生体医療用の高感度半導体放射線検出器の電極材料の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450287
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 村上 正紀 京都大学, 工学研究科, 教授 (70229970)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 守山 実希 京都大学, 工学研究科, 助手 (70303857)
• Keywords: 半導体放射線検出器 / CdTe / ショットキー電極材

Research Abstract

【背景】CdTe半導体は医療用X線カメラ等の高感度放射線検出器への適用が期待されている。検出感度向上には,非常に高い電圧を基板に印可した際にリーク電流を小さくしなければならないため,ショットキー特性を有する電極材が必要となる.しかし,従来のCdTe半導体用ショットキー電極材には使用後数分間で検出効率が著しく低下するという問題があり、これが実用化の大きな障害となっている。本年度は基板加熱蒸着法でInを成膜することにより基板CdTeとの反応を促進させ,p-n接合を形成することによりリーク電流の飛躍的な低下を実現することに取り組む.
【実験方法】p型CdTe半導体基板の(111)B面(Te-rich)に、種々の基板温度でIn(300nm厚)を真空蒸着した。裏面の(III)A面(Cd-rich)にはオーミック電極材となるPtを無電解めっき法により成膜した。必要な場合には、200℃〜400℃の熱処理を施した後、I-V測定,放射線検出特性の測定、およびX線回折法、集束イオンビーム装置、透過型電子顕微鏡による電極材の微細構造解析を行った。
【結果】基板温度をInの融点以上に加熱してInを真空蒸着した場合、成膜中にCdTe基板とInの反応が促進されるため,単体Inはほとんど残存しておらず、In-Te化合物層が形成された。これらの電極材では従来報告されているショツトキー電極材よりも高い検出感度が得られたが、比較的低温で成膜した電極材では検出特性の劣化は顕著であった。検出感度の劣化は、同電極材をより高温で熱処理することにより抑制された。微細構造解析から、検出感度の劣化が顕著な電極材はIn_4Te_3を主成分とする粗大結晶粒(粒径300nm程度)から成るが、より高温の熱処理を施した試料では微細結晶粒(粒径数十nm程度)のInTeが生成しており、同構造が高性能電極材に不可欠であることが明らかとなった。InTeはn型半導体となることが報告されていることから,p-n接合が形成されたことにより従来よりもリーク電流が小さく劣化の起こらない電極材が得られたと考えられる.微細InTe粒から成る電極材は基板温度を高温加熱して成膜することにより,成膜後熱処理を施すことなく得ることができた.最も検出特性の良いものでは従来よりも飛躍的に高い検出感度・安定性を有することが確認された.