(57)【要約】【課題】半導体放射線センサの放熱性を改善する。【解決手段】半導体放射線センサ（１０）は、ｐ面電極側底面（１０ｐ）とｎ面電極側底面（１０ｎ）と周面（１０ｓ）とを有する円錐台状であり、周面（１０ｓ）がテーパ面になっている。半導体放射線検出装置（１００）は、ＢＮホルダ（１１）のテーパ面（１１ｓ）と金属リング（１３）とで半導体放射線センサ（１０）を保持する。【効果】半導体放射線センサ（１０）からの放熱は、金属リング（１２）が密着しているｐ面電極側底面（１０ｐ）の一部から良好に行われる上に、ＢＮホルダ（１１）のテーパ面（１１ｓ）に密着している半導体放射線センサ（１０）の周面（１０ｓ）からも良好に行われ、半導体放射線センサ（１０）からの放熱性が向上する。【選択図】図２
2012088252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ面電極側底面と、ｎ面電極側底面と、周面とを有する半導体放射線センサであって、前記周面の全部または一部をテーパ面としたことを特徴とする半導体放射線センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体放射線センサにおいて、前記周面を切断する断面の面積が、前記ｎ面電極側底面の直近で最小になることを特徴とする半導体放射線センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体放射線センサにおいて、前記周面を切断する断面の面積が、前記ｐ面電極側底面の近傍で一定になることを特徴とする半導体放射線センサ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体放射線センサにおいて、前記半導体放射線センサが平板形であることを特徴とする半導体放射線センサ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体放射線センサの前記周面の全体または一部のテーパ面に当接しうるテーパ面を有するホルダと、前記半導体放射線センサの前記ｐ面電極側底面の一部を押圧しうる金属リングとを具備し、前記ホルダと前記金属リングとで前記半導体放射線センサを保持したことを特徴とする半導体放射線検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体放射線検出装置において、前記半導体放射線センサの前記ｎ面電極（３）にワイヤ（２１）を接続したことを特徴とする半導体放射線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体放射線センサおよび半導体放射線検出装置に関する。さらに詳しくは、放熱性を向上させることが出来る半導体放射線センサおよび冷却時間を短縮できる半導体放射線検出装置に関する。さらに、検出した放射線スペクトルに不純線が出ることがない半導体放射線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ｐ面電極側底面とｎ面電極側底面と周面とを有する平板形の半導体放射線センサや、ｎ面電極側底面に段差を設けたトップハット形の半導体放射線センサなどが知られている（非特許文献１参照。）。
また、回路基板の先端に設けた接続金具を半導体放射線センサのｎ面電極に当接し、金属リングでｐ面電極側底面の一部を押して、半導体放射線センサを挟むように保持した半導体放射線検出装置が知られている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０４３７２号公報（図２）
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】合志陽一・佐藤公隆編「エネルギー分散型Ｘ線分析  −半導体検出器の使い方」（第８頁）、学芸出版センター、２００１年１月２０日３刷
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の半導体放射線検出装置では、回路基板の先端に設けた接続金具を半導体放射線センサのｎ面電極に当接し、金属リングでｐ面電極側底面の一部を押圧して、挟むように半導体放射線センサを保持していた。
しかし、この構造では、半導体放射線センサからの放熱は、金属リングが密着しているｐ面電極側底面の一部からは良好に行われるが、他と密着していない半導体放射線センサの周面からは良好に行われず、放熱性が悪い問題点があった。また、この半導体放射線センサの放熱性の悪さのため、半導体放射線検出装置で半導体放射線センサを常温から動作温度（例えば−１９６℃付近）まで冷却するのに長時間（例えば３０分以上）かかる問題点があった。さらに、半導体放射線センサを透過したＸ線が接続金具に入射し、その部分で発生した接続金具を構成する元素の特性Ｘ線が逆に半導体放射線センサに入射することにより、検出したＸ線スペクトルに不純線が出てしまう問題点があった。
そこで、本発明の目的は、放熱性を向上させることが出来る半導体放射線センサおよび冷却時間を短縮できる半導体放射線検出装置および検出した放射線スペクトルに不純線が出ることがない半導体放射線検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点では、本発明は、ｐ面電極側底面と、ｎ面電極側底面と、周面とを有する半導体放射線センサであって、前記周面の全部または一部をテーパ面としたことを特徴とする半導体放射線センサを提供する。
上記第１の観点による半導体放射線センサでは、半導体放射線センサの周面の全体または一部のテーパ面に当接しうるテーパ面を有するホルダを半導体放射線検出装置に設ければ、半導体放射線センサの周面の全体または一部のテーパ面がホルダのテーパ面に密着するように半導体放射線センサを保持することが出来る。このため、半導体放射線センサからの放熱は、ホルダに密着している半導体放射線センサの周面からも良好に行われるようになり、放熱性を向上することが出来る。
なお、半導体放射線センサは、平板形やトップハット型などのいずれでもよい。また、Ｓｉ−ＰＩＮや、ＳＤＤ（シリコンドリフトデテクタ）や、Ｓｉ（Ｌｉ）素子のいずれでもよい。ただし、Ｓｉ−ＰＩＮやＳＤＤよりも体積が大きく且つ動作温度が低いＳｉ（Ｌｉ）素子で本発明は特に有用である。
【０００７】
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による半導体放射線センサにおいて、前記周面を切断する断面の面積が、前記ｎ面電極側底面の直近で最小になることを特徴とする半導体放射線センサを提供する。
上記第２の観点による半導体放射線センサでは、半導体放射線センサの周面の全体または一部のテーパ面に当接しうるテーパ面を有するホルダと、半導体放射線センサのｐ面電極側底面の一部を押圧しうる金属リングとを半導体放射線検出装置に設ければ、半導体放射線センサの周面の全体または一部のテーパ面がホルダのテーパ面に密着するように半導体放射線センサを保持することが出来る。このため、半導体放射線センサからの放熱は、金属リングが押圧されているｐ面電極側底面の一部から良好に行われる上に、ホルダに密着している半導体放射線センサの周面からも良好に行われるようになり、放熱性を向上することが出来る。
【０００８】
第３の観点では、本発明は、前記第２の観点による半導体放射線センサにおいて、前記周面を切断する断面の面積が、前記ｐ面電極側底面の近傍で一定になることを特徴とする半導体放射線センサを提供する。
上記第３の観点による半導体放射線センサでは、周面の一部がテーパ面になるが、周面の全部をテーパ面にするよりも半導体放射線センサの最大外径を小さくし易い。
【０００９】
第４の観点では、本発明は、前記第１から第３のいずれかの観点による半導体放射線センサにおいて、前記半導体放射線センサが平板形であることを特徴とする半導体放射センサを提供する。
上記第４の観点による半導体放射線センサでは、トップハット形よりも半導体放射線センサの周面の放熱面積を広くし易い。
【００１０】
第５の観点では、本発明は、前記第２から第４のいずれかの観点による半導体放射線センサの前記周面の全体または一部のテーパ面に当接しうるテーパ面を有するホルダと、前記半導体放射線センサの前記ｐ面電極側底面の一部を押圧しうる金属リングとを具備し、前記ホルダと前記金属リングとで前記半導体放射線センサを保持したことを特徴とする半導体放射線検出装置を提供する。
上記第５の観点による半導体放射線検出装置では、半導体放射線センサからの放熱は、金属リングが密着しているｐ面電極側底面の一部から良好に行われる上に、ホルダに密着している半導体放射線センサの周面からも良好に行われ、半導体放射線センサからの放熱性が向上するため、半導体放射線センサを常温から動作温度（例えば−１９６℃付近）まで冷却するのにかかる冷却時間を短縮することが出来る。これは、液体窒素冷却方式に比べて冷却能力が劣る電気冷却方式を用いる半導体放射線検出装置において特に有用である。
【００１１】
第６の観点では、本発明は、前記第５の観点による半導体放射線検出装置において、前記半導体放射線センサの前記ｎ面電極に金属ワイヤを接続したことを特徴とする半導体放射線検出装置を提供する。
上記第６の観点による半導体放射線検出装置では、接続金具を用いないため、半導体放射線センサを透過した放射線が接続金具に入射し、その部分で発生した接続金具を構成する元素の特性Ｘ線が逆に半導体放射線センサに入射することにより、検出した放射線スペクトルに不純線が出てしまう問題点を生じなくなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体放射線センサによれば、放熱性を向上することが出来る。
本発明の半導体放射線検出装置によれば、半導体放射線センサの冷却時間を短縮することが出来る。また、検出した放射線スペクトルに不純線が出てしまう問題点を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１に係る半導体放射線センサを示す断面図である。
【図２】実施例１に係る半導体放射線検出装置の要部断面図である。
【図３】実施例２に係る半導体放射線センサを示す断面図である。
【図４】実施例２に係る半導体放射線検出装置の要部断面図である。
【図５】実施例３に係る半導体放射線センサを示す断面図である。
【図６】実施例３に係る半導体放射線検出装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１５】
−実施例１−
図１は、実施例１に係る半導体放射線センサ１０を示す断面図である。
この半導体放射線センサ１０は、ｐ面電極側底面１０ｐとｎ面電極側底面１０ｎと周面１０ｓとを有する円錐台状であり、周面１０ｓの全部がテーパ面になっていることが特徴である。
【００１６】
すなわち、周面１０ｓは、周面１０ｓを切断する断面の面積がｎ面電極側底面１０ｎの直近で最小になるようなテーパ面になっている。
【００１７】
周面１０ｓがテーパ面になっている以外の半導体放射線センサ１０の構造は、再表２００７／１３８７４５号公報に開示された半導体Ｘ線検出素子と同様のプレーナー形（平板形）構造であり、Ｓｉ（Ｌｉ）素子であって、１はｉ層、２はｎ＋層、３はｎ面電極、４はｐ面リング電極、５はｐ層、６は入射窓、７はｐ面電極、８は保護膜である。
【００１８】
周面１０ｓは、超音波加工によりテーパ面に成形加工された後、超音波加工による表面付近のマイクロクラック等の欠陥除去のため弗硝酢酸によりエッチングされる。
【００１９】
数値例を示すと、ｐ面電極側底面１０ｐの直径は約１０ｍｍであり、ｎ面電極側底面１０ｎの直径は約８ｍｍであり、ｉ層１の厚さは約４ｍｍであり、ｎ+層２およびｎ面電極３の直径は約１ｍｍであり、Ｘ線入射窓６の直径は約７ｍｍであり、Ｘ線入射窓６の深さは約０．１ｍｍである。
【００２０】
図２は、半導体放射線センサ１０を用いた半導体放射線検出装置１００の要部断面図である。
この半導体放射線検出装置１００は、半導体放射線センサ１０と、半導体放射線センサ１０の周面１０ｓのテーパ面に当接しうるテーパ面１１ｓを有するＢＮホルダ１１と、ＢＮホルダ１１に螺合しうるＢＮ固定具１２と、ＢＮ固定具１２に押されて半導体放射線センサ１０のｐ面電極側底面１０ｐの一部を押圧しうる金属リング１３と、半導体放射線センサ１０のｎ面電極３に一端が接続されたＡｕワイヤ２１と、Ａｕワイヤ２１の他端が接続されたＦＥＴチップ２２と、ＦＥＴチップ２２を搭載する回路基板２３とを具備している。
【００２１】
半導体放射線センサ１０は、ＢＮホルダ１１のテーパ面１１ｓと金属リング１３とで保持されている。
【００２２】
図２に示す部分は、真空容器に収容され、液体窒素や電子冷却方式で冷却される。例えば、特開２００８−１２８６３５号公報に開示されているように多段ペルチェ素子で冷却される。
【００２３】
実施例１に係る半導体放射線センサ１０および半導体放射線検出装置１００によれば次の効果が得られる。
（１）半導体放射線センサ１０からの放熱は、金属リング１２が密着しているｐ面電極側底面１０ｐの一部から良好に行われる上に、ＢＮホルダ１１のテーパ面１１ｓに密着している半導体放射線センサ１０の周面１０ｓからも良好に行われ、半導体放射線センサ１０からの放熱性が向上する。
（２）半導体放射線センサ１０を常温から動作温度まで冷却するのにかかる冷却時間を短縮することが出来る。
（３）Ａｕワイヤ２１をｎ面電極３に接続し、接続金具を用いないので、放射線が接続金具に入射し、その部分で発生した接続金具を構成する元素の特性Ｘ線が逆に半導体放射線センサ１０に入射することにより、検出した放射線スペクトルに不純線が出てしまう問題点を生じなくなる。
（４）Ａｕワイヤ２１を接続しうる最小の面積にまでｎ面電極３の面積を小さくできるため、半導体センサの容量を減らすことが可能となり、その結果、分解能の向上が可能になる。
【００２４】
−実施例２−
図３は、実施例２に係る半導体放射線センサ２０を示す断面図である。
この半導体放射線センサ２０は、ｐ面電極側底面２０ｐとｎ面電極側底面２０ｎと周面２０ｓとを有する半円柱・円錐台状であり、周面２０ｓのｐ面電極側のおよそ半分が円柱状・周面２０ｓのｎ面電極側のおよそ半分が円錐台状で、周面２０ｓのｎ面電極側のおよそ半分がテーパ面になっていることが特徴である。
【００２５】
すなわち、周面２０ｓのｐ面電極側の半分では、周面２０ｓを切断する断面の面積が一定になっている。一方、周面２０ｓのｎ面電極側の半分では、周面２０ｓを切断する断面の面積がｎ面電極側底面２０ｎの直近で最小になるようなテーパ面になっている。
【００２６】
周面２０ｓの一部がテーパ面になっている以外の半導体放射線センサ２０の構造は、再表２００７／１３８７４５号公報に開示された半導体Ｘ線検出素子と同様のプレーナー形（平板形）構造であり、Ｓｉ（Ｌｉ）素子であって、１はｉ層、２はｎ＋層、３はｎ面電極、４はｐ面リング電極、５はｐ層、６は入射窓、７はｐ面電極、８は保護膜である。
【００２７】
周面２０ｓは、一部が超音波加工によりテーパ面に成形加工された後、超音波加工による表面付近のマイクロクラック等の欠陥除去のため弗硝酢酸によりエッチングされる。
【００２８】
数値例を示すと、ｐ面電極側底面２０ｐの直径は約９ｍｍであり、ｎ面電極側底面１０ｎの直径は約８ｍｍであり、ｉ層１の厚さは約４ｍｍであり、ｎ+層２およびｎ面電極３の直径は約１ｍｍであり、Ｘ線入射窓６の直径は約７ｍｍであり、Ｘ線入射窓６の深さは約０．１ｍｍである。
【００２９】
図４は、半導体放射線センサ２０を用いた半導体放射線検出装置２００の要部断面図である。
この半導体放射線検出装置２００は、半導体放射線センサ２０と、半導体放射線センサ２０の周面２０ｓのテーパ面に当接しうるテーパ面１１ｓを有するＢＮホルダ１１と、ＢＮホルダ１１に螺合しうるＢＮ固定具１２と、ＢＮ固定具１２に押されて半導体放射線センサ２０のｐ面電極側底面２０ｐの一部を押圧しうる金属リング１３と、半導体放射線センサ２０のｎ面電極３に一端が接続されたＡｕワイヤ２１と、Ａｕワイヤ２１の他端が接続されたＦＥＴチップ２２と、ＦＥＴチップ２２を搭載する回路基板２３とを具備している。
【００３０】
半導体放射線センサ２０は、ＢＮホルダ１１のテーパ面１１ｓと金属リング１３とで保持されている。
【００３１】
図４に示す部分は、真空容器に収容され、液体窒素や電子冷却方式で冷却される。例えば、特開２００８−１２８６３５号公報に開示されているように多段ペルチェ素子で冷却される。
【００３２】
実施例２に係る半導体放射線センサ２０および半導体放射線検出装置２００によれば次の効果が得られる。
（１）半導体放射線センサ２０からの放熱は、金属リング１２が密着しているｐ面電極側底面２０ｐの一部から良好に行われる上に、ＢＮホルダ１１のテーパ面１１ｓに密着している半導体放射線センサ２０の周面２０ｓからも良好に行われ、半導体放射線センサ２０からの放熱性が向上する。
（２）半導体放射線センサ２０を常温から動作温度まで冷却するのにかかる冷却時間を短縮することが出来る。
（３）Ａｕワイヤ２１をｎ面電極３に接続し、接続金具を用いないので、放射線が接続金具に入射し、その部分で発生した接続金具を構成する元素の特性Ｘ線が逆に半導体放射線センサ２０に入射することにより、検出した放射線スペクトルに不純線が出てしまう問題点を生じなくなる。
（４）Ａｕワイヤ２１を接続しうる最小の面積にまでｎ面電極３の面積を小さくできるため、半導体センサの容量を減らすことが可能となり、その結果、分解能の向上が可能になる。
（５）半導体放射線センサ２０の最大外径を小さくし易くなる。
【００３３】
−実施例３−
図５は、実施例３に係る半導体放射線センサ３０を示す断面図である。
この半導体放射線センサ３０は、ｐ面電極側底面３０ｐと段差になったｎ面電極側底面３０ｎと周面３０ｓとを有するトップハット形であり、周面３０ｓの全部がテーパ面になっていることが特徴である。
【００３４】
すなわち、周面３０ｓは、周面３０ｓを切断する断面の面積がｎ面電極側底面３０ｎの直近で最小になるようなテーパ面になっている。
【００３５】
周面３０ｓの一部がテーパ面になっている以外の半導体放射線センサ３０の構造は、特開２００５−１８３６０３号公報に開示された半導体Ｘ線検出素子と同様のトップハット形構造であり、Ｓｉ（Ｌｉ）素子であって、１はｉ層、２はｎ＋層、３はｎ面電極、４はｐ面リング電極、５はｐ層、６は入射窓、７はｐ面電極、８は保護膜である。
【００３６】
周面３０ｓは、超音波加工によりテーパ面に成形加工された後、超音波加工による表面付近のマイクロクラック等の欠陥除去のため弗硝酢酸によりエッチングされる。
【００３７】
数値例を示すと、ｐ面電極側底面３０ｐの直径は約１０ｍｍであり、ｎ面電極側底面３０ｎの直径は約９ｍｍであり、ｎ面電極３の直近におけるｎ面電極側底面３０ｎの直径は約５ｍｍであり、ｎ面電極側底面３０ｎの段差は約２ｍｍであり、ｉ層１の厚さは約４ｍｍであり、ｎ+層２およびｎ面電極３の直径は約４ｍｍであり、Ｘ線入射窓６の直径は約７ｍｍであり、Ｘ線入射窓６の深さは約０．１ｍｍである。
【００３８】
図６は、半導体放射線センサ３０を用いた半導体放射線検出装置３００の要部断面図である。
この半導体放射線検出装置３００は、半導体放射線センサ３０と、半導体放射線センサ３０の周面３０ｓのテーパ面に当接しうるテーパ面１１ｓを有するＢＮホルダ１１と、ＢＮホルダ１１に螺合しうるＢＮ固定具１２と、ＢＮ固定具１２に押されて半導体放射線センサ３０のｐ面電極側底面３０ｐの一部を押圧しうる金属リング１３と、半導体放射線センサ３０のｎ面電極３に一端が接続されたＡｕワイヤ２１と、Ａｕワイヤ２１の他端が接続されたＦＥＴチップ２２と、ＦＥＴチップ２２を搭載する回路基板２３とを具備している。
【００３９】
半導体放射線センサ３０は、ＢＮホルダ１１のテーパ面１１ｓと金属リング１３とで保持されている。
【００４０】
図６に示す部分は、真空容器に収容され、液体窒素や電子冷却方式で冷却される。例えば、特開２００８−１２８６３５号公報に開示されているように多段ペルチェ素子で冷却される。
【００４１】
実施例３に係る半導体放射線センサ３０および半導体放射線検出装置３００によれば次の効果が得られる。
（１）半導体放射線センサ３０からの放熱は、金属リング１２が密着しているｐ面電極側底面３０ｐの一部から良好に行われる上に、ＢＮホルダ１１のテーパ面１１ｓに密着している半導体放射線センサ３０の周面３０ｓからも良好に行われ、半導体放射線センサ３０からの放熱性が向上する。
（２）半導体放射線センサ３０を常温から動作温度まで冷却するのにかかる冷却時間を短縮することが出来る。
（３）Ａｕワイヤ２１をｎ面電極３に接続し、接続金具を用いないので、放射線が接続金具に入射し、その部分で発生した接続金具を構成する元素の特性Ｘ線が逆に半導体放射線センサ３０に入射することにより、検出した放射線スペクトルに不純線が出てしまう問題点を生じなくなる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の半導体放射線センサおよび半導体放射線検出装置は、Ｘ線やγ線などの検出に利用することが出来る。
【符号の説明】
【００４３】
１                          ｉ層
２                          ｎ＋層
３                          ｎ面電極
４                          ｐ面リング電極
５                          ｐ層
６                          放射線入射窓
７                          ｐ面電極
８                          保護膜
１０，２０，３０            半導体放射線センサ
１１                        ＢＮホルダ
１２                        ＢＮ固定具
１３                        金属リング
２１                        Ａｕワイヤ
２２                        ＦＥＴチップ
２３                        回路基板
１００，２００，３００      半導体放射線検出装置
【図１】
2012088252.tif 000003
【図２】
2012088252.tif 000004
【図３】
2012088252.tif 000005
【図４】
2012088252.tif 000006
【図５】
2012088252.tif 000007
【図６】
2012088252.tif 000008