JP4138143B2 - Radiation detection element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用、工業用のX線のイメージングに用いられる放射線検出器に適用される放射線検出素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の放射線検出素子を図8に示す。この放射線検出素子はリーク電流を抑制するために、CdZnTeからなる放射線検出層11の一方側にp型不純物がドープされて形成されたZnTe層53、他方側にn型不純物がドープされて形成されたCdS層55を備えるPIN構造となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記放射線検出素子においては、放射線検出層11を形成するCdZnTeと、ZnTe層53を形成するZnTe及びCdS層55を形成するCdSの格子定数が異なることから各層の間の接合部に欠陥が生じ易く、大幅なリーク電流の抑制は困難であった。
【0004】
そこで、本発明は上記課題を解決した構成の放射線検出素子を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る放射線検出素子は、Cd、Zn及びTeからなる放射線検出層と、放射線検出層の一方側にp型不純物がドープされたCd、Zn及びTeからなるp層と、放射線検出層の他方側にn型不純物がドープされたCd、Se及びTeからなるn層とを備えることを特徴とする。このようにp層及びn層に格子定数が放射線検出層に近い材料を用いることにより、各層の間の接合欠陥を減少させることができる。
【0006】
上記放射線検出素子において、n層はI又はClがドープされて形成されていることを特徴としても良い。このようにn型不純物としてI又はClを用いることにより容易に上記放射線検出素子を製造できる。
【0007】
上記放射線検出素子において、p層はN又はNaがドープされて形成されていることを特徴としても良い。このようにp型不純物としてN又はNaを用いることにより容易に上記放射線検出素子を製造できる。
【0008】
上記放射線検出素子において、放射線検出層及びp層を形成するCdとZnの成分比率はCdxZn1-xTeにおいて、0.01≦x≦0.5であり、n層を形成するSeとTeの成分比率はCdSeyTe1-yにおいて、0.01≦y≦0.5であることを特徴としても良い。このような原子の比率とすることにより容易に格子定数の近いPIN構造の層を形成できる。
【0009】
上記放射線検出素子において、n層は化学気相成長法により、20℃から170℃の温度条件下で成長されたことを特徴としても良い。このような構成とすることによりn層の特性を良質に保つことができる。
【0010】
また上記放射線検出素子において、p層に代えて、放射線検出層の一方側にAu又はPtを材料とするショットキー電極を設けたことを特徴としても良い。このようにすることにより放射線検出素子を容易に製造できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光電変換素子の好適な実施形態を図を用いて説明する。
【0012】
図1は、実施形態の放射線検出素子10を示す断面図である。放射線検出層11は、厚さ1mm、抵抗1010Ω・cmの単結晶Cd0.9Zn0.1Teから形成され、その一方側、すなわち図1における上面にはp型不純物をドープすることでp型のCd0.9Zn0.1Te層13が形成されており、放射線検出層11の他方側、すなわち図1における下面にはn型不純物をドープすることでn型のCdSe0.1Te0.9層15が形成されている。
【0013】
図2は、各物質の格子定数を示した図である。図2に示すように放射線検出層11を形成するCd0.9Zn0.1TeとCdSe0.1Te0.9とは近い格子定数を有することがわかる。従って、CdSe0.1Te0.9を用いてn層を形成し、放射線検出層11と同じ材料でp層を形成することにより、格子定数の相違による接合欠陥を減少させることができ、大幅にリーク電流を抑制できる。
【0014】
図3は、印加電圧に対するリーク電流量を本実施形態と従来品を比較して示した図である。図3において、実線21は本実施形態の放射線検出素子10の印加電圧に対するリーク電流量、点線22はp層、n層を有しない放射線検出素子10の印加電圧に対するリーク電流量を示す。図3に示すように本実施形態の放射線検出素子10は、p層、n層を有していない放射線検出素子10に比べて大幅にリーク電流を抑制していることがわかる。
【0015】
次に、本実施形態の放射線検出素子10の作動について図を用いて説明する。図4は、本実施形態の放射線検出素子10をCANパッケージに実装した放射線検出器30の例を示す図である。放射線検出器30は、図4に示すように上部に放射線入射窓45を有するパッケージ43の底面にセラミック基板41が配置され、このセラミック基板41の上面に、両側に電極を有する放射線検出素子10が配置され構成されている。放射線検出素子10のセラミック基板41側に設けられたAl電極19はAuワイヤ47により+電位リードピン39に接続されており、放射線検出素子10のセラミック基板41と反対側に設けられたAu電極17はAuワイヤ47により−電位リードピン37に接続されている。
【0016】
この放射線検出器30は、+電位リードピン39と−電位リードピン37との間に高電圧を印加し、放射線入射窓45から入射した放射線により励起された電子が両リードピンの間に流れる電気信号変化を読み取るものである。本実施形態の放射線検出素子10を用いてリーク電流を減少させることにより読み取りの精度向上を図ることができる。
【0017】
以上、本発明に係る放射線検出素子の実施形態について詳細に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、p型のCd0.9Zn0.1Te層に代えて、放射線検出層の一方側にAu又はPtを材料とするショットキー電極を設けても良い。このようにすることによって、放射線検出素子を容易に製造することができる。
【0018】
次に、上記実施形態の放射線検出素子10の製造方法について説明する。図5は水素プラズマMOCVD装置を示す図、図6はレーザー照射用チャンバーを示す図、図7はレーザーアニール装置を示す図であり、これらは本実施形態に係る放射線検出素子10の製造プロセスに用いられる。
【0019】
まず、表面をエッチング処理した厚さ1mm、抵抗1010Ω・cmの単結晶Cd0.9Zn0.1Te基板上に、プラズマを利用した水素ラジカル励起MOCVD法によりCdSe0.1Te0.9層を成長させる。具体的には、まず単結晶Cd0.9Zn0.1Te基板11を図5に示すMOCVD装置100のサセプタ117上にセットし、ガス導入管101からDMCd、DETeを、ガス導入管103からSeH2、n−BtIを材料ガスとしてMOCVD装置100内に導入する。なお、それぞれのガス導入速度は、DMCd=24μmol/min、DETe=12μmol/min、SeH2=6μmol/min、n−BtI=1μmol/minとし、MOCVD装置100内のガス圧力は0.2Torrになるように排気管105からのガスの排気速度を調整する。
【0020】
次に、MOCVD装置100に接続されたノズル113から、10sccmの流量で水素ガスを導入する。導入された水素ガスは、高周波コイル115でプラズマ励起され水素ラジカルとなってCd0.9Zn0.1Te基板11表面に到達し、そこで材料ガスと反応する。このようにして反応したガスによりCd0.9Zn0.1Te基板11表面にn型不純物をドープされたCdSe0.1Te0.9からなるn層が形成される。この時、Cd0.9Zn0.1Te基板11表面に形成されるn層の膜圧を制御するために、レーザー107より光を出射しCd0.9Zn0.1Te基板11での反射光をフォトダイオード109で受光することにより、形成されるn層の膜圧を測定している。この反応中におけるCd0.9Zn0.1Te基板11の温度はヒーター121により20℃〜170℃に保たれる。これは170℃以上の基板温度ではCd0.9Zn0.1Te基板11の特性が劣化し、リーク電流が増大する結果となってしまうためである。
【0021】
次に、レーザードーピングによりp型のCd0.9Zn0.1Te層を形成する。具体的には上記CdSe0.1Te0.9を堆積した面とは反対側の面に真空蒸着法によりNa2Teを30nm蒸着する。その後、基板11を図6に示ような上部に光を導入するための窓133を有するレーザー照射用チャンバー130のサセプタ131上に移動すると共にレーザー照射時にNa2Teが蒸発しない様に、Na2Teを蒸着した面には石英ガラスを置き、レーザー照射用チャンバー130内は窒素雰囲気で3気圧に保つ。
【0022】
次に、KrFエキシマレーザー143を用いてNa2Te蒸着面をレーザーアニーリングする。図7に示すようにKrFエキシマレーザー143から発光される光はミラー145及びレンズ147を介してレーザー照射用チャンバー130に導入される。またエキシマレーザー143の制御はコントローラー141によって行われる。エキシマレーザー143を利用したレーザーアニーリングによりCd0.9Zn0.1Te基板の表面にはNaがドープされ、p型のCd0.9Zn0.1Te層が形成され、上記実施形態の放射線検出素子10が完成される。なお、ここで用いるKrFエキシマレーザー143はλ=248nm、パルス幅=20nsのレーザー光を発光する。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、放射線検出層であるCdZnTeの格子定数とほぼ同じ格子定数を持つCdSeTe及びCdZnTeをn層、p層にそれぞれ用いることにより、各層間の接合部分の欠陥を減少させ、ひいてはリーク電流を大幅に減少させる構成の放射線検出素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の放射線検出素子を示す図である。
【図2】各物質の格子定数を示した図である。
【図3】印加電圧に対するリーク電流量を示す図である。
【図4】実施形態の放射線検出素子を実装した放射線検出器を示す図である。
【図5】水素プラズマMOCVD装置を示す図である。
【図6】レーザー照射用チャンバーを示す図である。
【図7】レーザーアニール装置を示す図である。
【図8】従来の放射線検出素子を示す図である。
【符号の説明】
10・・・放射線検出素子、11・・・放射線検出層、13・・・p型のCd0.9Zn0.1Te層、15・・・n型のCdSe0.1Te0.9層、17・・・Au電極、19・・・Al電極、21・・・本実施形態の放射線検出素子の印加電圧に対するリーク電流量、22・・・p層、n層を有しない放射線検出素子の印加電圧に対するリーク電流量、30・・・放射線検出器、37・・・−電位リードピン、39・・・+電位リードピン、41・・・セラミック基板、43・・・パッケージ、45・・・放射線入射窓、47・・・Auワイヤ、53・・・ZnTe層、55・・・CdS層、100・・・MOCVD装置、101、103・・・ガス導入管、105・・・ガス排出管、107・・・レーザー、109・・・フォトダイオード、113・・・ノズル、115・・・高周波コイル、117・・・サセプタ、121・・・ヒーター、130・・・レーザー照射用チャンバー、131・・・サセプタ、133・・・窓、141・・・コントローラー、143・・・KrFエキシマレーザー、145・・・ミラー、147・・・レンズ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radiation detection element applied to a radiation detector used for medical and industrial X-ray imaging.
[0002]
[Prior art]
A conventional radiation detection element is shown in FIG. This radiation detection element is formed by doping a p-type impurity on one side of a
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the radiation detection element, since the lattice constants of CdZnTe forming the
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide a radiation detection element having a configuration that solves the above problems.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A radiation detection element according to the present invention includes a radiation detection layer made of Cd, Zn, and Te, a p layer made of Cd, Zn, and Te doped with a p-type impurity on one side of the radiation detection layer, and a radiation detection layer And an n layer made of Cd, Se, and Te doped with an n-type impurity on the other side. Thus, by using a material having a lattice constant close to that of the radiation detection layer for the p layer and the n layer, junction defects between the layers can be reduced.
[0006]
In the radiation detection element, the n layer may be formed by being doped with I or Cl. Thus, the radiation detecting element can be easily manufactured by using I or Cl as the n-type impurity.
[0007]
In the radiation detection element, the p layer may be formed by doping N or Na. Thus, the radiation detecting element can be easily manufactured by using N or Na as the p-type impurity.
[0008]
In the radiation detection element, the component ratio of Cd and Zn forming the radiation detection layer and the p layer is 0.01 ≦ x ≦ 0.5 in Cd x Zn 1-x Te, and Se forming the n layer The component ratio of Te may be 0.01 ≦ y ≦ 0.5 in CdSe y Te 1-y . By using such an atomic ratio, a PIN structure layer having a close lattice constant can be easily formed.
[0009]
In the radiation detection element, the n layer may be grown under a temperature condition of 20 ° C. to 170 ° C. by chemical vapor deposition. By adopting such a configuration, the characteristics of the n layer can be kept high.
[0010]
In the radiation detection element, a Schottky electrode made of Au or Pt may be provided on one side of the radiation detection layer instead of the p layer. By doing in this way, a radiation detection element can be manufactured easily.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of a photoelectric conversion element according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a
[0013]
FIG. 2 shows the lattice constant of each substance. As can be seen from FIG. 2, Cd 0.9 Zn 0.1 Te and CdSe 0.1 Te 0.9 forming the
[0014]
FIG. 3 is a diagram showing the amount of leakage current with respect to the applied voltage in comparison between the present embodiment and the conventional product. In FIG. 3, the
[0015]
Next, the operation of the
[0016]
The
[0017]
As mentioned above, although embodiment of the radiation detection element which concerns on this invention has been described in detail, this invention is not limited to the said embodiment. For example, instead of the p-type Cd 0.9 Zn 0.1 Te layer, a Schottky electrode made of Au or Pt may be provided on one side of the radiation detection layer. By doing in this way, a radiation detection element can be manufactured easily.
[0018]
Next, the manufacturing method of the
[0019]
First, a CdSe 0.1 Te 0.9 layer is grown on a single-crystal Cd 0.9 Zn 0.1 Te substrate having a thickness of 1 mm and a resistance of 10 10 Ω · cm by etching the surface by hydrogen radical excitation MOCVD using plasma. Specifically, first, the single crystal Cd 0.9 Zn 0.1 Te substrate 11 is set on the
[0020]
Next, hydrogen gas is introduced from the
[0021]
Next, a p-type Cd 0.9 Zn 0.1 Te layer is formed by laser doping. Specifically, Na 2 Te is vapor-deposited with a thickness of 30 nm by a vacuum vapor deposition method on the surface opposite to the surface on which the CdSe 0.1 Te 0.9 is deposited. Thereafter, as Na 2 Te does not evaporate during laser irradiation while moving on the
[0022]
Next, laser annealing is performed on the Na 2 Te deposition surface using a
[0023]
【The invention's effect】
According to the present invention, by using CdSeTe and CdZnTe, which have substantially the same lattice constant as that of CdZnTe, which is the radiation detection layer, in the n layer and the p layer, respectively, the defects at the junctions between the respective layers are reduced, and hence the leakage. A radiation detection element having a configuration that greatly reduces the current can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a radiation detection element according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing lattice constants of each substance.
FIG. 3 is a diagram illustrating a leakage current amount with respect to an applied voltage.
FIG. 4 is a view showing a radiation detector on which the radiation detection element of the embodiment is mounted.
FIG. 5 is a diagram showing a hydrogen plasma MOCVD apparatus.
FIG. 6 is a view showing a laser irradiation chamber.
FIG. 7 is a diagram showing a laser annealing apparatus.
FIG. 8 is a diagram showing a conventional radiation detection element.
[Explanation of symbols]
10 ... radiation detecting element, 11 ... radiation detection layer, 13 ... p-type Cd 0.9 Zn 0.1 Te layer, 15 ... n-type CdSe 0.1 Te 0.9 layer, 17 ... Au electrode, 19 ... Al electrode, 21 ... Leakage current amount with respect to the applied voltage of the radiation detection element of the present embodiment, 22 ... Leakage current amount with respect to the applied voltage of the radiation detection element having no p-layer and n-layer, 30 ... Radiation detector, 37 ...-Potential lead pin, 39 ... + Potential lead pin, 41 ... Ceramic substrate, 43 ... Package, 45 ... Radiation entrance window, 47 ...
Claims (5)
前記放射線検出層の一方側にp型不純物がドープされたCd、Zn及びTeからなるp層と、
前記放射線検出層の他方側にn型不純物がドープされたCd、Se及びTeからなるn層と、
を備え、
前記放射線検出層及び前記p層を形成するCdとZnの成分比率はCd 1-x Zn x Teにおいて、
0.01≦x≦0.5であり、
前記n層を形成するSeとTeの成分比率はCdSe y Te 1-y において、
0.01≦y≦0.5である
ことを特徴とする放射線検出素子。A radiation detection layer comprising Cd, Zn and Te;
A p layer made of Cd, Zn and Te doped with a p-type impurity on one side of the radiation detection layer;
An n layer made of Cd, Se and Te doped with an n-type impurity on the other side of the radiation detection layer;
Equipped with a,
The component ratio of Cd and Zn forming the radiation detection layer and the p layer is Cd 1-x Zn x Te.
0.01 ≦ x ≦ 0.5,
The component ratio of Se and Te forming the n layer is CdSe y Te 1-y .
0.01 <y <0.5, The radiation detection element characterized by the above-mentioned.
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