JPS5841666B2 - 半導体放射線検出器 - Google Patents
半導体放射線検出器Info
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- JPS5841666B2 JPS5841666B2 JP52058074A JP5807477A JPS5841666B2 JP S5841666 B2 JPS5841666 B2 JP S5841666B2 JP 52058074 A JP52058074 A JP 52058074A JP 5807477 A JP5807477 A JP 5807477A JP S5841666 B2 JPS5841666 B2 JP S5841666B2
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 23
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 13
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
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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
- H01L31/08—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/115—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation
- H01L31/118—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation of the surface barrier or shallow PN junction detector type, e.g. surface barrier alpha-particle detectors
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明はＸ線やγ線等の放射線を検出する半導体放射
線検出器に関する。
線検出器に関する。
近年、コンピュータを用いたＸ線断層撮影法が医用の領
域で大きな注目をあびている。
域で大きな注目をあびている。
この種の医用Ｘ線の線量率測定では、人体の被ばく線量
をできる限り低くすることが必要である。
をできる限り低くすることが必要である。
そのため、従来より低線量率のＸ線で大きな出力を得る
ように、Ｘ線検出器【こ種々の改良がなされている。
ように、Ｘ線検出器【こ種々の改良がなされている。
第１図は従来の半導体放射線検出器の概略構成を示した
ものである。
ものである。
図中、１はＳ ｉ 、Ｇｅ、ＧａＡｓ等の半導体単結晶
板で、その一方の面に整流接合層２を設け、他方の面に
オーミック接触層３を設けて放射線検出素子としている
。
板で、その一方の面に整流接合層２を設け、他方の面に
オーミック接触層３を設けて放射線検出素子としている
。
ここで、整流接合層２は、ＰＮ接合型素子では半導体単
結晶板１にこれと逆導電型層を不純物拡散あるいはイオ
ン注入等により形成した後、電極を蒸着して得られ、表
面障壁型素子では半導体単結晶板１に金属−半導体接触
からなる表面障壁を形成するように所望の金属を蒸着し
て得られる。
結晶板１にこれと逆導電型層を不純物拡散あるいはイオ
ン注入等により形成した後、電極を蒸着して得られ、表
面障壁型素子では半導体単結晶板１に金属−半導体接触
からなる表面障壁を形成するように所望の金属を蒸着し
て得られる。
また、オーミック接触層３は、通常半導体単結晶板１と
同じ導電型の高不純物濃度層を形成した後、オーミック
接触をなす電極を蒸着して得られる。
同じ導電型の高不純物濃度層を形成した後、オーミック
接触をなす電極を蒸着して得られる。
この放射線検出素子の出力は、オーミック接触層３を接
地し、整流接合層２をセンス増幅器４に接続することに
より取出される。
地し、整流接合層２をセンス増幅器４に接続することに
より取出される。
通常、半導体放射線検出素子では、大きな逆バイアスを
印加して空乏層を拡げた状態で放射線入射により内部に
励起されたキャリアを電流として取出すようになってい
るが、半導体単結晶板１の比抵抗とキャリア寿命を選択
すれば、外部バイアスを印加することなく、放射線入射
により単結晶板全体にキャリアを生成することで放射線
検出を行うことが可能である。
印加して空乏層を拡げた状態で放射線入射により内部に
励起されたキャリアを電流として取出すようになってい
るが、半導体単結晶板１の比抵抗とキャリア寿命を選択
すれば、外部バイアスを印加することなく、放射線入射
により単結晶板全体にキャリアを生成することで放射線
検出を行うことが可能である。
しかしながら、従来の半導体放射線検出器には次のよう
な欠点があった。
な欠点があった。
（１）検出器の大きさを増すことによって洩れ電流が増
し、これが雑音としてセンス増幅器に入るため、低線量
率あるいは低エネルギの放射線をＳ／Ｎよく測定するこ
とができない。
し、これが雑音としてセンス増幅器に入るため、低線量
率あるいは低エネルギの放射線をＳ／Ｎよく測定するこ
とができない。
（２）検出素子の一方の面金面ｌこ整流接合層があるた
め、大きな静電容量がセンス増幅器の入力端に接続され
ることｌこなり、測定系での雑音発生の原因となる。
め、大きな静電容量がセンス増幅器の入力端に接続され
ることｌこなり、測定系での雑音発生の原因となる。
（３）同じく大きな静電容量のため、パルス的な放射線
に対して出力の立上り特性が悪い。
に対して出力の立上り特性が悪い。
（４）整流接合層およびオーミック接触層をそれぞれ半
導体単結晶板の表裏面全面に設けるため、大面積にする
と製造歩留りが低くなり、従って検出素子のコストが高
くなる。
導体単結晶板の表裏面全面に設けるため、大面積にする
と製造歩留りが低くなり、従って検出素子のコストが高
くなる。
この発明は上記した欠点を除去し、低線量率あるいは低
エネルギの放射線を高感度でＳ／Ｎよく検出することが
でき、パルス的放射線に対しても出力特性がよく、かつ
製造歩留りも高くした半導体放射線検出器を提供するも
のである。
エネルギの放射線を高感度でＳ／Ｎよく検出することが
でき、パルス的放射線に対しても出力特性がよく、かつ
製造歩留りも高くした半導体放射線検出器を提供するも
のである。
この発明に係る半導体放射線検出器は、比抵抗が高くか
つキャリア寿命の長い半導体単結晶板の一方の面（こほ
ぼキャリアの拡散長以下の間隙をもつ櫛形状、渦巻き状
あるいは格子状パターンの整流接合層を設け、他方の面
にオーミック接触層を設けて、外部バイアスを印加しな
い状態で放射線入射により生じる出力を検出するように
したことを特徴としている。
つキャリア寿命の長い半導体単結晶板の一方の面（こほ
ぼキャリアの拡散長以下の間隙をもつ櫛形状、渦巻き状
あるいは格子状パターンの整流接合層を設け、他方の面
にオーミック接触層を設けて、外部バイアスを印加しな
い状態で放射線入射により生じる出力を検出するように
したことを特徴としている。
以下、この発明の詳細な説明する。
第２図は一実施例の構成を示すもので、１１が半導体単
結晶板であり、その一方の面に櫛形状パターンの整流接
合層１２を設け、他方の面には全面にオーミック接触層
１３を設けて放射線検出素子を構成している。
結晶板であり、その一方の面に櫛形状パターンの整流接
合層１２を設け、他方の面には全面にオーミック接触層
１３を設けて放射線検出素子を構成している。
半導体単結晶板１１は比抵抗ρが高く、かつキャリア寿
命τの長いものであることが必要で、例えばρが約３に
Ω−間、τは５００μＳｅＣ以上、好ましくは１０００
μｓｅｃ程度のｎ型Ｓｉを用いる。
命τの長いものであることが必要で、例えばρが約３に
Ω−間、τは５００μＳｅＣ以上、好ましくは１０００
μｓｅｃ程度のｎ型Ｓｉを用いる。
整流接合層１２、オーミック接触層１３はそれぞれ第１
図で説明したと同様にして作られる。
図で説明したと同様にして作られる。
なお、表面障壁型素子の場合、単結晶板の表面につく自
然酸化膜を極力除去して、理想に近いショットキー障壁
を形成してもよい。
然酸化膜を極力除去して、理想に近いショットキー障壁
を形成してもよい。
ここで整流接合層１２の櫛形状パターンの間隙、即ち整
流接合が形成されない領域の幅は、はぼキｉｌＪアの拡
散長Ｌ＝’Ｄτ（Ｄは拡散係数）以下となるようにする
。
流接合が形成されない領域の幅は、はぼキｉｌＪアの拡
散長Ｌ＝’Ｄτ（Ｄは拡散係数）以下となるようにする
。
そして、オーミック接触層１３を接地し、整流接合層１
２をセンス増幅器１４に接続して、逆バイアスを印加し
ない状態で、例えば上方から入射する放射線により発生
する出力を取出すものである。
２をセンス増幅器１４に接続して、逆バイアスを印加し
ない状態で、例えば上方から入射する放射線により発生
する出力を取出すものである。
このように構成すれば、整流接合層１２が全面（こ設け
られていないにも容らず、後に示すデータから明らかな
ように第１図に示したものと同程度の感奮で放射線を検
出することができる。
られていないにも容らず、後に示すデータから明らかな
ように第１図に示したものと同程度の感奮で放射線を検
出することができる。
しかも、整流接合層１２の面積が第１図のものに比べて
小さいから、検出素子の洩れ電流と静電容量は当然小さ
く、それぞれ従来の約１／２以下とすることも容易であ
る。
小さいから、検出素子の洩れ電流と静電容量は当然小さ
く、それぞれ従来の約１／２以下とすることも容易であ
る。
従って従来の第１図のものに比べてＳ、／Ｎが高く、特
に低線量率あるいは低エネルギの放射線を精変よく、か
つ高効率で測定することができる。
に低線量率あるいは低エネルギの放射線を精変よく、か
つ高効率で測定することができる。
また、整流接合層の面積が小さくなるために検出器の製
造歩留りも向上し、コスト低下につながる。
造歩留りも向上し、コスト低下につながる。
具体的な実験データを第３図に示す。
これは半導体単結晶板１１として、大きさ１７闘Ｘ ｌ
６ｍｍ×２關、比抵抗３にΩ−副、キャリア寿命ｌＯ
Ｏμｓｅｃ以上のｎ型Ｓｉを用い、整流接合層１２には
Ａｕを、オーミック接触層１３にはＡ、４をそれぞれ蒸
着して表面障壁型素子とし、エネルギ幅一定のＸ線の線
量率を変化させて照射して出力を測定した結果である。
６ｍｍ×２關、比抵抗３にΩ−副、キャリア寿命ｌＯ
Ｏμｓｅｃ以上のｎ型Ｓｉを用い、整流接合層１２には
Ａｕを、オーミック接触層１３にはＡ、４をそれぞれ蒸
着して表面障壁型素子とし、エネルギ幅一定のＸ線の線
量率を変化させて照射して出力を測定した結果である。
整流接合層を全面に設ける他は上記と同様の条件で第１
図の構成の検出器を作って同様の測定を行った結果を、
参考のため第３図に破線で示した。
図の構成の検出器を作って同様の測定を行った結果を、
参考のため第３図に破線で示した。
この測定データから、第２図のように構成すれば、従来
のもの（こ比べて低線量率までＳＩＮよく放射線検出を
行い得ることがわかる。
のもの（こ比べて低線量率までＳＩＮよく放射線検出を
行い得ることがわかる。
また、上記データは、この種の放射線検出器Ｐでは整流
接合層の面積よりも体積（こよって検出出力の大きさが
決まることを示している。
接合層の面積よりも体積（こよって検出出力の大きさが
決まることを示している。
即ち、整流接合層は検出素子内で主族されたキャリアを
有効に巣めればよく、そのためには必ずしも全面に整流
接合層を設けなくても、上記実施例のよう１こキャリア
の拡散長以下の間隙をもつパターンで形成すれは十分大
きな出力が得られることが裏づけられている。
有効に巣めればよく、そのためには必ずしも全面に整流
接合層を設けなくても、上記実施例のよう１こキャリア
の拡散長以下の間隙をもつパターンで形成すれは十分大
きな出力が得られることが裏づけられている。
第４図〜第８図は素子形状の各種変形例である。
即ち、整流接合層１２のパターンは櫛形状の他に、第６
図や第８図のような渦巻き状でもよいし、第１図のよう
な格子状でもよい。
図や第８図のような渦巻き状でもよいし、第１図のよう
な格子状でもよい。
また、オーミック接触層１３も全面に設けず、第５図の
ように櫛形状としてもよい。
ように櫛形状としてもよい。
第９図はこの発明に係る放射線検出器をＸ線断層撮影装
置に用いら４ユるマルチチャンネル型検出器（こ応用し
た例である。
置に用いら４ユるマルチチャンネル型検出器（こ応用し
た例である。
即ち、金属板１６をマウントベースとして、これ（こＵ
字状の絶縁性マウント台１７を設け、検出素子をオーミ
ック接触層１３が金属板１６に接するよう（こマウント
し、整直接合層１２の表面からマウント台１Ｔ上に一部
延在するよう（こ出力端子電極層１９を被着して検出器
ユニットを構成する。
字状の絶縁性マウント台１７を設け、検出素子をオーミ
ック接触層１３が金属板１６に接するよう（こマウント
し、整直接合層１２の表面からマウント台１Ｔ上に一部
延在するよう（こ出力端子電極層１９を被着して検出器
ユニットを構成する。
そして、このような検出器ユニットを案内溝２０が設け
られたハウジング１８に配列収納する。
られたハウジング１８に配列収納する。
ハウジング１８の底板（こは電気的（こハウジング１８
から絶縁されたコネクタ２１が設けられていて、このコ
ネクタ２１が端子電極層１９＆こ圧接することで外部の
センス増幅器１４に検出出力が導かれるようになってい
る。
から絶縁されたコネクタ２１が設けられていて、このコ
ネクタ２１が端子電極層１９＆こ圧接することで外部の
センス増幅器１４に検出出力が導かれるようになってい
る。
マウントベースとして用いた金属板１６の素子前方に突
出した部分はコリメークとして作用する。
出した部分はコリメークとして作用する。
このようなマルチチャネル型検出器とすれば、取扱いが
容易で信頼性が高く、力Ｙつ高い位置分解能でＸ線検出
を行うことが可能となる。
容易で信頼性が高く、力Ｙつ高い位置分解能でＸ線検出
を行うことが可能となる。
以上詳細に説明したように、この発明に係る半導体放射
線検出器は洩れ電流が少なく、また静電容量も小さく、
低線量率あるいは低エネルギの放射線でもＳ／Ｎよく検
出することが可能であり、特に医用に用いた場合、人体
の被ばく量を少なくすることができて非常に有用である
。
線検出器は洩れ電流が少なく、また静電容量も小さく、
低線量率あるいは低エネルギの放射線でもＳ／Ｎよく検
出することが可能であり、特に医用に用いた場合、人体
の被ばく量を少なくすることができて非常に有用である
。
第１図は従来の半導体放射線検出器の構成例を示す図、
第２図はこの発明に係る半導体放射線検出器の一例の構
成を示す図、第３図はその検出器による具体的なＸ線測
定データを従来のものと比較して示す図、第４図〜第８
図は検出素子形状の各種変形例を示す図、第９図はこの
発明に係る検出器のマルチチャネル型検出器への応用例
を示す図である。 １１・・・・・・半導体単結晶板、１２・・・・・・整
流接合層、１３・・・・・・オーミック接触層、１４・
・・・・・センス増幅器。
第２図はこの発明に係る半導体放射線検出器の一例の構
成を示す図、第３図はその検出器による具体的なＸ線測
定データを従来のものと比較して示す図、第４図〜第８
図は検出素子形状の各種変形例を示す図、第９図はこの
発明に係る検出器のマルチチャネル型検出器への応用例
を示す図である。 １１・・・・・・半導体単結晶板、１２・・・・・・整
流接合層、１３・・・・・・オーミック接触層、１４・
・・・・・センス増幅器。
Claims (1)
- １ 比抵抗が高く、かつキャリア寿命の長い半導体単結
晶板の一方の面にほぼキャリアの拡散長以下の間隔をも
つ櫛形状、渦巻き状あるいは格子状パターンの整流接合
層を設け、他方の面にオーミック接触層を設けて、列部
バイアスを印加しない状態で放射線入射（こより生じる
出力を検出するようにしたことを特徴とする半導体放射
線検出器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52058074A JPS5841666B2 (ja) | 1977-05-19 | 1977-05-19 | 半導体放射線検出器 |
| GB5710/78A GB1559664A (en) | 1977-02-17 | 1978-02-13 | Semiconductor radiation detector |
| US05/877,942 US4210805A (en) | 1977-02-17 | 1978-02-15 | Semiconductor radiation detector |
| DE19782806858 DE2806858A1 (de) | 1977-02-17 | 1978-02-17 | Halbleiter-strahlungsdetektor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52058074A JPS5841666B2 (ja) | 1977-05-19 | 1977-05-19 | 半導体放射線検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53142886A JPS53142886A (en) | 1978-12-12 |
| JPS5841666B2 true JPS5841666B2 (ja) | 1983-09-13 |
Family
ID=13073757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52058074A Expired JPS5841666B2 (ja) | 1977-02-17 | 1977-05-19 | 半導体放射線検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5841666B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6379276U (ja) * | 1986-11-13 | 1988-05-25 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6174375A (ja) * | 1984-09-19 | 1986-04-16 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体放射線検出器 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5212031A (en) * | 1975-07-15 | 1977-01-29 | Sato Kenkyusho | Printer |
-
1977
- 1977-05-19 JP JP52058074A patent/JPS5841666B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5212031A (en) * | 1975-07-15 | 1977-01-29 | Sato Kenkyusho | Printer |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6379276U (ja) * | 1986-11-13 | 1988-05-25 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53142886A (en) | 1978-12-12 |
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