JP4347094B2 - Radiation detector and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、放射線検出器およびその製造方法に関し、特に検出感度の高いダイヤモンドからなる放射線検出器に関するものである。   The present invention relates to a radiation detector and a method for manufacturing the same, and more particularly to a radiation detector made of diamond having high detection sensitivity.

近年、紫外線やγ線等を検出する装置において、半導体材料として、バンドギャップエネルギーが大きく、熱伝導性、耐熱性、耐放射線性、耐化学薬品性に優れた材料であるダイヤモンドを用いることが注目されている。この検出器によれば、耐環境性に優れた放射線検出器を製造できる。   In recent years, in devices that detect ultraviolet rays, γ-rays, etc., it has been noted that diamond is used as a semiconductor material, which has a large band gap energy and is excellent in thermal conductivity, heat resistance, radiation resistance, and chemical resistance. Has been. According to this detector, a radiation detector with excellent environmental resistance can be manufactured.

すなわち、従来の放射線検出器に用いられているSi等の従来半導体は、バンドギャップが3eV以下の半導体であり、キャリアを生じせしめるバンドギャップ中の不純物準位が伝導帯下端(キャリアが電子の場合)あるいは価電子帯上端(同正孔の場合)から0.1eV以下のエネルギー差しかない。これに対し、バンドギャップが約5.5eVのダイヤモンドは、同様な不純物準位は0.3eV以上のエネルギー差があるため、検出感度や検出特性が温度の影響を受けにくい上、構成する原子間の結合力が従来半導体に比べより強大である等の特徴を有し、耐環境性に優れている。   That is, conventional semiconductors such as Si used in conventional radiation detectors are semiconductors having a band gap of 3 eV or less, and the impurity level in the band gap that generates carriers is the lower end of the conduction band (when the carrier is an electron). ) Or an energy difference of 0.1 eV or less from the upper end of the valence band (in the case of the same hole). On the other hand, diamond with a band gap of about 5.5 eV has a similar impurity level with an energy difference of 0.3 eV or more, so that detection sensitivity and detection characteristics are not easily affected by temperature, and between constituent atoms The bond strength is stronger than that of conventional semiconductors and has excellent environmental resistance.

また、従来半導体は、上記のような浅い不純物準位を有するため、室温における暗電流(放射線が照射されていない場合における、主として熱活性過程より生成されたキャリアによる電流信号)が比較的高い。このため、最も利用が期待される室温における検出最小感度を向上できないという問題があった。あるいは、従来半導体を用いた放射線検出器の検出感度を向上するには、検出器を冷却し極低温にすることにより暗電流を抑制する必要があり、冷却装置や大気中測定での霜対策等を別途要するため、放射線検出器は複雑化してしまい小型化が困難であった。   In addition, since the conventional semiconductor has such a shallow impurity level, the dark current at room temperature (current signal due to carriers mainly generated by the thermal activation process in the case where no radiation is irradiated) is relatively high. For this reason, there has been a problem that the minimum detection sensitivity at room temperature most expected to be used cannot be improved. Or, in order to improve the detection sensitivity of radiation detectors using conventional semiconductors, it is necessary to suppress the dark current by cooling the detector to a very low temperature. Therefore, the radiation detector is complicated and difficult to downsize.

さらに、従来半導体は、可視光に大きな感度を持つため、紫外線などの可視光以外の放射線を検知する場合は、可視光を遮断するためのフィルターを取り付けなければならなかった。このフィルターは、製造プロセスを複雑にし、また、検出対象である放射線、特に紫外線の強度を低下させるため、放射線の検出感度が低減してしまうという問題点があった。   Furthermore, since conventional semiconductors have high sensitivity to visible light, when detecting radiation other than visible light such as ultraviolet rays, a filter for blocking visible light has to be attached. This filter complicates the manufacturing process and lowers the intensity of radiation to be detected, particularly ultraviolet rays, so that there is a problem that the radiation detection sensitivity is reduced.

これに対し、ダイヤモンドは、光吸収の上限波長が可視光波長領域より十分短いため、バンドギャップ中の深い準位が十分抑制された高品質試料では可視光には応答せず、可視光遮断フィルターを取り付ける必要がない。したがって、製造プロセスを簡単にできる上、検出感度を低下させることなく放射線の検出を行うことができる。   In contrast, diamond has a light absorption upper limit wavelength that is sufficiently shorter than the visible light wavelength region, so it does not respond to visible light in a high-quality sample in which the deep level in the band gap is sufficiently suppressed. There is no need to install. Therefore, the manufacturing process can be simplified and radiation can be detected without reducing the detection sensitivity.

加えて、シリコンなどの従来半導体は内殻電子を少なくとも10個以上有しているのに対し、軽元素半導体であるダイヤモンドは内殻電子を2個しか有していないため、放射線照射下における内殻電子励起によって生じる誤動作の確率が大幅に低下するという特徴がある。   In addition, conventional semiconductors such as silicon have at least 10 core electrons, whereas diamond, which is a light element semiconductor, has only two core electrons, so There is a feature that the probability of malfunction caused by shell electron excitation is greatly reduced.

さらに、ダイヤモンドを構成する炭素原子の原子番号が人体の平均原子番号と近い(生体等価である)ことから、ダイヤモンド放射線検出器を用いれば人体における照射線量を良好な精度で擬似的に評価ができる。つまり、人体に照射された放射線の人体内における振舞と、照射された放射線の検出器内における振舞とがほぼ同一である人体等価検出器として使用できる。   Furthermore, since the atomic number of the carbon atoms constituting the diamond is close to the average atomic number of the human body (it is equivalent to a living body), the radiation dose in the human body can be evaluated in a pseudo manner with good accuracy by using a diamond radiation detector. . That is, it can be used as a human body equivalent detector in which the behavior of radiation irradiated to the human body in the human body is substantially the same as the behavior of the irradiated radiation in the detector.

したがって、ダイヤモンドを用いた検出器は、高温下や高放射線照射下などの環境に耐えられる放射線検出器、あるいは生体等価検出器として応用が期待されている。   Therefore, a detector using diamond is expected to be applied as a radiation detector that can withstand an environment such as high temperature or high radiation irradiation, or a biological equivalent detector.

ダイヤモンドを用いた放射線検出器は、実用化へ向けた研究が進められており、すでに紫外線検出器として実用化されているものもある。また、放射性物質の検出器としては、非特許文献1に記載されているものがある。   Radiation detectors using diamond have been studied for practical use, and some have already been put to practical use as ultraviolet detectors. Non-patent document 1 discloses a radioactive substance detector.

現在知られているダイヤモンドを用いた検出器の構造としては、一般的に薄膜状のダイヤモンドに電極を堆積させたものが知られている。より具体的には、(i)ダイヤモンド薄膜からなる基層に櫛型の対向電極を配置した構造と、(ii)高温・高圧合成ダイヤモンド結晶(非特許文献2参照)からなる基層の上下方向に平板電極を配置した構造と、に大別される。構造(i)は、広い検出面積が要求される場合、例えば放射線の検出を高感度に行う場合に適切であり、構造(ii)は比較的厚い検出層が必要となる場合、例えば放射線のエネルギー分解検出を行う場合に有利である。この適用対象の相違は、従来のダイヤモンド製造技術における制限、すなわち、ダイヤモンド薄膜の高品質化、ダイヤモンド成膜の高速化、高圧合成ダイヤモンドの大面積化が達成できない等の制限を原因としている。したがって、ダイヤモンド薄膜の高品質化及びダイヤモンド成膜の高速化が実現されれば、上記何れの検出器の構造においても、あらゆる放射線が検出可能となる。   As a known detector structure using diamond, a structure in which an electrode is deposited on a thin film diamond is generally known. More specifically, (i) a structure in which a comb-shaped counter electrode is arranged on a base layer made of a diamond thin film, and (ii) a flat plate in the vertical direction of the base layer made of a high-temperature / high-pressure synthetic diamond crystal (see Non-Patent Document 2). It is roughly divided into a structure in which electrodes are arranged. The structure (i) is suitable when a large detection area is required, for example, when detecting radiation with high sensitivity, and the structure (ii) is suitable when a relatively thick detection layer is required, for example, the energy of radiation. This is advantageous when performing decomposition detection. This difference in the application object is due to limitations in the conventional diamond manufacturing technology, that is, limitations such as high quality of the diamond thin film, high speed diamond film formation, and large area of high pressure synthetic diamond cannot be achieved. Therefore, if any high quality diamond film and high speed diamond film formation are realized, any radiation can be detected by any of the above detector structures.

他方、高品質なダイヤモンド基層の合成方法としては、例えば、特許文献1および非特許文献3・4に開示されたプラズマCVD法がある。これによれば、成膜速度の高速化は達成できないが、特に高品質な薄膜ダイヤモンドが得られることが示されている。   On the other hand, examples of a method for synthesizing a high-quality diamond base layer include a plasma CVD method disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Documents 3 and 4. According to this, it is shown that a high-quality thin film diamond can be obtained, although an increase in the film forming speed cannot be achieved.

そこで、高性能なダイヤモンド検出器を得るために、検出器のバルク基板に適用するダイヤモンドを、このような方法により、成長に特別に時間をかけ、不純物や欠陥を極力抑制した高温・高圧合成ダイヤモンドを使用することが考えられる。なお、このようなダイヤモンドを使用しない場合は、バルク基板に電極を直接堆積して検出器を作製すると、信号強度が小さく、再現性もよくないのが通例である。   Therefore, in order to obtain a high-performance diamond detector, diamond applied to the bulk substrate of the detector is a high-temperature, high-pressure synthetic diamond that takes special time to grow and suppresses impurities and defects as much as possible by such a method. Can be considered. When such a diamond is not used, when a detector is manufactured by directly depositing an electrode on a bulk substrate, the signal intensity is generally low and the reproducibility is not good.

しかし、高感度検出を可能とする程度の、高温・高圧合成過程における不純物制御や欠陥制御は、巨大で高価格な製造装置並びに高ランニングコストを要し、現状では技術的にも経済的にも現実的でない。   However, impurity control and defect control in the high-temperature / high-pressure synthesis process that enables high-sensitivity detection requires huge and expensive manufacturing equipment and high running costs. At present, both technically and economically Not realistic.

そこで、本発明者らは、さらに、ダイヤモンドの高品質性を保ちながら成長速度を高める方法の開発を進めている(非特許文献5、6および7参照)。
特願平9−337740(1999年6月15日公開) 「ニュークリアインストルメントアンドメソッドインフィジシックスリサーチセクションA」("Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A"),(オランダ),2002年,第476巻,p.694-700 「ジャーナルオブクリスタルグロウス」("Journal of Crystal Growth"),(オランダ),2002年,第237-239巻,p.1281-1285 「ジャーナルオブクリスタルグロウス」("Journal of Crystal Growth"),(オランダ),1998年,第183巻,p.338-346 「フィジカステイタスソリディ」("physica status solidi"),(ドイツ),1999年,第174巻,p.101-115 「ジャーナルオブクリスタルグロウス」("Journal of Crystal Growth"),(オランダ),2002年,第235巻,p.287-292 「フィジカステイタスソリディ」("physica status solidi"),(ドイツ),2003年,第198巻,第2号,p.395-406 「第17回ダイヤモンドシンポジウム講演予稿集」,ニューダイヤモンドフォーラム,2003年,p.4-5
Therefore, the present inventors are further developing a method for increasing the growth rate while maintaining high quality of diamond (see Non-Patent Documents 5, 6 and 7).
Japanese Patent Application No. 9-337740 (released on June 15, 1999) "Nuclear Instruments and Methods In Physics Research Section A" (Netherlands), 2002, Vol. 476, p.694-700 "Journal of Crystal Growth", (Netherlands), 2002, 237-239, p.1281-1285 "Journal of Crystal Growth", (Netherlands), 1998, 183, p.338-346 "Physica status solidi" (Germany), 1999, 174, p.101-115 "Journal of Crystal Growth", (Netherlands), 2002, Vol. 235, p.287-292 “Physica status solidi”, (Germany), 2003, 198, 2, p.395-406 "Proceedings of the 17th Diamond Symposium", New Diamond Forum, 2003, p.4-5

以上のように、従来より検出器に用いられているダイヤモンド薄膜を用いた紫外線検出器、例えば、下地基板のSi上に膜厚5μm程度の多結晶ダイヤモンド薄膜を堆積させたものでは、紫外線により生じたキャリア(電子及び正孔)が、特に品質の良くないSi近傍のダイヤモンド薄膜中を拡散する間に大部分消滅し、信号電流が小さくなるため、検出感度が大幅に低下してしまうという問題があった。この検出感度の低下は、ダイヤモンドを高品質化することで解決される。しかし、高品質ダイヤモンドを用いても、従来構造の放射線検出器では、他の放射線検出器と同様に、検出感度が十分であるとは言えず、更なる高感度検出が可能となる新規放射線検出器の開発が求められていた。   As described above, an ultraviolet detector using a diamond thin film conventionally used for a detector, for example, a polycrystalline diamond thin film having a thickness of about 5 μm deposited on Si of a base substrate, is caused by ultraviolet rays. The carriers (electrons and holes) are mostly disappeared while diffusing in the diamond thin film near Si, which is not particularly good in quality, and the signal current is reduced, so that the detection sensitivity is greatly reduced. there were. This decrease in detection sensitivity can be solved by improving the quality of diamond. However, even if high-quality diamond is used, the radiation detector with the conventional structure cannot be said to have sufficient detection sensitivity like other radiation detectors, and new radiation detection that enables further high-sensitivity detection. Development of the vessel was required.

すなわち、基層となるダイヤモンドが十分高品質であれば、ダイヤモンドを用いた放射線検出器は、室温における暗電流(典型的にはSiで1nA程度)が大幅に小さくなるため、室温で動作する従来半導体を用いた検出器に比べ、最小検出感度が大幅に向上し、より微小な強度の放射線についても検出できるようになると期待される。   That is, if the base diamond is sufficiently high in quality, a radiation detector using diamond has a dark current at room temperature (typically about 1 nA in Si) that is greatly reduced. It is expected that the minimum detection sensitivity will be greatly improved as compared to detectors using, so that even finer intensity radiation can be detected.

しかしながら、1入射放射線(1量子)に対して形成される電子−正孔対の数は、凡そバンドギャップエネルギーに反比例するので、検出器を冷却し暗電流を十分低減した条件下で放射線の検出感度を比較した場合、つまり、材料固有の物性により決定される検出信号強度を比較した場合は、ダイヤモンドを用いた検出器は、Si等ダイヤモンド以外の半導体を用いた検出器とほぼ等しいか(紫外線感度は100mA/W程度)、もしくはこれより小さくなる。   However, since the number of electron-hole pairs formed for one incident radiation (one quantum) is roughly inversely proportional to the band gap energy, radiation detection is performed under conditions where the detector is cooled and the dark current is sufficiently reduced. When the sensitivity is compared, that is, when the detection signal intensity determined by the material-specific physical properties is compared, the detector using diamond is almost equal to the detector using a semiconductor other than diamond such as Si (ultraviolet light) The sensitivity is about 100 mA / W) or smaller.

そこで、ダイヤモンド放射線検出器において、出力信号強度を高めることできれば、他材料による放射線検出器に比して更に優れたものになる。すなわち、ダイヤモンド薄膜を用いて、感度特性に優れた、すなわち、最小検出放射線量が小さく信号強度の大きい放射線検出器を開発できれば、ダイヤモンドが有する材料的特長である耐環境性、並びに、室温における超低暗電流特性により、使用用途が広範囲にわたる高感度放射線検出器となるものと期待される。   Therefore, in the diamond radiation detector, if the output signal intensity can be increased, it becomes more excellent than the radiation detector made of other materials. In other words, if a radiation detector with excellent sensitivity characteristics, that is, a low minimum detection radiation dose and a large signal intensity can be developed using a diamond thin film, the environmental resistance that is a material characteristic of diamond, and the ultra-high temperature at room temperature. Due to the low dark current characteristics, it is expected to become a high-sensitivity radiation detector for a wide range of applications.

本発明は、上記の問題点に鑑みて考案されたものであり、その目的は、ダイヤモンドを使用した、室温動作可能で耐環境性に優れた放射線検出器において、従来製品と比べ格段の高感度特性を有する放射線検出器を実現することにある。   The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and its purpose is a radiation detector using diamond, which can be operated at room temperature and has excellent environmental resistance, and is much more sensitive than conventional products. It is to realize a radiation detector having characteristics.

本発明に係る放射線検出器は、ダイヤモンドからなる基層と、上記基層に接した少なくとも2つの電極と、を有し、上記電極に電圧を印加することにより、上記基層に、電流増幅を起こさせる高電界部を局所的に形成しており、上記電極間の基層に照射される放射線を、上記電極の少なくとも1つで収集した電流に基づいて検出することを特徴としている。   A radiation detector according to the present invention has a base layer made of diamond and at least two electrodes in contact with the base layer, and a voltage is applied to the electrodes to cause current amplification in the base layer. An electric field portion is locally formed, and radiation applied to the base layer between the electrodes is detected based on a current collected by at least one of the electrodes.

これによれば、電極間の該基層に照射された放射線により、該基層中に超微弱電流が発生し、この超微弱電流が、上記電極間の電圧印加により形成される該基層中の局所的高電界部において、格段に電流増幅された後、上記電極の少なくとも1つで検出するので、非常に感度の良い放射線検出器となる。   According to this, a very weak current is generated in the base layer due to the radiation applied to the base layer between the electrodes, and this very weak current is locally generated in the base layer formed by voltage application between the electrodes. In the high electric field part, the current is amplified significantly and then detected by at least one of the electrodes, so that the radiation detector is very sensitive.

なお、「高電界部を局所的に形成している」とは、上記基層全体が高電界部となるのではなく、基層の一部分でのみ高電界が形成されていることを意味し、その電界強度が該高電界部内において空間的に均一であることは必ずしも意味しない。また、「電流増幅」とは高電界下におけるキャリアの衝突電離機構による電流増幅を意味する。また、「高電界部」とは、この電流増幅を起こさせるために必要な高電界が形成されている領域である。   Note that “the high electric field portion is locally formed” means that the entire base layer does not become a high electric field portion but a high electric field is formed only in a part of the base layer. It does not necessarily mean that the intensity is spatially uniform in the high electric field part. “Current amplification” means current amplification by a collision ionization mechanism of carriers under a high electric field. The “high electric field portion” is a region where a high electric field necessary for causing this current amplification is formed.

本発明に係る放射線検出器は、上記課題を解決するために、上記電極の少なくとも1つの端部が、膜厚が100nm未満である薄膜電極領域となっており、上記電極に電圧を印加することにより、該薄膜電極領域に接する、上記基層の局所的領域に、上記高電界部が形成されることを特徴としている。   In the radiation detector according to the present invention, in order to solve the above problems, at least one end of the electrode is a thin film electrode region having a film thickness of less than 100 nm, and a voltage is applied to the electrode. Thus, the high electric field portion is formed in a local region of the base layer in contact with the thin film electrode region.

本発明に係る放射線検出器は、上記課題を解決するために、上記電極が、その少なくとも1つの端部において、上記基層表面の面内方向に突出した、最小曲率半径が100nm以下となる端面突起を形成しており、上記電極に電圧を印加することにより、上記該端面突起の先端部に、該基層の局所的領域に上記高電界部が形成されることを特徴としている。   In order to solve the above-described problem, the radiation detector according to the present invention has an end face protrusion with a minimum curvature radius of 100 nm or less, wherein the electrode protrudes in an in-plane direction of the surface of the base layer at at least one end thereof. The high electric field portion is formed in a local region of the base layer at a tip portion of the end face projection by applying a voltage to the electrode.

本発明に係る放射線検出器は、上記課題を解決するために、上記電極の少なくとも1つが、上記基層表面の面内方向に拡がり、該基層に接する側の該電極表面に、最小曲率半径が100nm以下となる表面突起を有し、上記電極に電圧を印加することにより、該表面突起の先端部に接する、該基層の局所的領域に上記高電界部が形成されることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the radiation detector according to the present invention has at least one of the electrodes extending in the in-plane direction of the surface of the base layer, and a minimum curvature radius of 100 nm on the electrode surface on the side in contact with the base layer. The high electric field portion is formed in a local region of the base layer that is in contact with the tip of the surface protrusion by applying a voltage to the electrode.

本発明に係る放射線検出器は、上記課題を解決するために、上記基層における電極と接する表面に、最小曲率半径が100nm以下の凹部を有しており、上記電極が、この凹部に沿って形成された表面突起を備えており、上記電極に電圧を印加することにより、該表面突起の先端部に接する、該基層の局所的領域に上記高電界部が形成されることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the radiation detector according to the present invention has a recess having a minimum radius of curvature of 100 nm or less on the surface of the base layer in contact with the electrode, and the electrode is formed along the recess. The high electric field portion is formed in a local region of the base layer that is in contact with the tip of the surface protrusion by applying a voltage to the electrode.

本発明に係る放射線検出器は、上記課題を解決するために、さらに、少なくとも、上記高電界部を覆うように積層された、ダイヤモンドからなるキャップ層を有しており、上記電極に電圧を印加することにより、上記キャップ層にも高電界部が局所的に形成されることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the radiation detector according to the present invention further includes a cap layer made of diamond, which is laminated so as to cover at least the high electric field portion, and applies a voltage to the electrode. Thus, a high electric field portion is also locally formed in the cap layer.

本発明に係る放射線検出器は、上記課題を解決するために、少なくとも、上記電極間に位置する上記基層の表面を覆うように積層された、ダイヤモンドからなるキャップ層を有しており、上記電極に電圧を印加することにより、該キャップ層にも高電界部が局所的に形成されることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a radiation detector according to the present invention has a cap layer made of diamond, which is laminated so as to cover at least the surface of the base layer located between the electrodes. A high electric field portion is also locally formed in the cap layer by applying a voltage to the cap layer.

本発明に係る放射線検出器は、上記課題を解決するために、上記電極に電圧を印加することにより、上記高電界部に10V/cm以上の電界が形成されることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the radiation detector according to the present invention is characterized in that an electric field of 10 5 V / cm or more is formed in the high electric field portion by applying a voltage to the electrodes.

本発明に係る放射線検出器は、上記課題を解決するために、上記電極に電圧を印加することにより、上記高電界部が、電界方向に5μm以下の幅にて形成されていることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the radiation detector according to the present invention is characterized in that the high electric field part is formed with a width of 5 μm or less in the electric field direction by applying a voltage to the electrode. Yes.

なお、上記「電界方向」とは、上記電極に電圧を印加することにより生じる高電界部において、正電荷の受ける力の方向である。   The “electric field direction” is a direction of a force received by a positive charge in a high electric field portion generated by applying a voltage to the electrode.

本発明に係る放射線検出器は、上記課題を解決するために、上記電極における、高電界部を生じせしめる部分が、1016/cm以上のキャリア密度を有する導電性材料からなることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the radiation detector according to the present invention is characterized in that a portion of the electrode that generates a high electric field portion is made of a conductive material having a carrier density of 10 16 / cm 3 or more. Yes.

ここで、「高電界部を生じせしめる部分」とは、高電界部を発生させるのに寄与する部分であり、具体的には、上記した薄膜電極領域や端面突起、表面突起をさす。   Here, the “portion that generates the high electric field portion” is a portion that contributes to the generation of the high electric field portion, and specifically refers to the above-described thin film electrode region, end surface protrusion, and surface protrusion.

本発明に係る放射線検出器は、上記課題を解決するために、上記高電界を生じせしめる電圧を印加したときに、上記電極間の電気抵抗が10Ω以上であることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the radiation detector according to the present invention is characterized in that an electrical resistance between the electrodes is 10 5 Ω or more when a voltage that generates the high electric field is applied.

本発明に係る放射線検出器は、上記課題を解決するために、上記電極において、放射線照射に対して検出されるパルス電流の応答速度が10μs以下であることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the radiation detector according to the present invention is characterized in that a response speed of a pulse current detected with respect to radiation irradiation is 10 μs or less in the electrode.

なお、上記「パルス電流の応答速度」とは、放射線照射時から、それに応答して流れるパルス電流が検出されるまでの時間を示す。   The “pulse current response speed” indicates the time from the time of radiation irradiation until the pulse current flowing in response thereto is detected.

本発明に係る放射線検出器は、上記課題を解決するために、紫外線、α粒子、β粒子、γ粒子、中性子、X線の何れかを検出することを特徴としている。   The radiation detector according to the present invention is characterized by detecting any one of ultraviolet rays, α particles, β particles, γ particles, neutrons, and X-rays in order to solve the above problems.

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記課題を解決するために、ダイヤモンドからなる基層を形成する基層形成ステップと、電圧を印加することにより、上記基層に電流増幅を起こさせる高電界部を局所的に形成させる、少なくとも2つの電極を、上記基層の表面に形成する電極形成ステップと、を有することを特徴としている。   In order to solve the above problems, a manufacturing method of a radiation detector according to the present invention includes a base layer forming step of forming a base layer made of diamond, and a high electric field part that causes current amplification in the base layer by applying a voltage. An electrode forming step of forming at least two electrodes on the surface of the base layer.

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記課題を解決するために、上記電極形成ステップにおいて、上記電極が蒸着法により形成されることを特徴としている。   The method of manufacturing a radiation detector according to the present invention is characterized in that, in order to solve the above-described problem, in the electrode formation step, the electrode is formed by a vapor deposition method.

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記課題を解決するために、上記電極形成ステップにおいて、上記電極が化学気相堆積法により形成されることを特徴としている。
本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記課題を解決するために、上記電極形成ステップにおいて、上記電極がイオン打ち込み法により形成されることを特徴としている。
The method of manufacturing a radiation detector according to the present invention is characterized in that, in the electrode forming step, the electrode is formed by a chemical vapor deposition method in order to solve the above problems.
The method of manufacturing a radiation detector according to the present invention is characterized in that, in the electrode forming step, the electrode is formed by an ion implantation method in order to solve the above problems.

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記課題を解決するために、上記電極形成ステップにおいて、上記電極がリソグラフィ法により形成されることを特徴としている。   The method of manufacturing a radiation detector according to the present invention is characterized in that, in the electrode forming step, the electrode is formed by a lithography method in order to solve the above problems.

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記課題を解決するために、上記電極形成ステップにおいて、上記電極がマスクキングによりパターン形成されることを特徴としている。   The method of manufacturing a radiation detector according to the present invention is characterized in that, in the electrode forming step, the electrode is patterned by masking in order to solve the above problems.

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記課題を解決するために、上記電極形成ステップにおいて、上記電極が材料をビーム状にして走査することで形成されることを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problems, the manufacturing method of the radiation detector according to the present invention is characterized in that, in the electrode forming step, the electrode is formed by scanning the material in a beam shape.

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記課題を解決するために、上記基層形成ステップが、マイクロ波プラズマ化学気相堆積法により下地基板にダイヤモンド結晶を成長させることにより行われ、上記マイクロ波プラズマ化学気相堆積法において、原料のメタン/水素の比を1%以上、反応圧力を100Torr以上、投入電力/プラズマ発光体積で表されるパワー密度を15W/cm以上として、ダイヤモンド結晶合成時の下地基板の温度が1000℃以上となる温度にて行うことを特徴としている。 In the method of manufacturing a radiation detector according to the present invention, in order to solve the above-described problem, the base layer forming step is performed by growing a diamond crystal on a base substrate by a microwave plasma chemical vapor deposition method. In the wave plasma chemical vapor deposition method, the methane / hydrogen ratio of the raw material is 1% or higher, the reaction pressure is 100 Torr or higher, and the power density expressed by input power / plasma emission volume is 15 W / cm 3 or higher. It is characterized in that it is performed at a temperature at which the temperature of the underlying substrate is 1000 ° C. or higher.

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記課題を解決するために、上記マイクロ波プラズマ化学気相堆積法において、投入マイクロ波パワーを1000W以上とすることを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problems, the manufacturing method of the radiation detector according to the present invention is characterized in that the input microwave power is set to 1000 W or more in the microwave plasma chemical vapor deposition method.

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記課題を解決するために、上記基層形成ステップが、下地ホルダーに下地基板を載置して行われるものであり、上記下地基板が、ダイヤモンド、白金、白金合金、モリブデン、モリブデン合金、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、鉄、鉄合金、イリジウム、イリジウム合金、ニッケル、ニッケル合金、シリコン、金属シリサイド、石英、窒化ボロン、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化ガリウム、窒化炭素のうちの少なくとも1つからなる基板、あるいは、これらの基板表面に多結晶ダイヤモンドまたは高配向ダイヤモンドを成長させた基板であることを特徴としている。また、上記下地ホルダーが、白金、白金合金、モリブデン、モリブデン合金、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、鉄、鉄合金、イリジウム、イリジウム合金、ニッケル、ニッケル合金、シリコン、金属シリサイド、のうちの少なくとも1つからなる基板表面にダイヤモンドを覆ったものであることを特徴としている。   In the manufacturing method of the radiation detector according to the present invention, in order to solve the above problems, the base layer forming step is performed by placing a base substrate on a base holder, and the base substrate is made of diamond, platinum. , Platinum alloy, molybdenum, molybdenum alloy, tantalum, tantalum alloy, tungsten, tungsten alloy, iron, iron alloy, iridium, iridium alloy, nickel, nickel alloy, silicon, metal silicide, quartz, boron nitride, aluminum nitride, silicon carbide, It is characterized by being a substrate made of at least one of gallium nitride and carbon nitride, or a substrate in which polycrystalline diamond or highly oriented diamond is grown on the surface of these substrates. Further, the base holder is made of platinum, platinum alloy, molybdenum, molybdenum alloy, tantalum, tantalum alloy, tungsten, tungsten alloy, iron, iron alloy, iridium, iridium alloy, nickel, nickel alloy, silicon, metal silicide, It is characterized in that at least one substrate surface is covered with diamond.

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記課題を解決するために、上記基層形成ステップが、下地ホルダーに上記下地基板を載置して行われるものであり、ダイヤモンド結晶合成時において上記下地基板の温度が上記下地ホルダーの温度より、50℃以上高く保たれていることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the manufacturing method of the radiation detector according to the present invention is such that the base layer forming step is performed by placing the base substrate on a base holder, and the base layer is formed during diamond crystal synthesis. The temperature of the substrate is maintained at 50 ° C. or higher than the temperature of the base holder.

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記課題を解決するために、上記基層形成ステップが、反応容器内で行われるものであり、上記反応容器がマイクロ波プラズマに耐性を持つものであることを特徴としている。   In the manufacturing method of the radiation detector according to the present invention, in order to solve the above-described problem, the base layer forming step is performed in a reaction vessel, and the reaction vessel is resistant to microwave plasma. It is characterized by that.

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記課題を解決するために、上記基層形成ステップが、反応容器内で行われるものであり、上記反応容器の直径がマイクロ波プラズマ作られている空間の直径よりも1cm以上大きいことを特徴としている。   In the manufacturing method of the radiation detector according to the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, the base layer forming step is performed in a reaction vessel, and the space in which the diameter of the reaction vessel is formed by microwave plasma. It is characterized by being 1 cm or more larger than the diameter.

本発明に係る放射線検出器は、以上のように、ダイヤモンドからなる基層と、上記基層に接した少なくとも2つの電極と、を有し、上記電極に電圧を印加することにより、上記基層に局所的に高電界部を発生させており、上記電極間の基層に照射される放射線を、上記電極の少なくとも1つで収集した電流に基づいて検出している。   As described above, the radiation detector according to the present invention has a base layer made of diamond and at least two electrodes in contact with the base layer. By applying a voltage to the electrodes, the radiation detector is locally applied to the base layer. A high electric field portion is generated, and radiation applied to the base layer between the electrodes is detected based on a current collected by at least one of the electrodes.

上記電極に電圧を印加することで、上記基層に局所的に高電界部を形成させると、この高電界部に到達したキャリアは該高電界により大きなエネルギーが与えられる。したがって、検出対象となる放射線(例えば紫外線・粒子線)により生成されたキャリアが、高電界部において十分な高エネルギーを得れば、該基層ダイヤモンドの価電子と次々に衝突し、衝突電離機構によりその都度2次キャリアを生じさせる。このようにして、放射線によって生成したキャリアは大幅な電流増幅を起こすことができる。   When a high electric field portion is locally formed in the base layer by applying a voltage to the electrode, carriers that have reached the high electric field portion are given large energy by the high electric field. Therefore, if the carriers generated by the radiation to be detected (for example, ultraviolet rays and particle beams) obtain a sufficiently high energy in the high electric field part, they will collide one after another with the valence electrons of the base layer diamond, and by the impact ionization mechanism A secondary carrier is generated each time. In this way, carriers generated by radiation can cause significant current amplification.

この電流増幅は、放射線検知の信号強度を格段に強くするので、極めて微弱な放射線が入射した場合も、検出できるレベルの電流として収集できる、検出感度の極めて高い放射線検出器となる。   This current amplification remarkably increases the signal intensity of radiation detection, so that even when extremely weak radiation is incident, it becomes a radiation detector with extremely high detection sensitivity that can be collected as a detectable level of current.

上記高電界部は基層中に局所的に形成させているが、これは、高電界部が基層全体に渡って形成されると、上記の電流増幅が雪崩的に基層全体に広がってしまうので、電圧を印加している電極間の基層が絶縁破壊され、検出器としての機能を果たさなくなるからである。つまり、高電界部の形成領域を調整して局所的とすることで、電流増幅の発生を局所的にとどめ、検出器の破壊を防ぎながら制御性良く検出感度を上げることができるのである。   The high electric field part is locally formed in the base layer. This is because when the high electric field part is formed over the entire base layer, the current amplification spreads over the entire base layer in an avalanche. This is because the base layer between the electrodes to which a voltage is applied is broken down, so that it does not function as a detector. In other words, by adjusting the formation region of the high electric field portion to make it local, the occurrence of current amplification can be stopped locally, and the detection sensitivity can be increased with good controllability while preventing the detector from being destroyed.

また、局所的にのみ高電界部を形成する場合は、検出器に印加すべき電圧を低く抑えることができるという利点もある。   In addition, when the high electric field portion is formed only locally, there is an advantage that the voltage to be applied to the detector can be kept low.

上記基層に局所的に高電界部を発生させるためには、例えば、上記電極の端部の膜厚を100nm未満とし、該電極同士が相対する側の電極端部に接する基層の領域に上記高電界部が局所的に形成されるようにすればよい。すなわち、上記電極端部の膜厚を100nm未満とすることで、電極に電圧を加えた場合に、電界が電極端面近傍に集中するという作用が起こり、基層における電極の相対する側の電極端部に沿った領域に局所的な高電界部を形成できる。   In order to generate a high electric field portion locally in the base layer, for example, the film thickness of the end portion of the electrode is set to less than 100 nm, and the high layer portion is formed in a region of the base layer in contact with the electrode end portion on the side where the electrodes face each other. The electric field portion may be formed locally. That is, by setting the film thickness of the electrode end portion to less than 100 nm, when a voltage is applied to the electrode, the electric field concentrates in the vicinity of the electrode end surface, and the electrode end portion on the opposite side of the electrode in the base layer A local high electric field portion can be formed in a region along the line.

また、上記電極同士が相対する側の少なくとも1つの電極端部が、上記基層表面の面内方向に突出した、最小曲率半径が100nm以下となる端面突起を形成することでも、電極に電圧を加えれば、同様に電極端面突起の先端部に接する、該基層の局所的領域に、電界が増大するという作用が起こり、電極の相対する側の電極端面突起先端部に沿った基層領域に局部的な高電界部を形成できる。   In addition, a voltage can be applied to the electrodes by forming at least one electrode end on the side where the electrodes are opposed to each other to form an end surface protrusion having a minimum curvature radius of 100 nm or less protruding in the in-plane direction of the base layer surface. For example, the action of increasing the electric field occurs in the local region of the base layer that is in contact with the tip of the electrode end surface protrusion, and is locally in the base layer region along the tip of the electrode end surface protrusion on the opposite side of the electrode. A high electric field part can be formed.

同様に、上記電極同士が相対する側の少なくとも1つの電極が、上記基層表面の面内方向に拡がり、該基層に接する側の該電極表面に、最小曲率半径が100nm以下となる表面突起を形成することでも、電極に電圧を加えた場合、同様に表面突起に接する基層の領域で局所的に電界が増大するという作用が起こり、電極の相対する側の表面突起先端部に接する基層領域に局部的な高電界部を形成できる。   Similarly, at least one electrode on the side where the electrodes face each other extends in the in-plane direction of the surface of the base layer, and a surface protrusion having a minimum curvature radius of 100 nm or less is formed on the electrode surface on the side in contact with the base layer. However, when a voltage is applied to the electrode, there is an effect that the electric field is locally increased in the region of the base layer in contact with the surface protrusion, and the local layer region in contact with the tip of the surface protrusion on the opposite side of the electrode is locally applied. High electric field portion can be formed.

さらに、上記基層における電極と接する表面に、最小曲率半径が100nm以下の凹部を形成し、上記電極をこの凹部を有する基層表面に沿って形成することで表面突起を形成しても、電極に電圧を加えた場合には、同様な電界増大作用が起こり、電極が相対する側の表面突起に接した基層の領域に局部的な高電界部を形成できる。   Furthermore, even if a recess having a minimum curvature radius of 100 nm or less is formed on the surface of the base layer in contact with the electrode, and the electrode is formed along the surface of the base layer having the recess, a voltage is applied to the electrode. When the is added, a similar electric field increasing action occurs, and a local high electric field portion can be formed in the region of the base layer in contact with the surface protrusion on the side where the electrode faces.

さらに、本発明に係る放射線検出器において、少なくとも、上記高電界部を覆うように、ダイヤモンドからなるキャップ層が積層される構成とし、上記高電界部を、基層側のみならずキャップ層内にも形成するようにすれば、放射線検出感度をより一層高めることができる。   Furthermore, in the radiation detector according to the present invention, a cap layer made of diamond is laminated so as to cover at least the high electric field portion, and the high electric field portion is not only on the base layer side but also in the cap layer. If formed, the radiation detection sensitivity can be further increased.

なお、上記キャップ層内の高電界部は、少なくとも、高電界を形成せしめる電極部分を覆うようにキャップ層を積層することによっても形成される。高電界を形成せしめる電極部分とは、具体的には、100nm未満の膜厚の電極端部を有する場合は電極同士が相対する側の薄膜電極領域であり、最小曲率半径が100nm以下の上記の突起の先端部である。   The high electric field portion in the cap layer is also formed by laminating the cap layer so as to cover at least the electrode portion that forms the high electric field. Specifically, the electrode portion that forms a high electric field is a thin-film electrode region on the side where the electrodes face each other when having an electrode end having a thickness of less than 100 nm, and the minimum curvature radius is 100 nm or less. This is the tip of the protrusion.

加えて、本発明に係る放射線検出器において、少なくとも上記電極間に位置する上記基層の表面を覆うように積層された、ダイヤモンドからなるキャップ層を有している構成とすれば、その検出特性が、雰囲気ガス種によらず、より均質化・安定化でき、検出器の制御性の向上や長寿命化にも寄与する。この理由は、電極間に位置する上記基層の表面にキャップ層が無いまま電極に電圧を印加すると、基層表面の高電界部が表面に晒され、多少不安定になりやすくなるのに対し、上記構成にすることにより、検出器表面には高電界が印加されず、そのような不安定性のない検出器内部のみに高電界部を形成できるからである。   In addition, in the radiation detector according to the present invention, if the structure has a cap layer made of diamond laminated so as to cover at least the surface of the base layer located between the electrodes, the detection characteristics thereof are It can be made more uniform and stable regardless of the atmospheric gas type, contributing to improved controllability and longer life of the detector. The reason for this is that when a voltage is applied to the electrode without a cap layer on the surface of the base layer located between the electrodes, the high electric field part on the surface of the base layer is exposed to the surface and tends to be somewhat unstable, whereas This is because a high electric field is not applied to the detector surface, and a high electric field portion can be formed only inside the detector without such instability.

本発明に係る放射線検出器は、上記高電界部に10V/cm以上の電界が形成されていることで、上記電流増幅を良好に発生させることができる。 The radiation detector according to the present invention can generate the current amplification satisfactorily by forming an electric field of 10 5 V / cm or more in the high electric field portion.

また、本発明に係る放射線検出器は、上記高電界部が、電界方向に5μm以下の幅にて形成されていることが好ましい。これによれば、過度な電流増幅による検出器の絶縁破壊を招くことなく、制御性良く適度に検出感度を上げることができる。   In the radiation detector according to the present invention, the high electric field portion is preferably formed with a width of 5 μm or less in the electric field direction. According to this, the detection sensitivity can be appropriately increased with good controllability without causing dielectric breakdown of the detector due to excessive current amplification.

さらに、本発明に係る放射線検出器は、上記電極の高電界部を生じせしめる部分が1016/cm以上のキャリア密度を有する導電性材料からなるものとすることで、良好に該高電界部を形成できる。 Furthermore, in the radiation detector according to the present invention, the portion that generates the high electric field portion of the electrode is made of a conductive material having a carrier density of 10 16 / cm 3 or more, so that the high electric field portion can be satisfactorily obtained. Can be formed.

また、本発明に係る放射線検出器は、上記高電界を生じせしめる電圧を印加したときに、上記電極間の動作環境下における電気抵抗が10Ω以上であるものとすることで、放射線検出器の検出感度を良好にできる。 Further, the radiation detector according to the present invention has an electrical resistance of 10 5 Ω or more in an operating environment between the electrodes when a voltage that generates the high electric field is applied. The detection sensitivity can be improved.

また、本発明に係る放射線検出器は、上記電極において、放射線照射に対して流れるパルス電流の応答速度が10μs以下であるものとすることで、放射線検出器の検出感度を良好にできるのみならず、応答速度を良好にできる。   The radiation detector according to the present invention not only can improve the detection sensitivity of the radiation detector by making the response speed of the pulse current flowing with respect to radiation irradiation 10 μs or less in the electrode. The response speed can be improved.

本発明に係る放射線検出器は、光に対するカットオフ波長が220nmと短いため、太陽光の可視光などの長波長の光子の影響を受けることなく、放射線を検出できる。したがって、検出する放射線としては、紫外線、α線、β線、γ線、中性子線、X線等を検出するのに好適である。   Since the radiation detector according to the present invention has a short cutoff wavelength of 220 nm, it can detect radiation without being influenced by long wavelength photons such as visible light of sunlight. Accordingly, the radiation to be detected is suitable for detecting ultraviolet rays, α rays, β rays, γ rays, neutron rays, X rays, and the like.

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、以上のように、電圧を印加することにより上記基層に局所的に高電界部を形成する少なくとも2つの電極を、基層の表面に形成する電極形成ステップを有する放射線検出器の製造方法である。   As described above, the manufacturing method of the radiation detector according to the present invention forms an electrode on the surface of the base layer by forming at least two electrodes that locally form a high electric field portion on the base layer by applying a voltage. The manufacturing method of the radiation detector which has this.

これによれば、電極に電圧を印加することで、上記基層に局所的に高電界部を形成できる放射線検出器を製造できる。このような高電界部を有していれば、上述した電流増幅機構により、すなわち、検出対象である放射線により形成されるキャリアが十分な高エネルギーを有するようになり、基層中のダイヤモンドの価電子を衝突励起し、別の2次キャリアを次々と作るようになるため、極めて微弱な放射線をも検出できる、検出感度の高い放射線検出器となる。なお、上記高電界部を局所的に形成させているのは、上述した電流増幅の発生を局所的にとどめることにより、検出素子の絶縁破壊を防ぎ、該素子の制御性を格段に向上させるためである。   According to this, the radiation detector which can form a high electric field part locally in the said base layer can be manufactured by applying a voltage to an electrode. With such a high electric field part, the carriers formed by the above-described current amplification mechanism, that is, the radiation to be detected have sufficient energy, and the valence electrons of diamond in the base layer Is excited, and another secondary carrier is produced one after another, so that it becomes a radiation detector with high detection sensitivity capable of detecting even very weak radiation. The reason why the high electric field portion is locally formed is to prevent the dielectric breakdown of the detection element and to remarkably improve the controllability of the element by locally suppressing the occurrence of the current amplification described above. It is.

以上のような局所的に高電界部を形成させる電極の形成は、蒸着法、化学気相堆積法、イオン打ち込み法、リソグラフィ法により、あるいは、マスキングによるパターン形成法やビーム状の材料を基層表面に走査する方法を用いて、基層表面に、上述した100nm未満の薄膜の電極あるいは、曲率半径100nm以下の突起状の微細構造を有するパターン電極を形成することで行われる。   The electrode for locally forming a high electric field part as described above can be formed by vapor deposition, chemical vapor deposition, ion implantation, lithography, or pattern formation by masking or beam-like material on the base layer surface. In this method, a thin film electrode having a thickness of less than 100 nm or a patterned electrode having a protruding fine structure with a radius of curvature of 100 nm or less is formed on the surface of the base layer.

また、本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記基層形成ステップが、ダイヤモンドの結晶をマイクロ波プラズマ化学気相堆積法にて合成することにより行われ、該マイクロ波プラズマ化学気相堆積法において、原料のメタン/水素の比を1%以上、反応圧力を100Torr以上、「投入電力/プラズマ発光領域の体積」で表されるパワー密度を15W/cm以上として、ダイヤモンド結晶合成時の下地基板の温度が950℃以上となる温度にて行われる。 In the method of manufacturing a radiation detector according to the present invention, the base layer forming step is performed by synthesizing a diamond crystal by a microwave plasma chemical vapor deposition method. In this case, the ratio of methane / hydrogen as a raw material is 1% or more, the reaction pressure is 100 Torr or more, and the power density represented by “input power / volume of plasma emission region” is 15 W / cm 3 or more. The temperature of the substrate is 950 ° C. or higher.

これによれば、高品質なダイヤモンド結晶を高速で合成できる。ダイヤモンドからなる基層に電極を取り付けた放射線検出器では、例えばカソードルミネッセンスの室温スペクトルの主構造が、バンド端発光に起因するピークであるようなダイヤモンドを用いて基層を形成することが望ましいが、従来は、このような高品質のダイヤモンドは合成速度が極端に遅く、工業的生産は難しい状況にあった。しかし、上記の条件にてマイクロ波プラズマ化学気相堆積法を用いてダイヤモンドを合成することで、ダイヤモンドを高品質に保ちながら、高速に結晶成長をさせて基層を合成できるため、このようなダイヤモンド膜の製造方法は放射線検出器の基層ダイヤモンドの合成に非常に適している。   According to this, high quality diamond crystals can be synthesized at high speed. In a radiation detector in which an electrode is attached to a base layer made of diamond, for example, it is desirable to form the base layer using diamond such that the main structure of the room temperature spectrum of cathodoluminescence is a peak due to band edge emission. However, such high-quality diamond was extremely slow in the synthesis rate, and industrial production was difficult. However, by synthesizing diamond using the microwave plasma chemical vapor deposition method under the above conditions, it is possible to synthesize the base layer by crystal growth at high speed while maintaining high quality diamond. The method of producing the film is very suitable for the synthesis of the base diamond of the radiation detector.

なお、上記マイクロ波プラズマ化学気相堆積法において、投入マイクロ波パワーを1000W以上とすることで、さらに良好にダイヤモンドを合成できる。   In the microwave plasma chemical vapor deposition method, diamond can be synthesized more satisfactorily by setting the input microwave power to 1000 W or more.

また、本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記基層形成ステップにおいて、下地基板が、ダイヤモンド、白金、白金合金、モリブデン、モリブデン合金、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、鉄、鉄合金、イリジウム、イリジウム合金、ニッケル、ニッケル合金、シリコン、金属シリサイド、石英、窒化ボロン、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化ガリウム、窒化炭素のうちの少なくとも1つからなる基板、あるいは、これらの基板表面に多結晶ダイヤモンドまたは高配向ダイヤモンドを成長させた基板であるので、高品質のダイヤモンド結晶を合成することができる。   In the method for manufacturing a radiation detector according to the present invention, in the base layer forming step, the base substrate is diamond, platinum, platinum alloy, molybdenum, molybdenum alloy, tantalum, tantalum alloy, tungsten, tungsten alloy, iron, iron alloy. , Iridium, iridium alloy, nickel, nickel alloy, silicon, metal silicide, quartz, boron nitride, aluminum nitride, silicon carbide, gallium nitride, carbon nitride, or many of these on the substrate surface Since it is a substrate on which crystal diamond or highly oriented diamond is grown, high-quality diamond crystals can be synthesized.

さらに、本発明に係る放射線検出器の製造方法は、上記基層形成ステップにおいて、下地ホルダーが、白金、白金合金、モリブデン、モリブデン合金、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、鉄、鉄合金、イリジウム、イリジウム合金、ニッケル、ニッケル合金、シリコン、金属シリサイド、のうちの少なくとも1つからなる基板表面にダイヤモンドを覆ったものであるので、高品質のダイヤモンド結晶を合成することができる。   Furthermore, in the manufacturing method of the radiation detector according to the present invention, in the base layer forming step, the base holder is platinum, platinum alloy, molybdenum, molybdenum alloy, tantalum, tantalum alloy, tungsten, tungsten alloy, iron, iron alloy, iridium. Further, since the substrate surface made of at least one of iridium alloy, nickel, nickel alloy, silicon, and metal silicide is covered with diamond, high-quality diamond crystals can be synthesized.

また、ダイヤモンド結晶合成時において上記下地基板の温度が上記下地ホルダーの温度より、50℃以上高く保たれていることにより、高品質のダイヤモンド結晶を合成できるので、高感度の放射線検出器が製造できる。下地基板の温度上昇分が下地ホルダーに比べて50℃より小さいと、下地ホルダーに炭素原子が容易に付着してダイヤモンド核またはダイヤモンド微結晶が成長してしまい、このダイヤモンド核またはダイヤモンド微結晶の一部が下地ホルダーから剥離し下地基板上のダイヤモンドに混じってしまうので、品質の低下を招く。   In addition, when the diamond crystal is synthesized, the temperature of the base substrate is kept higher by 50 ° C. or more than the temperature of the base holder, so that high-quality diamond crystals can be synthesized, so that a highly sensitive radiation detector can be manufactured. . If the temperature rise of the base substrate is less than 50 ° C. compared to the base holder, carbon atoms easily attach to the base holder and diamond nuclei or diamond crystallites grow, and one of the diamond nuclei or diamond crystallites grows. Since the part is peeled off from the base holder and mixed with the diamond on the base substrate, the quality is deteriorated.

また、上記基層形成ステップを、マイクロ波プラズマに耐性の反応容器中にて行うことで、良好にダイヤモンド結晶を合成できる。   Moreover, a diamond crystal can be satisfactorily synthesized by performing the base layer forming step in a reaction vessel resistant to microwave plasma.

また、上記基層形成ステップを、マイクロ波プラズマの作られている空間の直径よりも1cm以上大きい反応容器中で行うことにより、良好にダイヤモンド結晶を合成できる。   Moreover, a diamond crystal can be satisfactorily synthesized by performing the above-mentioned base layer forming step in a reaction vessel that is 1 cm or more larger than the diameter of the space in which the microwave plasma is created.

〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1ないし図3に基づいて説明すると以下の通りである。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図1は、本発明の放射線検出器1の構成を示す図面であり、(a)は平面図を、(b)は断面図を示している。   1A and 1B are diagrams showing a configuration of a radiation detector 1 according to the present invention. FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view.

放射線検出器1は、ダイヤモンド基層11と電極12・13からなり、検出対象となる放射線を受けると、電流を発生させるものである。なお、ダイヤモンド基層11は非導電性の高圧合成バルクからなる基板(図示せず)の表面に設けられている。   The radiation detector 1 includes a diamond base layer 11 and electrodes 12 and 13, and generates current when receiving radiation to be detected. The diamond base layer 11 is provided on the surface of a substrate (not shown) made of a non-conductive high-pressure synthetic bulk.

ここで、ダイヤモンド基層11は検出対象となる放射線を光電変換して、光電流を流すものであり、電極12・13はこの光電流を出力するものである。   Here, the diamond base layer 11 photoelectrically converts the radiation to be detected to flow a photocurrent, and the electrodes 12 and 13 output this photocurrent.

ダイヤモンド基層11の材料となるダイヤモンドは、その室温カソードルミネッセンススペクトルの主構造がバンド端発光に関するものである程度の高品質であることが望ましく、これにより、放射線を受けて発生した検知信号を良好に流すことができる。また、ダイヤモンドは、電極12・13間の抵抗が10Ω以上、好ましくは10Ω以上、さらに好ましくは1011Ω以上のものを用いることが好ましい。これにより、暗電流が抑えられ、放射線検出器の検出感度を良好にできる。 The diamond used as the material of the diamond base layer 11 has a main structure of room temperature cathodoluminescence spectrum relating to band edge emission and desirably has a certain high quality, so that a detection signal generated upon receiving radiation can flow well. be able to. Further, it is preferable to use diamond having a resistance between the electrodes 12 and 13 of 10 5 Ω or more, preferably 10 8 Ω or more, more preferably 10 11 Ω or more. Thereby, dark current is suppressed and the detection sensitivity of the radiation detector can be improved.

ダイヤモンド基層11の形状としては、その面積は使用に応じて適宜選択すればよいが、例えば3mm×3mmのものが用いられる。また、その厚さとしては、高感度とするために、放射線の種類及びエネルギーに応じて適切な厚さとすればよいが、一般的には厚さを20μm程度以上とすることが好ましい。厚さの上限は、通常の放射線検出では100μm以下とすることが好ましく、下限は10μm以上、好ましくは20μm以上、より好ましくは30μm以上である。   The shape of the diamond base layer 11 may be appropriately selected depending on the use, but for example, a 3 mm × 3 mm shape is used. The thickness may be set to an appropriate thickness according to the type and energy of radiation in order to achieve high sensitivity. In general, the thickness is preferably about 20 μm or more. The upper limit of the thickness is preferably 100 μm or less in normal radiation detection, and the lower limit is 10 μm or more, preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more.

これは、放射線により発生したキャリアは、ダイヤモンド基層11中を走行して電極12・13に到達するが、このときに、ダイヤモンド基層11が厚すぎると、キャリアの一部が走行中に捕獲され、信号強度の減少とエネルギー分解能や応答速度の低下が起こるためである。また、ダイヤモンド基層11が薄すぎると、放射線がキャリア生成することなしに基層を通過する、または生成されたキャリアが基層を拡散中に、主として基層外に流出し消滅してしまうという問題が生じる。   This is because carriers generated by radiation travel through the diamond base layer 11 and reach the electrodes 12 and 13. At this time, if the diamond base layer 11 is too thick, a part of the carrier is trapped during travel, This is because the signal intensity decreases and the energy resolution and response speed decrease. Further, if the diamond base layer 11 is too thin, there is a problem that radiation passes through the base layer without generating carriers, or the generated carriers flow out of the base layer and disappear during diffusion of the base layer.

電極12・13の材料としては、1016/cm以上のキャリア密度を有する導電性材料、より好ましくは1021/cm以上のキャリア密度を有する導電性材料を用いることが好ましい。このような電極12・13としては、チタンと金とを積層させた電極や、チタンと白金と金とからなる積層電極が挙げられる。このような材料を用いれば、放射線により生成されたキャリア信号を良好に増幅でき、高感度で検出することができる。 As a material for the electrodes 12 and 13, it is preferable to use a conductive material having a carrier density of 10 16 / cm 3 or more, more preferably a conductive material having a carrier density of 10 21 / cm 3 or more. Examples of such electrodes 12 and 13 include an electrode in which titanium and gold are laminated, and a laminated electrode made of titanium, platinum and gold. If such a material is used, the carrier signal generated by radiation can be amplified well and detected with high sensitivity.

また、本実施の形態では電極の厚さを100nm未満にしている。これにより、図1(b)に示すように、電極12に電圧を印加したときに、電極12の電極13とが相対する側の電極端部に沿ってダイヤモンド基層11に、幅1μm程度の高電界部14ができる。電極の厚さとしては、100nm未満とすることがより好ましく、40nm以下とすることがさらに好ましい。   In the present embodiment, the thickness of the electrode is less than 100 nm. Thus, as shown in FIG. 1B, when a voltage is applied to the electrode 12, the diamond base layer 11 has a high width of about 1 μm along the electrode end of the electrode 12 facing the electrode 13 side. An electric field part 14 is formed. The thickness of the electrode is more preferably less than 100 nm, and further preferably 40 nm or less.

なお、高電界部14は、電極12、13のどちらかに電圧を印加することによって、電極12,13のどちらかに沿って形成してもよく、電極12および電極13に印加することによって両者に沿って形成してもよい。しかし、ダイヤモンド基層11のダイヤモンドの品質が非常に高い場合には、2箇所に高電界部14を形成すると、検出器の破壊につながることがあるので、このような場合には、高電界部14を1箇所以上設けないほうが良い。   The high electric field portion 14 may be formed along one of the electrodes 12 and 13 by applying a voltage to one of the electrodes 12 and 13. You may form along. However, when the diamond base layer 11 has a very high quality diamond, the formation of the high electric field portion 14 at two locations may lead to the destruction of the detector. In such a case, the high electric field portion 14 It is better not to provide more than one place.

すなわち、通常の品質のダイヤモンドの場合、ダイヤモンド中では電子の寿命に比べ正孔の寿命が長いので、放射線を受けてダイヤモンド基層11中で生成したキャリアの内、主として正孔電流が高電界部14で電流増幅される。このような場合に局所的な高電界部が2つの電極の相対する側にそれぞれ形成されると、正極側で正孔電流の増幅が、陰極側で電子電流の増幅が生じるが、電極間の距離を電子の拡散距離に比べ十分長くしておけば、陰極側のキャリア増幅で形成された正孔が正極側のキャリア増幅で形成された電子を相殺するため、キャリア増幅の正の帰還回路は形成されず、該局所的高電界部における電流増幅は安定に動作する。   That is, in the case of diamond of normal quality, the lifetime of holes in the diamond is longer than the lifetime of electrons. Therefore, among the carriers generated in the diamond base layer 11 upon receiving radiation, the hole current mainly has a high electric field portion 14. Current amplification. In such a case, if a local high electric field portion is formed on the opposite sides of the two electrodes, the positive hole current amplification occurs on the positive electrode side and the electronic current amplification occurs on the cathode side. If the distance is sufficiently longer than the electron diffusion distance, the holes formed by the carrier amplification on the cathode side cancel the electrons formed by the carrier amplification on the positive electrode side. Not formed, current amplification in the local high electric field portion operates stably.

他方、ダイヤモンド基層11の結晶品質が非常に高い場合、正孔の寿命に加え電子の寿命も十分長くなり、高電界部14で電子電流の電流増幅をも生じるようになる。この場合に、局所的な高電界部14が2つの電極の相対する側にそれぞれ形成さると、上記の相殺が行われず、キャリア増幅の正帰還回路が形成されるため電流増幅を阻止することができず、瞬時に素子の破壊に至ってしまう。このため、ダイヤモンド基層11の結晶品質が非常に高い場合は、一方の電極のみに高電界部14が形成される構成にすることが必要である。   On the other hand, when the crystal quality of the diamond base layer 11 is very high, the lifetime of electrons becomes sufficiently long in addition to the lifetime of holes, and the current amplification of the electron current also occurs in the high electric field portion 14. In this case, if the local high electric field portions 14 are formed on opposite sides of the two electrodes, the above-described cancellation is not performed, and a positive feedback circuit for carrier amplification is formed, thereby preventing current amplification. It cannot be done, and the element is destroyed instantly. For this reason, when the crystal quality of the diamond base layer 11 is very high, it is necessary to have a configuration in which the high electric field portion 14 is formed only on one electrode.

なお、形成する高電界部14は、ダイヤモンド基層11の一部に形成されるものであればよい。該高電界部14の大きさ(幅)は、電極間距離とキャリアの拡散距離とに依存するが、通常5μm以下、好ましくは1μm以下であることが望まれる。これによれば、高電界部14がダイヤモンド基層11において、電流増幅の発生を局所的にとどめ、検出素子の破壊を防ぎながら検出感度を上げることができる。   In addition, the high electric field part 14 to form should just be formed in a part of diamond base layer 11. FIG. The size (width) of the high electric field portion 14 depends on the distance between the electrodes and the diffusion distance of carriers, but is usually 5 μm or less, preferably 1 μm or less. According to this, in the diamond base layer 11, the high electric field part 14 can stop generation | occurrence | production of electric current locally, and can raise detection sensitivity, preventing destruction of a detection element.

この高電界部14は、電極12・13に適切な電圧を印加することにより、10V/cm以上の高電界が形成されることが望ましく、該高電界部内の最大電界が10V/cm以上とすることがより望ましい。これにより、キャリアの衝突電離機構による電流増幅現象を利用して検出感度を格段に高めることができる。 The high electric field portion 14 is desirably formed with a high electric field of 10 5 V / cm or more by applying an appropriate voltage to the electrodes 12 and 13, and the maximum electric field in the high electric field portion is 10 6 V / cm. It is more desirable to set it to cm or more. Thereby, the detection sensitivity can be remarkably enhanced by utilizing the current amplification phenomenon by the carrier impact ionization mechanism.

すなわち、放射線を受けて作られたキャリアがこのような高電界部14に到達すると、衝突電離現象を生じさせるのに十分な高エネルギーを得られる。そして、高エネルギーを得たキャリアはダイヤモンド基層11中のダイヤモンドの価電子と衝突して、次々に2次キャリアを作る。これにより、放射線により生成されたキャリアの信号強度が格段に高まるので、きわめて微弱な入射放射線に対しても検出可能な程度に大きな電流信号を生成できる。   That is, when the carrier generated upon receiving radiation reaches such a high electric field portion 14, high energy sufficient to cause the impact ionization phenomenon can be obtained. Then, the carriers that have obtained high energy collide with the valence electrons of diamond in the diamond base layer 11 to produce secondary carriers one after another. As a result, the signal intensity of the carrier generated by the radiation is remarkably increased, so that a current signal large enough to detect even very weak incident radiation can be generated.

電極12・13の形状は、図1のように長方形型のものを使用しているが、これに限られるものではなく、図2(a)のように電極21と22とがダイヤモンド基層11との面内方向に分岐した部分を有し、この部分が電極同士で互いに入り組んでいる形状(櫛型)に形成してもよい。この場合、電極12と電極13との電極間距離が小さくなり、放射線により生成されたキャリアを確実に検出できる。また、形成される高電界部24は図2(b)の断面図に示すように、電極21・22の相対する側の電極端部に接するダイヤモンド基層11の領域にできる。なお、電極12・13を櫛型にした場合の電極間距離は、後述する実施例にも示す通り、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましい。   The shape of the electrodes 12 and 13 is a rectangular shape as shown in FIG. 1, but is not limited to this, and the electrodes 21 and 22 are formed of the diamond base layer 11 and the electrode as shown in FIG. May be formed in a shape (comb shape) in which the electrodes are branched from each other. In this case, the distance between the electrodes 12 and 13 is reduced, and the carriers generated by the radiation can be reliably detected. Further, the formed high electric field portion 24 can be formed in the region of the diamond base layer 11 in contact with the electrode ends on the opposite sides of the electrodes 21 and 22 as shown in the cross-sectional view of FIG. The inter-electrode distance when the electrodes 12 and 13 are comb-shaped is preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less, as shown in Examples described later.

また、本実施の形態では、図3に示すように、ダイヤモンド基層11の電極12・13が形成された面に、ダイヤモンドからなるキャップ層15を積層させてもよい。これによると、上記高電界部14がダイヤモンド基層11のみならずキャップ層15にも広がるので、検出感度がさらに高まる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, a cap layer 15 made of diamond may be laminated on the surface of the diamond base layer 11 on which the electrodes 12 and 13 are formed. According to this, since the high electric field portion 14 extends not only to the diamond base layer 11 but also to the cap layer 15, the detection sensitivity is further enhanced.

次に本実施の形態の放射線検出器1を製造する方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the radiation detector 1 of the present embodiment will be described.

まず、ダイヤモンド基層11を形成する基層形成ステップについて説明する。ダイヤモンド基層11の製造方法としては、放射線検出の機能を果たす程度の品質のダイヤモンドを製造できる方法であれば、特に限定されるものではないが、検出感度を高めるためにはより高品質で厚い膜ダイヤモンドが好ましい。   First, the base layer forming step for forming the diamond base layer 11 will be described. The method for producing the diamond base layer 11 is not particularly limited as long as it is a method capable of producing a diamond having a quality sufficient to perform a radiation detection function. However, in order to increase detection sensitivity, a higher quality and thicker film is used. Diamond is preferred.

従来の単結晶ダイヤモンド合成方法としては、非特許文献2の高圧合成法があるが、この方法では、100μm/h程度の速い成長速度で合成できるが、ダイヤモンドに窒素や触媒金属などの不純物がppmレベルで混入し、結晶品質が劣化してしまうので、電子デバイス用ダイヤモンド合成法としては採用できない。   As a conventional single-crystal diamond synthesis method, there is a high-pressure synthesis method described in Non-Patent Document 2, which can be synthesized at a high growth rate of about 100 μm / h, but impurities such as nitrogen and catalyst metals are present in the diamond in ppm. Since it mixes in the level and crystal quality deteriorates, it cannot be adopted as a diamond synthesis method for electronic devices.

一方、化学気相法(CVD法)によれば、例えば図4に示すプラズマCVD装置にて、メタン、アセチレン、一酸化炭素などの炭素含有ガスを、水素、アルゴン、酸素または窒素などから選択されるキャリアガスに同伴させて反応容器52内に導入するか、あるいはグラファイトなどの固体炭素源を反応容器52内に設置して、水素、アルゴン、酸素または窒素などから選択されるガスを導入すれば、下地基板51上にダイヤモンド結晶を成長させられる。この方法では、条件を整えることで(例えば特許文献1記載されるような原料濃度としたり、非特許文献3および4に記載される条件とする)、欠陥や不純物が極めて少ないダイヤモンドを合成できる。しかしながら、上記のCVD法では成長速度が最大でも0.3μm/hと非常に遅く、ダイヤモンド基層11の好ましい厚さである20μmにまで成長させるのに、少なくとも60時間以上かかり、製品の生産性が著しく低くなるため、実用化の障壁となってしまう。   On the other hand, according to the chemical vapor deposition method (CVD method), a carbon-containing gas such as methane, acetylene, or carbon monoxide is selected from hydrogen, argon, oxygen, nitrogen, or the like in the plasma CVD apparatus shown in FIG. Or by introducing a gas selected from hydrogen, argon, oxygen, nitrogen, or the like by installing a solid carbon source such as graphite in the reaction vessel 52. A diamond crystal can be grown on the base substrate 51. In this method, diamond with very few defects and impurities can be synthesized by adjusting the conditions (for example, the raw material concentration described in Patent Document 1 or the conditions described in Non-Patent Documents 3 and 4). However, the above CVD method has a very slow growth rate of 0.3 μm / h at the maximum, and it takes at least 60 hours or more to grow the diamond base layer 11 to a preferable thickness of 20 μm. Since it becomes extremely low, it becomes a barrier to practical use.

そこで、マイクロ波プラズマCVD法において、原料のメタン/水素の比(水素に対するメタンの体積比)を1%以上、反応容器内の圧力を50Torr(67hPa)以上、投入電力/プラズマ発光体積で表されるパワー密度を15W/cm以上として、ダイヤモンド結晶合成時において下地基板51の温度が、後述する下地基板51を載せる下地ホルダー53の温度より50℃以上高い温度にて行うことにより、ダイヤモンドの品質を保ちながら結晶成長の速度を速めることができる。この方法により、より検出感度の高く、しかも、生産性が高くて実用化可能な放射線検出器のダイヤモンド基層11を製造できる。 Therefore, in the microwave plasma CVD method, the ratio of raw material methane / hydrogen (volume ratio of methane to hydrogen) is 1% or more, the pressure in the reaction vessel is 50 Torr (67 hPa) or more, and expressed as input power / plasma emission volume. The power density is 15 W / cm 3 or more, and the temperature of the base substrate 51 is 50 ° C. higher than the temperature of the base holder 53 on which the base substrate 51 to be described later is placed at the time of diamond crystal synthesis. The crystal growth rate can be increased while maintaining the above. By this method, it is possible to manufacture the diamond base layer 11 of a radiation detector with higher detection sensitivity and higher productivity and practical use.

上記条件のうち、原料のメタン/水素の比は、1%以上70%以下であることが好ましく、4%以上32%以下であることがより好ましい。   Among the above conditions, the methane / hydrogen ratio of the raw material is preferably 1% or more and 70% or less, and more preferably 4% or more and 32% or less.

また、反応容器内の圧力は、50Torr(67hPa)以上であることが好ましく、120Torr(160hPa)以上であることがより好ましく、また、160Torr(210hPa)以下であることがより好ましい。   The pressure in the reaction vessel is preferably 50 Torr (67 hPa) or more, more preferably 120 Torr (160 hPa) or more, and more preferably 160 Torr (210 hPa) or less.

さらに、投入電力/プラズマ発光体積で表されるパワー密度は、15W/cm以上であることが好ましく、30W/cm以上であることがより好ましい。また、この密度が15W/cmより低いと、製造されたダイヤモンドに含まれる非ダイヤモンド成分や非エピタキシャルダイヤモンド相が増加し好ましくない。 Furthermore, the power density represented by input power / plasma emission volume is preferably 15 W / cm 3 or more, and more preferably 30 W / cm 3 or more. On the other hand, when the density is lower than 15 W / cm 3 , the non-diamond component and the non-epitaxial diamond phase contained in the produced diamond increase, which is not preferable.

条件が以上の範囲を外れると、高品質なダイヤモンドが高速に合成できないので好ましくない。   If the condition is out of the above range, high quality diamond cannot be synthesized at high speed, which is not preferable.

また、ダイヤモンド結晶合成時の下地基板51の温度の下限は、700℃以上であることが好ましく、1000℃以上であることがより好ましく、上限は、1300℃以下であることが好ましく、1200℃以下であることがより好ましい。下地基板51の温度が700℃より低いと、結晶ダイヤモンド相以外の炭素膜を主成分とする膜が形成されてしまうため好ましくない。他方、温度が高すぎると、ダイヤモンド結晶の合成が良好にできにくくなる。   In addition, the lower limit of the temperature of the base substrate 51 during diamond crystal synthesis is preferably 700 ° C. or higher, more preferably 1000 ° C. or higher, and the upper limit is preferably 1300 ° C. or lower, preferably 1200 ° C. or lower. It is more preferable that If the temperature of the base substrate 51 is lower than 700 ° C., a film mainly composed of a carbon film other than the crystalline diamond phase is formed, which is not preferable. On the other hand, if the temperature is too high, it becomes difficult to satisfactorily synthesize diamond crystals.

なお、本実施の形態で使用したマイクロ波プラズマCVD装置装置(図4に示す装置)は、原料を流入させるガス流入口54を有する反応容器52と、その内部に設置かれた下地ホルダー53からなり、反応容器52内にプラズマを生成しているものである。ここで、ダイヤモンド基層11が積層される下地基板51をプラズマCVD装置の反応容器52内の下地ホルダー53に直接置くと、プラズマで加熱された下地基板51の熱が下地ホルダー53に効率良く伝わるため、下地基板51を上記の適切な温度に保つようにすると、下地基板51のみならず下地ホルダー53の温度もダイヤモンドの高速成長に適切な領域温度に含まれるようになる。   Note that the microwave plasma CVD apparatus (apparatus shown in FIG. 4) used in the present embodiment is composed of a reaction vessel 52 having a gas inlet 54 through which a raw material is introduced, and a base holder 53 installed therein. In the reaction vessel 52, plasma is generated. Here, when the base substrate 51 on which the diamond base layer 11 is laminated is directly placed on the base holder 53 in the reaction vessel 52 of the plasma CVD apparatus, the heat of the base substrate 51 heated by the plasma is efficiently transmitted to the base holder 53. If the base substrate 51 is maintained at the appropriate temperature, the temperature of the base holder 53 as well as the base substrate 51 is included in the region temperature appropriate for high-speed diamond growth.

この場合、ダイヤモンド核が下地ホルダー53にて頻繁に発生し微結晶へと成長し、このダイヤモンド核またはダイヤモンド微結晶の一部が下地ホルダー53から剥離し下地基板51上に移動してしまうため、下地基板51における非エピタキシャルダイヤモンド相の成長が避けられず、ダイヤモンド基層11の結晶品質が低下するという問題を生じる。   In this case, diamond nuclei are frequently generated in the base holder 53 and grow into microcrystals, and part of the diamond nuclei or diamond microcrystals peel from the base holder 53 and move onto the base substrate 51. The growth of the non-epitaxial diamond phase on the underlying substrate 51 is unavoidable, and the crystal quality of the diamond base layer 11 is degraded.

したがって、下地基板51の温度及び下地ホルダー53の温度を、各々の適切な温度に、すなわち、下地基板51はダイヤモンド結晶が成長しやすい温度に、下地ホルダー53はダイヤモンド結晶が成長しにくい温度に保つ必要がある。このためには、下地ホルダー53と下地基板51との間に適切な熱伝導調整板55を設けることが好ましい。下地基板51と下地ホルダー53との温度差の調節は、熱伝導調整板55の厚さや接触面積を調整することにより行える。これにより、下地基板51及び下地ホルダー53がそれぞれの適切な温度に保て、下地基板51に平坦で高品質ダイヤモンドを製造できる。なお、この熱伝導調整板55はプラズマ照射方向から見たときに、下地基板51に覆われるような形状、配置とする必要がある。   Therefore, the temperature of the base substrate 51 and the temperature of the base holder 53 are maintained at appropriate temperatures, that is, the base substrate 51 is maintained at a temperature at which diamond crystals are easy to grow, and the base holder 53 is maintained at a temperature at which diamond crystals are difficult to grow. There is a need. For this purpose, it is preferable to provide an appropriate heat conduction adjusting plate 55 between the base holder 53 and the base substrate 51. The temperature difference between the base substrate 51 and the base holder 53 can be adjusted by adjusting the thickness and contact area of the heat conduction adjusting plate 55. As a result, the base substrate 51 and the base holder 53 can be maintained at appropriate temperatures, and flat and high-quality diamond can be manufactured on the base substrate 51. The heat conduction adjusting plate 55 needs to be shaped and arranged so as to be covered by the base substrate 51 when viewed from the plasma irradiation direction.

また、下地基板51と下地ホルダー53との熱接触を制御する別の方法として、下地基板51直下からの高圧ガスの噴射、あるいは電磁界力により下地基板51を下地ホルダー53に接触させずに、浮かせて保持する方法もある。いずれの場合も、下地ホルダー53の温度は下地基板51の温度に比べ50℃以上下げることが好ましく、100℃以上の温度差を維持することがさらに好ましい。この温度差が50℃より小さくなると、上述したように下地ホルダー53にできたダイヤモンドの剥離、および、下地基板51への移動量が増加し、下地基板51で形成されるダイヤモンドの品質の低下を招く。   As another method for controlling the thermal contact between the base substrate 51 and the base holder 53, the base substrate 51 is not brought into contact with the base holder 53 by jetting high-pressure gas from directly under the base substrate 51 or electromagnetic field force. There is also a way to hold it up. In any case, the temperature of the base holder 53 is preferably lowered by 50 ° C. or more compared to the temperature of the base substrate 51, and more preferably a temperature difference of 100 ° C. or more is maintained. When this temperature difference is less than 50 ° C., the diamond peeled off from the base holder 53 and the amount of movement to the base substrate 51 increase as described above, and the quality of the diamond formed on the base substrate 51 deteriorates. Invite.

また、上記下地基板51としては、ダイヤモンド核が容易に発生し、また成長温度領域においてダイヤモンド膜の剥離を起こさない物質を用いることで、良好なダイヤモンド薄膜を得ることができる。具体的には、ダイヤモンド、白金、白金合金、モリブデン、モリブデン合金、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、鉄、鉄合金、イリジウム、イリジウム合金、ニッケル、ニッケル合金、シリコン、金属シリサイド、石英、窒化ボロン、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化ガリウム、窒化炭素のうちの少なくとも1つからなる基板、あるいは、これらの基板表面に多結晶ダイヤモンドまたは高配向ダイヤモンドを成長させた基板であることが好ましく、単結晶ダイヤモンドがより望ましい。   Moreover, as the base substrate 51, a diamond thin film is easily generated, and a good diamond thin film can be obtained by using a material that does not cause the diamond film to peel in the growth temperature region. Specifically, diamond, platinum, platinum alloy, molybdenum, molybdenum alloy, tantalum, tantalum alloy, tungsten, tungsten alloy, iron, iron alloy, iridium, iridium alloy, nickel, nickel alloy, silicon, metal silicide, quartz, nitriding It is preferably a substrate made of at least one of boron, aluminum nitride, silicon carbide, gallium nitride, and carbon nitride, or a substrate in which polycrystalline diamond or highly oriented diamond is grown on the surface of these substrates. Diamond is more desirable.

なお、上記したどの下地基板51を使用する場合も、プラズマCVD法での好ましい条件は、上記したものと同じである。   In addition, when any of the above-described base substrates 51 is used, preferable conditions in the plasma CVD method are the same as those described above.

さらに、上記下地ホルダー53として、融点が2000℃以上の物質を用いれば、ダイヤモンド成長時の温度における、該下地ホルダー材料及び該材料中の含有不純物の蒸気圧を通常十分低くできるため、下地ホルダー53の構成元素が製造中のダイヤモンドへ混入することを抑制できる。このような要件を満たす下地ホルダー53の材料として、白金、白金合金、モリブデン、モリブデン合金、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、鉄、鉄合金、イリジウム、イリジウム合金、ニッケル、ニッケル合金、シリコン、金属シリサイド、石英、窒化ボロン、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化ガリウム、窒化炭素を用いることが好ましい。さらに、この下地ホルダー53をダイヤモンドで覆って使用することで、下地ホルダー53上で発生したダイヤモンド核及び成長した微結晶の剥離が効果的に抑制できる。   Furthermore, if a substance having a melting point of 2000 ° C. or higher is used as the base holder 53, the base holder material and the vapor pressure of impurities contained in the material at the temperature at the time of diamond growth can usually be sufficiently low. Can be prevented from mixing into the diamond during production. As the material of the base holder 53 that satisfies such requirements, platinum, platinum alloy, molybdenum, molybdenum alloy, tantalum, tantalum alloy, tungsten, tungsten alloy, iron, iron alloy, iridium, iridium alloy, nickel, nickel alloy, silicon, It is preferable to use metal silicide, quartz, boron nitride, aluminum nitride, silicon carbide, gallium nitride, or carbon nitride. Furthermore, by using the base holder 53 while being covered with diamond, it is possible to effectively suppress the separation of the diamond nuclei generated on the base holder 53 and the grown microcrystals.

他方、反応容器52はマイクロ波プラズマ耐性のある材料からなることが好ましい。加えて、反応容器52はマイクロ波プラズマが作られている空間の直径よりも1cm以上大きいことが好ましい。これによれば、マイクロ波プラズマCVD法を良好に進めることができる。   On the other hand, the reaction vessel 52 is preferably made of a material having resistance to microwave plasma. In addition, the reaction vessel 52 is preferably 1 cm or more larger than the diameter of the space in which the microwave plasma is created. According to this, the microwave plasma CVD method can be favorably advanced.

次に、このようにして製造されたダイヤモンド基層11の表面に電極12・13を形成する電極形成ステップについて説明する。   Next, an electrode forming step for forming the electrodes 12 and 13 on the surface of the diamond base layer 11 thus manufactured will be described.

電極12・13の材料としては、導電性の金属や低抵抗半導体であれば特に限定されるものではないが、ダイヤモンド基層11中に高電界を形成するための電極にとして、特に金属であることが好ましく、具体的には、ダイヤモンドと反応して炭化物を生成する、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステンからなるもの、あるいは大気中でも容易に酸化されない白金、金、パラジウム、ニッケル、あるいは微細構造形成に適切なダイヤモンドから変質した黒鉛からなるものが好ましく、さらにはこれらを2層以上積層させたもの、例えばチタン・金を積層させたものであってもよい。   The material of the electrodes 12 and 13 is not particularly limited as long as it is a conductive metal or a low-resistance semiconductor, but it is particularly a metal as an electrode for forming a high electric field in the diamond base layer 11. More specifically, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, which reacts with diamond to generate carbides, or platinum, gold, which is not easily oxidized in the atmosphere, Palladium, nickel, or graphite made from diamond suitable for fine structure formation is preferred, and two or more of these may be laminated, for example, titanium / gold may be laminated.

また、電極12・13を形成する方法としては、100nm未満の膜厚の金属を形成できる方法であれば特に限られるものではないが、蒸着法、化学気相堆積法、イオン打ち込み法、リソグラフィ法等が挙げられる。   The method for forming the electrodes 12 and 13 is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a metal having a film thickness of less than 100 nm. However, a vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, an ion implantation method, a lithography method, and the like. Etc.

蒸着法の場合は、材料となる金属を加熱して蒸発させたり、あるいは、材料となる金属をイオンスパッタすることにより、ダイヤモンド基層11上に堆積させる。これによれば、電極12・13をナノメートルオーダーの薄い膜厚で精度よく形成できる。この方法は、特に電極12・13が平坦で単純な形状の場合に好適である。   In the case of the vapor deposition method, the material metal is heated and evaporated, or the material metal is deposited on the diamond base layer 11 by ion sputtering. According to this, the electrodes 12 and 13 can be accurately formed with a thin film thickness of nanometer order. This method is particularly suitable when the electrodes 12 and 13 are flat and have a simple shape.

イオン打ち込み法の場合は、電極材料となる金属をイオン化し加速してダイヤモンド基層11に打ち込んで電極12・13を形成する。これによれば、イオンのエネルギー、イオンの照射量やイオン打ち込み領域を制御することにより、任意の形状に制御されたナノメートルオーダーの薄い膜厚の電極層を形成できる。例えば、イオン化したガリウムを加速電圧30kV、照射量1015/cmで打ち込むことにより、厚さ30nmの電極層を形成できる。 In the case of the ion implantation method, electrodes 12 and 13 are formed by ionizing and accelerating a metal serving as an electrode material and implanting it into the diamond base layer 11. According to this, by controlling the ion energy, the ion irradiation amount, and the ion implantation region, it is possible to form an electrode layer with a thin film thickness of nanometer order controlled to an arbitrary shape. For example, an electrode layer with a thickness of 30 nm can be formed by implanting ionized gallium with an acceleration voltage of 30 kV and an irradiation amount of 10 15 / cm 2 .

また、電極12・13のパターン形成は、ダイヤモンド基層11に所望の形状のマスクを被せた後、例えば上記した蒸着法、化学気相堆積法あるいはイオン打ち込み法にて電極材料を形成することで、所望の形状とすることができる。   The pattern formation of the electrodes 12 and 13 is performed by forming an electrode material by, for example, the above-described vapor deposition method, chemical vapor deposition method or ion implantation method after covering the diamond base layer 11 with a mask having a desired shape. A desired shape can be obtained.

また、通例のリソグラフィ法を用いてパターン形成しても良い。具体的には、ダイヤモンド基層11表面に、電極の材料となる金属からなる平坦な層を形成した上で、感光性樹脂等の所望のパターンマスクのパターンを、この平坦な層に載せ、エッチングを施すことでパターンを転写する方法がある。また、まず所望のパターン形状のパターンマスクをダイヤモンド基層11上に形成し、その上にさらに電極の材料からなる平坦な層を形成した後、不要な部分の平坦層をリフトオフすることで、所望のパターンの電極を形成する方法もある。   Alternatively, the pattern may be formed using a usual lithography method. Specifically, after forming a flat layer made of a metal as an electrode material on the surface of the diamond base layer 11, a desired pattern mask pattern such as a photosensitive resin is placed on the flat layer and etched. There is a method of transferring a pattern by applying. First, a pattern mask having a desired pattern shape is formed on the diamond base layer 11, and a flat layer made of an electrode material is further formed thereon. Then, an unnecessary portion of the flat layer is lifted off, thereby forming a desired pattern. There is also a method of forming patterned electrodes.

一方、マスクを使用しないパターン形成方法としては、有用な集束ビームによるイオン打ち込み法において、数十ナノメートル以下に絞った所望材料の集束イオンビームを走査し、所望の箇所に打ち込むことで、所望の形状の電極を形成できる。
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施形態について図5に基づいて説明すると以下の通りである。
On the other hand, as a pattern forming method that does not use a mask, in the ion implantation method using a useful focused beam, a focused ion beam of a desired material focused to several tens of nanometers or less is scanned and implanted into a desired location, thereby obtaining a desired pattern. Shaped electrodes can be formed.
[Embodiment 2]
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施の形態の放射線検出器4は、電極12・13の代わりに電極42・43を形成させるという点以外の構成、製造方法は実施の形態1と同様である。電極42・43は、材料は実施の形態1と同様であり、その面積、厚みは使用に応じて適宜選択すればよいが、図5に示すとおり、電極42・43が相対する側の端面(ダイヤモンド基層11表面から厚さ方向に拡がる断面)に、曲率半径100nm以下となる端面突起45を有するように形成されている。つまり、電極42・43のそれぞれが、対向する面から他の電極に向けて、ダイヤモンド基層11に沿って端面突起45が形成されている。これにより、電極42・43に電圧を印加したときに、電極42と電極43とにおいて、互いが相対する側の端部(端面突起45の端部)に沿って幅5μm程度の高電界部44ができる。なお、突起の曲率は100nm以下が好ましく、10nm以下とすることがさらに好ましい。   The configuration and manufacturing method of the radiation detector 4 of this embodiment are the same as those of the first embodiment except that the electrodes 42 and 43 are formed instead of the electrodes 12 and 13. The materials of the electrodes 42 and 43 are the same as those of the first embodiment, and the area and thickness may be appropriately selected depending on the use. However, as shown in FIG. It is formed so as to have an end face protrusion 45 having a radius of curvature of 100 nm or less on the diamond base layer 11 surface (cross section extending in the thickness direction). That is, each of the electrodes 42 and 43 is formed with an end face protrusion 45 along the diamond base layer 11 from the opposite surface toward the other electrode. Thereby, when a voltage is applied to the electrodes 42 and 43, the high electric field portion 44 having a width of about 5 μm along the end portions (end portions of the end surface protrusions 45) of the electrodes 42 and 43 facing each other. Can do. The curvature of the protrusion is preferably 100 nm or less, and more preferably 10 nm or less.

このとき、端面突起45は、曲率半径100nm以下であれば、膜厚が他の電極部分と同じで一定としてもよく、また、端面突起45の膜厚が先端に向かって薄くなっていってもよい。   At this time, if the radius of curvature of the end face protrusion 45 is 100 nm or less, the film thickness may be the same as the other electrode portions and may be constant, or the film thickness of the end face protrusion 45 may become thinner toward the tip. Good.

上記高電界部44は、実施の形態1と同様に電流増幅現象を起こし、検出感度の高い放射線検出器4を実現させている。   The high electric field section 44 causes a current amplification phenomenon as in the first embodiment, and realizes the radiation detector 4 with high detection sensitivity.

なお、このような端面突起45を有するような形状の電極42・43を作成するためには、上記したリソグラフィ法により電極を形成する方法、蒸着法あるいはイオン打ち込み法により電極を形成することが好ましい。
〔実施の形態3〕
本発明の他の実施形態について図6に基づいて説明すると以下の通りである。
In order to form the electrodes 42 and 43 having such end face protrusions 45, it is preferable to form the electrodes by the above-described lithography method, vapor deposition method or ion implantation method. .
[Embodiment 3]
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

放射線検出器3は、ダイヤモンド基層31と電極32・33とダイヤモンドキャップ層38からなり、検出対象となる放射線を受けると、電流を発生させるものである。なお、図6(a)は、ダイヤモンド基層31に電極32・33を積層させた段階の平面図である。   The radiation detector 3 includes a diamond base layer 31, electrodes 32 and 33, and a diamond cap layer 38, and generates a current when receiving radiation to be detected. 6A is a plan view of the stage where the electrodes 32 and 33 are stacked on the diamond base layer 31. FIG.

ここで、ダイヤモンド基層31は検出対象となる放射線を光電変換して、光電流を表面に流すものであり、その表面に形成される電極32・33はこの光電流を出力するものである。   Here, the diamond base layer 31 photoelectrically converts the radiation to be detected and causes a photocurrent to flow on the surface, and the electrodes 32 and 33 formed on the surface output this photocurrent.

ダイヤモンド基層31は、材料は実施の形態1と同様であり、その面積、厚みも使用に応じて適宜選択すればよいが、図6(b)のB−B’の断面図に示すように、電極32・33が形成される領域のそれぞれに少なくとも1箇所、好ましくは電極32・33が相対する側の電極端部領域全面に、ダイヤモンド基層31の表面における曲率半径が100nm以下の凹部31aおよび凸部31bを有している。   The material of the diamond base layer 31 is the same as that of the first embodiment, and the area and thickness of the diamond base layer 31 may be appropriately selected according to use, but as shown in the cross-sectional view along BB ′ in FIG. At least one of the regions where the electrodes 32 and 33 are formed, preferably the entire surface of the electrode end region on the side where the electrodes 32 and 33 are opposed, the concave portion 31a having a radius of curvature of 100 nm or less on the surface of the diamond base layer 31 and the convex It has a part 31b.

なお、突起の曲率は100nm以下が好ましく、10nm以下とすることがさらに好ましい。   The curvature of the protrusion is preferably 100 nm or less, and more preferably 10 nm or less.

したがって、電極32・33がダイヤモンド基層31に積層されることで、図6に示す凹部31aの表面に表面突起32aができ、凸部31bの表面に表面突起32bができる。さらに、電極32・33を覆うように、ダイヤモンド基層31にダイヤモンドキャップ層38を積層する。   Therefore, by laminating the electrodes 32 and 33 on the diamond base layer 31, a surface protrusion 32a is formed on the surface of the recess 31a shown in FIG. 6, and a surface protrusion 32b is formed on the surface of the protrusion 31b. Further, a diamond cap layer 38 is laminated on the diamond base layer 31 so as to cover the electrodes 32 and 33.

このような放射線検出器3において、電極32・33に電圧を印加したときに、この表面突起31bの端部と接するダイヤモンド基層31に幅5μm程度の高電界部34ができ、表面突起32bの端部と接するダイヤモンドキャップ層38に幅5μm程度の高電界部35ができる。この高電界部34・35が、実施の形態1と同様に電子増幅を起こし、検出感度の高い放射線検出器3を実現させている。   In such a radiation detector 3, when a voltage is applied to the electrodes 32 and 33, a high electric field portion 34 having a width of about 5 μm is formed on the diamond base layer 31 in contact with the end portion of the surface projection 31 b, and the end of the surface projection 32 b is formed. A high electric field portion 35 having a width of about 5 μm is formed on the diamond cap layer 38 in contact with the portion. The high electric field portions 34 and 35 cause electronic amplification in the same manner as in the first embodiment, thereby realizing the radiation detector 3 with high detection sensitivity.

なお、ダイヤモンド基層31、電極32・33の材料は実施の形態1と同様である。   The materials of the diamond base layer 31 and the electrodes 32 and 33 are the same as those in the first embodiment.

また、本実施の形態では、ダイヤモンドキャップ層38を積層させたものを例に挙げているが、ダイヤモンドキャップ層38を積層しなくてもかまわない。   In the present embodiment, the diamond cap layer 38 is laminated as an example, but the diamond cap layer 38 may not be laminated.

なお、ダイヤモンド基層31にこのような凹部31aや凸部31bを作成するためには、好ましくはリソグラフィ法によりパターンを形成し、続いて酸素、水素、フッ素、炭化水素、窒素、アルゴン、クリプトン、キセノン、硫黄、セレンのうち少なくとも一つからなるガスを含むイオンビームあるいはプラズマをこれに照射することによりにより、ダイヤモンド基層31を加工すればよい。   In order to create such a concave portion 31a or convex portion 31b in the diamond base layer 31, a pattern is preferably formed by lithography, followed by oxygen, hydrogen, fluorine, hydrocarbon, nitrogen, argon, krypton, xenon. The diamond base layer 31 may be processed by irradiating it with an ion beam or plasma containing a gas comprising at least one of sulfur, selenium.

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

プラズマCVD装置(ASTeX社製のAX−5250)の反応容器内に、メタンを3.4×10−2Pa・m3/s、水素を8.1×10−1Pa・m3 /sの流量で供給し、反応容器内の圧力を120Torr(約160hPa)に維持し、処理時間10時間の条件の下、高圧合成ダイヤモンドからなる大きさ3mm×3mm×0.5mmの下地基板上に、厚さ20μmのダイヤモンドを形成した。 In a reaction vessel of a plasma CVD apparatus (AX-5250 manufactured by ASTeX), methane was 3.4 × 10 −2 Pa · m 3 / s and hydrogen was 8.1 × 10 −1 Pa · m 3 / s. Supplying at a flow rate, maintaining the pressure in the reaction vessel at 120 Torr (about 160 hPa), on a 3 mm × 3 mm × 0.5 mm base substrate made of high-pressure synthetic diamond under the condition of a processing time of 10 hours, A 20 μm thick diamond was formed.

上記のダイヤモンドを、基層として、その片方の表面に、フォトリソグラフィ法を用いて、チタン20nm、金20nmを積層した2つの積層電極(すなわち、電極の膜厚は40nm)を形成し、検出器S1を作成した。このとき、電極の形状は、図7に示すような櫛型にした。なお、櫛型の電極の幅eは17μmとし、隣り合う電極までの距離(電極間距離:図7におけるdの幅)を20μmとした。   Using the above diamond as a base layer, two laminated electrodes (that is, the film thickness of the electrode is 40 nm) in which titanium 20 nm and gold 20 nm are laminated are formed on one surface of the detector S1 by using a photolithography method. It was created. At this time, the electrode was shaped like a comb as shown in FIG. Note that the width e of the comb-shaped electrode was 17 μm, and the distance to the adjacent electrodes (distance between the electrodes: the width of d in FIG. 7) was 20 μm.

この検出器S1において、電極に印加する電圧を変化させながら波長220nmの紫外線を7.1×10−11W(2.8×10−9W/cm)にて照射した場合における、印加電圧と、検出電流との関係を図8のグラフに示している。 In this detector S1, the applied voltage in the case of irradiating ultraviolet rays having a wavelength of 220 nm at 7.1 × 10 −11 W (2.8 × 10 −9 W / cm 2 ) while changing the voltage applied to the electrodes. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the detection current and the detection current.

これによると、10V以下の電圧のときに流れる電流が10−11A程度であったが、10Vを超えると急激に増加し、50Vの印加電圧では、10−7Aまでになる。つまり、検出器S1において10V以上の電圧を印加した場合に、検出される電流が急激に増加し、明確な電流増幅が行われていることがわかる。また、ここでの最大受光感度は7.4×10A/Wであった。 According to this, the current that flows when the voltage is 10 V or less was about 10 −11 A, but when it exceeds 10 V, it suddenly increases and reaches 10 −7 A when the applied voltage is 50 V. That is, it can be seen that when a voltage of 10 V or higher is applied in the detector S1, the detected current increases rapidly and clear current amplification is performed. Further, the maximum light receiving sensitivity here was 7.4 × 10 A / W.

なお、検出器S1において10Vの電圧を印加した場合には、その高電界部における最大局所電界は、近似的に「印加電圧」÷「電極膜厚」と表せるので、2.5×10V/cm程度の高電界が局所的に発生するとみなされる。よって、検出器S1において約2×10V/cm以上の局所電界が生じた場合に、検出電流の急激な増加、すなわち電流増幅が行われたものと断定できる。 When a voltage of 10 V is applied in the detector S1, the maximum local electric field in the high electric field portion can be approximately expressed as “applied voltage” ÷ “electrode film thickness”, so that 2.5 × 10 6 V A high electric field of about / cm is considered to be generated locally. Therefore, when a local electric field of about 2 × 10 6 V / cm or more is generated in the detector S1, it can be determined that the detection current is suddenly increased, that is, the current is amplified.

また、本実施例で形成された電界は、電極端面が最大で、電極端面から離れるに従って距離の単調減少関数として与えられるため、電極端面近傍のみに局所的に高電界部が存在したものと、と判断できる。   In addition, since the electric field formed in this example is given as a monotonically decreasing function of the distance as the electrode end face is the largest and away from the electrode end face, the high electric field portion locally exists only in the vicinity of the electrode end face, It can be judged.

電極間距離を50μmとする以外は検出器S1と同じ検出器S2において、電極に印加する電圧を変化させながら波長220nmの紫外線を7.1×10−11W(2.8×10−9W/cm)にて照射し、電流を測定した。このときの、印加した電圧と検出された電流との関係を図8のグラフに示した。 In the same detector S2 as the detector S1 except that the distance between the electrodes is set to 50 μm, ultraviolet light having a wavelength of 220 nm is changed to 7.1 × 10 −11 W (2.8 × 10 −9 W) while changing the voltage applied to the electrodes. / Cm 2 ) and the current was measured. The relationship between the applied voltage and the detected current at this time is shown in the graph of FIG.

これによると、6V以下の電圧のときに流れる電流が2×10−12A程度であったが、6Vを超えると急激に上がり、50Vの電圧をかけると、10−7Aまでにあがる。つまり、検出器S2において6V以上の電圧を印加した場合に、検出される電流が急激に増加し、明確な電流増幅が行われていることがわかる。また、ここでの最大受光感度は7.0×10A/Wであった。 According to this, the current that flows when the voltage is 6 V or less was about 2 × 10 −12 A, but when it exceeds 6 V, it suddenly rises, and when a voltage of 50 V is applied, it reaches 10 −7 A. That is, it can be seen that when a voltage of 6 V or higher is applied in the detector S2, the detected current increases rapidly and clear current amplification is performed. In addition, the maximum light receiving sensitivity here was 7.0 × 10 2 A / W.

なお、検出器S2において6Vの電圧を印加した場合には、最大局所電界は同様にして1.5×10V/cmと計算され、このときに電流増幅に必要な高電界部が局所的に発生していたとみなされる。よって、検出器S2において約10V/cm以上の電界が生じた場合に、検出される電流が急激に増加し、電流増幅が行われていたと言える。 When a voltage of 6 V is applied in the detector S2, the maximum local electric field is similarly calculated as 1.5 × 10 6 V / cm. At this time, the high electric field portion necessary for current amplification is locally Is considered to have occurred. Therefore, when an electric field of about 10 6 V / cm or more is generated in the detector S2, it can be said that the detected current increased rapidly and current amplification was performed.

また、本実施例でも、高電界部は局所的に形成されていた。また、高電界部の幅はS1より狭いことから、印加電圧が同一な場合、電極間距離が広がるにつれ、狭くなる傾向にあることがわかった。   Also in this example, the high electric field portion was locally formed. Further, since the width of the high electric field portion is narrower than S1, it was found that when the applied voltage is the same, the distance between the electrodes tends to become narrower.

電極間距離を100μmとする以外は検出器S1と同じ検出器S3において、電極に印加する電圧を変化させながら波長220nmの紫外線を7.1×10−11W(2.8×10−9W/cm)にて照射し、電流と印加電圧を測定した。このときの、印加電圧と検出電流との関係を図8のグラフに示した。 In the same detector S3 as the detector S1 except that the distance between the electrodes is set to 100 μm, ultraviolet light having a wavelength of 220 nm is changed to 7.1 × 10 −11 W (2.8 × 10 −9 W) while changing the voltage applied to the electrodes. / Cm 2 ), and current and applied voltage were measured. The relationship between the applied voltage and the detected current at this time is shown in the graph of FIG.

これによると、10V以下の電圧のときに流れる電流が10−12A程度であったが、10Vを超えると急激に上がり、50Vの電圧をかけると、10−9Aまでにあがる。つまり、検出器S3において10V以上の電圧を印加した場合に、検出される電流が急激に増加し、明確な電流増幅が行われていることがわかる。また、ここでの最大受光感度は9.3A/Wであった。 According to this, the current that flows when the voltage is 10 V or less was about 10 −12 A, but when it exceeds 10 V, it suddenly increases, and when a voltage of 50 V is applied, it reaches 10 −9 A. That is, it can be seen that when a voltage of 10 V or higher is applied in the detector S3, the detected current increases rapidly and clear current amplification is performed. The maximum light receiving sensitivity here was 9.3 A / W.

なお、検出器S3において10Vの電圧を印加した場合には、同様に、最大局所電界が2.5×10V/cm程度であると計算されるので、検出器S3においても、約2×10V/cm以上の局所電界が生じた場合に、衝突電離機構により、すなわち電流増幅が行われたものと断定できる。
〔比較例1〕
実施例1のダイヤモンド製の基層表面に、フォトリソグラフィ法を用いて、チタン50nm、金50nmを積層した電極(すなわち、積層電極の膜厚は100nm)を形成し、検出器S4を作製した。このとき、電極の形状は、櫛型にした。なお、櫛型の電極の幅は17μmとし、電極間距離を50μmとした。
Note that when a voltage of 10 V is applied to the detector S3, the maximum local electric field is calculated to be about 2.5 × 10 6 V / cm. When a local electric field of 10 6 V / cm or more is generated, it can be determined by the impact ionization mechanism, that is, that current amplification has been performed.
[Comparative Example 1]
An electrode in which titanium 50 nm and gold 50 nm were stacked (that is, the film thickness of the stacked electrode was 100 nm) was formed on the surface of the diamond base layer of Example 1 by using a photolithography method, and detector S4 was manufactured. At this time, the shape of the electrode was a comb shape. The width of the comb-shaped electrode was 17 μm, and the distance between the electrodes was 50 μm.

この検出器S4において、電極に印加する電圧を変化させながら波長220nmの紫外線を7.1×10−11W(2.8×10−9W/cm)照射し、電流を測定した。このとき得られた、印加電圧と検出電流との関係を図9のグラフに示した。 In this detector S4, ultraviolet rays having a wavelength of 220 nm were irradiated with 7.1 × 10 −11 W (2.8 × 10 −9 W / cm 2 ) while changing the voltage applied to the electrodes, and the current was measured. The relationship between the applied voltage and the detected current obtained at this time is shown in the graph of FIG.

これによると、印加電圧を50Vまで上げても、明確な電流増幅が行われていないことがわかる。また、ここでの最大受光感度は0.11A/Wであった。   According to this, it is understood that no clear current amplification is performed even when the applied voltage is increased to 50V. Further, the maximum light receiving sensitivity here was 0.11 A / W.

検出器S2において、約30psのパルス幅を持つ紫外線レーザを照射させ、電流の時間変化を測定した。このときの、時間と検出電流との関係を図10のグラフに示した。このときの、印加電圧は50Vである。これによると、レーザ照射後、検出される電流はまず急激に増加し、その後時定数が15nsで拡張指数関数にしたがって減少していることがわかる。   The detector S2 was irradiated with an ultraviolet laser having a pulse width of about 30 ps, and the temporal change in current was measured. The relationship between time and detected current at this time is shown in the graph of FIG. The applied voltage at this time is 50V. According to this, after laser irradiation, it can be seen that the detected current first increases rapidly, and then the time constant decreases at 15 ns according to the extended exponential function.

なお、電極において、放射線照射に対して流れる電流のパルス応答速度は10μs以下となっている。   In the electrode, the pulse response speed of the current flowing with respect to radiation irradiation is 10 μs or less.

本発明の放射線検出器は、検出を行うダイヤモンドの基層に局所的に高電界部を設けているので、高い検出感度が保たれる。したがって、ダイヤモンドの特性である耐環境性(硬度が高く、熱伝導性、耐熱性、耐放射線性、耐化学薬品性に優れた性質)を利用して、様々な環境で使用できる高感度の放射線検出器を実現したものである。   In the radiation detector of the present invention, the high electric field portion is locally provided on the base layer of diamond to be detected, so that high detection sensitivity is maintained. Therefore, high-sensitivity radiation that can be used in various environments by utilizing the environmental resistance (high hardness, excellent thermal conductivity, heat resistance, radiation resistance, and chemical resistance) that is a characteristic of diamond. This is a realization of the detector.

ダイヤモンドは、紫外線、α線、β線、γ線、中性子線、X線に応答し、かつ、他材料に比して、紫外線、X線、あるいは放射能活性のある粒子によるダメージを受けにくいため、本実施の形態の放射線検出器は、紫外線、α線、β線、γ線、中性子線、X線を検出する放射線検出器に好適に利用できる。   Diamond responds to ultraviolet rays, α rays, β rays, γ rays, neutron rays, and X rays, and is less susceptible to damage from ultraviolet rays, X rays, or radioactive particles than other materials. The radiation detector of this embodiment can be suitably used as a radiation detector that detects ultraviolet rays, α rays, β rays, γ rays, neutron rays, and X rays.

また、本実施の形態の放射線検出器を紫外線センサとして使用した場合は、半導体露光装置への利用、紫外線を用いる工業プロセスのモニタリングや、有害紫外線監視用の環境モニター、炎光検知器などに利用できる。   In addition, when the radiation detector of the present embodiment is used as an ultraviolet sensor, it is used for a semiconductor exposure apparatus, an industrial process monitoring using ultraviolet rays, an environmental monitor for monitoring harmful ultraviolet rays, a flame light detector, etc. it can.

あるいは、耐放射線性(放射能活性のある粒子によるダメージを受けにくいという特性)を活かして、医療目的の放射線照射における検出器、加速器実験、宇宙に関する実験に使用する検出器としても利用できる。   Alternatively, it can be used as a detector for radiation irradiation for medical purposes, an accelerator experiment, and a space experiment utilizing the radiation resistance (characteristic of being hardly damaged by radioactively active particles).

また、耐放射線性に加えて耐熱性をも有することから、原子炉、核融合炉内でも使用も期待できる。また、エキシマーレーザー用モニター、バイオセンサー、核燃料処理、ガスセンサーにも利用できる。   Moreover, since it has heat resistance in addition to radiation resistance, it can also be used in nuclear reactors and fusion reactors. It can also be used for excimer laser monitors, biosensors, nuclear fuel processing, and gas sensors.

さらに、可視光には不感であることから、可視光の下でも感度よく作動するので、通常の環境下で使用される検出器にも適用できる。また、ダイヤモンドの炭素の原子番号が人体の平均原子番号と近い(生体等価)ことから、医療目的の放射線照射において、人体等価検出器として使用できる。   Furthermore, since it is insensitive to visible light, it operates with high sensitivity even under visible light, and can be applied to detectors used in normal environments. Moreover, since the atomic number of carbon of diamond is close to the average atomic number of the human body (biological equivalent), it can be used as a human body equivalent detector in medical irradiation.

本発明の実施形態を示すものであり、(a)が放射線検出器の平面図であり、(b)がA―A’面にて切断した場合の断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 illustrates an embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view of a radiation detector, and (b) is a cross-sectional view taken along the plane A-A ′. 本発明のさらに他の実施形態を示すものであり、(a)が放射線検出器の平面図であり、(b)がA―A’面にて切断した場合の断面図である。FIG. 7 shows still another embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view of a radiation detector and (b) is a cross-sectional view taken along the plane A-A ′. 本発明の他の実施形態に係る放射線検出器の断面図である。It is sectional drawing of the radiation detector which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るプラズマCVD装置である。1 is a plasma CVD apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明のさらに他の実施形態に係る放射線検出器の平面図である。It is a top view of the radiation detector concerning other embodiments of the present invention. 本発明のさらに他の実施形態を示すものであり、(a)が放射線検出器の平面図であり、(b)がB―B’面にて切断した場合の断面図である。FIG. 7 shows still another embodiment of the present invention, wherein (a) is a plan view of a radiation detector, and (b) is a cross-sectional view taken along the B-B ′ plane. 本発明の実施例に係る放射線検出器を示す平面図である。It is a top view which shows the radiation detector which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る放射線検出器において、一定の紫外線を照射させ、電極に印加する電圧を変化させながら、電流を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the electric current, irradiating a fixed ultraviolet-ray and changing the voltage applied to an electrode in the radiation detector which concerns on the Example of this invention. 本発明の比較例の放射線検出器において、一定の紫外線を照射させ、電極に印加する電圧を変化させながら、電流を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the electric current in the radiation detector of the comparative example of this invention, irradiating fixed ultraviolet-ray and changing the voltage applied to an electrode. 本発明の実施例の放射線検出器において、約30psのパルス幅を持つ紫外線レーザを照射させ、電流の時間変化を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having irradiated the ultraviolet laser with a pulse width of about 30 ps, and having measured the time change of the electric current in the radiation detector of the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 放射線検出器
2 放射線検出器
3 放射線検出器
4 放射線検出器
11 基層(ダイヤモンド基層)
12 電極
13 電極
14 高電界部
15 キャップ層(ダイヤモンドキャップ層)
22 電極
23 電極
24 高電界部
31 基層(ダイヤモンド基層)
31a 凹部
31b 凸部
32 電極
32a 表面突起
32b 表面突起
33 電極
34 高電界部
35 高電界部
38 キャップ層(ダイヤモンドキャップ層)
42 電極
43 電極
44 高電界部
45 端面突起
51 下地基板
52 反応容器
53 下地ホルダー
54 ガス流入口
55 熱伝導調整板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Radiation detector 2 Radiation detector 3 Radiation detector 4 Radiation detector 11 Base layer (diamond base layer)
12 electrode 13 electrode 14 high electric field part 15 cap layer (diamond cap layer)
22 electrode 23 electrode 24 high electric field part 31 base layer (diamond base layer)
31a Concave part 31b Convex part 32 Electrode 32a Surface protrusion 32b Surface protrusion 33 Electrode 34 High electric field part 35 High electric field part 38 Cap layer (diamond cap layer)
42 Electrode 43 Electrode 44 High electric field portion 45 End projection 51 Base substrate 52 Reaction vessel 53 Base holder 54 Gas inlet 55 Heat conduction adjusting plate

Claims (25)

ダイヤモンドからなる基層と、
上記基層に接した少なくとも2つの電極と、を有し、
上記電極に電圧を印加することにより、上記基層に、電流増幅を起こさせる高電界部を局所的に形成しており、
上記電極間の基層に照射される放射線を、上記電極の少なくとも1つで収集した電流に基づいて検出するものであり、
上記電極は、膜厚が100nm未満に形成されている端部を少なくとも1つ有するものであることを特徴とする放射線検出器。
A base layer of diamond,
And at least two electrodes in contact with the base layer,
By applying a voltage to the electrode, a high electric field part that causes current amplification is locally formed in the base layer,
Detecting radiation applied to the base layer between the electrodes based on a current collected by at least one of the electrodes ;
The radiation detector according to claim 1, wherein the electrode has at least one end portion having a thickness of less than 100 nm .
上記電極の少なくとも1つの端部が、膜厚が100nm未満である薄膜電極領域となっており、
上記電極に電圧を印加することにより、該薄膜電極領域に接する、上記基層の局所的領域に、上記高電界部が形成されることを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
At least one end of the electrode is a thin film electrode region having a film thickness of less than 100 nm,
The radiation detector according to claim 1, wherein the high electric field portion is formed in a local region of the base layer in contact with the thin film electrode region by applying a voltage to the electrode.
上記電極が、その少なくとも1つの端部において、上記基層表面の面内方向に突出した、最小曲率半径が100nm以下となる端面突起を形成しており、
上記電極に電圧を印加することにより、該端面突起の先端部に接する、該基層の局所的領域に上記高電界部が形成されることを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
The electrode is formed with an end surface protrusion that protrudes in the in-plane direction of the surface of the base layer and has a minimum radius of curvature of 100 nm or less at at least one end thereof.
2. The radiation detector according to claim 1, wherein the high electric field portion is formed in a local region of the base layer in contact with a tip portion of the end surface protrusion by applying a voltage to the electrode.
上記電極の少なくとも1つが、上記基層表面の面内方向に拡がり、該基層に接する側の該電極表面に、最小曲率半径が100nm以下となる表面突起を有し、
上記電極に電圧を印加することにより、該表面突起の先端部に接する、該基層の局所的領域に上記高電界部が形成されることを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
At least one of the electrodes has a surface protrusion that extends in the in-plane direction of the surface of the base layer and has a minimum curvature radius of 100 nm or less on the electrode surface on the side in contact with the base layer.
The radiation detector according to claim 1, wherein the high electric field portion is formed in a local region of the base layer in contact with a tip portion of the surface protrusion by applying a voltage to the electrode.
上記基層における電極と接する表面に、最小曲率半径が100nm以下の凹部を有しており、
上記電極が、該基層の凹部に沿って形成された表面突起を備えており、
上記電極に電圧を印加することにより、該表面突起の先端部に接する、該基層の局所的領域に上記高電界部が形成されることを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
The surface in contact with the electrode in the base layer has a recess with a minimum curvature radius of 100 nm or less,
The electrode includes a surface protrusion formed along the recess of the base layer;
The radiation detector according to claim 1, wherein the high electric field portion is formed in a local region of the base layer in contact with a tip portion of the surface protrusion by applying a voltage to the electrode.
さらに、少なくとも、上記高電界部を覆うように積層された、ダイヤモンドからなるキャップ層を有しており、
上記電極に電圧を印加することにより、該キャップ層にも高電界部が局所的に形成されることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の放射線検出器。
Furthermore, it has a cap layer made of diamond laminated so as to cover at least the high electric field part,
The radiation detector according to claim 1, wherein a high electric field portion is locally formed in the cap layer by applying a voltage to the electrode.
少なくとも上記電極間に位置する上記基層の表面を覆うように積層された、ダイヤモンドからなるキャップ層を有していることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の放射線検出器。   The radiation detector according to any one of claims 1 to 6, further comprising a cap layer made of diamond, which is laminated so as to cover at least a surface of the base layer located between the electrodes. . 上記電極に電圧を印加することにより、上記高電界部に10V/cm以上の電界が形成されることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の放射線検出器。 The radiation detector according to any one of claims 1 to 7, wherein an electric field of 10 5 V / cm or more is formed in the high electric field portion by applying a voltage to the electrode. 上記電極に電圧を印加することにより、上記高電界部が、電界方向に5μm以下の幅にて形成されることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の放射線検出器。   9. The radiation detector according to claim 1, wherein the high electric field portion is formed with a width of 5 μm or less in the electric field direction by applying a voltage to the electrode. 10. 上記電極における、高電界部を生じせしめる部分が、1016/cm以上のキャリア密度を有する導電性材料からなることを特徴とする請求項1から9の何れか1項に記載の放射線検出器。 The radiation detector according to any one of claims 1 to 9, wherein a portion of the electrode that generates a high electric field portion is made of a conductive material having a carrier density of 10 16 / cm 3 or more. . 上記高電界部を生じせしめる電圧を印加した場合における、上記電極間の電気抵抗が10Ω以上であることを特徴とする請求項1から10の何れか1項に記載の放射線検出器。 11. The radiation detector according to claim 1, wherein an electric resistance between the electrodes when a voltage causing the high electric field portion is applied is 10 5 Ω or more. 上記電極において、放射線照射に対して検出されるパルス電流の応答速度が10μs以下であることを特徴とする請求項1から11の何れか1項に記載の放射線検出器。   The radiation detector according to claim 1, wherein a response speed of a pulse current detected with respect to radiation irradiation is 10 μs or less in the electrode. 紫外線、α線、β線、γ線、中性子線、X線の何れかを検出することを特徴とする請求項1から12の何れか1項に記載の放射線検出器。   The radiation detector according to any one of claims 1 to 12, wherein any one of ultraviolet rays, α rays, β rays, γ rays, neutron rays, and X rays is detected. ダイヤモンドからなる基層を形成する基層形成ステップと、
電圧を印加されることにより、上記基層に電流増幅を起こさせる高電界部を局所的に形成する少なくとも2つの電極を、上記基層の表面に形成する電極形成ステップと、を有し、
上記基層形成ステップは、マイクロ波プラズマ化学気相堆積法により下地基板上にダイヤモンドの結晶を成長させるものであり、かつ、下地ホルダーに上記下地基板を載置して行われるものであり、
上記マイクロ波プラズマ化学気相堆積法において、原料のメタン/水素の比を1%以上、反応圧力を100Torr以上、投入電力/プラズマ発光体積で表されるパワー密度を15W/cm 以上として、ダイヤモンド結晶合成時の下地基板の温度が950℃以上となる温度にて行い、かつ
ダイヤモンド結晶合成時において、上記下地基板の温度が上記下地ホルダーの温度より50℃以上高く保たれる条件にて行われることを特徴とする放射線検出器の製造方法。
A base layer forming step for forming a base layer made of diamond;
By a voltage being applied to, at least two electrodes to locally form a high field region to cause current amplification to the base, possess an electrode forming step of forming on the surface of the substrate, and
The base layer forming step is performed by growing a diamond crystal on a base substrate by a microwave plasma chemical vapor deposition method, and is performed by placing the base substrate on a base holder,
In the above microwave plasma chemical vapor deposition method, the ratio of raw material methane / hydrogen is 1% or more, the reaction pressure is 100 Torr or more, and the power density expressed by input power / plasma emission volume is 15 W / cm 3 or more. The temperature of the base substrate during crystal synthesis is 950 ° C. or higher, and
A method for producing a radiation detector, characterized in that, when synthesizing a diamond crystal, it is carried out under a condition that the temperature of the base substrate is maintained at 50 ° C. or higher than the temperature of the base holder .
上記電極形成ステップにおいて、上記電極が蒸着法により形成されることを特徴とする請求項14に記載の放射線検出器の製造方法。   15. The method of manufacturing a radiation detector according to claim 14, wherein in the electrode forming step, the electrode is formed by a vapor deposition method. 上記電極形成ステップにおいて、上記電極が化学気相堆積法により形成されることを特徴とする請求項14に記載の放射線検出器の製造方法。   The method of manufacturing a radiation detector according to claim 14, wherein in the electrode forming step, the electrode is formed by a chemical vapor deposition method. 上記電極形成ステップにおいて、上記電極がイオン打ち込み法により形成されることを特徴とする請求項14に記載の放射線検出器の製造方法。   The method of manufacturing a radiation detector according to claim 14, wherein in the electrode formation step, the electrode is formed by an ion implantation method. 上記電極形成ステップにおいて、上記電極がリソグラフィ法により形成されることを特徴とする請求項14に記載の放射線検出器の製造方法。   The method of manufacturing a radiation detector according to claim 14, wherein, in the electrode forming step, the electrode is formed by a lithography method. 上記電極形成ステップにおいて、上記電極がマスキングによりパターン形成されることを特徴とする請求項14に記載の放射線検出器の製造方法。   The method of manufacturing a radiation detector according to claim 14, wherein in the electrode forming step, the electrode is patterned by masking. 上記電極形成ステップにおいて、上記電極が材料をビーム状にして走査することで形成されることを特徴とする請求項14に記載の放射線検出器の製造方法。   The method of manufacturing a radiation detector according to claim 14, wherein in the electrode forming step, the electrode is formed by scanning the material in a beam shape. 上記マイクロ波プラズマ化学気相堆積法において、投入マイクロ波パワーを1000W以上とすることを特徴とする請求項14に記載の放射線検出器の製造方法。 In the said microwave plasma chemical vapor deposition method, input microwave power shall be 1000 W or more, The manufacturing method of the radiation detector of Claim 14 characterized by the above-mentioned. 上記下地基板が、ダイヤモンド、白金、白金合金、モリブデン、モリブデン合金、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、鉄、鉄合金、イリジウム、イリジウム合金、ニッケル、ニッケル合金、シリコン、金属シリサイド、石英、窒化ボロン、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化ガリウム、窒化炭素、のうちの少なくとも1つからなる基板、あるいは、これらの基板表面に多結晶ダイヤモンドまたは高配向ダイヤモンドを成長させた基板であることを特徴とする請求項14に記載の放射線検出器の製造方法。 The base substrate is diamond, platinum, platinum alloy, molybdenum, molybdenum alloy, tantalum, tantalum alloy, tungsten, tungsten alloy, iron, iron alloy, iridium, iridium alloy, nickel, nickel alloy, silicon, metal silicide, quartz, nitriding It is a substrate made of at least one of boron, aluminum nitride, silicon carbide, gallium nitride, and carbon nitride, or a substrate in which polycrystalline diamond or highly oriented diamond is grown on the surface of these substrates. The manufacturing method of the radiation detector of Claim 14 . 上記下地ホルダーが、白金、白金合金、モリブデン、モリブデン合金、タンタル、タンタル合金、タングステン、タングステン合金、鉄、鉄合金、イリジウム、イリジウム合金、ニッケル、ニッケル合金、シリコン、金属シリサイド、のうちの少なくとも1つからなる基板表面にダイヤモンドを覆ったものであることを特徴とする請求項14に記載の放射線検出器の製造方法。 The base holder is at least one of platinum, platinum alloy, molybdenum, molybdenum alloy, tantalum, tantalum alloy, tungsten, tungsten alloy, iron, iron alloy, iridium, iridium alloy, nickel, nickel alloy, silicon, and metal silicide. The method of manufacturing a radiation detector according to claim 14 , wherein the surface of the substrate made of diamond is covered with diamond. 上記基層形成ステップが、反応容器内で行われるものであり、
上記反応容器がマイクロ波プラズマに耐性を持つものであることを特徴とする請求項14から23の何れか1項に記載の放射線検出器の製造方法。
The base layer forming step is performed in a reaction vessel,
The method for manufacturing a radiation detector according to any one of claims 14 to 23 , wherein the reaction vessel is resistant to microwave plasma.
上記基層形成ステップが、反応容器内で行われるものであり、
上記反応容器の直径が、マイクロ波プラズマが作られている空間の直径よりも1cm以上大きいことを特徴とする請求項14から24の何れか1項に記載の放射線検出器の製造方法。
The base layer forming step is performed in a reaction vessel,
The method of manufacturing a radiation detector according to any one of claims 14 to 24 , wherein a diameter of the reaction vessel is 1 cm or more larger than a diameter of a space in which microwave plasma is generated.
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