JPH07325157A - 半導体放射線検出器 - Google Patents

半導体放射線検出器

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JPH07325157A
JPH07325157A JP6139650A JP13965094A JPH07325157A JP H07325157 A JPH07325157 A JP H07325157A JP 6139650 A JP6139650 A JP 6139650A JP 13965094 A JP13965094 A JP 13965094A JP H07325157 A JPH07325157 A JP H07325157A
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JP
Japan
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radiation
current
electrode
anode electrode
semiconductor
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Application number
JP6139650A
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English (en)
Inventor
Yoshitomo Iwase
義倫 岩瀬
Yasuhiro Shudo
靖浩 首藤
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Eneos Corp
Original Assignee
Japan Energy Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】放射線量に起因する電流パルスの平均電流の経
時的変動が少なく、比較的高い放射線量を高い精度で測
定することのできる半導体放射線検出器の構造を提供す
る。 【構成】(a)放射線に有感な化合物半導体と、(b)該化
合物半導体の一主面に設けられ、放射線が入射するアノ
ード電極と、(c)該一主面に対向する前記化合物半導体
の他の主面に設けられたカソード電極と、(d)前記アノ
ード電極に正電位、前記カソード電極に負電位を印加す
るバイアス手段と(e)前記アノード電極と前記カソード
電極間をながれる電流を検出する電流検出手段とを含む
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電極間をながれる電流
に基づき放射線を検出する半導体放射線検出器の構造に
関するものである。特には、医療用、産業用の非破壊検
査装置などに利用しうる半導体放射線検出器の構造に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体放射線検出器は、放射線に起因し
て半導体内に生じる光電流をその表面に設けた電極によ
り測定するものである。CdTe、HgI2などの化合
物半導体を用いた場合、バンドギャップが広いため室温
での動作が可能であり、また構成元素の原子番号が大き
いためX線、γ線の吸収係数が大きく、高い感度が得ら
れる。このような検出器は、放射線使用施設のモニタ
ー、スペクトルサーベイメータなどに用いられている。
また、検出器の小型化、アレイ化が可能であり、医用診
断機器、産業用の非破壊検査装置などにアレイ化した検
出器が応用され始めている。
【0003】CdTeを用いた半導体放射線検出器の電
極としては、従来、無電解めっきにより形成したPt、
Auなどを主成分とする金属電極が主に用いられてい
た。(B.T.A.Mckee et al.;Nucl. Instr. and Method,
A272, p.825 (1988))さらに、暗電流を低減するために
アノード電極としてInを用いることが提案されてい
る。(本発明者ら;特開平3−248578、M.R.Squil
antte et al.;Nucl. Instr. and Method, A283, p.323
(1989))これにより、アノード電極での正孔に対する電
気的障壁を高めて暗電流を低減することができ、検出素
子への印加電圧(バイアス電圧)を高くすることができ
るので高いキャリア収集効率、高速動作が可能となる。
【0004】このような半導体検出器においては、カソ
ード電極側から放射線を入射するように配置することが
一般的である。この理由は、半導体における電子の移動
度は正孔のそれに比べて大きく(CdTeの場合、約1
0倍大きい)、かつ、比較的低エネルギーの放射線は指
数関数に従って吸収されるため、入射面近くで吸収され
る割合が高い。このため、カソード電極から放射線を入
射することにより、キャリアの収集効率を高めることが
できるためである。
【0005】また、一般に放射線の計測においては、電
流パルスのパルス高に応じて入射した放射線のエネルギ
ーを弁別し、その弁別された電流パルスを数える計測方
法(パルスカウント法)が用いられる。この方法は、1
00万カウント/秒に満たない比較的低い放射線量の測
定に用いられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高い放
射線量では、電流パルスが重なるためにパルスカウント
法を用いることができず、電流パルスの平均電流として
測定している。ところが、過去の入射放射線量に依存し
て、測定される平均電流が経時的に変動する現象があ
る。このため、高い放射線量の平均電流としての測定で
は、低い精度しか得られなかった。
【0007】本発明の目的は、放射線量に起因する電流
パルスの平均電流の経時的変動が少なく、高い放射線量
を高い精度で測定することのできる半導体放射線検出器
の構造を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、放射線検出
素子をながれる電流パルスの平均電流の経時的変動を詳
細に検討したところ、この現象が放射線の検出素子への
入射方向に大きく依存しているを見出した。本発明はこ
のような知見に基づいたものであり、本発明による半導
体放射線検出器の構造は、(a)放射線に有感な化合物半
導体と、(b)該化合物半導体の一主面に設けられ、放射
線が入射するアノード電極と、(c)該一主面に対向する
前記化合物半導体の他の主面に設けられたカソード電極
と、(d)前記アノード電極に正電位、前記カソード電極
に負電位を印加するバイアス手段と(e)前記アノード電
極と前記カソード電極間をながれる電流を検出する電流
検出手段とを含むものである。
【0009】(1)前記アノード電極は正孔に対し高い
電気的障壁を示す材料から構成され、かつ、前記カソー
ド電極は電子に対し高い電気的障壁を示す材料から構成
されること、(2)前記アノード電極は真空蒸着法によ
り形成され、かつ、前記カソード電極は無電解めっき法
により形成されていること、および/または、(3)前
記電流検出手段が前記電流の時間平均値を算出する手段
を含むことが望ましい。なお、化合物半導体として、C
dTeまたはCdTeを主成分とする結晶材料(例え
ば、CdZnTe)を用いることが望ましく、その厚さ
は測定対象の放射線が充分に吸収される程度としてい
る。アノード電極において正孔に対する電気的障壁の高
い材料としてIn、Al、Gaなどの元素が挙げられ、
カソード電極において電子に対する電気的障壁の高い材
料として、Pt、Ag、Au、Cu、Sbなどの元素が
挙げられる。前記電流の平均を得るための時間は、放射
線の入射にともなうパルス電流の時間幅よりも充分に長
い期間とする。
【0010】
【作用及び効果】半導体放射線検出器では、通常、半導
体内において放射線を吸収してキャリアである電子・正
孔を発生し、バイアス電圧により電子がアノード電極
に、正孔がカソード電極に移動することにより、放射線
量に比例した電流(以下、比例電流という)がながれ
る。本発明者は、従来技術による前述の平均電流の経時
的変動(例えば、一定放射線量を放射しつづけた場合
に、電流が増加する現象)は、この比例電流に加えて、
半導体・電極界面で放射線の入射に起因してキャリアの
注入が生じるため、電極間の電流が変動すると考えた。
そこで、放射線の入射面による電極界面からのキャリア
の注入量の変化を検討したところ、アノード電極側から
放射線を入射した場合に経時的変動が低下する事実を見
出した。
【0011】したがって、アノード電極側から放射線を
入射することにより、放射線量に起因する電流パルスの
平均電流の経時的変動が少なく、高い放射線量を高い精
度で測定することが可能となる。
【0012】
【実施例】本発明の一実施例であるCdTe放射線検出
器を図1を用いて以下説明する。半導体検出素子1は、
CdTe半導体単結晶からなる基板2の一方の面に白金
(Pt)からなるカソード電極3と、インジウム(I
n)からなるアノード電極4が設けられたものである。
測定対象となるX線6は、アノード電極3の上から照射
され、半導体検出素子1のカソード電極3・アノード電
極4間にデジタル電流計7を介してバイアス電源8から
定電圧のバイアス電圧(100V)が印加されている。
【0013】半導体検出素子1の作製は、まず、塩素ド
−プの高抵抗CdTe半導体単結晶からなる基板2(厚
さ:2mm、幅:2mmの立方体)の対向する両主面を研磨
し、研磨による加工変質層をブロム−メタノール溶液な
どのエッチング液を用いてエッチング除去する。その一
方の面上に真空蒸着法により厚さ150nmのインジウム
(In)からなるアノード電極4を形成する。その後、
アノード電極3に対向する基板2の他の主面を塩化第2
白金酸(ヘキサクロロ白金(IV)酸、2g/l)水溶液に
浸漬することにより無電解めっき法により厚さ100nm
のカソード電極3を形成する。カソード電極3として
は、金(Au)などを用いることもでき、形成方法とし
てはリーク電流を低くできるので置換めっき法などの無
電解めっき法を用いることが望ましい。アノード電極4
としては、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)な
どを用いることもでき、形成方法としては真空蒸着法な
どの基板2との界面に酸化物を生じにくい形成方法を用
いることが望ましい。さらに、電極特性の均一性の向上
のためアノード電極4の形成直前、かつカソード電極3
の形成以前に100〜200℃の熱処理することが望ま
しく。この際、カソード電極3を熱処理すると電子に対
する電気的障壁が低くなることがあるため、アノード電
極4を先に形成している。
【0014】測定対象となるX線6が照射される方向に
向いてアノード電極4が固定され、それぞれの電極3、
4から配線が取り出されており、アノード電極4はバイ
アス電源8の正電位に接続されている。カソード電極3
はデジタル電流計7を介してバイアス電源8の負電位に
接続されている。半導体検出素子1に流れる電流は、デ
ジタル電流計7内の電流検出回路により検出され、その
信号はデジタル電流計7内のA/D変換回路に入力され
る。このA/D変換回路は、二重積分型変換回路であ
り、X線6による電流パルスの連続時間よりも充分長い
28mSの積分時間内の電流信号を積分し、その時間平
均電流値に変換する演算手段として動作する。そして、
デジタル電流計7はその時間平均電流値を表示、記録す
る。時間平均電流値の測定手段は、当業者には周知の他
のアナログ電気回路などによっても構成することもでき
る。なお、バイアス電圧は100Vとし、基板2内の電
界を50V/mmとしているが、アノード電極側からの
放射線入射におけるキャリア収集効率を高めるためには
この電界を30V/mm以上とする。
【0015】放射線量に起因する電流パルスの平均電流
の経時変動量を図2に示す。経時変動量は、X線照射開
始時と一定時間後における電流値の1分あたりの変化量
として測定し、X線照射量との関係を評価した。アノー
ド電極4側からX線を入射した本実施例(●)では、経
時的変動量は2nA/分以下であり、測定電流175n
A(X線量10mR/秒に相当)のとき2%以下の精度
での測定が可能となる。比較例(○)として、カソード
電極3からX線を入射した測定結果を示している。この
場合は、経時的変動量は10nA/分程度であり、5%
以上の精度での測定は困難であることがわかる。したが
って、本実施例によれば、高い線量のX線を連続的に照
射した際にも検出出力の経時的な変動が少ないため、高
い精度でのX線強度の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるCdTe放射線検出器を説明する
ための図である。
【図2】実施例および比較例による電流パルスの平均電
流の経時変動量を示す図である。
【符号の説明】
1 半導体検出素子 2 基板(化合物半導体) 3 カソード電極 4 アノード電極 6 X線 7 デジタル電流計 8 バイアス電源

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)放射線に有感な化合物半導体と、 (b)該化合物半導体の一主面に設けられ、放射線が入射
    するアノード電極と、 (c)該一主面に対向する前記化合物半導体の他の主面に
    設けられたカソード電極と、 (d)前記アノード電極に正電位、前記カソード電極に負
    電位を印加するバイアス手段と (e)前記アノード電極と前記カソード電極間をながれる
    電流を検出する電流検出手段とを含むことを特徴とする
    半導体放射線検出器。
  2. 【請求項2】 前記アノード電極は正孔に対し高い電気
    的障壁を示す材料から構成され、かつ、前記カソード電
    極は電子に対し高い電気的障壁を示す材料から構成され
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体放射線検出
    器。
  3. 【請求項3】 前記アノード電極は真空蒸着法により形
    成され、かつ、前記カソード電極は無電解めっき法によ
    り形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導
    体放射線検出器。
  4. 【請求項4】 前記電流検出手段が前記電流の時間平均
    値を算出する手段を含むことを特徴とする請求項1記載
    の半導体放射線検出器。
JP6139650A 1994-05-31 1994-05-31 半導体放射線検出器 Pending JPH07325157A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010088066A3 (en) * 2009-02-02 2010-10-28 Redlen Technologies Inc. Solid-state radiation detector with improved sensitivity
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