JPH06120549A - 放射線検出器 - Google Patents
放射線検出器Info
- Publication number
- JPH06120549A JPH06120549A JP4270646A JP27064692A JPH06120549A JP H06120549 A JPH06120549 A JP H06120549A JP 4270646 A JP4270646 A JP 4270646A JP 27064692 A JP27064692 A JP 27064692A JP H06120549 A JPH06120549 A JP H06120549A
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- JP
- Japan
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- hgcdte
- semiconductor
- cdte
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- radiation
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 接合部界面の安定性を保ち、リーク電流の発
生やキャリアのトラップがない、安定性、特性の良い放
射線検出器を提供する。 【構成】 放射線検出器部としてのCdTe１の一方にはP-
HgCdTe２が、CdTe１の他方にはN-HgCdTe３が形成され、
さらにP-HgCdTe２の外側には金属電極(Au)４が、N-HgCd
Te３の外側には金属電極(In)５が形成されている。
生やキャリアのトラップがない、安定性、特性の良い放
射線検出器を提供する。 【構成】 放射線検出器部としてのCdTe１の一方にはP-
HgCdTe２が、CdTe１の他方にはN-HgCdTe３が形成され、
さらにP-HgCdTe２の外側には金属電極(Au)４が、N-HgCd
Te３の外側には金属電極(In)５が形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体を用いて放射線
等を計測する放射線検出器に関する。
等を計測する放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体放射線検出器として、金属半導体
接合（ショットキー接合）を利用した表面障壁型検出器
が知られており、図５（ａ）に示すように放射線を検出
する半導体５１と、その両側に放射線検出電流を取り出
す金属電極５２、５３が接合された構造となっている。
この場合仕事関数の異なる金属と、半導体の接触にあっ
ては、半導体中のキャリア密度が金属中の自由電子密度
と大幅に異なるので、接触面の電気２重層は、半導体側
では空間電荷層を構成し、金属側では実質的に表面電荷
となる。空間電荷、面電荷などに基づく電界のような巨
視的な内容によって、エネルギー準位は全体として湾曲
することになる。
接合（ショットキー接合）を利用した表面障壁型検出器
が知られており、図５（ａ）に示すように放射線を検出
する半導体５１と、その両側に放射線検出電流を取り出
す金属電極５２、５３が接合された構造となっている。
この場合仕事関数の異なる金属と、半導体の接触にあっ
ては、半導体中のキャリア密度が金属中の自由電子密度
と大幅に異なるので、接触面の電気２重層は、半導体側
では空間電荷層を構成し、金属側では実質的に表面電荷
となる。空間電荷、面電荷などに基づく電界のような巨
視的な内容によって、エネルギー準位は全体として湾曲
することになる。
【０００３】したがって図５（ｂ）に示すように金属と
半導体の接合部には、湾曲したエネルギー準位が形成さ
れる。ここでＥf はフェルミ準位である。空間電荷層
は、キャリアの欠乏に基づく不純物の電荷で構成される
ので、空乏層ともいわれる障壁を構成する。平衡状態で
は、半導体内部から接触部に拡散しようとするキャリア
を抑制して電流を０にするに必要な電界が空乏層に生じ
ている。逆バイアスでは、多数キャリアに対する抑制作
用が働き、空乏層抵抗は非常に高くなり、電流はほとん
ど流れない。
半導体の接合部には、湾曲したエネルギー準位が形成さ
れる。ここでＥf はフェルミ準位である。空間電荷層
は、キャリアの欠乏に基づく不純物の電荷で構成される
ので、空乏層ともいわれる障壁を構成する。平衡状態で
は、半導体内部から接触部に拡散しようとするキャリア
を抑制して電流を０にするに必要な電界が空乏層に生じ
ている。逆バイアスでは、多数キャリアに対する抑制作
用が働き、空乏層抵抗は非常に高くなり、電流はほとん
ど流れない。
【０００４】この場合の電流は金属から図５（ｂ）の山
５４の部分の障壁を越えて放出されるわずかな電流と、
半導体中のわずかなキャリア流とが考えられるが、金属
半導体界面の障壁すなわちポテンシャルの山５４を越え
てくるものはなく、金属からの電荷の注入がないように
なっている。そして放射線が空乏層領域に入射すると電
子、正孔が発生し、この電荷を測定することで放射線検
出を行う。
５４の部分の障壁を越えて放出されるわずかな電流と、
半導体中のわずかなキャリア流とが考えられるが、金属
半導体界面の障壁すなわちポテンシャルの山５４を越え
てくるものはなく、金属からの電荷の注入がないように
なっている。そして放射線が空乏層領域に入射すると電
子、正孔が発生し、この電荷を測定することで放射線検
出を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】金属半導体接合（ショ
ットキー接合）では、金属から半導体に拡散が起こるこ
と、接合部界面に新たな界面準位が現れることなどによ
り界面安定性に問題があり、また界面準位の発生による
キャリアのトラップ、金属と半導体による相互拡散によ
るリーク電流の発生などによって特性の安定した検出器
を作成することは難しかった。
ットキー接合）では、金属から半導体に拡散が起こるこ
と、接合部界面に新たな界面準位が現れることなどによ
り界面安定性に問題があり、また界面準位の発生による
キャリアのトラップ、金属と半導体による相互拡散によ
るリーク電流の発生などによって特性の安定した検出器
を作成することは難しかった。
【０００６】本発明は上記問題点を解決するために創案
されたものであり、接合部界面の安定性を保ち、リーク
電流の発生やキャリアのトラップがない、安定性、特性
の良い放射線検出器を提供することを目的とする。
されたものであり、接合部界面の安定性を保ち、リーク
電流の発生やキャリアのトラップがない、安定性、特性
の良い放射線検出器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の放射線検出器は、半絶縁性半導体と、前記
半絶縁性半導体の一方にエピタキシャル成長させ、Ｐ型
に形成された半導体結晶と、前記半絶縁性半導体の他方
にエピタキシャル成長させ、Ｎ型に形成された半導体結
晶と、前記Ｐ型の半導体結晶、Ｎ型の半導体結晶の外側
に各々形成された金属電極とからなることを特徴として
いる。
に、本発明の放射線検出器は、半絶縁性半導体と、前記
半絶縁性半導体の一方にエピタキシャル成長させ、Ｐ型
に形成された半導体結晶と、前記半絶縁性半導体の他方
にエピタキシャル成長させ、Ｎ型に形成された半導体結
晶と、前記Ｐ型の半導体結晶、Ｎ型の半導体結晶の外側
に各々形成された金属電極とからなることを特徴として
いる。
【０００８】
【作用】放射線検出部の半絶縁性半導体と電極であると
ころの金属を直接接合しないで、半絶縁性半導体の一方
にはエピタキシャル成長させ、Ｐ型に形成された半導体
結晶を、他方にはエピタキシャル成長させ、Ｎ型に形成
された半導体結晶を介して金属電極と接合させているた
め、貫通転位等がほとんど起こらず格子整合のとれた半
導体・半導体接合となり、安定性、特性ともに良好な検
出器を得ることができる。
ころの金属を直接接合しないで、半絶縁性半導体の一方
にはエピタキシャル成長させ、Ｐ型に形成された半導体
結晶を、他方にはエピタキシャル成長させ、Ｎ型に形成
された半導体結晶を介して金属電極と接合させているた
め、貫通転位等がほとんど起こらず格子整合のとれた半
導体・半導体接合となり、安定性、特性ともに良好な検
出器を得ることができる。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例を、以下、図１〜図４に基
づいて説明する。図１に示すように、半絶縁性半導体基
板として、CdTe１を用い、このCdTe１と格子整合がと
れ、Ｐ型およびＮ型に形成できる半導体結晶としてHgCd
Teを用いており、最終の放射線検出器の構造として、金
属電極 (Au) ４と、P-HgCdTe２と、CdTe１と、N-HgCdTe
３と、金属電極(In)５とが接合している。このCdTeは、
高抵抗で室温動作可能な放射線検出結晶である。
づいて説明する。図１に示すように、半絶縁性半導体基
板として、CdTe１を用い、このCdTe１と格子整合がと
れ、Ｐ型およびＮ型に形成できる半導体結晶としてHgCd
Teを用いており、最終の放射線検出器の構造として、金
属電極 (Au) ４と、P-HgCdTe２と、CdTe１と、N-HgCdTe
３と、金属電極(In)５とが接合している。このCdTeは、
高抵抗で室温動作可能な放射線検出結晶である。
【００１０】このようにP-HgCdTe／CdTe／N-HgCdTeの構
造とすることでCdTe１とP-HgCdTe２との接合部、CdTe１
とN-HgCdTe３との接合部は、格子整合がとれているので
界面が安定することになる。図１（ｂ）は、上記構造の
放射線検出器のエネルギー準位を示している。この場合
金属電極(Au)４と、P-HgCdTe２との接合部、金属電極(I
n)５とN-HgCdTe３との接合部は、オーミックコンタクト
となるのでエネルギー準位は、６のように平坦となる。
逆バイアス印加時には、放射線によって発生した電荷
は、すみやかに結晶外へ流出し信号となる。この状態を
示したのが図２である。また電極側からの電荷の注入
は、正孔、電子に対する各々の障壁に阻まれてほとんど
起こらない。さらにCdTe１とP-HgCdTe２との接合部、Cd
Te１とN-HgCdTe３との接合部は、界面が安定しているの
でリーク電流の少ない、ノイズレベルの低い検出器とな
る。
造とすることでCdTe１とP-HgCdTe２との接合部、CdTe１
とN-HgCdTe３との接合部は、格子整合がとれているので
界面が安定することになる。図１（ｂ）は、上記構造の
放射線検出器のエネルギー準位を示している。この場合
金属電極(Au)４と、P-HgCdTe２との接合部、金属電極(I
n)５とN-HgCdTe３との接合部は、オーミックコンタクト
となるのでエネルギー準位は、６のように平坦となる。
逆バイアス印加時には、放射線によって発生した電荷
は、すみやかに結晶外へ流出し信号となる。この状態を
示したのが図２である。また電極側からの電荷の注入
は、正孔、電子に対する各々の障壁に阻まれてほとんど
起こらない。さらにCdTe１とP-HgCdTe２との接合部、Cd
Te１とN-HgCdTe３との接合部は、界面が安定しているの
でリーク電流の少ない、ノイズレベルの低い検出器とな
る。
【００１１】次に本発明の放射線検出器の製造方法を述
べる。製造過程においてHgCdTeをＰ型、あるいはＮ型に
するのはエピタキシャル成長時にＰ型、Ｎ型の不純物を
導入しても良いし、エピタキシャル成長後イオン注入で
行っても良い。
べる。製造過程においてHgCdTeをＰ型、あるいはＮ型に
するのはエピタキシャル成長時にＰ型、Ｎ型の不純物を
導入しても良いし、エピタキシャル成長後イオン注入で
行っても良い。
【００１２】図３は、エピタキシー装置を用いて、エピ
タキシャル成長時にＰ型、Ｎ型の不純物を導入する例で
ある。CdTe基板１１の表面に分子線を照射するために、
CdTe基板１１に対向する形で分子線セル１２が並べられ
ており、各セルには、Cd、Te、Hg、Inが入れられてい
る。この分子線セルは、セルを高温状態にすることによ
り、セル内の物質を蒸気化し、蒸気化された物質の分子
線をCdTe基板１１に衝突させて成膜させるものである。
タキシャル成長時にＰ型、Ｎ型の不純物を導入する例で
ある。CdTe基板１１の表面に分子線を照射するために、
CdTe基板１１に対向する形で分子線セル１２が並べられ
ており、各セルには、Cd、Te、Hg、Inが入れられてい
る。この分子線セルは、セルを高温状態にすることによ
り、セル内の物質を蒸気化し、蒸気化された物質の分子
線をCdTe基板１１に衝突させて成膜させるものである。
【００１３】まずCdTe基板１１の一方にCd、Te、Hg、In
の各セルから同時に分子線を発生させ、CdTe基板１１に
蒸着させる。このInはＮ型の不純物であり、この不純物
によりN-HgCdTeが形成される。さらにInの分子線のみを
用いて金属電極(In)を形成する。
の各セルから同時に分子線を発生させ、CdTe基板１１に
蒸着させる。このInはＮ型の不純物であり、この不純物
によりN-HgCdTeが形成される。さらにInの分子線のみを
用いて金属電極(In)を形成する。
【００１４】次にCdTe基板１１の逆の面を分子線セル１
２側に向ける。そしてCd、Te、Hgのセルからの分子線だ
けをCdTe基板１１の表面に蒸着させるようにすれば、不
純物を同時に蒸着させなくてもCd、Te、Hgの分子線だけ
で、Ｐ型のHgCdTe結晶が得られる。さらに図示はしてい
ないが金属電極(Au)を形成するために、Auの分子線を用
いて蒸着を行う。
２側に向ける。そしてCd、Te、Hgのセルからの分子線だ
けをCdTe基板１１の表面に蒸着させるようにすれば、不
純物を同時に蒸着させなくてもCd、Te、Hgの分子線だけ
で、Ｐ型のHgCdTe結晶が得られる。さらに図示はしてい
ないが金属電極(Au)を形成するために、Auの分子線を用
いて蒸着を行う。
【００１５】エピタキシャル成長後イオン注入によって
P-HgCdTe、N-HgCdTeを得る場合には、まず図３のエピタ
キシー装置によりCdTe基板１１の両面にHgCdTeを成膜し
ておく。すなわち、Cd、Te、Hgの分子線だけでCdTe基板
１１の両面に蒸着を行う。この場合には、前述したよう
にすでにＰ型のHgCdTe結晶が得られているので、CdTe基
板１１に蒸着されたHgCdTe結晶のどちらか一方に、不純
物であるInをイオン注入すればよい。
P-HgCdTe、N-HgCdTeを得る場合には、まず図３のエピタ
キシー装置によりCdTe基板１１の両面にHgCdTeを成膜し
ておく。すなわち、Cd、Te、Hgの分子線だけでCdTe基板
１１の両面に蒸着を行う。この場合には、前述したよう
にすでにＰ型のHgCdTe結晶が得られているので、CdTe基
板１１に蒸着されたHgCdTe結晶のどちらか一方に、不純
物であるInをイオン注入すればよい。
【００１６】この例を図４に示す。CdTe基板１１に形成
されたHgCdTe結晶にInイオンを約１００Ｋｅｖのエネル
ギーで注入する。
されたHgCdTe結晶にInイオンを約１００Ｋｅｖのエネル
ギーで注入する。
【００１７】その後金属電極(Au)及び金属電極(In)を、
分子線により蒸着すれば、放射線検出器が完成する。
分子線により蒸着すれば、放射線検出器が完成する。
【００１８】このようにして作成された放射線検出器
は、P-HgCdTeとCdTeの接合部及びN-HgCdTeとCdTeの接合
部の格子整合がとれて、界面が安定するばかりでなく、
金属電極(Au)とP-HgCdTeの接合部及び金属電極(In)とN-
HgCdTeの接合部は、オーミックコンタクトとなるのでポ
テンシャル障壁部が平坦な形となり安定度が一層増すこ
とになる。
は、P-HgCdTeとCdTeの接合部及びN-HgCdTeとCdTeの接合
部の格子整合がとれて、界面が安定するばかりでなく、
金属電極(Au)とP-HgCdTeの接合部及び金属電極(In)とN-
HgCdTeの接合部は、オーミックコンタクトとなるのでポ
テンシャル障壁部が平坦な形となり安定度が一層増すこ
とになる。
【００１９】また半絶縁性半導体の放射線検出結晶とし
てCdTeの代わりにSiを使用してもよく、P-Si／高抵抗Si
／N-Si構造をホモエピタキシャル成長で形成し、P-Si側
の電極及びN-Si側の金属電極を同じ材質、例えばAuまた
はAl等で形成し、放射線検出器とすることができる。
てCdTeの代わりにSiを使用してもよく、P-Si／高抵抗Si
／N-Si構造をホモエピタキシャル成長で形成し、P-Si側
の電極及びN-Si側の金属電極を同じ材質、例えばAuまた
はAl等で形成し、放射線検出器とすることができる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば半
絶縁性半導体の一方にエピタキシャル成長させ、Ｐ型に
形成された半導体結晶を、他方にはエピタキシャル成長
させ、Ｎ型に形成された半導体結晶を介して金属電極と
接合させているので、界面の不安定性に起因するリー
ク、キャリアのトラップがなくなり、安定性、特性とも
に良好な放射線検出器を得ることができる。
絶縁性半導体の一方にエピタキシャル成長させ、Ｐ型に
形成された半導体結晶を、他方にはエピタキシャル成長
させ、Ｎ型に形成された半導体結晶を介して金属電極と
接合させているので、界面の不安定性に起因するリー
ク、キャリアのトラップがなくなり、安定性、特性とも
に良好な放射線検出器を得ることができる。
【図１】本発明の放射線検出器の構造とエネルギー準位
を示す図である。
を示す図である。
【図２】本発明の放射線検出器のＸ線入射時の電子・正
孔の発生図である。
孔の発生図である。
【図３】本発明の放射線検出器を製造するエピタキシー
装置の構成図である。
装置の構成図である。
【図４】本発明の放射線検出器をイオン注入を用いて製
造する場合の概略図である。
造する場合の概略図である。
【図５】従来の表面障壁型検出器の構造とエネルギー準
位を示す図である。
位を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 半絶縁性半導体と、前記半絶縁性半導体
の一方にエピタキシャル成長させ、Ｐ型に形成された半
導体結晶と、前記半絶縁性半導体の他方にエピタキシャ
ル成長させ、Ｎ型に形成された半導体結晶と、前記Ｐ型
の半導体結晶、Ｎ型の半導体結晶の外側に各々形成され
た金属電極とからなる放射線検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4270646A JPH06120549A (ja) | 1992-10-09 | 1992-10-09 | 放射線検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4270646A JPH06120549A (ja) | 1992-10-09 | 1992-10-09 | 放射線検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06120549A true JPH06120549A (ja) | 1994-04-28 |
Family
ID=17488993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4270646A Pending JPH06120549A (ja) | 1992-10-09 | 1992-10-09 | 放射線検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06120549A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996005521A1 (en) * | 1994-08-11 | 1996-02-22 | Helfgott & Karas, P.C. | Apparatus, system and method for gamma ray and x-ray detection |
| US5869091A (en) * | 1994-08-10 | 1999-02-09 | University Of Strathclyde | Vesicle formulation |
| US6011264A (en) * | 1994-08-11 | 2000-01-04 | Urigal Technologies, Ltd. | Apparatus, system and method for gamma ray and x-ray detection |
| WO2017085842A1 (ja) * | 2015-11-19 | 2017-05-26 | 株式会社島津製作所 | 半導体検出器 |
-
1992
- 1992-10-09 JP JP4270646A patent/JPH06120549A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5869091A (en) * | 1994-08-10 | 1999-02-09 | University Of Strathclyde | Vesicle formulation |
| WO1996005521A1 (en) * | 1994-08-11 | 1996-02-22 | Helfgott & Karas, P.C. | Apparatus, system and method for gamma ray and x-ray detection |
| US6011264A (en) * | 1994-08-11 | 2000-01-04 | Urigal Technologies, Ltd. | Apparatus, system and method for gamma ray and x-ray detection |
| WO2017085842A1 (ja) * | 2015-11-19 | 2017-05-26 | 株式会社島津製作所 | 半導体検出器 |
| JPWO2017085842A1 (ja) * | 2015-11-19 | 2018-09-13 | 株式会社島津製作所 | 半導体検出器 |
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