(57)【要約】    【課題】  結晶欠陥が少なく、且つ低コストで製造可能な紫外線等の短波長領域の光を検出するダイヤモンドセンサを提供する。    【解決手段】  表面が（００１）面である低抵抗シリコン基板１上に、気相合成法により高配向性の第１の絶縁性ダイヤモンド層２を形成し、この第１の絶縁性ダイヤモンド層２を覆い、基板１と接触するように導電性ダイヤモンド層３を形成する。次に、導電性ダイヤモンド層３上に、検知層である高配向性の第２の絶縁性ダイヤモンド層４を形成し、その表面に表面電極５を形成する。そして、このダイヤモンド素子を、ハーメティックシール等の金属マウント６に搭載して、ダイヤモンドセンサ１０とする。そのとき、表面電極５をハーメティックシールの一方の端子にワイヤボンディングにより接続し、基板１を筐体を介してハーメティックシールの他方の端子に接続する。【選択図】    図１
2005197486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成された第１の絶縁性ダイヤモンド層と、前記第１の絶縁性ダイヤモンド層上に形成されこの第１の絶縁性ダイヤモンド層よりも厚さが薄い導電性ダイヤモンド層と、この導電性ダイヤモンド層上に形成された第２の絶縁性ダイヤモンド層と、この第２の絶縁性ダイヤモンド層上に形成された表面電極と、を有し、前記第２の絶縁性ダイヤモンド層に入射した光により生成したキャリアが、前記導電性ダイヤモンド層と前記表面電極との間に印加されたバイアス電圧により補集され、前記キャリアの補集量に応じた電気信号が出力されることを特徴とするダイヤモンドセンサ。
【請求項２】
前記第１及び第２の絶縁性ダイヤモンド層並びに前記導電性ダイヤモンド層は、気相合成された多結晶ダイヤモンドにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンドセンサ。
【請求項３】
前記第２の絶縁性ダイヤモンド層は、表面が（１００）面であり、結晶粒子が前記基板に対して一方向に配向している高配向性ダイヤモンド層であることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイヤモンドセンサ。
【請求項４】
前記基板は導電性であり、前記導電性ダイヤモンド層は前記第１の絶縁性ダイヤモンド層を覆い、前記前記基板と接触するように形成されており、前記基板と前記導電性ダイヤモンド層とは電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のダイヤモンドセンサ。
【請求項５】
前記導電性ダイヤモンド層は、ホウ素が添加されたｐ型半導体ダイヤモンドにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のダイヤモンドセンサ。
【請求項６】
前記導電性ダイヤモンド層の厚さは、０．０５乃至２．００μｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のダイヤモンドセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光の影響を受けずに紫外線等の短波長光線、並びにα線、β線、γ線及びＸ線等の電離放射線を検知するダイヤモンド薄膜を使用したダイヤモンドセンサに関し、特に、高配向ダイヤモンド薄膜を使用したダイヤモンドセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
科学技術の発達に伴い、従来は使用される機会が少なかった２５０ｎｍ以下の短波長領域の光を工業目的で使用する機会が増えている。例えば、殺菌及びオゾン洗浄等では、２５０ｎｍ近傍領域及びそれよりも短波長の光が使用されている。また、次世代ＬＳＩを製造するための微細加工技術においては、ＡｒＦレーザをはじめとする２００ｎｍよりも短い波長領域の光がリソグラフィに適用され始めている。更に、ＣＤ及びＤＶＤ等の記録媒体においても、記録密度を増大させることを目的として、可視光領域よりも短い波長の光の適用が検討されている。更にまた、放射光施設から放射される軟Ｘ線、及びα線等の粒子線の利用も実用化の域に達しようとしている。このため、２５０ｎｍ以下の短波長領域の光を精度よく観測する手段の重要性が増している。
【０００３】
一般に、紫外線等の可視光よりも短い波長を観測する場合、太陽光等の光は誤動作の原因になるため、不感であることが望ましい。また、紫外線領域の光はエネルギーレベルが高いため、再現性がよく、長期間にわたって安定した観測を行うためには、高い耐久性が求められる。
【０００４】
そこで、近時、ダイヤモンド薄膜を使用したダイヤモンド薄膜を使用した紫外線センサが提案されている（例えば、非特許文献１乃至５参照）。ダイヤモンド薄膜は、耐熱性及び耐久性が優れ、バンドギャップが広い半導体として性質を持つため、低コストで、信頼性が高いセンサを実現することができる。このダイヤモンド薄膜を使用した半導体センサは、従来のバンドギャップが狭いシリコン等と波長フィルタとを組み合わせたセンサ素子よりも耐久性が優れており、更に、従来の光電管等を使用したセンサに比べて小型化及び軽量化ができると共に複雑な回路構成が不要になるという利点がある。
【０００５】
非特許文献１乃至５に記載の従来のダイヤモンドセンサにおいては、製造コストを抑えるために、多結晶ダイヤモンド薄膜が使用されている。その構造としては、例えば、ダイヤモンド薄膜表面に１対の電極を設けた平面型がある。図３は従来の平面型構造のダイヤモンドセンサを模式的示す断面図である。図３に示す従来の平面型ダイヤモンドセンサ１００は、例えば、Ａｌ２Ｏ３等の絶縁性基板１０１上に、多結晶ダイヤモンド薄膜１０２が形成されており、この多結晶ダイヤモンド薄膜１０２の表面には、金等により１対の櫛形電極１０３が形成されている。
【０００６】
この従来の平板型ダイヤモンドセンサ１００においては、光が照射されると多結晶ダイヤモンド薄膜１０１中で電子−正孔対が生成し、櫛形電極１０２間にバイアス電圧を印加することにより、この電子−正孔対を各々の電極で補集して電気信号として検知する。なお、このような構成のダイヤモンドセンサは、一般にフォトコンダクダーと呼ばれており、光が照射されていないときは絶縁性であり、光が照射されると導電性に変化するという特性を有する。
【０００７】
この平面型構造のダイヤモンドセンサ１００は、欠陥密度及び欠陥粒界が低い良質のダイヤモンド薄膜を使用することができるため、優れた精度が得られる。しかしながら、ダイヤモンドセンサ１００は、その表面における１対の櫛形電極１０３間の領域において、検知層であるダイヤモンド薄膜１０２が露出しているため、波長が２００ｎｍ以下の短波長領域の光を測定する場合、以下に示す問題が生じる。
【０００８】
先ず、第１に、紫外線等の短波長領域の光はエネルギーレベルが高いため、照射中に雰囲気中に存在する有機物が分解されて、センサ表面に付着する虞がある。センサ表面に有機物等が付着すると、光の入射量が減るため、検出される信号強度が低下する。また、第２に、センサ表面には水が吸着していることがあるが、強い紫外線を受けると、センサ表面に吸着している水が解離してイオン化する。このようなイオンは、電極間に印加される電界によって、センサ表面を容易に、且つゆっくりと移動するため、電気抵抗が低下する原因となる。このような場合には、紫外線照射開始又は終了時において数百秒以上の時間的な出力変化が観測され、光の強度に応じた出力が得られない。
【０００９】
一般に、シリコン等のダイヤモンド以外の半導体材料を使用する場合、ショットキー接合又はｐｎ接合によって形成された空乏層を利用したフォトダイオードタイプのセンサが適用されている。このフォトダイオードタイプのセンサは、検知層である空乏層が固体素子内に形成されるため外乱の影響を受けにくく、また、高い電界が効率よく空乏層のみにかかるため良好な特性を得やすい等の特徴がある。しかしながら、ダイヤモンド薄膜の場合、良好なショットキー接合又はｐｎ接合を形成することが困難であるため、この構成を適用することはできない。
【００１０】
また、センサ表面への外部からの影響をなくすため、センサ表面をシリカ及びアルミナ等で覆う方法があるが、この方法では、ダイヤモンドの特性である耐久性を低下させる虞があるため、実用的ではない。
【００１１】
更に、導電性基板上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜の表面に電極を設けた縦型構造のダイヤモンドセンサも報告されている。図４は従来の縦型構造のダイヤモンドセンサを模式的示す断面図である。図４に示すように、従来の縦型ダイヤモンドセンサ１０４は、例えば、低抵抗シリコン等の導電性基板１０５上に、多結晶ダイヤモンド薄膜１０２が形成されており、この多結晶ダイヤモンド薄膜１０２の表面を覆うように、金等により厚さ２００Å程度の電極１０６が形成されている。そして、この縦型ダイヤモンドセンサ１０４においては、導電性基板１０５と電極１０６との間にバイアス電圧が印加される。
【００１２】
この縦型ダイヤモンドセンサ１０４は、センサ表面へ有機物及び水等が吸着した場合の影響は比較的少ない。しかしながら、気相合成法により多結晶ダイヤモンド薄膜１０２を形成した場合に、基板１０５付近に高密度な結晶粒界が生じるため、結晶欠陥の密度が高くなり、良好な特性を得ることができないという問題点がある。また、ダイヤモンド膜を厚くしてその裏面側を研磨することにより、結晶欠陥を低減することは可能であるが、この方法は膨大なコストがかかるため、量産向けセンサへの適用は困難である。
【００１３】
一方、本発明者等は、ダイヤモンドの成長初期、即ち、基板とダイヤモンド膜との界面近傍に発生する高密度の結晶欠陥及び結晶粒界を避ける方法を提案している（特許文献１参照）。図５は特許文献１に記載のダイヤモンド素子を模式的に示す断面図である。図５に示すように、特許文献１に記載のダイヤモンド膜の製造方法においては、基板１１１上に第１のダイヤモンド膜１１２を成膜し、その上に複数の孔１１３を有する金属膜１１４を成膜した後、第２のダイヤモンド層１１５を成膜することにより、第２のダイヤモンド層１１５内に結晶欠陥及び結晶粒界が生じることを防いでいる。なお、図５において、ダイヤモンド層１１２及び１１５内の縦線は粒界を示している。
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−２３３６９５号公報
【非特許文献１】S. SM. Chan、外３名，「UV Photodetectors from Thin Film Diamond」，“Phys. Stat. Sol. (a)”，１９９６年，第１５４巻，ｐ．４４５−４５４
【非特許文献２】R. D. McKeag、外１名，「Diamond UV photodetectors : sensitivity and speed for visible blind applications」，“Diamond and Related Materials”，１９９８年，第７巻，ｐ．５１３−５１８
【非特許文献３】R. D. McKeag、外２名，「Polycrystalline diamond photoconductive device with high UV-visible discrimination」，“Appl. Phys. Lett. ”，１９９５年，第６７巻，ｐ．２１１７−２１１９
【非特許文献４】Michael D. Whitfield、外５名，「Diamond photodetectors for next generation 157-nm deep-UV photolithography tools」，“Diamond and Related Materials”，２００１年，第１０巻，ｐ．６９３−６９７
【非特許文献５】曽木忠幸、外３名，「ダイヤモンドを用いた紫外線検出素子」，“第６回ダイヤモンドシンポジウム講演要旨集”，１９９２年、ｐ．８８−８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。特許文献１に記載のダイヤモンド素子１１０をダイヤモンドセンサに適用した場合、第１のダイヤモンド層１１２と第２のダイヤモンド層１１５との間に設けられた金属膜１１４が、高温で凝集しやすいという問題点がある。また、この金属膜１１３には複数の孔１１３が形成されているが、このような孔を形成するためには複雑な工程が必要であり、更に、金属膜１１４を検知層である第２のダイヤモンド層１１５で完全に覆うためには長時間成膜しなくてはならない等の問題点がある。このような問題点から、特許文献１に記載のダイヤモンド素子１１０を、量産向け低コストセンサに適用することは困難である。
【００１６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、結晶欠陥が少なく、且つ低コストで製造可能な紫外線等の短波長領域の光を検出するダイヤモンドセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のダイヤモンドセンサは、基板と、前記基板上に形成された第１の絶縁性ダイヤモンド層と、前記第１の絶縁性ダイヤモンド層上に形成されこの第１の絶縁性ダイヤモンド層よりも厚さが薄い導電性ダイヤモンド層と、この導電性ダイヤモンド層上に形成された第２の絶縁性ダイヤモンド層と、この第２の絶縁性ダイヤモンド層上に形成された表面電極と、を有し、前記第２の絶縁性ダイヤモンド層に入射した光により生成したキャリアが、前記導電性ダイヤモンド層と前記表面電極との間に印加されたバイアス電圧により補集され、前記キャリアの補集量に応じた電気信号が出力されることを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、第１及び第２の絶縁性ダイヤモンド層の間に導電性ダイヤモンド層を設けているため、この導電性ダイヤモンド層上に形成される第２の絶縁性ダイヤモンド層に結晶粒界が生じることを抑制することができる。また、前記導電性ダイヤモンド層を電極として使用し、前記第２の絶縁性ダイヤモンド層を検知層にして、縦型構造のセンサにすることにより、検出層中の結晶欠陥密度を低減することができる。更に、電極である導電性ダイヤモンド層には開口部等は不要であり、特許文献１に記載の従来のダイヤモンド素子に比べて製造工程を簡素化することができるため、低コストで製造することができる。
【００１９】
前記第１及び第２の絶縁性ダイヤモンド層並びに前記導電性ダイヤモンド層は、例えば、気相合成された多結晶ダイヤモンドにより形成されている。これにより、制御性が優れたダイヤモンド層を、安定して形成することができる。
【００２０】
また、前記第２の絶縁性ダイヤモンド層は、表面が（１００）面であり、結晶粒子が前記基板に対して一方向に配向している高配向性ダイヤモンド層であることが好ましい。なお、高配向性ダイヤモンド層とは、多結晶ダイヤモンドにおける結晶粒子の成長方向及び面内方向が共に基板面に対して一定方向に配向しているものである。また、その表面は平坦な（００１）ファセットが並ぶ特徴的な表面形態をとっている。このため、この膜の表面近傍における結晶欠陥密度は、一般的な多結晶膜に比べて小さく、キャリア移動度は１桁程度大きくなるため、従来のダイヤモンドセンサに比べて検知性能が向上する。
【００２１】
更に、前記基板は導電性であり、前記導電性ダイヤモンド層は前記第１の絶縁性ダイヤモンド層を覆うように形成され、前記基板と前記導電性ダイヤモンド層とは電気的に接続されていてもよい。これにより、各ダイヤモンド層を形成する際に、フォトリソグラフィー工程を省略することができるため、センサを低コストで製造することができる。
【００２２】
更にまた、前記導電性ダイヤモンド層は、例えば、ホウ素が添加されたｐ型半導体ダイヤモンドにより形成されていてもよく、その厚さは、０．０５乃至２．００μｍであることが好ましい。これにより、センサ感度が向上する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、第１及び第２の絶縁性ダイヤモンド層の間に導電性ダイヤモンド層を設け、導電性ダイヤモンド層を電極とし、第２の絶縁性ダイヤモンド層を検知層としているため、検出層中の結晶欠陥密度を低減することができると共に、低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態に係るダイヤモンドセンサについて、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１実施形態に係るダイヤモンドセンサについて説明する。図１は本実施形態のダイヤモンドセンサを模式的に示す断面図である。なお、図１において、絶縁性ダイヤモンド層２及び４、並びに導電性ダイヤモンド層３内の縦線は結晶粒界を模式的に示している。図１に示すように、本実施形態のダイヤモンドセンサ１０は、例えば、表面が（００１）面である低抵抗シリコン基板等の導電性基板１上に、高配向性の第１の絶縁性ダイヤモンド層２が形成されており、この第１の絶縁性ダイヤモンド層２を覆うように、導電性ダイヤモンド層３が形成されている。この導電性ダイヤモンド層３は、基板１と接触しており、これらは電気的に接続されている。また、導電性ダイヤモンド層３上には、検知層である高配向性の第２の絶縁性ダイヤモンド層４が形成されており、この第２の絶縁性ダイヤモンド層４の表面には、表面電極５が形成されている。
【００２５】
更に、このダイヤモンド素子は、例えば、ハーメティックシール等の金属マウント６に搭載され、ダイヤモンドセンサ１０になる。この場合、表面電極５とハーメティックシールの一方の端子とがワイヤボンディング等により接続され、基板１とハーメティックシールの他方の端子とが筐体を介して接続される。
【００２６】
本実施形態のダイヤモンドセンサ１０においては、導電性ダイヤモンド層３により、第１の絶縁性ダイヤモンド層２の全面が覆われているが、本発明はこれに限定されるものではなく、導電性ダイヤモンド層３と基板１とが接触し、これらが電気的に接続されていればよい。また、導電性ダイヤモンド層３の膜厚は、第１の絶縁性ダイヤモンド層２の表面形態を乱さない程度の厚さであればよいが、例えば、０．０５乃至２．００μｍであることが好ましい。導電性ダイヤモンド層３の膜厚が、０．０５μｍ未満の場合、補集効率が低下する。一方、導電性ダイヤモンド層３の膜厚が２．００μｍを超えると、その上に形成される第２の絶縁性ダイヤモンド層４の配向性が低下する。
【００２７】
更に、導電性ダイヤモンド層３は、イオン注入及びドーピング等の公知の方法で導電性にしたダイヤモンドにより形成することができるが、特に、Ｂを含むガスを使用して気相合成されたｐ型半導体ダイヤモンドにより形成されていることが好ましい。この場合、Ｂのドーピング濃度は、電極部分の抵抗を低くして補集ロスを減らすために、Ｂの活性化エネルギーが低下し始める１×１０１９ｃｍ−３以上であることが好ましく、ダイヤモンドのモット転移濃度である３×１０２０ｃｍ−３以上であることがより好ましい。
【００２８】
また、第２の絶縁性ダイヤモンド層４の膜厚は、特に制限はないが、非照射時の漏れ電流を低減するためには、５μｍ以上とすることが好ましい。なお、第２の絶縁性ダイヤモンド層４の膜厚には上限はないが、測定対象の光の補集効率及び印加電圧を考慮し、効率的に高い電界を発生させるためには、測定対象光が紫外線、軟Ｘ線及びα線等の場合は、第２の絶縁性ダイヤモンド層４の膜厚を５０μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは２５μｍ以下である。
【００２９】
更に、表面電極５は、金、白金及びアルミニウム等の一般的な金属材料により形成することができ、その形成方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法及びＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法等の公知の方法を適用することができる。また、表面電極５の形状としては、ドット型等任意の形状を適用することができるが、検知層である第２の絶縁性ダイヤモンド層４に入射する光を、できるだけ遮らない形状であることが望ましく、特に、フィッシュボーン型又は櫛形であることが好ましい。そして、例えば、紫外線を測定する場合においては、幅が１乃至５０μｍ、電極間隔が１乃至５０μｍの櫛形電極とすることが好ましい。なお、表面電極５を導電性ダイヤモンドにより形成することもできる。
【００３０】
本実施形態のダイヤモンドセンサ１０においては、第１の絶縁性ダイヤモンド層２と、第２の絶縁性ダイヤモンド層４との間に、導電性ダイヤモンド層３を形成しているため、図１に示すように、第２の絶縁性ダイヤモンド層に結晶粒界が成長することを抑制することができる。そして、導電性ダイヤモンド層３を電極として使用することにより、結晶欠陥密度が低い第２の絶縁性ダイヤモンド層４を検知層とすることができる。
【００３１】
また、本実施形態のダイヤモンドセンサ１０においては、第１の高配向絶縁性ダイヤモンド層２及び第２の高配向絶縁性ダイヤモンド層４が高配向性ダイヤモンド層であり、多結晶ダイヤモンドの結晶粒子の成長方向及び面内方向が共に、基板面に対して一定方向に配向しているため、表面近傍における結晶欠陥密度が、一般的な多結晶膜に比べて小さく、キャリア移動度が大きい。このため、従来のダイヤモンドセンサに比べて検知性能が優れている。
【００３２】
更に、本実施形態のダイヤモンドセンサ１０の導電性ダイヤモンド層３には、特許文献１に記載のダイヤモンド素子の金属部のように、開口部を設ける必要がないため、この導電性ダイヤモンド層３を電極として使用した場合、効率よくバイアス電圧を印加することができると共に、特許文献１に記載のダイヤモンド素子に比べて製造工程を簡素化することができるため、製造コストを低減することができる。
【００３３】
次に、本実施形態のダイヤモンドセンサ１０の製造方法について説明する。ここでは、ＣＶＤ法によりダイヤモンド層を形成する方法を例に説明する。先ず、表面が（００１）面である低抵抗シリコン基板１を、メタンと水素との混合プラズマに曝し、その表面を炭化させる。引き続きバイアスを印加して、基板１の表面に、基板１とエピタキシャルな関係にあるダイヤモンド核を形成する。その後、バイアスの印加を止め、雰囲気ガスにメタンと水素の混合ガスを使用し、（１００）面が優先的に形成される条件で、例えば、１２時間ダイヤモンドを成膜する。これにより、基板１上には、表面が（１００）面であり、結晶粒子が一定方向に配列した第１の高配向絶縁性ダイヤモンド膜２が、１０μｍ程度形成される。
【００３４】
その後、雰囲気ガスにドーピングガスとしてジボランを添加し、例えば、２時間ダイヤモンドを成膜して、第１の高配向絶縁性ダイヤモンド膜２上に、導電性ダイヤモンド層３を形成する。この導電性ダイヤモンド層３の厚さは、第１の高配向絶縁性ダイヤモンド膜２よりも薄く、０．０５乃至２．００μｍ程度であり、その表面は（１００）面となる。次に、雰囲気ガスをメタンと水素の混合ガスにして、（１００）面が優先的に形成される条件で、例えば、５乃至１２時間ダイヤモンドを成膜する。これにより、導電性ダイヤモンド層３上に、表面が（１００）面であり、結晶粒子が一定方向に配列した第２の高配向絶縁性ダイヤモンド膜４が、４乃至３０μｍ程度形成される。また、（１００）面における粒径の大きさは、例えば、３乃至５０μｍとなり、導電性ダイヤモンド層３を設けてもダイヤモンド表面形態はほとんど変化しない。
【００３５】
次に、重クロム酸で洗浄して表面に付着したダイヤモンド以外の炭素成分を除去した後、硫酸でリンスし、更に、純水で洗浄する。その後、第２の高配向絶縁性ダイヤモンド膜４の表面にフォトリソグラフィにより所定の電極形状をパターニングし、例えば、マグネトロンスパッタリング法等により白金等をスパッタした後、リフトオフして表面電極５を形成する。
【００３６】
次に、基板１をチップ状に切断し、切り出された各素子を表面電極５が形成されている面を上面にして、ハーメチックシール上に固定する。その際、表面電極５とハーメチックシールの一方の端子とを金線によりワイヤボンディングしてダイヤモンドセンサ１０とする。なお、導電性ダイヤモンド層３は基板１及びハーメチックシールの筐体を介して、ハーメチックシールの他の端子に接続される。
【００３７】
このように、プラズマを使用したＣＶＤ法は、結晶粒子の配向方向の制御性が優れ、低コストで、安定して多結晶ダイヤモンドを合成することができるため、この方法で前記第１乃至第３のダイヤモンド層を気相合成することにより、低コストでダイヤモンドセンサを製造することができる。但し、本実施形態のダイヤモンドセンサ１０の各ダイヤモンド層を形成する方法は、前述のＣＶＤ法に限定されるものではなく、公知の各種方法を適用することができる。
【００３８】
次に、上述の如く構成された本実施形態のダイヤモンドセンサの動作について説明する。本実施形態のダイヤモンドセンサ１０においては、第２の高配向絶縁性ダイヤモンド層４が検知層となり、表面電極５と導電性ダイヤモンド層３との間にバイアス電圧が印加される。そして、第２の高配向絶縁性ダイヤモンド層４に、ダイヤモンドのバンドギャップよりもエネルギーレベルが高い光、又は、α線、β線及びγ線等の電離作用がある粒子線が入射すると、第２の高配向絶縁性ダイヤモンド層４中でキャリア（電子及び正孔）が生成する。このキャリアは、表面電極５と導電性ダイヤモンド層３との間に印加されたバイアス電圧により生じた電界によって移動し、表面電極５又は導電性ダイヤモンド層３で補集され、電気信号として出力される。
【実施例１】
【００３９】
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先ず、第２の絶縁性ダイヤモンド層の膜厚を変化させ、それ以外の構成は前述の実施形態と同様にして、実施例１乃至５の縦型構造のダイヤモンドセンサを作製した。その際、表面電極として１対の櫛形電極を形成し、この１対の櫛形電極を共にハーメティックシール（ＴＯ−５型）の一方の端子に接続し、同電位の電極とした。
【００４０】
また、比較例１として、素子の構成は前述の実施例１と同様にし、１対の櫛形電極の一方をハーメティックシール（ＴＯ−５型）の一方の端子に、他方をハーメティックシールの他方の端子に、夫々金線によりワイヤボンディングして、平面型構造のダイヤモンドセンサを作製した。更に、比較例２として、基板上にダイヤモンドを１２時間成膜して絶縁性ダイヤモンド膜を形成した後、その表面に１対の櫛形電極を形成し、導電性ダイヤモンド層及び第２の絶縁性ダイヤモンド層が設けられていない素子を作製した。そして、この素子の１対の櫛形電極の一方をハーメティックシール（ＴＯ−５型）の一方の端子に、他方をハーメティックシールの他方の端子に、夫々金線によりワイヤボンディングして、平面型構造のダイヤモンドセンサとした。更にまた、比較例３として、前述の比較例２と同様の構成のダイヤモンド素子を作製し、１対の櫛形電極を短絡して、基板と表面電極との間にバイアス電圧を印加する縦型構造のダイヤモンドセンサを作製した。
【００４１】
そして、この実施例１乃至５及び比較例１乃至３のダイヤモンドセンサを、外部の光が入射しない測定箱の中に入れ、バイアス電圧を印加した際の暗電流をピコアンメータにより測定した。次に、実施例１乃至５及び比較例１乃至３のダイヤモンドセンサの紫外線に対する応答特性を評価した。図２はその評価方法を示すブロック図である。照射用光源１２としては、浜松ホトニクス社製重水素（Ｌ２Ｄ２）ランプ（型式：Ｌ７２９３）を使用した。測定は、大気中で、各ダイヤモンドセンサ１４の２つの電極間に１５Ｖのバイアス電圧を印加し、光照射時に得られる電流をアンプ１５で増幅した後、電圧値としてデジタルマルチメーター１６により測定した。評価は、照射光強度を一定にしてセンサに紫外線１３を１０分間照射した後、紫外線１３を遮断し、その値が（１／ｅ）に減少するまでの時間（時定数）を計測した。以上の結果を下記表１にまとめて示す。
【００４２】
【表１】
2005197486.tif 000003
【００４３】
上記表１に示すように、実施例１乃至５及び比較例１乃至３のいずれのセンサも、実用上十分に低いリーク電流であった。特に、第２の絶縁性ダイヤモンド層の厚さが５μｍ以上のセンサは、良好な特性を示した。また、実施例１乃至５のセンサは、比較例１のセンサに比べて時定数が大幅に減少しており、時間応答性が向上していた。更に、実施例１乃至５のセンサは、比較例２の従来型のセンサに比べて、高感度であった。これは、検知層である第２の絶縁性ダイヤモンド層中に入射した紫外線によって励起された電子−正孔対が効率的に捕獲できているためと考えられる。一方、比較例１のセンサは、センサ特性は良好であったが、時定数は比較例２の従来型のセンサと同等であった。また、比較例３のセンサは、感度が低く、十分な信号が得られなかった。これは、基板付近に存在する結晶欠陥の影響と考えられる。
【００４４】
次に、導電性ダイヤモンド層の膜厚の影響を調べた。第１の絶縁性ダイヤモンド層の膜厚を１０μｍ、第２の絶縁性ダイヤモンド層の膜厚を２０μｍとし、導電性ダイヤモンド層の膜厚を０．１乃至５．００μｍの間で変化させ、実施例６乃至１５のダイヤモンドセンサを作製した。なお、これらのセンサにおける各ダイヤモンド層の膜厚以外の構成は前述の実施例１と同様にした。そして、この実施例６乃至１５のダイヤモンドセンサについても、前述の実施例１と同様の評価を行った。その結果を下記表２に示す。
【００４５】
【表２】
2005197486.tif 000004
【００４６】
上記表２に示すように、導電性ダイヤモンド層の膜厚が６μｍ以上である実施例１４及び１５のセンサは、第１の絶縁性ダイヤモンド層で得られた配向性が乱れ、第２の絶縁性ダイヤモンド層は結晶配向がみられない多結晶ダイヤモンド層になった。しかしながら、紫外線に対する応答性は、全てのセンサで満足いくものであり、いずれのセンサにおいても、前述の比較例２のセンサよりも時定数が減少していた。特に、導電性ダイヤモンド層の膜厚が０．０５乃至２．００μｍである実施例８乃至１１のセンサは、感度が良好であり、センサとして優れた特性を示した。一方、導電性ダイヤモンド層の膜厚が０．０５μｍ未満である実施例６及び７のセンサは、半導体層の抵抗が高いため、補集特性が劣っており、また、導電性ダイヤモンド層の膜厚が２．００μｍを超える実施例１２乃至１５センサは、第２の絶縁性ダイヤモンド層の表面形態が（００１）面から崩れたため、感度が低下した。
【００４７】
なお、前述の実施例１乃至１５のセンサについて、α線、軟Ｘ線、電子線に対する応答特性を調べたところ、いずれの場合においても、入射に応答する信号が得られ、良好な時間応答特性が得られた。これにより、実施例１乃至１５のセンサは、紫外線以外の波長領域の光に対しても適用可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態のダイヤモンドセンサを模式的に示す断面図である。
【図２】応答特性の評価方法を示すブロック図である。
【図３】従来の平面型構造のダイヤモンドセンサを模式的示す断面図である。
【図４】従来の縦型構造のダイヤモンドセンサを模式的示す断面図である。
【図５】特許文献１に記載のダイヤモンド素子を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、１０５；導電性基板
２、４、１１２、１１５；高配向絶縁性ダイヤモンド層
３；導電性ダイヤモンド層
５、１０６；表面電極
６；マウント
１０、１４、１００、１０４、１１０；ダイヤモンドセンサ
１１；電源
１２；光源
１３；紫外光
１５；アンプ
１６；デジタルマルチメーター
１０１；絶縁性基板
１０２；多結晶ダイヤモンド薄膜
１０３；櫛形電極
１１１；基板
１１３；孔
１１４；金属膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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