JPH06318447A - Electron tube - Google Patents
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- JPH06318447A JPH06318447A JP10701993A JP10701993A JPH06318447A JP H06318447 A JPH06318447 A JP H06318447A JP 10701993 A JP10701993 A JP 10701993A JP 10701993 A JP10701993 A JP 10701993A JP H06318447 A JPH06318447 A JP H06318447A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、入射した光を検出する
光電管に係わり、特にアノードとして電子線照射型ダイ
オードを使用する光電管に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phototube for detecting incident light, and more particularly to a phototube using an electron beam irradiation type diode as an anode.
【０００２】[0002]
【従来の技術】シリコン素子に電子が入射すると、電子
は運動エネルギを放出し、最終的には静止する。シリコ
ン素子の中では、放出されたエネルギ３．６ｅＶごとに
１対の電子−正孔が生成する。したがって、−１０ｋＶ
が印加された光電面から放出された電子がシリコン素子
に入射すれば、約２８００個の電子−正孔対が生成さ
れ、対の一方を信号電荷として取り出すことが可能であ
る。したがって、光電面を有する電子管にアノードとし
て、シリコンダイオードを封入すという構成で、非常に
高感度であり、且つ入射した光子数を定量的に計測でき
る光検出器を構成することが原理的には可能であり、製
品開発が進められている。2. Description of the Related Art When an electron is incident on a silicon device, the electron emits kinetic energy and finally becomes stationary. In the silicon device, a pair of electron-hole is generated for every 3.6 eV of energy emitted. Therefore, -10 kV
When electrons emitted from the photocathode to which is applied are incident on the silicon device, about 2800 electron-hole pairs are generated, and one of the pairs can be taken out as a signal charge. Therefore, it is theoretically possible to construct a photodetector that has a very high sensitivity and can quantitatively measure the number of incident photons by enclosing a silicon diode as an anode in an electron tube having a photocathode. Yes, product development is underway.
【０００３】図５は、上記の原理を応用した従来の電子
管でアノードとして使用される半導体電子検出器として
の電子線照射型ダイオードの構成図である。図５（ａ）
はこの電子線照射型ダイオードの構造断面を示し、図５
（ｂ）はこの半導体電子検出器の電極管に電圧を印加し
た場合の内部における電界強度の分布を示す。この電子
線照射型ダイオードは、（ａ）２００μｍ厚、１ｋΩ−
ｃｍの抵抗を有する高抵抗ｎ型シリコン基板７１０と、
（ｂ）基板７１０といわゆる階段接合し、５×１０19ｃ
ｍ-3のｐ型不純物を含む、深さが０．５μｍのｐ型高濃
度拡散層７２０と、（ｃ）ｐ型高濃度拡散層７２０の電
子線の入射領域を除いた表面領域と基板７１０のｐ型高
濃度拡散層７２０を形成した側の表面とに形成されたシ
リコン酸化膜７３０と、（ｄ）基板７１０のｐ型高濃度
拡散層７２０を形成した側と反対側の表面に形成され、
逆バイアス電圧の印加時の基板７１０内の空乏層広がり
を停止させるｎ型高濃度層７４０と、（ｅ）ｐ型高濃度
拡散層７２０の電子線の入射領域を除いた表面領域に形
成された電極７５１と、（ｆ）ｎ型高濃度層７４０の表
面に形成された電極７５２と、から構成される。FIG. 5 is a configuration diagram of an electron beam irradiation type diode as a semiconductor electron detector used as an anode in a conventional electron tube applying the above principle. Figure 5 (a)
Shows a structural cross section of this electron beam irradiation type diode, and FIG.
(B) shows the distribution of the electric field strength inside when a voltage is applied to the electrode tube of this semiconductor electron detector. This electron beam irradiation type diode is (a) 200 μm thick, 1 kΩ-
a high resistance n-type silicon substrate 710 having a cm resistance,
(B) A so-called staircase junction with the substrate 710, 5 × 10 19 c
The p-type high-concentration diffusion layer 720 having a depth of 0.5 μm and containing m −3 p-type impurities, and (c) the surface region of the p-type high-concentration diffusion layer 720 excluding the electron beam incident region and the substrate 710. Of the silicon oxide film 730 formed on the surface on which the p-type high concentration diffusion layer 720 is formed, and (d) on the surface of the substrate 710 opposite to the side on which the p-type high concentration diffusion layer 720 is formed. ,
The n-type high-concentration layer 740 that stops the expansion of the depletion layer in the substrate 710 when a reverse bias voltage is applied, and (e) the p-type high-concentration diffusion layer 720 are formed on the surface region excluding the electron beam incident region. It is composed of an electrode 751 and an electrode 752 formed on the surface of the (f) n-type high concentration layer 740.
【０００４】ここで、ｐ型高濃度拡散層７２０の電子線
の入射領域にシリコン酸化膜を形成しない理由は、シリ
コン酸化膜が不感帯となり、その中で吸収された入射電
子の運動エネルギによって生じる電子−正孔対として発
生した電荷を信号電荷として取り出すことができないた
めである。Here, the reason why the silicon oxide film is not formed in the electron beam incident region of the p-type high concentration diffusion layer 720 is that the silicon oxide film becomes a dead zone, and electrons generated by the kinetic energy of the incident electrons absorbed therein. This is because the charge generated as a hole pair cannot be taken out as a signal charge.
【０００５】また、基板７１０として高抵抗（１ｋΩ−
ｃｍ）のシリコン部材を使用する理由は、逆バイアス電
圧を印加して空乏層を広げるとともに、接合容量を小さ
くして高速性を達成するためである。例えば、上記の電
子線照射型ダイオードに１５０Ｖの逆バイアス電圧を印
加して基板７１０の厚み全体に関して空乏状態とした場
合には、接合容量が約０．５ｐＦとなる。外付けの負荷
抵抗は通常５０Ωであるから、ＣＲ時定数は２５ｐｓｅ
ｃとなり、電子管に封入される電子検出器として要求さ
れるナノ秒オーダの動作が可能である。なお、シリコン
酸化膜７３０は暗電流の抑制のために形成されている。The substrate 710 has a high resistance (1 kΩ-
The reason for using a silicon member of 10 cm) is to apply a reverse bias voltage to widen the depletion layer and reduce the junction capacitance to achieve high speed. For example, when a reverse bias voltage of 150 V is applied to the electron beam irradiation type diode to make it depleted with respect to the entire thickness of the substrate 710, the junction capacitance becomes about 0.5 pF. Since the external load resistance is usually 50Ω, the CR time constant is 25 pse.
Therefore, the operation of the nanosecond order required as the electron detector enclosed in the electron tube is possible. The silicon oxide film 730 is formed to suppress dark current.
【０００６】図５（ｂ）は、以上の電子線照射型ダイオ
ードに逆バイアス電圧を印加した場合の図５（ａ）にお
けるＡ−Ｂ間での電界強度分布を示す。図示の通り、空
乏層内では信号電荷（電子）を移動させる電界が発生し
ており、ｐｎ接合面で極大値となる様子を示している。FIG. 5B shows the electric field intensity distribution between A and B in FIG. 5A when a reverse bias voltage is applied to the electron beam irradiation type diode described above. As shown in the figure, an electric field for moving the signal charges (electrons) is generated in the depletion layer, and it is shown that the pn junction surface has a maximum value.
【０００７】電子管の光電面に光が入射すると、光電面
から電子が放出される。この電子は光電面とアノードで
ある上記の電子線照射型ダイオードとの間に印加された
電圧によって加速され、遮光板によって選択された電子
が電子線照射型ダイオードにｐ型高濃度拡散層７２０の
電子線入射面から入射する。入射した電子は、電子線照
射型ダイオードを構成するシリコン部材中で運動エネル
ギを放出し、電子−正孔対を生成する。この時、電子線
照射型ダイオードには逆バイアス電圧が印加され、基板
７１０は空乏化している。空乏層で電子−正孔対として
発生した信号電荷は、信号電流として出力される。When light is incident on the photocathode of the electron tube, electrons are emitted from the photocathode. The electrons are accelerated by the voltage applied between the photocathode and the above-mentioned electron beam irradiation type diode which is the anode, and the electrons selected by the light shielding plate are transferred to the electron beam irradiation type diode of the p-type high concentration diffusion layer 720. It is incident from the electron beam incident surface. The incident electrons release kinetic energy in the silicon member forming the electron beam irradiation type diode to generate electron-hole pairs. At this time, a reverse bias voltage is applied to the electron beam irradiation type diode, and the substrate 710 is depleted. The signal charges generated as electron-hole pairs in the depletion layer are output as a signal current.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来の電子管で使用さ
れている電子線照射型ダイオードは上記のように構成さ
れ、電子線が入射する高濃度不純物層は導電性が良い。
これは、逆バイアス電圧を印加した場合、この高濃度不
純物層にも空乏領域が成長するが、空乏領域がシリコン
酸化膜との界面にまで至ると、いわゆる表面準位のため
暗電流が大幅に増加するので、これを防止するためであ
る。したがって、高濃度不純物層での空乏領域はｐｎ接
合面の近傍の非常に薄い領域にしか形成されないので、
電子線の入射面から空乏層までの領域である高濃度不純
物層のほとんどの領域は不感帯となる。この不感帯で発
生した電子−正孔対から信号電荷を有効に取り出すこと
はできないので、光検出器としての電子管の感度や精度
を低下させるので、高濃度不純物層は薄いほど好まし
い。The electron beam irradiation type diode used in the conventional electron tube is constructed as described above, and the high concentration impurity layer on which the electron beam is incident has good conductivity.
This is because when a reverse bias voltage is applied, a depletion region grows also in this high-concentration impurity layer, but when the depletion region reaches the interface with the silicon oxide film, so-called surface level causes a large dark current. This is to prevent this, as it will increase. Therefore, the depletion region in the high concentration impurity layer is formed only in a very thin region near the pn junction surface,
Most of the region of the high-concentration impurity layer, which is the region from the incident surface of the electron beam to the depletion layer, becomes a dead zone. Since the signal charges cannot be effectively taken out from the electron-hole pairs generated in this dead zone, the sensitivity and accuracy of the electron tube as a photodetector are lowered, and therefore the thinner the high concentration impurity layer is, the more preferable.
【０００９】しかし、高濃度不純物層を薄くすればする
ほど電界集中が大きくなり、降伏電圧が小さくなる。更
に、高濃度不純物層の厚さに対する接合の湾曲の度合い
が大きくなると降伏電圧は極端に小さくなる。すなわ
ち、高速動作のために高抵抗を有する基板に十分な空乏
領域を形成する逆バイアス電圧の印加を確保するには、
ある程度の厚みを有する高濃度不純物層が必須であり、
光検出器としての電子管の感度や精度の低下が避けられ
ない、という問題があった。However, the thinner the high-concentration impurity layer, the greater the electric field concentration and the smaller the breakdown voltage. Further, the breakdown voltage becomes extremely small as the degree of curvature of the junction increases with the thickness of the high-concentration impurity layer. That is, to ensure the application of a reverse bias voltage that forms a sufficient depletion region in a substrate having high resistance for high speed operation,
A high-concentration impurity layer having a certain thickness is essential,
There is a problem that the sensitivity and accuracy of the electron tube as a photodetector is unavoidably deteriorated.
【００１０】また、光電面で発生した電子は加速されて
電子線照射型ダイオードに入射するので、運動エネルギ
を放出して静止するまでにｐｎ接合面を通過することが
ある。例えば、上記のように１０ｋｅＶに加速された電
子がシリコンに入射すると、入射面から平均で数μｍ程
度侵入するので、０．５μｍの高濃度不純物層の厚さで
はほぼ確実に電界強度の最も大きいｐｎ接合面を通過す
る（図５（ｂ）参照）。高エネルギ電子の通過によりシ
リコンのバンドギャップ中に多数のエネルギレベルが作
り出される（S.M.SZE : Physics of Semiconductor Dev
ives, p.49）。これらのエネルギレベルは暗電流の原因
となるが、電界強度の大きなｐｎ接合面付近でのバンド
ギャップ中における多数のエネルギレベルの生成は大き
な暗電流の原因となり、電子管としての感度や精度に対
して悪影響を与えるという問題点があった。Further, since the electrons generated on the photocathode are accelerated and enter the electron beam irradiation type diode, they may pass through the pn junction surface before releasing kinetic energy and standing still. For example, when an electron accelerated to 10 keV as described above is incident on silicon, it penetrates from the incident surface by about several μm on average, so that the thickness of the high-concentration impurity layer of 0.5 μm almost certainly has the highest electric field strength. It passes through the pn junction surface (see FIG. 5B). The passage of high-energy electrons creates numerous energy levels in the bandgap of silicon (SMSZE: Physics of Semiconductor Dev
ives, p.49). These energy levels cause dark current, but the generation of a large number of energy levels in the band gap near the pn junction surface where the electric field strength is large causes large dark current, which may affect the sensitivity and accuracy of the electron tube. There was a problem that it had an adverse effect.
【００１１】更に、電子の照射が進めばｐｎ接合面が荒
れてしまうことにより、逆バイアス電圧に対する耐圧の
低下が想定される。耐圧が低下すると、基板に広く空乏
層を広げるほどには逆バイアス電圧を印加することがで
きず、ＣＲ時定数が大きくなり動作速度が低下するとい
う問題点があった。Further, as the electron irradiation progresses, the pn junction surface becomes rough, so that the breakdown voltage against the reverse bias voltage is expected to decrease. When the breakdown voltage is lowered, the reverse bias voltage cannot be applied to the extent that the depletion layer is widened on the substrate, and the CR time constant is increased and the operation speed is lowered.
【００１２】本発明は、上記の状況を鑑みてなされたも
のであり、不感帯を薄くでき且つ入射電子がｐｎ接合面
にまで侵入しない構造の電子線照射型ダイオードを実現
することにより、感度および精度を向上した電子管を提
供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above situation, and realizes an electron beam irradiation type diode having a structure in which a dead zone can be made thin and incident electrons do not penetrate to a pn junction surface. It is an object of the present invention to provide an improved electron tube.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の電子管は、封入
する半導体電子検出器である電子照射型ダイオードのｐ
ｎ接合面を不純物を低濃度に含む基板と低濃度不純物層
である低濃度不純物層とで形成する。逆バイアス電圧の
印加によって生じる空乏領域を基板と低濃度不純物層と
の厚さ方向の全域に渡って形成するとともに、低濃度不
純物層のｐｎ接合面とは反対の表面に空乏領域の成長を
止める低濃度不純物層と同一の導電型を有する高濃度不
純物層を形成する。この結果、この高濃度不純物層の厚
さは耐圧の要因とならず、この高濃度不純物層の厚さを
薄くすることができる、ことを利用して従来の電子管の
問題点の解決を図っている。SUMMARY OF THE INVENTION The electron tube of the present invention is a semiconductor electron detector for encapsulating an electron-irradiated diode p.
The n-junction surface is formed by a substrate containing a low concentration of impurities and a low concentration impurity layer which is a low concentration impurity layer. A depletion region generated by application of a reverse bias voltage is formed over the entire thickness direction of the substrate and the low concentration impurity layer, and growth of the depletion region is stopped on the surface of the low concentration impurity layer opposite to the pn junction surface. A high concentration impurity layer having the same conductivity type as the low concentration impurity layer is formed. As a result, the thickness of the high-concentration impurity layer does not become a factor of the breakdown voltage, and the thickness of the high-concentration impurity layer can be thinned, so that the problem of the conventional electron tube can be solved. There is.
【００１４】すなわち、本発明の第１の電子管は、半導
体電子線検出器を封入した電子管であって、半導体電子
線検出器は、（ａ）第１の導電型を有するシリコン基板
と、（ｂ）シリコン基板の一方の表面に形成された第１
の導電型を有する第１の高濃度不純物層と、（ｃ）シリ
コン基板の他方の表面に形成された第２の導電型を有す
る低濃度不純物層と、（ｄ）シリコン基板の他方の表面
の低濃度不純物層領域を取り巻く領域に形成された第１
の導電型を有するアイソレーション層と、（ｅ）低濃度
不純物層の表面に形成された第２の導電型を有する第２
の高濃度不純物層と、（ｆ）アイソレーション層の表面
と第２の高濃度層の表面の外周付近を含む領域とに形成
されたシリコン酸化膜と、（ｇ）第１の高濃度不純物層
の表面に形成された第１の電極と、（ｈ）第２の高濃度
不純物層の表面に形成された第２の電極と、から構成さ
れ第２の高濃度不純物層のシリコン酸化膜が形成されて
いない表面から電子を入射することを特徴とする。That is, the first electron tube of the present invention is an electron tube in which a semiconductor electron beam detector is enclosed, and the semiconductor electron beam detector comprises: (a) a silicon substrate having a first conductivity type; ) First surface formed on one surface of a silicon substrate
Of the first high-concentration impurity layer having the conductivity type, (c) the low-concentration impurity layer having the second conductivity type formed on the other surface of the silicon substrate, and (d) the other surface of the silicon substrate. The first formed in the region surrounding the low-concentration impurity layer region
And an isolation layer having a second conductivity type, and (e) a second conductivity type formed on the surface of the low-concentration impurity layer.
High-concentration impurity layer, (f) a silicon oxide film formed on the surface of the isolation layer and a region including the periphery of the surface of the second high-concentration layer, and (g) the first high-concentration impurity layer. And a second electrode formed on the surface of the second high-concentration impurity layer (h), a silicon oxide film of the second high-concentration impurity layer is formed. It is characterized by injecting electrons from a surface that is not exposed.
【００１５】本発明の第２の電子管は、半導体電子線検
出器を封入した電子管であって、半導体電子線検出器
は、上記第１の電子管における半導体電子線検出器の第
２の高濃度不純物層の表面の前記シリコン酸化膜が形成
された領域と第２の電極が形成された領域とを除く領域
とに、第２の高濃度不純物層の有するバンドギャップよ
りも大きなバンドギャップを有する半導体材料からな
り、前記第２の高濃度不純物層とヘテロ接合するワイド
バンドギャップ層が形成され、ワイドバンドギャップ層
の表面から電子を入射することを特徴とする。A second electron tube of the present invention is an electron tube enclosing a semiconductor electron beam detector, wherein the semiconductor electron beam detector is the second high-concentration impurity of the semiconductor electron beam detector in the first electron tube. A semiconductor material having a bandgap larger than that of the second high-concentration impurity layer in a region of the surface of the layer other than the region where the silicon oxide film is formed and the region where the second electrode is formed. And a wide bandgap layer heterojunction with the second high-concentration impurity layer is formed, and electrons are incident from the surface of the wide bandgap layer.
【００１６】本発明の第３の電子管は、半導体電子線検
出器を封入した電子管であって、半導体電子線検出器
は、上記第１の電子管における半導体電子線検出器の基
板と低濃度不純物層との間に高濃度不純物層を形成し
た、ことを特徴とする。A third electron tube of the present invention is an electron tube enclosing a semiconductor electron beam detector, wherein the semiconductor electron beam detector is the substrate of the semiconductor electron beam detector in the first electron tube and the low concentration impurity layer. A high-concentration impurity layer is formed between and.
【００１７】本発明の第４の電子管は、半導体電子線検
出器を封入した電子管であって、半導体電子線検出器
は、上記第２の電子管における半導体電子線検出器の基
板と低濃度不純物層との間に高濃度不純物層を形成し
た、ことを特徴とする。A fourth electron tube of the present invention is an electron tube enclosing a semiconductor electron beam detector, wherein the semiconductor electron beam detector is the substrate of the semiconductor electron beam detector and the low concentration impurity layer in the second electron tube. A high-concentration impurity layer is formed between and.
【００１８】[0018]
【作用】本発明に係る第１の電子管では、電子線照射型
ダイオードには逆バイアス電圧が印加されており、低濃
度不純物層の厚さ方向の全領域は空乏化している。した
がって、加速電子の電子線照射型ダイオード内における
侵入領域で空乏化していないのは、低濃度不純物層の表
面に形成された低濃度不純物層と同一の導電型を有する
高濃度不純物層のみである。また、アイソレーション拡
散層は、ｐｎ接合面が側面に露出することを防止するの
で、暗電流を抑止する。In the first electron tube according to the present invention, the reverse bias voltage is applied to the electron beam irradiation type diode, and the entire region of the low concentration impurity layer in the thickness direction is depleted. Therefore, it is only the high-concentration impurity layer having the same conductivity type as the low-concentration impurity layer formed on the surface of the low-concentration impurity layer that is not depleted in the penetration region in the electron beam irradiation type diode of accelerated electrons. . Further, the isolation diffusion layer prevents the pn junction surface from being exposed on the side surface, and thus suppresses dark current.
【００１９】この電子管の光電面に光が入射すると光電
子を発生する。この光電子は加速され電子線照射型ダイ
オードに入射する。この入射加速電子は電子入射面を有
する高濃度不純物層と空乏化された低濃度不純物層ある
いは基板とで運動エネルギを放出し、電子−正孔対を生
成する。この場合、電子入射面を有する高濃度不純物層
は非常に薄いので、ほとんどエネルギの放出はなされ
ず、空乏領域で実質的に全てのエネルギを放出する。こ
のエネルギの放出によって発生した電子−正孔対から取
り出された信号電荷は、電極から信号として出力され
る。When light is incident on the photocathode of this electron tube, photoelectrons are generated. The photoelectrons are accelerated and enter the electron beam irradiation type diode. The incident accelerated electrons release kinetic energy in the high-concentration impurity layer having an electron incident surface and the depleted low-concentration impurity layer or the substrate to generate electron-hole pairs. In this case, since the high-concentration impurity layer having the electron incident surface is very thin, almost no energy is emitted, and substantially all energy is emitted in the depletion region. The signal charge extracted from the electron-hole pair generated by the emission of this energy is output as a signal from the electrode.
【００２０】本発明に係る第２の電子管では、上記の第
１の電子管における電子線照射型ダイオードの構成に加
えて、非常に薄いワイドギャップ層が加速電子の入射面
に形成されヘテロ接合する結果、信号電荷に対して良好
なアキュムレーション状態が発現する。この状態で、こ
の電子管の光電面に光が入射するのにともなって発生し
た光電子を加速して電子線照射型ダイオードに入射する
と、第１の電子管と同様に電子−正孔対を生成するが、
加速電子の入射面付近が良好なアキュムレーション状態
となっているので、信号電荷の一方が効率良くｐｎ接合
面に到達し、信号電荷の他方との表面付近での再結合を
低減できる。こうして効率良く収集した信号電荷は、電
極から信号として出力される。なお、ワイドバンドギャ
ップ層は一種のパッシベーション膜としても作用し、封
入時に発生するアルカリ金属の汚染から電子線照射型ダ
イオードを保護する。In the second electron tube according to the present invention, in addition to the structure of the electron beam irradiation type diode in the first electron tube described above, a very thin wide gap layer is formed on the incident surface of accelerated electrons, resulting in heterojunction. , A good accumulation state is exhibited for signal charges. In this state, when photoelectrons generated as light is incident on the photocathode of the electron tube are accelerated to enter the electron beam irradiation type diode, electron-hole pairs are generated as in the first electron tube. ,
Since the vicinity of the incident surface of the accelerated electrons is in a good accumulation state, one of the signal charges efficiently reaches the pn junction surface, and recombination of the signal charge with the other in the vicinity of the surface can be reduced. The signal charges efficiently collected in this way are output as signals from the electrodes. The wide band gap layer also acts as a kind of passivation film and protects the electron beam irradiation type diode from the contamination of the alkali metal generated during the encapsulation.
【００２１】本発明に係る第３の電子管では、上記の第
１の電子管における電子線照射型ダイオードの構成に加
えて、基板と低濃度不純物層との間に低濃度不純物層と
同一の導電型を有する高濃度不純物層を形成されてお
り、逆バイアス電圧の印加時にはこの高濃度不純物層に
高電界が発生しアバランシェ増倍機能が発現する。この
状態で、この電子管の光電面に光が入射にともなって発
生した光電子を加速して電子線照射型ダイオードに入射
すると、第１の電子管と同様に電子−正孔対が生成さ
れ、信号電荷の一方はｐｎ接合面への方向に進行する。
この信号電荷の一方は、ｐｎ接合面を通過する直前にア
バランシェ増倍される。したがって、基板に到達する信
号電荷の総量は第１の電子管の場合に比べて増大したも
のとなる。こうして増大した信号電荷は、電極から信号
として出力される。In the third electron tube according to the present invention, in addition to the structure of the electron beam irradiation type diode in the first electron tube, the same conductivity type as the low concentration impurity layer is provided between the substrate and the low concentration impurity layer. And a high electric field is generated in the high concentration impurity layer when a reverse bias voltage is applied, and an avalanche multiplication function is exhibited. In this state, when the photoelectrons generated due to the incidence of light on the photocathode of this electron tube are accelerated and are incident on the electron beam irradiation type diode, electron-hole pairs are generated as in the first electron tube, and the signal charge is generated. One proceeds in the direction toward the pn junction surface.
One of the signal charges is avalanche multiplied just before passing through the pn junction surface. Therefore, the total amount of signal charges reaching the substrate is larger than that in the case of the first electron tube. The signal charge thus increased is output as a signal from the electrode.
【００２２】本発明に係る第４の電子管では、上記の第
２の電子管における電子線照射型ダイオードの構成に加
えて、基板と低濃度不純物層との間に低濃度不純物層と
同一の導電型を有する高濃度不純物層を形成されてお
り、逆バイアス電圧の印加時にはこの高濃度不純物層に
高電界が発生しアバランシェ増倍機能が発現する。した
がって、第１の電子管に対しての第２の電子管における
改善点および第１の電子管に対しての第３の電子管にお
ける改善点の双方が改善された作用を有する。この結
果、効率良くｐｎ接合面への方向へ進行する信号電荷が
アバランシェ増倍されて、電極から信号として出力され
る。In the fourth electron tube according to the present invention, in addition to the structure of the electron beam irradiation type diode in the second electron tube, the same conductivity type as the low concentration impurity layer is provided between the substrate and the low concentration impurity layer. And a high electric field is generated in the high concentration impurity layer when a reverse bias voltage is applied, and an avalanche multiplication function is exhibited. Therefore, both the improvement in the second electron tube with respect to the first electron tube and the improvement in the third electron tube with respect to the first electron tube have the improved action. As a result, the signal charges that proceed in the direction toward the pn junction surface are efficiently avalanche multiplied and output as signals from the electrodes.
【００２３】[0023]
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同
一の符号を付し、重複する説明を省略する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
【００２４】（第１実施例）図１は本実施例に係る電子
管の構成図であり、図１（ａ）は電子管全体の構成を、
図１（ｂ）は電子管に封入された電子線照射型ダイオー
ドの構成を示す。この電子管は、光を受光して電子を放
出する光電面１１１を有する光電面板１１０と、ガラス
バルブ１２０とで封入容器を構成し、封入容器内に、光
電面から放出された電子を絞り込む第１グリッド１３１
および第２グリッド１３２と、加速された電子の進路を
制限する遮蔽板１４０と、入射した加速電子を検出して
信号電荷を出力する電子線照射型ダイオード（以後、単
にダイオードとも称する）２００と、を含んで構成され
る。ダイオード２００には、直流電源（Ｅ）から負荷抵
抗（Ｒ）を介して逆バイアス電圧が印加される。ダイオ
ード２００で発生した信号電荷が負荷抵抗（Ｒ）を流れ
ることによって生じた負荷抵抗（Ｒ）の両端に発生した
電圧信号は増幅器（ＡＭＰ）に入力される。なお、本実
施例の電子管では光電子の加速電圧は１０ｋＶであり、
したがって、加速電子のシリコン部材への侵入深さは数
μｍである。(First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram of an electron tube according to this embodiment, and FIG. 1 (a) shows the entire structure of the electron tube.
FIG. 1B shows the structure of an electron beam irradiation type diode enclosed in an electron tube. In this electron tube, a photocathode plate 110 having a photocathode 111 that receives light and emits electrons and a glass bulb 120 constitute an enclosure, and the electrons emitted from the photocathode are narrowed down in the enclosure. Grid 131
And a second grid 132, a shield plate 140 that limits the path of accelerated electrons, an electron beam irradiation type diode (hereinafter, also simply referred to as diode) 200 that detects incident accelerated electrons and outputs a signal charge, It is configured to include. A reverse bias voltage is applied to the diode 200 from the DC power source (E) through the load resistor (R). The voltage signal generated across the load resistance (R) generated by the signal charge generated in the diode 200 flowing through the load resistance (R) is input to the amplifier (AMP). In the electron tube of this embodiment, the photoelectron acceleration voltage is 10 kV,
Therefore, the penetration depth of the accelerated electrons into the silicon member is several μm.
【００２５】ダイオード２００は、（ア）ｎ型の導電性
を有する１ｍｍ角のシリコン基板２１０と、（イ）シリ
コン基板２１０の一方の表面に形成されたｎ型の導電性
を有する高濃度不純物層（以後、ｎ型高濃度層と称す
る）２５０と、（ウ）シリコン基板２１０の他方の表面
に形成されたｐ型の導電性を有するアノード層２２０
と、（エ）シリコン基板２１０の他方の表面のアノード
層２２０領域を取り巻く領域に形成されたｎ型の導電性
を有するアイソレーション層２３０と、（オ）アノード
層２２０の表面に形成されたｐ型の導電性を有する高濃
度不純物層（以後、ｐ型高濃度層と称する）２４０と、
（カ）アイソレーション層２３０の表面とｐ型高濃度層
２４０の外周付近を含む領域とに形成されたシリコン酸
化膜２６０と、（キ）ｎ型高濃度層２５０の表面に形成
された電極２７１と、（ク）ｐ型高濃度層２４０の表面
に形成された電極２７２と、から構成される。The diode 200 is composed of (a) a 1 mm square silicon substrate 210 having n-type conductivity, and (a) a high-concentration impurity layer having n-type conductivity formed on one surface of the silicon substrate 210. (Hereinafter referred to as n-type high concentration layer) 250, and (c) p-type conductive anode layer 220 formed on the other surface of the silicon substrate 210.
And (d) an isolation layer 230 having n-type conductivity formed in a region surrounding the anode layer 220 region on the other surface of the silicon substrate 210, and (e) p formed on the surface of the anode layer 220. -Type high-concentration impurity layer having conductivity (hereinafter referred to as p-type high-concentration layer) 240,
(F) A silicon oxide film 260 formed on the surface of the isolation layer 230 and a region including the vicinity of the outer periphery of the p-type high concentration layer 240, and (g) an electrode 271 formed on the surface of the n-type high concentration layer 250. And (H) an electrode 272 formed on the surface of the p-type high concentration layer 240.
【００２６】本実施例では、シリコン基板２１０は、比
抵抗０．０１Ωｃｍとなる程度のｎ型不純物を含有する
２００μｍ厚のシリコンから形成され、アノード層２２
０は、比抵抗が１００Ωｃｍ程度となるｐ型不純物を含
有するシリコンをエピタキシャル成長で４０μｍ厚に形
成する。In the present embodiment, the silicon substrate 210 is formed of 200 μm thick silicon containing n-type impurities having a specific resistance of 0.01 Ωcm, and the anode layer 22.
For 0, silicon containing p-type impurities having a specific resistance of about 100 Ωcm is epitaxially grown to a thickness of 40 μm.
【００２７】また、アイソレーション拡散層２３０は、
ｎ型シリコン基板２１０の一方の表面にｐ型層を形成
後、ｐ型層（結果的にはシリコン基板の一部を含んで）
の所定の領域にｎ型不純物を拡散して形成され、ｐｎ接
合面が側面に露出することを防止する。この結果、暗電
流を抑止する。Further, the isolation diffusion layer 230 is
After forming the p-type layer on one surface of the n-type silicon substrate 210, the p-type layer (resultingly includes a part of the silicon substrate)
Is formed by diffusing an n-type impurity in a predetermined region of, and prevents the pn junction surface from being exposed on the side surface. As a result, dark current is suppressed.
【００２８】また、ｐ型高濃度層２４０は５×１０19ｃ
ｍ-3の不純物濃度を有する０．１μｍ厚の層である。こ
の厚さのほぼ全てが不感帯となるが、従来の電子照射型
ダイオードの構成に比べて不感帯の厚さが低減される。
ｐ型高濃度層２４０とシリコン基板２１０との間にはア
ノード層２２０が介在するので、ｐ型高濃度層２４０の
厚さがｐｎ接合面の耐圧を決定する要因とはならず、ま
た、逆バイアス電圧の印加に伴う空乏領域の成長を有効
に止める。The p-type high concentration layer 240 is 5 × 10 19 c
It is a layer having a thickness of 0.1 μm and an impurity concentration of m −3 . Although almost all of this thickness is the dead band, the thickness of the dead band is reduced as compared with the structure of the conventional electron irradiation type diode.
Since the anode layer 220 is interposed between the p-type high concentration layer 240 and the silicon substrate 210, the thickness of the p-type high concentration layer 240 does not become a factor that determines the breakdown voltage of the pn junction surface, and vice versa. The growth of the depletion region accompanying the application of the bias voltage is effectively stopped.
【００２９】この電子管の光電面１１１に光が入射する
と光電子を発生する。この光電子は加速され電子線照射
型ダイオード２００に入射する。電子線照射型ダイオー
ド２００の電極２７１と電極２７２との間には略１００
Ｖの逆バイアス電圧が印加され、アノード層２２０のほ
ぼ全域とシリコン基板２１０のｐｎ接合面付近には空乏
化されている。入射加速電子は電子入射面を有するｐ型
高濃度層２４０と空乏化されたアノード層２２０とで運
動エネルギを放出し、電子−正孔対を生成する。この場
合、電子入射面を有するｐ型高濃度層２４０は非常に薄
いので、ほとんどエネルギの放出はなされず、空乏領域
で実質的に全てのエネルギを放出する。このエネルギの
放出によって発生した電子−正孔対から取り出された信
号電荷は、電極２７１および電極２７２から信号として
出力される。When light is incident on the photocathode 111 of this electron tube, photoelectrons are generated. The photoelectrons are accelerated and enter the electron beam irradiation type diode 200. Between the electrodes 271 and 272 of the electron beam irradiation type diode 200, approximately 100
A reverse bias voltage of V is applied, and almost the entire area of the anode layer 220 and the vicinity of the pn junction surface of the silicon substrate 210 are depleted. The incident accelerated electrons release kinetic energy in the p-type high concentration layer 240 having an electron incident surface and the depleted anode layer 220 to generate electron-hole pairs. In this case, since the p-type high concentration layer 240 having the electron incident surface is very thin, almost no energy is emitted, and substantially all energy is emitted in the depletion region. The signal charge extracted from the electron-hole pair generated by the emission of this energy is output as a signal from the electrode 271 and the electrode 272.
【００３０】ところで、１０ｋｅＶの電子はシリコン部
材の深さ数μｍ程度までの領域で運動エネルギを全て放
出する。すなわち、入射加速電子の侵入深さは数μｍ程
度であり、信号電荷のほとんど全てはアノード層２２０
で発生する。この信号電荷が抵抗（Ｒ）を流れることに
よって生じる信号電流の立上り時間は、電子−正孔対の
発生位置から正孔がｐ型高濃度層２４０に到達するまで
の時間と、電子−正孔対の発生位置から電子がｐｎ接合
面に到達するまでの時間と、遅い方で主に決定される。
電子−正孔対の発生位置が加速電子の入射面から数μｍ
程度であり、アノード層２２０の厚さが４０μｍであ
る。このことを考えると、アノード層２２０中の電子の
移動度と正孔の移動度との相違を考慮しても、電子の走
行時間で信号電流の立上がり時間が決まる。また、信号
電流の立下り時間は、基板２１０内の空乏領域を電子が
走行する時間で決定されるが、シリコン基板２１０とア
ノード層２２０との比抵抗の相違から、シリコン基板内
の空乏領域は薄くなり立上り時間に比べて小さくなる。By the way, 10 keV electrons emit all kinetic energy in a region of the silicon member up to a depth of several μm. That is, the penetration depth of incident accelerated electrons is about several μm, and almost all of the signal charges are in the anode layer 220.
Occurs in. The rise time of the signal current generated by the flow of the signal charges through the resistance (R) is the time from the generation position of the electron-hole pair until the holes reach the p-type high concentration layer 240, and the electron-hole. The time from the position where the pair is generated until the electrons reach the pn junction surface, and the later one is mainly determined.
The generation position of electron-hole pairs is several μm from the incident surface of accelerated electrons.
The thickness of the anode layer 220 is 40 μm. Considering this, the rise time of the signal current is determined by the transit time of the electrons even in consideration of the difference between the mobility of electrons and the mobility of holes in the anode layer 220. Further, the fall time of the signal current is determined by the time that electrons travel in the depletion region in the substrate 210. However, due to the difference in the specific resistance between the silicon substrate 210 and the anode layer 220, the depletion region in the silicon substrate is It becomes thinner and smaller than the rise time.
【００３１】本実施例の電子管では、アノード層２２０
の電子の走行時間の最大値は以下のように求められる。
なお、逆バイアス電圧は上記のように１００Ｖである。 ・アノード層２２０の空乏化に必要な逆バイアス電圧…
６０Ｖ ・アノード層２２０の完全空乏化によって生じるｐｎ接
合部の最大電界…３×１０4 Ｖ／ｃｍ ・（１００Ｖ−６０Ｖ）＝４０Ｖによって生じる電界…
１×１０4 Ｖ／ｃｍ ここで、電子の移動度を１８００ｃｍ2 ／（Ｖ・ｓｅ
ｃ）として、（アノード層２２０の電子の走行時間の最
大値）＝約０．１ｎｓｅｃとなる。したがって、本実施
例の電子管はナノ秒オーダの動作が可能である。In the electron tube of this embodiment, the anode layer 220
The maximum travel time of the electron is calculated as follows.
The reverse bias voltage is 100V as described above. -Reverse bias voltage required for depletion of the anode layer 220 ...
60V-Maximum electric field of pn junction generated by complete depletion of anode layer 220 ... 3x10 4 V / cm- (100V-60V) = 40V generated electric field ...
1 × 10 4 V / cm Here, the electron mobility is 1800 cm 2 / (V · se
As c), (the maximum transit time of electrons in the anode layer 220) = about 0.1 nsec. Therefore, the electron tube of this embodiment can operate on the order of nanoseconds.
【００３２】なお、本実施例ではアノード層をエピタキ
シャル成長法で形成したが、拡散ウエファ法あるいは張
り合わせウエファ法で形成してもよい。Although the anode layer is formed by the epitaxial growth method in this embodiment, it may be formed by the diffusion wafer method or the bonding wafer method.
【００３３】動作スピードが同程度で、更に大面積のダ
イオードを封入した電子管が必要な場合には、大面積に
なって接合容量が増加した分、空乏層を広げて、結果的
には接合容量を変化させなければよい。具体的には、以
下のような方法がある。 （１）エピタキシャル成長による層成長を増す、また
は、拡散型ウエファ若しくは張り合わせウエファなどを
用いて厚いアノード層を形成するとともに、逆バイアス
電圧を増加して空乏層を大きく広げる。 （２）シリコン基板の不純物濃度を下げ、シリコン基板
側にも空乏層が広がる構成とする。When an electron tube having a similar operating speed and enclosing a diode having a larger area is required, the depletion layer is expanded by the amount corresponding to the increase in the junction capacitance due to the increase in the area and, as a result, the junction capacitance. Should not be changed. Specifically, there are the following methods. (1) Increase the layer growth by epitaxial growth, or form a thick anode layer using a diffusion type wafer or a bonded wafer, and increase the reverse bias voltage to widen the depletion layer. (2) The impurity concentration of the silicon substrate is lowered so that the depletion layer spreads also on the silicon substrate side.
【００３４】例えば、拡散ウエファを用いて、アノード
層の厚さを８０μｍとして、アノード層が全空乏する逆
バイアス電圧を印加する。これにより、入射面積を１ｍ
ｍ角から１．５ｍｍ角に拡大できる。この場合、信号電
流の立上り時間および立下り時間を決定する信号電子の
走行時間は、空乏層が厚くなった分だけ長くなる。但
し、この走行時間は加わる電界に反比例するので、印加
する逆バイアス電圧を２倍とすれば、動作速度を確保で
きる。For example, a diffusion wafer is used, the thickness of the anode layer is set to 80 μm, and a reverse bias voltage for fully depleting the anode layer is applied. This makes the incident area 1 m
It can be expanded from m square to 1.5 mm square. In this case, the transit time of the signal electrons that determines the rise time and the fall time of the signal current becomes longer as the depletion layer becomes thicker. However, since this running time is inversely proportional to the applied electric field, the operating speed can be secured by doubling the reverse bias voltage applied.
【００３５】（第２実施例）図２は本実施例に係る電子
管の構成図であり、図２（ａ）は電子管全体の構成を、
図２（ｂ）は電子管に封入された電子線照射型ダイオー
ドの構成を示す。この電子管は第１実施例の電子管と比
べて、封入する電子線照射型ダイオードが異なるのみ
で、それ以外は同様に構成される。(Second Embodiment) FIG. 2 is a block diagram of an electron tube according to this embodiment, and FIG. 2 (a) shows the entire structure of the electron tube.
FIG. 2B shows the structure of an electron beam irradiation type diode enclosed in an electron tube. This electron tube is different from the electron tube of the first embodiment only in the electron beam irradiation type diode to be enclosed, and is otherwise configured similarly.
【００３６】本実施例の電子管に封入される電子線照射
型ダイオード３００は、第１実施例の電子線照射型ダイ
オードと同様の構成に加えて、シリコンのバンドギャッ
プよりも大きなバンドギャップを有する材料物質を基材
としてｐ型の導電性を有するワイドバンドギャップ層３
８０を加速電子入射面に形成して構成される。すなわ
ち、この電子線照射型ダイオード３００は、（ア）ｎ型
の導電性を有する１ｍｍ角のシリコン基板３１０と、
（イ）シリコン基板３１０の一方の表面に形成されたｎ
型高濃度層３５０と、（ウ）シリコン基板３１０の他方
の表面に形成されたｐ型の導電性を有するアノード層３
２０と、（エ）シリコン基板３１０の他方の表面のアノ
ード層３２０領域を取り巻く領域に形成されたｎ型の導
電性を有するアイソレーション層３３０と、（オ）アノ
ード層３２０の表面に形成されたｐ型高濃度層３４０
と、（カ）アイソレーション層３３０の表面とｐ型高濃
度層３４０の外周付近を含む領域とに形成されたシリコ
ン酸化膜３６０と、（キ）ｎ型高濃度層３５０の表面に
形成された電極３７２と、（ク）ｐ型高濃度層３４０の
表面に形成された電極３７１と、（ケ）ｐ型の導電性を
有する数ｎｍ厚のワイドバンドギャップ層３８０と、か
ら構成される。The electron beam irradiation type diode 300 enclosed in the electron tube of this embodiment has the same structure as that of the electron beam irradiation type diode of the first embodiment, and additionally has a material having a band gap larger than that of silicon. Wide bandgap layer 3 having p-type conductivity using a substance as a base material
80 is formed on the accelerated electron incident surface. That is, the electron beam irradiation type diode 300 includes (a) a 1 mm square silicon substrate 310 having n-type conductivity,
(A) n formed on one surface of the silicon substrate 310
The high concentration layer 350 and the (c) p-type conductive anode layer 3 formed on the other surface of the silicon substrate 310.
20, an isolation layer 330 having n-type conductivity formed in a region surrounding the region of the anode layer 320 on the other surface of the (d) silicon substrate 310, and (e) formed on the surface of the anode layer 320. p-type high concentration layer 340
(F) The silicon oxide film 360 formed on the surface of the isolation layer 330 and the region including the vicinity of the outer periphery of the p-type high concentration layer 340, and (k) formed on the surface of the n-type high concentration layer 350. It is composed of an electrode 372, (h) an electrode 371 formed on the surface of the p-type high concentration layer 340, and (v) a wide bandgap layer 380 having p-type conductivity and having a thickness of several nm.
【００３７】ワイドバンドギャップ層３８０は、スパッ
タ、ＰＶＤ、あるいはＣＶＤ装置などで高濃度層３４０
と同一の導電型を有するシリコンカーバイドやカドミウ
ム・テルル等を堆積させて形成される。この堆積は、比
較的低温で可能であり、シリコン部材の損傷を招かずに
すむ。また、ワイドバンドギャップなので温度変化に対
しても安定であり暗電流の生成源とはならないととも
に、ｐ型高濃度層３４０とヘテロ接合して加速電子入射
面をアキュムレーション状態とする。更に、一種のパッ
シベーション膜としても作用し、封入時に発生するアル
カリ金属の汚染から電子線照射型ダイオードを保護す
る。なお、ワイドバンドギャップ層３８０は不感帯とな
るが、非常に薄いので、ワイドバンドギャップ層３８０
による不感帯の増加は実質的に無視できる。The wide band gap layer 380 is the high-concentration layer 340 formed by sputtering, PVD, or CVD equipment.
It is formed by depositing silicon carbide, cadmium-tellurium, or the like having the same conductivity type as that of. This deposition is possible at relatively low temperatures and does not result in damage to the silicon component. Further, since it has a wide band gap, it is stable against temperature changes and does not serve as a source of dark current, and it heterojunctions with the p-type high concentration layer 340 to bring the accelerated electron incident surface into an accumulation state. Further, it also acts as a kind of passivation film, and protects the electron beam irradiation type diode from the contamination of alkali metal generated during encapsulation. Although the wide band gap layer 380 is in a dead zone, it is very thin, and thus the wide band gap layer 380 is
The increase in the dead zone due to is virtually negligible.
【００３８】この電子管の光電面１１１に光が入射する
と光電子が発生し、第１実施例と同様にしてダイオード
３００に入射する。ダイオード３００の電極３７１と電
極３７２との間には略１００Ｖの逆バイアス電圧が印加
され、アノード層３２０のほぼ全域とシリコン基板３１
０のｐｎ接合面付近には空乏化されている。入射加速電
子は電子入射面を有するｐ型高濃度層３４０と空乏化さ
れたアノード層３２０とで運動エネルギを放出し、電子
−正孔対を生成する。この場合、ワイドバンドギャップ
層３８０とｐ型高濃度層３４０は薄いので、ほとんどエ
ネルギの放出はなされず、空乏領域で実質的に全てのエ
ネルギを放出する。このエネルギの放出によって発生し
た電子−正孔対を生成するが、加速電子の入射面付近が
良好なアキュムレーション状態となっているので、信号
電荷の一方である電子は効率良くｐｎ接合面に到達す
る。こうして効率良く収集した信号電荷は、電極２７１
および電極２７２から信号として出力される。When light enters the photocathode 111 of this electron tube, photoelectrons are generated and enter the diode 300 in the same manner as in the first embodiment. A reverse bias voltage of about 100 V is applied between the electrode 371 and the electrode 372 of the diode 300, and almost the entire area of the anode layer 320 and the silicon substrate 31.
0 is depleted near the pn junction surface. The incident accelerated electrons release kinetic energy in the p-type high concentration layer 340 having an electron incident surface and the depleted anode layer 320 to generate electron-hole pairs. In this case, since the wide band gap layer 380 and the p-type high concentration layer 340 are thin, almost no energy is emitted, and substantially all energy is emitted in the depletion region. An electron-hole pair generated by the emission of this energy is generated, but since the vicinity of the incident surface of accelerated electrons is in a good accumulation state, the electron which is one of the signal charges efficiently reaches the pn junction surface. . The signal charges efficiently collected in this way are transferred to the electrode 271.
And is output as a signal from the electrode 272.
【００３９】本実施例の電子管においても第１実施例と
同様に、アノード層を拡散ウエファ法あるいは張り合わ
せウエファ法で形成してもよい。Also in the electron tube of this embodiment, the anode layer may be formed by the diffusion wafer method or the bonding wafer method, as in the first embodiment.
【００４０】（第３実施例）図３は本実施例に係る電子
管の構成図であり、図３（ａ）は電子管全体の構成を、
図３（ｂ）は電子管に封入された電子線照射型ダイオー
ドの構成を示す。この電子管は第１実施例の電子管と比
べて、封入する電子線照射型ダイオードが異なるのみ
で、それ以外は同様に構成される。(Third Embodiment) FIG. 3 is a block diagram of an electron tube according to this embodiment. FIG. 3 (a) shows the entire structure of the electron tube.
FIG. 3B shows the structure of an electron beam irradiation type diode enclosed in an electron tube. This electron tube is different from the electron tube of the first embodiment only in the electron beam irradiation type diode to be enclosed, and is otherwise configured similarly.
【００４１】本実施例の電子管に封入される電子線照射
型ダイオード４００は、第１実施例の電子線照射型ダイ
オードと同様の構成に加えて、基板とアノード層との間
に、ｐ型高濃度層を形成して構成される。すなわち、こ
の電子線照射型ダイオード４００は、（ア）ｎ型の導電
性を有する１ｍｍ角のシリコン基板４１０と、（イ）シ
リコン基板４１０の一方の表面に形成されたｎ型高濃度
層４５０と、（ウ）シリコン基板４１０の他方の表面の
所定の領域に形成されたｐ型高濃度層４９０と、（エ）
シリコン基板４１０の他方の表面に形成されたｐ型の導
電性を有するアノード層４２０と、（オ）シリコン基板
４１０の他方の表面のアノード層４２０領域を取り巻く
領域に形成されたｎ型の導電性を有するアイソレーショ
ン層４３０と、（カ）アノード層４２０の表面に形成さ
れたｐ型高濃度層４４０と、（キ）アイソレーション層
４３０の表面とｐ型高濃度層４４０の外周付近を含む領
域とに形成されたシリコン酸化膜４６０と、（ク）ｎ型
高濃度層４５０の表面に形成された電極４７２と、
（ケ）ｐ型高濃度層４４０の表面に形成された電極４７
１と、から構成される。The electron beam irradiation type diode 400 enclosed in the electron tube of this embodiment has the same structure as that of the electron beam irradiation type diode of the first embodiment, and has a p-type high voltage between the substrate and the anode layer. It is configured by forming a concentration layer. That is, the electron beam irradiation type diode 400 includes (a) a 1 mm square silicon substrate 410 having n-type conductivity, and (b) an n-type high concentration layer 450 formed on one surface of the silicon substrate 410. (C) A p-type high concentration layer 490 formed in a predetermined region on the other surface of the silicon substrate 410, and (d)
An anode layer 420 having p-type conductivity formed on the other surface of the silicon substrate 410, and (e) n-type conductivity formed on a region surrounding the anode layer 420 area on the other surface of the silicon substrate 410. A region including the isolation layer 430 having the following: (f) the p-type high concentration layer 440 formed on the surface of the anode layer 420; and (g) the surface of the isolation layer 430 and the periphery of the p-type high concentration layer 440. A silicon oxide film 460 formed on the substrate, an electrode 472 formed on the surface of the (h) n-type high concentration layer 450,
(X) Electrode 47 formed on the surface of p-type high concentration layer 440
1 and.
【００４２】ｐ型高濃度層４９０は、埋め込み拡散法あ
るいはエピタキシャル成長法によって形成される。エピ
タキシャル成長法による場合は、２重エピタキシャル成
長をする。逆バイアス電圧の印加時にはｐ型高濃度層４
９０に高電界が発生し、アバランシェ増倍機能が発現す
る。The p-type high concentration layer 490 is formed by the buried diffusion method or the epitaxial growth method. When the epitaxial growth method is used, double epitaxial growth is performed. When a reverse bias voltage is applied, the p-type high concentration layer 4
A high electric field is generated at 90, and the avalanche multiplication function is exhibited.
【００４３】この電子管の光電面１１１に光が入射する
と光電子が発生し、第１実施例と同様にしてダイオード
４００に入射する。ダイオード４００の電極４７１と電
極４７２との間には略１００Ｖの逆バイアス電圧が印加
され、アノード層４２０のほぼ全域とシリコン基板４１
０のｐｎ接合面付近には空乏化されている。入射加速電
子はｐ型高濃度層４４０と空乏化されたアノード層４２
０とで運動エネルギを放出し、電子−正孔対を生成す
る。この場合、ワイドバンドギャップ層４８０とｐ型高
濃度層４４０は薄いので、ほとんどエネルギの放出はな
されず、空乏領域で実質的に全てのエネルギを放出す
る。このエネルギの放出によって発生した電子−正孔対
を生成するが、信号電荷の一方である電子はｐｎ接合面
に到達する直前にアバランシェ増倍される。こうして増
倍された信号電荷は、電極４７１および電極４７２から
信号として出力される。なお、アバランシェ増倍率は１
００程度にはすることが通常可能なので、非常に感度の
良い電子管を実現できる。When light enters the photocathode 111 of this electron tube, photoelectrons are generated and enter the diode 400 in the same manner as in the first embodiment. A reverse bias voltage of about 100 V is applied between the electrode 471 and the electrode 472 of the diode 400, and almost the entire area of the anode layer 420 and the silicon substrate 41.
0 is depleted near the pn junction surface. The incident accelerated electrons are the p-type high concentration layer 440 and the depleted anode layer 42.
With 0, kinetic energy is released and electron-hole pairs are generated. In this case, since the wide band gap layer 480 and the p-type high concentration layer 440 are thin, almost no energy is emitted, and substantially all energy is emitted in the depletion region. An electron-hole pair generated by the emission of this energy is generated, and an electron, which is one of the signal charges, is avalanche-multiplied immediately before reaching the pn junction surface. The signal charges thus multiplied are output as signals from the electrodes 471 and 472. The avalanche multiplication factor is 1
Since it is usually possible to set it to about 00, a very sensitive electron tube can be realized.
【００４４】本実施例の電子管においても第１実施例と
同様に、アノード層を拡散ウエファ法あるいは張り合わ
せウエファ法で形成してもよい。Also in the electron tube of this embodiment, the anode layer may be formed by the diffusion wafer method or the bonding wafer method, as in the first embodiment.
【００４５】（第４実施例）図４は本実施例に係る電子
管の構成図であり、図４（ａ）は電子管全体の構成を、
図４（ｂ）は電子管に封入された電子線照射型ダイオー
ドの構成を示す。この電子管は第１実施例の電子管と比
べて、封入する電子線照射型ダイオードが異なるのみ
で、それ以外は同様に構成される。(Fourth Embodiment) FIG. 4 is a block diagram of an electron tube according to this embodiment, and FIG. 4 (a) shows the entire structure of the electron tube.
FIG. 4B shows the structure of an electron beam irradiation type diode enclosed in an electron tube. This electron tube is different from the electron tube of the first embodiment only in the electron beam irradiation type diode to be enclosed, and is otherwise configured similarly.
【００４６】本実施例の電子管に封入される電子線照射
型ダイオード５００は、第１実施例の電子線照射型ダイ
オードと同様の構成に加えて、シリコンのバンドギャッ
プよりも大きなバンドギャップを有する材料物質を基材
としてｐ型の導電性を有するワイドバンドギャップ層５
８０を加速電子入射面に形成して構成される。すなわ
ち、この電子線照射型ダイオード５００は、（ア）ｎ型
の導電性を有する１ｍｍ角のシリコン基板５１０と、
（イ）シリコン基板５１０の一方の表面に形成されたｎ
型高濃度層５５０と、（ウ）シリコン基板５１０の他方
の表面の所定の領域に形成されたｐ型高濃度層５９０
と、（エ）シリコン基板５１０の他方の表面に形成され
たｐ型の導電性を有するアノード層５２０と、（オ）シ
リコン基板５１０の他方の表面のアノード層５２０領域
を取り巻く領域に形成されたｎ型の導電性を有するアイ
ソレーション層５３０と、（カ）アノード層５２０の表
面に形成されたｐ型高濃度層５４０と、（キ）アイソレ
ーション層５３０の表面とｐ型高濃度層５４０の外周付
近を含む領域とに形成されたシリコン酸化膜５６０と、
（ク）ｎ型高濃度層５５０の表面に形成された電極５７
２と、（ケ）ｐ型高濃度層５４０の表面に形成された電
極５７１と、（コ）ｐ型の導電性を有する数ｎｍ厚のワ
イドバンドギャップ層５８０と、から構成される。The electron beam irradiation type diode 500 enclosed in the electron tube of this embodiment has the same structure as the electron beam irradiation type diode of the first embodiment, and additionally has a material having a band gap larger than that of silicon. Wide bandgap layer 5 having p-type conductivity using a substance as a base material
80 is formed on the accelerated electron incident surface. That is, the electron beam irradiation type diode 500 includes (a) a 1 mm square silicon substrate 510 having n-type conductivity,
(A) n formed on one surface of the silicon substrate 510
-Type high-concentration layer 550 and (c) p-type high-concentration layer 590 formed in a predetermined region on the other surface of the silicon substrate 510.
And (d) a p-type conductive anode layer 520 formed on the other surface of the silicon substrate 510, and (e) a region surrounding the anode layer 520 area on the other surface of the silicon substrate 510. of the isolation layer 530 having n-type conductivity, the (f) p-type high concentration layer 540 formed on the surface of the anode layer 520, and (g) the surface of the isolation layer 530 and the p-type high concentration layer 540. A silicon oxide film 560 formed in a region including the vicinity of the outer periphery,
(H) Electrode 57 formed on the surface of n-type high concentration layer 550
2, (ke) an electrode 571 formed on the surface of the p-type high-concentration layer 540, and (co) p-type wide band gap layer 580 having a thickness of several nm.
【００４７】ワイドバンドギャップ層５８０は第２実施
例と、ｐ型高濃度層４９０は第３実施例と同様にして構
成される。The wide band gap layer 580 and the p-type high concentration layer 490 are constructed in the same manner as in the second embodiment and the third embodiment, respectively.
【００４８】この電子管の光電面１１１に光が入射する
と光電子が発生し、第１実施例と同様にしてダイオード
５００に入射する。ダイオード５００の電極５７１と電
極５７２との間には略１００Ｖの逆バイアス電圧が印加
され、アノード層５２０のほぼ全域とシリコン基板５１
０のｐｎ接合面付近には空乏化されている。入射加速電
子はｐ型高濃度層５４０と空乏化されたアノード層５２
０とで運動エネルギを放出し、電子−正孔対を生成す
る。この場合、ワイドバンドギャップ層５８０とｐ型高
濃度層５４０は薄いので、ほとんどエネルギの放出はな
されず、空乏領域で実質的に全てのエネルギを放出す
る。このエネルギの放出によって発生した電子−正孔対
を生成するが、信号電荷の一方である電子は効率良くｐ
ｎ接合面の方向へ進行し、到達直前にアバランシェ増倍
される。こうして増倍された信号電荷は、電極５７１お
よび電極５７２から信号として出力される。When light enters the photocathode 111 of this electron tube, photoelectrons are generated and enter the diode 500 in the same manner as in the first embodiment. A reverse bias voltage of about 100 V is applied between the electrode 571 and the electrode 572 of the diode 500, and almost the entire area of the anode layer 520 and the silicon substrate 51.
0 is depleted near the pn junction surface. Incident accelerating electrons are p-type high concentration layer 540 and depleted anode layer 52.
With 0, kinetic energy is released and electron-hole pairs are generated. In this case, since the wide band gap layer 580 and the p-type high concentration layer 540 are thin, almost no energy is emitted, and substantially all energy is emitted in the depletion region. Electrons-hole pairs generated by the emission of this energy are generated, but the electrons that are one of the signal charges are efficiently p
The light travels in the direction of the n-junction surface and is avalanche-multiplied just before reaching. The signal charges thus multiplied are output as signals from the electrodes 571 and 572.
【００４９】本実施例の電子管においても第１実施例と
同様に、アノード層を拡散ウエファ法あるいは張り合わ
せウエファ法で形成してもよい。Also in the electron tube of this embodiment, the anode layer may be formed by the diffusion wafer method or the bonding wafer method, as in the first embodiment.
【００５０】[0050]
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の第
１の電子管によれば、封入する電子線照射型ダイオード
に関して、ｐｎ接合面を不純物を低濃度に含む基板と低
濃度不純物層とで形成し、低濃度不純物層のｐｎ接合面
とは反対の表面に空乏領域の成長を止める低濃度不純物
層と同一の導電型を有する薄い高濃度不純物層を形成し
て、逆バイアス電圧の印加によって生じる空乏領域を低
濃度不純物層の厚さ方向の全域に渡って形成することに
したので、不感帯を薄くすることが可能になり、感度や
精度を向上した電子管を実現できる。また、低濃度不純
物層の側面側の周囲にはアイソレーション拡散層を形成
したので、ｐｎ接合面の露出が防止されることによる暗
電流が抑止され、電子管の感度や精度の向上が達成され
る。As described above in detail, according to the first electron tube of the present invention, in the electron beam irradiation type diode to be enclosed, the pn junction surface is composed of a substrate containing a low concentration of impurities and a low concentration impurity layer. And a thin high-concentration impurity layer having the same conductivity type as the low-concentration impurity layer that stops the growth of the depletion region is formed on the surface of the low-concentration impurity layer opposite to the pn junction surface, and a reverse bias voltage is applied. Since the depletion region generated by this is formed over the entire region in the thickness direction of the low-concentration impurity layer, the dead zone can be thinned, and an electron tube with improved sensitivity and accuracy can be realized. Further, since the isolation diffusion layer is formed around the side surface of the low-concentration impurity layer, the dark current due to the exposure of the pn junction surface is suppressed, and the sensitivity and accuracy of the electron tube are improved. .
【００５１】本発明に係る第２の電子管では、上記の第
１の電子管における電子線照射型ダイオードの構成に加
えて、非常に薄いワイドギャップ層が加速電子の入射面
に形成されヘテロ接合する結果、信号電荷に対して良好
なアキュムレーション状態が発現し、信号電荷が効率良
くｐｎ接合面に到達するので、第１の電子管よりも更に
感度や精度を向上した電子管を実現できる。In the second electron tube according to the present invention, in addition to the structure of the electron beam irradiation type diode in the first electron tube described above, a very thin wide gap layer is formed on the incident surface of accelerated electrons, resulting in heterojunction. As a result, a good accumulation state with respect to the signal charge appears, and the signal charge efficiently reaches the pn junction surface, so that it is possible to realize an electron tube with further improved sensitivity and accuracy as compared with the first electron tube.
【００５２】本発明に係る第３の電子管では、上記の第
１の電子管における電子線照射型ダイオードの構成に加
えて、基板と低濃度不純物層との間に低濃度不純物層と
同一の導電型を有する高濃度不純物層を形成されてお
り、逆バイアス電圧の印加時にはこの高濃度不純物層に
高電界が発生しアバランシェ増倍機能が発現するので、
入射加速電子の運動エネルギの放出にともなう出力信号
電荷が増大し、第１の電子管よりも更に感度や精度を向
上した電子管を実現できる。In the third electron tube according to the present invention, in addition to the structure of the electron beam irradiation type diode in the first electron tube, the same conductivity type as the low concentration impurity layer is provided between the substrate and the low concentration impurity layer. Is formed, and when a reverse bias voltage is applied, a high electric field is generated in this high-concentration impurity layer, and the avalanche multiplication function is expressed.
The output signal charge increases with the release of the kinetic energy of the incident accelerated electrons, so that an electron tube with higher sensitivity and accuracy than the first electron tube can be realized.
【００５３】本発明に係る第４の電子管では、上記の第
２の電子管における電子線照射型ダイオードの構成に加
えて、基板と低濃度不純物層との間に低濃度不純物層と
同一の導電型を有する高濃度不純物層を形成されてお
り、逆バイアス電圧の印加時にはこの高濃度不純物層に
高電界が発生しアバランシェ増倍機能が発現するので、
第１の電子管に対しての第２の電子管における改善点お
よび第１の電子管に対しての第３の電子管における改善
点の双方が改善された感度や精度を有する電子管を実現
できる。In the fourth electron tube according to the present invention, in addition to the structure of the electron beam irradiation type diode in the second electron tube, the same conductivity type as the low concentration impurity layer is provided between the substrate and the low concentration impurity layer. Is formed, and when a reverse bias voltage is applied, a high electric field is generated in this high-concentration impurity layer, and the avalanche multiplication function is expressed.
It is possible to realize an electron tube having improved sensitivity and accuracy in both the improvement in the second electron tube with respect to the first electron tube and the improvement in the third electron tube with respect to the first electron tube.
【００５４】特に、第３および第４の光電管のようにア
バランシェ増倍を利用する場合は、非常に高い利得を得
ることが可能であり、単一光子の検出が可能となる。ま
た、光電子増倍管で問題になるダイノードに起因する利
得の不安定性や応答特性が改善されるので、超高感度・
超高速の光検出器が実現できる。更に、光電子増倍管に
比べて増倍揺らぎが小さくなるので、入射光子の計数も
可能となる。In particular, when avalanche multiplication is used as in the third and fourth photocells, a very high gain can be obtained and a single photon can be detected. In addition, gain instability and response characteristics due to the dynode, which is a problem for photomultiplier tubes, are improved, so ultra-high sensitivity and
A super-high-speed photodetector can be realized. Furthermore, since the multiplication fluctuation is smaller than that of the photomultiplier tube, it is possible to count the incident photons.
【図１】本発明に係る第１実施例の電子管の構成図であ
る。FIG. 1 is a configuration diagram of an electron tube according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明に係る第２実施例の電子管の構成図であ
る。FIG. 2 is a configuration diagram of an electron tube of a second embodiment according to the present invention.
【図３】本発明に係る第３実施例の電子管の構成図であ
る。FIG. 3 is a configuration diagram of an electron tube of a third embodiment according to the present invention.
【図４】本発明に係る第４実施例の電子管の構成図であ
る。FIG. 4 is a configuration diagram of an electron tube of a fourth embodiment according to the present invention.
【図５】従来の電子管で使用される電子線照射型ダイオ
ードの説明図である。FIG. 5 is an explanatory view of an electron beam irradiation type diode used in a conventional electron tube.
１１０…光電面板、１２０…ガラスバルブ、１３１，１
３２…グリッド、１４０…遮蔽板、２００，３００，４
００，５００…電子線照射型ダイオード、２１０，３１
０，４１０，５１０…シリコン基板、２２０，３２０，
４２０，５２０…アノード層、２３０，３３０，４３
０，５３０…アイソレーション拡散層、２４０，３４
０，４４０，５４０…ｐ型高濃度不純物層、２６０，３
６０，４６０，５６０…シリコン酸化膜、２７１，２７
２，３７１，３７２，４７１，４７２，５７１，５７２
…電極、３８０，５８０…ワイドバンドギャップ層、４
９０，５９０…アバランシェ層110 ... Photocathode plate, 120 ... Glass bulb, 131, 1
32 ... Grid, 140 ... Shielding plate, 200, 300, 4
00, 500 ... Electron beam irradiation type diode, 210, 31
0,410,510 ... Silicon substrate, 220,320,
420, 520 ... Anode layer, 230, 330, 43
0,530 ... Isolation diffusion layer, 240,34
0,440,540 ... P-type high concentration impurity layer 260,3
60, 460, 560 ... Silicon oxide film, 271, 27
2,371,372,471,472,571,572
... Electrodes, 380, 580 ... Wide band gap layer, 4
90,590 ... Avalanche layer
Claims (4)
あって、 前記半導体電子線検出器は、 第１の導電型を有するシリコン基板と、 前記シリコン基板の一方の表面に形成された第１の導電
型を有する第１の高濃度不純物層と、 前記シリコン基板の他方の表面に形成された第２の導電
型を有する低濃度不純物層と、 前記シリコン基板の前記他方の表面の前記低濃度不純物
層領域を取り巻く領域に形成された第１の導電型を有す
るアイソレーション層と、 前記低濃度不純物層の表面に形成された第２の導電型を
有する第２の高濃度不純物層と、 前記アイソレーション層の表面と前記第２の高濃度層の
表面の外周付近を含む領域に形成されたシリコン酸化膜
と、 前記第１の高濃度不純物層の表面に形成された第１の電
極と、 前記第２の高濃度不純物層の表面に形成された第２の電
極と、 から構成され、前記第２の高濃度不純物層の表面から電
子を入射することを特徴とする電子管。1. An electron tube enclosing a semiconductor electron beam detector, wherein the semiconductor electron beam detector comprises a silicon substrate having a first conductivity type, and a first substrate formed on one surface of the silicon substrate. A first high-concentration impurity layer having a conductivity type, a low-concentration impurity layer having a second conductivity type formed on the other surface of the silicon substrate, and the low-concentration impurity layer on the other surface of the silicon substrate. An isolation layer having a first conductivity type formed in a region surrounding the impurity layer region; a second high concentration impurity layer having a second conductivity type formed on the surface of the low concentration impurity layer; A silicon oxide film formed in a region including the surface of the isolation layer and the vicinity of the outer periphery of the surface of the second high concentration layer; a first electrode formed on the surface of the first high concentration impurity layer; The second high concentration A second electrode formed on the surface of the impurity layer; and an electron tube for injecting electrons from the surface of the second high-concentration impurity layer.
あって、 前記半導体電子線検出器は、 第１の導電型を有するシリコン基板と、 前記シリコン基板の一方の表面に形成された第１の導電
型を有する第１の高濃度不純物層と、 前記シリコン基板の他方の表面に形成された第２の導電
型を有する低濃度不純物層と、 前記シリコン基板の前記他方の表面の前記低濃度不純物
層領域を取り巻く領域に形成された第１の導電型を有す
るアイソレーション層と、 前記低濃度不純物層の表面に形成された第２の導電型を
有する第２の高濃度不純物層と、 前記アイソレーション層の表面と前記第２の高濃度不純
物層の表面の外周付近を含む領域に形成されたシリコン
酸化膜と、 前記第１の高濃度不純物層の表面に形成された第１の電
極と、 前記第２の高濃度不純物層の表面に形成された第２の電
極と、 前記第２の高濃度不純物層の表面の前記シリコン酸化膜
が形成された領域と前記第２の電極が形成された領域と
を除く領域に形成された、前記第２の高濃度不純物層の
有するバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有
し、第２の導電型を有する半導体材料からなり、前記第
２の高濃度不純物層とヘテロ接合するワイドバンドギャ
ップ層と、 から構成され、前記ワイドバンドギャップ層の表面から
電子を入射することを特徴とする電子管。2. An electron tube enclosing a semiconductor electron beam detector, wherein the semiconductor electron beam detector comprises a silicon substrate having a first conductivity type and a first substrate formed on one surface of the silicon substrate. A first high-concentration impurity layer having a conductivity type, a low-concentration impurity layer having a second conductivity type formed on the other surface of the silicon substrate, and the low-concentration impurity layer on the other surface of the silicon substrate. An isolation layer having a first conductivity type formed in a region surrounding the impurity layer region; a second high concentration impurity layer having a second conductivity type formed on the surface of the low concentration impurity layer; A silicon oxide film formed in a region including the surface of the isolation layer and the outer periphery of the surface of the second high-concentration impurity layer; and a first electrode formed on the surface of the first high-concentration impurity layer. , The second Excluding a second electrode formed on the surface of the high concentration impurity layer, a region of the surface of the second high concentration impurity layer in which the silicon oxide film is formed, and a region in which the second electrode is formed The second high-concentration impurity layer has a bandgap larger than that of the second high-concentration impurity layer and is made of a semiconductor material having a second conductivity type. The heterojunction is formed with the second high-concentration impurity layer. And a wide bandgap layer for controlling the incidence of electrons on the surface of the wide bandgap layer.
あって、 前記半導体電子線検出器は、 第１の導電型を有するシリコン基板と、 前記シリコン基板の一方の表面に形成された第１の導電
型を有する第１の高濃度不純物層と、 前記シリコン基板の他方の表面の第１の領域に形成され
た第２の導電型を有する第２の高濃度不純物層と、 前記シリコン基板の前記他方の表面の前記第１の領域を
囲む第２の領域と前記第２の高濃度不純物層の表面に形
成された第２の導電型を有する低濃度不純物層と、 前記シリコン基板の前記他方の表面の前記低濃度不純物
層領域を取り巻く領域に形成された第１の導電型を有す
るアイソレーション層と、 前記低濃度不純物層の表面に形成された第２の導電型を
有する第３の高濃度不純物層と、 前記アイソレーション層の表面と前記第３の高濃度層の
表面の外周付近を含む領域に形成されたシリコン酸化膜
と、 前記第１の高濃度不純物層の表面に形成された第１の電
極と、 前記第３の高濃度不純物層の表面に形成された第２の電
極と、 から構成され、前記第３の高濃度不純物層の表面から電
子を入射することを特徴とする電子管。3. An electron tube enclosing a semiconductor electron beam detector, wherein the semiconductor electron beam detector comprises a silicon substrate having a first conductivity type, and a first substrate formed on one surface of the silicon substrate. A first high-concentration impurity layer having a conductivity type, a second high-concentration impurity layer having a second conductivity type formed in a first region on the other surface of the silicon substrate, and A second region surrounding the first region on the other surface, and a low-concentration impurity layer having a second conductivity type formed on the surface of the second high-concentration impurity layer; and the other of the silicon substrate. An isolation layer having a first conductivity type formed in a region surrounding the low-concentration impurity layer region on the surface of the second layer, and a third high-type isolation layer having a second conductivity type formed on the surface of the low-concentration impurity layer. A concentrated impurity layer, and A silicon oxide film formed in a region including the surface of the ionization layer and the outer periphery of the surface of the third high concentration layer; a first electrode formed on the surface of the first high concentration impurity layer; A second electrode formed on the surface of the third high-concentration impurity layer, and an electron tube, wherein electrons are incident from the surface of the third high-concentration impurity layer.
あって、 前記半導体電子線検出器は、 第１の導電型を有するシリコン基板と、 前記シリコン基板の一方の表面に形成された第１の導電
型を有する第１の高濃度不純物層と、 前記シリコン基板の他方の表面の第１の領域に形成され
た第２の導電型を有する第２の高濃度不純物層と、 前記シリコン基板の前記他方の表面の前記第１の領域を
囲む第２の領域と前記第２の高濃度不純物層の表面に形
成された第２の導電型を有する低濃度不純物層と、 前記シリコン基板の前記他方の表面の前記低濃度不純物
層領域を取り巻く領域に形成された第１の導電型を有す
るアイソレーション層と、 前記低濃度不純物層の表面に形成された第２の導電型を
有する第３の高濃度不純物層と、 前記アイソレーション層の表面と前記第３の高濃度不純
物層の表面の外周付近を含む領域に形成されたシリコン
酸化膜と、 前記第１の高濃度不純物層の表面に形成された第１の電
極と、 前記第３の高濃度不純物層の表面に形成された第２の電
極と、 前記第３の高濃度不純物層の表面の前記シリコン酸化膜
が形成された領域と前記第２の電極が形成された領域と
を除く領域に形成された、前記第３の高濃度不純物層の
有するバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有
し、第２の導電型を有する半導体材料からなり、前記第
３の高濃度不純物層とヘテロ接合するワイドバンドギャ
ップ層と、 から構成され、前記ワイドバンドギャップ層の表面から
電子を入射することを特徴とする電子管。4. An electron tube enclosing a semiconductor electron beam detector, wherein the semiconductor electron beam detector comprises a silicon substrate having a first conductivity type, and a first substrate formed on one surface of the silicon substrate. A first high-concentration impurity layer having a conductivity type, a second high-concentration impurity layer having a second conductivity type formed in a first region on the other surface of the silicon substrate, and A second region surrounding the first region on the other surface, and a low-concentration impurity layer having a second conductivity type formed on the surface of the second high-concentration impurity layer; and the other of the silicon substrate. An isolation layer having a first conductivity type formed in a region surrounding the low-concentration impurity layer region on the surface of the second layer, and a third high-type isolation layer having a second conductivity type formed on the surface of the low-concentration impurity layer. A concentrated impurity layer, and A silicon oxide film formed in a region including the surface of the ionization layer and the outer periphery of the surface of the third high-concentration impurity layer, and a first electrode formed on the surface of the first high-concentration impurity layer, A second electrode formed on the surface of the third high-concentration impurity layer, a region where the silicon oxide film is formed on the surface of the third high-concentration impurity layer, and the second electrode are formed. And a third high-concentration impurity formed in a region other than the region and having a bandgap larger than that of the third high-concentration impurity layer and having a second conductivity type. And a wide bandgap layer heterojunction with the layer, wherein electrons are incident from the surface of the wide bandgap layer.
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