(57)【要約】【課題】長期間安定しておりそしてデッドゾーンが明らかに減少されている検出器を製造する方法の提供。【解決手段】この課題は、光子および帯電した粒子のエネルギー測定のための検出器を製造する方法において、以下の各段階−  実質的に珪素よりなる構成要素を準備すること、−  該構成要素のｎ−、ｎ- −またはｎ+ −層の一部を除去すること、−  該構造要素から検出器が形成される様に該構造要素を加工することを特徴とする、上記方法によって解決される。
2005507176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光子および帯電した粒子のエネルギー測定のための検出器を製造する方法において、以下の各段階
−  実質的に珪素よりなる構成要素を準備すること、
−  該構成要素のｎ−、ｎ- −またはｎ+ −層の一部を除去すること、
−  該構造要素から検出器が形成される様に該構造要素を加工すること
を特徴とする、上記方法。
【請求項２】
ｎ−、ｎ- −またはｎ+ −層の一部を化学的エッチングによってまたは研磨によって除去し、しかも特に２０〜５０μｍ取り除く、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
準備された構造要素が２〜１０ｍｍの厚さを有しおよび／または一方の側がｐ+ −層と境界をなしそしてもう一方の側がｎ−層と境界をなしておりおよび／またはリチウムで補整されている、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
一部除去の間のｎ−、ｎ- −またはｎ+ −層の表面での層抵抗を測定し、そして測定される層抵抗が所定の値、好ましくは１，０００〜２０，０００Ω／□の値に達した時に一部除去を中止する、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
ｎ−、ｎ- −またはｎ+ −層を、リチウムを拡散によって当該層に供することによって製造し、その際に拡散を好ましくは２００〜２５０℃の温度で実施し、しかも特に好ましくは不活性ガス雰囲気で実施する、請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
ｎ−、ｎ- −またはｎ+ −層を、０．５〜５μｍの厚さのあるデッドゾーンを造ることができるまで除去する請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
ｎ−、ｎ- −またはｎ+ −層を、ｎ−、ｎ- −またはｎ+ −層によって珪素基体に用意されるイオン濃度が１０15／ｃｍ3 〜１０11／ｃｍ3 に達するまで取り除く請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
準備された基体が２〜１０ｍｍの厚さがあり、片側でＰ+ −層と境界をなしそしてもう一方の側でｎ−、ｎ- −またはｎ+ −層と境界をなす、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法によって製造できる検出器。
【請求項９】
ｎ−、ｎ- −またはｎ+ −層の表面での層抵抗が１，０００〜２０，０００Ω／□である、請求項８に記載の検出器。
【請求項１０】
ｎ−層が、供された異種イオンの平均濃度傾斜を１０15ｃｍ-3／１０μｍと１０15ｃｍ-3／２０μｍとの間に有する、請求項８または９に記載の検出器。
【請求項１１】
ｎ−、ｎ- −またはｎ+ −層の内部に０．５〜５μｍの厚さのデッドゾーンを有する、請求項８〜１０のいずれか一つに記載の検出器。
【請求項１２】
ｎ−層内に１０15／ｃｍ3 と１０11／ｃｍ3 との間にある異種イオン濃度を有する、請求項８〜１１のいずれか一つに記載の検出器。
【請求項１３】
アルミニウム層をｎ−、ｎ- −またはｎ+ −層上に有する、請求項８〜１２のいずれか一つに記載の検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光子および帯電した粒子のエネルギー測定のための検出器、しかもいわゆるΔＥ−または透過検出器を製造する方法に関する。本発明はこの方法に従って製造できる検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高純度の珪素よりなる透過−またはΔＥ−検出器は市販されており、しかも１ｍｍの厚さまで市販されている。しばしば、高純度の珪素よりなる２ｍｍまでの厚さのΔＥ−検出器も提供されている。
【０００３】
２〜１０ｍｍの大厚のΔＥ−検出器を製造すべき場合には、純粋な珪素はもはや使用できない。何故ならばこの材料は必要な純度では製造できないからである。それ故にベース材料としてリチウムで補整された珪素［Ｓｉ（Ｌｉ）］が使用されている。この種の市販のＳｉ（Ｌｉ）−検出器は1 μm よりも薄い厚みのＰ+ −接触子を有している。ホウ素注入または金属層の蒸着、特に金の蒸着によって製造することができる表面バリヤー層が適する。更にこのＳｉ（Ｌｉ）−検出器は１００〜５００μｍの厚さの、Ｌｉが拡散したｎ−接触子を有している。この１００〜５００μｍの厚さのｎ−接触子の内部では帯電した粒子または光子がそれのエネルギーを、検出器がそれに感応することなく消失する。検出器が帯電した粒子のエネルギーの消失に感応しない層領域を以下において“デッドゾーン”と称する。デッドゾーンは光子または帯電した粒子のエネルギー測定にも寄与しない。
【０００４】
刊行物 IEEE Trans.Nucl. Sci. NS-25, No 1(1978) 391; IEEE Trans.Nucl. Sci. NS-31, No 1(1984) 331; IEEE Trans.Nucl. Sci. NS-43, No 3(1996) 1505 には、Ｌｉ−拡散した接触子の厚みを１０〜２０μｍに低減するために複数の方法が開示されている。しかしながら１０〜２０μｍで、従って依然として比較的に厚い鈍感な、要するにＳｉ（Ｌｉ）−検出器のデッドゾーンが残っている。かゝるデッドゾーンは実地においては透過検出器の場合に依然として著しくマイナスに作用する。
【０００５】
若干の著者は、Ｌｉ拡散したｎ−接触子が完全に取り除かれた、Ｌｉ補整した珪素よりなるΔＥ−検出器について報告している。ｎ−接触子の代わりにオーム接点（ohmic contact)が、文献 Jpn. J. Appl. Phts. 33(1994) 4115から知ることができるように、アルミニウム層の蒸着によって生成されている。
【０００６】
このＳｉ（Ｌｉ）−検出器、要するにＬｉ−補整された珪素から製造された検出器は製造後しばらくの間、良好に作動すると思われる。しかし同じ著者は、文献 Jpn. J. Appl. Phys. 33(1994) 4111並びにJpn. J. Appl. Phys. 34 (1995) 3065からわかる通り、オーム接点接触子を持つかゝる検出器の長期間安定性に関しての重大な問題を報告している。
【０００７】
文献 G.F. Knoll,“Radiation Detection and Measurement ”，第１３章、John Wiley & Sons,ニューヨーク, 2000から、Ｓｉ（Ｌｉ）−検出器が室温でその性質を製造後若干の期間、つまり一般に数ケ月間保持することが公知である。その時に、補整された容積内部でリチウムの再分配が行われる。受容体イオンに結合する若干のリチウム−イオンは結晶欠陥または他の不純物に移動する。補整された珪素はｐ−タイプに変化する。この問題を回避するために、これが稼動していない場合には製造者によって検出器のブロッキング電圧を室温で常にかけることが推奨される。従って補整損失は“後ドリフト（Nachdriften)”によって相殺できる。
【０００８】
かゝる処理はＬｉ−拡散した接触子なしに製造されている透過検出器の場合に実施することができない。何故ならばｐ−層がオーム接点の下で再び生じるからである。このことから長期間安定性の問題が結果として生じる。
【０００９】
Ｓｉ（Ｌｉ）−検出器は測定の過程での照射によって損傷し得る。損傷したかゝるＳｉ（Ｌｉ）−検出器は、文献 M.JaskolaおよびK.Nybo、Nucl. Instr. Meth. 44 (1966) 141から公知の通り、いわゆる“再ドリフト”によって、即ち５０℃〜１００℃の温度でのドリフトによって再生される。この場合には、照射によって生じた格子欠陥( 殆どｐ−タイプ) が“後ドリフト”によってＬｉ−イオンで補整される。Ｌｉ−拡散された接触子を持たない透過検出器の場合には、ｐ−層がオーム接点の下に形成されるので、かゝる方法は不可能である。この理由からも長期間安定性の問題が結果として生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、冒頭に記載の種類の方法で、長期間安定しておりそしてデッドゾーンが明らかに減少されている検出器を製造する方法を提供することである。更に本発明の課題はかゝる検出器の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題を解決するために、本発明に従って、ｐ+ −並びにｎ−層を有するＳｉ（Ｌｉ）−構造要素を提供する。この場合、この構造要素は上述の従来技術に従って製造された層が適し得る。この方法に従ってｎ−層は、例えば化学的エッチングによって、精密研磨によってまたは研磨によって部分的に取り除かれる。特に研磨が有利であることが実証されている。これによって、冒頭に記載の種類の検出器において無効の領域が減少する。このように処理された構造要素から検出器を製造する。いずれの従来技術に従って製造された検出器に比較してもデッドゾーンが低減されている。
【００１２】
構造要素中のｎ−層は、導入された異種イオン、要するに珪素よりならないイオンによって形成される。異種イオンとしては特にリチウム−イオンを用意するのが好ましい。
【００１３】
構造要素は好ましくは２〜１０ｍｍの厚さである。ｐ+ −層は構造要素と一方の側で境界をなしそしてもう一方の側で構造要素のｎ−層と境界をなす。ｐ+ −層の代わりにｐ- −またはｐ−層を用意してもよい。ｎ−層の代わりにｎ- −またはｎ+ −層を用意してもよい。しかしながら完成検出器においてはｐ+ −層が専ら一方の側にそしてｎ−層がもう一方の側に存在するのが特に好ましい。
【００１４】
本発明の一つの実施態様においてはｎ−層の表面の層抵抗を部分除去の間に測定する。この除去は、測定される固有の層抵抗が所定の値、好ましくは１，０００Ω／□〜２０，０００Ω／□（□＝ｃｍ2)の値に達した時に中止する。特に好ましくは、１０，０００Ω／□を超えるべきでない。伝導率が珪素中のＬｉ−濃度の目安である。これが達成されたら、下回るべきでない濃度領域に達するやいなや、この除去を中止する。除去によってｎ−層を完全に除去することが間違うことなく回避される。
【００１５】
本発明の別の一つの実施態様においてはｎ−層は、拡散によってリチウムが当該層中にもたらされることによって製造される。その際にリチウムは、デッドゾーンを減少させるために本発明に従って研磨される表面を貫通して拡散される。このようにして、拡散を止めた後にリチウム濃度が上述の表面から見て深くなるほど減少することが達成される。除去されそしてその間にそれぞれのリチウム濃度を測定しそして所定の濃度値で中止した場合には、デッドゾーンが０．５〜５μｍに、例えば１μｍに減少され得る。デッドゾーンが小さければ小さい程、これに関連する冒頭に述べた欠点が減少する。１μｍのデッドゾーンは実地においては邪魔と認められる程には多くない。
【００１６】
本発明の一つの実施態様においては、珪素中リチウム濃度が１０15／ｃｍ3 〜１０11／ｃｍ3 の間に達した時に上記除去を中止する。こうして、ｎ−層を生成するのに十分に大きい濃度値が達成される。１０15／ｃｍ3 の近くにある値が有利である。この様に、検出器の機能を数年に亙って保証し得るほど十分な大きさのリチウム貯蔵場所が提供される。リチウム濃度が１０11／ｃｍ3 に達するまで除去した場合には、最終的には機能的に強力な検出器が提供される。しかしながら比較的に短時間の間に、検出器がもはや機能しない程にまで、濃度が低下する。
【００１７】
リチウムをｎ−層を製造するために拡散によって珪素中にもたらしそして５０００Ω／□の（電気的）層抵抗に達した際に上記除去を中止した場合には、これは１ｃｍ2 のｎ−層当たり１０12個のリチウム−イオンという調和のとれたリチウム濃度に相応する。その時に表面でのリチウム濃度は一般に１０14〜５×１０14ｃｍ-3である。
【００１８】
リチウム濃度を特に適する状況とするためには、リチウムの拡散を２００〜２５０℃の温度で実施する。本発明の方法の上記除去の後に、文献ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ  ＮＳ−３１、Ｎｏ．１（１９８４）３３１から公知である従来技術に比較して１〜２倍までのオーダーだけ少ない、珪素中のリチウム−イオンの濃度勾配ｄＮ／ｄｘが達成されるのが有利である。従って接触子の厚み成長(diameter growth) は実質的に減少する。
【００１９】
本発明の課題は、Ｌｉ拡散によって生じる薄いｎ−層（接触子）によって特に良好に解決される。有効な厚みは１μｍ（珪素）よりも薄い。以下の方法は実質的に最も良い実施態様の製法に関する：
１．約２００〜２５０℃の比較的低温でのＬｉ−拡散。
【００２０】
２．Ｌｉが拡散した層中のＬｉ−濃度の経過次第で一般に２０〜５０μｍを除去する、表面層の除去。
【００２１】
本発明の別の実施態様においては、アルミニウム層をＬｉが拡散した接触子への連結手段として最終的に蒸着する。
【００２２】
接触子におけるリチウム−イオンの総数は、検出器を数年にわたって運転電圧のもとで室温で運転できるかまたは放射線損傷した後の後ドリフトを実施するために、依然として十分である。
【００２３】
接触子の薄い有効な厚みは接触子中の比較的少ないＬｉ−濃度に連関している。それ故に電場は部分的に接触子に入り込んでいてもよい。( 帯電した粒子が通過する際または光子を止める際に）接触子中に生じる電子−ピット−対（Electronen-Loch-Paare)はＬｉ−濃度が低いために大きさな拡散距離を有する。即ち、その一部は信号処理時間の間にも電場によって集められる。この過程は、濃度傾斜によって引き起こされる内部の電場によっても助成される。この様に接触子の薄い有効な厚みを説明することができる。
【００２４】
薄いＬｉ−拡散した接触子の別の長所は、構造化を可能とし、その結果両側のデジタル−局部過敏性の透過検出器をリチウム補整した珪素で製造することができることである。
【実施例１】
【００２５】
最初に通常の公知の方法に従ってＳｉ（Ｌｉ）検出器を製造する（ｐ−タイプの珪素中への“標準の”Ｌｉ−拡散、硼素注入または金の蒸着により製造されるｐ+ −接触子までのＬｉ−ドリフトによる補整）。次いでＬｉが拡散した接触子が完全に除去される。
【００２６】
新たなＬｉ−拡散を実施する。この目的のためにＬｉＡｌＨ4 −粉末をエーテルに溶解する。一方の側に既にｐ+ −接触子を有する珪素基体の上に、対峙する側に、上記の粉末を溶解した溶液を適用する。これの上にガラス板を置きそしてこの構成物を拡散炉に入れる。炉の中は不活性ガス雰囲気が造られている。アルゴンまたは窒素ガスが不活性ガス雰囲気を造るのに適するガスである。炉の中の温度をゆうっくり高めそして２００〜３００℃の温度にする。この温度を３０分の間維持する。溶解した粉末は分解しそして水素が漏れ出す。その時にリチウムが珪素基体中に拡散する。次いで上記構成物を炉から取り出しそしてガラス板を取り除く。最初に研磨によって残留したままのアルミニウム−リチウム−混合物を除去する。ここにおいては、材料があたかも粉末によって研磨されると考えられる。
【００２７】
研磨によって材料は、表面の層抵抗が５０００Ω／□になるまで更に研磨除去される。その時のリチウム濃度の傾斜は一般に１０15ｃｍ-3／１０μｍ〜１０15ｃｍ-3／２０μｍ（平均値）の間にある。
【００２８】
次いで表面を化学的に研磨しそして蒸着されたアルミニウム層を設ける。
【００２９】
こうして製造された図に図示したｎ−接触子（１）はプラズマエッチングされた溝（３）によって保護リング（１ａ）を得、その保護リングを、補整された珪素（６）の外側面によって引き起こされる検出器の妨害性小電流が流れる。検出器の敏感な体積部は、内部のｎ−接触子（１ｂ）、Ｌｉ−補整された珪素（５）、および内部接触子（２ｂ）と保護リング（２ａ）とに溝（４）によって分けられていてもよいｐ+ −接触子（２）によって測定される。
【００３０】
層抵抗の測定はいわゆる４−点法（Spitzenmethode) によって行われる。４つの金属点が当該表面に押し付けられ、そうする間に求める抵抗を測定する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は本発明の検出器の一つの態様を図示している。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・  ｎ−接触子（リチウム拡散）
１ａ・・・リチウムが拡散した接触子の保護リング
１ｂ・・・内部ｎ−接触子
２・・・  ｐ+ −接触子（硼素が注入されている）
２ａ・・・ｐ+ −接触子の保護リング
２ｂ・・・内部ｐ+ −接触子
３・・・  溝（この場合には、約５０μｍの幅、約３０μｍの深さ）。
【国際公開パンフレット】
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2005507176.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005507176.tif 000019
2005507176.tif 000020
【国際調査報告】
2005507176.tif 000021
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2005507176.tif 000024
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