JPH10311878A - 半導体放射線検出素子 - Google Patents

半導体放射線検出素子

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JPH10311878A
JPH10311878A JP9122246A JP12224697A JPH10311878A JP H10311878 A JPH10311878 A JP H10311878A JP 9122246 A JP9122246 A JP 9122246A JP 12224697 A JP12224697 A JP 12224697A JP H10311878 A JPH10311878 A JP H10311878A
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孝雄 和田
Yuzo Ishibashi
祐三 石橋
Shigeru Ishii
茂 石井
Yoshikatsu Kuroda
能克 黒田
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/08Semiconductor 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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor 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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
    • H01L31/115Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation

Abstract

(57)【要約】 【課題】検出素子の温度変動や放射線の照射強度の変動
による検出素子の発熱等の影響を受けることなく高精度
の検出を可能とする。 【解決手段】絶縁層12と、この絶縁層12上に形成さ
れ、抵抗値変化率の温度依存性が同じであり、放射線量
による抵抗値変化量が異なるように厚さを違えたp型S
i層13a及び13bと、その周囲を覆う絶縁膜14
と、絶縁膜14に形成されたp型Si層13a及び13
bの各一対の両端に達するコンタクトホールに蒸着され
た電極15a,15b,16a,16bと、近接する電
極15b及び16a間を接続するAl配線17から構成
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、放射線を析出する
半導体放射線検出素子に係わり、特に大線量の放射線ト
ータルドーズ量を検出する半導体放射線検出素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】宇宙および原子力分野において、大線量
(〜106 Gy)の放射線トータルドーズ量を検出する
素子として、MOSトランジスタ等を用いた半導体放射
線検出素子が広く用いられている。そして、放射線トー
タルドーズ量の検出は、放射線照射による電気的特性の
変動量を測定する方法が採られていた。
【0003】この従来のMOS構造を有する半導体放射
線検出素子を図3に示す。図3に示すように、p型半導
体基板1中にソース・ドレインとなる2つのn型拡散層
2a,2bが形成されている。また、2つのn型拡散層
2a,2b間のチャネル領域上にはゲート絶縁層3を介
してゲート電極4が設けられ、ゲートを構成している。
そして、これらの上には絶縁膜7が堆積され、また2つ
のn型拡散層2a,2bに対応して電極5,6が設けら
れている。
【0004】この半導体放射線検出素子の電極5,6間
に電圧を印加し、ゲート電極に負電圧を印加する。これ
ら電圧により、2つのn型拡散層2a,2b間には空乏
層が生じる。この空乏層に放射線が入射するとイオン化
が起こり、正負の電荷が生じる。この正負の電荷により
変動する電極5,6間の電気量を測定することにより、
放射線トータルドーズ量が求まる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体放射
線検出素子により放射線トータルドーズ量を検出する場
合には、次の問題がある。すなわち、検出素子の出力値
である電気的特性は、検出素子の温度が変動することに
よっても変動してしまう。このため、放射線トータルド
ーズ量を検出する際に温度変化量も同時に検出してしま
うため、放射線トータルドーズ量のみを検出することが
できず、温度変動による電気的特性の変動分の誤差を生
じていた。
【0006】従って、宇宙空間や原子力関連施設等、周
囲温度が時間的あるいは空間的に変化する環境下や、放
射線強度が時間的あるいは空間的に変化する環境下にお
ける高精度の放射線トータルドーズ量の測定が困難であ
った。
【0007】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、検出環境の温度
変動や放射線の照射強度の変動による発熱等の影響を受
けることなく、放射線量を高精度に検出できる半導体放
射線検出素子を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体放射線検
出素子は、絶縁基板と、この絶縁基板上に形成され、抵
抗値変化率の温度依存性が同じであり、放射線量による
抵抗値変化量が異なるように厚さを違えた複数の同一導
電型の半導体とを具備してなり、これら複数の半導体の
抵抗値の比に基づいて放射線量を検出することを特徴と
する。
【0009】本発明の望ましい形態は以下の通りであ
る。 (1)2つの同一導電型の半導体を具備する。 (2)同一導電型の半導体としてp型Siを用いる。 (3)絶縁基板としてSi上にSiO2 を形成したもの
を用いる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の一実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態
に係る半導体放射線検出素子の横断面図、図2はその上
面図である。図1に示すように、単結晶Siからなる基
板11の上にSiO2 からなる絶縁層12が形成され、
これにより絶縁基板が構成されている。絶縁層12上
に、キャリア密度が等しく厚さの異なる2つのp型Si
層13a,13bが形成され、その周囲をCVD法等に
より堆積されたSiO2 ,Si34,PSG等の層間
絶縁膜14が覆っている。
【0011】絶縁膜14には、p型Si層13a及び1
3bの各一対の両端に達するコンタクトホールがそれぞ
れ2つずつ形成されている。これらコンタクトホールに
Al等の導体を蒸着させることによりp型Si層13a
に接続された電極15a,15bと、p型Si層13b
に接続された電極16a,16bがそれぞれ形成されて
いる。そして、これら4つの電極のうち近接する電極1
5b,16a間はAl等の配線17で接続され、p型S
i層13a及び13bが直列接続される構造となってい
る。
【0012】上記構成を有する半導体放射線検出素子に
おける具体的なスケールとしては、例えば以下に示す値
となる。すなわち、p型Si層13a及び13bの厚さ
はそれぞれ、p型Si層13aが5μm程度、p型Si
層13bが0.5μm程度とする。また、p型Si層1
3a及びp型Si層13b間の距離は10μm程度、p
型Si層13aに設けられた電極15a及び電極15b
間の長さを500μm程度、p型Si層13bに設けら
れた電極16a及び16b間の長さを50μm程度とす
る。
【0013】本発明の半導体放射線検出素子の製造に際
しては、検出素子自体の温度分布を一様にするために、
半導体製造技術等を用いて超小型に構成する。すなわ
ち、以下の2種類の製造方法により実現することができ
る。
【0014】(a)まず、SOI(Silicon On Insulat
or)ウェハ等、内部にSiO2 等の絶縁層を有するp型
SiウェハのSi活性層をエッチング加工して、島状の
2つのp型Si層を形成する。次に、一方のp型Si層
を、機械的研磨あるいはプラズマ研磨により選択的に研
磨する。
【0015】このようにして形成された厚さの異なる2
つのp型Si層13a及び13bの上からCVD法等に
より絶縁膜14を堆積させる。この絶縁膜14から、そ
の下部に形成されている2つのp型Si層13a及び1
3bの各一対の両端に達するコンタクトホールを形成
し、これらのコンタクトホールを埋め込むようにAl等
の導体を蒸着し、さらにパターニングすることによっ
て、合計4つの電極15a,15b,16a,16bを
形成する。そして、これら4つの電極のうち近接する電
極15b及び16a間をAl等の配線により接続する。
【0016】(b)まず、SOI(Silicon On Insulat
or)ウェハ等、内部にSiO2 等の絶縁層を有するp型
SiウェハのSi活性層をエッチング加工し、島状の1
つのp型Si層13aを形成する。次に、形成したp型
Si層13aと同じ組成のp型Siをエピタキシャル成
長法で絶縁層12上に成長させる。そして、成長させた
p型Siをエッチング加工し、もう1つのp型Si層1
3bを形成する。以降の工程は上記(a)と同様であ
る。
【0017】上記実施形態に係る半導体放射線検出素子
の動作を説明する。外部より電極15aに電圧を印加
し、電極16bを接地する。出力端子は電極15bであ
り、出力値は電極15a及び電極16b間の電位差をp
型Si層13a及び13bにより分圧した電圧値として
検出するものとする。
【0018】本実施形態に係る半導体放射線検出素子が
放射線を吸収すると、絶縁層12及び絶縁膜14内部に
は放射線トータルドーズ量に応じた量の固定正電荷が発
生する。この固定正電荷は、p型Si層13a及び13
bにおいて絶縁層12および絶縁膜14に接している部
分の抵抗値を増加させる。すなわち、放射線トータルド
ーズ量の増加と共に、p型Si層13a及び13bの抵
抗値は増加することとなる。
【0019】このときの、p型Si層13aの抵抗値の
変化率とp型Si層13bのそれぞれの抵抗値変化率
は、その厚さにより異なる。すなわち、Siの厚さを
0.5μm程度にしたp型Si層13bの方が、Siの
厚さを5μm程度にしたp型Si層13aよりも大き
く、例えば放射線トータルドーズ量が106 Gyの時で
は、それらの抵抗値変化率は10倍程度異なる。
【0020】このようなp型Si層13a及び13bそ
れぞれの抵抗値変化率の相違により、電極15aに印加
された電圧をp型Si層13a及び13bで分圧した電
極15bの出力電圧値を検出することで、放射線トータ
ルドーズ量を計測することができる。
【0021】また、上記出力電圧値を検出するに際し、
温度による検出結果の誤差は、p型Si層13a及び1
3bの温度変動による抵抗値変化率の偏差によって生じ
るが、検出素子自体が上記製造方法により超小型に形成
されるため、p型Si層13a及び13bが同一温度と
なるようになっている。
【0022】さらに、本検出素子は、これらp型Si層
13a及び13bを同一の製造工程で形成可能なため、
キャリア密度が等しくなることにより、温度変動による
抵抗値変化率の誤差が100ppm/℃以下に抑えられ
る。この誤差量は、上記放射線トータルドーズ量による
抵抗値の比の変化率に比べて無視できるほど小さい。
【0023】このように、温度による抵抗値変化率の等
しく厚さの違えた2つのp型Si層の抵抗値の比の変動
量として放射線トータルドーズ量を検出するため、検出
素子自体の温度変動による誤差の影響をほとんど受ける
ことなく高精度の検出が可能となる。
【0024】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではない。例えば、厚さの違えた2つのp型Si層
13a,13bを形成する場合を示したが、キャリア密
度が等しいものであれば厚さの違えた2つのn型Si半
導体を形成する場合であってもよい。また、形成される
p型Si層の個数は2つに限らず、複数のものであれば
よい。さらに、具体的なスケールとして示された数値に
限定されるものでもない。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、絶
縁基板と、この絶縁基板上に形成され、抵抗値変化率の
温度依存性が同じであり、放射線量による抵抗値変化量
が異なるように厚さを違えた複数の同一導電型の半導体
とを具備してなり、これら複数の半導体の抵抗値の比に
基づいて放射線量を検出するため、検出素子の温度変動
や放射線の照射強度の変動による検出素子の発熱等の影
響を受けることなく高精度の検出が可能となる。
【0026】従って、周囲温度が時間的あるいは空間的
に変化する環境下や、放射線強度が時間的あるいは空間
的に変化する宇宙空間や原子力関連施設等の環境下にお
いても、信頼性の高い放射線量の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る半導体放射線検出素
子の断面図。
【図2】同実施形態における半導体放射線検出素子の上
面図。
【図3】従来の半導体検出素子の断面図。
【符号の説明】
11 基板 12 絶縁層 13a,13b p型Si層 14 絶縁膜 15a,15b,16a,16b 電極 17 配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 茂 愛知県小牧市大字東田中1200番地 三菱重 工業株式会社名古屋誘導推進システム製作 所内 (72)発明者 黒田 能克 愛知県小牧市大字東田中1200番地 三菱重 工業株式会社名古屋誘導推進システム製作 所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁基板と、この絶縁基板上に形成さ
    れ、抵抗値変化率の温度依存性が同じであり、放射線量
    による抵抗値変化量が異なるように厚さを違えた複数の
    同一導電型の半導体とを具備してなり、これら複数の半
    導体の抵抗値の比に基づいて放射線量を検出することを
    特徴とする半導体放射線検出素子。
JP12224697A 1997-05-13 1997-05-13 半導体放射線検出素子 Expired - Lifetime JP3170221B2 (ja)

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