JPH10142341A

JPH10142341A - 放射線検出器

Info

Publication number: JPH10142341A
Application number: JP8305277A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Suyama; 本比呂須山; Hiroyuki Hanai; 博之花井; Kazuyoshi Okano; 和芳岡野; Koichiro Oba; 弘一郎大庭
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｘ線またはガンマ線に高い感度を有し、電源
を使用することなく放射線の検出が可能な小型の放射線
検出器を提供する。【解決手段】放射線検出器１は、シンチレータ２と、
紫外線検出素子３とを備える。シンチレータ２と紫外線
検出素子３は、容器４、５に封止され、紫外線が紫外線
検出素子３に効率よく入射されるように、両者２、３は
近接配置される。シンチレータ２は、Ｘ線、ガンマ線が
照射されたときに、紫外線に変換する。この紫外線は、
紫外線検出素子３の感度特性に合うように、３７６ｎｍ
以下の波長を含んでいればよい。紫外線検出素子３は、
シンチレータ２から照射される紫外線を積算量として検
出するＥＰＲＯＭ型の半導体素子である。この素子３
は、導電性接着剤により容器４上に固定される。各電極
は容器４に設けられた取り出しピン６、７、８にワイヤ
ー９によりボンディングされ、測定に利用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線検出器に関
し、特に、不揮発性半導体記憶素子を用いた小型の放射
線検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術としては、実開平４−７５９８
６号公報等に、Ｘ線またはガンマ線検出器が開示されて
いる。この検出器は、シリコン基板上に形成された不揮
発性メモリを用いている。この不揮発性メモリは、シリ
コン酸化膜で周囲を囲まれたフローティングゲート（以
下、ＦＧゲートという）を有したＭＯＳ半導体素子であ
る。

【０００３】このような検出器では、Ｘ線またはガンマ
線（以下、放射線という）がＦＧゲートで吸収される
と、電子がＦＧゲートから放出されることを利用してい
る。つまり、ＦＧゲートに電子を注入し、電子が蓄積さ
れた状態を初期状態とする。この検出器に放射線が照射
されて、ＦＧゲートがこの放射線を吸収すると、酸化膜
のエネルギ−障壁を十分越えることができる程に電子が
励起されて、ＦＧゲートから基板へ放出される。ＦＧゲ
ートの電子が減少すると、ＭＯＳ半導体素子のしきい値
電圧が変動する。この変動値から放射線の被爆量を測定
するのである。

【０００４】また、このような放射線検出器のほかに、
小型で軽量な検出器には、放射線に感光するフィルムを
利用したフィルムバッチがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に開
示された検出器では、数１０ｋｅＶ以上のエネルギーを
持つ放射線に対する感度が著しく低くなるという問題点
があった。この理由は、高エネルギーの放射線は物質の
透過率が高いため、ポリシリコンからなるＦＧゲート内
で吸収される確率が小さいことにある。例えば、厚さ１
μｍのポリシリコンの場合、シリコンの密度とＸ線吸収
係数とから５０ｋｅＶのＸ線の吸収確率を計算すると、
０．０１％程度となる。

【０００６】フィルムバッチには、次のような問題点が
あった。まず、フィルムバッチは小型で軽量であるもの
の、フィルムを現像しないと被爆した放射線量を計測で
きないので、日々の被爆量を直ちに把握する必要がある
用途には適用できない。また、フィルムバッチは回収し
て現像するため、被爆量を把握するまでに時間がかか
る。更に、使い捨てであるため、繰り返し使用できない
ので、費用もかかる。

【０００７】従って、本発明の目的は、高エネルギーの
放射線にも高い感度を有し、且つ放射線の検出が電源を
供給することなしに可能であると共に、被爆量の評価に
時間がかからない小型の放射線検出器を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は次のよ
うな構成とした。

【０００９】本発明に係わる放射線検出器は、入射する
放射線を紫外線に変換するシンチレータと、このシンチ
レータから放射された紫外線が照射される紫外線検出素
子とを備え、紫外線検出素子は、第１導電型のチャネル
領域を挟んで第２導電型のソース領域および第２導電型
のドレイン領域が形成された半導体層と、この半導体層
上に形成されたシリコン酸化膜と、チャネル領域を覆い
シリコン酸化膜上に形成されたＦＧゲートと、ＦＧゲー
トを露出しつつＦＧゲートと容量結合する制御電極と、
を有する。

【００１０】このように、ＦＧゲートを設けたので、Ｆ
Ｇゲート中に電荷を蓄積して、保持できる。また、ＦＧ
ゲートをチャネル領域上に形成したので、ＦＧゲートの
電位によりチャネルの導電率が変調される。更に、シン
チレータを設けたので、放射線を紫外線に変換して紫外
線検出素子に照射できる。更に、また、ＦＧゲートの一
部あるいは全部が制御電極から露出するようにしたの
で、紫外線をＦＧゲートに導入できる。したがって、紫
外線、すなわち、放射線の照射量に応じて、ＦＧゲート
に蓄積された電荷がＦＧゲート外に放出される。つま
り、放射線の照射量の積分値に応じて、チャネル導電率
が変調される。また、ＦＧゲートに容量結合する制御電
極を設けたので、制御電極の電位によりＦＧゲートの電
位を制御して、ＦＧゲートの電荷変化量を検出できる。

【００１１】本発明に係わる放射線検出器は、紫外線検
出素子が、ソース領域およびドレイン領域のいずれか一
方とＦＧゲートに挟まれた対面領域と、対面領域のシリ
コン酸化膜内に形成され、且つトンネル電流を流すトン
ネル酸化膜と、を更に備えているようにしてもよい。

【００１２】このように、対向領域内にトンネル酸化膜
を形成すれば、ＦＧゲートに電荷を注入するときにトン
ネル酸化膜を通過するトンネル電流を使用できる。した
がって、ドレイン電流を流して高エネルギー電子を発生
させることがないので、省電力化できる。

【００１３】本発明に係わる放射線検出器は、シンチレ
ータが、ＦＧゲートに対面して半導体層上に形成されて
いるようにしてもよい。

【００１４】このように、ＦＧゲートに対面してシンチ
レータを半導体層上に設ければ、放射線検出器を小型化
できると共に、変換された紫外線を効率よくＦＧゲート
に導入できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を説明する。また、同一の部分には同一の符号を付
して、重複する記述を省略する。

【００１６】（第１の実施の形態）図１は、本発明の放
射線検出器の斜視断面図である。この放射線検出器１
は、シンチレータ２と、紫外線検出素子３と、収納容器
４、５とを備える。

【００１７】シンチレータ２と紫外線検出素子３は、金
属製ステム４の周辺部を金属製キャップ５と抵抗溶接し
て一体化した容器に封止される。なお、キャップ５の材
料は、放射線を透過させ、紫外線を遮断する材料であれ
ば金属に限られない。

【００１８】シンチレータ２は、Ｘ線、ガンマ線が照射
されたときに、紫外線に変換する。この紫外線は、紫外
線検出素子３の感度特性に合うように、３７６［ｎｍ］
以下の波長を含んでいればよい。このようなシンチレー
タとしては、ＢａＦ₂、不純物を含まないＣｓＩが好ま
しい。これらのシンチレータの発光波長は、それぞれ２
２０［ｎｍ］、３００［ｎｍ］である。また、シンチレ
ータ２は、金属製キャップ５の内側に接着され、固定さ
れる。また、シンチレータ２は、紫外線検出素子３に対
向する位置、あるいは対面する位置に配置されることが
好ましい。変換された紫外線が、紫外線検出素子３に直
接照射されるからである。更に、シンチレータ２は、紫
外線が紫外線検出素子３に効率よく入射されるように、
紫外線検出素子３に近接して配置されることが好まし
い。

【００１９】紫外線検出素子３は、シンチレータ２から
照射される紫外線を積算して検出するシリコン半導体素
子である。この素子３は、導電性接着剤によりダイボン
ドされて、金属製ステム４上に固定される。各電極は金
属ステム４上に設けられた取り出しピン６、７、８にワ
イヤー９を用いてボンディングされるので、放射線検出
器の外部から紫外線検出素子３の状態を電気的に測定で
きる。なお、引き出しピン６、７、８は、絶縁部材１０
により金属ステム４から絶縁されている。

【００２０】このような放射線検出器１は、紫外線検出
素子３が半導体素子で形成されているので、小型化でき
る。したがって、携帯に便利である。

【００２１】図２および図３は、紫外線検出素子の製造
工程の一例を示した工程断面図である。これらを用い
て、紫外線検出素子３の製造方法を説明する。なお、図
２および図３において、紫外線検出素子３は、切断面に
対して対称に形成されている。

【００２２】半導体基板は、Ｐ型シリコン基板（以下、
基板という）２０を使用する（図２（ａ））。以下、基
板２０上にＮ型紫外線検出素子を形成する場合を説明す
る。

【００２３】まず、基板２０の上面表層の活性領域以外
にチャネルストップ層２２とフィールド酸化膜２４を形
成する（図２（ｂ））。これら半導体層２２、酸化膜２
４は、基板上にレジストを塗布し、マスクを用いて露光
し、現像して所定領域のレジストを除去するフォトリソ
グラフィ技術を用いて、次の方法により形成できる。基
板２０のシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を堆積し、
フォトリソグラフィ技術を用いて活性領域外のシリコン
窒化膜をエッチングにより除く。続いて、ホウ素
（Ｂ⁺）のイオン注入を行って基板２０表層にＰ型不純
物を導入する。この後、酸化炉で酸化を行うと、シリコ
ン窒化膜が存在しない基板表面が酸化されて、活性領域
以外の領域にフィールド酸化膜２４と、その下にチャネ
ルストップ層２２が形成される。この後、残されたシリ
コン窒化膜を除去する。

【００２４】次に、ＦＧゲート２６を形成する（図２
（ｃ））。ＦＧゲートは、ゲート酸化膜をチャネル領域
に形成した後に、ポリシリコンを基板２０全体にＣＶＤ
法で堆積する。燐拡散を行った後に、フォトリソグラフ
ィ技術を用いてパターンを形成し、エッチングして形成
する。この後、酸化炉にて酸化して、ＦＧゲートの周囲
を良質の酸化膜で覆う。ＦＧゲート２６は、後の工程で
形成されるソース拡散領域およびドレイン拡散領域に面
して、チャネル領域上に形成される。このように形成す
ると、ＦＧゲートの電位によってチャネルの導電率を変
調することができる。なお、チャネル上とは、ソース拡
散領域およびドレイン拡散領域が対向する間の酸化膜上
をいう。

【００２５】続いて、ソース拡散領域・ドレイン拡散領
域２８となる高濃度のＮ型半導体層を基板表層の活性領
域内に形成する（図３（ａ））。このＮ型半導体層２８
は、燐（Ｐ⁺）を用いてイオン注入により、ＦＧゲート
２６およびフィールド酸化膜２４に対して自己整合的に
形成されることが好ましい。このような高濃度の拡散層
は、後の工程で形成されるメタル電極３４とのオーム性
接触を形成するために利用される。

【００２６】次に、制御電極３０を形成する（図３
（ｂ））。制御電極３０は、ポリシリコンを基板２０全
体にＣＶＤ法で堆積して、燐拡散を行った後に、フォト
リソグラフィ技術を用いてパターンを形成し、エッチン
グして形成する。この後に、酸化炉にて酸化して、制御
電極の周囲を１００［ｎｍ］程度の酸化膜で覆う。制御
電極３０は、シリコン酸化膜を挟んで、ＦＧゲート２６
に対面して形成される。このようにすると、制御電極３
０は、シリコン酸化膜厚と対面する面積によって決まる
静電容量値にてＦＧゲート２６と容量結合する。

【００２７】その後、メタル電極３４を形成する（図３
（ｃ））。まず、メタル電極３４とソース・ドレイン拡
散領域２８および制御電極３０とを接続するために、コ
ンタクト用のＶｉａホールを異方性エッチングにより酸
化膜に開孔する。基板２０全面にメタルを堆積し、フォ
トリソグラフィ技術によってパターニングし、エッチン
グして、メタル電極３４を形成する。加工が容易なの
で、メタルはアルミニウムを用いることが好ましい。

【００２８】以上、説明した方法により、紫外線検出素
子３（図３（ｃ））が製造できる。すなわち、紫外線検
出素子３は、絶縁されたゲート電極をＦＧゲート２６と
して有し、基板２０上に形成されたＮ型ＭＯＳ半導体素
子と、このゲート電極２６と容量結合した制御電極３０
とを備え、ＦＧゲート２６の少なくとも一部は制御電極
３０から露出している構造を有する。この構造の半導体
素子は、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａ
ｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）型
の不揮発性半導体記憶素子として知られている。このよ
うな素子では、制御電極３０はコントロールゲートと呼
ばれている。

【００２９】制御電極はポリシリコンで形成されている
ので、シリコンのバンドギャップよりも大きいエネルギ
ーの光は吸収される。そこで、ＦＧゲート２６の少なく
とも一部が制御電極３０から露出していれば、シンチレ
ータで発生した紫外線がＦＧゲート２６に直接に入射す
る。つまり、３７６［ｎｍ］以下の紫外線でもＦＧゲー
ト２６に到達する。露出領域の面積は、検出感度がよく
なるので、大きい方が好ましい。このような紫外線検出
素子の主要部の寸法は、ＦＧゲート２６のチャネル長３
μｍ、制御電極長１μｍ、チャネル幅１５μｍ程度の値
が好適である。なお、制御電極３０は、ＦＧゲート２６
と容量結合する導体であれば、アルミニウム等の金属で
も形成してもよい。また、その形状は、図３（ｃ）に示
すような直方体に限られることはなく、例えば、メッシ
ュ状でもよい。

【００３０】図４は、上述の紫外線検出素子とは異なる
構造の素子である。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は
Ａ−Ａ’断面図、図４（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。
この構造の素子では、ソース拡散領域２８およびドレイ
ン拡散領域２８とは独立したＮ型半導体層３２を制御電
極として基板２０上の表層に形成し、制御電極３２上に
酸化膜を挟んでＦＧゲート２６を配置して、制御電極３
２をＦＧゲート２６と容量結合させている。このように
すると、ＦＧゲートの上面が全て露出されるので、紫外
線を効率よくＦＧゲート２６に導入できる。

【００３１】図５は、シリコンとシリコン酸化膜の界面
の電子のエネルギー図である。図示のように、シリコン
の伝導帯からシリコン酸化膜の伝導帯までの障壁は、
３．２ｅＶである。また，ＦＧゲート２６はポリシリコ
ンで形成され、また周囲をシリコン酸化膜で覆われてい
る。したがって、ＦＧゲート２６は、３．２ｅＶの障壁
で周囲を囲まれている。つまり、電子をＦＧゲートに蓄
積させ、またはＦＧゲートから放出させるためには、
３．２ｅＶ以上のエネルギーを電子に与えなくてはなら
ない。

【００３２】図６（ａ）は紫外線検出素子の断面図であ
り、図６（ｂ）は容量モデルを表した等価回路図であ
る。これらを用いて、紫外線検出素子の動作原理につい
て説明する。図６（ａ）に示すように、紫外線検出素子
は、シリコン基板２０上に形成されたソース拡散領域４
２と、ドレイン拡散領域４４と、絶縁されたＦＧゲート
２６を有するＭＯＳ半導体素子と、このＦＧゲートと容
量結合した制御電極３０とを有する。ＦＧゲート２６直
下のチャネル領域には、ソース拡散領域４２側から反転
層４６が形成されている。このとき、制御電極３０とＦ
Ｇゲート２６間の静電容量値をＣ₁とし、ＦＧゲートと
反転層４６間の静電容量値をＣ₂とすると、紫外線検出
素子は、図６（ｂ）に示すような等価回路でモデル化で
きる。この等価回路は、Ｃ₁とＣ₂の直列接続で構成され
る。制御電極３０の電位をＶ_CG、ＦＧゲート２６の電位
をＶ_FG、反転層４６内の電位をＶ_B＝０［Ｖ］とし、Ｆ
Ｇゲート２６に蓄積されている電荷量をＱとすれば、Ｖ_FG＝Ｖ_CG×Ｒ＋Ｑ／（Ｃ₁＋Ｃ₂）（式１）但し、Ｒ＝Ｃ₁／（Ｃ₁＋Ｃ₂）となる。特に、Ｑ＝０ならば、Ｖ_FG＝Ｖ_CG×Ｃ₁／（Ｃ₁＋Ｃ₂）（式２）となり、Ｖ_FGはＶ_CGに加えられた電圧を容量値に応じて
分割した値になる。

【００３３】また、ＦＧゲート２６から見たＭＯＳ半導
体素子のしきい値電圧をＶ_t0、制御電極３０から見たＭ
ＯＳ半導体素子のしきい値電圧をＶ_tとすれば、（式
１）より、Ｖ_t0＝Ｖ_t×Ｒ＋Ｑ／（Ｃ₁＋Ｃ₂）つまり、Ｖ_t＝Ｖ_t0／Ｒ＋△Ｖ（式３）但し、△Ｖ＝−Ｑ／Ｃ₁ （式４）となり、電荷Ｑが蓄積されているとき、制御電極から見
たしきい値の変動分△Ｖは−Ｑ／Ｃ₁となる。つまり、
制御電極から見たしきい値電圧が電荷量Ｑに応じて変化
する。したがって、電荷量Ｑに応じてドレイン電流が変
化する。なお、ＦＧゲートに電子が蓄積されると、しき
い値Ｖ_tは正の方向に変化する。

【００３４】紫外線検出素子はＦＧゲート２６に電荷を
蓄積させて使用する。以下、ＦＧゲートに電荷Ｑを蓄積
することを初期化という。図７は、初期化モードでの回
路接続図である。紫外線検出素子５０において、ドレイ
ン電極５０ａおよび制御電極５０ｂにそれぞれドレイン
電源Ｖ_D５２および制御電極Ｖ_G５４を接続し、ソース電
極５０ｃを接地する。Ｖ_D、Ｖ_Gの電圧値は、上記製造方
法にて製造した寸法の素子では、２５Ｖ程度が好適であ
る。なお、これらの電圧は、紫外線検出素子のチャネル
長に対応して好適値が存在する。

【００３５】初期化は、以下の順序で行われる。紫外線
検出素子５０に上記電圧を加えると、（式２）によれ
ば、ＦＧゲートの電位は２５×Ｃ₁／（Ｃ₁＋Ｃ₂）
［Ｖ］になる。このため、ＦＧゲートの電位はしきい値
電圧Ｖ_t0より高くなるので、チャネル部には反転層４６
ができて、ドレイン電流が流れる。また、ドレイン電極
には、２５Ｖが加えられているで、チャネル部を流れる
電子の一部は十分に加速されてシリコン酸化膜の障壁
３．２ｅＶより高いエネルギーを持つようになる。一
方、ＦＧゲートはチャネル部より電位が高いので、ＦＧ
ゲートからチャネル部に向いた引き込み電界が生じる。
高エネルギーの電子はこの電界によりＦＧゲート側に引
き込まれて、ＦＧゲートに徐々に蓄積されていく。電子
が蓄積されていくと、ＦＧゲート２６の電位も徐々に低
くなるので、チャネル部の引き込み電界が小さくなる。
また、（式３）によれば、しきい値電圧Ｖ_tが高くなる
ので、ドレイン電流が減少し、結果として高エネルギー
の電子数も減少する。したがって、ＦＧゲート２６の電
子数は一定値に落ちつく。これにより、初期化が終了す
る。この結果、ＦＧゲートには、電子が電荷量Ｑだけ蓄
積される。なお、ドレイン電極に加えるＶ_Dのドレイン
電源は、パスル電圧を発生できるものが好ましい。電荷
の蓄積量をモニターしながら、ドレイン電圧をパルス的
に加えると、電荷の注入量を制御できるからである。

【００３６】図８は、紫外線検出素子の制御電極の電圧
Ｖ_CGとドレイン電流Ｉ_Dとの関係を示した特性図であ
り、縦軸にドレイン電流、横軸に制御電極の電圧をと
る。特性Ａは初期化前の紫外線検出素子の状態、特性Ｂ
は初期化後の紫外線検出素子の状態、特性Ｃは放射線照
射を受けた紫外線検出素子の状態をそれぞれ表す。△Ｖ
は、（式４）に示されたものであり、初期化によるしき
い値Ｖ_tの変化分である。△Ｖ_cは、放射線照射によるし
きい値Ｖ_tの変化分である。

【００３７】放射線の検出は、以下の順序で行う。放射
線は、シンチレータで紫外線に変換される。紫外線の波
長はシンチレータの材質で決定され、シリコンに対する
シリコン酸化膜のエネルギー障壁を電子が越えるために
は、３７６［ｎｍ］以下でなければならない。変換され
た紫外線が酸化膜を透過してＦＧゲート２６に到達し吸
収されると、電子がこのエネルギーを獲得してシリコン
酸化膜の障壁３．２ｅＶ（図５参照）より高いエネルギ
ーを持つ。一方、ＦＧゲートには電子が蓄積されている
ので、ＦＧゲートは負に帯電している。このため、シリ
コン基板および制御電極からＦＧゲートに向いた放出自
己電界が存在する。このため、高エネルギーの電子はＦ
Ｇゲートから放出され、ＦＧゲートから電子が減少して
いく。（式３）によれば、ＦＧゲート２６から電子が減
少していくと、ＦＧゲート２６の電位も高くなる。この
ため、しきい値電圧Ｖ_tが低くなるので、ドレイン電流
は増加する。つまり、ドレイン電流の変化量は、ＦＧゲ
ートが吸収した紫外線の積分値を表している。紫外線照
射を受けた紫外線検出素子の状態は、図８の特性Ｃで表
される。初期化状態からの変動量△Ｖ_cは、電荷の変動
量△Ｑ_cとすると、 △Ｖ_c＝−△Ｑ_c／Ｃ₁ （式５）で表される。なお、紫外線は、ＦＧゲートに直接的に照
射された紫外線だけではなく、基板等より反射されて間
接的に照射されたものでもよい。

【００３８】このように放射線の検出は、放射線の入射
によってＦＧゲートから基板等へ電子が放出されて起こ
るので、外部から電圧を加えなくても起こる。したがっ
て、本発明の放射線検出器は、電源を供給しなくても放
射線の検出ができる。

【００３９】次に、電荷の変化量△Ｑ_cを検出する方法
を説明する。電荷量の減少は、紫外線検出素子に流れる
ドレイン電流を測定することにより検出できる。図９
は、ドレイン電流を測定する測定モードの回路接続図で
ある。紫外線検出素子６０において、ドレイン電極６０
ａおよび制御電極６０ｂにそれぞれドレイン電源Ｖ_D６
２および制御電極電源Ｖ_G６４を接続し、ソース電極６
０ｃを接地する。また、ドレイン電極とＶ_Dの間には、
ドレイン電流を測定するために電流計６６を接続する。
電流の測定は、Ｖ_D、Ｖ_Gを所定値に固定して行う。測定
したドレイン電流値の変化分から△Ｖ_cを求める。Ｃ₁の
概略値は紫外線検出素子の幾何学的形状から求められる
ので、（式５）から△Ｑ_cを決定できる。なお、Ｖ_D、Ｖ
_Gの電圧値は、上記製造方法にて製造した寸法の素子で
は、Ｖ_D＝５Ｖ、Ｖ_G＝１０Ｖ程度が好適である。なお、
これらの電圧も、紫外線検出素子のチャネル長に対応し
て好適値が存在する。

【００４０】図１０は、放射線検出器に照射された放射
線量の検出方法を示した模式図である。放射線検出器１
の引き出しピン６、７等を被爆量測定装置１４の対応す
る接続ジャック１６、１７等に合わせて挿入し、紫外線
検出素子のドレイン電流を電流計１９で測定すれば、放
射線被爆量が測定できる。また、被爆量測定装置１４に
挿入すれば、紫外線検出素子に入射した放射線量を必要
なときに検出できるので、フィルムバッチのように回収
して現像する手間が不要である。したがって、必要に応
じて、毎日の被爆量をその場所で把握できる。更に、被
爆量測定装置１４に放射線入射量が一定値を越えたとき
に、警告を発生するシステムを内蔵すこともできる。

【００４１】また、本発明に使用した紫外線検出素子
は、ＦＧゲートに蓄積された電荷が放出されることによ
り、紫外線の検出を行う検出器であるから、所定量の電
荷がＦＧゲート内に蓄積されていれば使用できる。つま
り、本発明の放射線検出器は、初期化を再度行えば、繰
り返し使用できる。

【００４２】以上、Ｎ型紫外線検出素子を用いた場合に
ついて説明したが、Ｐ型紫外線検出素子を用いた場合も
原理的には同じである。

【００４３】（第２の実施の形態）本実施の形態の放射
線検出器は、シンチレータを同一基板上に形成する場合
について説明する。図１１は、本発明の放射線検出器の
斜視断面図である。本実施の形態の放射線検出器は、紫
外線検出素子と、制御電極３０から露出しているＦＧゲ
ート２６表層にシリコン酸化膜を挟んで形成されたシン
チレータ３６とを備えている（図３（ｃ））。

【００４４】この放射線検出器の製造方法は、図２およ
び図３に示した製造工程の後に、マスク蒸着法でシンチ
レータ材料を蒸着して製造できる。マスク蒸着法とは、
所定の部分に開口部を有するマスク部材を紫外線検出素
子に近接配置して、真空中でシンチレータ材料を蒸着す
る方法である。このようにすると、ＦＧゲート２６上の
厚さ１００［ｎｍ］程度のシリコン酸化膜上に接してシ
ンチレータを形成できる。このため、放射線の入射によ
ってシンチレータで発生した紫外線が、効率よくＦＧゲ
ート２６に入射するので、感度が向上する。シンチレー
タは、ＦＧゲート２６上に紫外線を照射できるように、
ＦＧゲート２６の上面および側面の少なくとも一方に面
して形成することが好ましい。あるいは、ＦＧゲート２
６覆って形成することが好ましい。なお、シンチレータ
は、紫外線検出素子を覆って形成されていればよい。

【００４５】この紫外線検出素子を、放射線は透過し、
紫外線は透過しない容器に収納すれば、放射線検出器を
構成できる。

【００４６】本実施の形態の放射線検出器の動作および
使用方法は、第１の実施の形態の放射線検出器と同じな
ので、その説明を省略する。

【００４７】（第３の実施の形態）以上、第１の実施の
形態および第２の実施の形態により、ＥＰＲＯＭ型の紫
外線検出素子を用いた放射線検出器について説明した。
しかし、紫外線検出素子は、ＥＰＲＯＭ型素子のように
高エネルギー電子を初期化に利用するものに限られな
い。

【００４８】図１２（ａ）はＥＥＰＲＯＭ型の紫外線検
出素子の平面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の
Ｃ−Ｃ’断面の斜視断面図である。この紫外線検出素子
は、図１２（ｂ）に示すように、基板２０上に形成され
たＮ型ソース拡散領域３７およびＮ型ドレイン拡散領域
３９と、Ｎ型ソース拡散領域３７とＮ型ドレイン拡散領
域３９との間の基板２０上に形成されたシリコン酸化膜
と、Ｎ型ソース拡散領域３７およびＮ型ドレイン拡散領
域３９のそれぞれに面し、チャネル上のシリコン酸化膜
中に形成されたＦＧゲート２６と、ＦＧゲート２６の少
なくとも一部を露出して基板２０上に形成され、ＦＧゲ
ート２６と容量結合する制御電極３０とを備え、Ｎ型ソ
ース拡散領域３７は、シリコン酸化膜を挟んでＦＧゲー
ト２６と対面する対面領域を有し、この対面領域内に形
成され、トンネル電流を流すトンネル酸化膜３８を更に
備えている。なお、トンネル酸化膜３８の膜厚は、１０
［ｎｍ］〜５［ｎｍ］の厚さが好ましい。

【００４９】このように、シリコン酸化膜を挟んでＦＧ
ゲート２６と対面する対面領域をＮ型ソース拡散領域３
７に設けて、この領域内にトンネル酸化膜３８を形成す
るので、ＦＧゲート２６とソース拡散領域３７との間に
高電圧を加えると、トンネル電流、すなわちファイウラ
−ノルドハイム（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）電
流がトンネル酸化膜３８領域に流れる。

【００５０】この紫外線検出素子と共に、シンチレータ
２を容器内４、５に収納すれば、放射線検出器が構成さ
れる。

【００５１】ＥＥＰＲＯＭ型の紫外線検出素子の製造方
法を、図２、図３および図１２を用いて説明する。

【００５２】図２（ｂ）で示される工程の後に、基板２
０上の活性領域内にソース拡散領域３７を形成する（図
１２（ｂ））。ソース拡散領域３７は、燐（Ｐ⁺）を用
いてイオン注入により形成されることが好ましい。ソー
ス拡散領域３７の一部は、後の工程で形成されるＦＧゲ
ートとシリコン酸化膜を挟んで対向領域を形成する。

【００５３】続いて、トンネル酸化膜３８を形成する
（図１２（ａ））。トンネル酸化膜３８は、フォトリソ
グラフィ技術により対向領域内にあるトンネル膜形成領
域の酸化膜を除去して、熱酸化法により形成する。

【００５４】トンネル酸化膜３８を形成した後に、ＦＧ
ゲート２６を形成する（図２（ｃ））。ＦＧゲート２６
は、ポリシリコンを基板２０上にＣＶＤ法で堆積して燐
拡散を行った後に、フォトリソグラフィ技術を用いてパ
ターンを形成し、エッチングして形成される。この後
に、酸化炉にて酸化して、ＦＧゲートの周囲を良質の酸
化膜で覆う。ＦＧゲート２６は、トンネル酸化膜３８を
覆い、ソース拡散領域３７およびドレイン拡散領域３９
のそれぞれに面してチャネル上に形成される。

【００５５】その後に、ドレイン拡散領域として、高濃
度のＮ型半導体層３９を基板表層の活性領域内に形成す
る（図１２（ｂ））。この半導体層３９は、燐（Ｐ⁺）
を用いてイオン注入により、ＦＧゲート２６およびフィ
ールド酸化膜２４に対して自己整合的に形成されること
が好ましい。この後の製造工程は、図３（ｂ）以降の工
程と同じである。このようにして、ＥＥＰＲＯＭ型の紫
外線検出素子が製造できる。

【００５６】次に、この紫外線検出素子の初期化につい
て、図６（ｂ）のモデルを適用して説明する。ソース電
極を接地して制御電極に高電圧を加えると、（式２）に
よりＦＧゲート２６の電位が高くなる。このため、ＦＧ
ゲート２６からソース拡散領域３７側に向けてファイウ
ラ−ノルドハイム電流がトンネル酸化膜３９領域で流れ
る。すなわち、ＦＧゲート２６に電子が注入されるの
で、紫外線検出素子が初期化される。

【００５７】この放射線検出器の放射線検出方法および
使用方法は、第１の実施の形態の放射線検出器と同じで
あるので、説明を省略する。

【００５８】なお、本実施の形態では、トンネル酸化膜
をソース拡散領域側の形成した例を説明した。ドレイン
拡散領域側に形成する場合も同様である。また、本実施
の形態の紫外線検出素子についても、第２の実施の形態
と同様にしてＦＧゲート上にシンチレータを形成しても
よい。

【００５９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よって、高エネルギーの放射線にも高い検出感度をもつ
と共に、放射線を検出する際に電源が不要で、小型化さ
れた放射線検出器を提供できる。また、本発明の放射線
検出器は、電気的に繰り返し初期化できるので、初期化
を再度行えば、何度でも繰り返し使用できる。更に、被
爆量測定装置に接続すれば現像等を行なうことなく、放
射線の積分値をどこでも容易に、且つ直ちに把握でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の放射線検出器の斜視断面図で
ある。

【図２】図２は、紫外線検出素子の製造方法を説明する
ための工程断面図である。

【図３】図３は、紫外線検出素子の製造方法を説明する
ための工程断面図である。

【図４】図４（ａ）は紫外線検出素子の平面図、図４
（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図４（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図
である。

【図５】図５は、シリコンとシリコン酸化膜間のエネル
ギー図である。

【図６】図６（ａ）は紫外線検出素子の断面図であり、
図６（ｂ）は紫外線検出素子の容量モデルを示す等価回
路図である。

【図７】図７は、初期化モードでの回路接続図である。

【図８】図８は、紫外線検出素子の制御電極の電圧Ｖ_CG
とドレイン電流Ｉ_Dとの関係を示した特性図である。

【図９】図９は、測定モードでの回路接続図である。

【図１０】図１０は、放射線検出器に照射された放射線
量の検出方法を示した模式図である。

【図１１】図１１は、放射線検出素子の斜視断面図であ
る。

【図１２】図１２（ａ）はＥＥＰＲＯＭ型紫外線検出素
子の平面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＣ−
Ｃ’断面の斜視断面図である。

【符号の説明】

１…放射線検出器、２…シンチレータ、３…紫外線検出
素子、４…金属製ステム、５…金属製キャップ、６、
７、８…引き出しピン、１０…絶縁部材、１４…被爆量
測定装置、１６、１７…接続ジャック、１９…電流計、
２０…Ｐ型シリコン基板、２２…チャネルストッパ層、
２４…フィールド酸化膜、２６…ＦＧゲート、２８…ソ
ース拡散領域、ドレイン拡散領域、３０、３２…制御電
極、３４…メタル電極、３６…シンチレータ、３７…ソ
ース拡散領域、３８…トンネル酸化膜、３９…ドレイン
拡散領域、４２…ソース拡散領域、４４…ドレイン拡散
領域、４６…反転層、５０、６０…紫外線検出素子、５
０ａ、６０ａ…ドレイン電極、５０ｂ、６０ｂ…制御電
極、５０ｃ、６０ｃ…ソース電極、５２、６２…制御電
極電源、５４、６４…ドレイン電源

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 31/09 (72)発明者大庭弘一郎静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射する放射線を紫外線に変換するシン
チレータと、このシンチレータから放射された紫外線が
照射される紫外線検出素子とを備え、前記紫外線検出素子は、第１導電型のチャネル領域を挟んで第２導電型のソース
領域および第２導電型のドレイン領域が形成された半導
体層と、この半導体層上に形成されたシリコン酸化膜と、前記チャネル領域を覆い前記シリコン酸化膜上に形成さ
れたフローティングゲートと、前記フローティングゲートを露出しつつ前記フローティ
ングゲートと容量結合する制御電極と、を有することを
特徴とする放射線検出器。
【請求項２】前記紫外線検出素子は、前記ソース領域および前記ドレイン領域のいずれか一方
と前記フローティングゲートに挟まれた対面領域と、前記対面領域の前記シリコン酸化膜内に形成され、且つ
トンネル電流を流すトンネル酸化膜と、を更に備えてい
ることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】前記シンチレータは、前記フローティン
グゲートに対面して前記半導体層上に形成されているこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線
検出器。