(57)【要約】      （修正有）【課題】臭化タリウム結晶の表面に電極層を形成した場合において、電極層の剥離を防止する。【解決手段】ステップＳ１６においてて、臭化タリウム結晶の第１面及び第２面に対して、水によるエッチング処理を施す。これにより第１面及び第２面に多数の凹凸（多数のヒロック）が生じる。ステップＳ１８において、第１面に対して第１電極層を形成し、第２面に対して第２電極層を形成する。第１電極層及び第２電極層の表面にも多数の凹凸が現れる。【選択図】図３
2018207020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
臭化タリウム結晶の第１面及び第２面に対してエッチング処理を施し、これにより前記第１面及び前記第２面に複数の凹凸を形成する粗面化工程と、
前記複数の凹凸が形成された第１面に対して第１電極層を形成し、前記複数の凹凸が形成された第２面に対して第２電極層を形成する電極層形成工程と、
を含むことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、
前記粗面化工程における前記エッチング処理ではエッチング液として水が利用される、
ことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の製造方法において、
前記水を利用したエッチング処理時間は４〜１２時間の範囲内において定められる、
ことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の製造方法において、
前記水によるエッチングは異方性エッチングであり、
前記異方性エッチングの結果として前記複数の凹凸が生じる、
ことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法において、
前記複数の凹凸についての算術平均粗さは0.1μm〜0.5μmの範囲内である、
ことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
【請求項６】
臭化タリウム結晶と、
前記臭化タリウム結晶の第１面に形成された第１電極層と、
前記臭化タリウム結晶の第２面に形成された第２電極層と、
を含み、
前記臭化タリウム結晶の第１面は複数の凹凸を有し、これによって前記第１面に形成された前記第１電極層の表面が複数の凹凸を有し、
前記臭化タリウム結晶の第２面は複数の凹凸を有し、これによって前記第２面に形成された前記第２電極層の表面が複数の凹凸を有する、
ことを特徴とする放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射線検出器及びその製造方法に関し、特に、臭化タリウム結晶の処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な分野で、放射線検出器、特にγ線検出器が利用されている。例えば、対象物からの放射線や環境放射線を検出するサーベイメータにはγ線検出器が搭載されている。核医学診断装置には、多数のγ線検出器が搭載されている。そのような核医学診断装置として、ガンマカメラ装置、単光子放射断層撮像装置（ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）撮像装置）、陽電子放出型断層撮像装置（ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）撮像装置）等が知られている。
【０００３】
代表的なγ線検出器として半導体放射線検出器があげられる。半導体放射線検出器は、放射線と半導体結晶との間での相互作用で生じる電荷を電気信号に変換するものである。半導体結晶のうち、臭化タリウム、テルル化カドミウム、カドミウム・亜鉛・テルル、ガリウム砒素等の結晶は、他の半導体結晶に比べて、光電効果による線減衰係数が大きく、薄い結晶で他の半導体結晶と同等のγ線感度を得ることができる。よって、それらの半導体結晶を利用して放射線検出器を構成すれば、放射線検出器を小型化することが可能である。特に、臭化タリウムは、一般に、テルル化カドミウム、カドミウム・亜鉛・テルル、ガリウム砒素等の他の半導体結晶に比べて安価である。
【０００４】
従来、臭化タリウム結晶を用いて放射線検出器を製造する場合、まず、臭化タリウム結晶の第１面（第１電極形成面）及び第２面（第２電極形成面）に対してラッピング研磨、ポリッシング研磨等を行った後、フッ酸、塩酸、臭素メタノール等からなるエッチング液で第１面及び第２面をエッチングし、金、ニッケル、白金、インジウム、銀、ビスマス等の材料を用いて、第１面及び第２面に対してそれぞれ電極層を形成していた（例えば非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 60, No. 2(2013), pp. 1231-1236.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、臭化タリウム結晶の表面に電極層を形成した場合、その電極層において剥離が生じ易いという問題が見出された。そのような剥離は、臭化タリウム結晶を用いて構成された放射線検出器において、動作不良の原因となるものである。
【０００７】
本発明の目的は、臭化タリウム結晶を用いて放射線検出器を製造する場合において電極層の剥離という問題が生じることを防止し又はその問題を軽減することにある。あるいは、本発明の目的は、臭化タリウム結晶に対して物理的に安定な電極層を形成できるようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、物理的に安定な電極層を備えた放射線検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態に係る製造方法は、臭化タリウム結晶の第１面及び第２面に対してエッチング処理を施し、これにより前記第１面及び前記第２面に複数の凹凸を形成する粗面化工程と、前記複数の凹凸が形成された第１面に対して第１電極層を形成し、前記複数の凹凸が形成された第２面に対して第２電極層を形成する電極層形成工程と、を含む。
【０００９】
上記構成によれば、臭化タリウム結晶に対するエッチング処理により、その第１面及び第２面に対して複数の凹凸が形成される。そのような処理を経た第１面及び第２面に第１電極層及び第２電極層が形成される。これにより、電極層において剥離が生じることを抑制するものである。
【００１０】
上記エッチング処理を施さないで、第１電極層及び第２電極層を形成した場合、各電極層に内部応力が生じ、その内部応力によって電極層の剥離が生じるものと考えられる。これに対して、第１面及び第２面に複数の凹凸を形成した上で、第１電極層及び第２電極層を形成すれば、各電極層が凹凸形態を有することになり、これによりその内部応力が分断され、内部応力による剥離を防止できるものと考えられる。凹凸により物理的な結合が強固になると理解することも可能である。
【００１１】
電極層の形成に際しては、結晶表面と各電極層の密着性を良くするため、直流マグネトロンスパッタ法等のスパッタ法が用いられることが多い。スパッタ法を用いた場合、形成後の電極膜に内部応力が残りやすい。上記エッチング処理によれば。そのような内部応力を分断してその内部応力が剥離原因となることを防止又は軽減できる。他の成膜法を利用する場合においても、それに先立って上記エッチング処理を施すことにより、電極層の剥離を防止できるものと考えられる。エッチング処理によれば、結晶表面に研磨剤が残留している場合にそれを除去でき、また、結晶表面に加工ひずみ層が生じている場合にそれを除去できる、という利点も得られる。
【００１２】
実施形態において、前記粗面化工程における前記エッチング処理ではエッチング液として水が利用される。水であれば取扱いが容易である。臭化タリウムを水でエッチング処理した場合、異方性エッチングとなる。それが複数の凹凸を生じさせる。実施形態において、前記水を利用したエッチング処理時間は４〜１２時間の範囲内において定められる。エッチング処理時間は各種状況を考慮して定めればよい。実施形態において、前記複数の凹凸についての算術平均粗さ（Ｒａ）は0.1μm〜0.5μmの範囲内である。そのような数値条件によれば、電極層の剥離を防止することが可能である。
【００１３】
実施形態に係る放射線検出器は、臭化タリウム結晶と、前記臭化タリウム結晶の第１面に形成された第１電極層と、前記臭化タリウム結晶の第２面に形成された第２電極層と、を含み、前記臭化タリウム結晶の第１面は複数の凹凸を有し、これによって前記第１面に形成された前記第１電極層の表面が複数の凹凸を有し、前記臭化タリウム結晶の第２面は複数の凹凸を有し、これによって前記第２面に形成された前記第２電極層の表面が複数の凹凸を有する。この構成によれば、物理的に安定した第１電極層及び第２電極層を有する放射線検出器を提供できる。つまり、放射線検出器の動作信頼性を高められる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、臭化タリウム結晶を用いて放射線検出器を製造する場合において、電極層の剥離という問題が生じることを防止し又はその問題を軽減できる。あるいは、本発明によれば、臭化タリウム結晶に対して物理的に安定な電極層を形成できる。あるいは、本発明によれば、物理的に安定な電極層を備えた放射線検出器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】放射線検出器の斜視図である。
【図２】放射線検出器の断面図である。
【図３】本実施形態に係る放射線検出器の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）の第１面を示す図である。
【図５】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）の第２面を示す図である。
【図６】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）の第１面の表面粗さを波形として示す図である。
【図７】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）の第２面の表面粗さを波形として示す図である。
【図８】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル２）の第１面を示す図である。
【図９】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル２）の第２面を示す図である。
【図１０】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル３）の第１面を示す図である。
【図１１】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル３）の第２面を示す図である。
【図１２】Ｘ線回折実験条件を示す図である。
【図１３】Ｘ線回折実験結果を示す図である。
【図１４】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）に形成された第１電極層の表面を示す図である。
【図１５】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）に形成された第２電極層の表面を示す図である。
【図１６】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）に形成された第１電極層の表面粗さを波形として示す図である。
【図１７】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）に形成された第２電極層の表面粗さを波形として示す図である。
【図１８】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル２）に形成された第１電極層の表面を示す図である。
【図１９】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル２）に形成された第２電極層の表面を示す図である。
【図２０】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル３）に形成された第１電極層の表面を示す図である。
【図２１】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル３）に形成された第２電極層の表面を示す図である。
【図２２】臭化タリウム結晶及びその表面に形成された電極層の部分断面を示す模式図である。
【図２３】実施例に係る放射線検出器を備えた放射線測定装置を示す回路図である。
【図２４】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）を用いて構成された放射線検出器により計測されたγ線エネルギースペクトルを示す図である。
【図２５】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル２）を用いて構成された放射線検出器により計測されたγ線エネルギースペクトルを示す図である。
【図２６】実施例に係る臭化タリウム結晶（サンプル３）を用いて構成された放射線検出器により計測されたγ線エネルギースペクトルを示す図である。
【図２７】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）の第１面を示す図である。
【図２８】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）の第２面を示す図である。
【図２９】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）の第１面の表面粗さを波形として示す図である。
【図３０】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）の第２面の表面粗さを波形として示す図である。
【図３１】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル２）の第１面を示す図である。
【図３２】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル２）の第２面を示す図である。
【図３３】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル３）の第１面を示す図である。
【図３４】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル３）の第２面を示す図である。
【図３５】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）に形成された第１電極層の表面を示す図である。
【図３６】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）に形成された第２電極層の表面を示す図である。
【図３７】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）に形成された第１電極層の表面粗さを波形として示す図である。
【図３８】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）に形成された第２電極層の表面粗さを波形として示す図である。
【図３９】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル２）に形成された第１電極層の表面を示す図である。
【図４０】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル２）に形成された第２電極層の表面を示す図である。
【図４１】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル３）に形成された第１電極層の表面を示す図である。
【図４２】比較例１に係る臭化タリウム結晶（サンプル３）に形成された第２電極層の表面を示す図である。
【図４３】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）の第１面を示す図である。
【図４４】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）の第２面を示す図である。
【図４５】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）の第１面の表面粗さを波形として示す図である。
【図４６】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）の第２面の表面粗さを波形として示す図である。
【図４７】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル２）の第１面を示す図である。
【図４８】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル２）の第２面を示す図である。
【図４９】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル３）の第１面を示す図である。
【図５０】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル３）の第２面を示す図である。
【図５１】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）に形成された第１電極層の表面を示す図である。
【図５２】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）に形成された第２電極層の表面を示す図である。
【図５３】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）に形成された第１電極層の表面粗さを波形として示す図である。
【図５４】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル１）に形成された第２電極層の表面粗さを波形として示す図である。
【図５５】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル２）に形成された第１電極層の表面を示す図である。
【図５６】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル２）に形成された第２電極層の表面を示す図である。
【図５７】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル３）に形成された第１電極層の表面を示す図である。
【図５８】比較例２に係る臭化タリウム結晶（サンプル３）に形成された第２電極層の表面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
実施形態に係る製造方法は、以下に説明するように、臭化タリウム結晶（以下、単に「結晶」という。）の第１面及び第２面を粗面化するエッチング工程を含む。そのエッチング工程では、水（例えば精製水、純水）が利用される。比較的に長い時間かけて結晶表面を水でエッチングすると、結晶表面に、多数の凹凸（各凸部を「ヒロック（Hillock）」と称することもできる。）が発生する。多数の凹凸は結晶面方位に対応したものであると考えられ、すなわち、結晶面方位によるエッチング速度の相違から、そのような凹凸が生じるものと考えられる。
【００１８】
本実施形態は、このような水による異方性エッチングという興味深い現象を放射線検出器の製造において利用するものである。異方性エッチングによれば、例えば臭素メタノールでエッチングした場合よりも、結晶表面の粗さを適度に大きくすることができる。水という安価な液体を利用できるのは製造上の大きな利点である。粗面化後の結晶表面に対して電極層を形成すれば、その電極層は物理的に安定したものとなり、従来において問題となっていた電極層の剥離（形成不良）という問題を解消又は大幅に軽減できる。電極層の内部応力が異方性エッチングによって生じた凹凸によって細かく分断され、これにより剥離が抑制されたものと考えられる。
【００１９】
上記のようなエッチングによらなくても、結晶表面に対するラッピング研磨の条件や結晶表面に対するポリッシング研磨の条件を変えることによって、結晶表面を粗面化することも可能である。しかしながら、その場合、凹凸の形状は、結晶面方位に対応したものではなくなり、剥離防止効果を十分に得ることはできない。
【００２０】
一方、結晶表面の研磨後において、アセトンとメタノールで結晶表面を洗浄しても、研磨に使用した研磨剤が結晶表面に残留してしまう傾向が認められる。また、結晶表面には研磨による加工ひずみ層が残る。それらは、検出器の動作不良の原因となる。これに対し、研磨後に水でエッチングすれば、結晶表面に残留した研磨剤や研磨による結晶表面付近の加工ひずみ層を除去することができる。
【００２１】
本実施形態において、電極層形成前において、結晶表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば、0.1μm以上0.5μm以下であり、望ましくは、0.1μm以上0.25μm以下である。電極層の厚みは例えば0.2μm程度であるので、電極層形成後の電極層表面の粗さには、電極層形成前の結晶表面の粗さが反映されることになる。電極層形成前の結晶表面の算術平均粗さ及び電極層形成後の電極層表面の算術平均粗さがいずれも0.1μm以上あれば、電極層の内部応力を効果的に分断して剥離防止効果を高められるものと考えられる。結晶表面に対する水によるエッチングの時間は例えば４時間以上１２時間以内である。実験によれば、エッチング時間は例えば８時間程度とすればよい。もっとも、最適なエッチング時間は各種状況によって変わり得る。
【００２２】
整理すると、臭化タリウム結晶表面を水でエッチングした上で、粗面化された結晶表面上に電極層を形成すれば、電極層の内部応力を分断して、電極層の剥離を効果的に防止することができる。また、そのエッチングにより、結晶表面に残留する研磨剤や結晶表面付近に存在している加工ひずみ層を除去することができる。結晶表面上に物理的に安定した電極層を形成できるので、その結晶を用いて放射線検出器を構成した場合に放射線検出器において動作不良が生じ難くなる。つまり、信頼性の高い放射線検出器を製造することが可能となる。エッチングで使用する液体は水であるから、その取扱いは容易であり、また安価である。
【００２３】
以下に実施形態に係る放射線検出器の構成及びその製造方法について説明する。
【００２４】
図１及び図２には、放射線検出器１０１が概略的に示されている。放射線検出器１０１は、立方体状の結晶（臭化タリウム単結晶）１１１と、その第１面に形成された第１電極層１１２と、その第２面に形成された第２電極層１１３と、を有する。第１電極層１１２と第２電極層１１３との間にバイアス電圧が印加される。バイアス電圧の極性によって、第１電極層１１２がカソード電極層及びカソード電極層の一方として機能し、第２電極層１１３がカソード電極層及びアノード電極層の他方として機能する。
【００２５】
図３には、放射線検出器の製造方法がフローチャートとして示されている。
【００２６】
Ｓ１０においては、臭化タリウム単結晶が製造される。その工程は、第１製造工程と第２製造工程とからなる。詳しくは、第１製造工程において、例えば、純度99.999％の市販の臭化タリウム粉末が原材料とされ、その原材料に対して乾燥処理及び還元処理が適用された上で、その原材料の純化及び結晶化により、臭化タリウム結晶（多結晶又は単結晶）が生成される。その臭化タリウム結晶は、第２製造工程での原材料となるものであり、臭化タリウム中間材料と言いうる。上記の乾燥工程及び還元工程により、臭化タリウム原材料中の水分及びタリウム酸化物等の不純物が削減される。第１製造工程では例えばブリッジマン法が採用される。第１製造工程で製造された臭化タリウム中間材料は、必要に応じて、複数の小塊に分断される。第２製造工程では、臭化タリウム中間材料に対する再純化及び再結晶化により、臭化タリウム単結晶（インゴット）が生成される。第２製造工程では例えば帯域精製法が採用される。再純化においては、例えば２０回程度の帯域精製が実施される。
【００２７】
Ｓ１２においては、Ｓ１０で生成されたインゴットから、内周スライサやワイヤソー等によって、1mm程度の厚さを有するウエハが切り出される。Ｓ１４では、切断により生じる、ウエハ表面の劣化層を除去し、ウエハ表面を平坦化するため、ウエハ表面に対する研磨が実行される。具体的には、ウエハ表面に対して、ラッピング研磨、ポリッシング研磨、等が実施される。これにより、0.5mm程度の厚さを有するウエハが得られる。
【００２８】
Ｓ１６では、ウエハに対する、水によるエッチングが実施される。具体的には、精製水を貯留した水槽中にウエハが入れられる。その浸漬状態が例えば８時間維持される。これにより、ウエハ表面（電極層を形成する下地としての第１面及び第２面）が異方性エッチングされ、ウエハ表面に多数の凹凸（多数のヒロック）が形成される。水によるエッチング処理の過程で、研磨工程で使用された残留研磨剤や研磨工程後に残留した加工ひずみ層が除去される。
【００２９】
Ｓ１８では、スパッタ法等により、ウエハの第１面に対して第１電極層が形成され、ウエハの第２面に対して第２電極層が形成される。それらの電極層は、白金、金等の材料からなる。Ｓ２０では、ウエハが複数のチップに切断される。その場合にはダイシングソー等が利用される。その後、更に必要な工程（パッケージング等）が実施される。
【００３０】
本実施形態では、ウエハに対して第１電極層及び第２電極層を形成した後にウエハの切断を行っているが、先にウエハの切断を行った上で、それにより形成された個々のチップに対して第１電極層及び第２電極層を形成するようにしてもよい。
【００３１】
（実施例）
以下に実施例を説明する。厚さ0.5mmに研磨したウエハから、5.5mm×5mmのサイズを有する３個の臭化タリウム結晶をダイシングで切り出した。その後、それらの結晶の表面に対して、純水で8時間にわたりエッチング処理を施した。エッチングの深さは平均12μmであった。その後、メタノールにより、結晶を２分間洗浄し、３個の臭化タリウム結晶（実施例サンプル１、実施例サンプル２及び実施例サンプル３）を製作した。
【００３２】
図４及び図５は、実施例サンプル１の第１面（おもて面）及び第２面（うら面）を示す画像である。それらの画像はレーザー顕微鏡により取得されたものである（以下に説明する各画像も同様である）。２つの画像は第１面及び第２面における140μm×100μmの領域を示している（以下に説明する各画像も同様である）。図示されるように、水によるエッチングにより、第１面及び第２面に多数の凹凸が生じている。図6は、図４における符号１０で示すライン上の凹凸を示している。図７は、図５における符号１２で示すライン上の凹凸を示している。第１面のＲａは0.18μmであり、第２面のＲａは0.20μmである。Ｒａは、結晶表面140μm×100μmの領域の算術平均粗さである。
【００３３】
なお、画像の取得及びＲａの測定に際してはKEYENCE社製レーザー顕微鏡VK-8510を使用した（以下に説明する各画像も同装置により取得されたものであり、以下に説明する各Ｒａも同装置により計測されたものである）。
【００３４】
図８及び図９は、実施例サンプル２の第１面及び第２面を示す画像である。実施例サンプル２においても、水を利用したエッチングにより、第１面及び第２面に多数の凹凸が生じている。第１面のＲａは0.15μmであり、第２面のＲａは0.21μmである。
【００３５】
図１０及び図１１は、実施例サンプル３の第１面及び第２面を示す画像である。実施例サンプル３においても、水を利用したエッチングにより、第１面及び第２面に多数の凹凸が生じている。第１面のＲａは0.12μmであり、第２面のＲａは0.23μmである。
【００３６】
図１２には、実施例サンプル１−３が切り出されたウエハから更に切り出された実施例サンプル４に対するＸ線回折測定の条件が示されている。実施例サンプル４は、実施例サンプル１−３と同一の寸法を有する。実施例サンプル１，２，３，４における各横方向は、それらを切り出したウエハにおける所定の方向（第１方向）に対応しており、実施例サンプル１，２，３，４における各縦方向は、当該ウエハにおける所定の方向に直交する方向（第２方向）に対応している。実施例サンプル４においてＸ線が入射した面は第１面である。
【００３７】
図１３には、Ｘ線回折測定の結果が示されている。（110）面でのＸ線回折により生じた複数のスポット１４が、立方晶系の単結晶に対応する複数の位置に生じている。この測定結果から、実施例サンプルにおいては、（110）面が結晶表面に対して特定の角度となっていることがわかる（α＝65度の位置にＸ線回折スポットが生じていることから、特定の角度は25度であると考えられる）。
【００３８】
実施例サンプル１−３の第１面及び第２面に対して、直流マグネトロンスパッタ法により、厚さ0.2μmの白金膜として、第１電極層及び第２電極層を形成した。
【００３９】
図１４は、実施例サンプル１の第１電極層表面を示す画像である。図１５は、実施例サンプル１の第２電極層表面を示す画像である。第１電極層表面及び第２電極層表面には、結晶の第１面及び第２面に生じた多数の凹凸を反映したものとして、多数の凹凸が生じている。図１６は、図１４における符号１６で示すライン上の凹凸を示している。図１７は、図１５における符号１８で示すライン上の凹凸を示している。第１電極層表面のＲａは0.15μmであり、第２電極層表面のＲａは0.30μmである。
【００４０】
図１８及び図１９は、実施例サンプル２の第１電極層表面及び第２電極層表面を示す画像である。実施例サンプル２においても、結晶の第１面及び第２面に生じた多数の凹凸に起因して、第１電極層表面及び第２電極層表面に多数の凹凸が生じている。剥離は認められない。なお、第１面のＲａは0.13μmであり、第２面のＲａは0.27μmである。
【００４１】
図２０及び図２１は、実施例サンプル３の第１電極層表面及び第２電極層表面を示す画像である。実施例サンプル３においても、結晶の第１面及び第２面に生じた多数の凹凸に起因して、第１電極層表面及び第２電極層表面に多数の凹凸が生じている。剥離は認められない。なお、第１電極層表面のＲａは0.15μmであり、第２電極層表面のＲａは0.39μmである。
【００４２】
図２２に示すように、結晶２０における表面において、水によるエッチングにより多数の凹凸が生じており、その表面上に薄膜として電極層２２を形成したため、電極層２２の表面においても多数の凹凸が生じたものと考えられる。電極層２２の平均の厚みは上記のように0.2μmである。電極層２２における内部応力が下地面の凹凸形状によって細かく分断され、電極層２２の中での内部応力が特定の方向に集中し難い構造となっているため、剥離が起こり難くなった（接合力が高められた）と考えられる。
【００４３】
図２３には、放射線測定装置の構成例が示されている。放射線測定装置は、半導体放射線検出器１０１を有する。半導体放射線検出器１０１は、上記の臭化タリウム単結晶（実験では実施例サンプル）をその本体とするものである。本体の第１面には第１電極層が形成されており、本体の第２面には第２電極層が形成されている。
【００４４】
放射線測定装置は、半導体放射線検出器１０１に接続された平滑コンデンサ２２０、平滑コンデンサ２２０に正電荷を供給する第１直流電源２１１、平滑コンデンサ２２０に負電荷を供給する第２直流電源２１２、第１直流電源２１１から平滑コンデンサ２２０へ電流を流す第１定電流ダイオード２１８、及び、平滑コンデンサ２２０から第２直流電源２１２へ電流を流す第２定電流ダイオード２１９、を有している。第１直流電源２１１と平滑コンデンサ２２０との間には第１フォトモスリレー２１５が設けられており、第２直流電源２１２と平滑コンデンサ２２０との間には第２フォトモスリレー２１６が設けられている。第１直流電源２１１と第１フォトモスリレー２１５との間には保護抵抗器２１３が設けられ、第２直流電源２１２と第２フォトモスリレー２１６との間には保護抵抗器２１４が設けられている。スイッチ制御装置２１７は、第１フォトモスリレー２１５及び第２フォトモスリレー２１６に対して開閉制御信号を供給する。半導体放射線検出器１０１の出力側には、ブリーダ抵抗器２２１、結合コンデンサ２２２、及び、出力段を構成する増幅器２２３が設けられている。極性統合制御装置２２４は、スイッチ制御装置２１７を介して、フォトモスリレー２１５、２１６の開閉を制御し、また、増幅器２２３の極性反転を制御する。なお、第１定電流ダイオード２１８と第２定電流ダイオード２１９は互いに逆となる定電流特性を有しており、それらにより定電流装置２６１が構成されている。
【００４５】
γ線等の放射線を計測する場合、半導体放射線検出器１０１の第１電極層と第２電極層の間に、第１直流電源２１１又は第２直流電源２１２によって、電荷収集用のバイアス電圧（例えば＋400Vあるいは−400V）が印加される。半導体放射線検出器１０１の本体は上記のように臭化タリウム単結晶で構成されている。半導体放射線検出器１０１に対して、第１直流電源２１１だけを用いて例えば＋400Vのバイアス電圧を連続的に印加し続けると、半導体結晶中にポーラリゼーション（polarization）（電荷の偏り）が生じ、それを原因として放射線検出性能が劣化し、具体的にはエネルギー分解能が劣化する。ポーラリゼーションを防止するため、半導体放射線検出器１０１に対して印加するバイアス電圧の極性を周期的に反転させる制御が実行される。反転周期は例えば５分である。その制御を行うのが極性統合制御装置２２４である。
【００４６】
図２４〜２６には、３つのγ線エネルギースペクトルが示されている。図２４のγ線エネルギースペクトルは、Co-57をγ線源としつつ、実施例サンプル１を用いて構成された半導体放射線検出器を利用して計測されたものである。図２５のγ線エネルギースペクトルは、同じく、実施例サンプル２を用いて構成された半導体放射線検出器を利用して計測されたものである。図２６のγ線エネルギースペクトルは、同じく、実施例サンプル３を用いて構成された半導体放射線検出器を利用して計測されたものである。各γ線エネルギースペクトルの横軸はエネルギーチャンネル番号を示している。各γ線エネルギースペクトルの縦軸は計数率を示している。各γ線エネルギースペクトルにおいて、122keV付近にピークが認められる。各ピーク波形から、エネルギーの分解能（％）が次のように計算される。
【００４７】
エネルギー分解能＝
（半値幅を構成するチャンネル数）／（ピークチャンネル番号）×100  …（１）
【００４８】
上記（１）式において、半値幅を構成するチャンネル数はピーク波形における半値幅に相当するチャンネル数であり、ピークチャンネル番号はピークが生じているチャンネル番号である。３つのγ線エネルギースペクトルについてのエネルギー分解能はそれぞれ、約９％、約９％、約１１％であり、いずれにおいても良好なエネルギー分解能が得られている。
【００４９】
（比較例１）
上記実施例と同様に、厚さ0.5mmに研磨した臭化タリウム単結晶ウエハから、5.5mm×5mmのサイズをもった３つの臭化タリウム結晶を切り出した。それらの結晶の両面をアセトンで２分間洗浄し、続いてメタノールで２分間洗浄した。そのような洗浄処理を経た（エッチング処理を経ていない）３つの臭化タリウム結晶を比較例１のサンプル１―３とした。
【００５０】
図２７及び図２８は、比較例１のサンプル１についての第１面及び第２面を示す画像である。図示されるように、第１面及び第２面には、実施例において生じていた多数の凹凸は認められない（研磨によって生じたと思われる傷は認められる）。図２９は、図２７における符号２４で示すライン上の凹凸を示している。図３０は、図２８における符号２６で示すライン上の凹凸を示している。第１面のＲａは0.04μmであり、第２面のＲａは0.06μmである。
【００５１】
図３１及び図３２は、比較例１のサンプル２についての第１面及び第２面を示す画像である。図示されるように、第１面及び第２面には、多数の凹凸は認められない。第１面のＲａは0.04μmであり、第２面のＲａは0.04μmである。
【００５２】
図３３及び図３４は、比較例１のサンプル３についての第１面及び第２面を示す画像である。図示されるように、第１面及び第２面には、多数の凹凸は認められない。第１面のＲａは0.05μmであり、第２面のＲａは0.07μmである。
【００５３】
比較例１のサンプル１−３における第１面及び第２面に対し、直流マグネトロンスパッタ法により、厚さ0.2μmの白金膜として、第１電極層及び第２電極層を形成した。
【００５４】
図３５は、比較例１のサンプル１についての第１電極層表面を示す画像である。図３６は、比較例１のサンプル１についての第２電極層表面を示す画像である。第１電極層表面には剥離（まだら模様）が認められる。図３７は、図３５における符号２８で示すライン上の凹凸を示している。図３８は、図３６における符号３０で示すライン上の凹凸を示している。第１電極層表面のＲａは0.67μmであり、第２電極層表面のＲａは0.07μmである。
【００５５】
図３９は、比較例１のサンプル２についての第１電極層表面を示す画像である。図４０は、比較例１のサンプル２についての第２電極層表面を示す画像である。第１電極層表面及び第２電極層表面には剥離が認められる。第１電極層表面のＲａは0.52μmであり、第２電極層表面のＲａは0.12μmである。
【００５６】
図４１は、比較例１のサンプル３についての第１電極層表面を示す画像である。図４２は、比較例１のサンプル３についての第２電極層表面を示す画像である。第１電極層表面及び第２電極層表面には剥離が認められる。第１電極層表面のＲａは0.41μmであり、第２電極層表面のＲａは0.13μmである。
【００５７】
整理すると、比較例１のサンプル１−３において、第１面のＲａは0.04〜0.05μmであり、その第２面のＲａは0.04〜0.07μmであり、いずれも0.1μm未満であった。これに対し、比較例１における第１電極層表面のＲａは0.41〜0.67μmであり、その第２電極層表面のＲａは0.07〜0.13μmであった。比較例１のサンプル１−３における第１電極層表面及び比較例１のサンプル２，３における第２電極層表面のＲａが大きくなっているのは、電極層の剥離のためであると考えられる。結晶表面での凹凸が小さいため、そこに白金膜を形成した場合に内部応力が分断されず、内部応力により電極層の剥離が生じるものと考えられる。
【００５８】
比較例１の結晶（両電極層付き）を用いて半導体放射線検出器を構成し、Co-57をγ線源として用いて、γ線エネルギースペクトルを計測したところ、122keVに対応したエネルギーチャンネルのところにはピークが観測されなかった。電極層の剥離により動作不良が発生したものと考えられる。
【００５９】
（比較例２）
上記実施例と同様に、厚さ0.5mmに研磨した臭化タリウム単結晶ウエハから、5.5mm×5mmのサイズを有する３個の臭化タリウム結晶を切り出した。次に、各結晶の第１面及び第２面を、0.3体積％の臭素濃度を有する臭素メタノールにより、３分間、平均18μmの深さまでエッチング処理し、続いて、メタノールで２分間洗浄して、３個の臭化タリウム結晶を作製し、それらを比較例２のサンプル１，２，３とした。
【００６０】
図４３は、比較例２のサンプル１における第１面を示す画像である。図４４は、比較例２のサンプル１における第２面を示す画像である。第１面及び第２面には、実施例で生じていたような多数の凹凸は認められない。図４５は、図４３における符号３２で示すライン上の凹凸を示している。図４６は、図４４における符号３４で示すライン上の凹凸を示している。第１面のＲａは0.07μmであり、第２面のＲａは0.04μmである。
【００６１】
図４７は、比較例２のサンプル２における第１面を示す画像である。図４８は、比較例２のサンプル２における第２面を示す画像である。第１面及び第２面には、実施例で生じていたような多数の凹凸は認められない。第１面のＲａは0.07μmであり、第２面のＲａは0.09μmである。
【００６２】
図４９は、比較例２のサンプル３における第１面を示す画像である。図５０は、比較例２のサンプル３における第２面を示す画像である。第１面及び第２面には、実施例で生じていたような多数の凹凸は認められない。第１面のＲａは0.03μmであり、第２面のＲａは0.04μmである。
【００６３】
比較例２のサンプル１−３における第１面及び第２面に対し、直流マグネトロンスパッタ法により、厚さ0.2μmの白金膜として、第１電極層及び第２電極層を形成した。
【００６４】
図５１は、比較例２のサンプル１における第１電極層表面を示す画像である。図５２は、比較例２のサンプル１における第２電極層表面を示す画像である。第２電極層表面には剥離が認められる。図５３は、図５１における符号３６で示すライン上の凹凸を示している。図５４は、図５２における符号３８で示すライン上の凹凸を示している。第１電極層表面のＲａは0.03μmであり、第２電極層表面のＲａは0.64μmである。
【００６５】
図５５は、比較例２のサンプル２における第１電極層表面を示す画像である。図５６は、比較例２のサンプル２における第２電極層表面を示す画像である。第２電極層表面には剥離が認められる。第１電極層表面のＲａは0.03μmであり、第２電極層表面のＲａは0.49μmである。
【００６６】
図５７は、比較例２のサンプル３における第１電極層表面を示す画像である。図５８は、比較例２のサンプル２における第２電極層表面を示す画像である。第２電極層表面には剥離が認められる。第１電極層表面のＲａは0.04μmであり、第２電極層表面のＲａは1.00μmである。
【００６７】
整理すると、比較例２における結晶の第１面のＲａは0.03〜0.07μmであり、その第２面のＲａは0.04〜0.09μmであり、いずれも0.1μm未満であった。比較例２における第１電極層表面のＲａは0.03〜0.04μmであり、その第２電極層表面のＲａは0.49〜1.00μmであった。第２電極層表面のＲａが大きくなっているのは電極層の剥離のためであると考えられる。結晶表面での凹凸が小さいため、そこに白金膜を形成した場合に内部応力が分断されず、内部応力により電極層の剥離が生じるものと考えられる。
【００６８】
比較例２の結晶を用いて半導体放射線検出器を構成し、Co-57をγ線源として用いて、γ線エネルギースペクトルを計測したところ、122keVに対応したエネルギーチャンネルのところにはピークが観測されなかった。電極層の剥離により動作不良が発生したものと考えられる。
【００６９】
これに対し、上記実施例によれば、臭化タリウム結晶表面が水でエッチング処理され、その後、粗面化された結晶表面上に電極層が形成されるので、電極層の内部応力を分断して、電極層の剥離を効果的に防止することができる。また、そのエッチング処理の過程で、結晶表面に残留する研磨剤や結晶表面付近に残留した加工ひずみ層を除去することもできる。これにより、結晶表面上に物理的に安定した電極層を形成できるので、その結晶を用いて放射線検出器を構成した場合に放射線検出器において動作不良が生じ難くなる。エッチングで使用する液体は水であるから、その取扱いは容易であり、また安価である。
【００７０】
なお、変形例として、水に近い液体又は水性液をエッチング液として利用することが考えられる。応用例として、他の半導体結晶に対し、電極層形成前に、水によるエッチング処理を施すことが考えられる。
【符号の説明】
【００７１】
１０１  半導体放射線検出器、１１１  臭化タリウム結晶（本体）、１１２  第１電極層、１１３  第２電極層。
【図１】
2018207020.tif 000003
【図２】
2018207020.tif 000004
【図３】
2018207020.tif 000005
【図４】
2018207020.tif 000006
【図５】
2018207020.tif 000007
【図６】
2018207020.tif 000008
【図７】
2018207020.tif 000009
【図８】
2018207020.tif 000010
【図９】
2018207020.tif 000011
【図１０】
2018207020.tif 000012
【図１１】
2018207020.tif 000013
【図１２】
2018207020.tif 000014
【図１３】
2018207020.tif 000015
【図１４】
2018207020.tif 000016
【図１５】
2018207020.tif 000017
【図１６】
2018207020.tif 000018
【図１７】
2018207020.tif 000019
【図１８】
2018207020.tif 000020
【図１９】
2018207020.tif 000021
【図２０】
2018207020.tif 000022
【図２１】
2018207020.tif 000023
【図２２】
2018207020.tif 000024
【図２３】
2018207020.tif 000025
【図２４】
2018207020.tif 000026
【図２５】
2018207020.tif 000027
【図２６】
2018207020.tif 000028
【図２７】
2018207020.tif 000029
【図２８】
2018207020.tif 000030
【図２９】
2018207020.tif 000031
【図３０】
2018207020.tif 000032
【図３１】
2018207020.tif 000033
【図３２】
2018207020.tif 000034
【図３３】
2018207020.tif 000035
【図３４】
2018207020.tif 000036
【図３５】
2018207020.tif 000037
【図３６】
2018207020.tif 000038
【図３７】
2018207020.tif 000039
【図３８】
2018207020.tif 000040
【図３９】
2018207020.tif 000041
【図４０】
2018207020.tif 000042
【図４１】
2018207020.tif 000043
【図４２】
2018207020.tif 000044
【図４３】
2018207020.tif 000045
【図４４】
2018207020.tif 000046
【図４５】
2018207020.tif 000047
【図４６】
2018207020.tif 000048
【図４７】
2018207020.tif 000049
【図４８】
2018207020.tif 000050
【図４９】
2018207020.tif 000051
【図５０】
2018207020.tif 000052
【図５１】
2018207020.tif 000053
【図５２】
2018207020.tif 000054
【図５３】
2018207020.tif 000055
【図５４】
2018207020.tif 000056
【図５５】
2018207020.tif 000057
【図５６】
2018207020.tif 000058
【図５７】
2018207020.tif 000059
【図５８】
2018207020.tif 000060