(57)【要約】  本発明は、固体相及び液体相で構成されるハイブリッド構造を備え、固体相は、１面の表面に沿って一連の溝を有し、検出器の第１の電極が１面上に形成された半導体材料の基板を含み、液体相は、溝の中に収容され、中性子を捕獲して半導体材料をイオン化するのに適した荷電粒子に置き換えることが可能な少なくとも１つのアイソトープを含む少なくとも１つの中性子コンバーター化合物を備えることを特徴とする液体−半導体中性子検出器に関する。また、本発明は検出器の製造方法と検出器の使用に関する。【選択図】図２
2015535082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体−半導体中性子検出器であって、
固体相及び液体相で構成されるハイブリッド構造を備え、
前記固体相は、１面の表面に沿って一連の溝を有し、検出器の第１の電極が前記１面上に形成された半導体材料の基板を含み、
前記液体相は、前記溝の中に収容され、中性子を捕獲して前記半導体材料を電離するのに適した荷電粒子に置き換え可能な少なくとも１つのアイソトープを含む少なくとも１つの中性子コンバーター化合物を含むことを特徴とする検出器。
【請求項２】
前記アイソトープは、６Ｌｉ、１０Ｂ、１１３Ｃｄ、１５５Ｇｄ、１５７Ｇｄ、３Ｈｅ、１３５Ｘｅ、２３５Ｕ、２３８Ｕ、２３２Ｔｈ、２３Ｎａ、５６Ｆｅ、９１Ｚｒ、１１５Ｉｎ、１９７Ａｕ、Ｈｆ、Ｃｏ、Ｓｍ、Ｔｉ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｍｏ、及びＹｂからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の検出器。
【請求項３】
前記コンバーター化合物は、Ｂ４Ｃ、ＢＦ３、ＬｉＦ、Ｈ３ＢＯ３、Ｍｏ２Ｂ５、Ｂ（ＯＨ）３、Ｎａ２［Ｂ１２Ｈ１２］、Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２、及びＢ１０Ｈ１４からなる群から選択されることを特徴とする請求項１または２に記載の検出器。
【請求項４】
前記半導体材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＧａＡｓ、及びＢ４Ｃからなる群から選択されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項５】
前記溝を有する１面と同じ面上又は前記１面に対向する他面上に配置された少なくとも１つの第２の電極を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項６】
前記第２の電極は、平面形状または立体形状を有することを特徴とする請求項５に記載の検出器。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の検出器の製造方法であって、
（ａ）半導体材料の基板の表面に沿って一連の溝を刻成し、検出器の電極を形成する手段によって、半導体材料の基板からなる固体相を作成する段階と、
（ｂ）前記固体相の溝に少なくとも１つの中性子コンバーター化合物を含む液体相を導入する段階と、を有することを特徴とする検出器の製造方法。
【請求項８】
封入手段によって前記固体相の溝に前記液体相を封じ込める付加的段階をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の検出器の製造方法。
【請求項９】
前記固体相を作成する段階に先立って又は同時に、中性子コンバーター化合物を少なくとも１つの溶剤に溶解させる段階及び／又は中性子コンバーター化合物を付着性マトリクスに付加する段階を含む前記液体相を合成する初期段階を有することを特徴とする、請求項７に記載の検出器の製造方法。
【請求項１０】
前記溶剤は、ダイグライム（エーテル  ２−メトキシエチル）、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）、アセトニトリル、及びジブロモエタンからなる群から選択されることを特徴とする請求項９に記載の検出器の製造方法。
【請求項１１】
前記付着性マトリクスは、ＰＶＣ及びシアノアクリレートから選択されることを特徴とする請求項９に記載の検出器の製造方法。．
【請求項１２】
中性子を検出することに使用されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項１３】
核医学において使用されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体放射線検出器を製造するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術とマイクロフルイディクス（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ）という物質の２つの状態（固体と液体）をまとめる２つの技術を結合した高効率な中性子検出器（＞５０％）を作成するための新しいコンセプトに関する。得られる検出器は、半導体と液体とのハイブリッドである。その主な用途は、とりわけ、核医学とマイクロドシメトリー（ｍｉｃｒｏｄｏｓｉｍｅｔｒｙ）、宇宙探査、及び工業分析と核セキュリティのための高効率な中性子検出器の作成である。
【背景技術】
【０００２】
放射線は、運動する亜原子粒子（陽子、中性子、アルファ粒子、電子等）及び電磁波（エックス線、ガンマ線等）によるエネルギー伝搬の一形態である。放射線は、その伝搬を通じて媒体から電子を引き寄せるか否かの能力によって“電離”または“非電離”と称される。この特徴は、粒子の初期エネルギーとともに、当該粒子の固有の性質による（すなわち粒子がハドロン、レプトン、光子、原子核等である場合）媒体との相互作用のタイプ（弱い、強い、又は電磁的）に依存する。電離放射線は、電荷を有する粒子（電子、陽子、アルファ粒子等）であり、エックス線やガンマ線である。中性粒子（中性子、中性中間子、マイクロ波、ラジオ波等のような特定タイプの電磁波）は電離放射線ではない）。
【０００３】
光子など、ほとんどの荷電粒子は、電離放射線の一部を形成し、これにより粒子が物質を通過するときに生じる電離によって当該粒子を検出することができる。もし、当該粒子が相互作用するターゲットが好適な材料で構成されており、このターゲットが電子的読取システムに好適に集積されるならば、その装置は粒子検出器として機能する。
【０００４】
ターゲットは、同定する粒子のタイプとその用途によって、固体、液体、または気体の状態である。従来、このために使用される材料は、それぞれ、半導体、シンチレーター、軽質ガスであった。従って、放射線検出器は、粒子の起源が天然か（宇宙線又は原始的な壊変連鎖による）又は人工的か（誘発された核崩壊または粒子加速器で生成された粒子）を問わず、粒子の存在を確認できる装置である。
【０００５】
このように、例えば、半導体装置において、荷電粒子又は光子がその装置を通過すると、その通過によって生じる電離により電子正孔対（荷電キャリア）が生成され、電界を印加すると、荷電キャリアは電極方向に誘引されて収集することにより電流パルスが生成される。この電気パルスにより、入射粒子によって蓄積されたエネルギーを（電子読取システムに連結された外部回路を介して）推定することができる。しかしながら、中性子のような中性粒子が媒体を通過するときは、中性粒子は媒体を電離する電荷を有しないため、直接検出できない。
【０００６】
近年、アクティブセンサーによる中性子の検出に対する関心が高まっている。この分野においては、２種類のタイプの検出器が主に使用されてきた。３Ｈｅガス検出器と、６Ｌｉに基づくシンチレーターである。
【０００７】
しかしながら、両タイプの検出器とも、いくつかの望ましくない特徴を共通に有する。例えば、３Ｈｅ検出器は重く、高価な動作条件（１０バールのレベルの高い圧力と１０ｋＶ程度の電圧）を必要とし、シンチレーターは、数百ボルトで動作する重い光電子増倍管に接続されている必要があり、シンチレーション結晶の吸湿性により、密閉パッケージングが必要となる。さらに両タイプの検出器とも読取回数を比較的多く要し、そのため高い計数率を必要とする用途には使えない。
【０００８】
さらに重要なことは、それらが、供給困難な材料を使用していることであり、３Ｈｅと６Ｌｉのいずれも高価であり、３Ｈｅの埋蔵量はあと数十年で使い尽くされるであろうと予測されている［Ｒ．Ｔ．Ｋｏｕｚｅｓ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒ．Ｍｅｔｈ．Ａ６２３（２０１０）１０３５−１０４５］。また、６Ｌｉは輸出用の特別許可が必要となる。こうした障害のため、環境によっては必要とされる条件に対応できない場合があって、当該検出器の応用場面が限定されることになる。
【０００９】
これに対し、半導体検出器（ＳＤ）は、中性子の存在する環境（核医学とマイクロドシメトリー、宇宙探査、及び工業分析と核セキュリティ）の多くの場面でＳＤが大いに役立つようになるいくつかの特徴を有しており、その特徴は例えば、高速応答性と電磁場に対する非感受性とともに低分子量性、頑健性、低バッテリー消費量等である［Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ，Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，２ｎｄ  Ｅｄ．，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，１９８１］。
【００１０】
しかしながら、中性子を検出するためにＳＤを適合させるには、中性子物理に特有のある複雑性を伴う［Ｇ．Ｆ．Ｋｎｏｌｌ，Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ  ２０００］。上述したように、中性子は、直接電離によって物質と相互作用しないので、半導体（ＳＣ）によって直接検出することができない。ＳＤを中性子検出器に変えるためには、中性子を捕獲して半導体を電離する荷電粒子を（中性子捕獲の反応生成物として）放出し、それによって中性子を検出可能とするのに好適な元素のアイソトープ（「コンバーター」と称される）を使用する必要がある。
【００１１】
このように、半導体中性子検出器は、コンバーターによって覆われるか又は満たされた放射線センサーで構成されるか、或はコンバーターの原子が材料構造の部分を形成する放射線センサーからなる［Ｎ．Ｃａｒｕｓｏ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．：Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ  Ｍａｔｔｅｒ  ２２  （２０１０），ｄｏｉ：１０．１０８８／０９５３−８９８４／２２／４４／４４３２０１；Ｃ．Ｇｕａｒｄｉｏｌａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ６  （２０１１），ｄｏｉ：１０．１０８８／１７４８−０２２１／６／１１／Ｐ１１００１］。
【００１２】
中性子は、そのエネルギー（Ｅ）によって、おおむね、高速中性子（Ｅ＞１ｅＶ）と低速中性子（Ｅ＜１ｅＶ）に分類される。本発明の目的は、低速中性子を検出することに中心を置いているが、本発明は高速域の中性子に対しても有効である。中性子の捕獲において断面積効果の高いコンバーターは、次のいずれか１つを含む化合物に基づいている。即ち、主として、６Ｌｉ、１０Ｂ、１１３Ｃｄ、１５５Ｇｄ、及び１５７Ｇｄである。しかしながら、天然存在度がずっと低く、断面積効果が低い別のアイソトープもまた可能であり、希ガス又は希土類に属する元素であってもよく、その例としては、３Ｈｅ、１３５Ｘｅ、２３５Ｕ、２３８Ｕ、２３２Ｔｈ、２３Ｎａ、５６Ｆｅ、９１Ｚｒ、１１５Ｉｎ、１９７Ａｕ、Ｈｆ、Ｃｏ、Ｓｍ、Ｔｉ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｍｏ、Ｙｂなどが挙げられる。
これらのアイソトープを含む化合物を有するコンバーターもまた可能であり、例えば、Ｂ４Ｃ、ＢＦ３、ＬｉＦ、Ｈ３ＢＯ３、Ｍｏ２Ｂ５などが挙げられる。中性子捕獲において生じる最も広く使用されるアイソトープの核反応は表１で規定される。
【００１３】
表１．中性子のためのコンバーターアイソトープ
【００１４】
【表１】
2015535082.tif 000003
【００１５】
平面形状を有する半導体をベースとする中性子検出器［Ｊ．Ｋ．Ｓｈｕｌｔｉｓ  ａｎｄ  Ｄ．Ｓ．ＭｃＧｒｅｇｏｒ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｎｕｃｌ．Ｓｃ．，Ｖｏｌ．５３，（３）２００６，１６５９−１６６５］は、パーフォレーション（穿孔）を有する検出器（この検出器はコンバーターとその内部にパーフォレーションテンプレートを有する半導体コンバーターとの接触面を増やすことによって平面形状の条件を上回る）のような他の技術的ソリューションに比較すると効率が劣る。２５年前、Ｒ．Ａ．ＭｕｍｉｎｏｖとＬ．Ｄ．Ｔｓｖａｎｇは、矩形流路をＳＤの表面に配置すると、中性子の検出効率は４０％を達成でき、それ以上も可能であると述べた［Ｒ．Ａ．Ｍｕｍｉｎｏｖ  ａｎｄ  Ｌ．Ｄ．Ｔｓｖａｎｇ，Ａｔ．Ｅｎｅｒｇｙ，ｖｏｌ．６２，Ｎｏ．４，２６５−２６７，１９８７］。
【００１６】
しかしながら、この時以来、中性子検出用ＳＤにおいて、そのような微細構造を製造できた研究グループは非常に少ない。特に、Ｄ．Ｓ．ＭｃＧｒｅｇｏｒ博士を中心とするグループはコンバーターとして６ＬｉＦを使用して、このテーマに熱心に取り組んでおり、近年かなりの進歩を示していて、正弦波状トレンチを有するセンサーによって熱中性子の１２％の検出効率が報告されており［Ｄ．Ｓ．ＭｃＧｒｅｇｏｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａ６０８（２００９），１２５−１３１］、パーフォレーションを有する構造に基づいた２つの検出器を結合した場合は、４２％の検出効率が報告されている［Ｓ．Ｌ．Ｂｅｌｌｉｎｇｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｎｕｃｌ．Ｓｃｉ．５９，（１）２０１２，１６７−１７３，ｄｏｉ：１０．１１０９／ＴＮＳ．２０１１．２１７５７４９］。
【００１７】
この最後の研究グループはパーフォレーション半導体検出器に関して、少なくとも２件の特許を有しているが、その装置は全体としては、「固体」である［Ｄ．Ｓ．ＭｃＧｒｅｇｏｒ  ａｎｄ  Ｒ．  Ｋｌａｎｎ，ＵＳ７１６４１３８；Ｄ．Ｓ．ＭｃＧｒｅｇｏｒ  ｅｔ  ａｌ．，ＵＳ７８５５３７２］。類似性を有する別の特許がＨ．Ｃ．Ｃｌｉｍｅｎｔにより報告されている［Ｈ．Ｃ．Ｃｌｉｍｅｎｔ，ＵＳ２０１２／０１３２８１９］。
【００１８】
しかしながら、年月の経過とともに、そうした装置の効率は、５０％の検出率が限度であることが示され、問題点が完全には解決されておらず、そのため相当な改良をともなった新しいプロトタイプを提案することが必要となった。最近、Ｃ．Ｇｕａｒｄｉｏｌａ  ｅｔ  ａｌ．は、そうしたパーフォレーション構造の１つのための最適パラメータを報告する研究［Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｄｏｉ：１０．１０８８／１７４８−０２２１／７／０６／Ｔ０６００３］を提出したが、これには現在のＭＥＭＳ製造技術に従った実際値も含まれている。
【００１９】
パーフォレーションまたは溝を半導体内に組み込むというＭｕｍｉｎｏｖとＴｓｖａｎｇのアイデアからスタートした検出器の新しいコンセプトは、そのような溝を上記のアイソトープ−コンバーターのいずれかによって合成された液体化合物で満たすならば、中性子捕獲の反応生成物が容易にＳＤに到達して検出されるであろう、というものである。本発明は、粒子検出器物理における革新的なコンセプト、すなわち中性子ハイブリッド検出器液体−半導体に関する。コンバーターに基づく液体を組み込むことの利点は、以下に説明するとおり多々有り、また液体を含むＳＤは大きな利点であることから設計の多様化が可能となり、マイクロメーターの溝にそれらを組み込むことを妨げる従来の固体コンバーターの使用で固有な特定の結合パラメータを減少させる。このために使用される技術の例は、堆積、蒸着（物理的気相成長法（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又は化学気相成長法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ））、凝縮、又は単純な手作業による方法が挙げられる［Ｄ．Ｓ．ＭｃＧｒｅｇｏｒ  ｅｔ  ａｌ．，ｏｐ．ｃｉｔ．．Ｂｅｌｌｉｎｇｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，ｏｐ，ｃｉｔ．；Ｒ．Ｊ．Ｎｉｋｏｌｉｃ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ，ｖｏｌ．６０１３（２００５）］。これらの技術は全て高価で、改良の余地があり、繰り返し製造するのが難しく、工業生産に利用しにくい。
【００２０】
液体は、本発明の検出器対象として非常に役に立つ特性を有する物質の集合状態である。第一に、液体は、パーフォレーションＳＤにマイクロフルイディクス技術により導入するために非常に役に立つ浸透性という特性を有している。液体は、都合のよいことに（その合成パラメータを制御して）、溝を有するＳＤとの結合のため有利に使用される一連の物理的原理をまとまって有している。上記の物理的特性とは、毛管現象、凝集力、密着性、粘性、及び表面張力である。さらに、液体の浸透力を考慮すると、以下の能力が強調される。（ａ）液体は、固体コンバーターに比べてはるかに容易にマイクロメーターサイズのオリフィス、開口部、及び溝に侵入する、（ｂ）液体は、大きな開口部に留まる、（ｃ）液体は、マイクロメーターレベルの薄い層に広がる、（ｄ）液体は、液体を含んだ容器／装置に万一、不連続部や凹凸部が生じた場合にも容易に吸収及び／又は分散する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は、高効率中性子検出器の新しいコンセプトから成り、本発明の目的は、半導体材料の基板及びその関連する構成要素（ｐ−ｎ結合、オーミックコンタクト、電極、電気コンタクト）との組合せに在り、基板の表面に沿って溝を有し、その溝の中に液状の中性子コンバーターを含んで、放射線／粒子に感応する検出器及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による液体−半導体中性子検出器は、固体相及び液体相で構成されるハイブリッド構造を備え、前記固体相は、１面の表面に沿って一連の溝を有し、検出器の第１の電極が前記１面上に形成された半導体材料の基板を含み、前記液体相は、前記溝の中に収容され、中性子を捕獲して前記半導体材料を電離するのに適した荷電粒子に置き換え可能な少なくとも１つのアイソトープを含む少なくとも１つの中性子コンバーター化合物を含むことを特徴とする。
【００２３】
前記ハイブリッド検出器は、半導体検出器のＭＥＭＳ技術、マイクロフルイディクス技術と流体の基本概念とレオロジー、及び液体中性子コンバーターの化学的性質を結合して具現される。液体中性子コンバーターは、設計において中性子検出効率が最適化されるように合成されねばならない。言い換えれば、液体コンバーターの合成パラメータ（密度、組成、粘性、濃度等）は、中性子検出効率が最大化されるように、基板半導体の設計パラメータ（溝形状の寸法）と相関していなければならない。参考文献又は先行する特許において、類似の装置を提案または作成したものは見出されない。
【００２４】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による検出器の製造方法は、
（ａ）半導体材料の基板の表面に沿って一連の溝を刻成し、検出器の電極を形成する手段によって、半導体材料の基板からなる固体相を作成する段階と、
（ｂ）前記固体相の溝に少なくとも１つの中性子コンバーター化合物を含む液体相を導入する段階と、を有することを特徴とする。
本発明の一態様において、前記方法は、封入手段によって前記固体相の溝に前記液体相を封じ込める付加的段階をさらに有し得る。
あるいは、他の態様において、前記方法は、固体相を作成する段階に先立って又は同時に、前記液体相を合成する初期段階を有し得る。
前記液体相を合成する段階は、中性子コンバーター化合物を少なくとも１つの溶剤に溶解させる段階（好ましくはダイグライム（エーテル２−メトキシエチル）、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）、アセトニトリル、及びジブロモエタンから選択される）及び／又は中性子コンバーター化合物を付着性マトリクス（好ましくはＰＶＣ及びシアノアクリレートから選択され）に付加する段階を有し得る。
前記検出器は、中性子を検出するために使用され得る。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、期待される中性子の検出効率を達成し、上回りさえする。さらに、液体であることによって、独自の合成を行うことができことから、ＳＤとの結合のための設計パラメータの組合せの可能性が増加する。
本発明によれば、中性子コンバーターが液体状態で合成されるならば、中性子コンバーターには液体の固有的な特性の利点が付加され、これが半導体に組み込まれた場合に、これまで固体状態コンバーターによって提供されてきた場合よりも、より実現性があり、シンプルで経済的な形態を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一実施形態による半導体中に作成される溝の幾何学的図形の例を示す図である。
【図２】一実施形態による多重動画再生装置のブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の新規性は、固体と液体との組合せに在る。具体的に、前者は、高感度な検出器として機能する半導体（特に、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＧａＡｓ、Ｂ４Ｃ、等のいくつかのタイプがある）であり、後者は、半導体によって検出される荷電粒子に中性子コンバーターとして機能する液体である。
【００２８】
中性子コンバーター化合物は、「背景技術」の欄に記載した６Ｌｉ、１０Ｂ、１１３Ｃｄ、１５５Ｇｄ、１５７Ｇｄ及び３Ｈｅ、１３５Ｘｅ、２３５Ｕ、２３８Ｕ、２３２Ｔｈ、２３Ｎａ、５６Ｆｅ、９１Ｚｒ、１１５Ｉｎ、１９７Ａｕ、Ｈｆ、Ｃｏ、Ｓｍ、Ｔｉ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｍｏ、Ｙｂの中のいずれかのアイソトープを用いて合成される。
【００２９】
特に、コンバーター化合物は、好ましくは、Ｂ４Ｃ、ＢＦ３、ＬｉＦ、Ｈ３ＢＯ３、Ｍｏ２Ｂ５、Ｂ（ＯＨ）３、Ｎａ２［Ｂｉ２Ｈｉ２］、Ｃ２Ｂｉ０Ｈｉ２、及びＢ１０Ｈ１４からなる群より選択される。
【００３０】
本発明による固体と液体との組合せは、半導体の溝を充填可能にする、何故なら、原理的に、液体は、浸透、透過、浸水、分散して、半導体に刻成された種々の幾何学的形状のすべてに適合できるからである。
【００３１】
本発明の一態様において、本検出器の製造プロセスは、装置の固体部分の製造からスタートする。本プロセスはクリーンルーム内で行われ、半導体材料の検出器は、当該装置の感応部分又は検出器として製造される。このため、半導体材料に加えて、放射線／粒子を検出する能力を付与するうえで必要とされる構成要素が付加され、それは例えば、電極、絶縁層、コンタクト、ｐ−ｎ結合などである。このために、標準的なＭＥＭＳ製造技術を使用することができ、とりわけドーピング（イオン拡散又はイオン注入）、ケミカルアタック、及び材料層の堆積によって上記構成要素を作成する［Ｇ．Ｐｅｌｌｅｇｒｉｎｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＆  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａ（２０１２），ｈｔｔｐ：／／ｄｘ．ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０１６／ｊ．ｎｉｍａ．２０１２．０５．０８７］。本プロセスのこの工程において、基本的な工程は、半導体に溝を刻成することであり、溝は、平行トレンチ、孔、正弦波状の溝などでありうる。（図１にいくつかの例を示す）。なお、他の幾何学的図形のいずれの組合せも可能である。流体の物理的特性を考慮すると、これらの溝は、液体の導入とその後の流動性を促進することが強調さるべきである。溝は、検出器の第１の電極の全体又は一部を構成するが、当該検出器は、少なくとも１つの第２の電極を備える。第２の電極は、検出器の溝が刻成されている一面に作成されるか又は溝の有る面に対向する他面に作成され、平面状又は３次元形状を有する。（図１参照）
【００３２】
並行して、液体コンバーターは、半導体基板の寸法に応じて最適なパラメータ、すなわち、濃度、密度、粘性、化合物を形成する要素の比率等、を用いて合成される。液体コンバーターは、後に半導体との結合を可能にする密着性、表面張力、凝集力、毛管現象等の特性に影響する。半導体材料の基板の製造寸法、すなわち選択された形状（トレンチ、孔、コイル等）のベースを形成する単位セルに関する寸法と、液体コンバーターの諸特性を表す数値との双方が、例えば、以前のモンテカルロ・シミュレーションや分析的推計値と相関している場合、それらの両パラメータのセットを、かなり正確に、結びつけられる可能性が強調されるべきである［Ｃ．Ｇｕａｒｄｉｏｌａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｄｏｉ：１０．１０８８／１７４８−０２２１／７／０６／Ｔ０６００３］。
【００３３】
次に、液体コンバーターは、半導体材料、好ましくはシリコンによって形成された固体基板に導入される。半導体材料−液体コンバーターの組合せに応じて、マイクロマニピュレータ、市販のマイクロピペット、又はホウケイ酸塩のガラス毛細管から製造されたマイクロピペット（手作業あるいはジョイント結合システムとの機械的形態で使用することができる）、真空ポンプ等の基本的なマイクロフルイディクス用の器具類が使用可能である。半導体材料によって形成された固体基板に液体を導入するために適用される他の可能性として、例えば、固体基板を液体コンバーターで覆う；単純に液体コンバーターを固体基板上に堆積させて自然に浸透させるか又は温度と圧力のパラメータの組合せを、例えばＴ＝２５°Ｃ，Ｐ＝３０ｍｂａｒとして液体コンバーターを固体基板に塗る；固体基板を液体に浸して例えば周波数が２４ｋＨｚの超音波をかける；遠心分離器とオーブンを使用する等がある。固体基板に刻成される形状と液体−コンバーターを含有するために取り付けられる半導体の形状に応じて（レオロジーの基本的原理に従って初期の流れの流量を生成することに加えて）、引用した１つの又は他の技術は多かれ少なかれ実用性があり、「背景技術」の欄に記載のＰＶＤ技術やＣＶＤ技術に関して金融コストや時間を指数関数的に減少させる。一般的に、コスト削減は２桁のレベルと推定され、時間短縮は１桁のレベルと推定される。
【００３４】
最後に、本発明の好適な一態様において、本プロセスは、本装置に別の材料を付け加える段階を含み、この材料は、好ましくは、これに限定されるわけではないが、ＰＤＭＳ、メタクリル樹脂、又はガラスであり、これによってコンバーターは、半導体材料の固体基板の溝中に封じ込められる。この封入をおこなった場合に、液体が溝中で部分的に凝固し、半分粘性状態で留まって半導体壁に付着する場合などにおいては、この段階は必須ではない。
【００３５】
図２は、全体プロセスを単純化して示す概略図である。図２において、以下の段階が示される。
段階（１）は、段階（２）及び段階（３）のパラメータを計算するためのモンテカルロ・シミュレーション又は分析的推計による事前計算（任意）であり、
段階（２）は、半導体材料によって形成される固体基板の製造であり、
段階（３）は、液体−コンバーターの合成であり、
段階（４）は、液体コンバーターであり、
段階（５）は、溶剤中の段階（４）の液体コンバーターであり、
段階（６）は、マトリクス中における段階（４）の液体コンバーター又は段階（５）の溶剤中の液体コンバーターであり、
段階（７）は、半導体材料によって形成された固体基板中への液体−コンバーターの導入であり、
段階（８）は、封入である。
【００３６】
最も単純なバージョンにおける液体コンバーターは、液体相における中性子コンバーターの要素、例えば［Ｃ８ｍｉｍ］２［Ｂｉ２Ｈｉ２］又は［Ｃ８ｍｉｍ］２［Ｂ１２Ｈ１２］からなる。好適な溶剤中に希釈されて液体コンバーターとして機能するホウ素化合物が使用され、その例として、Ｂ（ＯＨ）３、Ｎａ２［Ｂｉ２Ｈｉ２］、Ｃ２Ｂｉ０Ｈｉ２、Ｂｉ０Ｈｉ４等が挙げられる。これらの化合物はすべて、天然ホウ素またはそのアイソトープ１０Ｂが濃縮された天然ホウ素によって合成される。また、ホウ素を含む他の化合物又は他の中性子コンバーター（「背景技術」欄に引用されたもの）であって溶解しうるものも使用可能である。
【００３７】
溝中へのコンバーターの導入を促進する溶剤は、例えば、ダイグライム（エーテル２−メトキシエチル）、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）、アセトニトリル、及びジブロモエタン等である。さらに、コンバーターは、単位に一定の付着的特性を与えて、過渡的材料（固体−液体）という集合状態にコンバーターを「封じ込める」付着性のマトリクスを有し、これによりコンバーターの制御能力が高められる。付着性マトリクスは、例えば、ＰＶＣまたはシアノアクリレートである。このように、半導体の設計上の複雑さに応じて、コンバーター、溶剤、及び付着性マトリクスの種々の組合せをおこなうことによって、程度の差はあるが、最適で機能的なものになる。
【００３８】
コンバーターの最終状態は、例えば、［Ｃ８ｍｉｍ］２［Ｂｉ２Ｈｉ２］の場合のように完全な液体であるか、、又はＰＶＣマトリクス中の［Ｂ１２Ｈ１２］がＴＨＦに溶解された場合のように溶剤が蒸発してトレンチ内のコンバーターが固体−液体の中間相として残される場合がある。
【００３９】
＜実施例＞
本実施例において、半導体材料としてシリコンが採用される。したがって、検出器の固体相は、クリーンルーム中でｎ型高抵抗シリコンウェハー（ρ＞１ｋΩｃｍ）を用いて、標準ＭＥＭＳ技術により製造される。この場合、ウェハーは、０．５ｃｍ２の活性領域を有する複数の固体検出器を含んで処理され、それぞれの固体検出器上に、図１に示す例の組み合わせの１つのように、基板の１面に、Ａｌｃａｔｅｌ  ６０１Ｅによって、平行トレンチのデザインが刻成される。
【００４０】
本実施例のデザインは、トレンチの寸法について以下のパラメータを有する。即ち、高さｈ＝２５０μｍ、長さＬ＝５μｍ、幅Ｗ＝２０μｍである。
【００４１】
次に、トレンチは、ｐ−ｎ結合を作成するために、ホウ素（ｐ＋型）でドープされたポリシリコンの薄膜でコーティングされる。その後、トレンチは酸化ケイ素の薄い層（＜４００ｎｍ）で保護され、分極と電子読取りのための電気コンタクトを供給するために、アルミニウム層（＜５００ｎｍ）が堆積される。ここで、空洞又は溝は完全に閉じてはいない、すなわち、開口部は後に液体コンバーターで満たすために開いたままであり、かつトレンチをコーティングする層は、中性子とコンバーターとの反応生成物の通過を妨げない程度に十分薄くなければならないことに留意する。オーミックコンタクトが、後にアルミニウム層で金属被覆されるシリコンウェハーの後方にリン（ｎ＋型）の注入がおこなわれる。
【００４２】
この工程に並行して、固体基板上に刻成したトレンチの寸法の上述したパラメータに従って、アセトニトリル４．７ｍｌ中に溶解された１．９５グラムの１０Ｂが濃縮された［Ｃ８ｍｉｍ］２［Ｂｉ２Ｈｉ２］の化合物の液体−コンバーターが、密度、０．９４ｇ／ｃｍ３、モル濃度０．５Ｍで合成される。
【００４３】
その後、液体コンバーターが固体基板に導入される。このために、本実施例では、固体基板の最初のトレンチ（固体基板の一端まで延長されている）に、約５００μｌの液体−コンバーターが標準マイクロピペットにより堆積し、最後のトレンチ（これもまた固体基板の他端まで延長されている）に、液体がトレンチの中間部を充足させて流れるように、減圧排出ポンプが使用される。本工程は数秒間継続され、終了時に減圧排出ポンプは除去され、液体はトレンチ内に留まり、横からこぼれ出ることなく、固体基板中に浸漬する。
【００４４】
最後に、本装置は、単純なＰＤＭＳ蓋支持体により封止される。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１    モンテカルロ・シミュレーション又は分析的推計による事前計算
２    半導体材料によって形成される固体基板の製造
３    液体−コンバーターの合成
４    液体コンバーター
５    溶剤中の液体コンバーター
６    マトリクス中における液体コンバーター又は溶剤中の液体コンバーター
７    半導体材料によって形成された固体基板中への液体−コンバーターの導入
８    封入
【図１】
2015535082.tif 000004
【図２】
2015535082.tif 000005
【国際調査報告】
2015535082.tif 000006
2015535082.tif 000007
2015535082.tif 000008
2015535082.tif 000009