors |
KR100689177B1 (ko) | 2002-10-07 | 2007-03-08 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 방사선 검출기 |
-
1992
- 1992-10-08 JP JP4268994A patent/JP3036258B2/ja not_active Expired - Fee Related
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