JP6310794B2 - 放射線検出素子、放射線検出器および放射線検出素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、化合物半導体単結晶からなる基板を備えた放射線検出素子、この放射線検出素子を備える放射線検出器、およびこの放射線検出素子を製造する方法に関する。

従来、放射線検出素子の基板をなす各種の化合物半導体の開発が行われてきたが、その中でもII−VI族化合物半導体であるテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）やテルル化亜鉛カドミウム（ＣｄＺｎＴｅ）が、近年の結晶開発における技術革新により有力な材料として注目されている。
ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅは、原子番号が比較的大きい元素からなるので、放射線（硬Ｘ線やγ線）の検出効率が高い。このため、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅを用いた放射線検出器（以下ＣｄＴｅ系検出器）は、他の化合物半導体を用いたものよりも小型かつ高性能なものとすることができる。
また、ＣｄＴｅ系検出器は、放射線を直接電流に変換する仕組みなので、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）に代表されるルミネッセンスを介した間接的な動作機構のシンチレータ検出器に比べ、検出効率およびエネルギー分解能において優れている。
また、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅは、バンドギャップが大きいので、熱の影響を受けにくく、動作時の漏れ電流が小さい。このため、ＣｄＴｅ系検出器は、室温で動作可能となり、動作させるために冷却装置が必要なシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）を用いた検出器に比べ、装置を小型化でき、更に、高いバイアス電流を印加することで高いエネルギー分解能を発揮することができる（特許文献１，２参照）。

米国特許出願公開第２０１１／０１８６７８８号明細書 特開昭６３−１８５８９８号公報

ところで、ＣｄＴｅ系検出器は、上記のような多くの利点を有する反面、ポラリゼーションと呼ばれる、時間経過とともに検出素子の検出感度が低下する現象を発生させてしまうという問題がある。
このポラリゼーションについての研究を続けてきた結果、発生するポラリゼーションの程度は、基板の抵抗率と相関していることを見出した。すなわち、基板の抵抗率が高いほど発生するポラリゼーションが大きくなり、抵抗率が低いほど小さくなるという傾向があることが分かった。
一般に、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅの単結晶基板は、製造が容易でなく、部位毎の抵抗値にばらつきが生じ易い。このため、一つの検出素子の中には、ポラリゼーションの発生する程度が大きいピクセルと小さいピクセルが生じることになる。ＣｄＴｅ系検出器は、各ピクセルから出力される各電離電流を合わせて一つの放射線スペクトル（電気信号）を得るようにしているので、各ピクセルの検出感度に差が出ることは、その検出素子を備える放射線検出器の放射線検出性能の低下に繋がってしまう。
一方、基板の抵抗率を全体的に低くすることで、局所的に大きなポラリゼーションが発生するのを防ぐことは可能である。しかしながら、基板全体の抵抗率が低すぎると、検出素子から漏れ出すリーク電流（暗電流）が大きくなって検出素子全体の検出感度が低下（得られるスペクトルが劣化）するので、やはり放射線検出器の放射線検出性能は低いものとなってしまう。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ＣｄＺｎＴｅ単結晶を基板とする放射線検出素子を備えた放射線検出器において、放射線の検出性能を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するため、本出願に係る一の発明は、テルル化カドミウム単結晶またはテルル化亜鉛カドミウム単結晶を基板とする放射線検出素子であって、前記基板の一方の主面に、前記基板を形成する化合物半導体よりも仕事関数の小さい金属で形成された第１電極と、前記基板の他方の主面に、前記基板を形成する化合物半導体よりも仕事関数の大きい金属で形成された第２電極と、を備え、前記基板は、１．４重量ｐｐｍ以上のインジウムを不純物として含有し、７００Ｖ以上の電圧を印加した場合における、基板面内の抵抗率の相対標準偏差が８０％以下であることを特徴とする。

なお、上記発明において、７００Ｖ以上の電圧を印加した場合における、基板面内の抵抗率の平均値が５．７×１０^１１Ωｃｍ以下であるものとしてもよい。

また、本出願に係る他の発明は、放射線検出素子であって、上記の放射線検出素子と、前記放射線検出素子に接続され、前記放射線検出素子にバイアス電圧を印加する電源と、前記放射線検出素子に接続され、前記放射線検出素子から出力された電気信号を増幅する増幅部と、を備えたことを特徴とする。

また、本出願に係る他の発明は、
テルル化亜鉛カドミウムの単結晶を基板とする放射線検出素子の製造方法において、テルル、カドミウムおよび亜鉛を溶融させてなり、１２重量ｐｐｍのインジウムを添加した融液から前記単結晶を成長させ、前記単結晶の、１．４重量ｐｐｍ以上のインジウムを含有する部位から前記基板を切り出し、前記基板の一方の主面に、前記基板を形成する化合物半導体よりも仕事関数の小さい金属で第１電極を形成し、前記基板の他方の主面に、前記基板を形成する化合物半導体よりも仕事関数の大きい金属で第２電極を形成することを特徴とする。

なお、上記発明において、前記融液の上部に、下方へと単位距離下がる毎に所定温度上昇するような温度勾配を持たせるとともに、前記融液の下部に、下方へと単位距離下がる毎に前記所定温度よりも大きい温度上昇するような温度勾配を持たせた状態で、前記融液全体の温度を下げていくことにより、前記融液の表面から下方に向かって前記単結晶を成長させていくようにしてもよい。
また、上記発明において、前記融液の上部における温度勾配を０．０５℃／ｃｍ以上１．０℃／ｃｍ以下にし、前記融液の下部における温度勾配を１．０℃／ｃｍ以上５．０℃／ｃｍ以下にした状態で、前記単結晶を成長させていくようにしてもよい。
また、上記発明において、前記炉の内部にグラファイト板を略水平に配置し、前記容器を前記グラファイト板の下方に位置するように載置して、前記単結晶を成長させ、前記容器を前記グラファイト板の下方に位置させたまま前記単結晶を熱処理するようにしてもよい。
また、上記発明において、前記炉の内部であって前記グラファイト板の下方に、第２のグラファイト板を、前記グラファイト板と対向するように略水平に配置し、前記容器を、前記グラファイト板の下方かつ前記第２のグラファイト板の上方に位置するように載置した状態で、前記単結晶を成長させ、前記容器を前記グラファイト板の下方かつ前記第２のグラファイト板の上方に位置させたまま前記単結晶を熱処理するようにしてもよい。

上記発明によれば、ＣｄＺｎＴｅ単結晶を基板とする放射線検出素子を備えた放射線検出器において、放射線の検出性能を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る放射線検出器の構成図である。 図１の放射線検出器に備えられる放射線検出素子を示す斜視図である。 図１の放射線検出素子の基板となる化合物半導体単結晶を製造するための単結晶成長炉の縦断面図である。 放射線検出素子の基板における部位ごとの抵抗率の測定方法の一例を説明する図である。 実施例の放射線検出素子と比較例の放射線検出素子の、製造条件と抵抗率等の測定結果をまとめた表である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

〔放射線検出器および放射線検出素子の構成〕
まず、第１実施形態の放射線検出器１の概略構成について説明する。図１は本実施形態の放射線検出器１を示すブロック図であり、図２は図１の放射線検出器１を構成する本実施形態の放射線検出素子２の斜視図である。
放射線検出器１は、図１に示すように、放射線検出素子２、コンデンサ３、増幅部４で構成されており、外部の電源５（制御部）やデータ生成装置６に接続して用いられる。

放射線検出素子２は、図２に示すように、基板２１、基板２１の一方の主面（以下Ａ面２１ａ）に形成されたピクセル電極２２、基板２１の他方の主面（以下Ｂ面２１ｂ）に形成された共通電極２３からなる。
基板２１は、II−VI族化合物半導体単結晶であるテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）単結晶またはテルル化亜鉛カドミウム（ＣｄＺｎＴｅ）単結晶で、主面が矩形の薄い板状に形成されている。また、基板２１は、１．４ｗｔｐｐｍ以上のインジウム（Ｉｎ）をドーパントとして含有している。基板２１の主面２１ａ，２１ｂは、所定の結晶面（例えば（１１１）面）となっている。また、７００Ｖ以上の電圧を印加したときの基板２１の抵抗率の面内の相対標準偏差は８０％以下となっている。
以下、ＣｄＴｅとＣｄＺｎＴｅを区別しない場合は、両方を合わせてＣｄ（Ｚｎ）Ｔｅと表記する。

ピクセル電極２２（第１電極）は、基板２１を形成する化合物半導体よりも仕事関数の小さな金属（例えば、インジウム（Ｉｎ）やアルミニウム（Ａｌ）等）の薄膜で基板２１のＡ面２１ａに複数設けられるとともに、Ａ面２１ａに沿って行列状に配列されている。すなわち、各ピクセル電極２２は、基板２１とショットキー接合している。

共通電極２３（第２電極）は、基板２１を形成する化合物半導体よりも仕事関数の大きな金属（例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等）の薄膜で、基板２１のＢ面２１ｂ全体を覆うように形成されている。すなわち、共通電極２３は、基板２１とオーミック接合している。
以下、ピクセル電極２２と共通電極２３を区別しない場合は、両電極を合わせて電極２２，２３と表記する。

本実施形態の放射線検出器１において、放射線検出素子２は、各ピクセル電極２２が電源５に接続され、共通電極２３が接地されることにより所定のバイアス電圧が印加されるようになっている。また、ピクセル電極２２は、コンデンサ３および増幅部４に接続されている。なお、図１では、右端のピクセル電極のみコンデンサ３、増幅部４に接続されている様子が示されているが、他のピクセル電極２２も同様にコンデンサ３および増幅部４に接続されている。
このように構成された放射線検出器１は、放射線検出素子２の基板２１で放射線（硬Ｘ線やγ線）を受けると、基板２１内で電子正孔対を生成する。生成された電子正孔対は、バイアス電圧により電離電流となって出力される。そして、コンデンサ３および増幅部４で電離電流を電気信号に変換し、データ生成部６に出力する。

〔放射線検出素子の製造方法〕
次に、上述した放射線検出素子２を製造する方法について説明する。
まず、放射線検出素子２の基板２１を形成するＣｄ（Ｚｎ）Ｔｅ単結晶を製造するための単結晶成長炉９の構成について説明する。

本実施形態の単結晶成長炉９は、垂直温度勾配凝固（ＶＧＦ：Vertical Gradient Freezing）法に用いられるもので、図３に示すように、外側の単結晶成長炉本体、本体９１、本体９１の内部に配置された石英アンプル９３、石英アンプル９３を側方から取り囲むように設けられたヒーター９２等で構成されている。

石英アンプル９３は、円筒状のるつぼ収納部９３ａとるつぼ収納部９３ａの下部から下方に向かって延びるカドミウム蒸気圧制御用の管状のリザーバ部９３ｂからなる。
るつぼ収納部９３ａの内側底面には、グラファイト製の円盤９４ａが配置されており、この円盤９４ａの上にるつぼＣが載置されるようになっている。また、るつぼ収納部９３ａの内側空間の上部には、グラファイト製の円盤９４ｂが、下方の円盤９４ａと対向するように配置されている。すなわち、るつぼＣがアンプル９３内の所定位置に配置されると、るつぼが上下の両円盤９４ａ，９４ｂに挟まれることとなる。該上下の円盤９４ａ，９４ｂはるつぼの径方向の均熱板９４として機能するものである。
リザーバ部９３ｂの底には、るつぼ収納部９３ａ内のＣｄ蒸気圧を調節するためのＣｄ９５が充填されるようになっている。

ヒーター９２は、上部ヒーター９２ａと、下部ヒーター９２ｂとで構成されている。ヒーター９２は、本体の内部に縦列し、それぞれが複数段の発熱部を有する構成で配置されている。具体的には、上部ヒーター９２ａがるつぼ収納部９３ａを囲むように、下部ヒーター９２ｂがリザーバ部９３ｂを囲むようにそれぞれ配置されている。また、各ヒーター９２ａ、９２ｂはそれぞれ独立して加熱温度を設定可能となっている。

続いて、製造工程について説明する。
本実施形態の放射線検出素子２は、準備工程、結晶育成工程、熱処理工程、切断工程、ラッピング工程、鏡面研磨工程、電極形成工程、ダイシング工程、素子抵抗率測定工程を経て製造される。

初めの準備工程では、まず、るつぼＣ内に原料の充填を行う。製造しようとする単結晶がＣｄＴｅ単結晶の場合には、純度６Ｎ（９９．９９９９％）のＣｄ、６ＮのＴｅ、ドーパント材（不純物）であるＩｎを所定量充填する。なお、Ｉｎは、単結晶中における濃度が１．４ｗｔｐｐｍ以上となるように量を調節して加える。
一方、製造しようとする単結晶がＣｄＺｎＴｅ単結晶である場合には、純度６ＮのＣｄ、６ＮのＴｅ、Ｉｎに加え、Ｚｎを所定量充填する。なお、Ｉｎは、単結晶中における濃度がＣｄＴｅ単結晶を製造する場合と同程度（１．４ｗｔｐｐｍ以上）となるように量を調節して加える。

そして、石英アンプル９３のリザーバ部９３ｂにＣｄを入れ、原料が充填されたるつぼを石英アンプル９３内に載置する。そして、石英アンプルを真空封止し、ヒーター９２ａ、９２ｂで炉内を加熱して、るつぼＣに入った原料を合成する。その後、炉内を更に加熱して合成された原料を融解させて融液Ｍにするとともに、Ｉｎを融液Ｍ中に拡散させる。このとき、下部ヒーター９２ｂの温度を調節してるつぼ収納部９３ａ内のＣｄの蒸気圧を所定値に調整することにより、融液ＭからのＣｄの蒸発を抑制する。

るつぼＣ内の融液Ｍが安定化した後は結晶育成工程に移る。結晶育成工程では、上部ヒーター９２ａの縦列に複数段で構成された各発熱部の出力を調整して、融液の下端から上端に向かって低くなるような温度勾配が生じるようにする。本実施形態では、温度勾配は、融液の上部においては０．０５〜１．０℃／ｃｍとなるように、また、融液の下部においては、単結晶の成長時の降温工程で、るつぼ内の原料融液が一気に固化することを避けるために１．０〜５．０℃／ｃｍ程度と上部よりも大きな温度勾配となるように各ヒーターの出力を調節する。
なお、「融液の上部」および「融液の下部」の設定については、例えば、融液表面から、融液表面とるつぼ底面との距離の１／３の距離だけ下方の位置をＡ、融液表面から、融液表面とるつぼ底面との距離の２／３の距離だけ下方の位置をＢとしたときに、融液の上部と下部との境界がＡとＢとの間を外れない範囲で適宜調整する。

そして、融液Ｍに所定の温度勾配を持たせたまま炉内の温度を徐々に下げていくと、最も温度が低くなる融液Ｍの表面に単結晶が生成し、それが下方に向かって成長していく。その際、単結晶の径方向に沿った不純物の分布が均一となるように、すなわち、ストリエーションパターンが生じないように成長していく。単結晶がこのように成長する詳細なメカ二ズムは不明であるが、上述したような成長条件とすることによって、単結晶の成長界面を含む融液の上部は融液の対流が小さく安定した状態となり、融液の下部は融液の対流が大きくなるので、融液下部の熱が対流によって上部に均等に伝播するようになり、それが、単結晶の径方向の温度勾配を平坦化しているからではないかと考えられる。

単結晶を所定長まで成長させた後は熱処理工程に移る。熱処理工程では、まず、成長したＣｄ（Ｚｎ）Ｔｅ単結晶を石英アンプル内に保持したまま、上部ヒーター９２ａの複数段からなる各発熱部の温度を調節することにより、また下部ヒーター９２ｂの温度を制御することでＣｄの蒸気圧を所定圧力に維持したまま、炉内温度を上記単結晶の成長終了時の温度から９３０〜９７０℃（好ましくは９４０〜９６０℃、より好ましくは９４５〜９５５℃）まで低下させる。そして、その状態でＣｄ（Ｚｎ）Ｔｅ単結晶を１７〜２３時間（好ましくは１８〜２２時間、より好ましくは１９〜２１時間）熱処理（アニール）する。このとき、るつぼの上側および下側にそれぞれ水平に設置されたグラファイトの円盤が均熱板として機能し、単結晶の径方向（水平方向）の温度勾配が低減される。これにより、単結晶は、径方向に均等に熱が付与された状態で、アンプル内のＣｄ蒸気に触れることになるため、単結晶中のＣｄの空孔欠陥の分布が均一化される。熱処理が終わった後は、炉内の温度を室温まで下げて単結晶を冷却し、るつぼから取り出す。こうして、Ｃｄ（Ｚｎ）Ｔｅ単結晶のインゴットが製造される。

インゴットの冷却を終えた後は切断工程に移る。切断工程では、Ｃｄ（Ｚｎ）Ｔｅ単結晶のインゴットを所定の結晶面に沿って切断し、複数のウェハを切り出す。
ウェハを切り出した後は、ラッピング工程に移る。ラッピング工程では、切り出したウェハの切断面をラッピング用の研磨材で研磨して凹凸を取り除く。
切断面を平坦化した後は、鏡面研磨工程に移る。鏡面研磨工程では、ウェハの研磨面を鏡面研磨用の研磨材で研磨して鏡面に仕上げる。こうして、Ｃｄ（Ｚｎ）Ｔｅウェハが製造される。

Ｃｄ（Ｚｎ）Ｔｅウェハの研磨を終えた後は電極形成工程に移る。電極形成工程では、まず、上記のＣｄ（Ｚｎ）Ｔｅウェハを洗浄し、表面に付着していた異物を除去する。そして、Ｃｄ（Ｚｎ）Ｔｅウェハの研磨面にフォトレジストを塗布し、ピクセル電極パターンが描かれたフォトマスクを用いてフォトレジストを露光する。そして、現像することにより感光したフォトレジストを除去する。そして、フォトレジストが除去されることでできた開口から露出するＣｄ（Ｚｎ）ＴｅウェハのＡ面２１ａに金属薄膜を形成する。この金属薄膜を所定の膜厚まで成長したものがピクセル電極２２となる。なお、ここでの金属薄膜の形成方法は、真空蒸着、スパッタリング等何でも良い。その後、ＣｄＺｎＴｅウェハをめっき液に浸漬し、Ｃｄ（Ｚｎ）ＴｅウェハのＢ面２１ｂに金属を析出させ金属薄膜を形成する。この金属薄膜が所定の膜厚まで成長したものが共通電極２３となる。電極２２，２３が形成された後は、不要になったフォトレジストを除去し、Ｃｄ（Ｚｎ）Ｔｅウェハを洗浄し、乾燥させる。

電極２２，２３を形成した後はダイシング工程に移る。ダイシング工程では、Ａ，Ｂ面２１ａ，２１ｂに電極２２，２３がそれぞれ形成されたＣｄ（Ｚｎ）Ｔｅウェハを切断して複数の基板２１に分割することにより、個々の放射線検出素子をＣｄ（Ｚｎ）Ｔｅウェハから切り出す。
放射線検出素子を切り出した後は素子抵抗率測定工程に移る。素子抵抗率測定工程では、切り出した放射線検出素子に電圧を印加して、その素子抵抗率を測定する。そして、測定した素子抵抗率が規定の範囲に入らなかったものを除外する。
以上の各工程を経ることにより、本実施形態の放射線検出素子２が複数製造される。

〔本発明と従来技術との比較〕
次に、上述のようにして製造される本実施形態の放射線検出素子２と、従来製法による放射線検出素子との相違点について具体例を挙げながら説明する。
説明に際し、まず、上述した製造方法でＣｄＺｎＴｅ単結晶のインゴット（実施例１〜４）を製造し、さらに、従来の製造方法でもＣｄＺｎＴｅ単結晶のインゴット（比較例１〜３）を製造した。そして、各インゴットを（１１１）面に沿って切断して円盤状のウェハＷ_１〜Ｗ_７をそれぞれ切り出し、さらに、図４（ａ）に示すように、各ウェハＷ_１〜Ｗ_７から正方形の基板（以下正方形基板Ｓ_１〜Ｓ_７）をそれぞれ切り出した。

次に、各正方形基板Ｓ_１〜Ｓ_７のＡ面にＩｎで電極をそれぞれ形成するとともに、Ｂ面にＰｔで電極をそれぞれ形成することで、図４（ｂ）に示すショットキー型の放射線検出素子Ｅ_１〜Ｅ_７を製造した。なお、本実験では、ショットキー特性のみを見るため、Ａ面の電極の形状、配列をピクセル状に限る必要がなかったため、Ａ面の電極を、Ａ面全体を覆う形状とした。そして、各放射線検出素子Ｅ_１〜Ｅ_７を用いて図１に示したものと同様の回路（放射線検出器）を製作し、^５７Ｃｏガンマ線源から放出された放射線の検出実験をそれぞれ行った。具体的には、放出されたスペクトラムのうち、特に、１２２ｋｅＶに対応する光電吸収スペクトラムのピークに対するピークチャンネルについて経時変化（ポラリゼーションの発生の有無）を調べた。

次に、各正方形基板Ｓ１〜Ｓ７からなる各放射線検出素子Ｅ_１〜Ｅ_７において、図４（Ｃ）に示すように、４ｍｍ×４ｍｍサイズの評価用のサンプル素子を正方形基板からｎ×ｎ個（図４（ｂ）の場合では４×４＝１６個）切り出し、図４（ｄ）に示すように、放射線検出素子毎に、全てのサンプル素子ｎ×ｎ個分について、素子に徐々に電圧を印加していくことで素子のＩ−Ｖ特性を調べ、Ｉ−Ｖ特性曲線を描画した。そして、Ｉ−Ｖ特性曲線から微小電圧（０．１Ｖ程度、以下０Ｖと表記する）を印加したときの抵抗率、７００Ｖの電圧を印加したときの抵抗率、および９００Ｖの電圧を印加したときの抵抗率をそれぞれ求めた。そして、得られた抵抗率から、その平均値（正方形基板の平均抵抗率）および標準偏差を、印加した電圧別にそれぞれ求め、更に、標準偏差を平均値で割ることで、各正方形基板の面内の抵抗率の相対標準偏差（ばらつきの大きさ）を算出した。図５は、各インゴットの製造条件、各インゴットから得られた放射線検出素子Ｅ_１〜Ｅ_７のポラリゼーション発生の有無、および各放射線検出素子Ｅ_１〜Ｅ_７の面内の抵抗率のばらつきを調べるために、各放射線検出素子Ｅ_１〜Ｅ_７から取得したサンプル素子（ｎ×ｎ個分）における各印加電圧値に対する抵抗率の平均値、標準偏差、相対標準準偏差を纏めたものである。

（実施例１）
Ｉｎのドープ量が１２ｗｔｐｐｍのＣｄＺｎＴｅ融液からＣｄＺｎＴｅ単結晶インゴットを製造した。そして、このインゴットの固化率ｇ＝０．４４となる部位から、ウェハＷ_１（Ｉｎ理論値２．０２ｗｔｐｐｍ）を切り出し、更にこのウェハＷ_１から２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形基板Ｓ_１を切り出した。そして、この正方形基板Ｓ_１に電極を形成して放射線検出素子Ｅ_１とし、この放射線検出素子Ｅ_１を用いて製作した放射線検出器による放射線の検出特性の経時変化を調べた。従来、ショットキー型の放射線検出素子を用いた放射線検出器は、バイアス電圧印加後、時間経過と共に電荷収集効率が劣化する傾向を示しやすいと言われてきたが、実施例１の放射線検出素子Ｅ_１を備えた放射線検出器の場合、バイアス電圧の印加開始から２００分間程度、ピークチャンネルの減少などの経時劣化はなく、安定した動作が継続されることが確認できた。
次に、この放射線検出素子Ｅ_１から４ｍｍ×４ｍｍのサンプル素子ｅ_１を複数個（５×５＝２５個分）切り出し、各サンプル素子ｅ_１の抵抗率を測定したところ、０Ｖ印加時の抵抗率の面内の平均値は６．５×１０^９Ωｃｍ、７００Ｖ印加時の抵抗率の面内の平均値は３．１×１０^１１Ωｃｍ、９００Ｖ印加時の抵抗率の面内の平均値は１．７×１０^１１Ωｃｍであり、また、０Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は１１．３％、７００Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は０．７％、９００Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は２８．１％であった。

（実施例２）
Ｉｎのドープ量が実施例１と同様のＣｄＺｎＴｅ融液から実施例２のＣｄＺｎＴｅ単結晶インゴットを製造した。そして、このインゴットの固化率ｇ＝０．１７となる部位から、ウェハＷ_２（Ｉｎ理論値１．４２ｗｔｐｐｍ）を切り出し、更にこのウェハＷ_２から３０ｍｍ×３０ｍｍの正方形基板Ｓ_２を切り出した。そして、この正方形基板Ｓ_２に電極を形成して放射線検出素子Ｅ_２とし、この放射線検出素子Ｅ_２を用いて製作した放射線検出器による放射線の検出特性の経時変化を調べたところ、実施例１と同様、バイアス電圧の印加開始から２００分間程度、ピークチャンネルの減少などの経時劣化はなかった。
なお、この放射線検出素子Ｅ_２から４ｍｍ×４ｍｍのサンプル素子ｅ_２を複数個（７×７＝４９個分）切り出し、各サンプル素子ｅ_２の抵抗率を測定したところ、０Ｖ印加時の抵抗率の面内の平均値は５．６×１０^９Ωｃｍ、７００Ｖ印加時の抵抗率の面内の平均値は２．４×１０^１１Ωｃｍ、９００Ｖ印加時の抵抗率の面内の平均値は１．８×１０^１１Ωｃｍであり、また、０Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は３０．５％、７００Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は６９．５％、９００Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は７０．７％であった。

（実施例３）
Ｉｎのドープ量が実施例１と同様のＣｄＺｎＴｅ融液から実施例３のＣｄＺｎＴｅ単結晶インゴットを製造した。そして、このインゴットの固化率ｇ＝０．２５となる部位から、ウェハＷ_３（Ｉｎ理論値１．５５ｗｔｐｐｍ）を切り出し、更にこのウェハＷ_３から２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形基板Ｓ_３を切り出した。そして、この正方形基板Ｓ_３に電極を形成して放射線検出素子Ｅ_３とし、この放射線検出素子Ｅ_３を用いて製作した放射線検出器による放射線の検出特性の経時変化を調べたところ、実施例１と同様、バイアス電圧の印加開始から２００分間程度、ピークチャンネルの減少などの経時劣化はなかった。
なお、この放射線検出素子Ｅ_３から４ｍｍ×４ｍｍのサンプル素子ｅ_３を複数個（５×５＝２５個分）切り出し、各サンプル素子ｅ_３の抵抗率を測定したところ、０Ｖ印加時の抵抗率の面内の平均値は２．７×１０^９Ωｃｍ、７００Ｖ印加時の抵抗率の面内の平均値は５．７×１０^１１Ωｃｍ、９００Ｖ印加時の抵抗率の面内の平均値は５．０×１０^１１Ωｃｍであり、また、０Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は８０．３％、７００Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は７５．８％、９００Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は７９．３％であった。

（実施例４）
Ｉｎのドープ量が実施例１と同様で、Ｚｎのドープ量を５．０ｗｔｐｐｍとしたＣｄＺｎＴｅ融液から実施例４のＣｄＺｎＴｅ単結晶インゴットを製造した。そして、このインゴットの固化率ｇ＝０．３３となる部位から、ウェハＷ_４（Ｉｎ理論値１．７２ｗｔｐｐｍ）を切り出し、更にこのウェハＷ_４から２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形基板Ｓ_４を切り出した。そして、この正方形基板Ｓ_４に電極を形成して放射線検出素子Ｅ_４とし、この放射線検出素子Ｅ_４を用いて製作した放射線検出器による放射線の検出特性の経時変化を調べたところ、実施例１と同様、バイアス電圧の印加開始から２００分間程度、ピークチャンネルの減少などの経時劣化はなかった。
なお、この放射線検出素子Ｅ_４から４ｍｍ×４ｍｍのサンプル素子ｅ_４を複数個（５×５＝２５個分）切り出し、各サンプル素子ｅ_４の抵抗率を測定したところ、０Ｖ印加時の抵抗率の面内の平均値は１．１×１０^１０Ωｃｍ、７００Ｖ印加時の抵抗率の面内の平均値は９．２×１０^１０Ωｃｍ、９００Ｖ印加時の抵抗率の面内の平均値は７．７×１０^１０Ωｃｍであり、また、０Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は２２．６％、７００Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は６１．７％、９００Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は７５．０％であった。

（比較例１）
Ｉｎドープ量が２．５ｗｔｐｐｍのＣｄＺｎＴｅ融液から比較例１のＣｄＺｎＴｅ単結晶のインゴットを製造した。そして、このインゴットの固化率ｇ＝０．７７となる部位から、ウェハＷ_５（Ｉｎ理論値０．９４ｗｔｐｐｍ）を切り出し、更にこのウェハＷ_５から２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形基板Ｓ_５を切り出した。そして、この正方形基板Ｓ_１に電極を形成して放射線検出素子Ｅ_５とし、この放射線検出素子Ｅ_５を用いて製作した放射線検出器による放射線の検出特性の経時変化を調べたところ、バイアス電圧の印加開始から１５秒程度と短い時間で経時劣化が始まり、放射線のピーク強度が低下して感度が落ち、長時間の安定動作を確認することはできなかった。
次に、この放射線検出素子Ｅ_５から４ｍｍ×４ｍｍのサンプル素子ｅ_５を複数個（５×５＝２５個分）切り出し、各サンプル素子ｅ_５の抵抗率を測定したところ、０Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は１３．４％、７００Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は１４１．１％、９００Ｖ印加時の相対標準偏差は１４１．２％であった。

（比較例２）
Ｉｎのドープ量が０．６ｗｔｐｐｍのＣｄＺｎＴｅ融液から比較例２のＣｄＺｎＴｅ単結晶インゴットを製造した。そして、このインゴットの固化率ｇ＝０．６３となる部位から、ウェハＷ_６（Ｉｎ理論値０．１５ｗｔｐｐｍ）を切り出し、更にこのウェハＷ_６から１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形基板Ｓ_６を切り出した。そして、この正方形基板Ｓ_６に電極を形成して放射線検出素子Ｅ_６とし、この放射線検出素子Ｅ_６を用いて製作した放射線検出器による放射線の検出特性の経時変化を調べたところ、比較例１と同様、バイアス電圧の印加開始から１５秒程度と短い時間で経時劣化が始まってしまった。
なお、この放射線検出素子Ｅ_６から４ｍｍ×４ｍｍのサンプル素子ｅ_６を複数個（２×２＝４個分）切り出し、各サンプル素子ｅ_４の抵抗率を測定したところ、０Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は２．６％、７００Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は１４１．３％、９００Ｖ印加時の相対標準偏差は１４１．３％であった。

（比較例３）
Ｉｎのドープ量が０．９ｗｔｐｐｍのＣｄＺｎＴｅ融液から比較例３のＣｄＺｎＴｅ単結晶インゴットを製造した。そして、このインゴットの固化率ｇ＝０．４となる部位から、ウェハＷ_７（Ｉｎ理論値０．１４ｗｔｐｐｍ）を切り出し、更にこのウェハＷ_７から２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形基板Ｓ_７を切り出した。そして、この正方形基板Ｓ_７に電極を形成して放射線検出素子Ｅ_７とし、この放射線検出素子Ｅ_７を用いて製作した放射線検出器による放射線の検出特性の経時変化を調べたところ、比較例１と同様、バイアス電圧の印加開始から１５秒程度と短い時間で経時劣化が始まってしまった。
なお、この放射線検出素子Ｅ_７から４ｍｍ×４ｍｍのサンプル素子ｅ_７を複数個（５×５＝２５個分）切り出し、各サンプル素子ｅ_７の抵抗率を測定したところ、０Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は１４．６％、７００Ｖ印加時の抵抗率の相対標準偏差は１６４，１％、９００Ｖ印加時の相対標準偏差は１７０．７％であった。

実施例１〜４と比較例１〜３の結果を比較してみると、比較例１〜３の放射線検出素子Ｅ_５〜Ｅ_７では、ポラリゼーションが発生したのに対し、上記実施形態の放射線検出素子２に相当する実施例１〜４の放射線検出素子Ｅ_１〜Ｅ_４では、ポラリゼーションが発生しなかった。これは、本実施形態の方法を用いて単結晶を成長させたことにより、正方形基板Ｓ_１〜Ｓ_４の面内の不純物分布およびＣｄ空孔欠陥に寄与する欠陥の分布が、正方形基板Ｓ_１面内の抵抗率の相対標準偏差が７００Ｖ以上の電圧を印加した場合に、８０％以下となるように均一化され、正方形基板Ｓ_１〜Ｓ_４とショットキー電極との接触性が良好になるとともに、接触界面のバンド構造に歪みがなくなり、キャリアをトラップする準位の生成が抑制されたためであると考えられる。

以上、説明してきたように、本実施形態の放射線検出素子２は、ピクセル電極（第１電極）２２がＩｎで形成されたショットキー型の素子であるため、本来、オーミック型の素子に比べてポラリゼーション発生の度合いが高くなるはずであるが、１．４重量ｐｐｍのインジウムを不純物として含有し、７００Ｖ以上の電圧を印加した場合に、面内の抵抗率の相対標準偏差が８０％以下となる放射線検出器用の基板２１を用いているので、ポラリゼーションの発生を抑えることができる。
また、本実施形態の放射線検出素子２は、ショットキー型の素子であることから、オーッミック型の素子に比べてリーク電流の発生が少ないので、放射線検出素子２に高いバイアス電圧を印加することができる。このため、得られる放射線スペクトルの半値幅が小さくなる、すなわち、放射線の検出精度が高いものとなる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、本実施形態では、基板２１の主面形状を正方形としたが、長方形やその他の形状としてもよく、ピクセル電極２２の数や配置は、主面２１ａの大きさや形状に合わせて決定すればよい。
また、本実施形態では、基板の主面２１ａ，２１ｂを（１１１）面としたが、これ以外の結晶面としてもよい。
また、本実施形態では、電極２２，２３を、それぞれ１種類の金属単体で形成したが、合金で形成してもよいし、複数種類の金属を積層するようにしてもよい。
また、本実施形態ではピクセル電極を仕事関数の小さい金属、共通電極を仕事関数の大きい金属でそれぞれ形成したが、共通電極を仕事関数の大きい金属で形成し、ピクセル電極を仕事関数の小さい金属で形成するようにしても良い。
また、放射線検出素子２とデータ生成部６との間に設けられる回路は、所定の電気信号を得られさえすればその構成は任意である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 放射線検出器
２ 放射線検出素子
２１ 基板（半導体ウェハ、化合物半導体単結晶）
２１ａ Ａ面（一方の主面）
２１ｂ Ｂ面（他方の主面）
２２ ピクセル電極（第１電極）
２３ 共通電極（第２電極）
４ 増幅部
５ 電源
Ｗ_１〜Ｗ_７ ウェハ
Ｓ_１〜Ｓ_７ 正方形基板
Ｅ_１〜Ｅ_７ 放射線検出素子
ｅ_１〜ｅ_７ サンプル素子

Claims (8)

1. テルル化カドミウム単結晶またはテルル化亜鉛カドミウム単結晶を基板とする放射線検出素子であって、
   前記基板の一方の主面に、前記基板を形成する化合物半導体よりも仕事関数の小さい金属で形成された第１電極と、
   前記基板の他方の主面に、前記基板を形成する化合物半導体よりも仕事関数の大きい金属で形成された第２電極と、を備え、
   前記基板は、
   １．４重量ｐｐｍ以上のインジウムを不純物として含有し、
   ７００Ｖ以上の電圧を印加した場合における、基板面内の抵抗率の相対標準偏差が８０％以下であることを特徴とする放射線検出素子。
2. ７００Ｖ以上の電圧を印加した場合における、基板面内の抵抗率の平均値が５．７×１０^１１Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載に記載の放射線検出素子。
3. 請求項１または２に記載の放射線検出素子と、
   前記放射線検出素子に接続され、前記放射線検出素子にバイアス電圧を印加する電源と、
   前記放射線検出素子に接続され、前記放射線検出素子から出力された電気信号を増幅する増幅部と、を備えたことを特徴とする放射線検出器。
4. テルル化亜鉛カドミウムの単結晶を基板とする放射線検出素子の製造方法において、
   テルル、カドミウムおよび亜鉛を溶融させてなり、１２重量ｐｐｍのインジウムを添加した融液から前記単結晶を成長させ、
   前記単結晶の、１．４重量ｐｐｍ以上のインジウムを含有する部位から前記基板を切り出し、
   前記基板の一方の主面に、前記基板を形成する化合物半導体よりも仕事関数の小さい金属で第１電極を形成し、
   前記基板の他方の主面に、前記基板を形成する化合物半導体よりも仕事関数の大きい金属で第２電極を形成することを特徴とする放射線検出素子の製造方法。
5. 前記融液の上部に、下方へと単位距離下がる毎に所定温度上昇するような温度勾配を持たせるとともに、前記融液の下部に、下方へと単位距離下がる毎に前記所定温度よりも大きい温度上昇するような温度勾配を持たせた状態で、前記融液全体の温度を下げていくことにより、前記融液の表面から下方に向かって前記単結晶を成長させていくことを特徴とする請求項４に記載の放射線検出素子の製造方法。
6. 前記融液の上部における温度勾配を０．０５℃／ｃｍ以上１．０℃／ｃｍ以下にし、
   前記融液の下部における温度勾配を１．０℃／ｃｍ以上５．０℃／ｃｍ以下にした状態で、前記単結晶を成長させていくことを特徴とする請求項５に記載の放射線検出素子の製造方法。
7. 前記炉の内部にグラファイト板を略水平に配置し、
   前記容器を前記グラファイト板の下方に位置するように載置して、前記単結晶を成長させ、
   前記容器を前記グラファイト板の下方に位置させたまま前記単結晶を熱処理することを特徴とする請求項４から６の何れか一項に記載の放射線検出素子の製造方法。
8. 前記炉の内部であって前記グラファイト板の下方に、第２のグラファイト板を、前記グラファイト板と対向するように略水平に配置し、
   前記容器を、前記グラファイト板の下方かつ前記第２のグラファイト板の上方に位置するように載置した状態で、前記単結晶を成長させ、
   前記容器を前記グラファイト板の下方かつ前記第２のグラファイト板の上方に位置させたまま前記単結晶を熱処理することを特徴とする請求項７に記載の放射線検出素子の製造方法。

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