JPS59114875A - 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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- JPS59114875A JPS59114875A JP57223070A JP22307082A JPS59114875A JP S59114875 A JPS59114875 A JP S59114875A JP 57223070 A JP57223070 A JP 57223070A JP 22307082 A JP22307082 A JP 22307082A JP S59114875 A JPS59114875 A JP S59114875A
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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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体放射線検出器、特にγ線計数感度の調
整が可能な線量計用半導体放射線検出器(SSD)に関
する。
整が可能な線量計用半導体放射線検出器(SSD)に関
する。
この種のSSDは、一般に、逆バイアスによシ放射線に
対して有感な空乏層を形成するだめの電極を備えた半導
体素子から成っておシ、同一電極面積で同一のウェア厚
みの場合、半導体基板の比抵抗のばらつきに対してγ線
計数感度のばらつきが少ないことが望まれる。
対して有感な空乏層を形成するだめの電極を備えた半導
体素子から成っておシ、同一電極面積で同一のウェア厚
みの場合、半導体基板の比抵抗のばらつきに対してγ線
計数感度のばらつきが少ないことが望まれる。
SSDは、個人の被曝管理用を初めとして、各種線量計
のセンサーとして使用されているが、特にγ線計数感度
のばらつきが少ないことが重要である。γ線計数感度の
ばらつきを少なくする方法としては、下記のような方法
が一般に知られている0 (1)SSDの動作電圧の変化や半導体結晶の比抵抗の
ばらつきによる空乏層幅の変動を少なくするために、空
乏層をSSDの厚さ全体に拡がったパンチスルー構造に
する。
のセンサーとして使用されているが、特にγ線計数感度
のばらつきが少ないことが重要である。γ線計数感度の
ばらつきを少なくする方法としては、下記のような方法
が一般に知られている0 (1)SSDの動作電圧の変化や半導体結晶の比抵抗の
ばらつきによる空乏層幅の変動を少なくするために、空
乏層をSSDの厚さ全体に拡がったパンチスルー構造に
する。
(2)比抵抗のばらつきの少ない結晶を用い、空乏層の
幅のばらつきを少なくする〇 しかし、(1)の方法の場合、ある動作電圧以上では空
乏層がSSDの厚さ全体に拡がって一定になるが、横方
向に対しては比抵抗のばらつきに対応して変化する。特
にSSDの電極面積が小さい場合は、この横方向に拡が
る割合が電極面積に対して大きいためにγ線計数感度の
ばらつきが犬きくなる。その他に、低動作電圧でパンチ
スルー構造にするためには、SSDの厚みを極端に薄く
するか又は高比抵抗の結晶を使用しなければならない。
幅のばらつきを少なくする〇 しかし、(1)の方法の場合、ある動作電圧以上では空
乏層がSSDの厚さ全体に拡がって一定になるが、横方
向に対しては比抵抗のばらつきに対応して変化する。特
にSSDの電極面積が小さい場合は、この横方向に拡が
る割合が電極面積に対して大きいためにγ線計数感度の
ばらつきが犬きくなる。その他に、低動作電圧でパンチ
スルー構造にするためには、SSDの厚みを極端に薄く
するか又は高比抵抗の結晶を使用しなければならない。
例えば、20Vの動作電圧でパンチスルー構造にするた
めにはウェハの厚みは140μm(比抵抗10I(Ql
のp形シリコン)になる。このように薄いウェハは製造
工程中での割れが多く、シたがって歩留まりが低い。ま
た、高比抵抗の結晶のみを使用することや(2)に示し
たように比抵抗のばらつき範囲を狭く限定することは、
結晶の入手難と高価格化の原因となり、したがってSS
Dの製造価格が高くなる。
めにはウェハの厚みは140μm(比抵抗10I(Ql
のp形シリコン)になる。このように薄いウェハは製造
工程中での割れが多く、シたがって歩留まりが低い。ま
た、高比抵抗の結晶のみを使用することや(2)に示し
たように比抵抗のばらつき範囲を狭く限定することは、
結晶の入手難と高価格化の原因となり、したがってSS
Dの製造価格が高くなる。
ここで、SSDのγ線計数感度のばらつきの原因につい
て説明する。SSDを作動させるにあたっては、SSD
のPN接合又は表面障壁に逆バイアスを印加して空乏層
を形成させる。この空乏層をγ線が通過するときには、
放射線エネルギーが高くなるにつれて光電効果、コンブ
!・ン効果及び電子対生成による二次電子が順次に発生
する。この二次電子がさらに格子原子と作用して電子−
正孔対群を生じ、これが電流パルスとして検出される〇
γ線線光子細個当について計数されるこのパルス数をγ
線計数感度といい、これはパイルアップの生じる強さの
線量重重ではl対lで比例する。
て説明する。SSDを作動させるにあたっては、SSD
のPN接合又は表面障壁に逆バイアスを印加して空乏層
を形成させる。この空乏層をγ線が通過するときには、
放射線エネルギーが高くなるにつれて光電効果、コンブ
!・ン効果及び電子対生成による二次電子が順次に発生
する。この二次電子がさらに格子原子と作用して電子−
正孔対群を生じ、これが電流パルスとして検出される〇
γ線線光子細個当について計数されるこのパルス数をγ
線計数感度といい、これはパイルアップの生じる強さの
線量重重ではl対lで比例する。
単位線量率当りのSSDの計数率、即ちγ線計数感KC
oは、次の(1)式で表わされる。
oは、次の(1)式で表わされる。
この式でI(:定数
μsi : SSD (Si)の吸収係数μ2ir:空
気の吸収係数 t:γ線に対する有感領域の厚さ S:γ線に対する有感領域の表面積 E:γ線のエネルギー (1)式のCoは、同一のγ線エネルギーのときはSと
Lに依存している。そして、Sは次の(2)式で、tは
(3)式で表わされる。っ S = rr ()+7+4s )2(2)この式でh
:PN接合部の半径 tS=二次電子の平均飛程 t=kf肩璽 (3) ρ:結晶の比抵抗 ■=バイアス電圧 それ故に、(2)式によれば、Sは、バイアス電圧が一
定のとき、結晶の比抵抗に依存している。
気の吸収係数 t:γ線に対する有感領域の厚さ S:γ線に対する有感領域の表面積 E:γ線のエネルギー (1)式のCoは、同一のγ線エネルギーのときはSと
Lに依存している。そして、Sは次の(2)式で、tは
(3)式で表わされる。っ S = rr ()+7+4s )2(2)この式でh
:PN接合部の半径 tS=二次電子の平均飛程 t=kf肩璽 (3) ρ:結晶の比抵抗 ■=バイアス電圧 それ故に、(2)式によれば、Sは、バイアス電圧が一
定のとき、結晶の比抵抗に依存している。
1)tのときは、結晶の比抵抗のばらつきによるLの変
動にくらべてT)tであるから、Sはrのみに依存し、
はぼ一定になるために、(1)式は分子のtにのみ依存
して変化する。したがって、このようなときは、パンチ
スルー構造にすればγ線計数感度のばらつきは少なくな
る。
動にくらべてT)tであるから、Sはrのみに依存し、
はぼ一定になるために、(1)式は分子のtにのみ依存
して変化する。したがって、このようなときは、パンチ
スルー構造にすればγ線計数感度のばらつきは少なくな
る。
また、)<Aのときは、Sは結晶の比抵抗のばらつきに
より大きく変化するため、パンチスルー構造にしてもγ
線計数感度のばらつきは太きくなる0 したがって、本発明は、前述の従来技術の欠点を除去し
て、γ線計数感度のばらつきの少ない改良SSDを提供
することを目的とする。
より大きく変化するため、パンチスルー構造にしてもγ
線計数感度のばらつきは太きくなる0 したがって、本発明は、前述の従来技術の欠点を除去し
て、γ線計数感度のばらつきの少ない改良SSDを提供
することを目的とする。
ここに、線量計用半導体放射線検出器において、放射線
に対して有感層を形成するための主電極の周囲に環状制
御電極を設け、その制御電極に印加する電圧を主電極に
印加する電圧に対して増減し調整することにより放射線
計数感度のばらつきを減少させ得ることがわかった。
に対して有感層を形成するための主電極の周囲に環状制
御電極を設け、その制御電極に印加する電圧を主電極に
印加する電圧に対して増減し調整することにより放射線
計数感度のばらつきを減少させ得ることがわかった。
しかして、本発明によれば、放射線に対して有感空乏層
を形成するための主電極を備えた半導体放射線検出器(
SAD)において、その主電極を包囲する形で環状制御
電極を設け、この制御電極の電圧を調製するだめの手段
を設け、これにより主電極下に形成される空乏層領域を
制御するように構成したことを特徴とする半導体放射線
検出器が提供される。
を形成するための主電極を備えた半導体放射線検出器(
SAD)において、その主電極を包囲する形で環状制御
電極を設け、この制御電極の電圧を調製するだめの手段
を設け、これにより主電極下に形成される空乏層領域を
制御するように構成したことを特徴とする半導体放射線
検出器が提供される。
本発明に従うSSDにおいて、環状制御電極は、半導体
素子上の主電極の周囲に所定の距離で電気的に離間して
形成される。両電極の形成は、半導体技術において慣用
の方法、例えば真空蒸着法、スパッタリング法などによ
って行なうことができる。環状制御電極の形状は、主電
極の形状に依存し、例えば主電極が円形であれば制飢電
極も主電極を包囲するように円形環状に形成される。ま
た、この場合に、制御電極は、−個の環状体よシなって
いてもよく、或いは複数個の円弧状電極部片からなシ、
各電極部片の電圧を増減するように構成することもでき
る。また、主電極が方形であれば、もちろん制御電極も
方形環状体として形成されるQ本発明のSSDの半導体
素子としては、PN接合構造と表面障壁形構造の双方が
有効である。特に好ましいものは、P形シリコンにシん
を拡散してn十層を形成させたものである。
素子上の主電極の周囲に所定の距離で電気的に離間して
形成される。両電極の形成は、半導体技術において慣用
の方法、例えば真空蒸着法、スパッタリング法などによ
って行なうことができる。環状制御電極の形状は、主電
極の形状に依存し、例えば主電極が円形であれば制飢電
極も主電極を包囲するように円形環状に形成される。ま
た、この場合に、制御電極は、−個の環状体よシなって
いてもよく、或いは複数個の円弧状電極部片からなシ、
各電極部片の電圧を増減するように構成することもでき
る。また、主電極が方形であれば、もちろん制御電極も
方形環状体として形成されるQ本発明のSSDの半導体
素子としては、PN接合構造と表面障壁形構造の双方が
有効である。特に好ましいものは、P形シリコンにシん
を拡散してn十層を形成させたものである。
ここで、図面を参照することによシ本発明の詳細な説明
する。
する。
第1図は、本発明に従うSSDにおける主電極と制御電
極との配置の一具体例を示す。このSSDは、例えば表
面保護膜(SiO2)を有するP形シリコン基板5に主
電極のための円形の窓及び側脚電極のだめの環状の窓を
それぞれ開き、この部分にりんを拡散させ、次いで主電
極1及び制御電極2をそれぞれ真空蒸着によシ形成し、
さらにオーミックコンタクト電極4を形成することによ
って製造されたものである。
極との配置の一具体例を示す。このSSDは、例えば表
面保護膜(SiO2)を有するP形シリコン基板5に主
電極のための円形の窓及び側脚電極のだめの環状の窓を
それぞれ開き、この部分にりんを拡散させ、次いで主電
極1及び制御電極2をそれぞれ真空蒸着によシ形成し、
さらにオーミックコンタクト電極4を形成することによ
って製造されたものである。
第2 Q(a)〜(b)110は、本発明に従うSSD
における主電極1と制御電極2との配置の他の具体例を
示す。第2図Ca)醗では方形の主電極1の周囲に方形
の環状制御電極2が形成され、第2 n(b)Flでは
円 オ形の主電極1の周囲に複数個の円弧状制御電極部片2
が形成さnている。
における主電極1と制御電極2との配置の他の具体例を
示す。第2図Ca)醗では方形の主電極1の周囲に方形
の環状制御電極2が形成され、第2 n(b)Flでは
円 オ形の主電極1の周囲に複数個の円弧状制御電極部片2
が形成さnている。
第31W(a)〜tc )11は、本発明に従うSSD
の一具体例の断面構造と空乏層の拡がシを例示する。こ
のSSDは、P形シリコン基板5上にシんを拡散して耐
層8及び9を形成し、8の上には主電極1を、9の上に
は環状制御電極2を真空蒸着法で形成することによって
製造されたものである。ここで、電極1及び2にそれぞ
れVBI及びVB2のバイアス電圧を印加すると、γ線
に対して有感領域となる空乏層が、6の矢印によυ示さ
れるように、VBl及びVB2 の増加とともに拡がシ
、その大きさはVBI及びVB2 (7)高さに依存t
’7+o VBI=VB2 テバイアス電圧が印加され
ると、空乏層は第3図(a’)−に示すように同じ大き
さで拡がっていく。これに対して、VBI < VB□
及びVBI > VB2の条件でバイアス電圧が印加
されると、空乏層はそれぞれ第36(b)≠及び第3t
2(c)座に示すように電極の下に拡がっていく。
の一具体例の断面構造と空乏層の拡がシを例示する。こ
のSSDは、P形シリコン基板5上にシんを拡散して耐
層8及び9を形成し、8の上には主電極1を、9の上に
は環状制御電極2を真空蒸着法で形成することによって
製造されたものである。ここで、電極1及び2にそれぞ
れVBI及びVB2のバイアス電圧を印加すると、γ線
に対して有感領域となる空乏層が、6の矢印によυ示さ
れるように、VBl及びVB2 の増加とともに拡がシ
、その大きさはVBI及びVB2 (7)高さに依存t
’7+o VBI=VB2 テバイアス電圧が印加され
ると、空乏層は第3図(a’)−に示すように同じ大き
さで拡がっていく。これに対して、VBI < VB□
及びVBI > VB2の条件でバイアス電圧が印加
されると、空乏層はそれぞれ第36(b)≠及び第3t
2(c)座に示すように電極の下に拡がっていく。
以上のように、環状制御電極に印加する電圧を調整する
ことによって空乏層領域を制御することが可能である。
ことによって空乏層領域を制御することが可能である。
このことは、SSDの検出素子の厚みや比抵抗のばらつ
きがある場合でも、空乏層ることか可能となる。
きがある場合でも、空乏層ることか可能となる。
本発明では、γ線を検出するための空乏層を形成する主
電極の周囲に環状制御電極を設け、この制御電極に印加
する電圧を調整して空乏層領域を一定にするような構造
にすることにょpl γ線計数感度のばらつきを補償す
るという効果が得られる。その他に、半導体素子の結晶
の比抵抗許容範囲が広くてもよく、またSSDの厚みも
極端に薄くする必要がないために製造歩留まシも向上す
るという利点も得られる。
電極の周囲に環状制御電極を設け、この制御電極に印加
する電圧を調整して空乏層領域を一定にするような構造
にすることにょpl γ線計数感度のばらつきを補償す
るという効果が得られる。その他に、半導体素子の結晶
の比抵抗許容範囲が広くてもよく、またSSDの厚みも
極端に薄くする必要がないために製造歩留まシも向上す
るという利点も得られる。
なお、本発明は、X線、γ線線量計の他に、β線線量計
にも応用することができる。
にも応用することができる。
第1図は、本発明のSSDにおける電極の配置例を示す
ものである。 第2図(a)及び2 Z(b)lは、他の電極の配置例
を示すものである。 第38(”a)、3 V(b)及び3i2(c)Jlは
、本発明のSSDにおける空乏層の拡がシを示す断面図
である0 ここで、1は主電極、2は制御電極、5(は半導体基板
。 特許出願人 株式会社富士電機総合研究所同 富
士電機製造株式会社 隻2薦 (α〕 (II) )9目
ものである。 第2図(a)及び2 Z(b)lは、他の電極の配置例
を示すものである。 第38(”a)、3 V(b)及び3i2(c)Jlは
、本発明のSSDにおける空乏層の拡がシを示す断面図
である0 ここで、1は主電極、2は制御電極、5(は半導体基板
。 特許出願人 株式会社富士電機総合研究所同 富
士電機製造株式会社 隻2薦 (α〕 (II) )9目
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)放射線に対して有感な空乏層を形成するための主電
極を備えた半導体放射線検出器において、その主電極を
包囲する形で環状制御電極を設け、この制御電極に印加
する電圧を主電極に印加する電圧に対して調整する手段
を設け、これによシ空乏層領域を制御して放射線計数感
度のばらつきを少なくするように構成したことを特徴と
する半導体放射線検出器。 2、特許請求の範囲第1項記載の半導体放射線検出器に
おいて、制御電極が一個の環状電極から構成されている
ことを特徴とする半導体放射線検出器。 3)特許請求の範囲第1項記載の半導体放射線検出器に
おいて、制御電極が複数個の電極部片から構成され、各
電極部片の電圧を調整するようにしたことを特徴とする
半導体放射線検出器04) !Ff許請求の範囲第1〜
3項のいずれかに記載の半導体放射線検出器において、
検出器の半導体素子がPN接合又は表面障壁形構造であ
ることを特徴とする半導体放射線検出器。 5)特許請求の範囲第4項記載の半導体放射線検出器に
おいて、半導体素子がP又はN型シリコンであることを
特徴とする半導体放射線検出器。 6)特許請求の範囲第1〜5項のいずれかに記載の半導
体放射線検出器において、放射線がγ線であることを特
徴とする半導体放射線検出器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57223070A JPS59114875A (ja) | 1982-12-21 | 1982-12-21 | 半導体放射線検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57223070A JPS59114875A (ja) | 1982-12-21 | 1982-12-21 | 半導体放射線検出器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59114875A true JPS59114875A (ja) | 1984-07-03 |
Family
ID=16792354
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57223070A Pending JPS59114875A (ja) | 1982-12-21 | 1982-12-21 | 半導体放射線検出器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59114875A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6390176A (ja) * | 1986-10-03 | 1988-04-21 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体放射線検出素子 |
EP0937266A4 (en) * | 1995-10-13 | 2002-10-16 | Digirad Inc | SEMICONDUCTOR RADIATION DETECTOR WITH ENHANCED CHARGE COLLECTION |
WO2011044896A3 (de) * | 2009-10-16 | 2011-10-27 | Silicon Sensor International Ag | Halbleiter-photodetektor und strahlungsdetektorsystem |
CN103097913A (zh) * | 2010-09-13 | 2013-05-08 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 具有操纵电极的辐射探测器 |
-
1982
- 1982-12-21 JP JP57223070A patent/JPS59114875A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6390176A (ja) * | 1986-10-03 | 1988-04-21 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体放射線検出素子 |
EP0937266A4 (en) * | 1995-10-13 | 2002-10-16 | Digirad Inc | SEMICONDUCTOR RADIATION DETECTOR WITH ENHANCED CHARGE COLLECTION |
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