JP4138673B2 - Diamond sensor - Google Patents

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本発明は、太陽光の影響を受けずに紫外線等の短波長光線、並びにα線、β線、γ線及びX線等の電離放射線を検知するダイヤモンド薄膜を使用したダイヤモンドセンサに関し、特に、高配向ダイヤモンド薄膜を使用したダイヤモンドセンサに関する。   The present invention relates to a diamond sensor using a diamond thin film that detects short-wavelength light such as ultraviolet rays and ionizing radiation such as α-rays, β-rays, γ-rays, and X-rays without being affected by sunlight. The present invention relates to a diamond sensor using an oriented diamond thin film.

科学技術の発達に伴い、従来は使用される機会が少なかった250nm以下の短波長領域の光を工業目的で使用する機会が増えている。例えば、殺菌及びオゾン洗浄等では、250nm近傍領域及びそれよりも短波長の光が使用されている。また、次世代LSIを製造するための微細加工技術においては、ArFレーザをはじめとする200nmよりも短い波長領域の光がリソグラフィに適用され始めている。更に、CD及びDVD等の記録媒体においても、記録密度を増大させることを目的として、可視光領域よりも短い波長の光の適用が検討されている。更にまた、放射光施設から放射される軟X線、及びα線等の粒子線の利用も実用化の域に達しようとしている。このため、250nm以下の短波長領域の光を精度よく観測する手段の重要性が増している。   With the development of science and technology, the opportunity to use light in the short wavelength region of 250 nm or less, which has been rarely used in the past, for industrial purposes is increasing. For example, in sterilization and ozone cleaning, light in the vicinity of 250 nm and shorter wavelengths is used. Further, in a microfabrication technique for manufacturing a next-generation LSI, light in a wavelength region shorter than 200 nm including an ArF laser has begun to be applied to lithography. Further, in recording media such as CDs and DVDs, the application of light having a wavelength shorter than the visible light region has been studied for the purpose of increasing the recording density. Furthermore, the use of soft X-rays emitted from synchrotron radiation facilities and particle beams such as α-rays is about to reach practical use. For this reason, the importance of means for accurately observing light in a short wavelength region of 250 nm or less is increasing.

一般に、紫外線等の可視光よりも短い波長を観測する場合、太陽光等の光は誤動作の原因になるため、不感であることが望ましい。また、紫外線領域の光はエネルギーレベルが高いため、再現性がよく、長期間にわたって安定した観測を行うためには、高い耐久性が求められる。   In general, when observing wavelengths shorter than visible light such as ultraviolet rays, it is desirable that light such as sunlight is insensitive because it causes malfunction. In addition, since light in the ultraviolet region has a high energy level, it has good reproducibility and high durability is required to perform stable observation over a long period of time.

そこで、近時、ダイヤモンド薄膜を使用したダイヤモンド薄膜を使用した紫外線センサが提案されている(例えば、非特許文献1乃至5参照)。ダイヤモンド薄膜は、耐熱性及び耐久性が優れ、バンドギャップが広い半導体として性質を持つため、低コストで、信頼性が高いセンサを実現することができる。このダイヤモンド薄膜を使用した半導体センサは、従来のバンドギャップが狭いシリコン等と波長フィルタとを組み合わせたセンサ素子よりも耐久性が優れており、更に、従来の光電管等を使用したセンサに比べて小型化及び軽量化ができると共に複雑な回路構成が不要になるという利点がある。   Therefore, recently, an ultraviolet sensor using a diamond thin film using a diamond thin film has been proposed (for example, see Non-Patent Documents 1 to 5). A diamond thin film is excellent in heat resistance and durability and has a property as a semiconductor having a wide band gap. Therefore, a low-cost and highly reliable sensor can be realized. This semiconductor sensor using diamond thin film has better durability than a sensor element that combines a wavelength filter with silicon having a narrow band gap, and is smaller than a sensor using a conventional phototube. There is an advantage that it can be reduced in weight and weight and a complicated circuit configuration is not required.

非特許文献1乃至5に記載の従来のダイヤモンドセンサにおいては、製造コストを抑えるために、多結晶ダイヤモンド薄膜が使用されている。その構造としては、例えば、ダイヤモンド薄膜表面に1対の電極を設けた平面型がある。図3は従来の平面型構造のダイヤモンドセンサを模式的示す断面図である。図3に示す従来の平面型ダイヤモンドセンサ100は、例えば、Al等の絶縁性基板101上に、多結晶ダイヤモンド薄膜102が形成されており、この多結晶ダイヤモンド薄膜102の表面には、金等により1対の櫛形電極103が形成されている。 In the conventional diamond sensors described in Non-Patent Documents 1 to 5, a polycrystalline diamond thin film is used to reduce the manufacturing cost. As the structure, for example, there is a planar type in which a pair of electrodes is provided on the surface of a diamond thin film. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a conventional planar structure diamond sensor. In the conventional flat diamond sensor 100 shown in FIG. 3, a polycrystalline diamond thin film 102 is formed on an insulating substrate 101 such as Al 2 O 3 , for example. A pair of comb-shaped electrodes 103 is formed of gold or the like.

この従来の平板型ダイヤモンドセンサ100においては、光が照射されると多結晶ダイヤモンド薄膜101中で電子−正孔対が生成し、櫛形電極102間にバイアス電圧を印加することにより、この電子−正孔対を各々の電極で補集して電気信号として検知する。なお、このような構成のダイヤモンドセンサは、一般にフォトコンダクダーと呼ばれており、光が照射されていないときは絶縁性であり、光が照射されると導電性に変化するという特性を有する。   In this conventional flat diamond sensor 100, when light is irradiated, electron-hole pairs are generated in the polycrystalline diamond thin film 101, and a bias voltage is applied between the comb-shaped electrodes 102, whereby the electron-positive pair is detected. A hole pair is collected by each electrode and detected as an electrical signal. The diamond sensor having such a configuration is generally called a photoconductor, and has a characteristic that it is insulative when it is not irradiated with light and changes to conductivity when irradiated with light.

この平面型構造のダイヤモンドセンサ100は、欠陥密度及び欠陥粒界が低い良質のダイヤモンド薄膜を使用することができるため、優れた精度が得られる。しかしながら、ダイヤモンドセンサ100は、その表面における1対の櫛形電極103間の領域において、検知層であるダイヤモンド薄膜102が露出しているため、波長が200nm以下の短波長領域の光を測定する場合、以下に示す問題が生じる。   Since the diamond sensor 100 having the planar structure can use a high-quality diamond thin film having a low defect density and a low defect grain boundary, excellent accuracy can be obtained. However, in the diamond sensor 100, since the diamond thin film 102 as the detection layer is exposed in the region between the pair of comb electrodes 103 on the surface, when measuring light in a short wavelength region having a wavelength of 200 nm or less, The following problems arise.

先ず、第1に、紫外線等の短波長領域の光はエネルギーレベルが高いため、照射中に雰囲気中に存在する有機物が分解されて、センサ表面に付着する虞がある。センサ表面に有機物等が付着すると、光の入射量が減るため、検出される信号強度が低下する。また、第2に、センサ表面には水が吸着していることがあるが、強い紫外線を受けると、センサ表面に吸着している水が解離してイオン化する。このようなイオンは、電極間に印加される電界によって、センサ表面を容易に、且つゆっくりと移動するため、電気抵抗が低下する原因となる。このような場合には、紫外線照射開始又は終了時において数百秒以上の時間的な出力変化が観測され、光の強度に応じた出力が得られない。   First, since light in a short wavelength region such as ultraviolet rays has a high energy level, there is a risk that organic substances present in the atmosphere are decomposed during irradiation and adhere to the sensor surface. When an organic substance or the like adheres to the sensor surface, the amount of incident light is reduced, and the detected signal intensity is reduced. Second, water may be adsorbed on the sensor surface, but when it receives strong ultraviolet rays, the water adsorbed on the sensor surface is dissociated and ionized. Such ions easily and slowly move on the sensor surface due to the electric field applied between the electrodes, causing a decrease in electrical resistance. In such a case, a temporal output change of several hundred seconds or more is observed at the start or end of ultraviolet irradiation, and an output corresponding to the light intensity cannot be obtained.

一般に、シリコン等のダイヤモンド以外の半導体材料を使用する場合、ショットキー接合又はpn接合によって形成された空乏層を利用したフォトダイオードタイプのセンサが適用されている。このフォトダイオードタイプのセンサは、検知層である空乏層が固体素子内に形成されるため外乱の影響を受けにくく、また、高い電界が効率よく空乏層のみにかかるため良好な特性を得やすい等の特徴がある。しかしながら、ダイヤモンド薄膜の場合、良好なショットキー接合又はpn接合を形成することが困難であるため、この構成を適用することはできない。   In general, when a semiconductor material other than diamond such as silicon is used, a photodiode type sensor using a depletion layer formed by a Schottky junction or a pn junction is applied. This photodiode type sensor is less susceptible to disturbance because the depletion layer, which is the detection layer, is formed in the solid element, and it is easy to obtain good characteristics because a high electric field is applied only to the depletion layer efficiently. There are features. However, in the case of a diamond thin film, it is difficult to form a good Schottky junction or pn junction, so this configuration cannot be applied.

また、センサ表面への外部からの影響をなくすため、センサ表面をシリカ及びアルミナ等で覆う方法があるが、この方法では、ダイヤモンドの特性である耐久性を低下させる虞があるため、実用的ではない。   In addition, there is a method of covering the sensor surface with silica, alumina, etc. in order to eliminate the influence on the sensor surface from the outside, but this method may reduce the durability, which is a characteristic of diamond, so it is not practical. Absent.

更に、導電性基板上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜の表面に電極を設けた縦型構造のダイヤモンドセンサも報告されている。図4は従来の縦型構造のダイヤモンドセンサを模式的示す断面図である。図4に示すように、従来の縦型ダイヤモンドセンサ104は、例えば、低抵抗シリコン等の導電性基板105上に、多結晶ダイヤモンド薄膜102が形成されており、この多結晶ダイヤモンド薄膜102の表面を覆うように、金等により厚さ200Å程度の電極106が形成されている。そして、この縦型ダイヤモンドセンサ104においては、導電性基板105と電極106との間にバイアス電圧が印加される。   Furthermore, a diamond sensor having a vertical structure in which an electrode is provided on the surface of a polycrystalline diamond thin film formed on a conductive substrate has been reported. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a conventional diamond sensor having a vertical structure. As shown in FIG. 4, in a conventional vertical diamond sensor 104, for example, a polycrystalline diamond thin film 102 is formed on a conductive substrate 105 such as low-resistance silicon. An electrode 106 having a thickness of about 200 mm is formed of gold or the like so as to cover it. In the vertical diamond sensor 104, a bias voltage is applied between the conductive substrate 105 and the electrode 106.

この縦型ダイヤモンドセンサ104は、センサ表面へ有機物及び水等が吸着した場合の影響は比較的少ない。しかしながら、気相合成法により多結晶ダイヤモンド薄膜102を形成した場合に、基板105付近に高密度な結晶粒界が生じるため、結晶欠陥の密度が高くなり、良好な特性を得ることができないという問題点がある。また、ダイヤモンド膜を厚くしてその裏面側を研磨することにより、結晶欠陥を低減することは可能であるが、この方法は膨大なコストがかかるため、量産向けセンサへの適用は困難である。   This vertical diamond sensor 104 has a relatively small influence when organic substances, water, and the like are adsorbed on the sensor surface. However, when the polycrystalline diamond thin film 102 is formed by the vapor phase synthesis method, a high-density crystal grain boundary is generated in the vicinity of the substrate 105, so that the density of crystal defects becomes high and good characteristics cannot be obtained. There is a point. Further, it is possible to reduce crystal defects by increasing the thickness of the diamond film and polishing the back side thereof, but this method is enormously expensive and difficult to apply to a sensor for mass production.

一方、本発明者等は、ダイヤモンドの成長初期、即ち、基板とダイヤモンド膜との界面近傍に発生する高密度の結晶欠陥及び結晶粒界を避ける方法を提案している(特許文献1参照)。図5は特許文献1に記載のダイヤモンド素子を模式的に示す断面図である。図5に示すように、特許文献1に記載のダイヤモンド膜の製造方法においては、基板111上に第1のダイヤモンド膜112を成膜し、その上に複数の孔113を有する金属膜114を成膜した後、第2のダイヤモンド層115を成膜することにより、第2のダイヤモンド層115内に結晶欠陥及び結晶粒界が生じることを防いでいる。なお、図5において、ダイヤモンド層112及び115内の縦線は粒界を示している。   On the other hand, the present inventors have proposed a method of avoiding high-density crystal defects and crystal grain boundaries that occur at the initial stage of diamond growth, that is, near the interface between the substrate and the diamond film (see Patent Document 1). FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the diamond element described in Patent Document 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 5, in the method of manufacturing a diamond film described in Patent Document 1, a first diamond film 112 is formed on a substrate 111, and a metal film 114 having a plurality of holes 113 is formed thereon. After the film formation, the second diamond layer 115 is formed to prevent crystal defects and crystal grain boundaries from being generated in the second diamond layer 115. In FIG. 5, the vertical lines in the diamond layers 112 and 115 indicate the grain boundaries.

特開2001−233695号公報JP 2001-233695 A S. SM. Chan、外3名,「UV Photodetectors from Thin Film Diamond」,“Phys. Stat. Sol. (a)”,1996年,第154巻,p.445−454S. SM. Chan, 3 others, “UV Photodetectors from Thin Film Diamond”, “Phys. Stat. Sol. (A)”, 1996, Vol. 154, p. 445-454 R. D. McKeag、外1名,「Diamond UV photodetectors : sensitivity and speed for visible blind applications」,“Diamond and Related Materials”,1998年,第7巻,p.513−518R. D. McKeag, 1 other, “Diamond UV features: sensitivity and speed for visible blind applications”, “Diamond and Related Materials”, 1998, Vol. 7, p. 513-518 R. D. McKeag、外2名,「Polycrystalline diamond photoconductive device with high UV-visible discrimination」,“Appl. Phys. Lett. ”,1995年,第67巻,p.2117−2119R. D. McKeag, two others, “Polycrystalline diamond photoconductive device with high UV-visible discrimination”, “Appl. Phys. Lett.”, 1995, Vol. 67, p. 2117-2119 Michael D. Whitfield、外5名,「Diamond photodetectors for next generation 157-nm deep-UV photolithography tools」,“Diamond and Related Materials”,2001年,第10巻,p.693−697Michael D. Whitfield, 5 others, “Diamond features for next generation 157-nm deep-UV photolithography tools”, “Diamond and Related Materials”, 2001, Vol. 10, p. 693-697 曽木忠幸、外3名,「ダイヤモンドを用いた紫外線検出素子」,“第6回ダイヤモンドシンポジウム講演要旨集”,1992年、p.88−89Tadayuki Kashiwagi and three others, “Ultraviolet detector using diamond”, “Summary of the 6th Diamond Symposium”, 1992, p. 88-89

しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。特許文献1に記載のダイヤモンド素子110をダイヤモンドセンサに適用した場合、第1のダイヤモンド層112と第2のダイヤモンド層115との間に設けられた金属膜114が、高温で凝集しやすいという問題点がある。また、この金属膜113には複数の孔113が形成されているが、このような孔を形成するためには複雑な工程が必要であり、更に、金属膜114を検知層である第2のダイヤモンド層115で完全に覆うためには長時間成膜しなくてはならない等の問題点がある。このような問題点から、特許文献1に記載のダイヤモンド素子110を、量産向け低コストセンサに適用することは困難である。   However, the conventional techniques described above have the following problems. When the diamond element 110 described in Patent Document 1 is applied to a diamond sensor, the metal film 114 provided between the first diamond layer 112 and the second diamond layer 115 tends to aggregate at a high temperature. There is. In addition, a plurality of holes 113 are formed in the metal film 113, but a complicated process is required to form such holes, and the metal film 114 is a second detection layer. In order to completely cover with the diamond layer 115, there is a problem that the film must be formed for a long time. Due to such problems, it is difficult to apply the diamond element 110 described in Patent Document 1 to a low-cost sensor for mass production.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、結晶欠陥が少なく、且つ低コストで製造可能な紫外線等の短波長領域の光を検出するダイヤモンドセンサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a diamond sensor that detects light in a short wavelength region such as ultraviolet rays that can be manufactured at low cost with few crystal defects.

本発明のダイヤモンドセンサは、基板と、前記基板上に形成された第1の絶縁性ダイヤモンド層と、前記第1の絶縁性ダイヤモンド層上に形成されこの第1の絶縁性ダイヤモンド層よりも厚さが薄い導電性ダイヤモンド層と、この導電性ダイヤモンド層上に形成された第2の絶縁性ダイヤモンド層と、この第2の絶縁性ダイヤモンド層上に形成された表面電極と、を有し、前記第2の絶縁性ダイヤモンド層に入射した光により生成したキャリアが、前記導電性ダイヤモンド層と前記表面電極との間に印加されたバイアス電圧により補集され、前記キャリアの補集量に応じた電気信号が出力されることを特徴とする。   The diamond sensor according to the present invention includes a substrate, a first insulating diamond layer formed on the substrate, and a thickness greater than the first insulating diamond layer formed on the first insulating diamond layer. Comprises a thin conductive diamond layer, a second insulating diamond layer formed on the conductive diamond layer, and a surface electrode formed on the second insulating diamond layer, The carriers generated by the light incident on the insulating diamond layer 2 are collected by a bias voltage applied between the conductive diamond layer and the surface electrode, and an electric signal corresponding to the amount of the collected carriers. Is output.

本発明においては、第1及び第2の絶縁性ダイヤモンド層の間に導電性ダイヤモンド層を設けているため、この導電性ダイヤモンド層上に形成される第2の絶縁性ダイヤモンド層に結晶粒界が生じることを抑制することができる。また、前記導電性ダイヤモンド層を電極として使用し、前記第2の絶縁性ダイヤモンド層を検知層にして、縦型構造のセンサにすることにより、検出層中の結晶欠陥密度を低減することができる。更に、電極である導電性ダイヤモンド層には開口部等は不要であり、特許文献1に記載の従来のダイヤモンド素子に比べて製造工程を簡素化することができるため、低コストで製造することができる。   In the present invention, since a conductive diamond layer is provided between the first and second insulating diamond layers, crystal grain boundaries are formed in the second insulating diamond layer formed on the conductive diamond layer. It is possible to suppress the occurrence. Moreover, the density of crystal defects in the detection layer can be reduced by using the conductive diamond layer as an electrode and using the second insulating diamond layer as a detection layer to form a sensor having a vertical structure. . Further, the conductive diamond layer as an electrode does not require an opening or the like, and the manufacturing process can be simplified as compared with the conventional diamond element described in Patent Document 1, so that it can be manufactured at low cost. it can.

前記第1及び第2の絶縁性ダイヤモンド層並びに前記導電性ダイヤモンド層は、例えば、気相合成された多結晶ダイヤモンドにより形成されている。これにより、制御性が優れたダイヤモンド層を、安定して形成することができる。   The first and second insulating diamond layers and the conductive diamond layer are made of, for example, vapor-phase synthesized polycrystalline diamond. Thereby, the diamond layer excellent in controllability can be formed stably.

また、前記第2の絶縁性ダイヤモンド層は、表面が(100)面であり、結晶粒子が前記基板に対して一方向に配向している高配向性ダイヤモンド層であることが好ましい。なお、高配向性ダイヤモンド層とは、多結晶ダイヤモンドにおける結晶粒子の成長方向及び面内方向が共に基板面に対して一定方向に配向しているものである。また、その表面は平坦な(001)ファセットが並ぶ特徴的な表面形態をとっている。このため、この膜の表面近傍における結晶欠陥密度は、一般的な多結晶膜に比べて小さく、キャリア移動度は1桁程度大きくなるため、従来のダイヤモンドセンサに比べて検知性能が向上する。   Further, the second insulating diamond layer is preferably a highly oriented diamond layer having a (100) surface and crystal grains oriented in one direction with respect to the substrate. A highly oriented diamond layer is one in which the crystal grain growth direction and in-plane direction of polycrystalline diamond are both oriented in a fixed direction with respect to the substrate surface. The surface has a characteristic surface form in which flat (001) facets are arranged. For this reason, the crystal defect density in the vicinity of the surface of this film is smaller than that of a general polycrystalline film, and the carrier mobility is increased by an order of magnitude, so that the detection performance is improved as compared with the conventional diamond sensor.

更に、前記基板は導電性であり、前記導電性ダイヤモンド層は前記第1の絶縁性ダイヤモンド層を覆うように形成され、前記基板と前記導電性ダイヤモンド層とは電気的に接続されていてもよい。これにより、各ダイヤモンド層を形成する際に、フォトリソグラフィー工程を省略することができるため、センサを低コストで製造することができる。   Further, the substrate may be conductive, the conductive diamond layer may be formed so as to cover the first insulating diamond layer, and the substrate and the conductive diamond layer may be electrically connected. . Thereby, when forming each diamond layer, since a photolithography process can be skipped, a sensor can be manufactured at low cost.

更にまた、前記導電性ダイヤモンド層は、例えば、ホウ素が添加されたp型半導体ダイヤモンドにより形成されていてもよく、その厚さは、0.05乃至2.00μmであることが好ましい。これにより、センサ感度が向上する。   Furthermore, the conductive diamond layer may be formed of, for example, p-type semiconductor diamond to which boron is added, and the thickness is preferably 0.05 to 2.00 μm. Thereby, sensor sensitivity improves.

本発明によれば、第1及び第2の絶縁性ダイヤモンド層の間に導電性ダイヤモンド層を設け、導電性ダイヤモンド層を電極とし、第2の絶縁性ダイヤモンド層を検知層としているため、検出層中の結晶欠陥密度を低減することができると共に、低コストで製造することができる。   According to the present invention, the conductive diamond layer is provided between the first and second insulating diamond layers, the conductive diamond layer is used as an electrode, and the second insulating diamond layer is used as a detection layer. While the density of crystal defects inside can be reduced, it can be manufactured at low cost.

以下、本発明の実施形態に係るダイヤモンドセンサについて、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第1実施形態に係るダイヤモンドセンサについて説明する。図1は本実施形態のダイヤモンドセンサを模式的に示す断面図である。なお、図1において、絶縁性ダイヤモンド層2及び4、並びに導電性ダイヤモンド層3内の縦線は結晶粒界を模式的に示している。図1に示すように、本実施形態のダイヤモンドセンサ10は、例えば、表面が(001)面である低抵抗シリコン基板等の導電性基板1上に、高配向性の第1の絶縁性ダイヤモンド層2が形成されており、この第1の絶縁性ダイヤモンド層2を覆うように、導電性ダイヤモンド層3が形成されている。この導電性ダイヤモンド層3は、基板1と接触しており、これらは電気的に接続されている。また、導電性ダイヤモンド層3上には、検知層である高配向性の第2の絶縁性ダイヤモンド層4が形成されており、この第2の絶縁性ダイヤモンド層4の表面には、表面電極5が形成されている。   Hereinafter, a diamond sensor according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. First, the diamond sensor according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the diamond sensor of the present embodiment. In FIG. 1, the vertical lines in the insulating diamond layers 2 and 4 and the conductive diamond layer 3 schematically show the crystal grain boundaries. As shown in FIG. 1, the diamond sensor 10 of the present embodiment includes, for example, a highly oriented first insulating diamond layer on a conductive substrate 1 such as a low resistance silicon substrate having a (001) surface. 2 is formed, and a conductive diamond layer 3 is formed so as to cover the first insulating diamond layer 2. The conductive diamond layer 3 is in contact with the substrate 1 and these are electrically connected. A highly oriented second insulating diamond layer 4 as a detection layer is formed on the conductive diamond layer 3, and a surface electrode 5 is formed on the surface of the second insulating diamond layer 4. Is formed.

更に、このダイヤモンド素子は、例えば、ハーメティックシール等の金属マウント6に搭載され、ダイヤモンドセンサ10になる。この場合、表面電極5とハーメティックシールの一方の端子とがワイヤボンディング等により接続され、基板1とハーメティックシールの他方の端子とが筐体を介して接続される。   Further, this diamond element is mounted on a metal mount 6 such as a hermetic seal to become a diamond sensor 10. In this case, the surface electrode 5 and one terminal of the hermetic seal are connected by wire bonding or the like, and the substrate 1 and the other terminal of the hermetic seal are connected via the casing.

本実施形態のダイヤモンドセンサ10においては、導電性ダイヤモンド層3により、第1の絶縁性ダイヤモンド層2の全面が覆われているが、本発明はこれに限定されるものではなく、導電性ダイヤモンド層3と基板1とが接触し、これらが電気的に接続されていればよい。また、導電性ダイヤモンド層3の膜厚は、第1の絶縁性ダイヤモンド層2の表面形態を乱さない程度の厚さであればよいが、例えば、0.05乃至2.00μmであることが好ましい。導電性ダイヤモンド層3の膜厚が、0.05μm未満の場合、補集効率が低下する。一方、導電性ダイヤモンド層3の膜厚が2.00μmを超えると、その上に形成される第2の絶縁性ダイヤモンド層4の配向性が低下する。   In the diamond sensor 10 of the present embodiment, the entire surface of the first insulating diamond layer 2 is covered with the conductive diamond layer 3, but the present invention is not limited to this, and the conductive diamond layer is not limited thereto. 3 and the board | substrate 1 should contact, and these should just be electrically connected. The film thickness of the conductive diamond layer 3 may be a thickness that does not disturb the surface form of the first insulating diamond layer 2, and is preferably 0.05 to 2.00 μm, for example. . When the film thickness of the conductive diamond layer 3 is less than 0.05 μm, the collection efficiency is lowered. On the other hand, when the film thickness of the conductive diamond layer 3 exceeds 2.00 μm, the orientation of the second insulating diamond layer 4 formed thereon is lowered.

更に、導電性ダイヤモンド層3は、イオン注入及びドーピング等の公知の方法で導電性にしたダイヤモンドにより形成することができるが、特に、Bを含むガスを使用して気相合成されたp型半導体ダイヤモンドにより形成されていることが好ましい。この場合、Bのドーピング濃度は、電極部分の抵抗を低くして補集ロスを減らすために、Bの活性化エネルギーが低下し始める1×1019cm−3以上であることが好ましく、ダイヤモンドのモット転移濃度である3×1020cm−3以上であることがより好ましい。 Further, the conductive diamond layer 3 can be formed of diamond made conductive by a known method such as ion implantation and doping. In particular, a p-type semiconductor synthesized by vapor phase using a gas containing B. It is preferably formed of diamond. In this case, the doping concentration of B is preferably 1 × 10 19 cm −3 or more in which the activation energy of B starts to decrease in order to reduce the resistance of the electrode portion and reduce the collection loss. The Mott transition concentration is more preferably 3 × 10 20 cm −3 or more.

また、第2の絶縁性ダイヤモンド層4の膜厚は、特に制限はないが、非照射時の漏れ電流を低減するためには、5μm以上とすることが好ましい。なお、第2の絶縁性ダイヤモンド層4の膜厚には上限はないが、測定対象の光の補集効率及び印加電圧を考慮し、効率的に高い電界を発生させるためには、測定対象光が紫外線、軟X線及びα線等の場合は、第2の絶縁性ダイヤモンド層4の膜厚を50μm以下とすることが好ましく、より好ましくは25μm以下である。   The film thickness of the second insulating diamond layer 4 is not particularly limited, but is preferably 5 μm or more in order to reduce the leakage current when not irradiated. The film thickness of the second insulating diamond layer 4 has no upper limit, but in order to efficiently generate a high electric field in consideration of the light collection efficiency and applied voltage of the light to be measured, the light to be measured In the case of ultraviolet rays, soft X-rays, α rays, etc., the thickness of the second insulating diamond layer 4 is preferably 50 μm or less, more preferably 25 μm or less.

更に、表面電極5は、金、白金及びアルミニウム等の一般的な金属材料により形成することができ、その形成方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法及びCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法等の公知の方法を適用することができる。また、表面電極5の形状としては、ドット型等任意の形状を適用することができるが、検知層である第2の絶縁性ダイヤモンド層4に入射する光を、できるだけ遮らない形状であることが望ましく、特に、フィッシュボーン型又は櫛形であることが好ましい。そして、例えば、紫外線を測定する場合においては、幅が1乃至50μm、電極間隔が1乃至50μmの櫛形電極とすることが好ましい。なお、表面電極5を導電性ダイヤモンドにより形成することもできる。   Further, the surface electrode 5 can be formed of a general metal material such as gold, platinum, and aluminum. As the formation method, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, and a CVD (Chemical Vapor Deposition: A known method such as a chemical vapor deposition method can be applied. Further, as the shape of the surface electrode 5, an arbitrary shape such as a dot shape can be applied, but the shape should be such that light incident on the second insulating diamond layer 4 as a detection layer is not blocked as much as possible. It is desirable and, in particular, a fishbone type or a comb shape is preferable. For example, when measuring ultraviolet rays, it is preferable to use a comb-shaped electrode having a width of 1 to 50 μm and an electrode interval of 1 to 50 μm. The surface electrode 5 can also be formed of conductive diamond.

本実施形態のダイヤモンドセンサ10においては、第1の絶縁性ダイヤモンド層2と、第2の絶縁性ダイヤモンド層4との間に、導電性ダイヤモンド層3を形成しているため、図1に示すように、第2の絶縁性ダイヤモンド層に結晶粒界が成長することを抑制することができる。そして、導電性ダイヤモンド層3を電極として使用することにより、結晶欠陥密度が低い第2の絶縁性ダイヤモンド層4を検知層とすることができる。   In the diamond sensor 10 of this embodiment, since the conductive diamond layer 3 is formed between the first insulating diamond layer 2 and the second insulating diamond layer 4, as shown in FIG. In addition, it is possible to suppress the growth of crystal grain boundaries in the second insulating diamond layer. Then, by using the conductive diamond layer 3 as an electrode, the second insulating diamond layer 4 having a low crystal defect density can be used as a detection layer.

また、本実施形態のダイヤモンドセンサ10においては、第1の高配向絶縁性ダイヤモンド層2及び第2の高配向絶縁性ダイヤモンド層4が高配向性ダイヤモンド層であり、多結晶ダイヤモンドの結晶粒子の成長方向及び面内方向が共に、基板面に対して一定方向に配向しているため、表面近傍における結晶欠陥密度が、一般的な多結晶膜に比べて小さく、キャリア移動度が大きい。このため、従来のダイヤモンドセンサに比べて検知性能が優れている。   In the diamond sensor 10 of the present embodiment, the first highly oriented insulating diamond layer 2 and the second highly oriented insulating diamond layer 4 are highly oriented diamond layers, and crystal grains of polycrystalline diamond are grown. Since both the direction and the in-plane direction are oriented in a fixed direction with respect to the substrate surface, the crystal defect density in the vicinity of the surface is smaller than that of a general polycrystalline film, and the carrier mobility is large. For this reason, the detection performance is superior to the conventional diamond sensor.

更に、本実施形態のダイヤモンドセンサ10の導電性ダイヤモンド層3には、特許文献1に記載のダイヤモンド素子の金属部のように、開口部を設ける必要がないため、この導電性ダイヤモンド層3を電極として使用した場合、効率よくバイアス電圧を印加することができると共に、特許文献1に記載のダイヤモンド素子に比べて製造工程を簡素化することができるため、製造コストを低減することができる。   Further, since the conductive diamond layer 3 of the diamond sensor 10 of the present embodiment does not need to be provided with an opening unlike the metal part of the diamond element described in Patent Document 1, the conductive diamond layer 3 is used as an electrode. Can be applied efficiently, and the manufacturing process can be simplified as compared with the diamond element described in Patent Document 1, so that the manufacturing cost can be reduced.

次に、本実施形態のダイヤモンドセンサ10の製造方法について説明する。ここでは、CVD法によりダイヤモンド層を形成する方法を例に説明する。先ず、表面が(001)面である低抵抗シリコン基板1を、メタンと水素との混合プラズマに曝し、その表面を炭化させる。引き続きバイアスを印加して、基板1の表面に、基板1とエピタキシャルな関係にあるダイヤモンド核を形成する。その後、バイアスの印加を止め、雰囲気ガスにメタンと水素の混合ガスを使用し、(100)面が優先的に形成される条件で、例えば、12時間ダイヤモンドを成膜する。これにより、基板1上には、表面が(100)面であり、結晶粒子が一定方向に配列した第1の高配向絶縁性ダイヤモンド膜2が、10μm程度形成される。   Next, a method for manufacturing the diamond sensor 10 of the present embodiment will be described. Here, a method of forming a diamond layer by a CVD method will be described as an example. First, the low resistance silicon substrate 1 having a (001) surface is exposed to a mixed plasma of methane and hydrogen to carbonize the surface. Subsequently, a bias is applied to form diamond nuclei in an epitaxial relationship with the substrate 1 on the surface of the substrate 1. Thereafter, the application of the bias is stopped, and a mixed gas of methane and hydrogen is used as the atmospheric gas, and a diamond film is formed, for example, for 12 hours under the condition that the (100) plane is preferentially formed. As a result, a first highly-oriented insulating diamond film 2 having a (100) surface and crystal grains arranged in a certain direction is formed on the substrate 1 to a thickness of about 10 μm.

その後、雰囲気ガスにドーピングガスとしてジボランを添加し、例えば、2時間ダイヤモンドを成膜して、第1の高配向絶縁性ダイヤモンド膜2上に、導電性ダイヤモンド層3を形成する。この導電性ダイヤモンド層3の厚さは、第1の高配向絶縁性ダイヤモンド膜2よりも薄く、0.05乃至2.00μm程度であり、その表面は(100)面となる。次に、雰囲気ガスをメタンと水素の混合ガスにして、(100)面が優先的に形成される条件で、例えば、5乃至12時間ダイヤモンドを成膜する。これにより、導電性ダイヤモンド層3上に、表面が(100)面であり、結晶粒子が一定方向に配列した第2の高配向絶縁性ダイヤモンド膜4が、4乃至30μm程度形成される。また、(100)面における粒径の大きさは、例えば、3乃至50μmとなり、導電性ダイヤモンド層3を設けてもダイヤモンド表面形態はほとんど変化しない。   Thereafter, diborane is added to the atmospheric gas as a doping gas, and a diamond film is formed, for example, for 2 hours to form the conductive diamond layer 3 on the first highly oriented insulating diamond film 2. The conductive diamond layer 3 is thinner than the first highly oriented insulating diamond film 2 and is about 0.05 to 2.00 μm, and its surface is a (100) plane. Next, a diamond film is formed, for example, for 5 to 12 hours under the condition that the (100) plane is preferentially formed by using an atmosphere gas as a mixed gas of methane and hydrogen. As a result, a second highly-oriented insulating diamond film 4 having a (100) surface and crystal grains arranged in a certain direction is formed on the conductive diamond layer 3 to a thickness of about 4 to 30 μm. Further, the particle size on the (100) plane is, for example, 3 to 50 μm, and even if the conductive diamond layer 3 is provided, the diamond surface form hardly changes.

次に、重クロム酸で洗浄して表面に付着したダイヤモンド以外の炭素成分を除去した後、硫酸でリンスし、更に、純水で洗浄する。その後、第2の高配向絶縁性ダイヤモンド膜4の表面にフォトリソグラフィにより所定の電極形状をパターニングし、例えば、マグネトロンスパッタリング法等により白金等をスパッタした後、リフトオフして表面電極5を形成する。   Next, after removing carbon components other than diamond adhering to the surface by washing with dichromic acid, rinsing with sulfuric acid and further washing with pure water. Thereafter, a predetermined electrode shape is patterned on the surface of the second highly oriented insulating diamond film 4 by photolithography, and, for example, platinum or the like is sputtered by a magnetron sputtering method or the like, and then lifted off to form the surface electrode 5.

次に、基板1をチップ状に切断し、切り出された各素子を表面電極5が形成されている面を上面にして、ハーメチックシール上に固定する。その際、表面電極5とハーメチックシールの一方の端子とを金線によりワイヤボンディングしてダイヤモンドセンサ10とする。なお、導電性ダイヤモンド層3は基板1及びハーメチックシールの筐体を介して、ハーメチックシールの他の端子に接続される。   Next, the board | substrate 1 is cut | disconnected in chip shape, and each element cut out is fixed on a hermetic seal by making the surface in which the surface electrode 5 is formed into an upper surface. At this time, the surface electrode 5 and one terminal of the hermetic seal are wire-bonded with a gold wire to form the diamond sensor 10. The conductive diamond layer 3 is connected to the other terminal of the hermetic seal via the substrate 1 and the housing of the hermetic seal.

このように、プラズマを使用したCVD法は、結晶粒子の配向方向の制御性が優れ、低コストで、安定して多結晶ダイヤモンドを合成することができるため、この方法で前記第1乃至第3のダイヤモンド層を気相合成することにより、低コストでダイヤモンドセンサを製造することができる。但し、本実施形態のダイヤモンドセンサ10の各ダイヤモンド層を形成する方法は、前述のCVD法に限定されるものではなく、公知の各種方法を適用することができる。   As described above, the CVD method using plasma has excellent controllability of the orientation direction of crystal grains, and can synthesize polycrystalline diamond stably at low cost. A diamond sensor can be manufactured at low cost by gas phase synthesis of the diamond layer. However, the method of forming each diamond layer of the diamond sensor 10 of the present embodiment is not limited to the above-described CVD method, and various known methods can be applied.

次に、上述の如く構成された本実施形態のダイヤモンドセンサの動作について説明する。本実施形態のダイヤモンドセンサ10においては、第2の高配向絶縁性ダイヤモンド層4が検知層となり、表面電極5と導電性ダイヤモンド層3との間にバイアス電圧が印加される。そして、第2の高配向絶縁性ダイヤモンド層4に、ダイヤモンドのバンドギャップよりもエネルギーレベルが高い光、又は、α線、β線及びγ線等の電離作用がある粒子線が入射すると、第2の高配向絶縁性ダイヤモンド層4中でキャリア(電子及び正孔)が生成する。このキャリアは、表面電極5と導電性ダイヤモンド層3との間に印加されたバイアス電圧により生じた電界によって移動し、表面電極5又は導電性ダイヤモンド層3で補集され、電気信号として出力される。   Next, the operation of the diamond sensor of the present embodiment configured as described above will be described. In the diamond sensor 10 of the present embodiment, the second highly oriented insulating diamond layer 4 serves as a detection layer, and a bias voltage is applied between the surface electrode 5 and the conductive diamond layer 3. Then, when light having an energy level higher than the band gap of diamond or particle beams having an ionizing action such as α rays, β rays, and γ rays are incident on the second highly oriented insulating diamond layer 4, Carriers (electrons and holes) are generated in the highly oriented insulating diamond layer 4. The carriers move due to the electric field generated by the bias voltage applied between the surface electrode 5 and the conductive diamond layer 3, are collected by the surface electrode 5 or the conductive diamond layer 3, and output as an electric signal. .

以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先ず、第2の絶縁性ダイヤモンド層の膜厚を変化させ、それ以外の構成は前述の実施形態と同様にして、実施例1乃至5の縦型構造のダイヤモンドセンサを作製した。その際、表面電極として1対の櫛形電極を形成し、この1対の櫛形電極を共にハーメティックシール(TO−5型)の一方の端子に接続し、同電位の電極とした。   Hereinafter, the effect of the Example of this invention is demonstrated compared with the comparative example which remove | deviates from the scope of the present invention. First, the vertical insulating diamond sensor of Examples 1 to 5 was fabricated by changing the film thickness of the second insulating diamond layer, and using the other configurations in the same manner as in the previous embodiment. At that time, a pair of comb-shaped electrodes were formed as surface electrodes, and both of the pair of comb-shaped electrodes were connected to one terminal of a hermetic seal (TO-5 type) to form electrodes having the same potential.

また、比較例1として、素子の構成は前述の実施例1と同様にし、1対の櫛形電極の一方をハーメティックシール(TO−5型)の一方の端子に、他方をハーメティックシールの他方の端子に、夫々金線によりワイヤボンディングして、平面型構造のダイヤモンドセンサを作製した。更に、比較例2として、基板上にダイヤモンドを12時間成膜して絶縁性ダイヤモンド膜を形成した後、その表面に1対の櫛形電極を形成し、導電性ダイヤモンド層及び第2の絶縁性ダイヤモンド層が設けられていない素子を作製した。そして、この素子の1対の櫛形電極の一方をハーメティックシール(TO−5型)の一方の端子に、他方をハーメティックシールの他方の端子に、夫々金線によりワイヤボンディングして、平面型構造のダイヤモンドセンサとした。更にまた、比較例3として、前述の比較例2と同様の構成のダイヤモンド素子を作製し、1対の櫛形電極を短絡して、基板と表面電極との間にバイアス電圧を印加する縦型構造のダイヤモンドセンサを作製した。   As Comparative Example 1, the structure of the element is the same as in Example 1 described above, and one of the pair of comb-shaped electrodes is used as one terminal of a hermetic seal (TO-5 type) and the other is used as a hermetic seal. A diamond sensor having a planar structure was manufactured by wire bonding to the other terminal of each of the terminals using a gold wire. Further, as Comparative Example 2, after forming an insulating diamond film on a substrate for 12 hours to form an insulating diamond film, a pair of comb-shaped electrodes is formed on the surface, and a conductive diamond layer and a second insulating diamond are formed. An element without a layer was produced. Then, one of the pair of comb electrodes of the element is wire-bonded to one terminal of the hermetic seal (TO-5 type) and the other to the other terminal of the hermetic seal with a gold wire, A diamond sensor having a planar structure was obtained. Furthermore, as Comparative Example 3, a vertical structure in which a diamond element having the same configuration as that of Comparative Example 2 is manufactured, a pair of comb electrodes are short-circuited, and a bias voltage is applied between the substrate and the surface electrode. A diamond sensor was prepared.

そして、この実施例1乃至5及び比較例1乃至3のダイヤモンドセンサを、外部の光が入射しない測定箱の中に入れ、バイアス電圧を印加した際の暗電流をピコアンメータにより測定した。次に、実施例1乃至5及び比較例1乃至3のダイヤモンドセンサの紫外線に対する応答特性を評価した。図2はその評価方法を示すブロック図である。照射用光源12としては、浜松ホトニクス社製重水素(L)ランプ(型式:L7293)を使用した。測定は、大気中で、各ダイヤモンドセンサ14の2つの電極間に15Vのバイアス電圧を印加し、光照射時に得られる電流をアンプ15で増幅した後、電圧値としてデジタルマルチメーター16により測定した。評価は、照射光強度を一定にしてセンサに紫外線13を10分間照射した後、紫外線13を遮断し、その値が(1/e)に減少するまでの時間(時定数)を計測した。以上の結果を下記表1にまとめて示す。 The diamond sensors of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were placed in a measurement box where no external light was incident, and the dark current when a bias voltage was applied was measured with a picoammeter. Next, the response characteristics to the ultraviolet rays of the diamond sensors of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated. FIG. 2 is a block diagram showing the evaluation method. As the irradiation light source 12, a deuterium (L 2 D 2 ) lamp (model: L7293) manufactured by Hamamatsu Photonics was used. In the measurement, a bias voltage of 15 V was applied between the two electrodes of each diamond sensor 14 in the atmosphere, and the current obtained at the time of light irradiation was amplified by the amplifier 15 and then measured by the digital multimeter 16 as a voltage value. The evaluation was performed by irradiating the sensor with ultraviolet rays 13 for 10 minutes with the irradiation light intensity kept constant, blocking the ultraviolet rays 13, and measuring the time (time constant) until the value decreased to (1 / e). The above results are summarized in Table 1 below.

Figure 0004138673
Figure 0004138673

上記表1に示すように、実施例1乃至5及び比較例1乃至3のいずれのセンサも、実用上十分に低いリーク電流であった。特に、第2の絶縁性ダイヤモンド層の厚さが5μm以上のセンサは、良好な特性を示した。また、実施例1乃至5のセンサは、比較例1のセンサに比べて時定数が大幅に減少しており、時間応答性が向上していた。更に、実施例1乃至5のセンサは、比較例2の従来型のセンサに比べて、高感度であった。これは、検知層である第2の絶縁性ダイヤモンド層中に入射した紫外線によって励起された電子−正孔対が効率的に捕獲できているためと考えられる。一方、比較例1のセンサは、センサ特性は良好であったが、時定数は比較例2の従来型のセンサと同等であった。また、比較例3のセンサは、感度が低く、十分な信号が得られなかった。これは、基板付近に存在する結晶欠陥の影響と考えられる。   As shown in Table 1, all of the sensors of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 had practically sufficiently low leakage current. In particular, a sensor having a thickness of the second insulating diamond layer of 5 μm or more showed good characteristics. Further, the time constants of the sensors of Examples 1 to 5 were significantly reduced as compared with the sensor of Comparative Example 1, and the time response was improved. Furthermore, the sensors of Examples 1 to 5 had higher sensitivity than the conventional sensor of Comparative Example 2. This is presumably because the electron-hole pairs excited by the ultraviolet rays incident on the second insulating diamond layer as the detection layer can be efficiently captured. On the other hand, the sensor of Comparative Example 1 had good sensor characteristics, but the time constant was equivalent to that of the conventional sensor of Comparative Example 2. Further, the sensor of Comparative Example 3 has low sensitivity, and a sufficient signal could not be obtained. This is considered to be an influence of crystal defects existing in the vicinity of the substrate.

次に、導電性ダイヤモンド層の膜厚の影響を調べた。第1の絶縁性ダイヤモンド層の膜厚を10μm、第2の絶縁性ダイヤモンド層の膜厚を20μmとし、導電性ダイヤモンド層の膜厚を0.1乃至5.00μmの間で変化させ、実施例6乃至15のダイヤモンドセンサを作製した。なお、これらのセンサにおける各ダイヤモンド層の膜厚以外の構成は前述の実施例1と同様にした。そして、この実施例6乃至15のダイヤモンドセンサについても、前述の実施例1と同様の評価を行った。その結果を下記表2に示す。   Next, the influence of the film thickness of the conductive diamond layer was examined. The film thickness of the first insulating diamond layer is 10 μm, the film thickness of the second insulating diamond layer is 20 μm, and the film thickness of the conductive diamond layer is changed between 0.1 to 5.00 μm. Six to fifteen diamond sensors were produced. In addition, the configuration other than the film thickness of each diamond layer in these sensors was the same as that in Example 1 described above. The diamond sensors of Examples 6 to 15 were evaluated in the same manner as in Example 1 described above. The results are shown in Table 2 below.

Figure 0004138673
Figure 0004138673

上記表2に示すように、導電性ダイヤモンド層の膜厚が6μm以上である実施例14及び15のセンサは、第1の絶縁性ダイヤモンド層で得られた配向性が乱れ、第2の絶縁性ダイヤモンド層は結晶配向がみられない多結晶ダイヤモンド層になった。しかしながら、紫外線に対する応答性は、全てのセンサで満足いくものであり、いずれのセンサにおいても、前述の比較例2のセンサよりも時定数が減少していた。特に、導電性ダイヤモンド層の膜厚が0.05乃至2.00μmである実施例8乃至11のセンサは、感度が良好であり、センサとして優れた特性を示した。一方、導電性ダイヤモンド層の膜厚が0.05μm未満である実施例6及び7のセンサは、半導体層の抵抗が高いため、補集特性が劣っており、また、導電性ダイヤモンド層の膜厚が2.00μmを超える実施例12乃至15センサは、第2の絶縁性ダイヤモンド層の表面形態が(001)面から崩れたため、感度が低下した。   As shown in Table 2, in the sensors of Examples 14 and 15 in which the conductive diamond layer has a film thickness of 6 μm or more, the orientation obtained in the first insulating diamond layer is disturbed, and the second insulating property The diamond layer became a polycrystalline diamond layer with no crystal orientation. However, the responsiveness to ultraviolet rays is satisfactory for all the sensors, and the time constant of each sensor is reduced as compared with the sensor of Comparative Example 2 described above. In particular, the sensors of Examples 8 to 11 in which the conductive diamond layer had a thickness of 0.05 to 2.00 μm had good sensitivity and exhibited excellent characteristics as a sensor. On the other hand, the sensors of Examples 6 and 7 in which the film thickness of the conductive diamond layer is less than 0.05 μm are inferior in the collection characteristics because the resistance of the semiconductor layer is high, and the film thickness of the conductive diamond layer is also low. In the sensors of Examples 12 to 15 having a diameter of more than 2.00 μm, the surface morphology of the second insulating diamond layer was broken from the (001) plane, so the sensitivity was lowered.

なお、前述の実施例1乃至15のセンサについて、α線、軟X線、電子線に対する応答特性を調べたところ、いずれの場合においても、入射に応答する信号が得られ、良好な時間応答特性が得られた。これにより、実施例1乃至15のセンサは、紫外線以外の波長領域の光に対しても適用可能であることが確認された。   In addition, when the response characteristics with respect to the α-ray, soft X-ray, and electron beam were examined for the sensors of Examples 1 to 15 described above, in any case, a signal responding to incidence was obtained, and good time response characteristics were obtained. was gotten. Thereby, it was confirmed that the sensors of Examples 1 to 15 are applicable to light in a wavelength region other than ultraviolet rays.

本発明の実施形態のダイヤモンドセンサを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the diamond sensor of embodiment of this invention. 応答特性の評価方法を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the evaluation method of a response characteristic. 従来の平面型構造のダイヤモンドセンサを模式的示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the diamond sensor of the conventional planar type structure. 従来の縦型構造のダイヤモンドセンサを模式的示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the diamond sensor of the conventional vertical structure. 特許文献1に記載のダイヤモンド素子を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the diamond element of patent document 1 typically.

符号の説明Explanation of symbols

1、105;導電性基板
2、4、112、115;高配向絶縁性ダイヤモンド層
3;導電性ダイヤモンド層
5、106;表面電極
6;マウント
10、14、100、104、110;ダイヤモンドセンサ
11;電源
12;光源
13;紫外光
15;アンプ
16;デジタルマルチメーター
101;絶縁性基板
102;多結晶ダイヤモンド薄膜
103;櫛形電極
111;基板
113;孔
114;金属膜
1, 105; conductive substrate 2, 4, 112, 115; highly oriented insulating diamond layer 3; conductive diamond layer 5, 106; surface electrode 6; mount 10, 14, 100, 104, 110; diamond sensor 11; Power source 12; Light source 13; Ultraviolet light 15; Amplifier 16; Digital multimeter 101; Insulating substrate 102; Polycrystalline diamond thin film 103; Comb electrode 111; Substrate 113;

Claims (6)

基板と、前記基板上に形成された第1の絶縁性ダイヤモンド層と、前記第1の絶縁性ダイヤモンド層上に形成されこの第1の絶縁性ダイヤモンド層よりも厚さが薄い導電性ダイヤモンド層と、この導電性ダイヤモンド層上に形成された第2の絶縁性ダイヤモンド層と、この第2の絶縁性ダイヤモンド層上に形成された表面電極と、を有し、前記第2の絶縁性ダイヤモンド層に入射した光により生成したキャリアが、前記導電性ダイヤモンド層と前記表面電極との間に印加されたバイアス電圧により補集され、前記キャリアの補集量に応じた電気信号が出力されることを特徴とするダイヤモンドセンサ。 A substrate, a first insulating diamond layer formed on the substrate, and a conductive diamond layer formed on the first insulating diamond layer and having a thickness smaller than that of the first insulating diamond layer; A second insulating diamond layer formed on the conductive diamond layer, and a surface electrode formed on the second insulating diamond layer, and the second insulating diamond layer includes Carriers generated by incident light are collected by a bias voltage applied between the conductive diamond layer and the surface electrode, and an electrical signal corresponding to the amount of the collected carriers is output. Diamond sensor. 前記第1及び第2の絶縁性ダイヤモンド層並びに前記導電性ダイヤモンド層は、気相合成された多結晶ダイヤモンドにより形成されていることを特徴とする請求項1に記載のダイヤモンドセンサ。 2. The diamond sensor according to claim 1, wherein the first and second insulating diamond layers and the conductive diamond layer are formed of vapor-phase synthesized polycrystalline diamond. 前記第2の絶縁性ダイヤモンド層は、表面が(100)面であり、結晶粒子が前記基板に対して一方向に配向している高配向性ダイヤモンド層であることを特徴とする請求項1又は2に記載のダイヤモンドセンサ。 The second insulating diamond layer is a highly oriented diamond layer having a (100) surface and crystal grains oriented in one direction with respect to the substrate. 2. The diamond sensor according to 2. 前記基板は導電性であり、前記導電性ダイヤモンド層は前記第1の絶縁性ダイヤモンド層を覆い、前記前記基板と接触するように形成されており、前記基板と前記導電性ダイヤモンド層とは電気的に接続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項に記載のダイヤモンドセンサ。 The substrate is conductive, and the conductive diamond layer covers the first insulating diamond layer and is in contact with the substrate. The substrate and the conductive diamond layer are electrically The diamond sensor according to claim 1, wherein the diamond sensor is connected to the diamond sensor. 前記導電性ダイヤモンド層は、ホウ素が添加されたp型半導体ダイヤモンドにより形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のダイヤモンドセンサ。 The diamond sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the conductive diamond layer is formed of p-type semiconductor diamond to which boron is added. 前記導電性ダイヤモンド層の厚さは、0.05乃至2.00μmであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のダイヤモンドセンサ。 The diamond sensor according to claim 1, wherein the conductive diamond layer has a thickness of 0.05 to 2.00 μm.
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