JPS61137374A - 半導体放射線検出器 - Google Patents

半導体放射線検出器

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JPS61137374A
JPS61137374A JP59260158A JP26015884A JPS61137374A JP S61137374 A JPS61137374 A JP S61137374A JP 59260158 A JP59260158 A JP 59260158A JP 26015884 A JP26015884 A JP 26015884A JP S61137374 A JPS61137374 A JP S61137374A
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semiconductor
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Yasukazu Seki
康和 関
Noritada Sato
則忠 佐藤
Yoichi Shindo
洋一 進藤
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • 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 potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/115Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation
    • H01L31/118Devices 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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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、半導体内に形成された空乏層中への放射線の
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】
第4図1altいしtelは従来の半導体放射線検出器
の断面構造を示し、ta+、(blは表面障壁形、+0
1はp−n接合形検出器と呼ばれる。第4図(5)に示
す表面障壁形検出器は、化学的エツチングにより表面の
加工歪層を除去した単結晶シリコンtffl 11の表
面に保護用酸化膜12を形成し、その酸化膜に明けられ
た窓部に極薄酸化膜13を介して電極金属薄膜3を蒸着
し、同様に裏面に電[4を形成したものである。しかし
この場合極薄酸化膜13は不安定なStO,の組成を有
し、空気中の酸素が電極金属薄膜3を透過してシリコン
薄膜仮lの表面においてさらに化学的に結合してより安
定な酸化膜であるstowに変化するため、特性の経時
変化が生ずる。第4回申)に示す表面障壁形検出器は、
単結晶シリコン基板11の上に抵抗加熱方式の蒸着法で
シリコン薄膜14を付着させたのち、その上にA11i
極3を真空蒸着法で形成し、裏面のオーム接触電極4と
してAaまたはA1を同様に真空蒸着したものである。 この場合は極薄酸化膜を用いないので、不安定酸化物の
安定化に基づく経時変化の問題はない、しかし、いずれ
の表面障壁形検出器も大面積の均一な表面障壁を形成す
ることは困難である。 第4図(clに示すp−n接合型検出器は、通常熱拡散
、またはイオン注入により、単結晶シリコン基板lに異
なる導電形の不純物添加層15が形成されるが、そのと
き800〜1200℃の熱処理工程が必要である。この
ような高温熱処理を行うと、単結晶半導体基板内に結晶
欠陥の発生1重金属イオンの侵入などが起こるため、体
積漏れ電流が増加する原因となる。そのほかにシリコン
単結晶ではその中に含まれる酸素が前記高温熱処理中に
ドナー化するため、単結晶半導体の比抵抗が低下する場
合がある。しかし、この高温熱処理による母材単結晶の
劣化を少なくするように熱処理温度を低くすると、 (1)  拡散法では、不純物1度のばらつきが1端に
大きくなるか、または不純物層の形成が不可能になるこ
と、 (2)  イオン注入法では、打込まれた不純物イオン
による結晶欠陥の回復が不完全であり、また打込まれた
不純物を格子位置に置換するための活性化が不充分にな
ること、 などの欠点があり、800℃以下の低い温度では不可能
に近い、従って、高温熱処理を経て製造されるp−n接
合型検出器においては、発生するノイズが大きく、デバ
イス特性が阻害される。
【発明の目的】
本発明の目的は、上述の欠点を除去して高温熱処理工程
を必要とせず、経年変化がなく、大面積の育感面積を臂
する素子を容易に製造できる半導体放射線検出器を提供
することを目的とする。
【発明の要点】
本発明による半導体放射線検出器は一導電形の単結晶半
導体基板上に不純物の添加によつて逆導電形にされた非
晶質半導体層が被着されて成るヘテロ接合を有すること
によって上記の目的を達成するものである。
【511明の実施例】 本発明により単結晶半導体板上に被着される非晶質半導
体層は公知のプラズマCVD法により形成されろ、第5
図はプラズマCVD装置の一例を示し、反応槽31の中
に対向配置される電極板32゜33は直流型i![34
に接続されており、一方の電極板33の上に支持される
シリコン単結晶35を加熱するため、電s36に接続さ
れた電極加熱用ヒータ37が備えられている0反応槽3
1は排気量調整バルブ38を介して排気系39に接続さ
れ、槽内の真空度制御のための真空計40を備えている
1反応槽31内を真空排気後、モノシランガスボンベ4
1と添加不純物源ガスボンベ42から減圧弁43.ガス
流量調整パルプ44を介して反応ガスを導入し、所定の
ガス圧のもので電極板32.33間にグロー放電を発生
させて反応ガスを分解し、単結晶基板35の上に非晶質
シリコン膜を堆積させる。 実施例1 第5図に示した装置を用いて、以下の条件でりん添加非
晶質シリコン膜を作成した。 1)シリコン単結晶:比抵抗10にΩell、p型2)
基板温度:200℃ 3)使用ガス: ■ モノシラン  (10%に水素で希釈)■ フォス
フイン (1000ppmに水素で希釈)4)ガス圧:
lO,OTorr 5)印加電圧;DC400〜5oov 上記条件で作成したりん添加の非晶質シリコンは強いn
型を示し、1G−100Ω備の比抵抗とすることが可能
である。従って第1図に示すでき上がった断面構造にお
いて、基板1のp型シリコン単結晶とn型非晶質シリコ
ン膜2との間にヘテロのp−n接合を形成する。非晶質
シリコン膜2と基板上の表面に電極3,4を形成するこ
とにより簡単に検出器が得られるので、■晶型の放射線
検出器に適用すればまさに好適である。 実施例2 第2図において、p型シリコン単結晶を基Filとし、
その上面上にマスクを置いて第5図に示す装置を用い、
ボンベ41からのモノシランガスのみを反応ガスとして
アンドープ非晶質シリコンIl!15を側面に被着せし
める。その条件は次のとおりである。 ■)シリコン単結晶:比抵抗IQkQas、p型2)基
板温度:200℃ 3)使用ガス;モノシラン(10%に水素で希釈)4)
ガス圧:10.Oτorr 5)印加電圧:DC400〜1ooov次に上記マスク
を取り外し、逆に基板lの上面のみが露出するように第
二のマスクを置いて、実施例1で述べたものと同一の条
件でりん添加の非晶質シリコン膜2を被着せしめる。さ
らに基板1の下面とりん添加WA2の上に金属電$54
.3を設ける。この放射線検出器は、両電極の間が高比
抵抗のアンドープ非晶質シリコンからなる保護膜5によ
って覆われているため、表面漏れ電流の経路がしゃ断さ
れ、表面漏れ電流が減少するので、実施例1で述べた検
出器に(らべて放射線検出効率が10−15%に向上す
る。従って高分解能の半導体放射線検出器として通して
いる。 実施例3 実施例2で示した構成における保護膜としてのアンドー
プ非晶質シリコン膜を、第3図に示すように炭素を添加
した非晶質シリコン膜6に変えたものである。p型シリ
コン単結晶iwiの上面上にマスクを置き、第5図に示
す装置を用いるプラズマCVD法により炭素添加の非晶
質シリコン膜6を添加せしめる。その条件は以下の通り
である。 1)シリコン単結晶;比抵抗10にΩam、p型2)基
板温度:200℃ 3)使用ガス: ■ モノシラン(10%に水素で希釈)■ メタン  
(10%に水素で希釈)4)ガス圧j 10. OTo
rr 5)印加電圧:DC400〜tooov次に上記マスク
を取り外し、逆に基板lの上面のみが露出するように第
二のマスクを置いて、実施例!で述べたのと同一の条件
でりん添加の非晶質シリコン膜2を被着せしめる。さら
に基板1とl!!5の上に金属電極4,3を設ける。 この放射線検出器は、実施例2で述べた保護膜として電
気比抵抗の高い炭素添加の非晶質シリコン膜を使用した
もので、実施例1で述べたものと比較して放射線検出効
率は15〜20%向上する。 実施例1〜3ではp型シリコン阜結晶基板を用いた半導
体放射線検出器について述べたが、次にn型シリコン単
結晶を用いた半導体放射線検出器について述べる。 実施例4 n型シリコン単結晶を基板とし、直流グロー放電による
プラズマCVD法により非晶質シリコン膜を単結晶基板
表面に被着せしめるが、その際非晶質シリコン膜中にほ
う素を添加する。使用装置は第5図に示したもので、添
加不純物源ガスボンベ42をジボランガスボンベに変更
する。 以下の条件のプラズマCVD法により、非晶質シリコン
膜を作成した。 l)ンリコン単結晶;比抵抗IQkQc*、p型2)基
板温度:200℃ 3)使用ガス: ■ モノシラン (10%に水素で希釈)■ ジボラン
 (1000pp+mに水素で希釈)4)ガス圧: 1
0. OTorr 5)印加IH圧1DC400〜100OV上記条件で作
製したほう素添加の非晶質シリコンは、強いp型を示し
、100Ω国以下の比抵抗とすることが可能である。従
って第6図に示す基板7のn型のシリコン単結晶とほう
累添加のp型非晶實シリコン膜8とはへテロのpn接合
を形成するにれも実施例1と同様に聞易型の放射線検出
器に適用すればまさに好適である。 実施例5 第7図に示すn型シリコン単結晶基板7の上面上にマス
クを置き、直流グロー放電によるプラズマCVD法によ
り、アンドープ非晶質膜5を被着せしめる。その条件は
以下の通りである。 1)シリコン単結晶:比抵抗10にΩ(2)、n型2)
基板温度:200℃ 3)使用ガス:モノシラン(10%に水素で希釈)4)
ガス圧: l O,OTorr 5)印加電圧+Dctoo N100OV次に上記マス
クを取り外し、逆に基板7の上面のみが露出するように
第二のマスクを置いて、実施例4で述べたものと同一の
条件でほう素添加の非晶質シリコン膜8を被着せしめる
。さらに基板と膜15上に金属電極4.3を設ける。 この放射線検出器は、実施例4で述べたものに保護膜と
してアンドープ非晶質シリコン膜5を設けたもので、実
施例4で述べたものと比べて放射縞線効率は10〜15
%向上する。従って高分解能の半導体放射線検出器とし
て通している。 以上、上記した実施例2,3.5では保護膜の材料とし
て非晶質手厚体を用いたが、電気的に絶縁性の物質なら
ば他の物質も有効で、例えば5lOtなどが考えられる
【発明の効果】
放射線は、半導体放射線検出器の空乏層形成のために一
厚電形の単結晶半導体基板とその上に被着された非晶質
手厚体層の間のへテロ接合を利用したもので、非晶π半
4体層の形成が基板を低温に保ったままできるため、単
結晶基板の悪影響を及ぼすことがなく、またへテロ接合
形成の両材料が安定であるため経年変化がない、さらに
pn接合部分でのエネルギR壁を非晶質シリコン中への
適当な不に@5添加によって大きくでき、体積逆漏れ電
流を低減させることもできる。あるいは、不純物の添加
により素子の抵抗を下げ、多くの検出信号が流れ込むよ
うにもできろ、この半導体検出器は製造工程がN隼であ
り、あらためてパフンベーシッンを行なう必要がないな
どコストダウンが可能である。そのほか、本発明によれ
ば大面積の均一な接合が得られるので大面積の半導体放
射線検出器を製造することも可能になるなど得られる効
果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一の実施例の断面図、第2図は第二
の実施例の断面図、第3図は第二の実施例の断面図、第
4図は従来の半導体放射線検出器の断面図で、fa+、
(blは表面障壁形、tc+はp−n接合形、第5図は
本発明の実施に用いられる非晶質シリコン生成装置の一
例の配置図、第6図、第7図はそれぞれ本発明の第四、
第五の実施例の断面図である。 1+p型単結晶シリコン板、2:りん添加非晶室シリコ
ン膜、3.4二金属電極、5:アンドープ非晶質シリコ
ン膜、6:炭素添加非晶質シリコン膜、?+n型単結晶
シリコン板、8:はう素添加非晶賀シリコン膜。 才10 才Z口 才30 才40 才f閃 才り口 才7聞

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)一導電形の単結晶半導体基板上に不純物の添加によ
    って逆導電形にされた非晶質半導体層が被着されて成る
    ヘテロ接合を有することを特徴とする半導体放射線検出
    器。
JP59260158A 1984-12-10 1984-12-10 半導体放射線検出器 Granted JPS61137374A (ja)

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JP59260158A JPS61137374A (ja) 1984-12-10 1984-12-10 半導体放射線検出器

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JPS61137374A true JPS61137374A (ja) 1986-06-25
JPH0447991B2 JPH0447991B2 (ja) 1992-08-05

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ID=17344120

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0195515A (ja) * 1987-10-07 1989-04-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd ヘテロ接合素子の製造方法
JPH0198268A (ja) * 1987-10-12 1989-04-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体放射線検出器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0195515A (ja) * 1987-10-07 1989-04-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd ヘテロ接合素子の製造方法
JPH0198268A (ja) * 1987-10-12 1989-04-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体放射線検出器

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