Brevet FR2763744A1 — publié le 19981127

ELEMENT DETECTEUR DE NEUTRONS DU TYPE A SEMI-CONDUCTEUR La présente invention se rapporte à des éléments détecteurs de neutrons du type semi-conducteur, qui détectent des neutrons, par exemple en observant des rayons a libérés dans des réactions nucléaires entre du 10B et des neutrons. Une structure générale d'élément détecteur de neutrons de type à semi-conducteur (que l'on appelle ci-après sous forme abrégée "élément détecteur de faisceau n" connue dans la technique est illustrée à la figure 5. Dans cette structure, une jonction 11 pn est formée dans l'une de surfaces opposées d'une plaque 1 en silicium monocristallin et une électrode 3 supérieure en aluminium et une électrode 4 inférieure en aluminium sont formées sur les surfaces opposées de la plaque 1 en silicium, par exemple par dépôt en phase vapeur par faisceau électronique, de manière à obtenir une structure de diode. Une couche 5 de bore est formée dans une région adjacente à la jonction 11 pn de cette structure de diode, par exemple par dépôt chimique en phase vapeur de plasma à courant continu, pour ainsi obtenir un élément détecteur de faisceau n. La couche 5 de bore naturel contient environ 20 de 10B. Si un faisceau neutronique tombe sur du 10B, du 10B et des neutrons donnent des réactions nucléaires comme suit 10B + n o 7Li + a Si un faisceau de 7Li et des rayons a produits par ces réactions nucléaires peuvent être détectés, le faisceau neutronique incident sur la couche 5 de bore peut être détecté. Pour détecter le faisceau de 7Li et des rayons a, une tension de polarisation inverse est appliquée à la structure de diode, de sorte qu'il est formé une couche de déplétion sur les côtés opposés de la jonction 11 pn en raison de la tension appliquée. La couche de déplétion ayant un grand gradient de potentiel en elle, des paires d'électrons et de trous qui sont dus au faisceau de 7Li et aux rayons a entrant dans la couche de déplétion sont séparés par le champ électrique, et sont ensuite détectés en tant que signaux de courant par impulsions. Comme le faisceau 7Li et les rayons a consomment une grande énergie au fur et à mesure qu'ils se propagent dans une substance, et par conséquent ne peuvent atteindre qu'une position à une courte distance de là où ils sont partis, il est important de former la couche de déplétion en un emplacement qui est aussi proche que possible de la région où les réactions nucléaires ont lieu. Par conséquent, l'électrode 3 supérieure en aluminium est formée normalement en tant qu'une très mince couche, par exemple une couche ayant une épaisseur de 0,1 um, et la jonction pn est formée en un emplacement qui est aussi proche que possible de la surface de la plaque 1 de silicium. La formation de l'électrode 3 supérieure en aluminium peut être limitée à une partie (position 31 de liaison par fil à la figure 5) où un fil en aluminium est lié. Tandis que la diode de type jonction pn a été illustrée précédemment, des éléments détecteurs de faisceau n peuvent également être fabriqués en utilisant une diode de type à hétérojonction dans laquelle une couche de silicium amorphe est formée sur une plaque de silicium monocristallin, ou une diode du type barrière de surface dans laquelle une couche de métal est formée sur une plaque de silicium monocristallin. Comme décrit ci-dessus, la couche 5 de bore est formée sur l'électrode d'aluminium ou du silicium destiné à être adjacent à la couche de déplétion de la diode. Si l'épaisseur de la couche 5 de bore est augmentée de manière à garantir une sensibilité suffisante aux neutrons, la résistance d'adhérence entre la couche 5 de bore et l'électrode ou la plaque de silicium est réduite, et la couche 5 de bore peut s'arracher en raison des variations de température répétées, ou pendant un stockage de longue durée, ce qui entraîne une variation de la sensibilité de la détection des neutrons. D'autre part, un scellement en utilisant un moule ou analogue est généralement utilisé dans la fabrication de composants électroniques, dans le but d'isoler ou de protéger des composants, ou d'empêcher l'apparition d'humidité. Cependant, ce procédé de scellement ne peut pas être appliqué à des éléments détecteurs de neutrons du type à semi-conducteurs, car leur couche 5 de bore est fragile, c'est-à-dire qu'elle a une résistance mécanique trés petite. Ainsi, si l'élément détecteur de neutrons du type à semiconducteurs est placé dans un récipient, et que de la résine est versée dans le récipient pour obtenir le scellement, des contraintes mécaniques excessives sont appliquées à la couche 5 de bore pendant la fabrication de l'élément, et la couche 5 de bore peut être arrachée. La présente invention vise par conséquent un élément détecteur de faisceau n, dans lequel la couche de bore ne s'arrache pas ou ne se sépare pas, et qui garantit une sensibilité stable de détection de neutrons pendant une grande durée avec une haute fiabilité. Pour obtenir cela, la présente invention propose un élément détecteur de neutrons, de type à semiconducteur, qui comporte une diode ayant une hétérojonction ou une jonction pn ou une barrière de surface, qui produit une couche de déplétion lorsqu'une tension de polarisation inverse est appliquée à la diode, une couche de bore qui contient du 10B et qui est formée dans une région adjacente à la couche de déplétion, et une mince couche (couche de renforcement) en un matériau qui peut être formé sur la couche de bore par dépôt en phase vapeur. Cette couche de renforcement empêche la couche de bore de s'arracher. La couche de renforcement peut être une couche de polyparaxylylène ou une couche d'aluminium. La couche de polyparaxylylène est une couche organique isolante qui peut être formée par dépôt en phase vapeur et qui présente une bonne adhérence à divers matériaux, tout en garantissant une bonne protection vis à vis de l'humidité. Cette couche peut être formée par un simple dispositif de dépôt en phase vapeur, et son épaisseur peut être réglée facilement. La couche d'aluminium est plus généralement utilisée en tant que couche de métal en dépôt en phase vapeur. La couche d'aluminium a une bonne adhérence à divers matériaux et peut également servir à titre d'une électrode. L'invention est décrite maintenant plus en détail en se référant à des modes de réalisation préférés et au dessin annexé, dans lequel La figure 1 (a) est une vue en plan représentant un élément détecteur de neutrons, de type à semiconducteurs suivant le premier mode de réalisation de la présente invention, et la figure 1 (a) est une vue en coupe transversale suivant la ligne A-A de la figure 1(a) La figure 2(a) est une vue en plan représentant le second mode de réalisation de la présente invention, et la figure 2 (b) est une vue en coupe transversale suivant la ligne A-A de la figure 2(a) La figure 3(a) est une vue en plan représentant le troisième mode de réalisation l'invention, et la figure 3(b) est une vue en coupe transversale suivant la ligne A-A de la figure 3(a) La figure 4(a) est une vue en plan représentant le quatrième mode de réalisation l'invention, et la figure 4 (b) est une vue en coupe transversale suivant la ligne A-A de la figure 4(a) ; et La figure 5(a) est une vue en plan représentant un exemple d'élément détecteur de neutrons, de type à semi-conducteurs connu, et la figure 5(b) est une vue en coupe transversale suivant la ligne A-A de la figure 5(b). Suivant la présente invention, une couche de bore qui a tendance à s'arracher est recouverte d'un matériau qui a une bonne adhérence à un matériau de la structure de diode, de sorte que la couche de bore est fixée mécaniquement. Certains modes de réalisation de l'invention sont maintenant décrits en détail. Les mêmes références numériques que celles utilisées à la figure 5 représentant la structure connue seront utilisées pour identifier structurellement/fonctionnellement des éléments ou composants correspondants. Premier mode de réalisation La figure l(a) est une vue en plan représentant le premier mode de réalisation de l'élément détecteur de faisceau n suivant la présente invention, et la figure 1 (b) est une vue en coupe transversale suivant la ligne A-A de la figure l(a). Dans la structure de diode du mode de réalisation présent, une couche 2 en silicium amorphe est formée sur une plaque 1 de silicium monocristallin par un processus de dépôt chimique en phase vapeur par plasma, et une électrode 3 supérieure en aluminium et une électrode 4 inférieure en aluminium sont formées par dépôt en phase vapeur par faisceaux électroniques sur la surface supérieure de la couche 2 de silicium et la surface inférieure de la plaque 3 de silicium, respectivement. Une couche 5 de bore est formée sur une partie de la diode autre qu'une partie périphérique de l'électrode 3 d'aluminium supérieure et une position 61 de liaison de fil, par un processus de dépôt chimique en phase vapeur par plasma à courant continu. En outre, une couche 6 de couverture en aluminium ayant sensiblement la même forme que l'électrode 3 supérieure en aluminum est formée par dépôt en phase vapeur par faisceaux électroniques de manière à entourer la couche 5 de bore. Avec la structure de diode ainsi formée, même si la résistance d'adhérence entre l'électrode 3 supérieure d'aluminium et la couche 5 de bore est petite, et que des contraintes thermiques ou d'autres contraintes ou forces soient appliquées à la couche 5 de bore pour provoquer un arrachement de la couche 5, la couche 6 de couverture en aluminium empêche la couche 5 de bore de s'arracher, et ainsi l'élément détecteur de faisceau n garantit une sensibilité stable à des neutrons. A la position 61 de liaison de fil, la couche 5 de bore n'est pas interposée entre l'électrode 3 supérieure d'aluminium et la couche 6 de couverture d'aluminium, et par conséquent une résistance d'adhérence suffisamment grande peut être obtenue à cette position 61, sans entraîner de problème dans la liaison par fil. Second mode de réalisation La figure 2 (a) est une vue en plan représentant le second mode de réalisation de la présente invention, et la figure 2 (b) est une vue en coupe transversale suivant la ligne A-A de la figure 2(a). L'élément détecteur de faisceau n du présent mode de réalisation utilise une structure de diode de type à jonction pn tel que décrit précédemment en ce qui concerne la structure de diode connue de la figure 5. La structure de diode de type de jonction pn utilisée dans ce mode de réalisation est identique à celle de l'élément détecteur connu de la figure 5, et par conséquent seules des différences entre l'élément détecteur de faisceau n de ce mode de réalisation et l'élément détecteur connu seront décrites ci-dessous. Dans le mode de réalisation présent, après que des fils 8 d'aluminium ont respectivement été liés à l'électrode 3 supérieure d'aluminium et à l'électrode 4 inférieure en aluminium de l'élément détecteur de faisceau n connu comme représenté à la figure 5, une couche 7 de revêtement formée de polyparaxylylène en tant que substance organique isolante est formée par dépôt en phase vapeur sur toute la surface de l'élément. La couche 7 de revêtement de polyparaxylylène peut facilement être formée, et son épaisseur peut être réglée facilement. En outre, cette couche 7 de revêtement a une bonne adhérence à la surface de l'élément, et a pour effet d'empêcher l'apparition d'humidité. En outre, la couche 7 de revêtement sert non seulement en tant que couche de renforcement pour la couche 5 de bore, mais sert également à protéger la surface de l'élément détecteur contre l'humidité. Troisième mode de réalisation La figure 3(a) est une vue en plan représentant le troisième mode de réalisation de la présente invention, et la figure 3(b) est une vue en coupe transversale suivant la ligne A-A de la figure 3(a). Dans ce mode de réalisation, la couche 7 de revêtement en polyparaxylylène n'est pas formée sur la position 31 de liaison de fil de l'électrode 3 supérieure et sur l'électrode 4 inférieure de l'élément détecteur de faisceau n connu représenté à la figure 5. Au lieu de cela, la couche 7 de revêtement en polyparaxylylène est formée sur la surface supérieure de l'élément à l'exception de la position 31 de liaison de fil, et sur les faces latérales de l'élément. Pendant la formation de la couche 7 de revêtement de polyparaxylylène, l'électrode 4 inférieure en aluminium et la position 31 de liaison de fil sont recouverts de masques, qui sont ensuite enlevés après achèvement du dépôt en phase vapeur. Quatrième mode de réalisation La figure 4(a) est une vue en plan représentant le quatrième mode de réalisation de la présente invention, et la figure 4(b) est une vue en coupe transversale suivant la ligne A-A de la figure 4(a). Dans ce mode de réalisation, l'élément détecteur de faisceau n connu comme représenté à la figure 5 est lié à un substrat 9, et un fil 8 en aluminium est lié à la position 31 de liaison de fil de l'électrode 3 supérieure. Ensuite, la couche 7 de revêtement de polyparaxylylène est formée. Comme décrit précédemment, la couche 7 de revêtement de polyparaxylylène est une couche isolante, et par conséquent peut être formée en diverses étapes dans le procédé de fabrication et le processus d'assemblage de l'élément détecteur de faisceau n. En outre, la couche 7 de revêtement de polyparaxylylène sert de couche de renforcement pour la couche 5 de bore, et en outre sert à protéger la surface de l'élément contre l'humidité. Ainsi, la couche 7 de revêtement peut être utilisée de manière efficace. Bien que la structure de diode de type à hétérojonction est utilisée dans le premier mode de réalisation, et que la structure de diode de type de jonction pn est utilisée dans le second au quatrième mode de réalisation, il va de soi que n importe quel type de structure de diode peut être utilisé dans chacun des ces modes de réalisation. La présente invention concerne un élément détecteur de neutrons, de type à semi-conducteurs, qui comporte une diode ayant une hétérojonction, ou une jonction pn ou une barrière de surface pour produire une couche de déplétion lors de l'application d'une tension de polarisation inverse, et une couche de bore contenant du 10B et formée dans une région adjacente à la couche de déplétion. Comme l'élément détecteur de neutrons de la présente invention comporte en outre une couche de renforcement qui recouvre la couche de bore, la couche de bore ne peut pas s'arracher, et l'élément détecteur garantit une sensibilité stable de détection de neutrons et une fiabilité élevée pendant une grande durée. Une couche en polyparaxylylène ou une couche en aluminium peut être utilisée en tant que couche de renforcement. La couche en polyparaxylylène est une couche organique isolante qui peut être formée par dépôt en phase vapeur et présente une bonne adhérence à divers matériaux, tout en garantissant un bon effet de protection vis à vis de l'humidité. Cette couche peut être formée par un simple dispositif de dépôt en phase vapeur, et son épaisseur peut être réglée facilement. C'est pourquoi, la couche en polyparaxylylène est de manière la plus appropriée utilisée en tant qu'un élément de renforcement isolant. La couche d'aluminium, d'autre part, est utilisée de manière la plus générale en tant que couche de métal déposée en phase vapeur. Cette couche d'aluminium présente une adhérence particulièrement bonne à divers matériaux, et peut également servir en tant qu'électrode. Ainsi, la couche d'aluminium est de manière la plus appropriée utilisée en tant qu'élément de renforcement. REVENDICATIONS 1. Elément détecteur de neutrons, de type à semi-conducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend une diode qui comporte une hétérojonction, une jonction pn ou une barrière de surface qui produit une couche de déplétion lorsqu'une tension de polarisation inverse est appliquée à la diode une couche (5) de bore qui contient du 10B, et qui est formée dans une région adjacente à la couche de déplétion ; et une couche de renforcement (7) qui recouvre la couche (5) de bore. 2. Elément détecteur de neutrons, de type à semi-conducteurs, tel que défini à la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (7) de renforcement comporte une couche en polyparaxylylène. 3. Elément détecteur de neutrons de type à semiconducteurs, tel que défini la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (7) de renforcement comporte une couche d'aluminium.