JPH03295899A - ＣｄＴｅ単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 且里久孜景欠団 本発明は、放射線検出素子用等として有用なＣｄＴｅ単
結晶の製造方法に関する。

ｌ米且東 ＣｄＴｅ単結晶は放射線検出素子等に有用であり、その
特性向上、特に高エネルギー分解能化をめざして従来か
らＣｄＴｅ単結晶の製造方法が検討されている。

高エネルギー分解能を達成するための結晶特性としては
、主に次の２点が重要であることが判っている。

第１点は、高抵抗率であることである。抵抗率が低いと
放射線検出器の信号ノイズが増大するためであり、ｌＸ
ｌ０“００ｍ以上の値が必要である。好ましくは５×１
０“００ｍ以上の値が必要である。

第２点はキャリアライフタイムが大きいことである。キ
ャリアライフタイムが小さいと、結晶内部で放射線によ
って励起されたキャリアが結晶表面の電極に到達するま
でに、欠陥や不純物にトラップされるため、結晶内での
キャリアの励起位置（電極からの距離）によって電極で
取り出せる信号の大きさが異なってしまうため、エネル
ギー分解能が低下することになる。

以上のことから、放射線検出素子用の結晶の製造条件の
検討は、高抵抗率化、キャリアライフタイムの増大の２
点に注目して行なわれてきた。

第１魚目の高抵抗率化に対しては、結晶成長時にＣｌあ
るいはＩｎ等をドープして達成される事が報告されてい
る。

第２魚目のキャリアライフタイムの増大に関しては、結
晶の純度の向上によって達成される事が報告されている
。

が　　　　　　る　　　　１、 しかしながら、従来報告されている技術では以下の問題
点があった。

必ずしも報告されている条件の塩素化合物やＩｎなどの
添加量で結晶成長しても、目標とする１×１０°Ωｃｍ
以上のものが得られるとは限らなかった。例えばＣｌド
ープでは以下のようである。

Ｐ、　Ｈｏ５ｃｈｌらのＲＥＶＵＥ　ＤＥ　ＰＨＹＳＩ
ＱＵＥ　ＡＰＰＬＩＱＵＥＥ、Ｔ。

ＭＥ　＋２．ＦＥＶＲＩＥＲ，＋９７７、　ｐ　２２９
−４（７）報告では、Ｃｄ、Ｔｅの全チャージ量の５０
００ｐｐｍの０１添加量で１．５６ｘｌＯ’Ωｃｍの抵
抗率が得られることになっている。一方、庄司忠良らが
東北工業大学紀要Ｉ理工掌編第７号ｐ１５５〜で報告し
ているのでは、Ｐ、Ｈｏ５ｃｈｌらとほぼ同じ結晶育成
法であるにも拘らず、Ｃｄ、Ｔｅの全チャージ量の２２
０ｐｐｍのＣＩ添加量で１　ｘ　２０”Ωｃｍの抵抗率
が得られることになっている。

上記のように従来から報告されているＣｌチャージ量で
確認実験をすると、必ずしも再現性がなく、高抵抗を得
ることができない場合があった。

さらに報告の内容自体も、Ｃｌチャージ量と高抵抗化の
関係が不明確であった。

１ｎドープにおいても同様である。

さらに、ＣｄとＴｅの組成比が１：１よりＴｅ過剰な状
態にあるＴｅ溶液よりＣｄＴｅを析出させる方法（トラ
ベリングヒーター法やＴｅ過剰溶液からのブリッジマン
法等）で、Ｃｌなどのドビングを行なって、１×１０°
Ωｃｍ以上の抵抗率の結晶を得る方法がある。この方法
であっても原因は不明であるが、必ずしも良質の放射線
検出素子として優れた特性を示す結晶になるとは限らな
いという問題があった。

且豆五璽疾 本発明は、上記の問題点を解決したものであって、放射
線検出素子用のＣｃｌＴｅ単結晶の製造方法であって、
ＣｄとＴｅの組成比が１：１よりＴｅ過剰の状態よりＣ
ｄＴｅを析出させる方法において、得られる単結晶中の
Ｃｌ濃度が６重量ｐｐｍ以上１０重量ｐｐｍ以下となる
ように塩素源を添加し、単結晶の成長後、１５０℃／ｈ
以上の速度で冷却することを特徴とするＣｄＴｅ単結晶
の製造方法に関するものである。

点を　　　る　　および 本発明は、ＣｄとＴｅの組成比が１＝１よりＴｅ過剰な
状態よりＣｄＴｅを析出させる方法で行なわれる。その
方法としては、トラベリングビター法、Ｔｅ過剰溶液か
らのブリッジマン法、Ｔｅ過剰溶液からのグラジエント
フリージング法などがある。

ＣｄＴｅ結晶の抵抗率と結晶中のＣｌ濃度の関係は第１
図に示す関係にある。即ち、放射線検出素子として使用
可能なＩ　Ｘ　１０”０ｃｍ以上の抵抗率を得るために
は、結晶中のＣｌ濃度が６重量ｐｐｍ以上であることが
必要である。

ここで重要なのは６重量ｐｐｍというのは成長してでき
た結晶中のＣｌ濃度である。したがって、結晶成長を行
なう際にアンプル中に添加する塩素源（例えば、ＣｄＣ
ｌ，、ＴｅＣｌ，、ＴｅＣｌ，、Ｃｌ，等）の量でない
ことである。従来から高抵抗の結晶を得るための条件と
して報告されているのは、後者の添加量である。

発明者の検討によれば、ドーパントとなる塩素源は容易
に揮発して、アンプル低温部に付着してしまうために、
アンプルの大きさによってＴｅ過剰溶液中のＣＩ濃度が
大きく変わってしまうこと、また、トラベリングヒータ
ー法の場合では成長温度が異なると、Ｔｅ溶液への原料
ＣｄＴｅの溶解量が異なるためＴｅ過剰溶液中のＣｌ濃
度が大きく変わってしまうこと等が原因となって、アン
プル中への添加量を同一にしても、結晶中のＣｌ濃度が
異なってしまうことが明らかとなった。

結局、アンプル中への添加量や結晶成長条件が異なって
も、結晶中のＣｌ濃度を６重量ｐｐｍ以上の値になるよ
うに塩素源の添加量を調整することによって、放射線検
出素子に適するＩ　Ｘ　１０’Ωｃｍ以上の抵抗率が得
られる。

高ネルギー分解能の放射線検出素子を得るためには、更
にキャリアライフタイムが大きいことが重要である。

キャリアライフタイムの大きさは、結晶中の塩素濃度及
び結晶成長後の冷却速度が影響する。

第２図は結晶成長後、１５０℃／ｈで冷却した時の結晶
中のＣＩ濃度とキャリアライフタイムの関係を示したも
のである。抵抗率がＩ×１０“０ｃｍ以上となる０１濃
度６ｐｐｍ以上では、ＣＩ濃度が増加するとキャリアラ
イフタイムも減少する傾向がある。

第３図は結晶中の抵抗率が８ｐｐｍの場合の結晶成長後
の冷却速度と、キャリアライフタイムの関係を示したも
のである。冷却速度が大きくなるとキャリアライフタイ
ムが大きくなる傾向がある。

以上から、キャリアライフタイムの大きい結晶を得るた
めにはできるだけ０１濃度を減少させ、かつ、冷却速度
を大きくすることが好ましい。

本発明は、以上の実験で得られた知見を元になされた。

即ち、結晶中の塩素濃度は６重量ｐｐｍ以上である必要
がある。６重量ｐｐｍ未満では結晶の抵抗率が放射線検
出素子用結晶として適する値であるＩ　Ｘ　１０’Ωｃ
ｍ以上とならないため不適である。また、１０重量ｐｐ
ｍを超える場合はキャリアライフタイムが著しく低下す
るため放射線検出素子用結晶としては不適である。さら
に、結晶成長後の冷却速度は１５０℃／ｈ以上であるこ
とが必要である。１５０℃／ｈ未満ではキャリアライフ
タイムが著しく低下するため放射線検出素子用結晶とし
ては不適である。

本発明は、以上のように放射線検出素子用のＣｄＴｅ単
結晶を成長する条件として、結晶中の０１濃度と結晶成
長後の冷却速度の両者がその性能に影響を与えるという
、新規な実験事実に基づいてなされ、良質の放射線検出
素子用のＣｄＴｅ単結晶を再現良く得るための技術を提
供するものである。

［実施例］ 純度９９．９９９９％のＣｄと９９．９９９９９％のＴ
ｅをモル比で１＝１として石英アンプル中に真空封入し
て１１１０℃に加熱して、ＣｄＴｅを合成したあと冷却
し、長さ１０ｃｍ、直径３１ｍｍの円柱上のＣｄＴｅ多
結晶棒を得た。

次に内径３２ｍｍの石英アンプルに、純度９９゜９９９
９９％のＴｅを４５ｇと、純度９９．９９９％の無水Ｃ
ｄＣｌ，を９００ｍｇいれた後、この上に上記のＣｄＴ
ｅ多結晶棒をいれ、アンプル（Ａｒ３００Ｔｏｒｒの雰
囲気として封入した。

この時のアンプル長さは１５ｃｍである。これを第４図
に示すように山状の温度分布を有する電気炉へ、アンプ
ル先端のＴｅ及び無水ＣｄＣｌ，が入っている部分が、
温度分布の最高温部に位置するようにセットした。この
後、電気炉の最高温部が９２０℃になるまで昇温した後
、アンプルを回転しながら３　ｍ　ｍ　７日のゆっくり
とした速度で下方に移動させて結晶成長を行なった。

２５日間の結晶成長の後、電気炉のスイッチを切って、
結晶を冷却した。この時の冷却速度は約１５０℃／ｈで
あった。

結晶が室温になった後、これをアンプルから取η出して
ウェハー状に切断した。これを分析した結果、結晶中の
Ｃｌ濃度（イオンクロマトグラフ法により、Ｃｌを選択
的に回収し、吸光光度法による分析）は７〜９重量ｐｐ
ｍであり、結晶の抵抗率は５Ｘ１０’Ωｃｍ〜１×１０
１Ωｃｍであった。このウェハーから２ｍｍ角、厚さ１
．３ｍｍの結晶を切りだし、無電解めっきによって金電
極をつけて、放射線検出素子を作成した。この素子で°
”Ａｍの放射線（エネルギー６０ｋｅＶ）を測定したと
ころ、第５図に示すように６０ｋｅＶピークの半値幅で
８ｋｅＶの分解能が、印加電圧３０Ｖで得られた。

［比較例１］ 実施例１と同様に結晶成長を行なった。但し、無水Ｃｄ
Ｃｌ，の添加量を２５０ｍｇとした。この時の結晶中の
０１濃度は４〜６重量ｐｐｍであり、抵抗率は１×ｌＯ
“Ωｃｍ〜６Ｘ１０“Ωｃｍであった。これから放射線
検出素子を作成したが放射線のピークが得られなかった
。

［比較例２コ 実施例１と同様に結晶成長を行なった。但し、無水Ｃｄ
Ｃｌ，の添加量を１．３５ｇとした。この時の結晶中の
０１濃度は８〜２０重量ｐｐｍであり、抵抗率はＩ　Ｘ
　１０”Ωｃｍ〜２ＸＩＯ”ΩＣｍであった。このうち
の０１濃度が２０重量ｐｐｍのウェハーから放射線検出
素子を作成した。この素子で”４１　Ａｍの放射線（エ
ネルギー６０ｋｅＶ）を測定したところ、６０ｋｅＶピ
ークの半値幅で１２ｋｅＶの分解能が、印加電圧１５０
ｖで得られた。実施例と比較して、エネルギー分解能も
実施例の８ｋｅＶに対し上記１２ｋｅＶであり好ましい
値でなく、また、印加電圧も実施例の如＜３０Ｖでなく
１５０Ｖ必要となり、好ましいものでなかった。

［比較例３］ 実施例１と同様に結晶成長を行なった。但し、無水Ｃｄ
Ｃｌ，の添加量を９００ｍｇとし、結晶成長後の冷却速
度を２０℃／ｈとした。この時の結晶中のＣｌ濃度は７
〜９重量ｐｐｍであり、抵抗率は６×ｌＯ°ΩＣｍ〜２
Ｘ１０”Ωｃｍであった。これから放射線検出素子を作
成した。この素子で４１　Ａ　ｍの放射線（エネルギー
６０ｋｅＶ）を測定したところ、６０ｋｅＶピークの半
値幅で１２ｋｅＶの分解能が、印加電圧１３０Ｖで得ら
れた。実施例と比較して、エネルギー分解能も実施例の
８ｋｅＶに対し上記１２ｋｅＶであり好ましい値でなく
、また、印加電圧も実施例の如く３０■でなく１３０Ｖ
必要となり、好ましいものでなかった。

且里圓立米 本発明により、抵抗率がＩ　Ｘ　１０”Ωｃｍ以上、キ
ャリアライフタイムが０．５μｓｅｃと大きく、放射線
検出素子にしたときのエネルギー分解能が、印加電圧も
３０Ｖと小さい値で６０ｋｅＶの放射線の半値幅が８ｋ
ｅＶと小さな値が得られ、放射線検出素子用として良好
なＣｄＴｅ単結晶が再現性良く製造することができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は結晶中の塩素濃度と抵抗率の関係を示したもの
である。第２図は冷却速度が１５０℃／ｈのときの結晶
中の塩素濃度とキャリアライフタイムの関係を示したも
のである。第３図は結晶中のＣｌ濃度が８重量ｐｐｍの
ときの冷却速度とキャリアライフタイムの関係を示した
ものである。 第４図は実施例の結晶成長開始時の模式図である。 第５図は実施例で製造したＣｄＴｅ単結晶を用いて放射
線検出素子を作成し、得られたエネルギー・−１ スペクトルの図である。 電気炉 ヒーター Ｔｅ 無水ＣｄＣｌ゜ ＣｄＴｅ多結晶棒 石英アンプル 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）放射線検出素子用のＣｄＴｅ単結晶の製造方法で
   あって、ＣｄとＴｅの組成比が１：１よりＴｅ過剰の状
   態よりＣｄＴｅを析出させる方法において、得られる単
   結晶中のＣｌ濃度が６重量ｐｐｍ以上１０重量ｐｐｍ以
   下となるように塩素源を添加し、単結晶の成長後、１５
   ０℃／ｈ以上の速度で冷却することを特徴とするＣｄＴ
   ｅ単結晶の製造方法。