JPS6216556B2 - - Google Patents

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JPS6216556B2
JPS6216556B2 JP56112215A JP11221581A JPS6216556B2 JP S6216556 B2 JPS6216556 B2 JP S6216556B2 JP 56112215 A JP56112215 A JP 56112215A JP 11221581 A JP11221581 A JP 11221581A JP S6216556 B2 JPS6216556 B2 JP S6216556B2
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JP
Japan
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type
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radiation detector
semiconductor
single crystal
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Application number
JP56112215A
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English (en)
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JPS5815279A (ja
Inventor
Yasumasa Oosawa
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Sumco Techxiv Corp
Original Assignee
Komatsu Electronic Metals Co Ltd
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Publication date
Application filed by Komatsu Electronic Metals Co Ltd filed Critical Komatsu Electronic Metals Co 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
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/105Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type

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  • Power Engineering (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高抵抗で高純度な半導体を使用した半
導体放射線検出器に関する。
従来の半導体放射線検出器には、リチウム・ド
リフト型と高純度型がある。リチウム・ドリフト
型は、特公昭43−7372に記載されているごとく
Ge、Si、などのP型半導体に、リチウムを熱拡
散させ、更に逆方向に数百ボルトの電圧をかけ温
度を60℃位に上げ、リチウムをドリフトさせたも
のである。このリチウムの移動により、アクセプ
ターが補償された真性領域を有感層として放射線
を受け動作させるものである。
然し、リチウムの拡散係数が大きいため、リチ
ウムは結晶内で容易に移動し、検出器特性が変化
し易いため、常時液体窒素などでの冷却が必要で
ある欠点がある。
次に、高純度型検出器は、リチウム・ドリフト
型のようにリチウムで補償して真性領域を作るの
でなく、結晶成長時に補償領域を作つてこれを利
用するものである。この補償領域を作る方法とし
ては、単結晶にゾーン・リフアイニングをかけ、
P型不純物、N型不純物の偏析係数の差を利用
し、ドナー・アクセプターの補償し合つた領域を
作る。
然し乍ら、特公昭42−10440に記載されている
ごとく、この方式は、第1図に示すように補償さ
れた真性領域5のみを有感層として利用するため
に、放射線に対する有感層が短くなる欠点があ
る。
本発明はこれらの問題点の解決、即ち放射線に
対する有感層を長くした検出器を提供することを
目的とするものである。
この目的は、本発明により、使用されていなか
つた真性領域の両端にできるP型、N型が高抵抗
となつたゝめ、この領域をも含めて有感層として
利用することが可能になつたことにより達成され
た。
本発明の要旨は下記の通りである。
真性領域の両端に高抵抗P型領域およびN型領
域を有する半導体単結晶より製作される高抵抗、
高純度の半導体放射線検出器において、該P型、
真性、N型の全領域を有感層としたことを特徴と
する半導体放射線検出器。
該P型、N型領域の両端に表面障壁をもたせた
ことを特徴とする該半導体放射線検出器。
該P型、N型領域の両端表面に浅いPN接合を
持たせたことを特徴とする該半導体放射線検出
器。数回のゾーン・リフアイニングを行うことに
より該高抵抗P型領域およびN型領域を作ること
を特徴とする該半導体放射線検出器。
該半導体単結晶を450℃近傍の不活性ガス中で
熱処理し、該半導体単結晶中に含有する酸素をド
ナー化して、アクセプターを補償した領域を作る
ことにより、該高抵抗P型およびN型領域を作る
ことを特徴とする半導体放射線検出器。
該半導体単結晶成長時の雰囲気ガスの不活性ガ
ス中に1.0%以下の一定量の酸素を混合して成長
させることにより、所望の酸素量を該半導体単結
晶中に含有させることを特徴とする該半導体放射
線検出器。
次に本発明を図面および実施例を用いて詳述す
る。
高抵抗P型、N型の両領域が両端にある補償さ
れた真性領域をもつた単結晶の該P型、真性、N
型の全領域を有感層とするためには、高抵抗P
型、N型それぞれの領域を空乏層にする必要があ
る。その手段としての第1の方法は、その領域の
導電型により、表面障壁ができる金属、例えば、
P型に対しては、Al、Mg等の金属、N型に対し
てはPd、Au、Cr、Ni等の金属を端面に蒸着等の
方法で付着させ表面障壁を作る。そして、これら
の両端に作られた表面障壁型ダイオードに対し
て、P型、N型領域の厚さに応じた逆方向の電圧
をかける。即ち、P型領域側に(−)、N型領域
側に(+)を接続することにより、該P型、N型
領域ともに全体が空乏層となり、本方法で作られ
た半導体放射線検出器の有感層として働く。
第2の方法は、該高抵抗P型、N型領域の反対
導電型を形成する不純物をイオン・インプランテ
ーシヨン、又は熱拡散などの方法で表面より浅い
位置に接合部をもたせ、それら両端に作られた接
合型ダイオードに、それぞれ逆方向に電圧がかゝ
るように、該高抵抗P型領域側に(−)、該N型
領域側に(+)を接続し、該P型、N型領域の厚
さに応じた電圧をかけると、該P型、N型領域と
も全体が空乏層となり、前記と同様に有感層とし
て働く。
該空乏層の厚さと抵抗、印加電圧の関係は次の
式で表される。
W=K√ ………(1) こゝでWは空乏層の厚さ、KはP型、N型によ
り異なる係数、ρは半導体結晶の抵抗率Ωcm、V
はその半導体にかゝる逆方向電圧を示す。
尚、該有感層となる半導体単結晶は次の手段を
用いて作ることができる。
例えば、シリコンに対しては抵抗率20KΩcm以
上のN型単結晶を使つてゾーン・リフアイニング
を行なえばシリコン中のP型不純物例えばボロン
の偏析係数0.8、N型不純物例えばリンの偏析係
数0.35の差を利用すると高抵抗のP型N型領域が
両側にでき、補償された真性領域を中央にもつ所
望の単結晶を作ることができる。
又、次の方法でも作ることができる。即ちシリ
コン単結晶中に存在する酸素が450℃近傍の熱処
理でドナー化する性質を利用して、該単結晶を
450℃近傍の不活性ガス中で熱処理し、該単結晶
中の酸素ドナー化して、アクセプターを補償した
領域を作り、その両端にできたP型、N型の高抵
抗領域を利用する方法である。尚、該単結晶中の
酸素濃度を一定量に制御するには、結晶成長時の
雰囲気ガスの不活性ガス中に約1.0%以下の一定
量の酸素を混合して成長させればよい。
次に各実施例を述べる。
実施例 1 該半導体単結晶を使用して、表面障壁をもたせ
た放射線検出器を作る1実施例を第2図を用いて
説明する。該単結晶を作成した後、その側面抵抗
値を測定し抵抗プロフアイルを得る。まず、補償
により作られた真性領域9の位置を定め、両端に
できた高抵抗のP型、N型領域10の部分の長さ
を、設計された逆方向電圧値に応じて、前記式(1)
により空乏層の厚さを求め、そのP型、N型領域
の個所を切断する。切断されたそれぞれの面を研
摩し、エツチングして鏡面とし、洗浄、乾燥す
る。P型領域8の鏡面の端面にAl金属薄膜11
を約600Å、他面N型領域10の鏡面端面にAuの
金属薄膜12を約500Å蒸着して、その両側より
電極6,7を各金属膜11,12に接続する。
実施例 2 次に、P型、N型領域の両端表面に浅いPN接
合を持たせた半導体放射線検出器を作る方法の1
実施例を第3図を用いて説明する。該単結晶を作
成した後その側面抵抗を測定し、抵抗プロフアイ
ルを得る。まず、補償により作られた真性領域1
9の位置を定め、両端にできた高抵抗のP型領域
18、N型領域20の部分の長さを設計された逆
方向電圧値に応じて前記式(1)により空乏層の厚さ
を求め、そのP型、N型両領域の個所を切断する
それぞれの切断面を研摩し、エツチングして鏡面
にし、洗浄、乾燥する。P型領域18の鏡面端面
よりN型不純物として例えばリン、N型領域20
の鏡面端面よりP型不純物として、例えばボロン
を、例えば塗布熱拡散、又はイオン・インプラン
テーシヨンにより、表面から約0.3μの位置に接
合部を持たせるごとく、N型拡散層17、P型拡
散層21を作る。拡散層17、および21の各表
面の一部分にAu、Alなどの金属電極15,16
を例えば蒸着法で形成し、その各々より電極1
3,14を接続する。
実施例 3 ゾーン・リフアイニングにより該高抵抗P型領
域およびN型領域を作る方法の1実施例を第4図
を用いて説明する。例えば、シリコンのN型で抵
抗率20KΩcmの単結晶を真空度4×10-3トールで
ゾーン・リフアイニングを3回実施することによ
り第4図に示すような抵抗値のプロフアイルが得
られた。第4図におけるP型領域の抵抗値は約
80KΩcmであり、N型領域は約25KΩcmであるか
ら、該P型、N型領域共に該有感層として充分利
用することができる。
実施例 4 該半導体単結晶中に所望の酸素量を含有させる
方法の1実施例として、単結晶成長時に不活性ガ
スとしてのアルゴン中に酸素を0.3%混合して成
長させたところ、該シリコン単結晶中の酸素濃度
は4×1016ケ/cm3でP型、抵抗率90KΩcmのもの
が得られた。該単結晶を約3.5時間、490℃で熱処
理したところ、第4図のごとく、結晶内の酸素の
一部がドナー化され、シード側がN型に反転し、
約35KΩcmとなり、アクセプターが補償されて真
性領域が中間にでき、又約110KΩcmのP型領域
が得られた。従つて該P型、N型領域共に該有感
層として充分利用することができる。
次に、本発明の作用効果について述べる。
有感層が厚いほど、エネルギーの大きい放射線
を精度よく測定することができる。即ち、検出器
の信号は入射された放射線の有感層での吸収の量
とその有感層の変換効率との積で決まる。そこで
有感層の母材を定めれば、変換効率はほゞ一定と
なり、あとは吸収の量に応ずることになる。更に
精度よく信号を得るには入射量に対しての吸収量
の割合が大きいほどよい。
γ線に対して例をとれば、その吸収の割合は次
の式となる。
f=1−e-〓〓 ………(2) こゝで、fは吸収された放射線の割合、μは吸
収係数cm-1、αは有感層の厚さcm、を示す。
例えば、シリコンを使用した場合、放射エネル
ギーが100KeVでμは0.43cm-1となる。
前記本発明の実施例3および第4図において、
真性領域のみの場合の有感層の厚さは約2cmであ
るが、高抵抗のP型、N型領域と真性領域の全領
域を有感層とした場合の厚さは約4cmとなる。
従つて、吸収された放射線の割合fは、前記式
(2)に、それぞれの数値を代入して算出すると、真
性領域のみの場合は58%となるのに対し、本発明
の高抵抗P型、真性、N型の全領域の場合は82%
となる。
この結果、本発明の放射線検出器を使用した場
合は従来の検出器に比べ、その吸収放射線量は約
1.5倍となり、測定精度を著しく向上させること
ができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体放射線検出器の構造。第
2図は本発明の表面障壁型検出器。第3図は本発
明のPN接合型検出器。第4図は本発明のゾー
ン・リフアイニングによる結晶の抵抗プロフアイ
ル、第5図は本発明の熱処理による結晶の抵抗プ
ロフアイルを示す。 1,2……電極、3,4……金属薄膜、5……
補償により作られた真性領域、6,7……電極、
8……P型高抵抗領域、9……補償により作られ
た真性領域、10……N型高抵抗領域、11,1
2……金属薄膜、13,14……電極、15,1
6……金属電極、17……P型拡散層、18……
N型高抵抗領域、19……補償により作られた真
性領域、20……P型高抵抗領域、21……N型
拡散層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 真性領域の両端に高抵抗P型領域およびN型
    領域を有する半導体単結晶より製作される高抵
    抗、高純度の半導体放射線検出器において該P
    型、真性、N型の全領域を有感層としたことを特
    徴とする半導体放射線検出器。 2 前記特許請求の範囲第1項の半導体放射線検
    出器において、該P型、N型領域の両端に表面障
    壁をもたせたことを特徴とする半導体放射線検出
    器。 3 前記特許請求の範囲第1項の半導体放射線検
    出器において、該P型、N型領域の両端表面に浅
    いPN接合を持たせたことを特徴とする半導体放
    射線検出器。 4 前記特許請求の範囲第1項の半導体放射線検
    出器において、数回のゾーン・リフアイニングを
    行うことにより、該高抵抗P型領域およびN型領
    域を作ることを特徴とする半導体放射線検出器。 5 前記特許請求の範囲第1項の半導体放射線検
    出器において、該半導体単結晶を450℃近傍の不
    活性ガス中で熱処理し、該半導体単結晶中に含有
    する酸素をドナー化して、アクセプターを補償し
    た領域を作ることにより、該高抵抗P型およびN
    型領域を作ることを特徴とする半導体放射線検出
    器。 6 前記特許請求の範囲第5項の半導体放射線検
    出器において、該半導体単結晶成長時の雰囲気ガ
    スの不活性ガス中に1.0%以下の一定量の酸素を
    混合して成長させることにより、所望の酸素量を
    該半導体単結晶中に含有させることを特徴とする
    半導体放射線検出器。
JP56112215A 1981-07-20 1981-07-20 半導体放射線検出器 Granted JPS5815279A (ja)

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JP56112215A JPS5815279A (ja) 1981-07-20 1981-07-20 半導体放射線検出器

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Publication Number Publication Date
JPS5815279A JPS5815279A (ja) 1983-01-28
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ID=14581131

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JP56112215A Granted JPS5815279A (ja) 1981-07-20 1981-07-20 半導体放射線検出器

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JP (1) JPS5815279A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0642813U (ja) * 1991-06-24 1994-06-07 末広 石川 コンクリート製側溝フタ持ち上げ移動器具

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0642813U (ja) * 1991-06-24 1994-06-07 末広 石川 コンクリート製側溝フタ持ち上げ移動器具

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JPS5815279A (ja) 1983-01-28

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