JPH0476509B2 - - Google Patents
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- JPH0476509B2 JPH0476509B2 JP3619885A JP3619885A JPH0476509B2 JP H0476509 B2 JPH0476509 B2 JP H0476509B2 JP 3619885 A JP3619885 A JP 3619885A JP 3619885 A JP3619885 A JP 3619885A JP H0476509 B2 JPH0476509 B2 JP H0476509B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
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- G01T1/362—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry with scintillation detectors
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、アモルフアスシリコン半導体型の
Ｘ線センサに関する。
Ｘ線センサに関する。
一般に、放射線センサは、電離作用を利用する
GM計数管、不活性ガスのイオン化作用を利用す
る比例計数管、固体中の電離作用を利用する半導
体放射線センサ等がある。
GM計数管、不活性ガスのイオン化作用を利用す
る比例計数管、固体中の電離作用を利用する半導
体放射線センサ等がある。
そして、とくに、後者の半導体放射線センサ
は、前２者に比して、電子−正孔対を作るのに費
されるエネルギがきわめて小さいことから、より
多くのイオン対が生成でき、大きな利得を持つ。
また、気体に比して半導体は密度が大きいことか
ら、必要厚さすなわち検出器の大きさを非常に小
さくすることができ、このために電荷の集収時間
すなわち検出信号の立上り時間が短い特長があ
る。そのほか、入射放射線のエネルギとセンサ出
力の比例性が良く、また磁場の影響を受けにくい
といつた特長を有する。
は、前２者に比して、電子−正孔対を作るのに費
されるエネルギがきわめて小さいことから、より
多くのイオン対が生成でき、大きな利得を持つ。
また、気体に比して半導体は密度が大きいことか
ら、必要厚さすなわち検出器の大きさを非常に小
さくすることができ、このために電荷の集収時間
すなわち検出信号の立上り時間が短い特長があ
る。そのほか、入射放射線のエネルギとセンサ出
力の比例性が良く、また磁場の影響を受けにくい
といつた特長を有する。
反面、放射線の損傷を受けやすく、またゲルマ
ニウムのものは液体窒素などで冷却して使用しな
ければならないという問題点がある。
ニウムのものは液体窒素などで冷却して使用しな
ければならないという問題点がある。
また、種々の放射線の中でも、Ｘ線は医療機
器、科学分析機器などの広い分野に使用されてい
るが、それに応じて半導体Ｘ線センサも、Ｘ線断
層撮影装置、自動Ｘ線露光装置、ポケツトＸ線線
量計、蛍光Ｘ線分析装置およびＸ線残留応力分析
装置などに使われている。
器、科学分析機器などの広い分野に使用されてい
るが、それに応じて半導体Ｘ線センサも、Ｘ線断
層撮影装置、自動Ｘ線露光装置、ポケツトＸ線線
量計、蛍光Ｘ線分析装置およびＸ線残留応力分析
装置などに使われている。
そして、第５図は、現在実用されている単結晶
半導体放射線センサの原理、構造を説明するもの
である。
半導体放射線センサの原理、構造を説明するもの
である。
そして、そのセンサのダイオード構造は、ｐ型
のシリコンまたはゲルマニウムにリンやリチウム
を拡散させて見掛上真性に近い高抵抗半導体が造
られるものであり、第５図に示すように、ｎ型半
導体１の裏面に順次ｉ型真性半導体２およびｐ型
半導体３が形成され、それらの表面および裏面に
アルミニウム蒸着による前面電極４および裏面電
極５が形成され、両電極４，５に電源６から抵抗
７を介して逆方向のバイアス電圧Ｖが印加されて
いる。
のシリコンまたはゲルマニウムにリンやリチウム
を拡散させて見掛上真性に近い高抵抗半導体が造
られるものであり、第５図に示すように、ｎ型半
導体１の裏面に順次ｉ型真性半導体２およびｐ型
半導体３が形成され、それらの表面および裏面に
アルミニウム蒸着による前面電極４および裏面電
極５が形成され、両電極４，５に電源６から抵抗
７を介して逆方向のバイアス電圧Ｖが印加されて
いる。
そして、センサに放射線８が入射すると、ｉ型
半導体２の層中で電子と正孔対を生成し、ｉ型半
導体２の厚みをａとすると、電界Ｆ（＝Ｖ／ａ）
によりそれぞれｎ型半導体１およびｐ型半導体３
に向つて動き、両電極４，５の外部出力端９，１
０に電気信号を出力する。
半導体２の層中で電子と正孔対を生成し、ｉ型半
導体２の厚みをａとすると、電界Ｆ（＝Ｖ／ａ）
によりそれぞれｎ型半導体１およびｐ型半導体３
に向つて動き、両電極４，５の外部出力端９，１
０に電気信号を出力する。
ところで、第５図の場合、結晶中の不純物や欠
陥により電子や正孔は捕獲され、SN比は低下す
るが、このSN比を向上させるためにそれぞれの
平均自由行程をle、lhとすると、ｉ型半導体２の
厚みａよりずつと大きくなることが必要になる。
たとえば、Si半導体検出器ではａ≒１cm（le、lh
＝200cm）、Ge半導体検出器ではａ＝３〜５cm
（le、lh＝200cm）である。
陥により電子や正孔は捕獲され、SN比は低下す
るが、このSN比を向上させるためにそれぞれの
平均自由行程をle、lhとすると、ｉ型半導体２の
厚みａよりずつと大きくなることが必要になる。
たとえば、Si半導体検出器ではａ≒１cm（le、lh
＝200cm）、Ge半導体検出器ではａ＝３〜５cm
（le、lh＝200cm）である。
しかし、単結晶半導体放射線センサは大面積化
がむずかしいことから断層撮影や大面積構造材の
欠陥検出などに適用する場合、走査機構を必要と
する。また、逆バイアスを印加するために電源を
必要とし、また半導体は放射線による損傷を受け
やすいことから量産性に富み安価であることが望
まれる。
がむずかしいことから断層撮影や大面積構造材の
欠陥検出などに適用する場合、走査機構を必要と
する。また、逆バイアスを印加するために電源を
必要とし、また半導体は放射線による損傷を受け
やすいことから量産性に富み安価であることが望
まれる。
この発明は、前記の点に留意してなされたもの
であり、基板材料の裏面に多数の小面積の透明導
電膜を形成し、前記各透明導電膜上の一部を残し
て前記各透明導電膜上に、順次、ｐ型アモルフア
スシリコンカーバイド半導体膜、ｉ型アモルフア
スシリコン半導体膜、ｎ型アモルフアスシリコン
半導体膜またはｎ型微結晶シリコン半導体膜およ
び裏面電極を形成して多素子光起電力型を構成
し、前記各裏面電極の一端を隣接する素子の前記
一部残された前記透明導電膜に接続して前記各素
子を直列に接続し、かつ、前記基板材料の表面ま
たは前記基板材料と前記透明導電膜との間に蛍光
体材料を配したことを特徴とするアモルフアスシ
リコンＸ線センサである。
であり、基板材料の裏面に多数の小面積の透明導
電膜を形成し、前記各透明導電膜上の一部を残し
て前記各透明導電膜上に、順次、ｐ型アモルフア
スシリコンカーバイド半導体膜、ｉ型アモルフア
スシリコン半導体膜、ｎ型アモルフアスシリコン
半導体膜またはｎ型微結晶シリコン半導体膜およ
び裏面電極を形成して多素子光起電力型を構成
し、前記各裏面電極の一端を隣接する素子の前記
一部残された前記透明導電膜に接続して前記各素
子を直列に接続し、かつ、前記基板材料の表面ま
たは前記基板材料と前記透明導電膜との間に蛍光
体材料を配したことを特徴とするアモルフアスシ
リコンＸ線センサである。
したがつて、この発明によると、アモルフアス
シリコン半導体に蛍光体材料が配されているた
め、入射するＸ線が可視光に変換される光起電力
型センサとなり、入射するＸ線が蛍光体材料によ
りアモルフアスシリコン半導体の光感度ピークと
一致する励起光を発生し、きわめて高い出力電流
が得られ、しかも各素子が直列に接続されている
ため、高電圧化が図れる。
シリコン半導体に蛍光体材料が配されているた
め、入射するＸ線が可視光に変換される光起電力
型センサとなり、入射するＸ線が蛍光体材料によ
りアモルフアスシリコン半導体の光感度ピークと
一致する励起光を発生し、きわめて高い出力電流
が得られ、しかも各素子が直列に接続されている
ため、高電圧化が図れる。
つぎにこの発明を、その１実施例を示した第１
図とともに、詳細に説明する。
図とともに、詳細に説明する。
Ｘ線を透過しやすいAl、Beなどの基板材料１
１の裏面に、ニツケルをドーピングした硫化亜鉛
などの多数の小面積の蛍光体材料１２を配置し、
その各蛍光体材料１２の上に、ITO、SnO2など
の薄状のほぼ同形の透明導電膜１３を配し、その
各透明導電膜１３上の一部を残して各透明導電膜
１３の上にプラズマ分解法などによるｐ型アモル
フアスシリコンカーバイド半導体膜１４およびｉ
型アモルフアスシリコン半導体膜１５およびｎ型
アモルフアスシリコン半導体膜またはｎ型微結晶
シリコン半導体膜１６を形成し、さらに、前記ｎ
型微結晶シリコン半導体膜１６上にアルミニウム
などの薄膜電極からなり小面積の裏面電極１７を
形成して多素子光起電力型のセンサを構成し、か
つ、各裏面電極１７の一端を隣接する素子の前記
一部残された透明導電膜１３に接続し、各素子を
直列に接続したものである。
１の裏面に、ニツケルをドーピングした硫化亜鉛
などの多数の小面積の蛍光体材料１２を配置し、
その各蛍光体材料１２の上に、ITO、SnO2など
の薄状のほぼ同形の透明導電膜１３を配し、その
各透明導電膜１３上の一部を残して各透明導電膜
１３の上にプラズマ分解法などによるｐ型アモル
フアスシリコンカーバイド半導体膜１４およびｉ
型アモルフアスシリコン半導体膜１５およびｎ型
アモルフアスシリコン半導体膜またはｎ型微結晶
シリコン半導体膜１６を形成し、さらに、前記ｎ
型微結晶シリコン半導体膜１６上にアルミニウム
などの薄膜電極からなり小面積の裏面電極１７を
形成して多素子光起電力型のセンサを構成し、か
つ、各裏面電極１７の一端を隣接する素子の前記
一部残された透明導電膜１３に接続し、各素子を
直列に接続したものである。
そして、ｐ型半導体は、Ｘ線励起による可視光
の窓層になるため、光吸収損をおさえるよう膜厚
100〜500Åのアモルフアスシリコンカーバイドを
用いる。
の窓層になるため、光吸収損をおさえるよう膜厚
100〜500Åのアモルフアスシリコンカーバイドを
用いる。
また、ｎ型半導体は、導電率が高く、金属層と
の接着性が良好なこと、光学的禁止帯幅をｉ層よ
り高くすることにより正孔の流入防止および裏面
電極１７の金属層からの反射光を有効利用する点
などから膜厚500Å前後の微結晶シリコンを用い
る。
の接着性が良好なこと、光学的禁止帯幅をｉ層よ
り高くすることにより正孔の流入防止および裏面
電極１７の金属層からの反射光を有効利用する点
などから膜厚500Å前後の微結晶シリコンを用い
る。
さらに、真性半導体層は、アモルフアスシリコ
ンを用いるが、膜厚はＸ線励起による発光帯
（400〜600nｍ）に依存し、第２図に示すように、
適正膜厚は1000〜6000Åである。
ンを用いるが、膜厚はＸ線励起による発光帯
（400〜600nｍ）に依存し、第２図に示すように、
適正膜厚は1000〜6000Åである。
つぎに、前記実施例の効果を、第３図を用いて
説明する。
説明する。
第３図の破線で示すデータは、ガラス／ITO／
pa−SiC／ｉ ａ／Si／ｎ μC−Si／Alなどの構
成で作られるＸ線センサの測定結果の１例であ
る。この場合、センサ単位面積あたりの出力電流
は、Ｘ線管電流に比例して増大するが微弱電流で
ある。
pa−SiC／ｉ ａ／Si／ｎ μC−Si／Alなどの構
成で作られるＸ線センサの測定結果の１例であ
る。この場合、センサ単位面積あたりの出力電流
は、Ｘ線管電流に比例して増大するが微弱電流で
ある。
これに対して、第３図の実線で示すデータは、
前記実施例によるＸ線センサの測定結果の１例で
あり、前記アモルフアスシリコンセンサに対し、
１〜２桁高い出力電流が得られるとともに、Ｘ線
管電流、すなわちＸ線の強度に比例する値が得ら
れる。
前記実施例によるＸ線センサの測定結果の１例で
あり、前記アモルフアスシリコンセンサに対し、
１〜２桁高い出力電流が得られるとともに、Ｘ線
管電流、すなわちＸ線の強度に比例する値が得ら
れる。
これは、入射するＸ線が、アモルフアスシリコ
ン半導体の光感度ピークと一致する励起光を発生
する硫化亜鉛などの蛍光物質を設けたことによる
効果である。
ン半導体の光感度ピークと一致する励起光を発生
する硫化亜鉛などの蛍光物質を設けたことによる
効果である。
また、前記実施例のＸ線センサは前記半導体セ
ンサの場合と同様に、逆バイアス電圧を印加する
ことにより出力電流をさらに増大させることがで
きる。
ンサの場合と同様に、逆バイアス電圧を印加する
ことにより出力電流をさらに増大させることがで
きる。
したがつて、前記実施例によると、アモルフア
スシリコン薄膜半導体に、アモルフアスシリコン
半導体のスペクトル感度のピーク値と合致する光
に変換する蛍光物質を配することにより、実用レ
ベルのＸ線強度測定センサを提供することがで
き、また、高純度単結晶半導体Ｘ線センサと比べ
ると、大面積化および一次元、二次元検出、イメ
ージ化のセンサの作成が可能となる。さらに、量
産性に富むとともに安価なＸ線センサを提供でき
る特徴を有している。その上、Ｘ線による励起光
を殆んど検出光として利用でき、かつ、出力に高
電圧を得られる。
スシリコン薄膜半導体に、アモルフアスシリコン
半導体のスペクトル感度のピーク値と合致する光
に変換する蛍光物質を配することにより、実用レ
ベルのＸ線強度測定センサを提供することがで
き、また、高純度単結晶半導体Ｘ線センサと比べ
ると、大面積化および一次元、二次元検出、イメ
ージ化のセンサの作成が可能となる。さらに、量
産性に富むとともに安価なＸ線センサを提供でき
る特徴を有している。その上、Ｘ線による励起光
を殆んど検出光として利用でき、かつ、出力に高
電圧を得られる。
つぎに、この発明の他の実施例を示した第４図
について説明する。
について説明する。
この実施例が第１図の実施例と異なる点は、可
視光を透過しやすい基板材料１１′の表面に前記
蛍光体材料１２を配した点であり、その作用効果
は第１図の実施例とほぼ同様であるが、とくに、
蛍光体材料１２中の元素が透明導電膜１３に影響
しなく、かつ、半導体製膜後、基板材料１１′に
蛍光体材料１２を塗布することができる。
視光を透過しやすい基板材料１１′の表面に前記
蛍光体材料１２を配した点であり、その作用効果
は第１図の実施例とほぼ同様であるが、とくに、
蛍光体材料１２中の元素が透明導電膜１３に影響
しなく、かつ、半導体製膜後、基板材料１１′に
蛍光体材料１２を塗布することができる。
以上のように、この発明のアモルフアスシリコ
ンＸ線センサによると、アモルフアスシリコン半
導体に蛍光物質が配されているので、入射するＸ
線を可視光に変換して光起電力型センサにするこ
とができ、入射するＸ線を蛍光物質によりアモル
フアスシリコン半導体のスペクトル感度のピーク
値と合致する光に変換することができ、きわめて
高い出力電圧が得られ、量産性に富むとともに安
価であり、大面積化や一次元、二次元のＸ線入射
位置を測定する集積型も容易に作成可能であり、
Ｘ線による励起光を殆んど検出光として利用で
き、かつ、出力に高電圧を得ることができる。
ンＸ線センサによると、アモルフアスシリコン半
導体に蛍光物質が配されているので、入射するＸ
線を可視光に変換して光起電力型センサにするこ
とができ、入射するＸ線を蛍光物質によりアモル
フアスシリコン半導体のスペクトル感度のピーク
値と合致する光に変換することができ、きわめて
高い出力電圧が得られ、量産性に富むとともに安
価であり、大面積化や一次元、二次元のＸ線入射
位置を測定する集積型も容易に作成可能であり、
Ｘ線による励起光を殆んど検出光として利用で
き、かつ、出力に高電圧を得ることができる。
第１図はこの発明のアモルフアスシリコンＸ線
センサの１実施例の正面図、第２図はｉ層膜厚と
相対感度の関係図、第３図はＸ線管電流と出力電
流の関係図、第４図はこの発明の他の実施例の正
面図、第５図は従来の単結晶半導体放射線センサ
の正面図である。 １１，１１′……基板材料、１２……蛍光体材
料、１３……透明導電膜、１４……ｐ型アモルフ
アスシリコンカーバイド半導体膜、１５……ｉ型
アモルフアスシリコン半導体膜、１６……ｎ型微
結晶シリコン半導体膜、１７……裏面電極。
センサの１実施例の正面図、第２図はｉ層膜厚と
相対感度の関係図、第３図はＸ線管電流と出力電
流の関係図、第４図はこの発明の他の実施例の正
面図、第５図は従来の単結晶半導体放射線センサ
の正面図である。 １１，１１′……基板材料、１２……蛍光体材
料、１３……透明導電膜、１４……ｐ型アモルフ
アスシリコンカーバイド半導体膜、１５……ｉ型
アモルフアスシリコン半導体膜、１６……ｎ型微
結晶シリコン半導体膜、１７……裏面電極。
Claims (1)
- １ 基板材料の裏面に多数の小面積の透明導電膜
を形成し、前記各透明導電膜上の一部を残して前
記各透明導電膜上に、順次、ｐ型アモルフアスシ
リコンカーバイド半導体膜、ｉ型アモルフアスシ
リコン半導体膜、ｎ型アモルフアスシリコン半導
体膜またはｎ型微結晶シリコン半導体膜および裏
面電極を形成して多素子光起電力型を構成し、前
記各裏面電極の一端を隣接する素子の前記一部残
された前記透明導電膜に接続して前記各素子を直
列に接続し、かつ、前記基板材料の表面または前
記基板材料と前記透明導電膜との間に蛍光体材料
を配したことを特徴とするアモルフアスシリコン
Ｘ線センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60036198A JPS61196571A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | アモルフアスシリコンｘ線センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60036198A JPS61196571A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | アモルフアスシリコンｘ線センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61196571A JPS61196571A (ja) | 1986-08-30 |
| JPH0476509B2 true JPH0476509B2 (ja) | 1992-12-03 |
Family
ID=12463031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60036198A Granted JPS61196571A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | アモルフアスシリコンｘ線センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61196571A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL96561A0 (en) * | 1989-12-28 | 1991-09-16 | Minnesota Mining & Mfg | Amorphous silicon sensor |
| CA2034118A1 (en) * | 1990-02-09 | 1991-08-10 | Nang Tri Tran | Solid state radiation detector |
| JP4364553B2 (ja) * | 2002-08-30 | 2009-11-18 | シャープ株式会社 | 光電変換装置及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-02-25 JP JP60036198A patent/JPS61196571A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61196571A (ja) | 1986-08-30 |
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