JPS61131568A - 半導体放射線検出器 - Google Patents

半導体放射線検出器

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JPS61131568A
JPS61131568A JP59253684A JP25368484A JPS61131568A JP S61131568 A JPS61131568 A JP S61131568A JP 59253684 A JP59253684 A JP 59253684A JP 25368484 A JP25368484 A JP 25368484A JP S61131568 A JPS61131568 A JP S61131568A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】
本発明は単結晶半導体基板に高比抵抗の非晶質半導体層
を介して少なくとも一方の電極が設けられ、基板の他面
に設けられた他方の電極との間に印加される、単結晶半
導体と非晶質半導体の間のへテロ接合の逆バイアス電圧
によって基板内に形成される空乏層への放射線の入射に
より生ずるキャリアを利用した半導体放射線検出器に関
する。
【従来技術とその問題点】
上述のような半導体放射線検出器は、非晶質半導体層が
表面漏れ電流成分をほぼ完全に阻止し、空気中の酸素の
単結晶半導体への到達も阻止するので、特性の経時変化
がなくエネルギ分解能が高いなどの利点を有し、既に特
願昭58−102381号によって出願されている。第
2図はその検出素子の断面構造を示し、−導電型の単結
晶シリコン基板1の一面および側面に逆導電型の水素添
加アンドープ非晶質シリコン膜2が被着され、両面に設
けられた金属電極3.4を介して単結晶シリコン1と非
晶質シリコン2の間のへテロ接合に逆バイアス電圧を印
加し、ヘテロ接合部分にエネルギ障壁を形成させ、空乏
層を広げてそこへ飛来する放射線を捕獲し検出する。 第3図はこの半導体放射線検出器の電気検出部のブロッ
ク図を示し、第2図に示した放射&1I11の飛来によ
って検出素子12に生ずる信号はプリアンプ13を介し
てメイアンプ14により増幅され出力される。このよう
な半導体放射線検出器におけるノイズの土な原因の一つ
は空乏層を広げるための逆バイアス電圧の増大により漏
れ電流が増加するこ□と、他の一つは検出素子12の静
電容量が大きいため後段につづくプリアンプ13と整合
がうまくとれないことである。すなわち第4図に見られ
るように印加電圧の増加に対し曲線41の漏れ電流は増
加し、曲線42の静電容量は減少する。この結果第5図
に示すような印加電圧によるノイズが生ずる。 曲線51は漏れ電流によるノイズであり、曲線52は静
電容量によるノイズを示し、実測ノイズレベル53は、
印加電圧vbで最低となり、従ってvbが鍛適印加電圧
である。 従来より工業計測用として製品化されている半導体放射
線検出器、すなわち放射線スペクトルを検出するのでな
く、GM管相当の放射線パルス総数をカウントする検出
器は、4■8以下の小面積であるため逆漏れ電流は10
μ八以下と小さいので、静電容量も数pF以下と小さい
、このため後段のプリアンプの設計も容品であった。一
方、前記出願に記載された半導体放射線検出器は、半導
体基板上への非晶質半導体層の被着により製造されるた
め均一な接合を有する大面積の素子の製作が容具で、上
□記明細書に開示されている40m5の直径のシリコン
基板を用いた検出素子は厚さが約400μ腸の場合に十
分な印加電圧のもとて静電容量を測定すると約300p
Fとなる。それに反して明細書に詳述されているように
体積漏れ電流および表面漏れ電流が小さいので逆漏れ電
流は極めて小さい、従ってこの放射線検出器におけるノ
イズ原因はまさにその大きな静電容量である。そのため
後段につづ(プリアンプの設計が極めて困難で、素子の
信号を十分に検出するには非常に高価なプリアンプを要
する欠点があった。
【発明の目的] 本発明は、非晶質半導体と単結晶半導体との間のへテロ接合を用いた半導体放射線検出器を大面積にした場合にも、静電容量を小さくしてプリアンプ等の後段゛の電気回路系の設計を容具にし、コストダウンを可能にすることを目的とする。 【発明の要点】
本発明は、放射線に対する有感面積をそのままに保ちな
がら静電容量を低減させるために電極形状を改良したも
ので、半導体基板の一表面上の非晶質半導体層の上に設
けられる電極が互いに狭い間隔を介して隣接する条状部
分よりなりほぼ全面に一様に配置されていることにより
上記の目的を達成する。
【発明の実施例】
本発明は電極形状に関するも、ので、前記特履昭511
−’102381号明細書に詳述したように、例えばシ
リコン単結晶基体表面にモノシランガスを用いたプラズ
マCVD法により、アンドープ水素添加の非晶質シリ、
コン層を被着せしめる基本的構造を変更するものではな
い、すなわち、第2図に示す前記明細書により開示され
た構造の半導体放射線検出器において、電極3の形状の
改良を図ったものであるので、電極形成の以前の素子作
成プロセスについては記述を省略する。 一実施例においては、非晶質シリコン層を被着せしめた
単結晶シリコン基板表面に金属マスクを用いた真空蒸着
法により、第1図に斜線によって示した形状の金属電極
3を形成する0例えば40鵡の直径のシリコン基板の表
面の直径34日の円領域に肋骨状の金属電極3を形成す
るもので、各条部31の幅は13で・ピッチは2鶴にさ
れる。このような電極形状は、従来、半導、体技術にお
いて明らかにされたように、印加電圧に、より空乏層が
、シリコン単結晶基板中を厚さ方向に広がるばかりでな
(、基板面方向にも広がるという事実に基づいている。 例えば第6図に示すp型半導体基板15の中に4半導体
領域16を形成し、−面をn型M域16に接触する電極
17と保護膜1Bで覆い、他面に電極19を設けて電極
17.19間にpn接合に対する逆バイアス電圧を印加
して空乏層20が生じた場合、この空乏層の幅W(μm
)は、 Was O,!3x、 p X V 但しP (Ω・am)は基板比抵抗、V  (V)は印
加電圧であることが知られている。このように厚さ方向
への空乏層の広がりに関しては定量的に取扱いがなされ
ているが、板面方向への空乏層の広がりに関してはその
ような定量的な取扱いはなされていない、しかし、本発
明者等は板面方向にも空乏層が広がることにコリメート
したa線を用いた実験で確認した。 この実験事実に基づいて第1図に示すような電極構造を
形成したものである。すなわち、板面方向にも空乏層が
広がるのであれば、第2図に示したようにほぼ全面に電
極を形成しなくとも第1図に示すように条状の電極パタ
ーンを用いて、第2図と同じような空乏暦法がりを形成
し、かつ実際の電極面積が小さくなることによりて検出
素子静電容量を減少させることが可能となる筈である。 この様子をわかる易く示したものが第7図、第8図であ
る。第7図は従来型、すなわち第2図に示された半導体
放射線検出器で、電極3.4間に逆バイアスを印加し、
空乏層20を形成している。 第8図は、第1図に示すような電極パターンを用いた場
合の概念断面図で、条状電極31が第8図に示すように
分布されている。この電極3. 4rgIに逆バイアス
を印加すると、条状電極31の下部にはもちろん第7図
と同様空乏層20は広がるが、板面方向にも広がるため
、第8図に示すように空乏層20がシリコン単結晶基板
1内に広がろものと考えられる。 本実施例では電極パターン総面積は487謹8であり、
これは従来の第2図、第7図に示すものの電極面積90
7m”に比べると、0.54倍となっている。一方、本
実施例における静電容量は約200pFであり、従来の
ものより約100pf低減した。このため、ノイズレベ
ルが従来型では120ksVだったものが80keVと
なった。 実際の放射線検出のスペクトルとして、第9図。 第10図に放射線源にアメリシウム (141A謡)を
用いた場合のrWA検出スペクトルを実線91で示す、
第2図、第7図に示す従来型による第9図では、点線9
2で示すノイズレベルが高く、アメリシウムの60に@
Vのピークは判然と認められないが、本実施例の検出器
では、第10図に示すようにノイズレベルが下がったた
め、6(lkeVのアメリシウムのピークがシッルグー
状に認められるようになっている。 このように、従来型と同面積のシリコンウェハを用いて
本実施例の電極パターンを用いることにより、静電容量
を減少させ、ノイズレベルを低下させることが出来た。 これによりプリアンプの設計が容易になり、電気回路系
の大幅なコストダウンとなる。 別の実施例においては、単結晶シリコンウェハにプラズ
マCVD法により、非晶質シリコンを被着せしめた後、
該非晶質シリコン表面にアルミニウムを金属マスクを用
いた真空薫着法により第1I図に示す形状の電極を形成
した。 これは、第1図に示した電極パターンのように中央に一
本幹状電極のあるようなものではなく、中心から全方面
に等友釣な広がりをつけたもので、また条状電極パター
ン31のピッチは2■であるが線幅は0.4 mに細く
なっている。この結果、電極パターン総面積は197m
”となり、これは従来の第2図および第7図に示すもの
の電極面積907n”に比べると0.22倍となってい
る。また本実施例における静電容量は、約140pPと
、従来のものより約160pPの減少がみられた。この
ためノイズレベルが、従来の120keVだうたものが
60keVとなり、第12図に示すようにアメリシウム
 (菖(自^請)のピークがはりきりと識別しうるT線
スペクトルが得られるようになった。 このように40鶴φのウニ八を用いた場合、従来静電容
量3ooppでノイズレベル120に@Vだった半導体
放射線検出器を、金属マスクを用いて電極パターンを形
成することにより、静電容量の減少、またそれに伴うノ
イズレベルの減少を達成することが出来た。このことは
、既に述べたように後段につづ(プリアンプ設計の大幅
なコストダウンにつながる。 また、従来検出器の静電容量が大きかったために検出素
子1個に対して1個のプリアンプを装着していたのに対
し、例えば第11図に示した実施例では140pFとな
ったため、2個の検出素子に対して1個のプリアンプ装
着ですみ、従ってプリアンプ使用個数は半分となり、こ
の面からも大幅なコストダウンとなる。
【発明の効果】
本発明によれば、非晶質半導体と単結晶半導体との間の
へテロ接合を利用した半導体放射線検出器の非晶質半導
体層上の電極形状を改良し、狭い間隙を介して隣接し半
導体素体表面に均一に分散配置された条状電極によつて
構成することにより、検出素子の空乏層体積すなわち放
射線検出のための育感体積をほとんど変えずに静電容量
を検証させ、それに伴ってノイズレベルを低減さセるこ
とができた。従って大面積の半導体放射線検出器に対し
て特に育効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の電極形状を示す平面図、第
2図は既出間の半導体放射線検出器の新組り第3図はそ
の電気信号検出部のブロック図、第4図は半導体放射線
検出素子の印加電圧に対する漏れ電流および静電容量の
関係線図、第5図は同じくノイズの印加電圧に対する関
係線図、第6′□       図はpnダイオードの
空乏層を示す断面図、第7図は既出間の半導体放射線検
出器の空乏層の断面図、第8図は本発明による半導体放
射線検出器の空乏層を示す概念断面図、第9図は第2図
に示した検出素子によ・る場合の141A−の検出スペ
クトル図、第10図は第1図に示した検出素子による場
合の341^nの検出スペクトル図、第11図は本発明
の異なる実施例の電極形状を示す平面図、第12図は第
11図に示した検出素子による場合の141A−の検出
スペクトル図である。 l:単結晶シリコン基板、2:非晶質シリコン層、3:
金属電極、31+条状部、4:金属電極。 才10 、   ヤ2ri!A 才3r@ 幹T7クロeFE       − 才40 才5図 f8図 TtO(2) 211閃 才t2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)少なくとも一方の電極が単結晶の半導体基板の一表
    面上に高比抵抗の非晶質半導体層を介して設けられ、該
    非晶質半導体層が前記半導体基板の側面上まで延びたも
    のにおいて、半導体基板の一表面の非晶質半導体層上に
    設けられる電極が互いに狭い間隔を介して隣接する部分
    よりなり、ほぼ全面に一様に配置されたことを特徴とす
    る半導体放射線検出器。
JP59253684A 1984-11-30 1984-11-30 半導体放射線検出器 Granted JPS61131568A (ja)

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JP59253684A JPS61131568A (ja) 1984-11-30 1984-11-30 半導体放射線検出器
US07/153,520 US4896200A (en) 1984-11-30 1988-02-01 Novel semiconductor-based radiation detector

Applications Claiming Priority (1)

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JP59253684A JPS61131568A (ja) 1984-11-30 1984-11-30 半導体放射線検出器

Publications (2)

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JPS61131568A true JPS61131568A (ja) 1986-06-19
JPH0446471B2 JPH0446471B2 (ja) 1992-07-30

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US4896200A (en) 1990-01-23
JPH0446471B2 (ja) 1992-07-30

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