KR20160137858A - Semiconductor radiation detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 방사선 검출소자에 관한 것으로서, 특히, 전하수집효율이 향상된 반도체 방사선 검출 소자에 관한 것이다.
The present invention relates to a semiconductor radiation detection element, and more particularly, to a semiconductor radiation detection element with improved charge collection efficiency.
일반적으로 반도체 방사선 검출 소자는 입사 방사선의 전리 작용에 의해서 검출 소자 내에서 전하(전자, 정공)가 생성되고, 양 전극간에 인가된 전계에 의해서 수집하여 입사 방사선을 신호로 검출할 수 있다.In general, a semiconductor radiation detecting element generates charges (electrons, holes) in a detecting element by ionizing action of incident radiation, collects it by an electric field applied between the electrodes, and detects incident radiation as a signal.
이러한 반도체 방사선 검출 소자는 의료 영상 기기, 비파괴 검사시 검출기 등 다양한 분야에 응용되고 있으며, 적은 양의 방사선만으로도 일정 수준 이상의 선명한 영상의 획득이 가능하여야 한다. 즉, 입사 방사선에 대한 높은 에너지 분해능을 얻기 위해서 생성한 전하를 높은 효율로 수집하는 것이 중요하다. Such a semiconductor radiation detecting element is applied to various fields such as a medical imaging apparatus and a nondestructive inspection detector, and it is required to obtain a clear image of a certain level or higher with only a small amount of radiation. In other words, it is important to collect the generated charge with high efficiency in order to obtain high energy resolution for incident radiation.
높은 전하 수집효율을 향상시키기 위해서 전하(전자, 정공)의 이동도가 클수록, 그리고 전기장 강도가 클수록 유리하다. 하지만, 입사 방사선이 없는 경우에도 인가 전압에 따른 누설 전류가 존재하므로, 에너지 분해능 열화의 원인이 될 수 있다. The higher the mobility of the charge (electrons and holes) and the larger the electric field strength, the better the charge collection efficiency. However, even in the case where there is no incident radiation, there is a leakage current corresponding to the applied voltage, which may cause deterioration of energy resolution.
반도체 방사선 검출 소자로 사용되는 단결정 및 다결정 반도체는 낮은 전하농도로 인한 높은 비저항(예, 109Ω㎝ 이상)을 갖는 반도체가 사용될 수 있다. 하지만, 이러한 고저항 반도체는 적합하지 않은 금속 전극의 일함수 때문에, 전하 수집을 위한 전극을 반도체와의 계면에서 쇼트키 장벽이 형성되어 오믹접촉을 이루기 어렵고, 전압 인가시에 분극(polarization)현상이 일어나 소자의 장시간 구동 안정성이 저하되는 문제가 있어 왔다. 한편, 오믹 접촉을 위한 전극물질로, 고순도(예, 99.99% 이상)의 Au, Pt와 같은 귀금속이 요구되어 비용 증가하는 문제가 있다.Monocrystalline and polycrystalline semiconductors used as semiconductor radiation detecting elements can be semiconductors having high resistivity (e.g., 10 9 ? Cm or more) due to low charge concentration. However, due to the work function of the metal electrode, which is not suitable for such a high-resistance semiconductor, the Schottky barrier is formed at the interface between the electrode for charge collection and the semiconductor, so that it is difficult to make ohmic contact. So that the driving stability of the device for a long time is lowered. On the other hand, a noble metal such as Au or Pt with high purity (e.g., 99.99% or more) is required as an electrode material for ohmic contact, which causes an increase in cost.
본 발명의 해결하고자 하는 과제 중 하나는, 전극과 반도체의 계면에서 전기적 특성을 변화시킴으로써 전하수집효율이 향상된 반도체 방사선 검출 소자를 제공하는데 있다.
One of the problems to be solved by the present invention is to provide a semiconductor radiation detecting element with improved charge collection efficiency by changing electrical characteristics at the interface between the electrode and the semiconductor.
본 발명의 일 실시예는, 방사선 입사에 의해 전하가 생성되는 방사선 감응형 반도체와, 상기 반도체의 제1 영역에 배치되어 상기 반도체에 전압을 인가하는 제1 전극과, 상기 반도체의 제2 영역에 배치되어 상기 생성된 전하를 수집하는 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 영역 중 적어도 하나의 표면에 배열된 다수의 나노 구조체를 포함하는 반도체 방사선 검출소자를 제공한다.
According to an embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device including: a radiation-sensitive semiconductor in which electric charges are generated by radiation incidence; a first electrode disposed in a first region of the semiconductor and applying a voltage to the semiconductor; And a plurality of nanostructures arranged on a surface of at least one of the first region and the second region.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극과 반도체의 계면에 다양한 형태의 입자와 같은 나노 구조체의 배열을 계면에 도입함으로써, 계면에 비균질한 쇼트키 장벽이 형성되어 국부적으로 유효 쇼트키 장벽 높이를 낮출 수 있으며, 그 결과 전하수집효율이 향상된 반도체 방사선 검출 소자를 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, by introducing an array of nanostructures such as various types of particles at the interface between the electrode and the semiconductor at the interface, an inhomogeneous Schottky barrier is formed at the interface to locally lower the effective Schottky barrier height And as a result, it is possible to provide a semiconductor radiation detection element with improved charge collection efficiency.
고저항인 화합물 나노 구조체를 사용할 경우에, 추가적으로 국부적인 부동태화를 통해서 계면 재결합속도가 감소되고 전하수집효율은 증가될 수 있다. When using high-resistance compound nanostructures, the interface recombination rate can be further reduced through local passivation and the charge collection efficiency can be increased.
또한, 나노 구조체로서 전자친화도 또는 제1 이온화 에너지가 낮은 금속을 사용함으로써 분극현상을 완화시켜 반도체 방사선 검출 소자의 장시간 사용에도 높은 신뢰성을 보장할 수 있다.
In addition, by using a metal having a low electron affinity or a low first ionization energy as a nano structure, the polarization phenomenon can be mitigated, and high reliability can be ensured even when the semiconductor radiation detecting element is used for a long time.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
The various and advantageous advantages and effects of the present invention are not limited to the above description, and can be more easily understood in the course of describing a specific embodiment of the present invention.
도1a 및 도1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 방사선 검출소자의 사시도 및 측단면도이다.
도2는 나노입자 배열이 도입된 전극-반도체 계면의 밴드 다이어그램을 나타낸다.
도3은 도1a에 도시된 반도체 방사선 검출소자를 구비한 방사선 측정시스템을 나타내는 개략도이다.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 방사선 검출소자를 나타내는 측면도이다. 1A and 1B are a perspective view and a side sectional view, respectively, of a semiconductor radiation detecting element according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a band diagram of an electrode-semiconductor interface in which nanoparticle arrays are introduced.
3 is a schematic view showing a radiation measurement system having the semiconductor radiation detection element shown in FIG. 1A.
4 is a side view showing a semiconductor radiation detecting element according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 실시예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 예를 들어, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 본 명세서에서, '상부', '상면', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.The embodiments may be modified in other forms or various embodiments may be combined with each other, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments are provided so that those skilled in the art can more fully understand the present invention. For example, the shapes and sizes of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity of description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements. Also, in this specification, terms such as "upper", "upper surface", "lower", "lower surface", "side surface" and the like are based on the drawings and may actually vary depending on the direction in which the devices are arranged.
한편, 본 명세서에서 사용되는 "일 실시예(one example)"라는 표현은 서로 동일한 실시예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 그러나, 아래 설명에서 제시된 실시예들은 다른 실시예의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 실시예에서 설명된 사항이 다른 실시예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
The term " one example " used in this specification does not mean the same embodiment, but is provided to emphasize and describe different unique features. However, the embodiments presented in the following description do not exclude that they are implemented in combination with the features of other embodiments. For example, although the matters described in the specific embodiments are not described in the other embodiments, they may be understood as descriptions related to other embodiments unless otherwise described or contradicted by those in other embodiments.
도1a 및 도1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 방사선 검출소자의 사시도 및 측단면도이다.1A and 1B are a perspective view and a side sectional view, respectively, of a semiconductor radiation detecting element according to an embodiment of the present invention.
도1a 및 도1b를 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 방사선 검출 소자(10)는, 방사능 감응형 반도체(11)와 상기 방사능 감응형 반도체(11)의 대향하는 양면에 각각 배치된 제1 및 제2 전극(12,15)을 포함할 수 있다. 1A and 1B, a semiconductor
상기 반도체 방사선 검출 소자(10)는 MSM(금속전극-반도체-금속전극)형 쇼트키 장벽형 소자일 수 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 전극(12,14)이 대향하는 양면에 각각 배치된 구조로 예시되어 있으나, MOSFET과 같은 다른 구조의 소자에서는 동일한 면에 배치될 수 있다. 본 실시예는, 섬광체 등을 경유하지 않고 방사선이 검출 소자(10)에 직접 입사되는 직접형 구조에 채용될 수 있다. The semiconductor
상기 방사선 감응형 반도체(11)는 방사선 입사에 의해 전하가 생성되는 단결정 및 다결정 반도체일 수 있다. 높은 분해능을 위해서 큰 비저항을 갖는 반도체를 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 반도체(11)의 비저항은 108Ω㎝ 이상, 바람직하게는, 109Ω㎝ 이상일 수 있다. 특히, 높은 원자번호를 갖는 원소로 구성된 화합물 반도체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 방사선 감응형 반도체(11)는 CdTe, CdMTe(여기서, M은 Zn 또는 Mn임), CdZnxTey1Sey2 (x+(y1+y2)=1), TlBr, YI2(Y는 Hg 또는 Pb임), AlSb, PbSe 또는 PbO일 수 있다. The radiation-
상기 방사선 감응형 반도체(11)로는 이에 한정되지 않으며, 다양한 종류의 반도체가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 방사선 감응형 반도체(11)는 Si, Ge와 같은 단원소 반도체뿐만 아니라, SiC와 같은 Ⅳ-Ⅳ족 화합물 반도체, AlN와 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체도 사용될 수 있다. 이러한 반도체(11)는 pn접합형, PIN 다이오드형(도4 참조) 및 MOSFET 구조로 유익하게 사용될 수 있다.
The radiation-
도1a에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전극(12)은 상기 반도체(11)의 하면에 배치되어 상기 반도체(11)에 접지(Ground, GND) 역할을 할 수 있다. 상기 제2 전극(15)은 상기 반도체(11)의 상면에 배치되어 전압 인가 및 방사선 입사에 의해 생성된 전하를 수집하는 역할을 한다. 1A, the
이와 같이, 검출소자(10)에 전압을 인가하기 위해서, 일측 전극은 접지되거나 낮은 전위에 연결되고, 타측 전극은 상대적으로 높은 전위에 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, 방사선 검출소자(10)에 사용되는 반도체(11) 내에서는 전자 이동도가 정공의 이동도보다 10배 이상 크므로, 전자를 수집하는 전극이 높은 전위가 인가되는 전극이거나 본 실시예와 같이 접지된 제1 전극(12)의 반대측의 전극인 제2 전극(15)일 수 있다.
As described above, in order to apply a voltage to the detecting
상기 방사선 감응형 반도체(11)는 앞서 설명한 바와 같이 비저항이 크며, 상대적으로 낮은 금속 전극의 일함수로 인하여 전극(12,15)과 반도체(11) 사이에는 쇼트키 장벽이 형성되고, 오믹 접촉이 이루기 어려운 경향이 있다. As described above, the radiation-
이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 실시예에서는, 전하수집을 위한 제2 전극(15)이 형성된 반도체(11)의 표면에는 다수의 나노 구조체(14)를 서로 이격되어 배열할 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 나노 구조체(14)의 배열은 상기 반도체(11)와 상기 제2 전극(15)의 계면에 위치하는 것만 예시되어 있으나, 다른 실시예에서는 반도체(11)와 제1 전극(12)의 계면에도 형성될 수 있다.In order to solve such a problem, in the present embodiment, a plurality of
도2에 도시된 바와 같이, 상기 반도체(11)와 상기 제2 전극(15)의 계면(A)은 상기 전극의 부적합한 일함수(Φm)로 인해 상대적으로 높은 쇼트키 장벽이 형성되는데 반하여, 상기 나노 구조체(14)가 위치한 영역(B)은 국부적으로 나노 사이즈의 구조체에 의한 영향으로 상기 반도체(11)와 상기 제2 전극(15)의 계면에서 유효 쇼트키 장벽을 낮출 수 있다(Φn1 , Φn2). 그 결과, 상기 나노 구조체(14)의 도입으로 인해 상기 반도체(11)와 상기 제2 전극(15)의 계면에서 비균질한 유효 쇼트키 장벽 높이(inhomogeneous Shottky Barrier Height)가 형성되어 계면의 오믹 접촉 특성을 향상시킬 수 있다. 2, the interface A between the
이러한 효과는 상기 나노 구조체(14)의 물질 종류와 관계없이 나노 사이즈의 입자에 의한 영향으로 이해할 수 있다. 도2에 나타난 바와 같이, 유효 쇼트키 장벽의 낮춤 효과는 나노 구조체의 크기 등에 따라 국부적으로 다소 다르게 나타날 수 있다(Φn1 ≠Φn2). 본 발명에 채용가능한 나노 구조체(14)의 크기(d)는 100㎚ 이하, 바람직하게는 50㎚ 이하일 수 있다.
This effect can be understood as an effect of nano-sized particles irrespective of the kind of the substance of the
본 발명에 채용가능한 나노 구조체(14)로는 금속과 같은 도전성 물질뿐만 아니라, 반도체 물질 및 전기적 절연성 물질도 사용될 수 있다. As the
일 예에서는, 상기 나노 구조체(14)가 금속, 합금 또는 투명 전도성 산화물과 같은 준금속일 경우에 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)으로 인해 나노 구조체(14) 주위에 전기장이 집중되면서 추가적으로 전기적 특성을 개선시킬 수 있다. In one example, when the
이러한 나노 구조체(14)로는, B, Al, Ca, Sc, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Ge, Se, Sr, Ru, Rh, Pd, Ag, Te, Ba, Lu, Ta, Ir, Pt, Au, Tl 및 Pb로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속 또는 이를 포함한 합금이 사용될 수 있다. 또한, 상기 나노 구조체(14)로는 선택적으로 도핑된 In2O3, SnO2, ZnO, Cu-Oxide, NiO 및 TiO2와 같은 투명 전도성 산화물이 사용될 수 있다. 예를 들어, ITO(Sn-doped In2O3) 또는 AZO(Al-doped ZnO)일 수 있다. The
나노 구조체(14)의 구성 물질에 따라 계면반응에 의해서 계면 전하가 증가하고 이를 통해서 계면의 접촉 특성을 추가적으로 개선할 수 있다. 예를 들어, 나노 구조체(14)로 Ag와 같은 금속을 사용할 경우에 화합물 반도체의 일 성분과 고용체(solid solution)를 형성하고, 반도체의 계면 부근에서 전하를 증가시킬 수 있다. Depending on the constituent material of the
다른 예에서는, 나노 구조체(14)로서 반도체 물질 또는 전기적 절연물질을 사용할 수 있다. 이와 같이 고저항 물질을 사용할 경우에 국부적인 부동태화(passivation)을 통해 계면에서 재결합속도를 감소시킴으로써 전하수집효율을 향상시킬 수 있다. 이러한 나노 구조체(14)로는 ZrO2, HfO2, SiO2, CeO2, MgO, Al2O3, SiNx 및 MgF2와 같은 절연성 화합물이 사용될 수 있다. In another example, a semiconductor material or an electrically insulating material can be used as the
특정 실시예에서, 상기 방사선 감응형 반도체(11)은, CdTe, CdMTe(여기서, M은 Zn 또는 Mn임), CdZnxTey1Sey2 (x+(y1+y2)=1), TlBr, YI2(Y는 Hg 또는 Pb임), AlSb, PbSe 또는 PbO와 같은 고저항 반도체일 수 있으며, 이 경우에, 상기 나노 구조체(14)로는 Ag, Au, Al, Cu, Pd, Pt, ITO 또는 AZO이 사용될 수 있으며, 상기 제2 전극(15)로는 Ni, Cr, Ti 또는 Pt이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 나노 구조체(14) 및 상기 제2 전극(15)은 각각 Ag 및 Ni을 포함할 수 있다.
In a particular embodiment, the radiation
또한, 반도체 방사선 검출 소자는 열악한 환경에서 장시간 사용될 수 있으며, 이로 인해 검출 소자 내에서 분극현상이 발생될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 전극(12,15)과 접하는 계면에서 화합물 반도체의 구성원소의 양이온과 음이온이 각각 축적되어 소재/소자 내의 내부 전기장을 약화시킬 수 있다. 이러한 문제를 완화시키기 위해서, 제1 및 제2 전극(12,15) 중 적어도 하나를 전자친화도와 제1 이온화 포텐셜(first ionization potential)이 낮은 금속을 사용하여 계면 반응에 의해 이온 축적을 억제시킬 수 있다. 이러한 전극물질로는, Ca, Sr, Ti, Ba, fe, Sc, B, Ta, Lu, Pb, Tl 등이 사용될 수 있다.
In addition, the semiconductor radiation detecting element can be used for a long time in a harsh environment, which may cause a polarization phenomenon in the detecting element. That is, the positive and negative ions of the constituent elements of the compound semiconductor are accumulated at the interface with the first and
본 실시예에 채용된 나노 구조체(14)는 수 내지 수십 ㎚의 박막을 증착한 후에 후속 열처리 공정을 통하여 형성될 수 있다. 상기 박막 증착은 열증착, 전자빔 증착, 스퍼터링, 펄스 레이저 증착 등에 의해 수행될 수 있으며, 상기 후속 열처리는 급속 열처리(RTP), 레이저 열처리, 전자빔 조사, 이온빔 조사 등에 의해 수행될 수 있다. The
특정 실시예에서는, 박막성장을 핵성장(nucleation) 후에 응집이 일어나기 전에 중단함으로써 원하는 나노 구조체를 형성할 수 있다. 예를 들어, 유효 두께가 10㎚ 이하로 박막을 성장시킬 경우에 이러한 나노 구조체를 얻을 수 있다.
In certain embodiments, thin film growth can be achieved by nucleation followed by quenching before aggregation occurs to form the desired nanostructure. For example, such a nanostructure can be obtained when a thin film is grown with an effective thickness of 10 nm or less.
도3는 도1b에 도시된 반도체 방사선 검출소자를 구비한 방사선 측정시스템을 나타내는 개략도이다. Fig. 3 is a schematic diagram showing a radiation measurement system with the semiconductor radiation detection element shown in Fig. 1b.
도3에 도시된 방사선 측정시스템은, 반도체 방사선 검출소자(10), 고전압 전원(22), 전치 증폭기(24), 주증폭기(26) 및 프로세서/표시부(27)를 포함할 수 있다. 3 may include a semiconductor
상기 반도체 방사선 검출소자(10)의 제1 전극(12)은 접지(GND)에 연결되고 제2 전극(15)은 고전압전원(22)과 전치증폭기(24)에 연결될 수 있다. 고전압전원(22)에 의해 상기 검출소자에 바이어스 전압을 인가된다. 감마선과 같은 방사선이 상기 검출소자(10)에 입사되면, 방사선 감응형 반도체(11) 내에서 전자-정공이 생성될 수 있다. 이러한 전자-정공은 바이어스 전압에 의해 제2 전극(15)을 통해서 수집되고, 입사된 방사선의 세기에 비례하는 신호를 전치증폭기(24)에 출력한다. 여기서, 출력되는 신호는 전하량의 형태로 아날로그 신호이다.The
본 실시예에 따른 방사선 검출소자(10)는 앞서 설명한 바와 같이, 반도체(11)와 제2 전극(15) 사이에 나노 구조체(14)의 배열을 도입함으로써 금속 전극-반도체 소재 계면의 특성을 변화시켜 전하수집효율(본 실시예에서는 전자수집효율)을 크게 향상시킬 수 있다.The
상기 전치증폭기(24)는 상기 검출 소자(10)로부터 출력되는 전하량 형태의 아날로그 신호를 신호의 처리가 비교적 쉬운 전압 형태의 아날로그 신호로 변환하고 1차 증폭하고 주증폭기(26)에 출력한다. 상기 주증폭기(26)는 출력된 신호를 펄스 성형 및 2차 증폭을 적용한 후에 프로세서/표시부(27)에 출력한다. The
상기 프로세서/표시부(27)는 수신된 신호를 디지털 신호를 변환하고 저장한 후에 디지털 신호를 분석하고 방사선 세기와 위치와 같은 정보를 디스플레이와 같은 표시수단을 통해 제공할 수 있다. ADC(Analog to Digital Converter)는 프로세서/표시부(27)에 포함되어 구성될 수 있으나, 필요에 따라 프로세서/표시부(27)의 전단에 위치할 수 있다. The processor /
이와 같이, 본 방사선 측정시스템은 나노입자 배열 도입을 통하여 전하수집효율이 향상된 반도체 방사선 검출소자를 사용하므로, 방사선 측정의 정확성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 오믹 콘택을 구현하기 위해서 전극으로 사용된 귀금속의 사용량을 감소시키거나 대체할 수 있으므로 제작비용을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
As described above, since the present radiation measurement system uses a semiconductor radiation detection element having improved charge collection efficiency through the introduction of nanoparticle array, it can not only improve the accuracy of radiation measurement, The amount of use can be reduced or replaced, which can dramatically reduce production costs.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 방사선 검출소자(30)를 나타내는 측면도이다. 4 is a side view showing a semiconductor
도4에 도시된 반도체 방사선 검출 소자(30)는, 방사능 감응형 반도체(31)와 상기 방사능 감응형 반도체(31)의 대향하는 양면에 각각 배치된 제1 및 제2 전극(32,35)을 포함할 수 있다. The semiconductor
본 실시예에 따른 반도체 방사선 검출 소자(30)는 PIN 다이오드 구조를 가질 수 있다. 상기 반도체 방사선 검출 소자(30)는 섬광체를 통해서 방사선이 입사되는 간접형 구조에 채용될 수 있다.The semiconductor
본 실시에에 채용된 방사선 감응형 반도체(31)는 진성 또는 저농도로 도프된 n형 영역(31b)과, 상기 제1 전극(32)과 접촉되는 고농도 p형 영역(31c)과, 상기 제2 전극(35)과 접촉하는 고농도 n형 영역(31a)을 가질 수 있다. The radiation-
상기 방사선 감응형 반도체(31)는 앞선 실시예에서 설명된 바와 같이 다양한 종류의 반도체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 방사선 감응형 반도체(31)는 Si, Ge와 같은 단원소 반도체뿐만 아니라, SiC와 같은 Ⅳ-Ⅳ족 화합물 반도체, AlN와 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체도 사용될 수 있다. Various types of semiconductors may be used for the radiation-
도4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전극(32) 및 상기 제2 전극(35)은 상기 반도체(31)에 전압을 인가하기 위해서 상기 제1 전극(32)에 낮은 전위를 인가하거나 접지시키고, 상기 제2 전극(35)에 상대적으로 높은 전위를 인가할 수 있다. 4, the
본 실시예에서, 상기 제2 전극(35)은 방사선 입사에 의해 생성된 전하(예, 전자)를 수집하는 역할을 할 수 있다. 전하수집을 위한 제2 전극(35)이 형성된 상기 고농도 n형 영역(31a)의 표면에는 다수의 나노 구조체(34)가 서로 이격되어 배열될 수 있다. 이러한 나노 구조체(34)의 도입으로 인해 상기 n형 영역(31a)와 상기 제2 전극(35)의 계면에서 유효 쇼트키 장벽 높이가 비균질해져 계면의 오믹 접촉 특성을 향상시킬 수 있다. 이러한 효과는 상기 나노 구조체(34)의 물질 종류와 관계없이 나노 사이즈의 입자에 의한 영향으로 이해할 수 있다. 본 발명에 채용가능한 나노 구조체(34)로는 금속과 같은 도전성 물질뿐만 아니라, 반도체 물질 및 전기적 절연성 물질도 사용될 수 있다. 상기 나노 구조체(34)의 크기(d)는 100㎚ 이하, 바람직하게는 50㎚ 이하일 수 있다. In this embodiment, the
상기 제1 전극(32) 및 제2 전극(35)을 통해 상기 반도체(31)에 전압이 인가되고, 방사선이 공핍영역(D)으로 입사되어, 입사된 방사선 세기에 비례하여 전하가 생성되고, 상기 제2 전극(35)을 통해서 수집되어 도3에서 설명된 프로세싱을 통해서 방사선 세기 등의 정보를 측정할 수 있다.
Voltage is applied to the
이와 같이, 본 발명에 따르면, 전극과 반도체의 계면에 다양한 형태의 입자와 같은 나노 구조체의 배열을 계면에 도입함으로써, 계면에 비균질한 쇼트키 장벽이 형성되고, 결과적으로 반도체 방사선 검출 소자의 전하수집효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 고저항인 화합물 나노 구조체를 사용할 경우에, 추가적으로 국부적인 부동태화를 통해서 계면 재결합속도를 감소시켜 전하수집효율을 증가시킬 수 있다. 다른 한편, 나노 구조체로서 전자친화도 또는 제1 이온화 에너지가 낮은 금속을 사용함으로써 분극현상을 완화시켜 반도체 방사선 검출 소자의 장시간 사용에도 높은 신뢰성을 보장할 수 있다.
As described above, according to the present invention, an arrangement of nanostructures such as various types of particles at an interface between an electrode and a semiconductor is introduced at the interface, whereby an inhomogeneous Schottky barrier is formed at the interface. As a result, The efficiency can be improved. In addition, when a high-resistance compound nanostructure is used, it is possible to further increase the charge collection efficiency by further reducing the interface recombination speed through local passivation. On the other hand, by using a metal having a low electron affinity or a low first ionization energy as the nanostructure, the polarization phenomenon can be mitigated and high reliability can be ensured even for a long time use of the semiconductor radiation detecting element.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
The present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is intended to be limited only by the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. something to do.
10, 30: 반도체 방사선 검출소자
11, 31: 방사선 감응형 반도체
12, 32: 제1 전극
14, 34: 나노 구조체 배열
15, 35: 제2 전극
22: 고전압전원
24: 전치증폭기
26: 주증폭기
27: 프로세서/표시부10, 30: Semiconductor radiation detecting element
11, 31: radiation-sensitive semiconductor
12, 32: first electrode
14, 34: Nano structure array
15, 35: second electrode
22: High voltage power source
24: Preamplifier
26: main amplifier
27: Processor / Display
Claims (10)
상기 반도체의 제1 영역에 배치되어 상기 반도체에 전압을 인가하는 제1 전극;
상기 반도체의 제2 영역에 배치되어 상기 생성된 전하를 수집하는 제2 전극; 및
상기 제1 및 제2 영역 중 적어도 하나의 표면에 배열된 다수의 나노 구조체를 포함하는 반도체 방사선 검출소자.
A radiation-sensitive semiconductor in which charges are generated by radiation incidence;
A first electrode disposed in a first region of the semiconductor and applying a voltage to the semiconductor;
A second electrode disposed in a second region of the semiconductor and collecting the generated charge; And
And a plurality of nanostructures arranged on a surface of at least one of the first and second regions.
상기 반도체는 108Ω㎝ 이상의 비저항을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 방사선 검출소자.
The method according to claim 1,
Wherein the semiconductor has a resistivity of 10 8 ? Cm or more.
상기 반도체는 CdTe, CdMTe(여기서, M은 Zn 또는 Mn임), CdZnxTey1Sey2 (x+(y1+y2)=1), TlBr, YI2(Y는 Hg 또는 Pb임), AlSb, PbSe 및 PbO로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 반도체 방사선 검출소자.
3. The method of claim 2,
The semiconductor is CdTe, CdMTe (wherein, M is Zn or Mn Im), CdZn x Te y1 Se y2 (x + (y1 + y2) = 1), TlBr, YI 2 (Y is Hg or Pb Im), AlSb, PbSe And PbO. ≪ / RTI >
상기 나노 구조체의 배열은 상기 제2 전극과 상기 반도체의 제2 영역의 계면에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사선 검출소자.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
And the arrangement of the nanostructure is located at an interface between the second electrode and the second region of the semiconductor.
상기 나노 구조체는 Ag, Au, Al, Cu, Pd, Pt, ITO(Sn-doped In2O3) 및 AZO(Al-doped ZnO)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하며,
상기 제2 전극은 Ni, Cr, Ti 및 Pt로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사선 검출소자.
5. The method of claim 4,
Wherein the nanostructure comprises at least one selected from the group consisting of Ag, Au, Al, Cu, Pd, Pt, Sn-doped In 2 O 3 and AZO,
Wherein the second electrode comprises at least one selected from the group consisting of Ni, Cr, Ti and Pt.
상기 나노 구조체는 100㎚ 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 방사선 검출소자.
The method according to claim 1,
Wherein the nanostructure has a size of 100 nm or less.
상기 나노 구조체는 B, Al, Ca, Sc, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Ge, Se, Sr, Ru, Rh, Pd, Ag, Te, Ba, Lu, Ta, Ir, Pt, Au, Tl 및 Pb로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속 또는 이를 포함한 합금인 것을 특징으로 하는 반도체 방사선 검출소자.
The method according to claim 1,
Wherein the nanostructure is formed of a material selected from the group consisting of B, Al, Ca, Sc, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Ge, Se, Sr, Ru, Rh, Pd, Ag, Te, Ba, Lu, Ta, Tl, and Pb, or an alloy containing the same.
상기 나노 구조체는 투명 전도성 산화물인 것을 특징으로 하는 반도체 방사선 검출소자.
The method according to claim 1,
Wherein the nanostructure is a transparent conductive oxide.
상기 나노 구조체는 선택적으로 도핑된 In2O3, SnO2, ZnO, Cu-Oxide, NiO 및 TiO2로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사선 검출소자.
9. The method of claim 8,
Wherein the nanostructure comprises at least one oxide selected from the group consisting of selectively doped In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, Cu-Oxide, NiO, and TiO 2 .
상기 나노 구조체는 ZrO2, HfO2, SiO2, CeO2, MgO, Al2O3, SiNx 및 MgF2로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 절연성 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사선 검출소자.The method according to claim 1,
The nanostructure may include at least one of ZrO 2 , HfO 2 , SiO 2 , CeO 2 , MgO, At least one insulating compound selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiN x, and MgF 2 .
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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