JPS6174375A - 半導体放射線検出器 - Google Patents

半導体放射線検出器

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JPS6174375A
JPS6174375A JP59195990A JP19599084A JPS6174375A JP S6174375 A JPS6174375 A JP S6174375A JP 59195990 A JP59195990 A JP 59195990A JP 19599084 A JP19599084 A JP 19599084A JP S6174375 A JPS6174375 A JP S6174375A
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則忠 佐藤
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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T41iI計数用の半導体放射線検出器に、と
くに同−線量場におけるγ線エネルギーとγ計数との関
係特性を向上させた半導体放射線検出器に関する。 【従来技術とその問題点】 従来、この種の検出器としてガイガーミエラー計数管が
使用されていたが、これは痔命が短く、T計数の1ij
ifi率に対する直線性が悪く、さらに高圧電源を要す
るなどの欠点を有していた。そこで近年半導体の特性を
利用した半導体放射線検出器が提供され、実用に供せら
れるようになってきている。 この半導体放射線検出器は、例えばゲルマニウム(Ge
)やシリコン(Si)などのウェハにリチウム(Ll)
を拡散させてγ線に対して空乏層を形成するように高比
抵抗化させたものである。γ線がこの空乏層を通過する
ときに生ずる光電効果、コンプトン効果あるいは電子対
生成のいずれかの過程で二次電子が発生し、この二次電
子がさらに格子原子と作用して電子正孔対を生成し、こ
れを電流パルスとして検出してパルス数を計数すること
によりγ線量を計数することができる。 しかして、γ線線量計の本来の目的は、放射線としての
γ線の個数を計数するものであるが、従来の半導体放射
線検出器は、次に述べる理由により同−線量基において
も個々のγ線のエネルギーの高低によって計数するパル
スの数が異なる。すなわち、計数パルスが正しくγ線量
を示さないという不都合がある。 半導体放射線検出器の作動原理は、第3図に示すように
、P形シリコン基板lに、例えば拡散法によりてNJI
I2を設けてPN接合を形成し、このPN接合に対する
逆バイアス電圧V、を両面の電極3゜4を介して印加す
ることにより生じた空乏層5を入射γ線6が通過すると
き、光電効果A、コンプトン効果Bおよび電子対生成C
のいずれかの過程で二次電子7が発生し、この二次電子
がさらに格子原子と作用して電子正孔対8が生じ、これ
が電流パルス9として検出され、このパルス9が増幅器
を内蔵したカウンタ10によって計数される。なお、一
部のrllAは散乱rAallとして空乏層5の外につ
き抜けろ。 このとき、単位線量率あたりのパルス数すなわちγ計数
Cは次の(11式によって表される。 °  μml’Z μ 11°E ただし、 K:定数 μ3□:放射線検出器(St)の吸収係数μ、■=空気
の吸収係数 jll二線線対する空乏層の厚さ S:γ線に対する空乏層の面積 E:γ線のエネルギー しかし、(り式から明らかなように空乏層5の厚さl、
シリコン[1の面方向における空乏層5の面積Sが一定
の場合にはCはEによって変化する。 すなわち、エネルギーの大きいrkiAに対してはCが
小さくなり、同−線量基における感度がγ線のエネルギ
ーにより変化しない特性、いわゆろ線質特性が悪(なる
【発明の目的] 本発明は、上述の欠点を除去し、同−線量基において生ずる電流パルス数がrWAエネルギーに依存しない半導体放射線検出器、すなわち線質特性の向上した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】
本発明は半導体基板の両面に設けられた電極に所定の電
圧を印加することにより所定の広がりをもつ空乏層が形
成される手段を有し、半導体基板にγ線の入射の際に生
ずる二次電子によって空乏層内に発生する電子正札対に
基づくパルス電流を計数するものにおいて、基板面に平
行な面内における空乏層の形状が細長い突出部を育し、
半導体基板の縁部と空乏層周辺との距離が少なくとも検
出すべきγ線のうちの最大エネルギーのr k%によっ
て生ずる二次電子の平均飛程とほぼ等しいことにより上
記の目的を達成する。 本発明は次の原理に基づく、第4図に示すように空乏N
5内に生じた二次電子7のほかに空乏層周囲の領域12
に発生し、空乏層5内に達する二次電子71も電子正孔
対の生成に寄与する。すなわち第4図(11にハツチン
グして示した空乏層5の周囲の領域12もγ線の計数に
寄与する。この領域12は入射γ線6のエネルギーが低
いときは二次電子の平均飛程が短いので狭く、γ線エネ
ルギーが高いときは二次電子の平均飛程が長いので広く
なる。 今、このような電子正孔対の形成に寄与する二次電子発
生の領域12の面積をS゛とすると、S゛が空乏層の面
BSに対してShe’のときは、γ線のエネルギーが変
化しても二次電子の発生に寄与する面積はほぼ一定で、
+11式によりT計数Cはγ線エネルギー已によって左
右されることになる。一方、sss’のときは電子正孔
対の形成に寄与する二次電子の数は二次電子の平均Fr
1程によって変化する。 第1表は、+11式におけるγ線のエネルギーEと二次
電子の平均飛程1.空気の吸収係数μm直、およびSi
の吸収係数μ、!との関係を示す。 第1表 従って領域S″が十分広いときは、電子正孔対の発生に
寄与する二次電子の数は已によって変化し、Eが大きく
なるにつれてその数が増大し、fi1式中のμ、五/μ
a五rEの項を相殺する方向に進む、それ故、γ計数C
のエネルギー依存性はより少なくなり、前記線質特性が
改善される。sI域S゛は、その中に入射するγ線によ
って生ずる二次電子がすべて空乏層内に到達するだけの
広さがあれば十分である。従って半導体基板1の周縁と
空乏層の周辺との距離は検出すべきγ線のうちの最大エ
ネルギーをもつものによって生ずる二次電子の平均飛程
たけあればよい、すなわち、6〜O,1MeVの範囲の
γ線に対して良好な線質特性を得るためには、空乏層の
外側に幅4600μ■以上の領域があればよい。 さらに本発明は、空乏層外の領域12で生成した二次電
子71が空乏N5に到達する確立を高めるため、空乏層
の板面に平行な面内における形状に細長い突出部を形成
している。
【発明の実施例】
第1図は本発明の一実施例を示し、−辺43mmのP形
シリコン仮1に中央部の直径11の円21から幅0.2
++s、長さ16m+wの長方形状の突出部22が放射
状に出ている形状を育するN影領域2が形成されている
。この結果、P形基板lをN影領域2の間に形成される
PN接合に、例えば20Vの逆バイアスを印加したとき
に生ずる空乏層5の外側に最も狭いところでも、最大6
MeVのエネルギーを持つγ線により発生する二次電子
は、長い周辺長を有するNwI域2の周囲の空乏層5の
中に高い確率で入って電子正孔対の発生に寄与し、放射
線検出器の感度のエネルギー依存性を弱める。第5図の
曲線51は、この実施例の検出器の標準線量率基を用い
て校正したのち得られた相対r計数比とr 1%エネル
ギーとの関係を示し、同じ大きさのP形シリコン基板に
第4図に示すような直径1■の円形N影領域を形成した
検出器によって得られた曲線52に比して水平に近くな
り、著しく線質特性が改善されていることが分かる。な
お、低エネルギー側で曲*Stおよび52の相対T計数
比が低下しているのは、カウンタ10(第3図参照)の
識別レベルを0゜06Me Vにして、0.06MeV
以下のレベルのパルス9を計数しないようにしたためで
ある。 第2図は別の実施例を示し、この場合はN影領域2は帯
状中央部23から両側に(しの歯状に出る突出部24を
有する形状を有している。 本発明は表面[52形構造の半ぶ体の場合や単結晶半導
体基体上非晶質半導体膜を被着させたヘテロ接合構造の
半4体の場合にも適用できることはもちろんである。第
6図はへテロ接合構造の半導体を用いた放射線検出器を
示し、P形シリコン基板1の表面上にアンドープ非晶質
シリコンM13が被着され、裏面側にP°層が形成され
ている。非晶賓シリコン層13の上に第1.第2図のN
影領域2のような形状を存する金属電極3を、例えばA
Iの蒸着、バターニングにより形成し、裏面のP゛層に
は全面に金属電8ii4を形成する。この両電極間に金
属電極3側が正になるような電圧Vを印加すると、電極
3の形状に応じて第1.第2図の同様な形状の空乏層5
が生ずる。この空乏層5の周辺と基板1の縁部との距離
dを、少なくとも検出すべき入射γ線のうちの最大エネ
ルギーのγ線によって生ずる二次電子の平均飛程とほぼ
等しい値にすれば、空乏N5の外側の基板に入射した最
大エネルギーのγ線によって生ずる二次電子のほとんど
が李乏層内での電子正孔対発生に寄与する。 【発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明は空乏層の形状
を放射状もしくはくし歯状のような突出部を有する形状
とし、その周囲に測定すべきrllAのうちの最大エネ
ルギーのγ線に対する有効二次電子発生領域を備えるこ
とにより、高エネルギーのγ線の計数の場合にもエネル
ギー依存性を示さない良好なmi特性を示し、従来のγ
線線量計にくらべて広いr線エネルギー範囲で信頼性の
高いγ線線量計として使用できる半導体放射&!検出器
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の半導体基板の平面図、第2
図は別の実施例の半導体基板の平面図、第3図は半導体
放射線検出器の動作原理を示す断面図、第4図は半導体
放射線検出器の空乏層外への入射γ線の影響を示し、+
alは断面図、+telは平面図、第5図は本発明によ
る半導体放射線検出器の線質特性を従来例の検出器のそ
れと比較して示す線図、第6図は本発明のさらに異なる
実施例の断面図である。 lap形シリコンΔ板、2:N影領域、21,23 :
N影領域中央部、22.24  : N影領域突出部、
5:空乏層、6:γ線、?、71:二次電子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)半導体基板の両面に設けられた電極に所定の電圧を
    印加することにより所定の広がりをもつ空乏層が形成さ
    れる手段を有し、前記半導体基板にγ線が入射する際に
    生ずる二次電子によって空乏層内に発生する電子正孔対
    に基づくパルス電流を計数するものにおいて、基板面に
    平行な面内における空乏層周辺の形状が細長い突出部を
    有し、半導体基板の縁部と空乏層周辺との距離が少なく
    とも検出すべきγ線のうちの最大エネルギーのγ線によ
    って生ずる二次電子の平均飛程にほぼ等しいことを特徴
    とする半導体放射線検出器。
JP59195990A 1984-09-19 1984-09-19 半導体放射線検出器 Granted JPS6174375A (ja)

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DE8585111873T DE3583095D1 (de) 1984-09-19 1985-09-19 Halbleiterstrahlungsdetektor.
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EP0175369B1 (en) 1991-06-05
DE3583095D1 (de) 1991-07-11
EP0175369A2 (en) 1986-03-26
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