JPS6142433B2 - - Google Patents
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- JPS6142433B2 JPS6142433B2 JP55016527A JP1652780A JPS6142433B2 JP S6142433 B2 JPS6142433 B2 JP S6142433B2 JP 55016527 A JP55016527 A JP 55016527A JP 1652780 A JP1652780 A JP 1652780A JP S6142433 B2 JPS6142433 B2 JP S6142433B2
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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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
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- Measurement Of Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、入射中性子数を計数することが可能
な小型にして高感度の半導体中性子検出器に関す
るものである。
な小型にして高感度の半導体中性子検出器に関す
るものである。
従来の半導体放射線検出器は、結晶シリコンま
たは結晶ゲルマニウムを用い、第１図に示す拡散
接合型、第２図に示す表面障壁型、あるいは第３
図に示すｐ―ｉ―ｎ型のように構成されていた。
第１図〜第３図において、１の導電型を有する結
晶シリコンまたは結晶ゲルマニウム層、２は第２
の導電型を有する結晶シリコンまたは結晶ゲルマ
ニウム層、３は表面の導電型を反転させるような
作用をもつ電極、４は高抵抗結晶シリコンまたは
結晶ゲルマニウム層、５および６は抵抗性接触を
有する電極である。
たは結晶ゲルマニウムを用い、第１図に示す拡散
接合型、第２図に示す表面障壁型、あるいは第３
図に示すｐ―ｉ―ｎ型のように構成されていた。
第１図〜第３図において、１の導電型を有する結
晶シリコンまたは結晶ゲルマニウム層、２は第２
の導電型を有する結晶シリコンまたは結晶ゲルマ
ニウム層、３は表面の導電型を反転させるような
作用をもつ電極、４は高抵抗結晶シリコンまたは
結晶ゲルマニウム層、５および６は抵抗性接触を
有する電極である。
高速中性子を核反応によつて捕獲し、その結果
生成された励起状態にある原子核から放出される
γ線を利用して中性子数を計数するためには、高
速中性子を一度中速中性子または熱中性子に変え
る必要があるが、このためには、軽い原子核、例
えば水素と中性子を衝突させる必要がある。しか
し、第１図〜第３図に示したような結晶シリコン
や結晶ゲルマニウム等の結晶半導体を用いた従来
の放射線検出器では、結晶半導体に水素を大量に
含ませることができなかつたため、高速中性子を
検出することは困難であつた。また、従来の気体
を用いた中性子検出器では、中性子線の阻止能力
が固体の場合に比べて高くなく、検出感度を高め
る上で限度があつた。
生成された励起状態にある原子核から放出される
γ線を利用して中性子数を計数するためには、高
速中性子を一度中速中性子または熱中性子に変え
る必要があるが、このためには、軽い原子核、例
えば水素と中性子を衝突させる必要がある。しか
し、第１図〜第３図に示したような結晶シリコン
や結晶ゲルマニウム等の結晶半導体を用いた従来
の放射線検出器では、結晶半導体に水素を大量に
含ませることができなかつたため、高速中性子を
検出することは困難であつた。また、従来の気体
を用いた中性子検出器では、中性子線の阻止能力
が固体の場合に比べて高くなく、検出感度を高め
る上で限度があつた。
本発明の目的は、従来の半導体検出器の欠点を
解決して、高速中性子を検出することができる小
型で高感度の半導体中性子検出器を提供すること
にある。
解決して、高速中性子を検出することができる小
型で高感度の半導体中性子検出器を提供すること
にある。
本発明では、大量の水素を含む水素化非晶質シ
リコンまたは水素化非晶質ゲルマニウムを用いる
ことにより、高速中性子と水素との衝突による減
速、その結果生成される中速中性子または熱中性
子の重い原子核による吸収、その結果生成される
高い励起状態にある原子核からのγ線放出、その
γ線の物質中での電子・正孔対生成、およびその
検知の各過程を固体内で行なうことができるよう
に構成する。
リコンまたは水素化非晶質ゲルマニウムを用いる
ことにより、高速中性子と水素との衝突による減
速、その結果生成される中速中性子または熱中性
子の重い原子核による吸収、その結果生成される
高い励起状態にある原子核からのγ線放出、その
γ線の物質中での電子・正孔対生成、およびその
検知の各過程を固体内で行なうことができるよう
に構成する。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
る。
第４図は本発明の１実施例を示し、ここで５お
よび６は上述した電極、７は第１の導電型を有す
る非晶質シリコンまたは非晶質ゲルマニウムの第
１導電型層、８は大量の水素を含む高抵抗の水素
化非晶質シリコンまたは水素化非晶質ゲルマニウ
ムからなる水素化高抵抗層、９は第２の導電型を
有する非晶質シリコンまたは非晶質ゲルマニウム
の第２導電型層である。本例では、第１導電型層
７の一方の面に水素化高抵抗層８を配置し、同他
方の面に電極５を被着する。水素化高抵抗層８に
は更に第２導電型層９を配置し、この第２導電型
層９の他方の面に電極６を取付ける。この検出器
を動作するには、電極５と６に逆バイアスとなる
ような直流電圧を印加し、上面または下面あるい
は側面から被測定中性子を入射させる。
よび６は上述した電極、７は第１の導電型を有す
る非晶質シリコンまたは非晶質ゲルマニウムの第
１導電型層、８は大量の水素を含む高抵抗の水素
化非晶質シリコンまたは水素化非晶質ゲルマニウ
ムからなる水素化高抵抗層、９は第２の導電型を
有する非晶質シリコンまたは非晶質ゲルマニウム
の第２導電型層である。本例では、第１導電型層
７の一方の面に水素化高抵抗層８を配置し、同他
方の面に電極５を被着する。水素化高抵抗層８に
は更に第２導電型層９を配置し、この第２導電型
層９の他方の面に電極６を取付ける。この検出器
を動作するには、電極５と６に逆バイアスとなる
ような直流電圧を印加し、上面または下面あるい
は側面から被測定中性子を入射させる。
高速中性子は、原子番号の大きな原子核に衝突
しても単にはね返されるだけであり、容易にその
エネルギーを失わないが、水素原子に衝突すると
エネルギーの一部または大部分を水素原子に移
す。このような過程またはかかる過程の繰り返し
により、水素を大量に含む物質、すなわち第４図
では水素化非晶質シリコンまたは水素化非晶質ゲ
ルマニウムからなる水素化高抵抵抗層８に入射し
た高速中性子は水素原子によつて減速され、中速
中性子または熱中性子となる。シリコンまたはゲ
ルマニウムの原子核は中速中性子または熱中性子
に対しては大きな吸収断面積をもつので、水素化
高抵抗層８中のシリコンまたはゲルマニウムの原
子核は高速中性子を吸収することができる。中性
子の吸収によつて生成した高い励起状態にあるシ
リコンまたはゲルマニウムの原子核は、１個また
は数個のγ線を放出して基底状態に達する。この
γ線は水素化高抵抗層８の中で多数の自由電子・
正孔対を発生させ、それらの自由担体は、外部か
ら電極５と６に印加された直流電圧により水素化
高抵抗層８の中に形成された電界によつて、相異
なる電極５および６へ達する。以上の過程によ
り、第４図の検出器に入射した中性子を、電極５
と６との間に生ずる電流パルスとして検出するこ
とができる。本発明の検出器では、以上の過程を
すべて同一固体内において行うため、中性子やγ
線の散逸が少なく、効率よく中性子を検出でき
る。
しても単にはね返されるだけであり、容易にその
エネルギーを失わないが、水素原子に衝突すると
エネルギーの一部または大部分を水素原子に移
す。このような過程またはかかる過程の繰り返し
により、水素を大量に含む物質、すなわち第４図
では水素化非晶質シリコンまたは水素化非晶質ゲ
ルマニウムからなる水素化高抵抵抗層８に入射し
た高速中性子は水素原子によつて減速され、中速
中性子または熱中性子となる。シリコンまたはゲ
ルマニウムの原子核は中速中性子または熱中性子
に対しては大きな吸収断面積をもつので、水素化
高抵抗層８中のシリコンまたはゲルマニウムの原
子核は高速中性子を吸収することができる。中性
子の吸収によつて生成した高い励起状態にあるシ
リコンまたはゲルマニウムの原子核は、１個また
は数個のγ線を放出して基底状態に達する。この
γ線は水素化高抵抗層８の中で多数の自由電子・
正孔対を発生させ、それらの自由担体は、外部か
ら電極５と６に印加された直流電圧により水素化
高抵抗層８の中に形成された電界によつて、相異
なる電極５および６へ達する。以上の過程によ
り、第４図の検出器に入射した中性子を、電極５
と６との間に生ずる電流パルスとして検出するこ
とができる。本発明の検出器では、以上の過程を
すべて同一固体内において行うため、中性子やγ
線の散逸が少なく、効率よく中性子を検出でき
る。
第４図に示した実施例は、例えば反応ガスとし
てSiH4、ドーパントガスとしてPH３とB2H6、キ
ヤリアガスとしてH2を使用し、ガス圧を0.5Torr
程度としてプラズマCVD法により、以下の手順
で作ることができる。電極５として高濃度のｎ型
単結晶シリコンを用い、その上に高濃度（1020／
cm3以上）にりんをドープした非晶質シリコンを約
２μｍの厚さに堆積し、第１導電型層７とする。
てSiH4、ドーパントガスとしてPH３とB2H6、キ
ヤリアガスとしてH2を使用し、ガス圧を0.5Torr
程度としてプラズマCVD法により、以下の手順
で作ることができる。電極５として高濃度のｎ型
単結晶シリコンを用い、その上に高濃度（1020／
cm3以上）にりんをドープした非晶質シリコンを約
２μｍの厚さに堆積し、第１導電型層７とする。
つづいてその上に同じりん濃度で水素を約
30mol％含んだ水素化非晶質シリコンからなる水
素化高抵抗層８を約２mm厚さに堆積する。さらに
その上にボロン濃度1020／cm3以上のｐ型層９を約
２μｍ厚さ堆積してpn接合を形成し、最後にｐ
型層９上に導電性材料からなる電極６を設ける。
30mol％含んだ水素化非晶質シリコンからなる水
素化高抵抗層８を約２mm厚さに堆積する。さらに
その上にボロン濃度1020／cm3以上のｐ型層９を約
２μｍ厚さ堆積してpn接合を形成し、最後にｐ
型層９上に導電性材料からなる電極６を設ける。
ドーパントの濃度は反応系中のドーパントガス
量によつて制御し、水素量は反応ガスとキヤリア
ガスの比で制御できる。第１導電型層７、第２導
電型層９は少量の水素を含んでもよく、また水素
化高抵抗層８の第２導電型層９に近い部分の水素
濃度を減じてpn接合の漏電流を減ずるようにし
てもよい。
量によつて制御し、水素量は反応ガスとキヤリア
ガスの比で制御できる。第１導電型層７、第２導
電型層９は少量の水素を含んでもよく、また水素
化高抵抗層８の第２導電型層９に近い部分の水素
濃度を減じてpn接合の漏電流を減ずるようにし
てもよい。
このようにして作成した検出素子の感度を、
124Sb―Be中性源を用いて単結晶シリコン基板５
の方向から照射して調べたところ、感度は
10-13A／nvに達した。一方従来のBF3比例計数管
の感度は10-15A／nv以下であつた。
124Sb―Be中性源を用いて単結晶シリコン基板５
の方向から照射して調べたところ、感度は
10-13A／nvに達した。一方従来のBF3比例計数管
の感度は10-15A／nv以下であつた。
第５図ＡおよびＢは本発明の他の実施例を示
し、ここで、１５および１６は第４図の電極５お
よび６にそれぞれ対応する電極、１７，１８およ
び１９は第４図の各層７，８および９にそれぞれ
対応する層であり、これら各部分の効果も第４図
の場合と同様であるが、本例では、電極１６を最
内側に、電極１５を最外側にして、第５図Ｂに示
すように同心円状に各部分１５〜１９を配置し、
被測定中性子源を同軸中心の中空部分２０に配置
して、検出効率を高めるような構造とする。
し、ここで、１５および１６は第４図の電極５お
よび６にそれぞれ対応する電極、１７，１８およ
び１９は第４図の各層７，８および９にそれぞれ
対応する層であり、これら各部分の効果も第４図
の場合と同様であるが、本例では、電極１６を最
内側に、電極１５を最外側にして、第５図Ｂに示
すように同心円状に各部分１５〜１９を配置し、
被測定中性子源を同軸中心の中空部分２０に配置
して、検出効率を高めるような構造とする。
第６図は本発明の更に他の実施例を示し、ここ
で部分５，７，８および９は第４図の場合と同様
であり、更に１０および１０′は検出器の両側に
おいて第２の導電型を有する非晶質シリコンまた
は非晶質ゲルマニウムの第２導電型層９上に配置
された抵抗性接触を有する電極である。本例で
は、電極１０と１０′を同電位とし、これら電極
１０と１０′には電極５との間に逆バイアスとな
る直流電圧を印加しておく。ここで中性子を入射
すると、入射中性子の位置によつて電極１０およ
び１０′に収集される自由担体の数が変化する。
非晶質シリコンまたは非晶質ゲルマニウムの各層
７，９および水素化高抵抗層８は大面積化が容易
であるから、第６図示の本発明検出器によれば中
性子の入射位置を検出することができる。
で部分５，７，８および９は第４図の場合と同様
であり、更に１０および１０′は検出器の両側に
おいて第２の導電型を有する非晶質シリコンまた
は非晶質ゲルマニウムの第２導電型層９上に配置
された抵抗性接触を有する電極である。本例で
は、電極１０と１０′を同電位とし、これら電極
１０と１０′には電極５との間に逆バイアスとな
る直流電圧を印加しておく。ここで中性子を入射
すると、入射中性子の位置によつて電極１０およ
び１０′に収集される自由担体の数が変化する。
非晶質シリコンまたは非晶質ゲルマニウムの各層
７，９および水素化高抵抗層８は大面積化が容易
であるから、第６図示の本発明検出器によれば中
性子の入射位置を検出することができる。
なお、上例では、第１導電型層７および第２導
電型層９は水素を含まない非晶質シリコンまたは
非晶質ゲルマニウムによる層としてきたが、これ
ら第１導電型層７および第２導電型層９は水素を
含む非晶質シリコンまたは非晶質ゲルマニウムに
よる層あるいは水素を含まない非晶質シリコンま
たは非晶質ゲルマニウムによる層のいずれであつ
てもよいこと勿論である。
電型層９は水素を含まない非晶質シリコンまたは
非晶質ゲルマニウムによる層としてきたが、これ
ら第１導電型層７および第２導電型層９は水素を
含む非晶質シリコンまたは非晶質ゲルマニウムに
よる層あるいは水素を含まない非晶質シリコンま
たは非晶質ゲルマニウムによる層のいずれであつ
てもよいこと勿論である。
以上説明したように、本発明によれば固体内で
中性子を検知することができる半導体検出器を実
現することができ、しかもかかる検出器は半導体
で構成できるので小型であり、しかも固体では中
性子線の阻止能力が気体よりも高いので、本発明
の固体検出器は従来の気体による検出器よりも高
感度であるという利点がある。
中性子を検知することができる半導体検出器を実
現することができ、しかもかかる検出器は半導体
で構成できるので小型であり、しかも固体では中
性子線の阻止能力が気体よりも高いので、本発明
の固体検出器は従来の気体による検出器よりも高
感度であるという利点がある。
第１図、第２図および第３図は従来の半導体放
射線検出器の３例を示す断面図、第４図、第５図
Ａ，Ｂおよび第６図は本発明の３実施例を示す断
面図である。 １……第１の導電型を有する結晶シリコンまた
は結晶ゲルマニウム層、２……第２の導電型を有
する結晶シリコンまたは結晶ゲルマニウム層、３
……表面導電型反転電極、４……高抵抗結晶シリ
コンまたは結晶ゲルマニウム層、５，６，１５，
１６……抵抗性接触電極、７，１７……第１の導
電型を有する非晶質シリコンまたは非晶質ゲルマ
ウムの第１導電型層、８，１８……高抵抗の水素
化非晶質シリコンまたは水素化非晶質ゲルマニウ
ムの水素化高抵抗層、９，１９……第２の導電型
を有する非晶質シリコンまたは非晶質ゲルマニウ
ムの第２導電型層、１０，１０′……抵抗性接触
電極、２０……中空部分。
射線検出器の３例を示す断面図、第４図、第５図
Ａ，Ｂおよび第６図は本発明の３実施例を示す断
面図である。 １……第１の導電型を有する結晶シリコンまた
は結晶ゲルマニウム層、２……第２の導電型を有
する結晶シリコンまたは結晶ゲルマニウム層、３
……表面導電型反転電極、４……高抵抗結晶シリ
コンまたは結晶ゲルマニウム層、５，６，１５，
１６……抵抗性接触電極、７，１７……第１の導
電型を有する非晶質シリコンまたは非晶質ゲルマ
ウムの第１導電型層、８，１８……高抵抗の水素
化非晶質シリコンまたは水素化非晶質ゲルマニウ
ムの水素化高抵抗層、９，１９……第２の導電型
を有する非晶質シリコンまたは非晶質ゲルマニウ
ムの第２導電型層、１０，１０′……抵抗性接触
電極、２０……中空部分。
Claims (1)
- １ 非晶質シリコンまたは非晶質ゲルマニウムの
第１導電型層と、非晶質シリコンまたは非晶質ゲ
ルマニウムの第２導電型層と、前記第１導電型層
と前記第２導電型層との間に配置された、大量の
水素を含む高抵抗の水素化非晶質シリコンまたは
水素化非晶質ゲルマニウムからなる水素化高抵抗
層と、前記第１導電型層の前記水素化高抵抗層と
は反対側の面に配置された第１電極と、前記第２
導電型層の前記水素化高抵抗層とは反対側の面に
配置された第２電極とを有する半導体装置を具
え、前記第１電極と前記第２電極との間に直流電
圧を印加し、前記半導体装置に中性子を入射さ
せ、当該入射中性子の減速、捕獲および検出を前
記半導体装置内で行つて前記第１電極と前記第２
電極との間より入射中性子数についての検出出力
を取り出すように構成したことを特徴とする半導
体中性子検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1652780A JPS56114382A (en) | 1980-02-15 | 1980-02-15 | Neutron detecting device of semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1652780A JPS56114382A (en) | 1980-02-15 | 1980-02-15 | Neutron detecting device of semiconductor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56114382A JPS56114382A (en) | 1981-09-08 |
| JPS6142433B2 true JPS6142433B2 (ja) | 1986-09-20 |
Family
ID=11918737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1652780A Granted JPS56114382A (en) | 1980-02-15 | 1980-02-15 | Neutron detecting device of semiconductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56114382A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6545281B1 (en) * | 2001-07-06 | 2003-04-08 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Pocked surface neutron detector |
| WO2010011859A2 (en) * | 2008-07-24 | 2010-01-28 | The Regents Of The University Of California | Layered semiconductor neutron detectors |
| JP2015087115A (ja) * | 2013-10-28 | 2015-05-07 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 中性子数分析装置および放射線計測装置 |
-
1980
- 1980-02-15 JP JP1652780A patent/JPS56114382A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56114382A (en) | 1981-09-08 |
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