JPH07254724A - Ｘ線検出器 - Google Patents
Ｘ線検出器Info
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- JPH07254724A JPH07254724A JP6043620A JP4362094A JPH07254724A JP H07254724 A JPH07254724 A JP H07254724A JP 6043620 A JP6043620 A JP 6043620A JP 4362094 A JP4362094 A JP 4362094A JP H07254724 A JPH07254724 A JP H07254724A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- 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
- H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
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- H01L31/0312—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIVBIV compounds, e.g. SiC
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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
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- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02322—Optical elements or arrangements associated with the device comprising luminescent members, e.g. fluorescent sheets upon the device
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低いバイアス電圧で動作し、高効率、高感
度、かつ速い応答時間でＸ線を検出でき、しかも高温に
耐え、Ｘ線による損傷も受けずに寿命が長いＸ線検出器
を提供する。 【構成】 ｐ型α−ＳｉＣ基板（１０）、基板（１０）
上に形成されたｐ型ＳｉＣエピタキシャル層（１１）、
ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層（１１）上に形成されたｎ
+ 型ＳｉＣエピタキシャル層（１２）、基板（１０）に
オーミック接触する電極（１３）、およびｎ+ 型ＳｉＣ
エピタキシャル層（１２）にオーミック接触する電極
（１４）を有する紫外線検出部と、ｎ+ 型ＳｉＣエピタ
キシャル層（１２）に接触して形成され、Ｘ線の照射に
より紫外線を放射する光変換層（１００）とを具備す
る。
度、かつ速い応答時間でＸ線を検出でき、しかも高温に
耐え、Ｘ線による損傷も受けずに寿命が長いＸ線検出器
を提供する。 【構成】 ｐ型α−ＳｉＣ基板（１０）、基板（１０）
上に形成されたｐ型ＳｉＣエピタキシャル層（１１）、
ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層（１１）上に形成されたｎ
+ 型ＳｉＣエピタキシャル層（１２）、基板（１０）に
オーミック接触する電極（１３）、およびｎ+ 型ＳｉＣ
エピタキシャル層（１２）にオーミック接触する電極
（１４）を有する紫外線検出部と、ｎ+ 型ＳｉＣエピタ
キシャル層（１２）に接触して形成され、Ｘ線の照射に
より紫外線を放射する光変換層（１００）とを具備す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＸ線波長域のフォトンを
検出することができ、高温環境でも作動するＸ線検出器
に関する。
検出することができ、高温環境でも作動するＸ線検出器
に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、Ｘ線結晶学では、量子効率が高
く、分解能が高く、応答性の良好なＸ線検出器が要望さ
れている。また、最近の先端技術産業では、Ｘ線および
可視光を使用する検査技術が不可欠である。高い分解能
と広い視野を有するＸ線検出器はますます必要になって
きている。現在幾つかのタイプのＸ線検出器が市販され
ているが、いずれも応答時間が遅く、検出効率が悪い。
以下これらのＸ線検出器について説明する。
く、分解能が高く、応答性の良好なＸ線検出器が要望さ
れている。また、最近の先端技術産業では、Ｘ線および
可視光を使用する検査技術が不可欠である。高い分解能
と広い視野を有するＸ線検出器はますます必要になって
きている。現在幾つかのタイプのＸ線検出器が市販され
ているが、いずれも応答時間が遅く、検出効率が悪い。
以下これらのＸ線検出器について説明する。
【０００３】（１）マイクロチャネルプレート（ＭＣ
Ｐ）型のＸ線検出器は、ＭＣＰの前面に設けられＸ線を
電子に変換する金の被覆層からなるフォトカソードと、
電子を増幅するＭＣＰと、電子の運動エネルギーを光に
変換する高感度のＩｎ：ＣｄＳ蛍光体とからなる。蛍光
体は、光を真空系から伝達する光ファイバーのフェース
プレート上に被覆されている。この検出器を作動させる
ためには、ｋＶオーダーのバイアス電圧を印加できる電
源が必要である。この検出器の所定のＸ線領域での最大
感度は約０．０２％である。応答時間はミリ秒のオーダ
ーである（Ｇ．Ａ．Ｂｕｒｇｉｎｙｏｎ ｅｔ ａ
ｌ．，“Ｘ線検出器の物理と応用”，Ｒ．Ｂ．Ｈｏｏｖ
ｅｒ編，ＳＰＥＩ，Ｖｏｌ．１７３６（１９９２）ｐ．
３６）。
Ｐ）型のＸ線検出器は、ＭＣＰの前面に設けられＸ線を
電子に変換する金の被覆層からなるフォトカソードと、
電子を増幅するＭＣＰと、電子の運動エネルギーを光に
変換する高感度のＩｎ：ＣｄＳ蛍光体とからなる。蛍光
体は、光を真空系から伝達する光ファイバーのフェース
プレート上に被覆されている。この検出器を作動させる
ためには、ｋＶオーダーのバイアス電圧を印加できる電
源が必要である。この検出器の所定のＸ線領域での最大
感度は約０．０２％である。応答時間はミリ秒のオーダ
ーである（Ｇ．Ａ．Ｂｕｒｇｉｎｙｏｎ ｅｔ ａ
ｌ．，“Ｘ線検出器の物理と応用”，Ｒ．Ｂ．Ｈｏｏｖ
ｅｒ編，ＳＰＥＩ，Ｖｏｌ．１７３６（１９９２）ｐ．
３６）。
【０００４】（２）モノリシック・リニア・アレイ型の
Ｘ線検出器は、発光過程を介在することなく、イオン化
作用を有する放射線を電荷に直接的に変換するものであ
る。Ｘ線フォトンは変換材料中で電子−正孔対を生成
し、この電子−正孔対はｋＶオーダーの非常に強い電場
を印加することにより分離される。パルス整形時間内で
の正孔の電荷収集の相対的な効率はその用途を支配する
最も重要なパラメータである。このタイプのＸ線検出器
は代表的なシンチレータフォトダイオードよりも感度が
良好である。このタイプのＸ線検出器の効率は約０．０
１％であり、応答時間はマイクロ秒のオーダーである
（Ｒ．Ｐｏｌｉｃｈａｒ ｅｔ ａｌ．，“Ｘ線検出器
の物理と応用”，Ｒ．Ｂ．Ｈｏｏｖｅｒ編，ＳＰＥＩ，
Ｖｏｌ．１７３６（１９９２）ｐ．４２）。
Ｘ線検出器は、発光過程を介在することなく、イオン化
作用を有する放射線を電荷に直接的に変換するものであ
る。Ｘ線フォトンは変換材料中で電子−正孔対を生成
し、この電子−正孔対はｋＶオーダーの非常に強い電場
を印加することにより分離される。パルス整形時間内で
の正孔の電荷収集の相対的な効率はその用途を支配する
最も重要なパラメータである。このタイプのＸ線検出器
は代表的なシンチレータフォトダイオードよりも感度が
良好である。このタイプのＸ線検出器の効率は約０．０
１％であり、応答時間はマイクロ秒のオーダーである
（Ｒ．Ｐｏｌｉｃｈａｒ ｅｔ ａｌ．，“Ｘ線検出器
の物理と応用”，Ｒ．Ｂ．Ｈｏｏｖｅｒ編，ＳＰＥＩ，
Ｖｏｌ．１７３６（１９９２）ｐ．４２）。
【０００５】（３）Ｓｉ（Ｌｉ）Ｘ線検出器は、５ｋｅ
Ｖ以下のスペクトル領域でＸ線を検出するのに使用さ
れ、特にシンクロトロン放射設備に応用される。エネル
ギー分散型Ｓｉ（Ｌｉ）検出器の量子検出効率は、非分
散性シンクロトロン放射で決定される。Ｓｉ（Ｌｉ）検
出器のカウント数は約１０ｃｐｓに限定され、リングに
はわずかな電子しか蓄積されない（Ｒ．Ｃｌａｒｋｅ
ｅｔ ａｌ．，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．，６
０，２２８０（１９８９））。この検出器の検出効率は
極めて低い。Ｓｉ（Ｌｉ）検出器の検出効率だけでなく
精度も、Ｘ線による損傷作用により時間とともに変化す
る。
Ｖ以下のスペクトル領域でＸ線を検出するのに使用さ
れ、特にシンクロトロン放射設備に応用される。エネル
ギー分散型Ｓｉ（Ｌｉ）検出器の量子検出効率は、非分
散性シンクロトロン放射で決定される。Ｓｉ（Ｌｉ）検
出器のカウント数は約１０ｃｐｓに限定され、リングに
はわずかな電子しか蓄積されない（Ｒ．Ｃｌａｒｋｅ
ｅｔ ａｌ．，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．，６
０，２２８０（１９８９））。この検出器の検出効率は
極めて低い。Ｓｉ（Ｌｉ）検出器の検出効率だけでなく
精度も、Ｘ線による損傷作用により時間とともに変化す
る。
【０００６】（４）Ｘ線ガス位置敏感検出器と呼ばれる
別の種類の検出器も使用される。この種の検出器は、２
〜３ｋＶという高いバイアス電圧下でガスをイオン化さ
せてＸ線を検出する。検出効率は非常に低く、応答時間
も秒オーダーと長い（Ａ．Ｆ．Ｂａｒｂｏｓａ ｅｔ
ａｌ．，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．，６０，２
３１５（１９８９））。
別の種類の検出器も使用される。この種の検出器は、２
〜３ｋＶという高いバイアス電圧下でガスをイオン化さ
せてＸ線を検出する。検出効率は非常に低く、応答時間
も秒オーダーと長い（Ａ．Ｆ．Ｂａｒｂｏｓａ ｅｔ
ａｌ．，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．，６０，２
３１５（１９８９））。
【０００７】（５）最近、Ｂｉ12ＳｉＯ20（ＢＳＯ）単
結晶板を用いたポッケルス読出し光学変調（ＰＲＯＭ）
を応用した高品質のＸ線イメージ検出器が提案されてい
る（Ｙ．Ｏｓｕｇｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｘ線検出器の物
理と応用”，Ｒ．Ｂ．Ｈｏｏｖｅｒ編，ＳＰＥＩ，Ｖｏ
ｌ．１７３６（１９９２）ｐ．２）。このＰＲＯＭは、
ＢＳＯ単結晶板、透明な絶縁層、および単結晶板の両面
に形成された２つの電極とからなる。露光の準備に際し
て、２つ透明電極により、ＢＳＯ結晶板の両面に大きな
電位差を一様に印加する。ＢＳＯ結晶板中ではＸ線のフ
ォトンエネルギーが効率的に電子−正孔対を生成し、そ
れらは結晶にトラップされるまで高電場に沿って短い距
離を掃引される。トラップされた電荷は、Ｘ線イメージ
の強度分布に応じて、結晶板にかかる電位差のパターン
を生成する。この電位差のパターンは、ポッケルス効果
により非破壊的に読出すことができる。しかし、この検
出器の効率と分解能は、現状での要求水準よりもはるか
に低い。
結晶板を用いたポッケルス読出し光学変調（ＰＲＯＭ）
を応用した高品質のＸ線イメージ検出器が提案されてい
る（Ｙ．Ｏｓｕｇｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｘ線検出器の物
理と応用”，Ｒ．Ｂ．Ｈｏｏｖｅｒ編，ＳＰＥＩ，Ｖｏ
ｌ．１７３６（１９９２）ｐ．２）。このＰＲＯＭは、
ＢＳＯ単結晶板、透明な絶縁層、および単結晶板の両面
に形成された２つの電極とからなる。露光の準備に際し
て、２つ透明電極により、ＢＳＯ結晶板の両面に大きな
電位差を一様に印加する。ＢＳＯ結晶板中ではＸ線のフ
ォトンエネルギーが効率的に電子−正孔対を生成し、そ
れらは結晶にトラップされるまで高電場に沿って短い距
離を掃引される。トラップされた電荷は、Ｘ線イメージ
の強度分布に応じて、結晶板にかかる電位差のパターン
を生成する。この電位差のパターンは、ポッケルス効果
により非破壊的に読出すことができる。しかし、この検
出器の効率と分解能は、現状での要求水準よりもはるか
に低い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低い
バイアス電圧で動作し、高効率、高感度、かつ速い応答
時間でＸ線を検出でき、しかも高温に耐え、Ｘ線による
損傷も受けずに寿命が長いＸ線検出器を提供することに
ある。
バイアス電圧で動作し、高効率、高感度、かつ速い応答
時間でＸ線を検出でき、しかも高温に耐え、Ｘ線による
損傷も受けずに寿命が長いＸ線検出器を提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のＸ線検出器は、
第１導電型のα−ＳｉＣ基板と、該基板上に形成された
第１導電型のＳｉＣ層と、該ＳｉＣ層上に形成された第
２導電型の高濃度ＳｉＣ層と、前記第１導電型の基板に
オーミック接触する電極と、前記第２導電型の高濃度Ｓ
ｉＣ層にオーミック接触する電極とを有する紫外線検出
部と、前記第２導電型の高濃度ＳｉＣ層に接触して形成
され、Ｘ線の照射により紫外線を放射する光変換層とを
具備したことを特徴とするものである。
第１導電型のα−ＳｉＣ基板と、該基板上に形成された
第１導電型のＳｉＣ層と、該ＳｉＣ層上に形成された第
２導電型の高濃度ＳｉＣ層と、前記第１導電型の基板に
オーミック接触する電極と、前記第２導電型の高濃度Ｓ
ｉＣ層にオーミック接触する電極とを有する紫外線検出
部と、前記第２導電型の高濃度ＳｉＣ層に接触して形成
され、Ｘ線の照射により紫外線を放射する光変換層とを
具備したことを特徴とするものである。
【００１０】以下、本発明をさらに詳細に説明する。本
発明のＸ線検出器は、紫外線検出部と、Ｘ線の照射によ
り紫外線を放射する光変換層とを有する。
発明のＸ線検出器は、紫外線検出部と、Ｘ線の照射によ
り紫外線を放射する光変換層とを有する。
【００１１】本発明における紫外線検出部は、第１導電
型のα−ＳｉＣ基板と、該基板上に形成された第１導電
型のＳｉＣ層と、該ＳｉＣ層上に形成された第２導電型
の高濃度ＳｉＣ層と、前記第１導電型の基板にオーミッ
ク接触する電極と、前記第２導電型の高濃度ＳｉＣ層に
オーミック接触する電極とを有する。具体的なＳｉＣ層
の構成は、ｐ型基板＼ｐ型エピタキシャル層＼ｎ+ 型エ
ピタキシャル層でもよいし、ｎ型基板＼ｎ型エピタキシ
ャル層＼ｐ+ 型エピタキシャル層でもよい。
型のα−ＳｉＣ基板と、該基板上に形成された第１導電
型のＳｉＣ層と、該ＳｉＣ層上に形成された第２導電型
の高濃度ＳｉＣ層と、前記第１導電型の基板にオーミッ
ク接触する電極と、前記第２導電型の高濃度ＳｉＣ層に
オーミック接触する電極とを有する。具体的なＳｉＣ層
の構成は、ｐ型基板＼ｐ型エピタキシャル層＼ｎ+ 型エ
ピタキシャル層でもよいし、ｎ型基板＼ｎ型エピタキシ
ャル層＼ｐ+ 型エピタキシャル層でもよい。
【００１２】この紫外線検出部は、電極間にバイアス電
圧を印加した状態で、ＳｉＣのバンドギャップよりも高
いエネルギーを有する電磁波（波長３００ｎｍ以下の紫
外線に相当する）が照射されると電流を発生するフォト
ダイオードとして作用する。ただし、この紫外線検出部
はＸ線を直接検出することができない。
圧を印加した状態で、ＳｉＣのバンドギャップよりも高
いエネルギーを有する電磁波（波長３００ｎｍ以下の紫
外線に相当する）が照射されると電流を発生するフォト
ダイオードとして作用する。ただし、この紫外線検出部
はＸ線を直接検出することができない。
【００１３】本発明のＸ線検出器では、紫外線検出部を
構成する第２導電型の高濃度ＳｉＣ層に接触して、Ｘ線
によって励起され紫外線を発光することができる光変換
層（光学変調層）が設けられる。このような光変換層を
構成する材料としては、種々の蛍光体を用いることがで
きる。例えば、Ｙ2 Ｏ3 ：Ｇｄ，ＢａＦ2 ：Ｃｅ，Ｌａ
ＰＯ4 : Ｅｕなどの物質は、室温でＸ線により励起され
ると２００〜４００ｎｍの波長域の紫外線を放射するこ
とができる。光変換層から放射される紫外線の発光強度
は、励起Ｘ線の強度の１〜４％に達する。この発光強度
は、光変換材料への適当な付活剤のドーピングを最適化
することにより、増加させることができる。なお、これ
らの光変換材料はガンマ線が照射された場合にも紫外線
を放射するので、ガンマ線の検出に用いることもでき
る。
構成する第２導電型の高濃度ＳｉＣ層に接触して、Ｘ線
によって励起され紫外線を発光することができる光変換
層（光学変調層）が設けられる。このような光変換層を
構成する材料としては、種々の蛍光体を用いることがで
きる。例えば、Ｙ2 Ｏ3 ：Ｇｄ，ＢａＦ2 ：Ｃｅ，Ｌａ
ＰＯ4 : Ｅｕなどの物質は、室温でＸ線により励起され
ると２００〜４００ｎｍの波長域の紫外線を放射するこ
とができる。光変換層から放射される紫外線の発光強度
は、励起Ｘ線の強度の１〜４％に達する。この発光強度
は、光変換材料への適当な付活剤のドーピングを最適化
することにより、増加させることができる。なお、これ
らの光変換材料はガンマ線が照射された場合にも紫外線
を放射するので、ガンマ線の検出に用いることもでき
る。
【００１４】光変換材料の具体例とその変換波長（Ｘ線
で励起されたときに発光する紫外線の波長）を表１に示
す。表１中の参考文献は以下の通りである。（ａ）Ｌ．
Ｈ．Ｂｒｉｘｎｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｓｏｌｉｄ
Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．，８９，１３８（１９９０）；
（ｂ）蛍光体ハンドブック，蛍光体同学会編，オーム社
刊（１９８７）ｐ．２２１−２２３；（ｃ）Ｒ．Ｖｉｓ
ｓｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｏｎｄｅｎ
ｓ．Ｍａｔｔｅｒ，５，１６５９（１９９３）；（ｄ）
Ｗ．ｖａｎ Ｓｃｈａｉｋ ｅｔ ａｌ，Ｊ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１４０、２１６（１９９
３）。
で励起されたときに発光する紫外線の波長）を表１に示
す。表１中の参考文献は以下の通りである。（ａ）Ｌ．
Ｈ．Ｂｒｉｘｎｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｓｏｌｉｄ
Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．，８９，１３８（１９９０）；
（ｂ）蛍光体ハンドブック，蛍光体同学会編，オーム社
刊（１９８７）ｐ．２２１−２２３；（ｃ）Ｒ．Ｖｉｓ
ｓｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｏｎｄｅｎ
ｓ．Ｍａｔｔｅｒ，５，１６５９（１９９３）；（ｄ）
Ｗ．ｖａｎ Ｓｃｈａｉｋ ｅｔ ａｌ，Ｊ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１４０、２１６（１９９
３）。
【００１５】
【表１】
【００１６】本発明のＸ線検出器によるＸ線の検出原理
を説明する。まず、光変換材料にＸ線を照射させる。こ
の場合、ＳｉＣがＸ線に対して透明な材料であるため、
紫外線検出部の側からＳｉＣを通して光変換材料にＸ線
を照射することができる。また、光変換層をＸ線が照射
される側に配置して、光変換層に直接Ｘ線を照射する場
合には、光変換層の膜厚をその光変換材料へのＸ線の侵
入深さよりも薄くすることが好ましい。光変換層は、Ｘ
線により励起されて紫外線を放射する。光変換層から放
射される紫外線の強度は、励起Ｘ線の強度と線形な関係
を有する。紫外線検出部は光変換材料から放射された紫
外線を検出する。したがって、紫外線検出部による検出
信号はＸ線の量と線形な関係を有する。本発明のＸ線検
出器の応答時間は、ナノ秒のオーダである。
を説明する。まず、光変換材料にＸ線を照射させる。こ
の場合、ＳｉＣがＸ線に対して透明な材料であるため、
紫外線検出部の側からＳｉＣを通して光変換材料にＸ線
を照射することができる。また、光変換層をＸ線が照射
される側に配置して、光変換層に直接Ｘ線を照射する場
合には、光変換層の膜厚をその光変換材料へのＸ線の侵
入深さよりも薄くすることが好ましい。光変換層は、Ｘ
線により励起されて紫外線を放射する。光変換層から放
射される紫外線の強度は、励起Ｘ線の強度と線形な関係
を有する。紫外線検出部は光変換材料から放射された紫
外線を検出する。したがって、紫外線検出部による検出
信号はＸ線の量と線形な関係を有する。本発明のＸ線検
出器の応答時間は、ナノ秒のオーダである。
【００１７】本発明においては、検出効率を上げるため
に、光変換層の外側に反射器を設けてもよい。具体的に
は、Ｘ線検出器本体を、凹面鏡または平面鏡を有するホ
ルダーにセットする。これらのミラーはＸ線励起された
光変換層から放射される紫外線を反射するので、Ｘ線検
出器の効率を高めることができる。
に、光変換層の外側に反射器を設けてもよい。具体的に
は、Ｘ線検出器本体を、凹面鏡または平面鏡を有するホ
ルダーにセットする。これらのミラーはＸ線励起された
光変換層から放射される紫外線を反射するので、Ｘ線検
出器の効率を高めることができる。
【００１８】また、検出効率を上げるために、第１導電
型のα−ＳｉＣ基板、該基板上に形成された第１導電型
のＳｉＣ層、該ＳｉＣ層上に形成された第２導電型の高
濃度ＳｉＣ層、前記第１導電型の基板にオーミック接触
する電極、および前記第２導電型の高濃度ＳｉＣ層にオ
ーミック接触する電極をそれぞれ有する１対の紫外線検
出部を用い、前記１対の紫外線検出部を構成する前記第
２導電型の高濃度ＳｉＣ層の間に光変換層を挟んで形成
してもよい。この場合も、光変換層の膜厚をその光変換
材料へのＸ線の侵入深さよりも薄くすることが好まし
い。
型のα−ＳｉＣ基板、該基板上に形成された第１導電型
のＳｉＣ層、該ＳｉＣ層上に形成された第２導電型の高
濃度ＳｉＣ層、前記第１導電型の基板にオーミック接触
する電極、および前記第２導電型の高濃度ＳｉＣ層にオ
ーミック接触する電極をそれぞれ有する１対の紫外線検
出部を用い、前記１対の紫外線検出部を構成する前記第
２導電型の高濃度ＳｉＣ層の間に光変換層を挟んで形成
してもよい。この場合も、光変換層の膜厚をその光変換
材料へのＸ線の侵入深さよりも薄くすることが好まし
い。
【００１９】本発明のＸ線検出器は２．０〜４．０Ｖの
低いバイアス電圧で動作する。その量子効率（検出効
率）は従来のＸ線検出器よりも約２〜３桁高くなる。ま
た、応答時間はナノ秒のオーダーである。本発明のＸ線
検出器はＳｉＣが主体となっているので、高温でも作動
する。また、ＳｉＣはＸ線を透過させるので、シリコン
その他の材料からなる固体Ｘ線検出器と異なり、Ｘ線に
よる損傷作用を受けない。したがって、従来のものに比
べて寿命も長い。さらに、本発明のＸ線検出器は従来の
Ｘ線検出器に比べて構造が簡単であり、体積も小さい。
この結果、製造が簡単であり、しかも狭い場所でも使用
できるほどコンパクトになる。
低いバイアス電圧で動作する。その量子効率（検出効
率）は従来のＸ線検出器よりも約２〜３桁高くなる。ま
た、応答時間はナノ秒のオーダーである。本発明のＸ線
検出器はＳｉＣが主体となっているので、高温でも作動
する。また、ＳｉＣはＸ線を透過させるので、シリコン
その他の材料からなる固体Ｘ線検出器と異なり、Ｘ線に
よる損傷作用を受けない。したがって、従来のものに比
べて寿命も長い。さらに、本発明のＸ線検出器は従来の
Ｘ線検出器に比べて構造が簡単であり、体積も小さい。
この結果、製造が簡単であり、しかも狭い場所でも使用
できるほどコンパクトになる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 実施例１ 図１に本実施例におけるＸ線検出器の斜視図、図２にそ
の断面図を示す。なお、図２では六方晶ＳｉＣを６Ｈ：
ＳｉＣと表記する。アルミニウムまたはボロンがドープ
されたキャリヤー濃度０．５〜１０×１０18ｃｍ-3のｐ
型ＳｉＣ基板１０上に、アルミニウムまたはボロンがド
ープされた１〜５μｍ厚さのｐ型ＳｉＣエピタキシャル
層１１が形成されている。エピタキシャル層１１のキャ
リヤー濃度は約１〜５×１０17ｃｍ-3である。不純物の
濃度は実質的に均一であってもよいし、勾配をもってい
てもよい。ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層１１の上に窒素
を高濃度にドープしたｎ+ 型ＳｉＣエピタキシャル層１
２が形成されている。ｎ+型ＳｉＣエピタキシャル層１
２の厚さは０．１〜０．５μｍであり、キャリヤー濃度
は１〜１０×１０18ｃｍ-3である。ｐ型ＳｉＣエピタキ
シャル層１１に深さ方向に徐々に低濃度になるように勾
配を持たせて不純物をドーピングすると、デプレッショ
ン領域の幅が広がって応答効率が増大する。基板１０の
裏面には基板とオーミック接触するＴｉ／Ａｌからなる
くし形の電極１３が形成されている。エピタキシャル層
１２の上面にはこの層とオーミック接触するＮｉ／Ａｌ
からなるくし形の電極１４が形成されている。これらの
電極は被着した後、Ａｒガス雰囲気中でアニールされ
る。また、電極１３にはＡｕワイヤ１５が、電極１４に
はＡｕワイヤ１６がそれぞれ接続されている。このよう
な構造により、紫外領域のフォトンを検出できる、ｎ+
−ｐ接合を有するフォトダイオード（紫外線検出部）が
構成される。さらに、上記構造を有する紫外線検出部を
構成するｎ+ 型ＳｉＣエピタキシャル層１２に接触する
ように、光変換層１００が形成されている。光変換層１
００は、Ｘ線が照射されると２５０〜３５０ｎｍの波長
領域の強い紫外線を放射する。
の断面図を示す。なお、図２では六方晶ＳｉＣを６Ｈ：
ＳｉＣと表記する。アルミニウムまたはボロンがドープ
されたキャリヤー濃度０．５〜１０×１０18ｃｍ-3のｐ
型ＳｉＣ基板１０上に、アルミニウムまたはボロンがド
ープされた１〜５μｍ厚さのｐ型ＳｉＣエピタキシャル
層１１が形成されている。エピタキシャル層１１のキャ
リヤー濃度は約１〜５×１０17ｃｍ-3である。不純物の
濃度は実質的に均一であってもよいし、勾配をもってい
てもよい。ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層１１の上に窒素
を高濃度にドープしたｎ+ 型ＳｉＣエピタキシャル層１
２が形成されている。ｎ+型ＳｉＣエピタキシャル層１
２の厚さは０．１〜０．５μｍであり、キャリヤー濃度
は１〜１０×１０18ｃｍ-3である。ｐ型ＳｉＣエピタキ
シャル層１１に深さ方向に徐々に低濃度になるように勾
配を持たせて不純物をドーピングすると、デプレッショ
ン領域の幅が広がって応答効率が増大する。基板１０の
裏面には基板とオーミック接触するＴｉ／Ａｌからなる
くし形の電極１３が形成されている。エピタキシャル層
１２の上面にはこの層とオーミック接触するＮｉ／Ａｌ
からなるくし形の電極１４が形成されている。これらの
電極は被着した後、Ａｒガス雰囲気中でアニールされ
る。また、電極１３にはＡｕワイヤ１５が、電極１４に
はＡｕワイヤ１６がそれぞれ接続されている。このよう
な構造により、紫外領域のフォトンを検出できる、ｎ+
−ｐ接合を有するフォトダイオード（紫外線検出部）が
構成される。さらに、上記構造を有する紫外線検出部を
構成するｎ+ 型ＳｉＣエピタキシャル層１２に接触する
ように、光変換層１００が形成されている。光変換層１
００は、Ｘ線が照射されると２５０〜３５０ｎｍの波長
領域の強い紫外線を放射する。
【００２１】このＸ線検出器では、ｐ型ＳｉＣ基板１０
の側からＸ線が照射される。ＳｉＣはＸ線を透過させる
材料であるので、Ｘ線はＳｉＣを通して光変換材料１０
０に照射される。前述したように光変換層１００はＸ線
が照射されると２５０〜３５０ｎｍの波長領域の強い紫
外線を放射する。この紫外線は、紫外線検出部に照射さ
れ、バイアス電圧が印加されている２つの電極１４、１
５間に電流が生じる。
の側からＸ線が照射される。ＳｉＣはＸ線を透過させる
材料であるので、Ｘ線はＳｉＣを通して光変換材料１０
０に照射される。前述したように光変換層１００はＸ線
が照射されると２５０〜３５０ｎｍの波長領域の強い紫
外線を放射する。この紫外線は、紫外線検出部に照射さ
れ、バイアス電圧が印加されている２つの電極１４、１
５間に電流が生じる。
【００２２】図３に、いくつかの光変換材料について室
温でＸ線により励起したときの放射スペクトルを示す。
図３において、ＡはＹ1.98Ｇｄ0.02Ｏ3 、ＢはＬａＰＯ
4 ：Ｅｕ3+（０．５ｍｏｌ％）、ＣはＢａＦ2 ：Ｃｅ
（０．００１２ｍｏｌ％）、ＤはＢａＦ2 ：Ｃｅ（０．
１７ｍｏｌ％）についての結果である。なお、Ａに関し
てはＬ．Ｈ．Ｂｒｉｘｎｅｒ ｅｔ ａｌ，前掲文献
（ａ）; Ｂに関してはＷ．ｖａｎ Ｓｃｈａｉｋ ｅｔ
ａｌ．，前掲文献（ｄ）; ＣおよびＤに関してはＲ．
Ｖｉｓｓｅｒ ｅｔ ａｌ，前掲文献（ｃ）にそれぞれ
開示されている。
温でＸ線により励起したときの放射スペクトルを示す。
図３において、ＡはＹ1.98Ｇｄ0.02Ｏ3 、ＢはＬａＰＯ
4 ：Ｅｕ3+（０．５ｍｏｌ％）、ＣはＢａＦ2 ：Ｃｅ
（０．００１２ｍｏｌ％）、ＤはＢａＦ2 ：Ｃｅ（０．
１７ｍｏｌ％）についての結果である。なお、Ａに関し
てはＬ．Ｈ．Ｂｒｉｘｎｅｒ ｅｔ ａｌ，前掲文献
（ａ）; Ｂに関してはＷ．ｖａｎ Ｓｃｈａｉｋ ｅｔ
ａｌ．，前掲文献（ｄ）; ＣおよびＤに関してはＲ．
Ｖｉｓｓｅｒ ｅｔ ａｌ，前掲文献（ｃ）にそれぞれ
開示されている。
【００２３】このうち、例えばＡのスペクトルのピーク
強度は、励起Ｘ線強度の約１％である。この材料では、
Ｙ2 Ｏ3 ：Ｇｄ中のＧｄ濃度を最適化することにより放
射強度をさらに増加させることができる。その他のＢ〜
Ｄのスペクトルのピーク強度は、励起Ｘ線強度の１〜３
％である。いずれの光変換材料でも、放射スペクトルの
ピークは約３００ｎｍの波長領域にある。この波長領域
は後述するように紫外線検出部の感度が最大となる領域
の近傍である。また、これらの光変換材料の放射スペク
トルのライフタイムはナノ秒のオーダである。
強度は、励起Ｘ線強度の約１％である。この材料では、
Ｙ2 Ｏ3 ：Ｇｄ中のＧｄ濃度を最適化することにより放
射強度をさらに増加させることができる。その他のＢ〜
Ｄのスペクトルのピーク強度は、励起Ｘ線強度の１〜３
％である。いずれの光変換材料でも、放射スペクトルの
ピークは約３００ｎｍの波長領域にある。この波長領域
は後述するように紫外線検出部の感度が最大となる領域
の近傍である。また、これらの光変換材料の放射スペク
トルのライフタイムはナノ秒のオーダである。
【００２４】図４に２００〜４００ｎｍの波長領域にお
ける紫外線検出部の応答スペクトルを示す。約２７０ｎ
ｍで応答性がピークを示している。図５にｎ+ 型エピタ
キシャル層の厚さと応答性のピーク位置との関係を示
す。ｎ+ 型エピタキシャル層の厚さが減少するにつれ
て、応答性のピーク位置が短波長側にシフトしているこ
とがわかる。
ける紫外線検出部の応答スペクトルを示す。約２７０ｎ
ｍで応答性がピークを示している。図５にｎ+ 型エピタ
キシャル層の厚さと応答性のピーク位置との関係を示
す。ｎ+ 型エピタキシャル層の厚さが減少するにつれ
て、応答性のピーク位置が短波長側にシフトしているこ
とがわかる。
【００２５】図６に紫外線検出部の周波数応答曲線を示
す。この検出部は１０7 Ｈｚ以上の信号を検出できる。
応答時間は１００ｎｓ以下である。図７に本発明のＸ線
検出器による検出信号の出力をＸ線励起出力の関数とし
て示す。３００Ｋの温度で検出信号出力とＸ線出力とは
線形な関係を有する。Ｘ線出力が非常に高い場合には、
光変換材料からの紫外線放射強度が飽和するため、直線
的関係が飽和することもあり得る。したがって、励起出
力が非常に高い場合には、光変換材料とともに適切なド
ーパントを用いてドーピング濃度を最適化することも必
要になる。
す。この検出部は１０7 Ｈｚ以上の信号を検出できる。
応答時間は１００ｎｓ以下である。図７に本発明のＸ線
検出器による検出信号の出力をＸ線励起出力の関数とし
て示す。３００Ｋの温度で検出信号出力とＸ線出力とは
線形な関係を有する。Ｘ線出力が非常に高い場合には、
光変換材料からの紫外線放射強度が飽和するため、直線
的関係が飽和することもあり得る。したがって、励起出
力が非常に高い場合には、光変換材料とともに適切なド
ーパントを用いてドーピング濃度を最適化することも必
要になる。
【００２６】実施例２ 光変換材料はＸ線で励起されると全方位に紫外線を放射
する。このため、紫外線検出部の表面と反対方向に放射
された紫外線は、検出することができない。本実施例で
は、このように外部へ出て行く紫外線を検出するため
に、紫外線の反射器を設けた例について説明する。
する。このため、紫外線検出部の表面と反対方向に放射
された紫外線は、検出することができない。本実施例で
は、このように外部へ出て行く紫外線を検出するため
に、紫外線の反射器を設けた例について説明する。
【００２７】図８に凹面鏡１１０を有するホルダーに取
付けられたＸ線検出器を示す。ｐ型ＳｉＣ基板１０上に
ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層１１およびｎ+ 型ＳｉＣエ
ピタキシャル層１２が形成されている。基板１０の裏面
には電極１３が、エピタキシャル層１２の上面には電極
１４が形成されている。電極１３にはＡｕワイヤ１５
が、電極１４にはＡｕワイヤ１６がそれぞれ接続されて
いる。また、エピタキシャル層１２の上面に光変換層１
００が形成されている。光変換層１００の厚みは紫外線
の侵入深さのオーダーである。侵入深さは光変換材料の
種類および紫外線のエネルギーに依存する。
付けられたＸ線検出器を示す。ｐ型ＳｉＣ基板１０上に
ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層１１およびｎ+ 型ＳｉＣエ
ピタキシャル層１２が形成されている。基板１０の裏面
には電極１３が、エピタキシャル層１２の上面には電極
１４が形成されている。電極１３にはＡｕワイヤ１５
が、電極１４にはＡｕワイヤ１６がそれぞれ接続されて
いる。また、エピタキシャル層１２の上面に光変換層１
００が形成されている。光変換層１００の厚みは紫外線
の侵入深さのオーダーである。侵入深さは光変換材料の
種類および紫外線のエネルギーに依存する。
【００２８】図８に示されるように、Ｘ線はＳｉＣを通
して光変換層１００に照射され、光変換層１００は紫外
線を放射する。紫外線検出部と反対側へ照射される紫外
線は凹面鏡１１０で反射されるので、紫外線検出部で検
出できる。このように凹面鏡１１０を設けると、実施例
１と比較してＸ線の検出効率をさらに２〜３倍に上げる
ことができる。
して光変換層１００に照射され、光変換層１００は紫外
線を放射する。紫外線検出部と反対側へ照射される紫外
線は凹面鏡１１０で反射されるので、紫外線検出部で検
出できる。このように凹面鏡１１０を設けると、実施例
１と比較してＸ線の検出効率をさらに２〜３倍に上げる
ことができる。
【００２９】図９に示すように、Ｘ線検出器を平面鏡１
２０を有するホルダーにセットしても同様な効果を得る
ことができる。 実施例３ 図１０は２つの紫外線検出部の光変換層１００を形成し
たＸ線検出器を示している。２つの紫外線検出部はそれ
ぞれｐ型ＳｉＣ基板１０上にｐ型ＳｉＣエピタキシャル
層１１およびｎ+ 型ＳｉＣエピタキシャル層１２が形成
された構造を有している。基板１０の裏面には電極１３
が、エピタキシャル層１２の上面には電極１４が形成さ
れている。電極１３にはＡｕワイヤ１５が、電極１４に
はＡｕワイヤ１６がそれぞれ接続されている。これらの
紫外線検出部は、エピタキシャル層１２側を対向させて
配置され、両者のエピタキシャル層１２の間に光変換層
１００が形成されている。光変換層１００の厚みはＸ線
の侵入深さ（１．０〜５０μｍ）のオーダーである。侵
入深さは光変換材料の種類およびＸ線のエネルギーに依
存する。
２０を有するホルダーにセットしても同様な効果を得る
ことができる。 実施例３ 図１０は２つの紫外線検出部の光変換層１００を形成し
たＸ線検出器を示している。２つの紫外線検出部はそれ
ぞれｐ型ＳｉＣ基板１０上にｐ型ＳｉＣエピタキシャル
層１１およびｎ+ 型ＳｉＣエピタキシャル層１２が形成
された構造を有している。基板１０の裏面には電極１３
が、エピタキシャル層１２の上面には電極１４が形成さ
れている。電極１３にはＡｕワイヤ１５が、電極１４に
はＡｕワイヤ１６がそれぞれ接続されている。これらの
紫外線検出部は、エピタキシャル層１２側を対向させて
配置され、両者のエピタキシャル層１２の間に光変換層
１００が形成されている。光変換層１００の厚みはＸ線
の侵入深さ（１．０〜５０μｍ）のオーダーである。侵
入深さは光変換材料の種類およびＸ線のエネルギーに依
存する。
【００３０】図１０に示されているように、Ｘ線はＳｉ
Ｃを通して光変換層１００に照射される。紫外線検出部
によってＸ線励起された光変換層１００から放射される
紫外線を検出することによりＸ線を検出する。この場
合、２つの紫外線検出部を用いているので、検出効率を
上げることができる。
Ｃを通して光変換層１００に照射される。紫外線検出部
によってＸ線励起された光変換層１００から放射される
紫外線を検出することによりＸ線を検出する。この場
合、２つの紫外線検出部を用いているので、検出効率を
上げることができる。
【００３１】実施例４ 図１１に他のＸ線検出器の例を示す。このＸ線検出器で
は、以上で説明したものと同様の紫外線検出部を構成す
るｐ型ＳｉＣ基板１０の側に光変換層１００が形成され
ている。光変換層１００の厚みはＸ線の侵入深さのオー
ダーである。
は、以上で説明したものと同様の紫外線検出部を構成す
るｐ型ＳｉＣ基板１０の側に光変換層１００が形成され
ている。光変換層１００の厚みはＸ線の侵入深さのオー
ダーである。
【００３２】図１１に示すように、Ｘ線は光変換層１０
０に直接照射され、紫外線を照射する。紫外線検出部に
よってＸ線励起された光変換層１００から放射される紫
外線を検出することによりＸ線を検出でき、上記と同様
な効果が得られる。
０に直接照射され、紫外線を照射する。紫外線検出部に
よってＸ線励起された光変換層１００から放射される紫
外線を検出することによりＸ線を検出でき、上記と同様
な効果が得られる。
【００３３】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、低
いバイアス電圧で動作し、高効率、高感度、かつ速い応
答時間でＸ線を検出でき、しかも高温に耐え、Ｘ線によ
る損傷も受けずに寿命が長いＸ線検出器を提供すること
ができる。
いバイアス電圧で動作し、高効率、高感度、かつ速い応
答時間でＸ線を検出でき、しかも高温に耐え、Ｘ線によ
る損傷も受けずに寿命が長いＸ線検出器を提供すること
ができる。
【図１】本発明の実施例１におけるＸ線検出器の斜視
図。
図。
【図２】本発明の実施例１におけるＸ線検出器の断面
図。
図。
【図３】本発明のＸ線検出器に用いられる光変換材料が
Ｘ線励起されたときに放射する紫外線のスペクトル図。
Ｘ線励起されたときに放射する紫外線のスペクトル図。
【図４】本発明の実施例１におけるＸ線検出器の応答ス
ペクトル図。
ペクトル図。
【図５】本発明の実施例１におけるＸ線検出器のｎ+ 型
エピタキシャル層の厚さと感度のピーク位置との関係を
示す特性図。
エピタキシャル層の厚さと感度のピーク位置との関係を
示す特性図。
【図６】本発明の実施例１におけるＸ線検出器の応答性
を周波数の関数として示す特性図。
を周波数の関数として示す特性図。
【図７】本発明の実施例１におけるＸ線検出器について
Ｘ線励起出力と検出信号出力との関係を示す特性図。
Ｘ線励起出力と検出信号出力との関係を示す特性図。
【図８】本発明の実施例２におけるＸ線検出器の斜視
図。
図。
【図９】本発明の実施例２における他のＸ線検出器の斜
視図。
視図。
【図１０】本発明の実施例３におけるＸ線検出器の斜視
図。
図。
【図１１】本発明の実施例４におけるＸ線検出器の斜視
図。
図。
１０…ｐ型ＳｉＣ基板、１１…ｐ型ＳｉＣエピタキシャ
ル層、１２…ｎ+ 型ＳｉＣエピタキシャル層、１３、１
４…電極、１５、１６…Ａｕワイヤ、１００…光変換
層、１１０…凹面鏡、１２０…平面鏡。
ル層、１２…ｎ+ 型ＳｉＣエピタキシャル層、１３、１
４…電極、１５、１６…Ａｕワイヤ、１００…光変換
層、１１０…凹面鏡、１２０…平面鏡。
Claims (5)
- 【請求項１】 第１導電型のα−ＳｉＣ基板、該基板上
に形成された第１導電型のＳｉＣ層、該ＳｉＣ層上に形
成された第２導電型の高濃度ＳｉＣ層、前記第１導電型
の基板にオーミック接触する電極、および前記第２導電
型の高濃度ＳｉＣ層にオーミック接触する電極を有する
紫外線検出部と、前記第２導電型の高濃度ＳｉＣ層に接
触して形成され、Ｘ線の照射により紫外線を放射する光
変換層とを具備したことを特徴とするＸ線検出器。 - 【請求項２】 前記光変換層の外側に反射器を設けたこ
とを特徴とする請求項１記載のＸ線検出器。 - 【請求項３】 前記光変換層がＸ線が照射される側に配
置され、その膜厚が該光変換層へのＸ線の侵入深さより
も薄いことを特徴とする請求項１記載のＸ線検出器。 - 【請求項４】 第１導電型のα−ＳｉＣ基板、該基板上
に形成された第１導電型のＳｉＣ層、該ＳｉＣ層上に形
成された第２導電型の高濃度ＳｉＣ層、前記第１導電型
の基板にオーミック接触する電極、および前記第２導電
型の高濃度ＳｉＣ層にオーミック接触する電極をそれぞ
れ有する１対の紫外線検出部と、前記１対の紫外線検出
部を構成する前記第２導電型の高濃度ＳｉＣ層の間に挟
まれて形成され、Ｘ線の照射により紫外線を放射する光
変換層とを具備したことを特徴とするＸ線検出器。 - 【請求項５】 前記光変換層の膜厚が該光変換層へのＸ
線の侵入深さよりも薄いことを特徴とする請求項４記載
のＸ線検出器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6043620A JPH07254724A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | Ｘ線検出器 |
| US08/384,747 US5581087A (en) | 1994-03-15 | 1995-02-07 | Radiation detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6043620A JPH07254724A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | Ｘ線検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07254724A true JPH07254724A (ja) | 1995-10-03 |
Family
ID=12668894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6043620A Pending JPH07254724A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | Ｘ線検出器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| US5581087A (en) | 1996-12-03 |
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