JPH0797140B2 - 半導体回折ｘ線検出素子 - Google Patents
半導体回折ｘ線検出素子Info
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- JPH0797140B2 JPH0797140B2 JP62272553A JP27255387A JPH0797140B2 JP H0797140 B2 JPH0797140 B2 JP H0797140B2 JP 62272553 A JP62272553 A JP 62272553A JP 27255387 A JP27255387 A JP 27255387A JP H0797140 B2 JPH0797140 B2 JP H0797140B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属などの多結晶表面にＸ線を照射して得られ
る回折Ｘ線の強度分布を測定する半導体放射線検出素子
に関する。
る回折Ｘ線の強度分布を測定する半導体放射線検出素子
に関する。
一般に結晶表面にＸ線ビームを照射するとその結晶表面
の原子に反発されてＸ線は反射する。Ｘ線は波の伝播と
同じで反射する方向により強め合うという回折現象があ
り、これはBraggの法則と呼ばれ、原子面の間隔とＸ線
の波長に関し（１）式で示される。
の原子に反発されてＸ線は反射する。Ｘ線は波の伝播と
同じで反射する方向により強め合うという回折現象があ
り、これはBraggの法則と呼ばれ、原子面の間隔とＸ線
の波長に関し（１）式で示される。
ｎλ＝2d sinθ ……（１） 但し λ:X線の波長（Å） d:結晶面間隔（Å） θ:Bragg角（回折角） 金属などの多結晶体の表面スポット状のＸ線を照射する
と結晶の格子面によって決まる特定の方向にＸ線が回折
され、その回折Ｘ線は入射Ｘ線に対して結晶面上の照射
点を頂点とする円錐状に連続な同心円となる。これら回
折Ｘ線の（１）式を満足する回折角θやその変化および
各回折角における強度比を求めることにより残留応力の
測定，構成元素の定性分析もしくは定量分析などが行な
われている。回折Ｘ線を検出するための検出器はGM計
数管，比例計数管またはシンチレーションカウンターな
どの０次元計数管，位置敏感型比例計数管，および
短冊型のホトダイオードを一列に並べたものやホドダイ
オードの表面にＸ線シンチレータを配置したものなどが
一般に知られている。
と結晶の格子面によって決まる特定の方向にＸ線が回折
され、その回折Ｘ線は入射Ｘ線に対して結晶面上の照射
点を頂点とする円錐状に連続な同心円となる。これら回
折Ｘ線の（１）式を満足する回折角θやその変化および
各回折角における強度比を求めることにより残留応力の
測定，構成元素の定性分析もしくは定量分析などが行な
われている。回折Ｘ線を検出するための検出器はGM計
数管，比例計数管またはシンチレーションカウンターな
どの０次元計数管，位置敏感型比例計数管，および
短冊型のホトダイオードを一列に並べたものやホドダイ
オードの表面にＸ線シンチレータを配置したものなどが
一般に知られている。
通常回折Ｘ線の強度分布の測定はGM管や比例計数管を使
用しており、これらの検出器の受感部は直径10〜20mmの
大きさをもっている。そこで試料表面に照射するＸ線の
形状は感度を高めるためにスポット状ではなく照射方向
に対しておよそ20mm程度の幅をもたせてあり、その回折
Ｘ線もほぼこの形で回折されて検出器受感部に入射し、
これを測定している。第８図はこの様子を模式的に図示
したものであり、試料に照射したＸ線の回折Ｘ線の状態
を表わしている。
用しており、これらの検出器の受感部は直径10〜20mmの
大きさをもっている。そこで試料表面に照射するＸ線の
形状は感度を高めるためにスポット状ではなく照射方向
に対しておよそ20mm程度の幅をもたせてあり、その回折
Ｘ線もほぼこの形で回折されて検出器受感部に入射し、
これを測定している。第８図はこの様子を模式的に図示
したものであり、試料に照射したＸ線の回折Ｘ線の状態
を表わしている。
第８図において、図示してないＸ線管球から出射された
Ｘ線１は遮弊板２に設けられたスリット３を通りＤなる
幅をもって試料４に照射され、そのままの形で実線およ
び点線の矢印で示した多くの回折Ｘ線５を生ずる、した
がってこれらの回折Ｘ線はいずれもＤの幅をもってい
る。その結果第８図のように多数の矢印５で示した回折
Ｘ線によって等しい半径をもつ幅Ｄの帯状に斜線を施し
てその一部を表わした円筒面上の領域Ａが存在する。
Ｘ線１は遮弊板２に設けられたスリット３を通りＤなる
幅をもって試料４に照射され、そのままの形で実線およ
び点線の矢印で示した多くの回折Ｘ線５を生ずる、した
がってこれらの回折Ｘ線はいずれもＤの幅をもってい
る。その結果第８図のように多数の矢印５で示した回折
Ｘ線によって等しい半径をもつ幅Ｄの帯状に斜線を施し
てその一部を表わした円筒面上の領域Ａが存在する。
この円筒面上における各回折Ｘ線５のＸ線強度は円筒面
の幅Ｄに関してはそれぞれ等しい値をもつ。第９図は任
意に選んだ回折Ｘ線強度と円筒面の幅Ｄの延長方向も含
めてこれらの関係を示した線図であり、このことはすべ
ての回折Ｘ線５について同じである。一方これら回折Ｘ
線５の強度分布を回折角（θ）との関係で示したのが第
10図であり、第９図の関係もあわせて立体的な曲線とし
て表わしてある。第10図のように各回折Ｘ線５の強度は
それぞれの回折角θによって異なる。すなわち、照射Ｘ
線はスリットによって幅Ｄに絞られ、そのままの形で結
晶表面で回折され、個々の回折Ｘ線５については幅Ｄの
間でＸ線強度は等しいが、各回折Ｘ線５の相互間ではＸ
線強度は分布をもっている。
の幅Ｄに関してはそれぞれ等しい値をもつ。第９図は任
意に選んだ回折Ｘ線強度と円筒面の幅Ｄの延長方向も含
めてこれらの関係を示した線図であり、このことはすべ
ての回折Ｘ線５について同じである。一方これら回折Ｘ
線５の強度分布を回折角（θ）との関係で示したのが第
10図であり、第９図の関係もあわせて立体的な曲線とし
て表わしてある。第10図のように各回折Ｘ線５の強度は
それぞれの回折角θによって異なる。すなわち、照射Ｘ
線はスリットによって幅Ｄに絞られ、そのままの形で結
晶表面で回折され、個々の回折Ｘ線５については幅Ｄの
間でＸ線強度は等しいが、各回折Ｘ線５の相互間ではＸ
線強度は分布をもっている。
以上のことから、従来回折Ｘ線の回折角θを求めるとき
は、第８図に示した領域Ａを含む円筒面に対して検出器
の受感部を常に垂直に保ちながら、普通ゴニオメータと
組み合わせて検出器を回転させ、各回折Ｘ線５の間の強
度変化を検出することにより、これらに対応する回折角
θを求めている。
は、第８図に示した領域Ａを含む円筒面に対して検出器
の受感部を常に垂直に保ちながら、普通ゴニオメータと
組み合わせて検出器を回転させ、各回折Ｘ線５の間の強
度変化を検出することにより、これらに対応する回折角
θを求めている。
以上のように回折Ｘ線の強度分布を測定するのに、前述
のGM計数管や比例計数管を用い、検出器をゴニオメー
タと組み合わせて円軌道を走査しているが、このような
測定は長時間を要するだけでなく、高精度の駆動装置を
備えねばならず、その結果重量が大きくなり、可搬型の
装置とするには不適当である。そこで測定時間の短縮を
目的として前述の位置敏感型比例計数管が考案されて
いる。これは比例計数管を一次元化したものであり、従
来の０次元計数管に比べて測定時間が約1/10に短縮され
るが、常時ガスを供給するためのガスボンベと減圧弁，
圧力調整器，ガス流量計などの付帯設備を必要とするの
で、これも可搬型装置には適さない。さらに前述の幅
約25μｍに微細化した短冊型のフォトダイオードを１列
に並べたものや、フォトダイオードとＸ線シンチレータ
とを組み合わせたものは、製造工数が多く構造も複雑で
あり、高価なものになるなど、いずれも実用上の問題を
もっている。
のGM計数管や比例計数管を用い、検出器をゴニオメー
タと組み合わせて円軌道を走査しているが、このような
測定は長時間を要するだけでなく、高精度の駆動装置を
備えねばならず、その結果重量が大きくなり、可搬型の
装置とするには不適当である。そこで測定時間の短縮を
目的として前述の位置敏感型比例計数管が考案されて
いる。これは比例計数管を一次元化したものであり、従
来の０次元計数管に比べて測定時間が約1/10に短縮され
るが、常時ガスを供給するためのガスボンベと減圧弁，
圧力調整器，ガス流量計などの付帯設備を必要とするの
で、これも可搬型装置には適さない。さらに前述の幅
約25μｍに微細化した短冊型のフォトダイオードを１列
に並べたものや、フォトダイオードとＸ線シンチレータ
とを組み合わせたものは、製造工数が多く構造も複雑で
あり、高価なものになるなど、いずれも実用上の問題を
もっている。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は角度分解能と感度が高く、しかも構造が簡単で製作
の容易な可搬型の回折Ｘ線測定装置に適する半導体Ｘ線
検出素子を提供することにある。
的は角度分解能と感度が高く、しかも構造が簡単で製作
の容易な可搬型の回折Ｘ線測定装置に適する半導体Ｘ線
検出素子を提供することにある。
本発明の半導体回折Ｘ線検出素子は半導体層内に相対す
る辺の長さが等しい所定数の四辺形単位素子をそれぞれ
互に隣接されて複数行と（ｎ＋１）列に形成し（但し
（ｎ＞１）、第２列以下の各単位素子の中心点をいずれ
も隣接する前列の単位素子の中心点に対して1/nづつ列
方向にずらせた単位素子集合体としたものであり、この
とき第２行第１列に位置する単位素子と第１行第（ｎ＋
１）列に位置する単位素子とは列方向でずれを生じない
位置関係を保つように構成してある。
る辺の長さが等しい所定数の四辺形単位素子をそれぞれ
互に隣接されて複数行と（ｎ＋１）列に形成し（但し
（ｎ＞１）、第２列以下の各単位素子の中心点をいずれ
も隣接する前列の単位素子の中心点に対して1/nづつ列
方向にずらせた単位素子集合体としたものであり、この
とき第２行第１列に位置する単位素子と第１行第（ｎ＋
１）列に位置する単位素子とは列方向でずれを生じない
位置関係を保つように構成してある。
本発明の半導体回折Ｘ線検出素子は上記のような配列か
らなる単位素子の集合体となるように形成してあるため
に、この単位素子集合体を、所定の幅をもって反射する
回折Ｘ線上の被測定物からの所定距離を半径とする円筒
面状領域で被測定物に対向させ、単位素子集合体の各列
に直角となる方向と回折Ｘ線の幅方向とを一致させるこ
とにより、第９図にように回折Ｘ線の幅方向の強度は等
しいので、これらの素子を備えた検出器を回転させるこ
となく回折Ｘ線をもれなく受感することができる。すな
わち本発明の検出素子は単位素子の外径寸法を小さくし
なくてもその数を増したのと同じであり、したがって高
感度，高分解能で回折Ｘ線の強度分布を求めることが可
能となる。また単位素子集合体の最終列は各回折Ｘ線の
幅方向強度の等しいことを確認するためのモニターとし
て用いる。
らなる単位素子の集合体となるように形成してあるため
に、この単位素子集合体を、所定の幅をもって反射する
回折Ｘ線上の被測定物からの所定距離を半径とする円筒
面状領域で被測定物に対向させ、単位素子集合体の各列
に直角となる方向と回折Ｘ線の幅方向とを一致させるこ
とにより、第９図にように回折Ｘ線の幅方向の強度は等
しいので、これらの素子を備えた検出器を回転させるこ
となく回折Ｘ線をもれなく受感することができる。すな
わち本発明の検出素子は単位素子の外径寸法を小さくし
なくてもその数を増したのと同じであり、したがって高
感度，高分解能で回折Ｘ線の強度分布を求めることが可
能となる。また単位素子集合体の最終列は各回折Ｘ線の
幅方向強度の等しいことを確認するためのモニターとし
て用いる。
以下本発明を実施例に基づき説明する。
本発明の半導体回折Ｘ線検出素子はダイオード構造を有
する半導体層の接合部に逆バイアスを印加して空乏層を
拡げ、その空乏層中に入射した回折Ｘ線の飛程に生ずる
電子−正孔対をカウントすることにより回折Ｘ線の強度
分布を求めるものであり、製作に当っては通常の半導体
素子と同様の方法を適用することができるのでその説明
を省略し、本発明検出素子の特徴が前述のように検出器
を回転させる代りに多数の単位素子の接合部を半導体層
内にアレイ状に形成したものをその回転軌道上に配置す
る点にあることから、まずこれら単位素子の並べ方につ
いて述べる。
する半導体層の接合部に逆バイアスを印加して空乏層を
拡げ、その空乏層中に入射した回折Ｘ線の飛程に生ずる
電子−正孔対をカウントすることにより回折Ｘ線の強度
分布を求めるものであり、製作に当っては通常の半導体
素子と同様の方法を適用することができるのでその説明
を省略し、本発明検出素子の特徴が前述のように検出器
を回転させる代りに多数の単位素子の接合部を半導体層
内にアレイ状に形成したものをその回転軌道上に配置す
る点にあることから、まずこれら単位素子の並べ方につ
いて述べる。
第１図は本発明の検出素子に形成される単位素子集合体
の一部を示した模式的な平面図である。第１図は例えば
一辺の長さがａの正方形の単位素子６を所定の大きさの
図示していない半導体層内に、複数の行と（ｎ＋１）列
に配列されるように形成したものであることを表わして
いる。（但しｎは任意の整数でｎ＞１）である。この際
列方向に並ぶ単位素子は、第２列以下を隣接する単位素
子６に対して一定寸法だけ、いずれも列方向にずれるよ
うに形成する。そのずらし方は各単位素子６の中心点を
列方向に結ぶ直線Ｐと行方向に結ぶ直線Ｑとが斜交する
ように、第２列以下の単位素子６の中心点を、隣接する
前列の単位素子６の中心点に対して、行方向で隣接する
単位素子辺の長さａの1/nだけ各列とも列方向にずらせ
る。このようにすると斜線を施して示した第２行第１列
に位置する単位素子と、第１行第（ｎ＋１）列に位置す
る単位素子とは列方向で位置がずれることなく、第１列
第３行以下と第（ｎ＋１）列第２行以下についても当然
この関係を保つようになる。
の一部を示した模式的な平面図である。第１図は例えば
一辺の長さがａの正方形の単位素子６を所定の大きさの
図示していない半導体層内に、複数の行と（ｎ＋１）列
に配列されるように形成したものであることを表わして
いる。（但しｎは任意の整数でｎ＞１）である。この際
列方向に並ぶ単位素子は、第２列以下を隣接する単位素
子６に対して一定寸法だけ、いずれも列方向にずれるよ
うに形成する。そのずらし方は各単位素子６の中心点を
列方向に結ぶ直線Ｐと行方向に結ぶ直線Ｑとが斜交する
ように、第２列以下の単位素子６の中心点を、隣接する
前列の単位素子６の中心点に対して、行方向で隣接する
単位素子辺の長さａの1/nだけ各列とも列方向にずらせ
る。このようにすると斜線を施して示した第２行第１列
に位置する単位素子と、第１行第（ｎ＋１）列に位置す
る単位素子とは列方向で位置がずれることなく、第１列
第３行以下と第（ｎ＋１）列第２行以下についても当然
この関係を保つようになる。
本発明の検出素子は以上のごとく所定数の単位素子６を
行列に配置し、これらの間に一定の位置関係を有する単
位素子集合体として形成したものである。例えば単位素
子６を一辺の長さａが2mmの正方形とし、これを例えば5
0行11列すなわちｎ＝10として上述にように配列したと
きは、第２列以下の第ｎ列までのすべての単位素子６を
第１列上に重ねてみると、2mm×50＝100mmの間に2mm/10
＝0.2mmの短冊形に分割された単位素子を一列に並べた
ことになる。すなわち1/nに分割された単位素子を行数
のｎ倍直列に並べたものとなる。
行列に配置し、これらの間に一定の位置関係を有する単
位素子集合体として形成したものである。例えば単位素
子６を一辺の長さａが2mmの正方形とし、これを例えば5
0行11列すなわちｎ＝10として上述にように配列したと
きは、第２列以下の第ｎ列までのすべての単位素子６を
第１列上に重ねてみると、2mm×50＝100mmの間に2mm/10
＝0.2mmの短冊形に分割された単位素子を一列に並べた
ことになる。すなわち1/nに分割された単位素子を行数
のｎ倍直列に並べたものとなる。
次にこの単位素子集合体とした本発明の検出素子の使い
方について再び第８図以下を参照して述べると、第８図
に示した試料４から反射し、幅Ｄおよび等しい半径をも
って存在する回折Ｘ線５の円筒面領域Ａにこの検出素子
を試料４と対向させて、検出素子の各列に直角な方向と
回折Ｘ線５の幅Ｄの方向とを一致させて設ける。そして
検出素子の（ｎ＋１）列目の各単位素子は第９図によう
に回折Ｘ線の強度が幅方向で等しいことを確認するため
のモニターとして用いる。かくして本発明の検出素子を
用いるときは、前に述べたように例えば2mm角単位素子
を50行11列配置したものでは回折Ｘ線に対して0.2mm幅5
00個の短冊素子列で受けることになるから、検出素子全
体を領域Ａ上を回転させることなく感度と角度分解能を
高めることができる。したがってｎの値をできるだけ大
きく設定した方がその効果は顕著になる。また本発明の
検出素子は微細な多数の単位素子を多数１列に並べるの
に比べて製造が遥かに容易であることは構成上明らかで
ある。
方について再び第８図以下を参照して述べると、第８図
に示した試料４から反射し、幅Ｄおよび等しい半径をも
って存在する回折Ｘ線５の円筒面領域Ａにこの検出素子
を試料４と対向させて、検出素子の各列に直角な方向と
回折Ｘ線５の幅Ｄの方向とを一致させて設ける。そして
検出素子の（ｎ＋１）列目の各単位素子は第９図によう
に回折Ｘ線の強度が幅方向で等しいことを確認するため
のモニターとして用いる。かくして本発明の検出素子を
用いるときは、前に述べたように例えば2mm角単位素子
を50行11列配置したものでは回折Ｘ線に対して0.2mm幅5
00個の短冊素子列で受けることになるから、検出素子全
体を領域Ａ上を回転させることなく感度と角度分解能を
高めることができる。したがってｎの値をできるだけ大
きく設定した方がその効果は顕著になる。また本発明の
検出素子は微細な多数の単位素子を多数１列に並べるの
に比べて製造が遥かに容易であることは構成上明らかで
ある。
第２図は本発明の回折Ｘ線検出素子の構造を示した部分
断面図である。第２図において本発明の検出素子は例え
ば比抵抗200Ωcmのｎ形シリコン基板７にP+層８とn+層
９を形成したプレーナ形pn接合構造を有し、アルミニウ
ムを蒸着した表面電極10の裏面電極11を設けてある。表
面電極10は各単位素子毎に設け、裏面電極11は各単位素
子に共通する。12はSiO2の絶縁膜である。使用に当たっ
ては表面電極10にそれぞれとりつけた図示してないリー
ド線から、順次前置増幅器，主増幅器，計数回路などを
接続し、裏面電極11は共通電位で接地する。
断面図である。第２図において本発明の検出素子は例え
ば比抵抗200Ωcmのｎ形シリコン基板７にP+層８とn+層
９を形成したプレーナ形pn接合構造を有し、アルミニウ
ムを蒸着した表面電極10の裏面電極11を設けてある。表
面電極10は各単位素子毎に設け、裏面電極11は各単位素
子に共通する。12はSiO2の絶縁膜である。使用に当たっ
ては表面電極10にそれぞれとりつけた図示してないリー
ド線から、順次前置増幅器，主増幅器，計数回路などを
接続し、裏面電極11は共通電位で接地する。
なおこれまで述べてきた単位素子集合体としての本発明
の検出素子は、第２図のごとく共通のシリコン基板７に
パターニングにより多数のダイオード構造をつくり込む
ものであるから、実際上は第１図にみられるように単位
素子同志の間で表面に境界線が見える訳ではなく、作動
状態において空乏増の拡がる領域をこの場合の単位素子
と称したのであり、これらの形状と配置関係を説明する
ための便宜上，第１図では境界線を入れ、第２図では点
線によって単位素子を表示している。
の検出素子は、第２図のごとく共通のシリコン基板７に
パターニングにより多数のダイオード構造をつくり込む
ものであるから、実際上は第１図にみられるように単位
素子同志の間で表面に境界線が見える訳ではなく、作動
状態において空乏増の拡がる領域をこの場合の単位素子
と称したのであり、これらの形状と配置関係を説明する
ための便宜上，第１図では境界線を入れ、第２図では点
線によって単位素子を表示している。
以上第１図では単位素子の形状が正方形の場合について
述べたが、この形状は相対する辺の長さが等しい四辺形
であればよく、長方形や平行四辺形としても適用するこ
とができる。第３図は単位素子63の形状を平行四辺形と
したときの単位素子集合体の配列の一部を模式的な平面
図として第１図に做って示したものである。第３図も第
１図と全く同様に単位素子63を複数行の（ｎ＋１）列に
形成し、第２列以下の単位素子63の中心点がいずれも前
列の隣接単位素子63の中心点に対して、行方向に隣接す
る単位素子辺の長さｂの1/nだけ列方向にずれるように
検出素子を形成し、使用時にも第１図の場合と同様回折
Ｘ線の幅Ｄの方向と単位素子63の列方向に直角な方向と
を一致させることにより、第１図と同様の効果が得られ
る。第３図にものもｎの値は大きくした方が有利なこと
は勿論である。第３図が第１図と異なる所は、両図から
わかるように単位素子６と63の形状の相違により、第１
図では検出素子の列方向端部が階段状になるのに対し、
第３図には列方向端部が揃い、検出素子全体も平行四辺
形を呈するようになる。これら二つの検出素子の形状を
比較すると全体として単純な形状となる第３図の方が製
造しやすいという点で有効である。素子構造については
基本的に第２図と同じである。
述べたが、この形状は相対する辺の長さが等しい四辺形
であればよく、長方形や平行四辺形としても適用するこ
とができる。第３図は単位素子63の形状を平行四辺形と
したときの単位素子集合体の配列の一部を模式的な平面
図として第１図に做って示したものである。第３図も第
１図と全く同様に単位素子63を複数行の（ｎ＋１）列に
形成し、第２列以下の単位素子63の中心点がいずれも前
列の隣接単位素子63の中心点に対して、行方向に隣接す
る単位素子辺の長さｂの1/nだけ列方向にずれるように
検出素子を形成し、使用時にも第１図の場合と同様回折
Ｘ線の幅Ｄの方向と単位素子63の列方向に直角な方向と
を一致させることにより、第１図と同様の効果が得られ
る。第３図にものもｎの値は大きくした方が有利なこと
は勿論である。第３図が第１図と異なる所は、両図から
わかるように単位素子６と63の形状の相違により、第１
図では検出素子の列方向端部が階段状になるのに対し、
第３図には列方向端部が揃い、検出素子全体も平行四辺
形を呈するようになる。これら二つの検出素子の形状を
比較すると全体として単純な形状となる第３図の方が製
造しやすいという点で有効である。素子構造については
基本的に第２図と同じである。
さらに本発明の回折Ｘ線検出素子は、本発明者らが半導
体放射線検出器として、特開昭59−227168号公報により
開示した単結晶シリコンと非晶質シリコンのヘテロ接合
構造を適用することができる。第４図ないし第６図はこ
のヘテロ接合構造を用いた本発明の検出素子の説明図で
あり、第４図は部分的な斜視図，第５図は要部断面図，
第６図は電極配置と単位素子の関係を表わし、以下これ
らの図を併用参照して説明する。この検出素子は第４
図，第５図にように単結晶シリコン基板13の表面に非晶
質シリコン膜14を形成した後、例えばアルミニウムの表
面電極15を非晶質シリコン膜14の表面に、裏面電極16を
反対面の単結晶シリコン基板13の表面に真空蒸着により
付着させた構造を有する。そしてこれら両電極15,16を
設けるとき、まず非晶質シリコン膜14の表面に複数個の
細長い矩形状の電極15を互に平行に等間隔に披着し、単
結晶シリコン基板13の裏面側には表面電極15と斜交する
ように表面と同じく複数個の互に平行で等間隔の矩形状
電極16を披着する。
体放射線検出器として、特開昭59−227168号公報により
開示した単結晶シリコンと非晶質シリコンのヘテロ接合
構造を適用することができる。第４図ないし第６図はこ
のヘテロ接合構造を用いた本発明の検出素子の説明図で
あり、第４図は部分的な斜視図，第５図は要部断面図，
第６図は電極配置と単位素子の関係を表わし、以下これ
らの図を併用参照して説明する。この検出素子は第４
図，第５図にように単結晶シリコン基板13の表面に非晶
質シリコン膜14を形成した後、例えばアルミニウムの表
面電極15を非晶質シリコン膜14の表面に、裏面電極16を
反対面の単結晶シリコン基板13の表面に真空蒸着により
付着させた構造を有する。そしてこれら両電極15,16を
設けるとき、まず非晶質シリコン膜14の表面に複数個の
細長い矩形状の電極15を互に平行に等間隔に披着し、単
結晶シリコン基板13の裏面側には表面電極15と斜交する
ように表面と同じく複数個の互に平行で等間隔の矩形状
電極16を披着する。
前述のように単位素子は、表裏電極間に逆バイアスを印
加したとき半導体層内に拡がる空乏層により形成される
ものであるから、第４図，第５図の電極配置では表裏両
電極15と16が半導体層を介在して交差している領域内で
逆電圧により非晶質シリコン膜14側から空乏層が拡が
り、平行四辺形の互に隣接した単位素子が形成されるこ
とになる。その様子を示したのが第６図であり、電極配
置と形成される単位素子の関係の一部を模式的な平面図
で表わしてある。第６図は例えば複数行の実線の表面電
極15と（ｎ＋１）列の点線の裏面電極16の間に形成され
る単位素子66を一点鎖線で示してあり、電極15と16の交
差領域の中心点を行方向に対して列方向が1/nづつずれ
るように両電極15と16を配置したとき、これに伴って形
成される単位素子66同士の位置関係は第３図の場合と全
く同様になることを表わすものである。すなわち単位素
子66は斜交する行と列に形成され、第２列以下はこれら
の中心点が前列の隣接単位素子66の中心点に対し、行方
向で隣接する単位素子辺の長さＣの1/nだけ列方向にず
れるようになり、斜線を施して示した第１列第２行の単
位素子と第（ｎ＋１）列第１行の単位素子とは列方向で
位置ずれを生じないという位置関係をもつ単位素子66の
集合体となる。使用の際に試料と対向させるときの方向
を第８図のＡ領域で回折Ｘ線５の幅Ｄ方向とこの検出素
子の列方向に直角な方向とを合わせ、第（ｎ＋１）列に
ある単位素子はモニターとして用いることも第１図，第
３図の場合と全く同じである。
加したとき半導体層内に拡がる空乏層により形成される
ものであるから、第４図，第５図の電極配置では表裏両
電極15と16が半導体層を介在して交差している領域内で
逆電圧により非晶質シリコン膜14側から空乏層が拡が
り、平行四辺形の互に隣接した単位素子が形成されるこ
とになる。その様子を示したのが第６図であり、電極配
置と形成される単位素子の関係の一部を模式的な平面図
で表わしてある。第６図は例えば複数行の実線の表面電
極15と（ｎ＋１）列の点線の裏面電極16の間に形成され
る単位素子66を一点鎖線で示してあり、電極15と16の交
差領域の中心点を行方向に対して列方向が1/nづつずれ
るように両電極15と16を配置したとき、これに伴って形
成される単位素子66同士の位置関係は第３図の場合と全
く同様になることを表わすものである。すなわち単位素
子66は斜交する行と列に形成され、第２列以下はこれら
の中心点が前列の隣接単位素子66の中心点に対し、行方
向で隣接する単位素子辺の長さＣの1/nだけ列方向にず
れるようになり、斜線を施して示した第１列第２行の単
位素子と第（ｎ＋１）列第１行の単位素子とは列方向で
位置ずれを生じないという位置関係をもつ単位素子66の
集合体となる。使用の際に試料と対向させるときの方向
を第８図のＡ領域で回折Ｘ線５の幅Ｄ方向とこの検出素
子の列方向に直角な方向とを合わせ、第（ｎ＋１）列に
ある単位素子はモニターとして用いることも第１図，第
３図の場合と全く同じである。
この回折Ｘ線検出素子の表裏両電極の交差領域に印加す
る逆電圧は図示してないスイッチング回路を用いて順次
切り替え、メモリー回路と組み合わせて回折Ｘ線の強度
分布を測定することができる。ヘテロ接合構造の半導体
層を用いて電極配置によって多数の斜交する行と列に単
位素子を形成した検出素子はpn接合のものに比べて製造
が簡単であるから工数が短縮され、その上高価な前値増
幅器の数が少くて済むという大きな利点を有する。
る逆電圧は図示してないスイッチング回路を用いて順次
切り替え、メモリー回路と組み合わせて回折Ｘ線の強度
分布を測定することができる。ヘテロ接合構造の半導体
層を用いて電極配置によって多数の斜交する行と列に単
位素子を形成した検出素子はpn接合のものに比べて製造
が簡単であるから工数が短縮され、その上高価な前値増
幅器の数が少くて済むという大きな利点を有する。
以上本発明の回折Ｘ線検出素子について第１図〜第６図
によりその構成と使い方を述べてきたが、次にこれらの
検出素子を用いた回折Ｘ線の測定結果を第７図に示す。
第７図は例えば第４図の構成をもち50行11列の単位素子
を形成する検出素子を用いて得られた測定結果であり、
横軸を回折角（２θ）とし、縦軸は回折Ｘ線の強度を計
数した線図として表わしたものである。試料はクロム
（Cr）粉末であり、対陰極にCrを用いたＸ線管球を使用
し、Ｘ線が試料に入射する角度φ０＝０゜とし計測時間
は５分間である。第７図の曲線にみられるように本発明
の検出素子を用いたことにより、従来のように検出器を
回転走査しなくても非常に多くの測定点を得ることがで
き、測定感度，角度分解能をより高めた検出素子を簡単
な方法で作製することが可能となったことがわかる。第
１図の素子構成をもつものも第７図と同様の結果が得ら
れることは勿論である。
によりその構成と使い方を述べてきたが、次にこれらの
検出素子を用いた回折Ｘ線の測定結果を第７図に示す。
第７図は例えば第４図の構成をもち50行11列の単位素子
を形成する検出素子を用いて得られた測定結果であり、
横軸を回折角（２θ）とし、縦軸は回折Ｘ線の強度を計
数した線図として表わしたものである。試料はクロム
（Cr）粉末であり、対陰極にCrを用いたＸ線管球を使用
し、Ｘ線が試料に入射する角度φ０＝０゜とし計測時間
は５分間である。第７図の曲線にみられるように本発明
の検出素子を用いたことにより、従来のように検出器を
回転走査しなくても非常に多くの測定点を得ることがで
き、測定感度，角度分解能をより高めた検出素子を簡単
な方法で作製することが可能となったことがわかる。第
１図の素子構成をもつものも第７図と同様の結果が得ら
れることは勿論である。
本発明の実施例はいずれも半導体基板材料にシリコンを
用いたものについて説明したが、そのほかCdTeやGaAsな
どの化合物半導体を用いることも可能であり、素子構造
についてもpn接合構造やヘテロ接合だけでなく表面障壁
形構造を適用することもできる。
用いたものについて説明したが、そのほかCdTeやGaAsな
どの化合物半導体を用いることも可能であり、素子構造
についてもpn接合構造やヘテロ接合だけでなく表面障壁
形構造を適用することもできる。
本発明の半導体回折Ｘ線検出素子は実施で述べたごと
く、接合部を有する半導体層内に多くの単位素子を互に
隣接する行と列に形成するものであり、これら配列を行
方向に対して列方向の単位素子を一定の割合で列方向に
ずらせた単位素子集合体となるように構成したことによ
り、次にごとき多くの利点が得られた。
く、接合部を有する半導体層内に多くの単位素子を互に
隣接する行と列に形成するものであり、これら配列を行
方向に対して列方向の単位素子を一定の割合で列方向に
ずらせた単位素子集合体となるように構成したことによ
り、次にごとき多くの利点が得られた。
（１）本検出素子を備えた検出器は、回折Ｘ線の強度分
布を求めるとき、試料に対して回転させる必要がなく、
高価な駆動装置も不要となり、可搬型として用いるのに
好適である。
布を求めるとき、試料に対して回転させる必要がなく、
高価な駆動装置も不要となり、可搬型として用いるのに
好適である。
（２）微細化した素子を数多く直列に並べなくても実質
的に素子数を増すことができ、従来より感度，角度分解
能の高い回折Ｘ線検出素子として作動する。
的に素子数を増すことができ、従来より感度，角度分解
能の高い回折Ｘ線検出素子として作動する。
（３）測定時間を短縮することができる。
（４）とくにヘテロ接合構造をもつもののように、製造
方法が極めて簡単容易であるために、低価格な検出素子
が得られる。
方法が極めて簡単容易であるために、低価格な検出素子
が得られる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明検出素子に形成される正方形単位素子の
配列の一部を示す模式的な平面図，第２図はその素子構
造を示す部分断面図，第３図は平行四辺形単位素子とし
たときの配列の一部を示す模式的平面図，第４図はヘテ
ロ接合構造をもつ本発明検出素子を示す部分斜視図，第
５図は同じく素子構造を示す部分断面図，第６図は同じ
く電極配置と単位素子の配列関係を示す模式的な平面
図，第７図は本発明検出素子を用いて測定した回折Ｘ線
の回折角と強度の関係を表わす特性線図，第８図は試料
から反射する回折Ｘ線の状態を表わす模式図，第９図は
回折Ｘ線の幅と強度の関係を示す線図，第10図は回折Ｘ
線の回折角と強度分布の関係を表わす線図である。 １……照射Ｘ線、４……試料、５……回折Ｘ線、6,63,6
6……単位素子、７……ｎ形シリコン基板、10,15……表
面電極、11,16……裏面電極、13……単結晶シリコン基
板、14……非晶質シリコン膜。
配列の一部を示す模式的な平面図，第２図はその素子構
造を示す部分断面図，第３図は平行四辺形単位素子とし
たときの配列の一部を示す模式的平面図，第４図はヘテ
ロ接合構造をもつ本発明検出素子を示す部分斜視図，第
５図は同じく素子構造を示す部分断面図，第６図は同じ
く電極配置と単位素子の配列関係を示す模式的な平面
図，第７図は本発明検出素子を用いて測定した回折Ｘ線
の回折角と強度の関係を表わす特性線図，第８図は試料
から反射する回折Ｘ線の状態を表わす模式図，第９図は
回折Ｘ線の幅と強度の関係を示す線図，第10図は回折Ｘ
線の回折角と強度分布の関係を表わす線図である。 １……照射Ｘ線、４……試料、５……回折Ｘ線、6,63,6
6……単位素子、７……ｎ形シリコン基板、10,15……表
面電極、11,16……裏面電極、13……単結晶シリコン基
板、14……非晶質シリコン膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/09 31/10
Claims (4)
- 【請求項１】ダイオード構造を有する半導体層に逆電圧
を印加してこの半導体層に拡がる空乏層に被測定物から
の回折Ｘ線を入射することによって生ずる電子−正孔対
を検出する半導体回折Ｘ線検出素子であって、半導体基
板内に相対する辺の長さが等しい所定数の四辺形単位素
子をそれぞれ互に隣接させて複数行（ｎ＋１）列に形成
し（但しｎ＞１）、第２列以下の各単位素子の中心点を
いずれも前列の単位素子の中心点に対して、行方向で隣
接する前列の単位素子辺の1/nだけ列方向にずらせた単
位素子集合体としたことを特徴とする半導体回折Ｘ線検
出素子。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の検出素子にお
いて、単位素子は長方形であることを特徴とする半導体
回折Ｘ線検出素子。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の検出素子にお
いて、単位素子は平行四辺形であることを特徴とする半
導体回折Ｘ線検出素子。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項または第３項記載の
検出素子において、単結晶半導体基板と非晶質半導体と
のヘテロ接合を有する半導体層の表面に設けられる複数
個の互に平行な長方形の表面電極と、これら表面電極に
対し半導体層をはさんで斜交するように設けられる複数
個の互に平行な長方形の裏面電極とによって平行四辺形
を呈する単位素子が形成されることを特徴とする半導体
回折Ｘ線検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62272553A JPH0797140B2 (ja) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | 半導体回折ｘ線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62272553A JPH0797140B2 (ja) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | 半導体回折ｘ線検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01114741A JPH01114741A (ja) | 1989-05-08 |
| JPH0797140B2 true JPH0797140B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=17515507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62272553A Expired - Fee Related JPH0797140B2 (ja) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | 半導体回折ｘ線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0797140B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4003968B2 (ja) | 2004-02-27 | 2007-11-07 | 株式会社リガク | Ｘ線分析装置 |
| US7196332B2 (en) * | 2004-05-04 | 2007-03-27 | General Electric Company | Monolithic x-ray detector with staggered detection areas |
| JP4794528B2 (ja) * | 2007-10-16 | 2011-10-19 | Ｇｅヘルスケア・ジャパン株式会社 | 放射線検出器 |
-
1987
- 1987-10-28 JP JP62272553A patent/JPH0797140B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01114741A (ja) | 1989-05-08 |
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