JPH0736447B2 - 半導体中性子線検出素子 - Google Patents
半導体中性子線検出素子Info
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- JPH0736447B2 JPH0736447B2 JP63176415A JP17641588A JPH0736447B2 JP H0736447 B2 JPH0736447 B2 JP H0736447B2 JP 63176415 A JP63176415 A JP 63176415A JP 17641588 A JP17641588 A JP 17641588A JP H0736447 B2 JPH0736447 B2 JP H0736447B2
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Description
Bとの反応によって発生するα線を利用する半導体中性
子線検出素子に関する。
ショットキー接合または単結晶半導体と非晶質半導体と
のヘテロ接合等、いずれかの方法でダイオード構造を形
成し、そのダイオードに逆バイアス電圧を印加し、これ
により半導体中に空乏層を拡げ、この空欠層中に飛来し
た放射線により発生する電子−正孔対を電流パルスとし
てカウントし検出するものである。
乏層内で直接電子−正孔対を生じさせるのでそのままで
放射線の検出が可能である。これに対して中性子線は電
荷をもっていないので、核反応以外には軌道電子や電子
核のクーロン場になんらの作用も及ぼさず、従って半導
体空乏層内で電子−正孔対は生じず、中性子線の検出は
上記の方法では不可能である。このため中性子線検知方
法として、中性子の吸収断面積の大きな物質に中性子線
を透過させ、中性子核変換反応によりα線を発生させ、
そのα線が半導体空乏層内で生成する電子−正孔対を検
知することによる方法がある。
の大きなほう素の同位元素10Bを用い、下記の式で示す
反応に従って、熱中性子線が入射した際ほう素から発生
するα線(4He)と7Li核を検出する方法がある。10 B+n→7Li+α(4He) ……(1) 第2図はこの方法を用いた、例えば特開昭61-17477号公
報で公知の熱中性子線検出素子の断面構造と検出原理を
示すもので、n形シリコン基板21の上面を被覆する表面
保護膜24の窓部に、例えば特開昭59-218732号公報,特
開昭59-219462号公報により公知のように、プラズマCVD
法で成膜されたほう素被膜22が接触し、その下にp+層23
が形成され、ほう素被膜22の上面に電極25が、基板21の
下面に電極26が設けられている。この素子に逆バイアス
−VBを印加して空乏層27が生じた状態で熱中性子線1が
照射されると、ほう素被膜22に含まれる10Bとの間で
(1)式の中性子線変換反応が生じ、互いに180°をな
して飛ぶ実線で示すα線3または破線で示す7Li核4が
空乏層27に到達したとき電子−正孔対が生じ、これらが
図示していない増幅回路と計数回路を介して検出され
る。
かるように10Bの量を高めればよい。前記公報で公知の
プラズマCVD法で成膜したほう素被膜中のほう素濃度は
1.0×1023原子/cm2でほぼほう素濃度の原子密度に近い
値に達している。したがって、別の本出願人の特許出願
に係る特願昭62-323240号公報明細書に記載した濃縮10B
を含むジボランガスよりほう素被膜を厚く形成すれば高
感度の中性子線検出素子が得られる。
10Bを含む溶液をシリコンウエハに刷毛で塗布したの
ち、熱処理をしてpn接合を形成し、(1)式の反応を用
いて熱中性子を検出する方法がH.M.Mann and F.J.Janar
ekにより米国雑誌IRE Trans."NS-9,No3(1962)200ペー
ジ、10Bをシリコン基板表面にイオン注入法で注入した
のち熱処理を施してpn接合を形成する方法がI.G.Gver d
tsiteliその他によりソ連雑誌Prib.Tekh.Eksp."No.3,
(1979)81ページに述べられている。
(1)式によるα線を多く発生させた上にさらに感度を
高めるためには、α線または7Li核空乏層内に達して生
ずる電子−正孔対の数を多くしなければならない。
段ばかりでなく、発生したα線あるいは7Li核を電子−
正孔対の生成のために有効に利用する半導体中性子線検
出素子を提供することにある。
上に濃縮した同位元素10Bを含むほう素被膜が被着さ
れ、その被膜の下にp形ドーピング層を有する中性子線
検出素子において、ほう素被膜の厚さがα線のほう素被
膜中での飛程より薄いものとする。
約1.4μmと極めて短いので、ほう素被膜は厚過ぎる
と、ほう素被膜の表面近傍で生じたα線と7Li核は単に
ほう素被膜中に吸収され空乏層に達しない。そこでほう
素被膜の厚さを7Li核の場合より長いα線のほう素被膜
の飛程より薄くすれば、少なくとも空乏層側に飛ぶα線
のほとんどすべてが電子−正孔対の生成に寄与し、中性
子線感度が向上する。
乏層27の部分拡大図で、ほう素被膜22はd1,p+層23はd2
の厚さを有するものとする。一方、ほう素被膜中でのα
線2の飛程をl1,7Li核4の飛程をl2とする。
と反応してα線3,7Li核4が発生した場合、d1>l1,d1
>l2とすると全てのα線3と7Li核4はその被膜22内に
吸収され、空乏層27に達しないので中性子感度に寄与し
ない。熱中性子線12が表面より深い位置で10B5と反応
した場合はα線31,32,7Li核41,42のうち32のように空乏
層27に向かうα線のみが空乏層に到達し中性子感度に寄
与する。また、熱中性子線13,14のように、ほう素被膜2
2と半導体基体21との界面近傍で10B5と反応した場合、
α線3や7Li核4は、43,44のようなほう素被膜側に行く
ものを除き、ほぼ1/2の確率で中性子感度に寄与する。
α線や7Li核のほう素被膜のなかでの各々の飛程l1,l2
より厚い場合は、15〜19のような線量の熱中性子線がほ
う素被膜22中の10B5と反応しても、15〜17により生ず
るα線35,36,37のようにその被膜中に吸収されるものが
あり、中性子感度に寄与するものは、被膜22と半導体基
体21との界面近傍で10B5と反応した熱中性子線17〜19
に生ずるα線3と7Li核4に限られるため中性子感度は
低下する。
/cm2・s)とすると、その被膜中で発生するα線と7Li
核の空乏層に達する個数はそれぞれ であらわされる。ここでNはほう素被膜中の10Bの数,
σは10Bの散乱断面積である。
に達するα線および7Li核の個数は、それぞれI0 およびI0 となる。
時、上記(1),(2),(3)の数値から計算した結
果を示すもので、横軸はほう素被膜の膜厚を示し、たて
軸は熱中性子線感度の相対比を示す。熱中性子線相対感
度はd1の増大と共に増すものの、その傾斜は上記
(1),(2),(3)の条件で変わる。曲線62は種々
の厚みのほう素被膜を形成した中性子線検出素子に、厚
み40mmのポリエチレン減速材を介して、中性子標準線源
252Cfを照射した時に得られた測定結果の相対比を示
す。曲線62が曲線62と一致しない理由は、発生したα線
や7Li核はある確率で空乏層に達することおよびp+層23
の不感層のほかほう素被膜22の内部で生成したα線や7L
i核にはほう素被膜が不感層となり、これらの不感層を
通過したのち空乏層に達するため、最大出力パルス波高
が小さくなること、そのほかに混在するγ線成分を除去
するため、所定の大きさ以上の出力パルス波高のみを計
数することなどによる。
線感度の関係が明らかになり、最大熱中性子線感度はほ
う素被膜の厚さd1がほう素被膜中のα線の飛程l1より薄
いときに得られることが判明した。
被膜中のα線の飛程を越えると熱中性子線感度が低下す
る事実に基づき、ほう素被膜の厚さをα線の飛程より薄
くすることにより中性子感度の高い検出素子を得ること
ができる。したがって、従来のように不必要な厚い被膜
を形成することがないので製造工程が短縮され、コスト
ダウンが可能になった。また、本発明に基づくほう素被
膜の最適厚みは、もちろんガスを用いた中性子検出用比
例計数管の内壁に被覆する場合にも同様に適用できる。
本発明で得られた熱中性子線検出素子は、所定の形状の
パラフィンなど中性子線に対する減速材とを組合わせる
と軽量で小型の、従来は不可能であった個人用の高感度
中性子線被曝管理用線量計が容易に得られるようになっ
た。
の反応発生部位付近を概念的に示す断面図、第2図は本
発明の一実施例の検出素子の断面図、第3図はほう素被
膜厚さと熱中性子線感度との関係を示す線図である。 10〜19:熱中性子線、21:n形シリコン基板、22:ほう素被
膜、23:p+層、25,26:電極、27:空乏層、3:α線、4:7Li
核、5:10B。
Claims (1)
- 【請求項1】n形半導体基体上に濃縮した同位元素10B
を含むほう素被膜が被着され、そのほう素被膜の下にp
形ドーピング層を有するものにおいて、ほう素被膜の厚
さがα線のほう素被膜中での飛程より薄いことを特徴と
する半導体中性子線検出素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63176415A JPH0736447B2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 半導体中性子線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63176415A JPH0736447B2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 半導体中性子線検出素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0227776A JPH0227776A (ja) | 1990-01-30 |
JPH0736447B2 true JPH0736447B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=16013290
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63176415A Expired - Lifetime JPH0736447B2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 半導体中性子線検出素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0736447B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5556475A (en) * | 1993-06-04 | 1996-09-17 | Applied Science And Technology, Inc. | Microwave plasma reactor |
US5501740A (en) * | 1993-06-04 | 1996-03-26 | Applied Science And Technology, Inc. | Microwave plasma reactor |
DE19532415C2 (de) * | 1995-09-01 | 1998-10-15 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Verfahren zum Betreiben eines Neutronendetektors sowie Neutronendetektor |
US5726453A (en) * | 1996-09-30 | 1998-03-10 | Westinghouse Electric Corporation | Radiation resistant solid state neutron detector |
FR3030781B1 (fr) * | 2014-12-19 | 2016-12-16 | Commissariat Energie Atomique | Procede de realisation d'un detecteur de neutrons et detecteur de neutrons |
-
1988
- 1988-07-15 JP JP63176415A patent/JPH0736447B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0227776A (ja) | 1990-01-30 |
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