JPS62293680A - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔発明の属する技術分野〕 本発明は半導体内く形成された空乏層中へ放射線を入射
したとき生ずるキャリアを利用した半導体放射線検出素
子に関する０ 〔従来技術とその問題点〕 γ線などの放射線を検出するための半導体放射線検出素
子はシリコン単結晶基板上の少くとも一生面に高比抵抗
の非晶質シリコン層を介して電極を形成したものが同一
出願人による特開昭５９−２２７１６８号公報として開
示されている。

第４図はこの素子の構、造と電気的な接続を示した縦断
面である０Ｍ４図においてこの素子は高抵抗のＰ形単結
晶シリコン基板１の一表面にＮ形弁晶質シリコン層２を
成長させ、その反対面にＰｔ散層３が設けられ、非晶質
シリコン層２の上に単結晶シリコン基板１と非晶質シリ
コン層２とのへテロ接合に逆バイアスを印加するための
主電極４゜およびＰ＋拡散層３に裏面電極５を備えたも
のでちる。Ｐ＋拡散層３はオーミックコンタクトを得る
ととと、逆バイアスを印加したとき単結晶シリコン基板
１内に拡がる図示してない空乏層のバンチスルーを防止
するためのものである。

このような構成を有する素子に対して電源６によυ主電
極４と裏面電極５０間に電圧を印加することによ）空乏
層は主として単結晶シリコン基板１の側に広がる。この
広がった空乏層に放射線が入射すると多数の電子正孔対
が発生する◇発生した電子および正孔は空乏層の電界に
よって加速され電流が流れる。この電流により負荷抵抗
７の両端に発生したパルス電圧のパルスをカウントする
ことから放射線の強度を測定することができる。

この構造の半導体放射線検出素子は接合を形成するため
の非晶質シリコン層２が同時にパツシペーンヨン膜とし
ても作用するので、構造が簡単で経年変化の少い安定な
放射線検出素子が容易に得られるという利点をもつもの
である。

しかしながら、この構造の素子は酸化膜を窓明けして形
成する通常のＰＮ接合の場合と異な９、非晶質シリコン
層２を形成する前の単結晶シリコン基板１の表面ではシ
リコンのボンドが切れた状態で外気に曝されるためにそ
の表面に外気中の分子の吸着や非晶質シリコン層２を形
成する過程で真空装置内の不純物の吸着などにより界面
準位が発生しやすく、この上うな準位が発生すると高抵
抗の単結晶シリコン基板１の界面には容易に反転層が形
成される。

次にとの様子を第５図によシ説明する。第５図は第４図
の一部をやや拡大して示したものであυ、第４図と共通
部分は同一符号を用いである。第５図に示すように主電
極４と裏面電極５によシこの素子に逆バイアスを印加し
て単結晶シリコン基板１内に空乏層８が拡がり、そのと
きシリコン基板１に形成されている界面反転層は非晶質
シリコン層２を挾んで主電極４と対向する界面の反転層
９とシリコン基板１の側面厚さ方向の表面反転層１０で
あシ、これら反転層９，１０が短絡されて点線の矢印で
示した経路１１による漏れ電流が流れる。

非晶質シリコン層２の抵抗は十分に大きいからこの漏れ
電流は僅かではあるが、放射線を検出する信号電流に比
べれば十分大きく、そのため信号電流が漏れ電流の中に
埋もれてしまい検出感度を悪くする。このことは特に信
号電流のパルス高の低い低エネルギー放射線に対する感
度を低下させるという問題を生ずる０ したがって高抵抗シリコン基板の接合界面に形成される
反転層の影響を受けることのない半導体放射線検出素子
が望まれる。

〔発明の目的〕

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであシ、その目
的は単結晶シリコン基板の接合界面に反転層が形成され
た場合においても、その反転層に起因する漏れ電流の増
加を防止し、低エネルギーの放射線に対しても高感度の
検出が可能な半導体放射線検出素子を提供することにあ
る。

〔発明の要点〕

本発明の半導体放射線検出素子は主電極を取υ囲むよう
に順方向電圧を印加する電極を設け、単結晶シリコン基
板と非晶質シリコン層との界面反転層を順方向バイアス
により消滅させ漏れ電流が増加するのを防止したもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例に基づき説明する。

第１図は本発明の素子の平面図、第２図は同じく第１図
のＡ−Ａ断面図を電気的接続とともに示したものであシ
、いずれも第４図、第５図と共通部分を同一符号で表わ
しである。本発明を第１図。

第２図を併用して説明する。本発明の素子が従来素子と
異なる点は第２図と第４図の比較かられかるように本発
明では順方向バイアス電極１２および順方向バイアス電
源１３を設けたことである。

順方向バイアス電極１２は第１図に示したように主電極
４を取シ囲むように配置される。

第３図は第５図に做って順方向バイアス電極１２ＫＰ形
単結晶シリコン基板１とＮ形弁晶質シリコン基板とのへ
テロ接合が順バイアスとなるように電圧を印加したとき
の空乏層と反転層の様子を示したものである。第２図に
おいて方向バイアス電極１２の近傍では順方向バイアス
のために反転層９の一部が消滅し、第５図に示した漏れ
電流の経路１１も消滅するのでこの素子に流れる漏れ電
流は減少する。

この素子構造はＮ形弁晶質シリコン２のバンドギャップ
が広く、Ｐ形シリコン基板１から流れ込む正孔に対して
ボテ；ノシャルの高い障壁が存在するために順方向バイ
アスを加えてもＰ形シリコン基板１からの正孔の注入は
僅かであって非晶質シリコン２の抵抗はあｔｂ低くなら
ない。したがって順バイアス電源１３によって流れる電
流は僅かであシ、しかもこの電流は第２図に示した負荷
抵抗７を通って流れることはないから、放射線を検出す
るための信号電流になんら悪影響を及ばずものでは々い
。一方主電極４から順バイアス電極１２に流れる電流は
非晶質シリコン層２が非常に薄く高抵抗であるために主
電極４と順バイアス電極１２との距離が十分大きくなる
ように相互の位置関係を定めることによシ無視すること
ができる◇なお本発明の半導体放射線検出素子は第２図
に示す構成をとるのが最も普通であるが、場合によって
は半導体の導電形を逆の関係、すなわちシリコン基板１
をＮ形、非晶質シリコン２をＰ形とすることも可能であ
る。また非晶質シリコン層２の代シに高禁止帯幅を有し
信号電流を流すことができる適当な抵抗値をもった例え
ば非晶質のＳＩＣなどの薄膜を用いてもよい◎ 〔発明の効果〕 単結晶シリコン基板の一表面に逆導電形の高禁止帯幅を
もつ非晶質シリコン層を成長させてヘテロ接合を形成し
、主電極と裏面電極間に逆電圧を印加することによシ基
板内に広がる空乏層に放射線を入射したとき生ずるキャ
リアを利用した半導体放射線検出素子は放射線を有効に
検出するものであるが、表面に不純物吸着などに起因す
る接合界面の反転層を形成することが漏れ電流の原因と
なシ、検出感度を低下させるので、本発明では実施例で
述べたごとく、この放射線検出素子の主電極をと９囲む
ように配置した別の電極を用いてヘテロ接合に順方向電
圧も印加することができるようにしたため、本発明の素
子は放射線を検出する信号電流になんら悪影響を及ぼす
ことなく、反転層を消滅させ、漏れ電流が増加すること
もなくなる。したがって本発明の半導体放射線検出素子
はとくに低エネルギーの放射線に対しても高感度に検出
することが可能になったものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体放射線検出素子の平面図、第２
図は電気的接続を含む第１図のＡ−Ａ’断面図、第３図
は本発明素子の空乏層と反転層の様子を示した断面図、
第４図は単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層とのへ
テロ接合を有する半導体放射線検出素子の構成を示す断
面図、第５図は第４図の素子に生ずる空乏層と反転層を
示した断面図である。 １・・・・・・単結晶シリコン基板、２・・・・・・非
晶質シリコン層、４・・・・・・主電極、５・・・・・
・裏面電極、６．１３・・・・・・電源、７・・・・・
・負荷抵抗、８・・・・・・空乏層、９・・・・・・界
面反転層、１０・・・・・・表面反転層、１１・・・・
・・漏第１図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）一導電形の単結晶半導体基板の一表面に逆導電形の
   高禁止帯幅を有する高比抵抗の非晶質半導体層を介して
   設けられた主電極、 前記単結晶半導体基板の前記主電極とは反対の面に設け
   られ、前記主電極との間に逆電圧が印加される裏面電極
   、 前記非晶質半導体層の表面に前記主電極をとり囲むよう
   に設けられ、前記裏面電極との間に順方向電圧を印加す
   ることにより漏れ電流の発生を抑制する順方向バイアス
   電極を備えたことを特徴とする半導体放射線検出素子。