(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型のＳｉＣ基板上部に部分的にｐ型領域を形成し、そのｐ型領域とｐ型領域との間のｎ型ＳｉＣ基板上に酸化膜を積層し、そのｐ型領域上に電極金属を積層し、その酸化膜上にゲート電極を積層し、ゲート電極に電圧を印加し、電極金属の一方を接地し、電極金属の他方を電流計に接続して構成され、酸化膜で吸収された放射線による変化に基づくドレイン電流とゲート電圧の測定により得られるしきい値電圧と吸収線量との関係から放射線の吸収線量rad(SiO2)を決定し、その吸収線量と放射線の照射線量Rとの間の関係式rad(SiO2)=０．８７×Rに基づいて放射線の照射線量Rを算出することを特徴とする、炭化ケイ素半導体を用いた放射線線量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線の線量を計測する線量計として、炭化ケイ素半導体（ＳｉＣ）を材料として用いた金属−酸化膜―半導体電界効果トランジスター（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｓｉ半導体材料を用いた線量計は存在するが、炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体材料を用いた線量計は存在しない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＳｉ半導体材料を用いた線量計では、数百万レントゲン（Ｒ）といった高線量領域までの線量を計測することができない。これはＳｉ基板と酸化膜界面の耐放射性に問題があるため高線量での使用ができないためである。本発明は、高線量領域までの計測できる線量計を開発するために成されたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、ＳｉＣという新しい半導体材料を用いることで数百万レントゲンという高線量領域までの放射線量を計測することを可能とするものである。
【０００５】
本発明の炭化ケイ素（ＳｉＣ）を半導体材料として用いた線量計は、図５に示されるように、ｎ型のＳｉＣ基板に部分的にｐ型領域を形成し、そのｐ型領域間のｎ型ＳｉＣ基板上に酸化膜を積層し、更にそのｐ型領域上に電極金属を積層し、その酸化膜上にゲート電極を積層することにより構成される。そこで、図６に示されるように、ｐ型ドレインに電流計が結合され、ｐ型ソースが接地され、ゲート電極へ電圧を印加すると、ゲート電極の酸化膜下に電界が発生し、その電界の強度によりｐ型ソースとｐ型ドレイン間に電流がながれる。ゲート電極への電圧は、電源を利用して外部から印加することができるので、ｐ型ソース上の電極が接地（アース）されると、ｐ型ドレインに流れる電流を外部から電流計で計測できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明においては、ＳｉＣを材料として用いた金属−酸化膜―半導体電界効果トランジスター（ＭＯＳＦＥＴ）の電気特性である、「しきい（臨界又は限界）値電圧」又は「飽和領域でのドレイン電流」の値の放射線照射による変化を用いることで放射線の線量を計測することができる。しきい値電圧とは、ソースとドレイン間に電流が流れ始めるために必要なゲート電圧の目安値である。
【０００７】
放射線の線量（Ｒ：レントゲン）とは、放射線源から発生する放射線の量であり絶対的な数値であるが、実際の物質に放射線が当たった時には、その物質が吸収した放射線のエネルギーが指数となり、この場合の吸収線量に相当することになる。
【０００８】
線量計では、放射線を吸収する物質が、ゲート下にある電極金属−酸化膜−半導体構造のうち酸化膜であり、そこで吸収した放射線による変化を測定しているので、その吸収線量はｒａｄ（ＳｉＯ2）となる。このＳｉＯ2は酸化膜を意味している。又、放射線の吸収線量ｒａｄ（ＳｉＯ2）と放射線の照射線量（Ｒ：レントゲン）との間にはｒａｄ（ＳｉＯ2）＝０．８７×Ｒの比例関係が存在することは過去の研究成果により知られている。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
（実施例１）
ｎ型のＳｉＣ基板上に部分的にｐ型領域を形成し、そのｐ型とｐ型の間のｎ型ＳｉＣ上に酸化膜、電極金属を積層させることで作製したＭＯＳＦＥＴに対して、放射線の１つであるガンマ線を照射した時、図１に示されるように、吸収線量としきい値電圧の変化には一定の関係がある。この関係を用いることで線量の値を決めることができる。また、しきい値電圧は、図２に示されるように、ＭＯＳＦＥＴのドレイン電流とゲート電圧の測定において決定される。
【００１０】
即ち、図１においては、図中の黒丸が実験結果であり、しきい値電圧と吸収線量には実線で示される関係があるので、この関係を用いることで吸収線量（ｒａｄ（ＳｉＯ2））が決定できる。ｒａｄ（ＳｉＯ2）は、放射線線量（単位：レントゲン：Ｒ）とは比例関係（ｒａｄ（ＳｉＯ2）＝０．８７×Ｒ）があるため放射線線量が決定される。
【００１１】
図１においては、しきい値電圧が−８Ｖ変化した時の吸収線量が９×１０7ｒａｄ（ＳｉＯ2）であることにより、ｒａｄ（ＳｉＯ2）＝０．８７×Ｒの比例関係を考え、線量（Ｒ：レントゲン）を求めると１．３４×１０8Ｒとその線量が決定される。
【００１２】
又、しきい値電圧は、図２に示されるように、ドレイン電流を直線的にゲート電圧軸まで延長させた時の交点（図中の点線とゲート電圧軸の交点）により決定される。
【００１３】
（実施例２）
ｎ型のＳｉＣ基板上に部分的にｐ型領域を形成し、そのｐ型とｐ型の間のｎ型ＳｉＣ上に酸化膜、電極金属を積層させることで作製したＭＯＳＦＥＴに対して、放射線の１つであるガンマ線を照射した時、図３に示されるドレイン電流―ドレイン電圧の関係の飽和領域（ドレイン電流の値が飽和して一定になっている領域）でのドレイン電流の値と吸収線量には、図４に示されるように、一定の関係がある。この関係を用いることで線量の値を決めることができる。
【００１４】
即ち、図３に、ゲートに印加した電圧を示した。それぞれのゲート電圧での特性で、ドレイン電圧を０Ｖから負電圧方向に印加したとき、直線的にドレイン電圧が発生し、あるドレイン電圧より小さい電圧ではドレイン電流の値が飽和して一定になっている。図４に示される、放射線照射によるこの一定になった領域（飽和領域）のドレイン電流の値の変化を用いて放射線の線量を決定する。
【００１５】
図４では、●印、黒四角印、▲印はゲートに印加する電圧を−１５，−１３，−１１Ｖとした時の実験結果であり、それぞれ実線に示す関係がある。ｒａｄ（ＳｉＯ2）は、放射線線量（レントゲン：Ｒ）とは比例関係（ｒａｄ（ＳｉＯ２）＝０．８７×Ｒ）があるため放射線の線量が決定できる。
【００１６】
図４においては、ゲート電圧を−１５Ｖ印加した時の変化を注目した場合、ドレイン電流が８．５×１０-6Ａの時の吸収線量が１．１５×１０8ｒａｓ（ＳｉＯ2）であることより、ｒａｄ（ＳｉＯ2）＝０．８７×Ｒの比例関係から放射線線量（Ｒ：レントゲン）を求めると１．３２×１０9Ｒとその線量が決定される。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴを用いることで数百万レントゲンという高線量領域までの線量測定が可能となるという、本発明に特有の顕著な効果を生ずるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  しきい値電圧と吸収線量の関係を示したずである。
【図２】  ドレイン電流の平方根とゲート電圧との関係を示す図である。
【図３】  ドレイン電流−ドレイン電圧特性を示す図である。
【図４】  飽和領域でのドレイン電流と吸収線量の関係を示す図である。
【図５】  ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴの構造図である。
【図６】  ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ構造を使用した線量計の構造図である。
【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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【図６】
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