(57)【要約】【課題】基板全体を空乏化させると共に、拡散層容量を低減させて、高感度で高速検出の可能な放射線検出器及びその動作方法を提供する。【解決手段】シリコン基板などからなるＩ層１１と、基板の第１の面に設けたＰ型拡散層１２と、基板の第２の面の中央に設けた島状のＮ型拡散層１３と、該Ｎ型拡散層１３を囲むように、基板の第２の面の全面に、ゲート絶縁膜１５を介在させて形成したゲート電極１４とで、放射線検出器を構成する。【選択図】  図１
2013145180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高抵抗半導体基板と、該高抵抗半導体基板の第１の面に設けられたＰ型拡散層と、前記高抵抗半導体基板の第２の面に島状に設けられたＮ型拡散層と、該Ｎ型拡散層を囲むように前記高抵抗半導体基板の第２の面の全面に、ゲート絶縁膜を介在させて形成されたゲート電極とで構成されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記ゲート電極直下の前記高抵抗半導体基板の第２の面の表面部に、前記Ｎ型拡散層を囲むように低濃度Ｎ型表面層が形成されていることを特徴とする請求項１に係る放射線検出器。
【請求項３】
前記低濃度Ｎ型表面層が、前記Ｎ型拡散層に近づくに従い、その不純物濃度が高くなっていることを特徴とする請求項２に係る放射線検出器。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜の厚さが、前記Ｎ型拡散層に近づくに従い、薄くなっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に係る放射線検出器。
【請求項５】
高抵抗半導体基板と、該高抵抗半導体基板の第１の面に島状に形成されたＰ型拡散層と、該Ｐ型拡散層を囲むように前記高抵抗半導体基板の第１の面の全面に、ゲート絶縁膜を介在させて形成された第１のゲート電極と、前記高抵抗半導体基板の第２の面に島状に形成されたＮ型拡散層と、該Ｎ型拡散層を囲むように前記高抵抗半導体基板の第２の面の全面に、ゲート絶縁膜を介在させて形成された第２のゲート電極とで構成されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に係る放射線検出器を複数個重ね合わせて構成したことを特徴とする放射線検出装置。
【請求項７】
請求項５に係る放射線検出器を複数個重ね合わせて構成したことを特徴とする放射線検出装置。
【請求項８】
請求項１〜４及び６のいずれか１項における放射線検出器において、信号蓄積動作時にはゲート電極下に反転層が存在する状態で、信号読み出し動作時にはゲート電極下に反転層が存在しない状態で動作させることを特徴とする放射線検出器又は放射線検出装置の動作方法。
【請求項９】
請求項５又は７における放射線検出器において、信号蓄積動作時には第１及び第２のゲート電極下に反転層が存在する状態で、信号読み出し動作時には第１及び第２のゲート電極下に反転層が存在しない状態で動作させることを特徴とする放射線検出器又は放射線検出装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シリコンなどの高抵抗半導体基板を用いて構成した放射線検出器、放射線検出装置及びそれらの動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放射線検出器として、高抵抗半導体基板そのものを空乏化し、厚い光電変換層を形成することで、Ｘ線などの高エネルギー放射線を高感度で検出できるようにしたＳＤＤ( Semiconductor Drift Detector) が提案されている。このＳＤＤでは、陽極を円環状の多重電極として、放射線の検出時には、この多重電極に異なる電位を付加し、電位勾配を形成することにより電荷収集効率を高め、また、基板表面中央に拡散層を局所的に形成することにより拡散層容量を小さくし、結果的に高速動作に適し、エネルギー分解能を向上させている。
【０００３】
図５は、特開２００８−１５３２５６号公報（特許文献１）に開示されている、かかる構成のＳＤＤの構造の一例を示す一部省略断面図である。図５に示すＳＤＤにおいては、シリコン基板からなるＩ層１１０の第１の面１１１（裏面）にＰ型拡散層（カソード）１１２が設けられ、Ｉ層１１０の第２の面（表面）１１３にはＮ型拡散層（アノード）１１４が設けられると共に、前記Ｎ型拡散層１１４を中心として多数のＰリング型拡散層１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃが形成されている。
【０００４】
Ｉ層１１０の抵抗率は、通常、１ｋΩｃｍ以上であり、また、その厚さは１００μｍ以上であり、一方、前記Ｐ型拡散層１１２又はＮ型拡散層１１４は、例えばその表面濃度の値が１Ｅ２０ｃｍ-3以上、拡散層深さは１μｍ程度であるとされている。
【０００５】
この様な構成の従来のＳＤＤにおいては、第１の面１１１のＰ型拡散層１１２に電圧を印加すると共に、Ｐリング型拡散層１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃに、例えば、それぞれ図中に示したような電圧を印加し、それにより生じた電位勾配によって、放射線の入射によりＩ層１１０で発生した電荷（電子）を前記Ｎ型拡散層１１４に効率的に集めることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１５３２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１に開示されているＳＤＤでは、その構造と動作の説明から推察されるように、表面中心に形成したＮ型拡散層１１４のバイアスの影響が素子の周辺になるほど低下するため、シリコン基板のダイオード逆バイアスで生じる空乏化が損なわれ、その結果、ダイオードの光電変換能力の低下を来し、従来のＰＩＮダイオードからなる放射線検出器と比べて、Ｎ型拡散層容量の低減に基づく高速性は得られるけれども、センサ感度の低下を招くという欠点が存在していた。
【０００８】
また、表面に形成したＰリング型拡散層１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃには異なるバイアス電圧を印加するため、各Ｐリング型拡散層同士で電流が流れ、加えて、各Ｐリング型拡散層１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃとシリコン基板の第１の面１１１に形成したＰ型拡散層１１２との間にも電流が流れる懸念があり、かかる電流起因の消費電力増大により発熱が生じ、かかる発熱の増大は、暗電流の増加、すなわち信号電流に対する雑音電流の増大を来すという課題も存在していた。
【０００９】
本発明は、従来のＳＳＤなどの放射線検出器における上記問題点を解消するためになされたもので、光電変換動作時には、従来のＰＩＮダイオードからなる放射線検出器のように基板全体が空乏化できるようにし、それによる良好な光電変換動作を有し、また、信号読み出し動作時には、従来のＳＤＤと同様に、外部の信号検出回路に結合される拡散層容量の低減が可能な、つまり、ＣＲ（容量−抵抗）積で決まる時定数を小さく出来るようにした、高速動作が可能で且つ高感度の放射線検出器及び放射線検出装置並びにそれらの動作方法を提供することを目的とする。更に、不要な電流の流れも防止でき、従来のＳＤＤと比べて低消費電力と低発熱、更には低雑音も実現可能な放射線検出器及び放射線検出装置並びにそれらの動作方法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】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に係わる発明は、  高抵抗半導体基板と、該高抵抗半導体基板の第１の面に設けられたＰ型拡散層と、前記高抵抗半導体基板の第２の面に島状に設けられたＮ型拡散層と、該Ｎ型拡散層を囲むように前記高抵抗半導体基板の第２の面の全面に、ゲート絶縁膜を介在させて形成されたゲート電極とで、放射線検出器を構成するものである。
【００１１】
この様に構成された放射線検出器においては、ゲート電極にかけるバイアスで、ゲート電極下の反転層、すなわち電荷存在の有無をコントロールできるため、簡単な構成で、高抵抗半導体基板全体の空乏化による高感度と、島状Ｎ型拡散層での拡散層容量の低減による高速動作が両立できる放射線検出器を実現することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る放射線検出器において、前記ゲート電極直下の前記高抵抗半導体基板の第２の面の表面部に、前記Ｎ型拡散層を囲むように低濃度Ｎ型表面層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
この様に構成された放射線検出器においては、低濃度Ｎ型表面層によりゲート閾値電位の調整ができ、ゲート電極に印加するバイアス電位の最適化が可能となる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る放射線検出器において、前記低濃度Ｎ型表面層が、前記Ｎ型拡散層に近づくに従い、その不純物濃度が高くなっていることを特徴とするものである。
【００１５】
この様に構成された放射線検出器においては、放射線の入射により高抵抗半導体基板に生成された信号電荷のＮ型拡散層（アノード）への移動スピードの更なる上昇が可能となり、より高速な信号読み出しができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係る放射線検出器において、前記ゲート絶縁膜の厚さが、前記Ｎ型拡散層に近づくに従い、薄くなっていることを特徴とするものである。
【００１７】
この様に構成された放射線検出器においては、放射線の入射により高抵抗半導体基板に生成された信号電荷のＮ型拡散層（アノード）への移動スピードの更なる上昇が可能となり、より高速な信号読み出しができる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、高抵抗半導体基板と、該高抵抗半導体基板の第１の面に島状に設けられたＰ型拡散層と、該Ｐ型拡散層を囲むように前記高抵抗半導体基板の第１の面の全面に、ゲート絶縁膜を介在させて形成された第１のゲート電極と、前記高抵抗半導体基板の第２の面に島状に設けられたＮ型拡散層と、該Ｎ型拡散層を囲むように前記高抵抗半導体基板の第２の面の全面に、ゲート絶縁膜を介在させて形成された第２のゲート電極とで、放射線検出器を構成するものである。
【００１９】
この様に構成された放射線検出器においては、高抵抗半導体基板の第１及び第２の面のＰ型及びＮ型拡散層の容量の低減化が実現でき、それにより、より高速動作が可能な放射線検出器が実現可能となる。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に係る放射線検出器を複数個重ね合わせて放射線検出装置を構成するものである。
【００２１】
請求項７に係る発明は、請求項５に係る放射線検出器を複数個重ね合わせて放射線検出装置を構成するものである。
【００２２】
この様に構成された放射線検出装置においては、各検出器の出力を並列的に出力させることにより、より高感度な放射線検出装置を実現することができる。
【００２３】
請求項８に係る発明は、請求項１〜４及び６のいずれか１項における放射線検出器において、信号蓄積動作時にはゲート電極下に反転層が存在する状態で、信号読み出し動作時にはゲート電極下に反転層が存在しない状態で動作させるようにして、放射線検出器又は放射線検出装置の動作方法を構成するものである。
【００２４】
請求項９に係る発明は、請求項５又は７における放射線検出器において、信号蓄積動作時には第１及び第２のゲート電極下に反転層が存在する状態で、信号読み出し動作時には第１及び第２のゲート電極下に反転層が存在しない状態で動作させるようにして、放射線検出器又は放射線検出装置の動作方法を構成するものである。
【００２５】
この様に構成された放射線検出器又は放射線検出装置の動作方法においては、Ｎ型拡散層容量の低減化による高速動作、並びに高抵抗半導体基板全体の空乏化による高感度動作を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、従来の放射線検出器に比べ、簡単な構成で、より高感度で、且つ高速検出が可能で、低消費電力の放射線検出器及び放射線検出装置、並びにそれらの動作方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る放射線検出器の第１の実施の形態を説明するための平面図及び断面図である。
【図２】図１に示した放射線検出器の動作を説明するための図表である。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態を説明するための断面図である。
【図４】本発明に係る第３の実施の形態を説明するための断面図である。
【図５】従来のＳＤＤの構成例を説明するための一部省略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【００２９】
（第１の実施の形態）
本発明に係る放射線検出器の第１の実施の形態を図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す。図１（Ａ）は、本実施の形態に係る放射線検出器の上方向から見た平面面、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示した放射線検出器の断面図である。図１（Ａ）及び（Ｂ）において、１１はシリコンなどの半導体基板からなるＩ層で、基板として使用する。該Ｉ層１１の抵抗率は、通常、１ｋΩｃｍ以上であり、好適には１０ｋΩｃｍ以上とする。例えば、厚さ５００μｍの基板に１００Ｖの電位を与えて基板を完全空乏化させるには、５．３Ｅ１１ｃｍ-3の基板濃度（つまり、Ｎ型基板の場合、約１０ｋΩｃｍに対応する）が必要となる。更に高抵抗の基板を使用することにより、印加電圧の低下が実現できる。
【００３０】
また、その半導体基板（Ｉ層）の厚さは、１００μｍ以上であり、好適には５００μｍ以上とする。これは、空乏化された基板が厚いほど、放射線検出感度が増大するという理由による。
【００３１】
半導体基板の不純物のタイプは一般的には問わないが、信号キャリアが電子の場合は、Ｐ型が望ましい。半導体がシリコンの場合は、ボロンなどのＰ型不純物がＩ層（基板）に含まれる。
【００３２】
このＩ層の第１の面（裏面）には、従来のＳＤＤと同様に、Ｐ型拡散層（カソード）１２が設けられる。このＰ型拡散層１２は、その表面濃度の値が１Ｅ１９ｃｍ-3以上、好適には１Ｅ２０ｃｍ-3以上とする。拡散層深さは１μｍ程度である。
【００３３】
一方、Ｉ層１１の第２の面（表面）には、従来のＳＤＤと同様に、その中央部に、島状のＮ型拡散層（アノード）１３が設けられている。そのＮ型拡散層１３の表面濃度の値は、好適には１Ｅ２０ｃｍ-3以上で、拡散層深さは１μｍ程度であるが、Ｐ型拡散層１２ともども、通常のＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン拡散層、あるいはバイポーラトランジスタのエミッタの構造パラメータを使用しても、全く差し支えない。
【００３４】
従来例のＳＤＤでは、Ｎ型拡散層１１４を中心として多数のＰリング型拡散層１１５ａ〜１１５ｃが形成されていたが、本発明においては、前記Ｎ型拡散層１３を囲むようにして、ゲート電極１４が形成されている。ゲート電極１４の材料としては、アルミニウムや多結晶シリコン、あるいは、 高融点金属などがあり、そしてゲート電極１４の厚さは、０．１μｍから１μｍ程度である。
【００３５】
そして、このゲート電極１４と基板（Ｉ層）１１との間には、ＳｉＯ2 あるいはＳｉＮからなるゲート絶縁膜１５が形成されており、ゲート絶縁膜１５はゲート電極１４と基板（Ｉ層）１１との間の電気的な絶縁を行うので、ゲート電極１４と基板（Ｉ層）１１との間に印加するバイアスの大きさにも依存するが、その厚さは、０．１μｍから１μｍを有する。
【００３６】
ゲート絶縁膜１５の厚さは、ゲート電極１４に印加するバイアスで壊れないことが前提であり、ゲート電極１４に２００Ｖ程度の電位を印加することを前提とするならば、３００ｎｍ（０．３μｍ）程度の厚さが望ましい。一般的には、ゲート絶縁膜１５の厚さが増大するほど、電気耐圧は上昇するが、一方、ゲート絶縁膜１５が厚くなるほど、ゲート電極１４に印加する電位の効率が低下するため、必要以上に厚くすることは得策ではない。  
【００３７】
また、Ｐ型拡散層（カソード）１２に印加する電圧を−１００Ｖとし、基板（Ｉ層）１１のボロン濃度を５Ｅ１１ｃｍ-3とし、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2 よりなるゲート絶縁膜１５を用いると、表面のＮ型拡散層（アノード）１３に印加するバイアスが接地電位（０Ｖ）であるならば、バックゲート効果を考慮しても、ゲート絶縁膜１５の直下に電子の反転層が形成されるゲート電位は、０．３５Ｖと算出される。つまり、Ｎ型拡散層（アノード）１３に印加する電位に対して、数Ｖ正の電位をゲート電極１４に印加すれば、電子反転層が形成されることになる。この低電圧性は、基板不純物濃度が低いことに起因する。
【００３８】
図１（Ｂ）では、ゲート絶縁膜１５は一定の厚さを有する構造を示しているが、Ｎ型拡散層１３に近づくにつれて、その厚さが減少する態様に設定してもよい。この場合、例えば、Ｎ型拡散層１３に隣接する部分のゲート絶縁膜１５の厚さが３００ｎｍの場合は、他方の離れた端部のゲート絶縁膜１５の厚さは、例えば６００ｎｍと設定すればよい。
【００３９】
更に、図１（Ｂ）において、１６は、ゲート絶縁膜１５の下方に形成される低濃度表面不純物拡散層であり、その表面濃度が、最大１Ｅ１７ｃｍ-3で、拡散層深さが１μｍ程度のパラメータに設定されている。低濃度表面不純物拡散層１６の不純物タイプとしてはＮ型であり、燐あるいは砒素原子がイオン注入法などにより拡散形成されている。なお、低濃度表面不純物拡散層１６の濃度は全領域一定な場合のほかに、Ｎ型拡散層（アノード）１３に近づくにつれて、その濃度が増大する拡散層構造としてもよい。
【００４０】
この低濃度表面不純物拡散層１６は、ＭＯＳＦＥＴでいうところの、ゲート電圧調整用表面不純物イオン注入層と同一の機能をもつものである。基板（Ｉ層）１１の不純物濃度やデバイス動作印加バイアスにもよるが、そのイオン注入ドーズ量は、１Ｅ１１ｃｍ-2〜１Ｅ１３ｃｍ-2の範囲となっている。
【００４１】
以上のように、低濃度表面不純物拡散層（Ｎ型）１６は、ゲート閾値電位の調整のために形成する層であり、特に、その濃度をＮ型拡散層（アノード）１３に近づくにつれて増大させることにより、濃度分布起因のフリンジ電界を形成し、光電変換動作で生成した電子のＮ型拡散層領域への流入を迅速にさせる役割を果たす。なお、この機能は、上記のように、前記ゲート絶縁膜１５をＮ型拡散層（アノード）１３に近づくにつれて薄くするということでも実現できる。
【００４２】
また、ゲート電極１４とＮ型拡散層１３とは、図１（Ｂ）に示すように、オーバーラップした配置態様となっており、それらの端部が互いにゲート絶縁膜１５を介して接触している状態になっている。
【００４３】
以上が、図１（Ｂ）に示した本実施の形態に係る放射線検出器の断面構造の説明であり、その平面構造は図１（Ａ）に示すように、放射線検出器の表面の中央部にＮ型拡散層（アノード）１３が存在し、これを囲むように表面にゲート電極１４が形成されており、それらの領域とほぼ同程度に、裏面にＰ型拡散層（カソード）１２が形成されている。なお、ゲート電極１４や各拡散層１２，１３の周縁部の形状を、ここでは円形で示しているが、その表面周縁形状は矩形などでもよく、円形には限定されない。
【００４４】
次に、図２の図表を用いて、本実施の形態に係る放射線検出器の動作について説明する。図２の図表に示すように、動作モードとしては、リセット動作、光電変換動作（信号蓄積動作）、信号読み出し動作の３つの動作があり、図表の横方向の欄には、各々の動作状態を示している。一方、縦方向の欄には、放射線検出器の３つの構成要素部分（部位）、すなわち、Ｐ型拡散層（カソード）１２、Ｎ型拡散層（アノード）１３、ゲート電極１４を表しており、表中には、各々の動作時に、各構成要素部分に印加されるバイアスを示している。
【００４５】
まず、裏面に形成されたＰ型拡散層（カソード）１２は、常時接地されており、接地電位が印加された状態となっている。その状態で、リセット時には、信号電荷である電子を、アノードとなるＮ型拡散層１３及び基板（Ｉ層）１１に完全に吐き出すべく、Ｎ型拡散層１３には＋Ｖの正電位、またゲート電極１４には、同じく正の電位＋Ｖｇ１を印加することで、電子が存在する場合の表面チャネルを形成する。
【００４６】
リセット動作後は、信号である電子を蓄積する、すなわち光電変換状態とするため、Ｎ型拡散層（アノード）１３をフローティング（ floating ）状態とする。この動作により、信号蓄積開始時にはＮ型拡散層１３は＋Ｖの電位に保たれるが、電子の蓄積と共に、その電位は負の方向低下していく。また、光電変換動作時は、ゲート電極１４には、リセット動作時と同様、＋Ｖｇ１の電位を印加して、ゲート電極下に信号電子の表面チャネル（反転層）を形成し、基板１１のバイアス状態としては、ＰＩＮダイオードと同様な状態にする。すなわち、基板全体が空乏化している状態とする。
【００４７】
ある期間の光電変換動作状態が過ぎると、信号読み出し動作に移り、Ｎ型拡散層１３に蓄積された信号電子を読み出す。そのために、Ｎ型拡散層１３には＋Ｖの電位が印加され、蓄積信号電子がＮ型拡散層１３より流れ出る。このときゲート電極１４には、例えば、負の電位、−Ｖｇ２を印加して、基板表面を電子の反転層が存在しない状態、すなわち空乏層状態か正孔の蓄積状態とする。この状態に設定することで、信号読み出し時には、Ｎ型拡散層１３の拡散容量は、ＳＤＤと同様に、基板表面に作成された島状のＮ型拡散層領域のみの容量となり、容量値の低減化が実現できる。
【００４８】
以上、第１の実施の形態に係る放射線検出器の構造と動作について説明したが、かかる放射線検出器の基板はシリコン以外の材料でも形成することができ、例えば、ＧａＡｓやＣｄＴｅなどの化合物半導体でも形成でき、特に、構成元素が重い原子量になるほど、放射線の阻止能が増大するため、高感度となる。
【００４９】
また、この実施の形態に係る放射線検出器においても、放射線は表面入射と裏面入射の、双方向からの入射に対応することができる。更には、Ｎ型拡散層１３の信号電荷を検出するための回路または接合型ＦＥＴなどの信号検出デバイスを、オンチップで一体的に形成することもでき、この状態も本実施の形態の変形例として含まれる。加えて、この実施の形態に係る放射線検出器においては、各拡散層の不純物タイプと各部への印加バイアスを逆にした態様の放射線検出器も変形例として含まれる。
【００５０】
第１の実施の形態の他の変形例としては、次のような形態がある。すなわち、図１に示した第１の実施の形態に係る放射線検出器においては、Ｎ型拡散層（アノード）は表面中央部の一箇所に形成したものを示したが、それには限定されず、例えば、基板表面のゲート電極の下部に複数個、散在させて配置することもでき、その場合は、複数個のＮ型拡散層は配線にて共通に結合される。また、この場合も、ゲート電極は、散在する複数個の各Ｎ型拡散層を、それぞれ囲むように配置される。かかる形態の採用により、より広いゲート領域に対しても、より効率的な信号電子のＮ型拡散層（アノード）への排出が可能となる。また、単一のＮ型拡散層を形成した場合でも、デバイスの中心を外して、ゲート電極の周辺領域に形成することもできる。
【００５１】
以上説明したように、第１の実施の形態及びその変形例に係る放射線検出器によれば、光電変換時には基板全体を空乏化させることができ、高感度が実現でき、一方、信号読み出し時には、拡散層容量は島状配置のＮ型拡散層容量に低減化されるため、高速なデバイス動作も実現される。加えて、ゲート電極はゲート絶縁膜で電気的に絶縁されており、２種類の拡散層は常時逆バイアスが印加されるため、従来のＳＤＤのように、直流電流パスも存在しないので、低消費電力化も実現される。
【００５２】
（第２の実施の形態）
次に、図３に基づいて、第２の実施の形態に係る放射線検出器の構成及びその動作について説明する。図３は、第２の実施の形態に係る放射線検出器のデバイス断面構造を示す図である。この実施の形態に係る放射線検出器が、図１（Ａ），（Ｂ）に示した第１の実施の形態に係る放射線検出器と異なる箇所は、第１の実施の形態では、基板裏面のほぼ全面にＰ型拡散層（カソード）が形成されていたのに対して、本実施の形態では、 表面構造と同じく、Ｐ型拡散層は１２ａは基板裏面の中心部に局所的（島状）に形成され、その周りを第２のゲート電極１４ｂで囲んだ構造となっている点である。そして、基板表面に設けた第１のゲート電極１４ａと基板（Ｉ層）１１との間に設けた第１のゲート絶縁膜１５ａと同様に、第２のゲート電極１４ｂと基板（Ｉ層）１１との間には、第２のゲート絶縁膜１５ｂが形成されている。つまり、逆タイプではあるが、表面構成と同様な裏面構成を採用している点が、第２の実施の形態に係る放射線検出器の特徴である。
【００５３】
このように構成された第２の実施の形態に係る放射線検出器の動作ついては、バイアスの極性は逆になるが、Ｐ型拡散層１２ａの動作は、図２に示した図表のＮ型拡散層と同一の動作となり、また第１のゲート電極の動作と同様の第２のゲート電極の動作となる。
【００５４】
この実施の形態に係る放射線検出器においても、第１の実施の形態に係る放射線検出器と同じく、閾値電位調整や正孔のＰ型拡散層への排出速度を増加させるために、第１のゲート絶縁膜１５ａの直下の低濃度表面不純物拡散層１６と同様に、第２のゲート絶縁膜１５ｂの直下の基板裏面界面に、低濃度表面不純物拡散層（低濃度ボロンイオン注入層）を形成することもできる。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態に係る放射線検出器においては、Ｐ型拡散層（カソード）も第１の実施の形態に係る放射線検出器に比べて縮小された形態となっている。つまり、Ｎ型拡散層（アノード）に対向する逆タイプの拡散層が縮小されたことにより、互いの拡散層容量がより小さくできるため、よりデバイスの高速化が実現できる。
【００５６】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態に係る放射線検出器の構成を、図４を参照しながら説明する。図４に示すように、本実施の形態に係る放射線検出器においては、第１の実施の形態又は第２の実施の形態に係る放射線検出器を、複数個、図４に示す態様においては２個、重ね合わせて構成したものである。この形態は、放射線検出装置を構成するものである。なお、図４においては、２個の放射線検出器を離間した状態で実装形成される態様（実装構成は図示省略）を示しているが、適宜絶縁膜を介して密着接合された態様もあり得る。
【００５７】
この実施の形態における放射線検出器の個々の構成と、その動作は、第１の実施の形態又は第２の実施の形態に係る放射線検出器と同様であるため、ここではその説明を省略するが、その効果としては、第１の実施の形態又は第２の実施の形態に係る放射線検出器における効果に加えて、放射線の入射方向から見て、その光電変換層の厚さが、重ね合わせ個数倍大きくなり、したがって、検出感度が更に重ね合わせ段数に比例して増加できるという効果を有する。なお、検出出力は、各放射線検出器の出力を並列に接続して得られるようになっている。
【００５８】
以上のように、本実施の形態に係る放射線検出器（放射線検出装置）によれば、従来の放射線検出器に比べて、より高感度で、且つ高速で、低消費電力の放射線検出器（放射線検出装置）を実現することが可能となるという優れた効果を有する。
【符号の説明】
【００５９】
１１      Ｉ層（基板）
１２      Ｐ型拡散層
１２ａ    Ｐ型拡散層
１３      Ｎ型拡散層
１４      ゲート電極
１４ａ    第１のゲート電極
１４ｂ    第２のゲート電極
１５      ゲート絶縁膜
１５ａ    第１のゲート絶縁膜
１５ｂ    第２のゲート絶縁膜
１６      低濃度表面不純物拡散層
【図１】
2013145180.tif 000003
【図２】
2013145180.tif 000004
【図３】
2013145180.tif 000005
【図４】
2013145180.tif 000006
【図５】
2013145180.tif 000007