JP4935811B2 - 半導体ｘ線検出素子 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体Ｘ線検出素子に関し、さらに詳しくは、小さいエネルギー分解能を得ることが出来る半導体Ｘ線検出素子に関する。
従来、図１３に示すように、トップハット型の半導体Ｘ線検出素子のｉ層１のｎ面電極側の底面の面積よりもｎ+層２およびｎ面電極３の面積を小さくした半導体Ｘ線検出素子５０が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−１８３６０３号公報
上記従来の半導体Ｘ線検出素子５０では、ｉ層１のｎ面電極側の底面の面積よりｎ+層２およびｎ面電極３の面積を小さくすることによって、それ以前のトップハット型の半導体Ｘ線検出素子（ｉ層１のｎ面電極側の底面の面積とｎ+層２およびｎ面電極３の面積が等しい）に比べて小さいエネルギー分解能を得ている。
しかし、ｎ+層２およびｎ面電極３の面積がｉ層１のｎ面電極側の底面の面積の３３％以下になってくると、スペクトルの低エネルギー側にテールを引くなど、スペクトルの形状不良が極端に多くなってくる問題点があった。換言すれば、ｎ+層２およびｎ面電極３の面積をｉ層１のｎ面電極側の底面の面積より小さくするのに限界があり、そのため分解能を小さくするのにも限界のある問題点があった。
そこで、本発明の目的は、より小さいエネルギー分解能を得ることが出来る半導体Ｘ線検出素子を提供することにある。
しかし、ｎ+層２およびｎ面電極３の面積がｉ層１のｎ面電極側の底面の面積の３３％以下になってくると、スペクトルの低エネルギー側にテールを引くなど、スペクトルの形状不良が極端に多くなってくる問題点があった。換言すれば、ｎ+層２およびｎ面電極３の面積をｉ層１のｎ面電極側の底面の面積より小さくするのに限界があり、そのため分解能を小さくするのにも限界のある問題点があった。
そこで、本発明の目的は、より小さいエネルギー分解能を得ることが出来る半導体Ｘ線検出素子を提供することにある。
第１の観点では、本発明は、ほぼ円柱状のｉ層（１）と、前記ｉ層（１）のｎ面電極側の底面の中央部分に設けられたｎ+層（２）およびｎ面電極（３）と、前記ｉ層（１）のｐ面電極側の底面を覆うように設けられたｐ面電極（７）と、前記ｉ層（１）の周面をほぼ覆うように設けられたｐ層（５）とを具備することを特徴とする半導体Ｘ線検出素子（１０）を提供する。
従来の半導体Ｘ線検出素子５０で前述の問題点が生じている理由は、ｎ+層２およびｎ面電極３の面積をｉ層１のｎ面電極側の底面の面積より小さくほど、図１３に示す電界がうまくかからない領域Ｗが大きくなるためと考えられる。
そこで、上記第１の観点による半導体Ｘ線検出素子（１０）では、ｉ層（１）の形状を従来のトップハット型を基盤にするものではなくほぼ円柱状にして、そのｉ層（１）の周面をほぼ覆うようにｐ層（５）を設けた。これにより、図１に示すように、ｉ層（１）のｎ面電極側の底面の中央部分にｎ+層（２）およびｎ面電極（３）を設けても（つまり、ｎ+層（２）およびｎ面電極（３）の面積をｉ層（１）のｎ面電極側の底面の面積より小さくしても）、電界Ｅがｉ層（１）の全体にかかるようになる。よって、ｎ+層（２）およびｎ面電極（３）の面積をｉ層（１）のｎ面電極側の底面の面積の３３％以下に小さくしても前述の問題点が生じなくなり、従来より分解能を小さくすることが出来る。
なお、「ほぼ円柱状」とは、周面が外側に膨れた円柱形状を意味する。また、「ｉ層（１）の周面をほぼ覆う」とは、ｎ+層（２）の直下にｐ層（５）で覆われないｉ層（１）の周面が僅かに生じることを意味する。このｐ層（５）で覆われないｉ層（１）の周面の面積は、ｐ層（５）で覆われるｉ層（１）の周面の面積の３％以下である。
従来の半導体Ｘ線検出素子５０で前述の問題点が生じている理由は、ｎ+層２およびｎ面電極３の面積をｉ層１のｎ面電極側の底面の面積より小さくほど、図１３に示す電界がうまくかからない領域Ｗが大きくなるためと考えられる。
そこで、上記第１の観点による半導体Ｘ線検出素子（１０）では、ｉ層（１）の形状を従来のトップハット型を基盤にするものではなくほぼ円柱状にして、そのｉ層（１）の周面をほぼ覆うようにｐ層（５）を設けた。これにより、図１に示すように、ｉ層（１）のｎ面電極側の底面の中央部分にｎ+層（２）およびｎ面電極（３）を設けても（つまり、ｎ+層（２）およびｎ面電極（３）の面積をｉ層（１）のｎ面電極側の底面の面積より小さくしても）、電界Ｅがｉ層（１）の全体にかかるようになる。よって、ｎ+層（２）およびｎ面電極（３）の面積をｉ層（１）のｎ面電極側の底面の面積の３３％以下に小さくしても前述の問題点が生じなくなり、従来より分解能を小さくすることが出来る。
なお、「ほぼ円柱状」とは、周面が外側に膨れた円柱形状を意味する。また、「ｉ層（１）の周面をほぼ覆う」とは、ｎ+層（２）の直下にｐ層（５）で覆われないｉ層（１）の周面が僅かに生じることを意味する。このｐ層（５）で覆われないｉ層（１）の周面の面積は、ｐ層（５）で覆われるｉ層（１）の周面の面積の３％以下である。
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による半導体Ｘ線検出素子（１０）において、前記ｉ層（１）のｎ面電極側の底面の面積が２０平方ｍｍ以上であり、前記ｎ+層（２）およびｎ面電極（３）の面積が６.６平方ｍｍ以下であることを特徴とする半導体Ｘ線検出素子（１０）を提供する。
上記第２の観点による半導体Ｘ線検出素子（１０）では、ｎ+層（２）およびｎ面電極（３）の面積をｉ層（１）のｎ面電極側の底面の面積の３３％以下に小さくするため、従来より小さい分解能を得ることが出来る。
上記第２の観点による半導体Ｘ線検出素子（１０）では、ｎ+層（２）およびｎ面電極（３）の面積をｉ層（１）のｎ面電極側の底面の面積の３３％以下に小さくするため、従来より小さい分解能を得ることが出来る。
本発明の半導体Ｘ線検出素子（１０）によれば、従来よりエネルギー分解能を小さくすることが出来る。
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
図１は、実施例１に係る半導体Ｘ線検出素子１０を示す断面図である。
この半導体Ｘ線検出素子１０は、ほぼ円柱状のｉ層１と、ｉ層１のｎ面電極側の底面の中央部分に設けられたｎ+層２およびｎ面電極３と、ｉ層１のｐ面電極側の底面を覆うように設けられたｐ面電極７と、ｉ層１の周面をほぼ覆うように設けられたｐ層５とを具備している。４はｐ面リング状電極であり、６は入射窓であり、８は保護膜である。
この半導体Ｘ線検出素子１０は、ほぼ円柱状のｉ層１と、ｉ層１のｎ面電極側の底面の中央部分に設けられたｎ+層２およびｎ面電極３と、ｉ層１のｐ面電極側の底面を覆うように設けられたｐ面電極７と、ｉ層１の周面をほぼ覆うように設けられたｐ層５とを具備している。４はｐ面リング状電極であり、６は入射窓であり、８は保護膜である。
数値例を示すと、ｉ層１のｐ面電極側の底面の面積は２０平方ｍｍであり、ｎ+層２およびｎ面電極３の面積は３平方ｍｍである。
図２は、ｉ層１のｐ面電極側の底面の面積を２０平方ｍｍとし、ｎ+層２およびｎ面電極３の面積を３平方ｍｍとした半導体Ｘ線検出素子１０のＭｎＫα（マンガンのＫα線）の分解能−温度特性図である。なお、シェーピングタイムは３μｓとした。
一方、図１４は、ｉ層１のｐ面電極側の底面の面積を２０平方ｍｍとし、ｎ+層２およびｎ面電極３の面積を１０平方ｍｍとした半導体Ｘ線検出素子５０のＭｎＫαの分解能−温度特性図である。
両者を比べれば、本発明に係る半導体Ｘ線検出素子１０の分解能が小さくなっていることが判る。
一方、図１４は、ｉ層１のｐ面電極側の底面の面積を２０平方ｍｍとし、ｎ+層２およびｎ面電極３の面積を１０平方ｍｍとした半導体Ｘ線検出素子５０のＭｎＫαの分解能−温度特性図である。
両者を比べれば、本発明に係る半導体Ｘ線検出素子１０の分解能が小さくなっていることが判る。
図３は、実施例１に係る半導体Ｘ線検出素子１０を製造する過程を示すフロー図である。
ステップＳ１では、図４に示すように、ｐ型半導体結晶の円柱体ＰＣの上面にＬｉを蒸着する。ｐ型半導体結晶は、例えばｐ型Ｓｉウエハを素子の外形（タブレット）にくり抜き、両底面を鏡面研磨したものである。
ステップＳ１では、図４に示すように、ｐ型半導体結晶の円柱体ＰＣの上面にＬｉを蒸着する。ｐ型半導体結晶は、例えばｐ型Ｓｉウエハを素子の外形（タブレット）にくり抜き、両底面を鏡面研磨したものである。
ステップＳ２では、図５に示すように、Ｌｉを熱拡散させてｎ+層２ａを形成し、余分なＬｉは除去する。
ステップＳ３では、図６に示すように、Ｎｉ／Ａｕを蒸着して、ｎ面電極３ａを形成する。
ステップＳ４では、図７に示すように、ｎ+層２の底面だけがｐ型半導体結晶と接合している状態になるように僅かにｎ+層２より深く且つ所望の面積のｎ+層２およびｎ面電極３になるように円柱体ＰＣに円周状の溝を形成する。
ステップＳ５では、温度を上げながら図８に示すように電源ＤＥにより電界を印加し、図９に示すようにＬｉをドリフトさせてほぼ円柱状のｉ層１を形成する。ほぼ円柱状のｉ層１の周面にはｐ層５をドーナツ状に残す。
ステップＳ６では、ｉ層１の露出面積が所望の面積になるようにｉ層１およびｐ層５の底面を研磨し、次いで図１０に示すように、底面にＡｕを蒸着し、ｐ面電極４ａを形成する。
ステップＳ７では、図１１に示すように、例えばエッチングにより入射窓６を形成する。これにより、ｐ面電極４ａは、ｐ面リング電極４になる。
ステップＳ８では、図１２に示すように、底面にＮｉを蒸着し、ｐ面電極７を形成する。
ステップＳ９では、図１に示すように、例えばシリコン系樹脂を塗布し、保護膜８を形成する。
実施例１の半導体Ｘ線検出素子１０によれば、ｉ層１の形状を従来のトップハット型を基盤にするものではなくほぼ円柱状にして、その周面をほぼ覆うようにｐ層５を設けたことにより、図１に示すように、ｎ+層２およびｎ面電極３の面積をｉ層１のｎ面電極側の底面の面積より小さくしても電界Ｅがｉ層１の全体にかかるようになる。よって、ｎ+層２およびｎ面電極３の面積をｉ層１のｎ面電極側の底面の面積の３３％以下に小さくしてもスペクトルの形状不良が生じず、分解能を小さくすることが出来る。
ｐ型半導体結晶の代わりに高純度・高抵抗Ｓｉ結晶の円柱体を用い、図３のステップＳ５においてＬｉをドリフトさせる代わりに例えばボロンを円柱体の周面から拡散させてドーナツ状のｐ層５を形成し、ｐ層５で囲むように円柱状のｉ層１を残してもよい。
本発明の半導体Ｘ線検出素子は、エネルギー分散型Ｘ線分析装置の検出器として利用することができる。
１ ｉ層
２ ｎ+層
３ ｎ面電極
４ ｐ面リング電極
５ ｐ層
７ ｐ面電極
１０ 半導体Ｘ線検出素子
２ ｎ+層
３ ｎ面電極
４ ｐ面リング電極
５ ｐ層
７ ｐ面電極
１０ 半導体Ｘ線検出素子
Claims (2)
- 周面が外側に膨れた円柱状のｉ層（１）と、前記ｉ層（１）のｎ面電極側の底面の中央部分に設けられ且つ前記底面よりも面積が小さいｎ+層（２）およびｎ面電極（３）と、前記ｉ層（１）のｐ面電極側の底面を覆うように設けられたｐ面電極（７）と、前記ｎ面電極側の底面よりも面積が小さいｎ+層（２）およびｎ面電極（３）の直下の周面部分以外の前記ｉ層（１）の周面を覆うように設けられたｐ層（５）とを具備することを特徴とする半導体Ｘ線検出素子（１０）。
- 請求項１に記載の半導体Ｘ線検出素子（１０）において、前記ｉ層（１）のｎ面電極側の底面の面積が２０平方ｍｍ以上であり、前記ｎ+層（２）およびｎ面電極（３）の面積が６.６平方ｍｍ以下であることを特徴とする半導体Ｘ線検出素子（１０）。
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