(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｄ、Ｚｎ及びＴｅからなる放射線検出層と、
前記放射線検出層の一方側にｐ型不純物がドープされたＣｄ、Ｚｎ及びＴｅからなるｐ層と、
前記放射線検出層の他方側にｎ型不純物がドープされたＣｄ、Ｓｅ及びＴｅからなるｎ層と、
を備え、
前記放射線検出層及び前記ｐ層を形成するＣｄとＺｎの成分比率はＣｄ1-xＺｎxＴｅにおいて、
０．０１≦ｘ≦０．５であり、
前記ｎ層を形成するＳｅとＴｅの成分比率はＣｄＳｅyＴｅ1-yにおいて、
０．０１≦ｙ≦０．５である
ことを特徴とする放射線検出素子。
【請求項２】
前記ｎ層は、Ｉ又はＣｌがドープされて形成されていることを特徴とする請求項１記載の放射線検出素子。
【請求項３】
前記ｐ層は、Ｎ又はＮａがドープされて形成されていることを特徴とする請求項１記載の放射線検出素子。
【請求項４】
前記ｎ層は、化学気相成長法により、２０℃から１７０℃の温度条件下で成長されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の放射線検出素子。
【請求項５】
前記ｐ層に代えて、前記放射線検出層の一方側にＡｕ又はＰｔを材料とするショットキー電極を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の放射線検出素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用、工業用のＸ線のイメージングに用いられる放射線検出器に適用される放射線検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の放射線検出素子を図８に示す。この放射線検出素子はリーク電流を抑制するために、ＣｄＺｎＴｅからなる放射線検出層１１の一方側にｐ型不純物がドープされて形成されたＺｎＴｅ層５３、他方側にｎ型不純物がドープされて形成されたＣｄＳ層５５を備えるＰＩＮ構造となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記放射線検出素子においては、放射線検出層１１を形成するＣｄＺｎＴｅと、ＺｎＴｅ層５３を形成するＺｎＴｅ及びＣｄＳ層５５を形成するＣｄＳの格子定数が異なることから各層の間の接合部に欠陥が生じ易く、大幅なリーク電流の抑制は困難であった。
【０００４】
そこで、本発明は上記課題を解決した構成の放射線検出素子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る放射線検出素子は、Ｃｄ、Ｚｎ及びＴｅからなる放射線検出層と、放射線検出層の一方側にｐ型不純物がドープされたＣｄ、Ｚｎ及びＴｅからなるｐ層と、放射線検出層の他方側にｎ型不純物がドープされたＣｄ、Ｓｅ及びＴｅからなるｎ層とを備えることを特徴とする。このようにｐ層及びｎ層に格子定数が放射線検出層に近い材料を用いることにより、各層の間の接合欠陥を減少させることができる。
【０００６】
上記放射線検出素子において、ｎ層はＩ又はＣｌがドープされて形成されていることを特徴としても良い。このようにｎ型不純物としてＩ又はＣｌを用いることにより容易に上記放射線検出素子を製造できる。
【０００７】
上記放射線検出素子において、ｐ層はＮ又はＮａがドープされて形成されていることを特徴としても良い。このようにｐ型不純物としてＮ又はＮａを用いることにより容易に上記放射線検出素子を製造できる。
【０００８】
上記放射線検出素子において、放射線検出層及びｐ層を形成するＣｄとＺｎの成分比率はＣｄxＺｎ1-xＴｅにおいて、０．０１≦ｘ≦０．５であり、ｎ層を形成するＳｅとＴｅの成分比率はＣｄＳｅyＴｅ1-yにおいて、０．０１≦ｙ≦０．５であることを特徴としても良い。このような原子の比率とすることにより容易に格子定数の近いＰＩＮ構造の層を形成できる。
【０００９】
上記放射線検出素子において、ｎ層は化学気相成長法により、２０℃から１７０℃の温度条件下で成長されたことを特徴としても良い。このような構成とすることによりｎ層の特性を良質に保つことができる。
【００１０】
また上記放射線検出素子において、ｐ層に代えて、放射線検出層の一方側にＡｕ又はＰｔを材料とするショットキー電極を設けたことを特徴としても良い。このようにすることにより放射線検出素子を容易に製造できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光電変換素子の好適な実施形態を図を用いて説明する。
【００１２】
図１は、実施形態の放射線検出素子１０を示す断面図である。放射線検出層１１は、厚さ１ｍｍ、抵抗１０10Ω・ｃｍの単結晶Ｃｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅから形成され、その一方側、すなわち図１における上面にはｐ型不純物をドープすることでｐ型のＣｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅ層１３が形成されており、放射線検出層１１の他方側、すなわち図１における下面にはｎ型不純物をドープすることでｎ型のＣｄＳｅ0.1Ｔｅ0.9層１５が形成されている。
【００１３】
図２は、各物質の格子定数を示した図である。図２に示すように放射線検出層１１を形成するＣｄ0.9Ｚｎ0.1ＴｅとＣｄＳｅ0.1Ｔｅ0.9とは近い格子定数を有することがわかる。従って、ＣｄＳｅ0.1Ｔｅ0.9を用いてｎ層を形成し、放射線検出層１１と同じ材料でｐ層を形成することにより、格子定数の相違による接合欠陥を減少させることができ、大幅にリーク電流を抑制できる。
【００１４】
図３は、印加電圧に対するリーク電流量を本実施形態と従来品を比較して示した図である。図３において、実線２１は本実施形態の放射線検出素子１０の印加電圧に対するリーク電流量、点線２２はｐ層、ｎ層を有しない放射線検出素子１０の印加電圧に対するリーク電流量を示す。図３に示すように本実施形態の放射線検出素子１０は、ｐ層、ｎ層を有していない放射線検出素子１０に比べて大幅にリーク電流を抑制していることがわかる。
【００１５】
次に、本実施形態の放射線検出素子１０の作動について図を用いて説明する。図４は、本実施形態の放射線検出素子１０をＣＡＮパッケージに実装した放射線検出器３０の例を示す図である。放射線検出器３０は、図４に示すように上部に放射線入射窓４５を有するパッケージ４３の底面にセラミック基板４１が配置され、このセラミック基板４１の上面に、両側に電極を有する放射線検出素子１０が配置され構成されている。放射線検出素子１０のセラミック基板４１側に設けられたＡｌ電極１９はＡｕワイヤ４７により＋電位リードピン３９に接続されており、放射線検出素子１０のセラミック基板４１と反対側に設けられたＡｕ電極１７はＡｕワイヤ４７により−電位リードピン３７に接続されている。
【００１６】
この放射線検出器３０は、＋電位リードピン３９と−電位リードピン３７との間に高電圧を印加し、放射線入射窓４５から入射した放射線により励起された電子が両リードピンの間に流れる電気信号変化を読み取るものである。本実施形態の放射線検出素子１０を用いてリーク電流を減少させることにより読み取りの精度向上を図ることができる。
【００１７】
以上、本発明に係る放射線検出素子の実施形態について詳細に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ｐ型のＣｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅ層に代えて、放射線検出層の一方側にＡｕ又はＰｔを材料とするショットキー電極を設けても良い。このようにすることによって、放射線検出素子を容易に製造することができる。
【００１８】
次に、上記実施形態の放射線検出素子１０の製造方法について説明する。図５は水素プラズマＭＯＣＶＤ装置を示す図、図６はレーザー照射用チャンバーを示す図、図７はレーザーアニール装置を示す図であり、これらは本実施形態に係る放射線検出素子１０の製造プロセスに用いられる。
【００１９】
まず、表面をエッチング処理した厚さ１ｍｍ、抵抗１０10Ω・ｃｍの単結晶Ｃｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅ基板上に、プラズマを利用した水素ラジカル励起ＭＯＣＶＤ法によりＣｄＳｅ0.1Ｔｅ0.9層を成長させる。具体的には、まず単結晶Ｃｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅ基板１１を図５に示すＭＯＣＶＤ装置１００のサセプタ１１７上にセットし、ガス導入管１０１からＤＭＣｄ、ＤＥＴｅを、ガス導入管１０３からＳｅＨ2、ｎ−ＢｔＩを材料ガスとしてＭＯＣＶＤ装置１００内に導入する。なお、それぞれのガス導入速度は、ＤＭＣｄ＝２４μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＤＥＴｅ＝１２μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｅＨ2＝６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｎ−ＢｔＩ＝１μｍｏｌ／ｍｉｎとし、ＭＯＣＶＤ装置１００内のガス圧力は０．２Ｔｏｒｒになるように排気管１０５からのガスの排気速度を調整する。
【００２０】
次に、ＭＯＣＶＤ装置１００に接続されたノズル１１３から、１０ｓｃｃｍの流量で水素ガスを導入する。導入された水素ガスは、高周波コイル１１５でプラズマ励起され水素ラジカルとなってＣｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅ基板１１表面に到達し、そこで材料ガスと反応する。このようにして反応したガスによりＣｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅ基板１１表面にｎ型不純物をドープされたＣｄＳｅ0.1Ｔｅ0.9からなるｎ層が形成される。この時、Ｃｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅ基板１１表面に形成されるｎ層の膜圧を制御するために、レーザー１０７より光を出射しＣｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅ基板１１での反射光をフォトダイオード１０９で受光することにより、形成されるｎ層の膜圧を測定している。この反応中におけるＣｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅ基板１１の温度はヒーター１２１により２０℃〜１７０℃に保たれる。これは１７０℃以上の基板温度ではＣｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅ基板１１の特性が劣化し、リーク電流が増大する結果となってしまうためである。
【００２１】
次に、レーザードーピングによりｐ型のＣｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅ層を形成する。具体的には上記ＣｄＳｅ0.1Ｔｅ0.9を堆積した面とは反対側の面に真空蒸着法によりＮａ2Ｔｅを３０ｎｍ蒸着する。その後、基板１１を図６に示ような上部に光を導入するための窓１３３を有するレーザー照射用チャンバー１３０のサセプタ１３１上に移動すると共にレーザー照射時にＮａ2Ｔｅが蒸発しない様に、Ｎａ2Ｔｅを蒸着した面には石英ガラスを置き、レーザー照射用チャンバー１３０内は窒素雰囲気で３気圧に保つ。
【００２２】
次に、ＫｒＦエキシマレーザー１４３を用いてＮａ2Ｔｅ蒸着面をレーザーアニーリングする。図７に示すようにＫｒＦエキシマレーザー１４３から発光される光はミラー１４５及びレンズ１４７を介してレーザー照射用チャンバー１３０に導入される。またエキシマレーザー１４３の制御はコントローラー１４１によって行われる。エキシマレーザー１４３を利用したレーザーアニーリングによりＣｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅ基板の表面にはＮａがドープされ、ｐ型のＣｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅ層が形成され、上記実施形態の放射線検出素子１０が完成される。なお、ここで用いるＫｒＦエキシマレーザー１４３はλ＝２４８ｎｍ、パルス幅＝２０ｎｓのレーザー光を発光する。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、放射線検出層であるＣｄＺｎＴｅの格子定数とほぼ同じ格子定数を持つＣｄＳｅＴｅ及びＣｄＺｎＴｅをｎ層、ｐ層にそれぞれ用いることにより、各層間の接合部分の欠陥を減少させ、ひいてはリーク電流を大幅に減少させる構成の放射線検出素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の放射線検出素子を示す図である。
【図２】各物質の格子定数を示した図である。
【図３】印加電圧に対するリーク電流量を示す図である。
【図４】実施形態の放射線検出素子を実装した放射線検出器を示す図である。
【図５】水素プラズマＭＯＣＶＤ装置を示す図である。
【図６】レーザー照射用チャンバーを示す図である。
【図７】レーザーアニール装置を示す図である。
【図８】従来の放射線検出素子を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・放射線検出素子、１１・・・放射線検出層、１３・・・ｐ型のＣｄ0.9Ｚｎ0.1Ｔｅ層、１５・・・ｎ型のＣｄＳｅ0.1Ｔｅ0.9層、１７・・・Ａｕ電極、１９・・・Ａｌ電極、２１・・・本実施形態の放射線検出素子の印加電圧に対するリーク電流量、２２・・・ｐ層、ｎ層を有しない放射線検出素子の印加電圧に対するリーク電流量、３０・・・放射線検出器、３７・・・−電位リードピン、３９・・・＋電位リードピン、４１・・・セラミック基板、４３・・・パッケージ、４５・・・放射線入射窓、４７・・・Ａｕワイヤ、５３・・・ＺｎＴｅ層、５５・・・ＣｄＳ層、１００・・・ＭＯＣＶＤ装置、１０１、１０３・・・ガス導入管、１０５・・・ガス排出管、１０７・・・レーザー、１０９・・・フォトダイオード、１１３・・・ノズル、１１５・・・高周波コイル、１１７・・・サセプタ、１２１・・・ヒーター、１３０・・・レーザー照射用チャンバー、１３１・・・サセプタ、１３３・・・窓、１４１・・・コントローラー、１４３・・・ＫｒＦエキシマレーザー、１４５・・・ミラー、１４７・・・レンズ。
【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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【図７】
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【図８】
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