JPS62195181A - 半導体放射線検出素子 - Google Patents

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】 イ、産業上の利用分野 本発明は、半導体放射線検出素子に関する。

口、従来の技術 近年α線、電子線、Ｘ線等放射線のエネルギースペクト
ル測定の検出素子として半導体放射線検出素子が使われ
ている。半導体において、例えばｐｎ接合に逆電圧を印
加すると、キャリアのほとんど存在しない領域（空乏層
）が発生する。この空乏層に放射線が入射すると、放射
線と半導体原子の相互作用により、放射線のエネルギー
に比例した電子正孔対が生じる。空乏層内には電界が形
成されているので、電子、正孔が夫々逆方向へ移動し、
電流が流れることになる。このような半導体の特性を利
用して、半導体を放射線検出素子として利用している。

従来において、半導体放射線検出素子として、Ｓｔ　（
Ｌｉドリフト型）検出素子と表面障壁型素子とｐｎ接合
型素子が主として使われているので、これらの３型の素
子について説明を行う。

（１）Ｓｉ　（Ｌｉドリフト型）検出素子第４図に示す
ように、ＳＬ検出素子はｐ型Ｓｉ単結晶（全体）に放射
線入射側の反対側（図では上）からＬｉを蒸着加熱し、
放射線有感層である１（ドリフト）層２を作るために、
加熱しながら高電圧を長時間かけてＬｉをｎ型Ｓｉ中に
ドリフトさせてドリフ１へ層２を形成させる必要があり
、素子の作成に時間が掛かり過ぎる。又、使用中はもち
ろん不使用時でも、常温に放置しておくとＬｉが再拡散
してドリフト層２が減少するために低温保存しなければ
ならず。又ｐ型Ｓｉの表面には反転層であるｎ型表面チ
ャネルができるが、そのｎ型表面チャネル５の存在がド
リフＩ・層２と２層１の境界に高い電界を集中させて絶
縁破壊を起こすので、その絶縁破壊によって生じる漏れ
電流を滅するために、第４図に示ずようにＬｉドリフト
型素子の形状を（ａ）トップハラ■・型または（ｂ）逆
Ｔ字型にして、ｎ層とｐ層が近接しないようにする必要
があり、その為に製１Ｆに工数が掛かり過ぎる等の問題
点を有している。

（２）表面障壁型素子 第５図に示すように、ｎ型Ｓｉ単結晶］の一方の表面に
非オーミツク接触をなすＡ、　ＩＪ電極２を蒸着して放
射線入射面とし、他方の表面にＡＩ電極３を蒸着させ、
表面に漏れ電流を防くために、ｐ−エポキシ樹脂４を用
いて表面安定化を計り、検出素子を作成しているが、放
射線有感体である空乏層を広げるためには、高電圧をか
ける必要があり、Ａ　ＩＪ電極２周辺部に電界が集中し
て絶縁破壊の危険性があり、また低エネルギー放射線測
定時のＳ／Ｎ比低下のため冷却しようとすると、エポキ
シ樹脂とＳｉとの膨張係数が異なることにより、エポキ
シ樹脂が剥離するために、低エネルギー用の低ノイズ検
出素子としては使用不能である。

（３）ｐｎ接合型素子 半導体製造技術により、不純物を拡散してｐｎ接合素子
を形成するか、第６図に示すように、電圧が高い程放射
線有感体である空乏層２が広がるので、空乏層２を広げ
るためには、高電圧をかける必要があるため、ｐｎ接合
の周辺で絶縁破壊の危険性がある。また放射線の入射側
に不感層であるｎ＋領域］があって放射線を吸収するた
めに、低エネルギーＸ線での検出効率が低下する等の問
題点を有している。

上記各種素子には共通して素子端面の格子表面欠陥が及
ぼすリーク電流の対策が必要である。これは空乏層が端
面まで広がった時、格子表面欠陥から空乏層にキャリア
が注入され、リーク電流が発生する現象が生じる。従来
においては、この対策としてはＬｉドリフト型で示して
いるように、不純物拡散による格子欠陥修正部が端面に
なるようにするか、又、素子端面に被膜を形成して表面
欠陥の発生を防止する等の対策が取られていた。

上述したように従来の半導体放射線検出素子においては
、夫々問題点があった。

ハ１発明が解決しようとする問題点 本発明は、上記拡散射線検出器の問題点を解消し、感度
、安定性、量産性に優れた放射線検出素子を提供すする
のを目的とする 二１問題点解決のための手段 基本型として表面障壁型を採用し、表面障壁型における
耐圧性の問題点の解決手段としては、ガードリングによ
り電界の集中を防いで耐圧を向上させ、更にチャンネル
ストッパーを用いて表面リークを低下させる。

ホ９作用 表面障壁型は性能と生産性の両面から、他の型と比較し
た場合、Ｌｉドリフト型に対しては、長時間ドリフトが
必要でなくなり、生産性において優れ、ｐｎ接合型に対
しては、不感層がないので検出感度に優れており、従っ
て、問題点であるリーク電流の防止と放射線入射側電極
縁辺での絶縁破壊の対策として前項手段を用いれば、各
型の利点を取り、問題点を除いた高性能低コストの放射
線検出素子の提供が可能になる。

へ、実施例 第１図に本発明の一実施例を示す。１はｎ型Ｓｉの基板
である。２はリング状に形成されたｐ型頭域（ガードリ
ング）で後述する放射線入射側−電極であるＡｕ薄膜５
の端で生じる電界集中を防止する働きを行う。３は基板
１の上面周辺に形成されたｎ十領域で空乏層が端面まで
広がり、リーク電流が増加するのを防止することを目的
とする。即ち、Ａｕ電極を−、下面側を十に電圧を印加
すると、電圧に応じて空乏層はＡｕ電極から厚さ方向及
び外周方向に広がるか、ｎ十領域３により、それより外
方へ空乏層が広がるのが防止される。４はｎ」領域でｎ
型Ｓｉ基板１と後述するＡＩ電極薄膜６との間のオーミ
ック接触を確実にすると共に、空乏層が裏面Ａ１層に接
するまで広がるのを防止するブロッキング層の役目を果
たす。Ａｕ薄膜５はガードリング２を縁として、その内
側に形成されたー電極でｎ型Ｓｉ基板１とショットキ・
バリアを形成して接触しており、放射線の入射面となる
。６はＡＩ薄膜でｎ型Ｓｉ基板１とオーミック接触をす
る。７はＳｉＯ２薄膜でＡｕ薄膜５を除く表面を覆って
パシベーションを形成し、表面リーク電流を防止する働
きを行う。

次に第２図において、本発明の放射線検出素子の製作方
法について、説明を行う。

第２図（ａ）において、ｎ型Ｓｉ単結晶１の表面に熱酸
化等により、５ｉ０２ＩＩｉ７を形成する。

第２図（ｂ）において、フォトリソグラフィ技術により
、ｐ拡散領域（ガードリング）２の上部にあるＳｉ○２
膜７を除去する。

第２図（Ｃ）において、ボロンを熱拡散により上記除去
領域に拡散を行い、ｐ領域２を形成する第２図（ｄ）に
おいて、再度熱酸化により、５ｉ０２膜７を形成した後
、フォトリソグラフィ技術により、ｎ４拡散領域（チャ
ンネルストッパー）３，４の上部にある５ｉ０２膜を除
去する。

第２図（ｅ）において、リンを熱拡散により上記除去領
域に拡散を行い、ｎ十領域３，４を形成する。

第２図（ｆ）において、再度熱酸化により、５ｉ０２膜
７を形成した後、フ才Ｉ・リソグラフィ技術により、ｐ
拡散領域（ガードリンク）２に囲まれたｎ領域の上部に
ある５ｉ０２膜を除去し、同除去部分にＡｕ薄膜５を蒸
着させ、裏面にＡＩ薄膜６を蒸着させて完成となる。

尚Ａｕの蒸着膜５は、半導体素子のＸ線入射窓になるた
めに、薄い方がよく、４０μｇ　／　ｃ　ｍ程度が望ま
しい。又裏面電極６の元素は、本実施例ではＡＩを使用
しているが、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｃｒ。

Ｔｉ等ｎ型Ｓｉ層とオーミック接合を形成するものてあ
れば、特に問題はない。

第３図には第１図の（ｂ）、（ｃ）で同時に形成しうる
ｐ型すング状拡散領域〈フィールドリミッティングリン
グ）９を設けた時の実施例である。このフィールドリミ
ッティングリング９により、より高耐圧でより厚い空乏
層を有する半導体放射線検出素子の実現が可能となる。

ト、効果 本発明によれば、Ａｕ薄膜の周縁はｐ型ガードリング２
により、電極周縁に丸みを付けたのと同じになり、電界
の集中が緩和されて耐圧が向上し、その分数射線有感層
である空乏層を厚くでき、チャンネルストッパー３によ
って、空乏層が素子用側面まで広がるのが防止されて、
リーク電流が防止されたのて、パシベーション膜７の効
果と相まって、樹脂加工が不要になったので低温使用が
可能となり、検出感度の劣化を防ぎ、検出感度の向上が
計れる低コストの量産可能な半導体放射線検出素子を提
供することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は製作工程
の断面図、第３図は一実施例の断面図、第４図は従来例
のＬｉドリフト型素子の断面図で（ａ）はトップハツト
型、（ｂ）は逆Ｔ字型の断面図、第５図は従来例の表面
障壁型素子の断面図、第６図に従来例のｐｎ接合型素子
の断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の放射線入射側表面において、リング
   状に基板と反対性の不純物拡散部を形成し、この不純物
   拡散部を外縁として、基板とショットキ・バリアを形成
   する金属よりなる放射線入射電極層を形成し、基板裏面
   に基板とオーミック接触する電極層を形成することを特
   徴とする半導体放射線検出素子。
2. （２）特許請求の範囲（１）の項において、放射線入射
   側表面にリング状不純物拡散領域をさらに数個上記放射
   線入射電極層外縁のリング状拡散領域の外側に形成した
   ことを特徴とする半導体放射線検出素子。